DE69017472T2

DE69017472T2 - RELEASED HEAT EXCHANGER PIPE PLATE.

Info

Publication number: DE69017472T2
Application number: DE69017472T
Authority: DE
Inventors: Sune Malm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: WO1991015728A1; SE8803537L; ES2068387T3; EP0523039B1; SE462815B; EP0523039A1; DE69017472D1; SE8803537D0

Description

Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Wärmetauscherbehälter mit einem Gehäuse und im Inneren des Gehäuses angeordnet wenigstens einer Rohrplatte, mit welcher eine Anzahl von Wärmetauscherrohren verbunden ist und deren Kanten bereich mit dem Gehäuse dichtend verbunden ist. Die Erfindung betrifft spezieller eine Anordnung, in welcher die Rohrplatte mit dem Gehäuse mit Hilfe eines flexiblen Verbindungsteils verbunden ist.The present invention relates to a heat exchanger with a heat exchanger vessel with a housing and, arranged inside the housing, at least one tube plate to which a number of heat exchanger tubes are connected and whose edge region is sealingly connected to the housing. The invention relates more particularly to an arrangement in which the tube plate is connected to the housing by means of a flexible connecting part.

Background of the invention

In einem herkömmlichen Wärmetauscher hat die Rohrplatte (oder haben die Rohrplatten, da allgemein zwei solcher Platten vorliegen) normalerweise die größte Wanddicke der Konstruktion. Der Grund hierfür besteht darin, daß der an dem Gehäuse befestigte Kantenbereich der Rohrplatte wesentlichen Belastungen als Ergebnis von Unterschieden der Wärmeausdehnung zwischen dem Gehäuse und den in der Rohrplatte befestigten Rohren ausgesetzt ist. Außerdem muß der Kantenbereich der Rohrplatte Druck von einer Seite widerstehen können. Die Belastung eines solchen Druckes, der ein Außendruck oder ein Innendruck sein kann, wird in der Form von Biegespannungen in dem Kantenbereich der Rohrplatte aufgenommen, was eine erhebliche Wanddicke der Rohrplatte erforderlich macht.In a conventional heat exchanger, the tube sheet (or tube sheets, as there are generally two such sheets) normally has the greatest wall thickness of the structure. The reason for this is that the edge region of the tube sheet attached to the casing is subjected to significant stresses as a result of differences in thermal expansion between the casing and the tubes attached to the tube sheet. In addition, the edge region of the tube sheet must be able to withstand pressure from one side. The stress of such pressure, which may be external pressure or internal pressure, is accommodated in the form of bending stresses in the edge region of the tube sheet, which requires a significant wall thickness of the tube sheet.

Im Hinblick auf eine Reduzierung der Spannungen infolge einer Ausdehnung wurden bestimmte Wärmetauscher mit Ausdehnungsbälgen in der Gehäuseseite versehen. Obwohl dies bedeutet, daß die mit der Wärmeausdehnung verbundenen Probleme überwunden werden, entstehen dabei andere Probleme, indem die durch den inneren Überdruck verursachte Belastung zunimmt.In order to reduce the stresses due to expansion, certain heat exchangers have been fitted with expansion bellows in the side of the casing. Although this means that the problems associated with thermal expansion are overcome, it creates other problems by increasing the stress caused by internal overpressure.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Rohrplatte an dem Gehäuse mit Hilfe eines flexiblen Verbindungsteils, wie Balgeinrichtungen oder einer flachen Membran, zu verbinden, um die Ausdehnungsprobleme zu berücksichtigen. Dies löst jedoch die Probleme des von einer Seite ausgeübten Druckes nicht.It has also been suggested to connect the tube sheet to the casing using a flexible connector such as bellows or a flat diaphragm to take into account the expansion problems. However, this does not solve the problems of pressure exerted from one side.

Die Patentschrift US-A-1 876 401 beschreibt einen Wärmetauscher, wie er in dem Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist, wobei das Verbindung steil eine hochflexible Dichtung ist und runde Abschnitte mit damit verbundenen runden Zentren an alternierenden Seiten des Verbindungsteils umfaßt. So arbeitet das Verbindungsteil allgemein wie eine Balgeinrichtung.US-A-1 876 401 describes a heat exchanger as defined in the preamble of claim 1, wherein the joint is a highly flexible gasket and comprises round sections with associated round centers on alternate sides of the joint. Thus, the joint generally functions as a bellows device.

