DE60214872T2

DE60214872T2 - Geschweißter Wärmetauscher mit Plattenstruktur

Info

Publication number: DE60214872T2
Application number: DE60214872T
Authority: DE
Inventors: Mauri Kontu; Juha Suominen
Original assignee: Vahterus Oy
Current assignee: Vahterus Oy
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-10-05
Also published as: DE60214872D1; EP1442264B1; DK1442264T3; FI113695B; FI20011963A; US20050011639A1; US7204300B2; FI20011963A0; CN100359278C; ATE340350T1; CN1599857A; EP1442264A1; WO2003031896A1

Description

Die Erfindung betrifft einen geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur für eine Wärmeübertragung zwischen Stoffen in demselben Zustand oder in verschiedenen Zuständen, beispielsweise einem Gas oder einer Flüssigkeit, wie derjenige, der in der WO-A-0216852 offenbart ist, eine Druckschrift, welche Stand der Technik nach Art. 54(3) und (4) EPC ist. Die Wärmeübertragungsflächen bestehen aus aneinander angebrachten und in einem Plattenstapel zusammengefassten Wärmeübertragungsplatten, welche kreisförmig sind und welche wenigstens zwei Durchflussöffnungen für die Zufuhr und den Abfluss eines Wärmeübertragungsmittels durch von den Platten ausgebildete Kanäle aufweisen. Die Platten des Wärmetauschers sind paarweise an den Außenumfängen der Durchflussöffnungen zusammengeschweißt, und die Plattenpaare sind miteinander dadurch verbunden, dass die Platten der Plattenpaare an ihren Außenumfängen an die Platten von anderen Plattenpaaren geschweißt sind. Der Plattenstapel ist in eine zylinderförmige Gehäuseeinheit eingepasst, welche als ein Druckbehälter verwendet wird. Die Erfindung betrifft eine Anordnung, mittels welcher alle Durchgänge des Plattenwärmetauschers in einer Endplatte platziert sind und der Strom eines Wärmeübertragungsmittels durch die Gehäuseeinheit zu und von den gewünschten Kanälen des Plattenstapels in einer gewünschten Richtung geführt wird.
Ein herkömmlicher Plattenwärmetauscher ist zusammengesetzt aus überlagerten Platten, welche einen Plattenstapel ausbilden, der zwischen zwei Endplatten mittels Klemmschrauben festgeklemmt ist. Die von den Platten ausgebildeten Kanäle und die damit verbundenen Durchflussöffnungen sind an ihren Außenumfängen mittels separater Dichtungen abgedichtet. Die Platten derartiger Plattenwärmetauscher sind typischerweise rechtecksförmig, und die Durchflussöffnungen, typischerweise vier an der Zahl, sind in der Nähe der Ecken platziert. Bei herkömmli chen Plattenwärmetauschern sind die Ströme des Wärmeübertragungsmittels normalerweise auf eine solche Weise eingerichtet, dass die Durchflussöffnungen an entgegengesetzten Ecken als Einlass- und Auslassdurchgänge verwendet werden, wobei die Ströme der Primärseite und der Sekundärseite in von den Wärmeübertragungsplatten ausgebildeten benachbarten Kanälen fließen. Bei herkömmlichen Plattenwärmetauschern ist es möglich gewesen, die Ströme der Primärseite und der Sekundärseite abzustufen und sie in mehrere Ströme aufzuteilen, indem die Durchflussöffnungen an gewünschten Stellen geschlossen werden.
Herkömmliche Röhrenwärmetauscher, bei welchen das zweite Wärmeübertragungsmittel in einem in einem Zylinder eingepassten Röhrenbündel fließt, wenden normalerweise plattenartige Strömungsführungen an, welche senkrecht zu dem Röhrenbündel sind. Somit wird der Strom des Wärmeübertragungsmittels in dem Zylinder, welcher normalerweise zu der Sekundärseite gehört, mehrere Male durch das Röhrenbündel passieren. Die Zahl von Strömungsführungen kann verwendet werden, um den Strom in dem Zylinder zu beschleunigen und um eine Turbulenz in dem Strom einzuleiten, wodurch die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden können. Die Bemaßung von Röhrenwärmetauschern beruht jedoch normalerweise auf der Wärmeübertragung in den Röhren, welche üblicherweise kleiner als die Wärmeübertragung außerhalb des Röhrenbündels ist. Die große Abmessung der Röhrenwärmetauscher rührt hauptsächlich von einer schlechten Wärmeübertragung in der Röhre her. Der Durchmesser des Zylinders des Röhrenwärmetauschers ist normalerweise klein in Bezug auf die Länge des Zylinders. Der Strom in dem Zylinder ist in den meisten Fällen eingerichtet, um von einem Ende zu dem anderen zu fließen. Aufgrund der Form des Wärmetauschers sind normalerweise keine Dichtungsanforderungen für die Strömungsführungen festgesetzt, welche als das Stützmittel für das Röhrenbündel verwendet werden.
Bei aus kreisförmigen Wärmeübertragungsplatten zusammengesetzten Wärmetauschern, bei welchen der Plattenstapel in einem Zylinder platziert ist, ist es problematisch gewesen, ist es problematisch gewesen, den Strom der Sekundärseite in dem Zylinder auf eine solche Weise einzurichten, dass es keinen Umgehungsstrom gibt. Bei Wärmetauscherstrukturen von dieser Art passiert der Strom, welcher durch die Strömungsführungen fließt, fast alle Wärmeübertragungsflächen, wodurch die Wärmeübertragungseigenschaften wesentlich verringert werden. Aus diesem Grund sind aus einem Metallblech hergestellte biegsame Strömungsführungen in Wärmetauschern verwendet worden, um Gummidichtungen oder Ähnliches gegen die Außenoberfläche des Plattenstapels und gegen die Innenoberfläche des Gehäuses des Wärmetauschers zu drücken. Die Funktion dieser Strömungsführungen ist es, den transversalen Umgehungsstrom zwischen dem Plattenstapel und dem Gehäuse zu verhindern. Dank ihrer biegsamen Struktur haben sich diese Strömungsführungen im Betrieb bewährt. Dennoch haben sich die steifen Abstandsplatten, welche verwendet worden sind, um den Strom der Sekundärseite in mehrere Ströme aufzuteilen, häufig als undicht erwiesen, obwohl sie mit Gummidichtungen gegen den Plattenstapel und das Gehäuse versehen worden sind.
Die WO-A-0216852 zeigt eine Lösung zur Verhinderung von Umgehungsströmen der Sekundärseite auf. Bei dieser Ausgestaltung sind die Durchgänge der Sekundärseite auf das Gehäuse des Wärmetauschers aufgepasst, was eine teure und sperrige Lösung ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aus kreisförmigen Wärmeübertragungsplatten hergestellten geschweißten Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, welcher die guten Druckbeständigkeitseigenschaften des Röhrenwärmetau schers aufweist und dessen Wärmeübertragungseigenschaften denen eines Plattenwärmetauschers entsprechen und alle dessen Durchgänge auf die gleiche Weise wie bei dem herkömmlichen Plattenwärmetauscher in eine Endplatte eingepasst sind.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass eine Strömungsführung mit der Form des Buchstabens Z zwischen die Endplatte des Plattenstapels und die Endplatte des Wärmetauschers eingepasst ist, um die Ströme der Sekundärseite in Durchflussdurchgänge zu führen, welche zwischen dem Gehäuse und dem Plattenstapel angeordnet sind und aus gegen das Gehäuse gekrümmten dünnen Platten ausgebildet sind.
Genauer ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher mit Plattenstruktur durch das gekennzeichnet, was in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 präsentiert werden wird.
Mit dem erfindungsgemäßen geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur werden beträchtliche Vorteile erreicht werden. Die Ströme der Primärseite und der Sekundärseite können auf eine gewünschte Weise aufgeteilt werden, wobei die Wärmeübertragungsbedingungen gemäß den Eigenschaften der Wärmeübertragungsmittel und den Durchflussmengen frei gewählt werden können. Der geschweißte Wärmetauscher mit Plattenstruktur kann auch als ein Gleichstromwärmetauscher, ein Gegenstromwärmetauscher oder ein Kreuzstromwärmetauscher verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit Plattenstruktur werden die Wärmeübertragungseigenschaften des Wärmetauschers nicht durch Umgehungsströme verringert. Alle Durchgänge des geschweißten Wärmetauschers mit Plattenstruktur sind an der Endplatte des Wärmetauschers angepasst, was die Installationsarbeit erleichtert und Raum spart.
Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Wärmetauscher mit Plattenstruktur unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben werden, wobei
1 schematisch den erfindungsgemäßen geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur in einer Seitenansicht zeigt.
2 zeigt schematisch den geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur nach 1 in einem Teilquerschnitt, von der Seite aus gesehen.
3 zeigt schematisch den Wärmetauscher mit Plattenstruktur nach 1 in einer Draufsicht.
4 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur in einem Querschnitt entlang der Linie A-A.
5 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen geschweißten Wärmetauscher mit Plattenstruktur in einem Teilquerschnitt, von oben aus gesehen.