Object of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher des in der Einleitung dieser Beschreibung angegebenen Typs zu bekommen, der im wesentlichen die oben diskutierten Probleme ausräumt, während er gleichzeitig weitere wesentliche Vorteile hinsichtlich der Konstruktion ergibt.The object of the present invention is to provide a heat exchanger of the type indicated in the introduction to this description which substantially eliminates the problems discussed above, while at the same time providing further significant advantages in terms of construction.

Summary of the invention

Gemäß der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabe durch einen Wärmetauscher gelöst, der die in den beigefügten Ansprüchen aufgeführten Merkmale hat.According to the invention, the above-mentioned object is achieved by a heat exchanger having the features listed in the appended claims.

Gemäß der Erfindung bekommt man somit einen Wärmetauscher mit einem Wärmetauscherbehälter mit einem Gehäuse und im Inneren des Gehäuses angeordnet wenigstens einer Rohrplatte, mit welcher eine Anzahl von Wärmetauscherrohren verbunden ist und deren Kantenbereich mit dem Gehäuse mit Hilfe eines flexiblen Verbindungsteils derart dichtend verbunden ist, daß Wärmedehnung zwischen dem Gehäuse und der Rohrplatte als Biegung des Verbindungsteils aufgenommen werden kann, welches als Teil eines Toroids mit einem Querschnitt von gekrümmter Gestalt ausgebildet ist, wobei dieser Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verbindungsteil in der Form eines dünnen Membrangehäuses aus metallischem Material, allgemein Stahl und bevorzugt rostfreiem Stahl, und von kontinuierlicher Krümmung vorliegt, wobei das Membrangehäuse wenigstens im unbelasteten Zustand im wesentlichen die Form eines Viertelkreises hat, so daß aus Druckunterschieden quer zu dem Verbindungsteil stammende Belastungen als allgemeine Membranspannungen in dem Verbindungsteil aufgenommen werden können. Die Viertelkreisform verleiht dem Verbindungsteil die wesentliche Eigenschaft, daß es im wesentlichen dem gleichen von einer Seite entweder gegen seine konkave oder seine konvexe Seite ausgeübten Druck widerstehen kann, während es auch eine gute Elastizität gewährleistet. Außerdem bringt diese Konstruktion Materialwirtschaftlichkeit mit sich.According to the invention, a heat exchanger is thus obtained with a heat exchanger vessel with a housing and, arranged inside the housing, at least one tube plate to which a number of heat exchanger tubes are connected and whose edge region is sealingly connected to the housing by means of a flexible connecting part in such a way that thermal expansion between the housing and the tube plate can be absorbed as bending of the connecting part, which is designed as part of a toroid with a cross section of curved shape, this heat exchanger being characterized in that the connecting part is in the form of a thin membrane housing made of metallic material, generally steel and preferably stainless steel, and of continuous curvature, the membrane housing at least in the unloaded state having substantially the shape of a quarter circle, so that stresses arising from pressure differences transverse to the connecting part can be absorbed as general membrane stresses in the connecting part. The quarter-circle shape gives the joint the essential property of being able to withstand essentially the same pressure exerted from one side against either its concave or convex side, while also ensuring good elasticity. In addition, this design brings with it material economy.

Mit anderen Worten, die Verbindungsteilanordnung nach der Erfindung bedeutet, daß Wärmeausdehnung leicht als Biegung des biegsamen Verbindungsteils aufgenommen werden kann, während gleichzeitig von einer Seite ausgeübter Druck als allgemeine Membranspannungen aufgenommen werden kann, die über die Membran des Verbindungsteils verteilt sind. Der Ausdruck "allgemeine Membranspannungen", wie er hier verwendet wird, hat die in der Technik angenommene übliche Bedeutung.In other words, the joint assembly of the invention means that thermal expansion can be readily accommodated as deflection of the flexible joint, while at the same time pressure applied from one side can be accommodated as general diaphragm stresses distributed across the joint membrane. The term "general diaphragm stresses" as used herein has the usual meaning adopted in the art.