6 zeigt schematisch die Struktur von Punkt B in einer vergrößerten Ansicht.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben werden. 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen geschweißten Wärmetauschers mit Plattenstruktur, bei welchem alle Durchgänge in dem Ende des Gehäuses eingepasst sind. Die Gehäuseeinheit 2, welche als ein Druckbehälter für den Wärmetauscher 1 mit Plattenstruktur verwendet wird, umfasst ein Gehäuse 3 und Endplatten 4 und 5, welche auf eine unbewegliche Weise an dem Gehäuse 3 befestigt sind. Die Gehäuseeinheit 2 beherbergt einen Stapel 6 von Platten, welche die Wärmeübertragungsflächen ausbilden, wobei der Stapel zur Reinigung und Wartung entfernt werden kann, beispielsweise indem eines der Enden 4, 5 mittels einer Flanschverbindung mit dem Gehäuse 3 verbunden wird. Ein Wärmeübertragungsmittel, welches in dem Plattenstapel 6 fließt, bildet einen Primärstrom, welcher durch die Endplatte 4 über einen Einlassdurchgang 7 zu dem Plattenstapel 6 geführt wird, und welcher über einen Auslassdurchgang 8 in dem Ende 4 abfließen darf. Der Durchgang des Primärstroms ist mit Pfeilen 9 dargestellt.
Der Plattenstapel 6 bildet die Wärmeaustauschoberflächen des Wärmetauschers 1 aus, welche aus miteinander verbundenen kreisförmigen gerillten Wärmeübertragungsplatten 10 zusammengesetzt sind. Die Wärmeübertragungsplatten 10 sind durch ein Verschweißen an den Außenumfängen der Durchflussöffnungen 11 und 12 paarweise miteinander verbunden, und die Plattenpaare sind durch ein Verschweißen an den Außenumfängen 13 der Wärmeübertragungsplatten 10 miteinander verbunden. Die Durchflussöffnungen 11 und 12 bilden die Einlass- und Auslassdurchgänge des Primärstroms in dem Plattenstapel 6, durch welche das Wärmeübertragungsmittel geführt wird und von den von den Wärmeübertragungsplatten ausgebildeten Kanälen abgegeben wird.
Der Plattenstapel 6 wird zusammengesetzt und vorgespannt, indem die Endplatten 14, 15 in dem Plattenstapel 6 mit Seitenstützplatten 16, 17 zusammengeschweißt werden. Um einen Umgehungsstrom des Wärmeübertragungsmittels in dem Raum zwischen dem Plattenstapel 6 und den Seitenstützplatten 16, 17 zu vermeiden, wird der Raum vor der Montage mit Gummidichtungen 18, 19 oder Ähnlichem versehen. Die Platten 22, 23 der Durchflussdurchgänge 20, 21 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Plattenstapel 6 werden mit den Seitenstützplatten 16, 17 zusammengeschweißt. Die Platten 22 und 23 sind gegen das Gehäuse 3 gekrümmt, und ihre Kanten werden als Federn verwendet, um die Seitenstützplatten 16, 17 und die Gummidichtungen 18, 19 gegen den Plattenstapel 6 zu drücken.
Eine Strömungsführung 24 mit der Form des Buchstabens Z ist zwischen die Endplatte 4 der Gehäuseeinheit 2 und die Endplatte 14 des Plattenstapels 6 eingepasst, um den Raum zwischen den Endplatten 4, 14 in zwei Teile aufzuteilen und um die Ströme zu einem Durchgang 20 und den Abfluss von einem Durchgang 21 zu führen. Die Einlass- und Auslassdurchgänge 26, 27 des Sekundärstroms, welcher mit Pfeilen 25 gezeigt ist, sind mit der Endplatte 4 der Gehäuseeinheit 2 verbunden. Zum Entleeren und zum Belüften des Wärmetauschers sind an der Endplatte 4 der Gehäuseeinheit 2 Belüftungs- und Entleerschrauben 28, 29 vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 mit Plattenstruktur wird normal durch ein Einstellen und Steuern der Ströme der Primärseite und der Sekundärseite verwendet. Die einzige Beschränkung für die Verwendung der Vorrichtung ist das erste Anfahren, bei welchem man berücksichtigen sollte, dass die Platten 22, 23 der Durchflussdurchgänge 20, 21 keine Teile eines Druckbehälters sind, und dass eine gegebene Verzögerungszeit berücksichtigt werden sollte, damit die Durchflussdurchgänge 20, 21 und die ihnen benachbarten Räume mit dem Wärmeübertragungsmittel gefüllt werden. Wenn der Wärmetauscher 1 angestellt wird, muss über die Schrauben 28, 29 eine Belüftung durchgeführt werden. Auf eine entsprechende Weise kann der Wärmetauscher 1 über die Schrauben 28, 29 entleert werden, in Abhängigkeit von der Position der Anordnung.
Es wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass oben nur ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens beschrieben worden ist, und dass es sich natürlich in dem in den Ansprü chen dargelegten Schutzumfang ändern kann. Beispielsweise kann sich die Außenform der Strömungsführung 24 in dem geschweißten Wärmetauscher 1 mit Plattenstruktur, welche die Form des Buchstabens Z aufweist, frei ändern, solange der Raum durch das Teil in zwei Teile aufgeteilt wird, um Umgehungsströme zu verhindern. Weiterhin können die Räume in dem Gehäuse 3 und den Seitenstützplatten 16, 17 mit dem Wärmeübertragungsmittel auf eine andere Weise als die oben dargelegte gefüllt werden.