Die Anordnung gemäß der Erfindung macht es möglich, thermischen Versetzungen und Druckbelastungen von einer Seite gewachsen zu sein, ohne daß in der Konstruktion größere Kräfte oder Momente auftreten. Insbesondere wird die Rohrplatte selbst nicht irgendwelchen wesentlichen Kräften oder Momenten von ihrem Kantenbereich ausgesetzt. Sie kann daher viel dünner als die Rohrplatten herkömmlicher Konstruktionen gemacht werden. Typischerweise wurde gefunden, daß bei Verwendung der Anordnung nach der Erfindung die Dicke der Rohrplatte auf 10 bis 20 % der normalen Dicke reduziert werden kann. Diese Dickenreduktion um bis zu 90 % ergibt sehr wesentliche Kostenreduzierungen für Material und in vielen Fällen auch der Herstellungskosten. Da die Rohrplatte dünn ist, können somit die in ihr hergestellten Löcher zur Befestigung der Rohre ausgestanzt werden statt gebohrt werden zu müssen. Da die Rohrzahl meistens sehr groß ist, bedeutet dies, daß das Arbeiten bei der Bildung von Löchern in der Rohrplatte stark erleichtert und erheblich weniger kostspielig wird.The arrangement according to the invention makes it possible to cope with thermal displacements and pressure loads from one side without major forces or moments occurring in the structure. In particular, the tube sheet itself is not subjected to any significant forces or moments from its edge region. It can therefore be made much thinner than the tube sheets of conventional designs. Typically it has been found that by using the arrangement according to the invention the thickness of the tube sheet can be reduced to 10 to 20% of the normal thickness. This thickness reduction of up to 90% results in very significant cost reductions in material and in many cases also in manufacturing costs. Since the tube sheet is thin, the holes made in it for fastening the tubes can thus be punched out instead of having to be drilled. Since Since the number of tubes is usually very large, this means that the work of forming holes in the tube sheet is made much easier and considerably less costly.

Das dünne gehäuseartige Verbindungsteil kann leicht an der Kante der Rohrplatte und an dem Gehäuse des Wärmetauscherbehälters beispielsweise durch Schweißen befestigt werden. Das Verbindungsteil kann auch als ein kontinuierlicher Fortsatz der Rohrplatte oder als Teil des Gehäuses ausgebildet werden, in welchem Fall ein solcher Fortsatz eine in geeignetem Maß reduzierte Rohrplatten- oder Gehäusewanddicke haben kann. Ein Integrieren des Verbindungsteils in die Rohrplatte oder die Gehäusewand erlaubt die Verwendung stark vereinfachter und billigerer Herstellungsmethoden. Die Erfindung ergibt auch eine sehr kompakte Konstruktion mit einem kleinen Spalt zwischen der Kante der Rohrplatte und der Gehäusewand, was bedeutet, daß das Innere des Wärmetauschers effizienter ausgenutzt werden kann.The thin casing-like connecting part can be easily attached to the edge of the tube plate and to the casing of the heat exchanger vessel, for example by welding. The connecting part can also be formed as a continuous extension of the tube plate or as part of the casing, in which case such an extension can have a suitably reduced tube plate or casing wall thickness. Integrating the connecting part into the tube plate or casing wall allows the use of much simplified and cheaper manufacturing methods. The invention also results in a very compact construction with a small gap between the edge of the tube plate and the casing wall, which means that the interior of the heat exchanger can be used more efficiently.

Das Verbindungsteil nach der Erfindung hat vorzugsweise eine gleichmäßige Dicke über seine gesamte Membranoberfläche. Außer der Toroidmembran kann das Verbindungsteil natürlich spezielle Kantenbefestigungseinrichtungen zum Befestigen an der Rohrplatte und an dem Gehäuse umfassen. Um die Belastungen auf der Rohrplatte in dem mit Rohren versehenen Bereich weiter zu reduzieren und kleinere nicht mit Rohren versehene Bereiche im Kantenbereich der Rohrplatte zu überbrücken, kann ein Versteifungsring oder -flansch an der Kante der Rohrplatte außerhalb der Rohre vorgesehen sein. Dieser Ring oder Flansch kann starr oder elastisch an der Rohrplatte befestigt sein. Er kann auch einen kontinuierlichen Fortsatz der Rohrplatte bilden.The connecting part according to the invention preferably has a uniform thickness over its entire membrane surface. In addition to the toroidal membrane, the connecting part can of course comprise special edge fastening means for fastening to the tube plate and to the housing. In order to further reduce the stresses on the tube plate in the tubed area and to bridge smaller non-tubed areas in the edge area of the tube plate, a stiffening ring or flange can be provided on the edge of the tube plate outside the tubes. This ring or flange can be rigidly or elastically attached to the tube plate. It can also form a continuous extension of the tube plate.

Andere Merkmale und Vorteile des Wärmetauschers nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen desselben unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.Other features and advantages of the heat exchanger according to the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments thereof with reference to the accompanying drawings.

Short description of the drawing

Fig. 1 ist ein schematischer vertikaler Längsschnitt eines horizontalen Wärmetauschers einschließlich einer Anordnung nach der Erfindung.Fig. 1 is a schematic vertical longitudinal section of a horizontal heat exchanger including an arrangement according to the invention.

Fig. 2 ist eine schematische teilgeschnittene Ansicht, die eine Ausführungsform eines Verbindungsteils nach der Erfindung zeigt.Fig. 2 is a schematic partially sectional view showing an embodiment of a connecting part according to the invention.

Fig. 3 bis Fig. 9 sind Darstellungen ähnlich Fig. 2, die aber andere Ausführungsformen eines Verbindungsteils nach der Erfindung erläutern.Fig. 3 to Fig. 9 are views similar to Fig. 2, but explaining other embodiments of a connecting part according to the invention.

Description of embodiments

Fig. 1 zeigt schematisch einen vertikalen Längsschnitt eines horizontalen Wärmetauschers mit einer Verbindungsteilanordnung nach der Erfindung. Der Wärmetauscher umfaßt in herkömmlicher Weise ein zylindrisches Gehäuse 1, zwei an dem Gehäuse mit Hilfe von Flanschverbindungen 5 befestigte Kappen 2 und 3, zwei Rohrplatten 7, 8, deren Ebenen senkrecht zu der Achse des Gehäuses 1 sind und die an jedem Ende des Gehäuses angeordnet sind, in Löchern in den Rohrplatten befestigte und sich zwischen den Rohrplatten parallel zu der Achse des Gehäuses erstreckende Rohre 9, Prallwände 11, 12, 13 parallel zu den Rohrplatten 7, 8 und entlang den Rohren 9 verteilt, einen Einlaß 15 am oberen Ende des Gehäuses 1 auf einer Seite desselben für die Zufuhr eines ersten Wärmetauscherfließmittels, einen Auslaß 17 am Boden des Gehäuses an der anderen Seite desselben zur Entnahme des ersten Wärmetauscherfließmittels, einen Einlaß 19 in mittiger Anordnung in der Kappe 3 für die Zufuhr eines zweiten Wärmetauscherfließmittels, damit dieses durch einen ersten Satz von Rohren 9 zu dem Raum im Inneren der Kappe 2 geht, und einen am Boden der Kappe 3 angeordneten Auslaß 21, um das zweite Wärmetauscherfließmittel abzugeben, nachdem es durch einen zweiten Satz von Rohren 9 zu dem Raum im Inneren der Kappe 3 rückgeführt wurde. An ihren äußeren Umfangskanten sind die Rohrplatten 7 und 8 flexibel an dem Gehäuse 1 mit Hilfe spezieller Verbindungsteile 23 befestigt, die weiter im einzelnen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 beschrieben sind.Fig. 1 shows schematically a vertical longitudinal section of a horizontal heat exchanger with a connecting part arrangement according to the invention. The heat exchanger comprises in a conventional manner a cylindrical housing 1, two caps 2 and 3 attached to the housing by means of flange connections 5, two tube plates 7, 8, the planes of which perpendicular to the axis of the housing 1 and arranged at each end of the housing, tubes 9 fixed in holes in the tube plates and extending between the tube plates parallel to the axis of the housing, baffles 11, 12, 13 parallel to the tube plates 7, 8 and distributed along the tubes 9, an inlet 15 at the upper end of the housing 1 on one side thereof for the supply of a first heat exchange fluid, an outlet 17 at the bottom of the housing on the other side thereof for the removal of the first heat exchange fluid, an inlet 19 centrally arranged in the cap 3 for the supply of a second heat exchange fluid to pass through a first set of tubes 9 to the space inside the cap 2, and an outlet 21 arranged at the bottom of the cap 3 for discharging the second heat exchange fluid after it has passed through a second set of tubes 9 to the space inside the cap 3. At their outer peripheral edges, the tube plates 7 and 8 are flexibly attached to the housing 1 by means of special connecting parts 23, which are described in more detail below with reference to Figs. 2 to 9.