Claims

Geschweißter Wärmetauscher (1) mit Plattenstruktur, welcher für eine Wärmeübertragung zwischen Stoffen in demselben Zustand oder in verschiedenen Zuständen, beispielsweise einem Gas oder einer Flüssigkeit, bestimmt ist, umfassend – einen geschlossenen Plattenstapel (6), welcher aus kreisförmigen Wärmeübertragungsplatten (10) besteht, die als Wärmeübertragungsflächen verwendet werden und an ihren Außenumfängen (13) oder an den Außenumfängen ihrer Durchflussöffnungen (11, 12) miteinander verbunden sind, wobei ein Wärmeübertragungsmittel in dem Stapel (6) fließt, – eine Gehäuseeinheit (2), welche als ein Druckbehälter verwendet wird und aus Endplatten (4, 5), die den Plattenstapel (6) stützen, und dem umgebenden Gehäuse (3) besteht, wobei ein anderes Wärmeübertragungsmittel in der Gehäuseeinheit (2) fließt, und – Einlassdurchgänge und Auslassdurchgänge (7, 8, 26, 27) für die in dem Plattenstapel (6) und in der Gehäuseeinheit (2) fließenden Wärmeübertragungsmittel, welche sich durch die eine Endplatte (4) erstrecken, wobei – die Einlassdurchgänge und Auslassdurchgänge (26, 27) des in der Gehäuseeinheit (2) fließenden Wärmeübertragungsmittels mit der einen Endplatte (4) der Gehäuseeinheit (2) verbunden sind, und die Einlassdurchgänge und Auslassdurchgänge (7, 8) des Plattenstapels (6) mit dem Plattenstapel (6) und der einen Endplatte (4) verbunden sind, – eine Strömungsführung (24) mit der Form des Buchstabens Z oder einer entsprechenden Form zwischen die Endplatte (4) der Gehäuseeinheit (2) und die Endplatte (14) des Plattenstapels (6) eingepasst ist, um den Strom zu einem Durchflussdurchgang (20) zwischen dem Gehäuse (3) und dem Plattenstapel (6) zu führen und um ihn aus einem anderen Durchflussdurchgang (21) zwischen der Gehäuseeinheit (2) und dem Plattenstapel (6) abzugeben, und – die Durchflussdurchgänge zwischen dem Gehäuse (3) und dem Plattenstapel (6) aus dünnen Platten (22, 23) bestehen, welche gegen das Gehäuse (3) gekrümmt sind und an ihren Seiten an Seitenstützplatten (16, 17) des Plattenstapels (6) angebracht sind.
Geschweißter Wärmetauscher (1) mit Plattenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gummidichtungen (18, 19) unter den Seitenstützplatten (16, 17) des Plattenstapels (6) vorgesehen sind, um Umgehungsströme zu verhindern.
Wärmetauscher (1) mit Plattenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten der Platten (22, 23) der Durchflussdurchgänge (20, 21) zwischen dem Gehäuse (3) und dem Plattenstapel (6) so gebogen sind, dass sie als Federn verwendet werden, um die Gummidichtungen (18, 19) gegen den Plattenstapel (6) zu drücken.
Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen die eine Endplatte (4) der Gehäuseeinheit (2) und die Endplatte (14) des Stapels (6) eingepasste Strömungsführung (24) mit der Form des Buchstabens Z und die Platten (22, 23) der Durchflussdurchgänge (20, 21) zwischen dem Gehäuse (3) und dem Plattenstapel (6) Elemente sind, welche nicht zu dem Druckbehälter gehören.
Wärmetauscher (1) mit Plattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenräume zwischen den Endstützplatten (16, 17) des Plattenstapels (6) und dem Gehäuse (3) der Gehäuseeinheit (2) mit einem nicht fluiden Wärmeübertragungsmittel gefüllt sind.
Wärmetauscher (1) mit Plattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Platten (22, 23), welche die Durchflussdurchgänge (20, 21) zwischen dem Gehäuse (3) und dem Plattenstapel (6) ausbilden, wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, um ein Wärmeübertragungsmittel in die Innenräume zwischen dem Gehäuse (3) und den Seitenstützplatten (16, 17) des Plattenstapels (6) zu führen.