Die mittige Prallplatte 12 ist an dem Gehäuse befestigt, und die Rohre 9 sind ihrerseits an der Prallplatte 12 an dem Punkt befestigt, wo sie durch sie hindurchgehen. Die Prallplatten 11 und 13 sind an der Prallplatte 12 mit Hilfe von Abstandshalterstangen 25 befestigt, aber beweglich in bezug auf das Gehäuse. Die Rohre 9 gehen durch Löcher in den Prallplatten 11 und 13, wobei diese Löcher etwas größer als die Rohre sind, so daß die Rohre 9 und die Prallplatten 11 und 13 in bezug aufeinander beweglich sind. Die Prallplatten 11, 12, 13 erstrecken sich nicht über den gesamten runden Querschnitt und sind so abwechselnd mit dem Gehäuse 1 verbunden, daß das erste Wärmetauscherfließmittel dazu gebracht wird, einem abwechselnd abwärts und aufwärts gerichteten Fließweg um die Rohre 9 zu folgen, wie durch die Pfeile 27 angegeben ist.The central baffle plate 12 is fixed to the housing and the tubes 9 are in turn fixed to the baffle plate 12 at the point where they pass through it. The baffles 11 and 13 are fixed to the baffle plate 12 by means of spacer rods 25 but are movable with respect to the housing. The tubes 9 pass through holes in the baffles 11 and 13, these holes being slightly larger than the tubes so that the tubes 9 and the baffles 11 and 13 are movable with respect to each other. The baffle plates 11, 12, 13 do not extend over the entire circular cross-section and are alternately connected to the housing 1 so that the first heat exchange fluid is caused to follow an alternating downward and upward flow path around the tubes 9, as indicated by the arrows 27.

Das zweite Wärmetauscherfließmittel wird dem ersten begrenzten Satz von Rohren 9 von dem Einlaß 19 aus mit Hilfe einer Rohrleitung 26 zugeführt. Diese besteht aus zwei teleskopartigen Rohrteilen 29, 30. Das Teil 29 ist mit dem Einlaß 19 und das Teil 30 mit der Rohrplatte um die vereinigten Rohre herum verbunden. Das Teil 29 kann in dem Teil 3 in Verbindung mit thermisch bewirkten Versetzungen der Rohrplatte 8 verschoben werden, wobei eine Dichtung 31 eine geeignete Abdichtung in bezug auf den Raum im Inneren der Kappe 3 gewährleistet. Es ist verständlich, daß die Dichtung 31 eine einfache Dichtung vom Stopfbüchsentyp sein kann, da der auf sie ausgeübte Druck den Druckabfall des zweiten Wärmetauscherfließmittels während seines Durchganges durch die Rohre 9 nicht überschreitet. Der Fließweg des zweiten Wärmetauscherfließmittels ist durch die Pfeile 28 angezeigt.The second heat exchange fluid is supplied to the first limited set of tubes 9 from the inlet 19 by means of a pipe 26. This consists of two telescopic pipe parts 29, 30. The part 29 is connected to the inlet 19 and the part 30 to the tube plate around the united tubes. The part 29 can be displaced in the part 3 in connection with thermally induced displacements of the tube plate 8, a seal 31 ensuring a suitable seal with respect to the space inside the cap 3. It will be understood that the seal 31 can be a simple gland type seal, since the pressure exerted on it does not exceed the pressure drop of the second heat exchange fluid during its passage through the tubes 9. The flow path of the second heat exchange fluid is indicated by the arrows 28.

Die erfinderische flexible Verbindung der Rohrplatten 7, 8 mit dem Gehäuse 1 mit Hilfe des Verbindungsteils 23 erscheint klarer aus den Fig. 2 bis 9, die in größerem Maßstab gezeichnet sind. In diesen Figuren werden für gleiche oder äquivalente Konstruktionselemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.The inventive flexible connection of the tube plates 7, 8 to the housing 1 by means of the connecting part 23 appears clearer from Fig. 2 to 9, which are drawn on a larger scale. In these figures, the same reference numerals as in Fig. 1 are used for identical or equivalent construction elements.

Die Fig. 2 bis 9 erläutern alle schematisch die Anbringung eines metallischen gehäuseartigen Verbindungsteils 23 in einem vergrößerten Teilschnitt entlang einem Durchmesser parallel zu der Achse des Gehäuses 1. Mit anderen Worten, der Schnitt ist in rechten Winkeln zu der Mittelachse des Verbindungsteils 23 gelegt, da es als ein Gehäuseabschnitt eines Ringtoroids gestaltet ist.Figs. 2 to 9 all illustrate schematically the attachment of a metallic housing-like connecting part 23 in an enlarged partial section along a diameter parallel to the axis of the housing 1. In other words, the section is made at right angles to the central axis of the connecting part 23, since it is designed as a housing section of a ring toroid.

In Fig. 2 ist das Verbindungsteil 23 ein dünnes Metallmembrangehäuse mit der Querschnittsform eines Viertelkreises, d. h. eines 90º-Kreisbogens (im unbelasteten Zustand). Die Kanten des Membrangehäuses erstrecken sich zu der unteren, d. d. "äußeren" Kantenoberfläche 31 (in der Figur) der Rohrplatte 8 und zu der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 und sind dort befestigt. Diese Kanten sind tangential sowohl mit der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 als auch mit der Rohrplatte 8 verbunden. Hier wie bei den anderen Ausführungsformen ist die Verbindung durch Schweißen erzeugt, wie in den betreffenden Figuren gezeigt ist. In diesem Fall liegt das Membrangehäuse unter der Ebene der Rohrplatte 8, d. h. auf dessen Außenseite. Ein von einer Seite ausgeübter "äußerer" Druck wird leicht als Membranspannungen aufgenommen, wie durch Pfeile 33 gezeigt ist. Ein "innerer" Druck von einer Seite kann jedoch genau so leicht als Membranspannungen dank der Gestaltung des Membrangehäuses aufgenommen werden.In Fig. 2, the connecting part 23 is a thin metal membrane housing with the cross-sectional shape of a quarter circle, i.e. a 90º circular arc (in the unloaded state). The edges of the membrane housing extend to and are fixed to the lower, i.e. "outer" edge surface 31 (in the figure) of the tube plate 8 and to the inner surface of the housing 1. These edges are tangentially connected to both the inner surface of the housing 1 and the tube plate 8. Here, as in the other embodiments, the connection is made by welding, as shown in the relevant figures. In this case, the membrane housing lies below the plane of the tube plate 8, i.e. on its outside. An "outer" pressure exerted from one side is easily absorbed as membrane stresses, as shown by arrows 33. However, an "internal" pressure from one side can be absorbed just as easily as membrane stresses thanks to the design of the membrane housing.

In der Ausführungsform von Fig. 3 ist das Membrangehäuse orthogonal mit der Rohrplatte 8 und dem Gehäuse 1 verbunden, und der verlängerte Befestigungsabschnitt 37 des Membrangehäuses 23 ist tangential mit einem Gehäuseflansch 5 verbunden und mit einer Dichtung 39 auf seiner Unterseite versehen. Außerdem erstreckt sich der Befestigungsabschnitt des Membrangehäuses an der Rohrplatte 8 so, daß er auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrplatte 8 vorspringt. Der so vorspringende Bereich 35 erwies sich als eine Verbesserung der Festigkeit und Stabilität der Befestigung. Wie in der Figur gezeigt ist, sind das Membrangehäuse 23 und der verlängerte Abschnitt 35 desselben mit der Kante der Rohrplatte 8 an ihrer oberen bzw. unteren Seite verschweißt. Ein von einer Seite ausgeübter "innerer" Druck ist durch Pfeile 34 wiedergegeben.In the embodiment of Fig. 3, the membrane housing is orthogonally connected to the tube plate 8 and the housing 1, and the extended attachment portion 37 of the membrane housing 23 is tangentially connected to a housing flange 5 and provided with a gasket 39 on its underside. In addition, the attachment portion of the membrane housing on the tube plate 8 extends so as to project on the opposite side of the tube plate 8. The thus projecting portion 35 has been found to improve the strength and stability of the attachment. As shown in the figure, the membrane housing 23 and the extended portion 35 thereof are welded to the edge of the tube plate 8 on its upper and lower sides, respectively. An "internal" pressure exerted from one side is represented by arrows 34.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des gleichen allgemeinen Typs wie jener in Fig. 2, doch ist hier das Verbindungsteil 23 eine kontinuierliche Verlängerung der Rohrplatte 8. Diese Verlängerung hat eine reduzierte Wanddicke und ragt von der oberen Seite (d. h. der "inneren Seite") der Rohrplatte 8 vor. Die freie Endoberfläche 41 der Rohrplatte ist konkav in Übereinstimmung mit der Krümmung des Membrangehäuses 23, um so einen glatten Übergang zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, schädliche Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Zum gleichen Zweck ist das entgegengesetzte Ende des Membrangehäuses 23, welches mit dem Gehäuse 1 verschweißt ist, durch die Krümmung des Membrangehäuses verdickt, das sich über einen kleinen Abstand nach dem 90º-Bogen fortsetzt. Die Schweißverbindung 43 liegt in der Ebene der Innenwand des Gehäuses 1.Fig. 4 shows an embodiment of the same general type as that in Fig. 2, but here the connecting part 23 is a continuous extension of the tube plate 8. This extension has a reduced wall thickness and projects from the upper side (ie the "inner side") of the tube plate 8. The free end surface 41 of the tube plate is concave in accordance with the curvature of the membrane housing 23 so as to form a smooth transition. In this way it is possible to avoid harmful stress concentrations. For the same purpose, the opposite end of the membrane housing 23, which is provided with the housing 1 is welded, thickened by the curvature of the membrane housing, which continues for a small distance after the 90º bend. The welded joint 43 lies in the plane of the inner wall of the housing 1.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die analog derjenigen von Fig. 2 ist, obwohl sie hier eine Sache eines von einer Seite ausgeübten "inneren" Druckes ist. Die Krümmung oder der Bogen des Membrangehäuses 23 ist somit umgekehrt und blickt abwärts, d. h. auswärts. Auch in dieser Ausführungsform wirkt somit Druck in dem konkaven gebogenen Membrangehäuse, um die optimale Membranspannungswirkung zu erzielen. Es sollte jedoch betont werden, daß das Membrangehäuse nach der Erfindung auch Druck aufnehmen kann, der nur von der gegenüberliegenden konvexen Seite ausgeübt wird.Fig. 5 shows an embodiment analogous to that of Fig. 2, although here it is a matter of "internal" pressure exerted from one side. The curvature or arc of the membrane housing 23 is thus reversed and faces downwards, i.e. outwards. In this embodiment too, pressure thus acts in the concave curved membrane housing to achieve the optimum membrane tensioning effect. It should be emphasized, however, that the membrane housing according to the invention can also accommodate pressure exerted only from the opposite convex side.

Das Verbindungsteil 23 ist hier ein kontinuierlicher Fortsatz des Gehäuses 1. Der Übergang zu dem Gehäuse 1 ist auf gleiche Weise wie der Übergang zu der Rohrplatte 8 in Fig. 4 gestaltet. An der Rohrplatte 8 ist das Membrangehäuse 23 mit dem unteren Teil der Endkantenoberfläche verschweißt. Die Endkantenoberfläche 45 ist im übrigen konkav mit einem glatten Übergang von der Krümmung des Membrangehäuses 23, wodurch schädliche Spannungskonzentrationen vermieden werden.The connecting part 23 is here a continuous extension of the housing 1. The transition to the housing 1 is designed in the same way as the transition to the tube plate 8 in Fig. 4. The membrane housing 23 is welded to the tube plate 8 with the lower part of the end edge surface. The end edge surface 45 is otherwise concave with a smooth transition from the curvature of the membrane housing 23, thereby avoiding harmful stress concentrations.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, die analog zu jener von Fig. 1 ist, obwohl sie in zweierlei Hinsicht modifiziert ist. Erstens ist das Membrangehäuse 23 mit dem unteren Teil der Endkantenoberfläche der Rohrplatte (wie in Fig. 5) verschweißt und die Endkantenoberfläche mit einer kontinuierlich verbundenen, ringsum laufenden Nut 47 ausgebildet. Zweitens ist ein kreiszylinderförmiger Versteifungsring 49 starr (in diesem Fall verschweißt) an der Oberseite der Rohrplatte 8 direkt an der Umfangskante der Platte befestigt. Der Ring 49 springt nach innen vor, d. h. in der entgegengesetzten Richtung bezüglich des Membrangehäuses 23, orthogonal zu der Rohrplatte 8.Fig. 6 shows an embodiment analogous to that of Fig. 1, although modified in two respects. First, the membrane housing 23 is welded to the lower part of the end edge surface of the tube plate (as in Fig. 5) and the end edge surface is formed with a continuously connected circumferential groove 47. Second, a circular cylindrical stiffening ring 49 is rigidly attached (in this case welded) to the top of the tube plate 8 directly at the peripheral edge of the plate. The ring 49 projects inwardly, i.e. in the opposite direction to the membrane housing 23, orthogonal to the tube plate 8.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, die (obwohl umgekehrt) zu jener von Fig. 3 analog ist. Sie ist jedoch für "inneren" Druck bestimmt und enthält einen Versteifungsring 49 wie in Fig. 6. In diesem Fall ist jedoch der Versteifungsring elastisch befestigt, indem er an dem vorspringenden Abschnitt 35 des Membrangehäuses 23 angeschweißt ist. Außerdem ist eine ringsum laufende Nut 51, die Spannungskonzentrationen ausschaltet, auf der Unterseite der Rohrplatte 8 in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Verschweißung 53 zwischen der Rohrplatte 8 und dem Membrangehäuse 23 vorgesehen. Die Nut 51 und die Schweißung 53 liefern einen glatten gekrümmten Übergang zwischen dem Membrangehäuse 23 und der Rohrplatte 8.Fig. 7 shows an embodiment analogous (although reversed) to that of Fig. 3. It is, however, intended for "internal" pressure and includes a stiffening ring 49 as in Fig. 6. In this case, however, the stiffening ring is elastically secured by being welded to the projecting portion 35 of the membrane housing 23. In addition, a circumferential groove 51, which eliminates stress concentrations, is provided on the underside of the tube plate 8 in close proximity to the weld 53 between the tube plate 8 and the membrane housing 23. The groove 51 and the weld 53 provide a smooth curved transition between the membrane housing 23 and the tube plate 8.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, die analog zu jener von Fig. 5 ist, zusätzlich aber mit einem Versteifungsring 49 wie in Fig. 6 versehen ist.Fig. 8 shows an embodiment which is analogous to that of Fig. 5, but is additionally provided with a stiffening ring 49 as in Fig. 6.

Fig. 9 zeigt schließlich eine Ausführungsform, in welcher das Membrangehäuse 23 tangential durch Verschweißen mit dem Gehäuse 1 an einem Ende verbunden ist, während sein anderes Ende mit der freien Endoberfläche 55 des befestigten Versteifungsringes 49 verschweißt ist, welcher sich abwärts von dem unteren Kantenabschnitt der Rohrplatte 8 aus erstreckt. Der Ring springt nicht im rechten Winkel von der Rohrplatte aus vor, sondern ist nach innen zu der Mitte des Wärmetauschers hin geneigt, d. h. weg von dem Gehäuse 1. Der unterste Abschnitt 57 des Ringes ist nach rückwärts gebogen, um senkrecht zu der Ebene der Rohrplatte 8 zu sein. Eine ringförmige konkave Nut 59 ist mit der oberen Verschweißung zwischen dem Membrangehäuse 23 und dem Ringabschnitt 57 verbunden, wodurch schädliche Spannungskonzentrationen vermieden werden. Wie leicht verständlich ist, bedeutet diese Anordnung, daß der Spalt 61 zwischen dem Gehäuse 1 und der Kante der Rohrplatte 8 reduziert werden kann, so daß die Ausnutzung des Inneren des Wärmetauschers verbessert werden kann.Fig. 9 finally shows an embodiment in which the membrane housing 23 is tangentially connected by welding to the housing 1 at one end, while its other end is welded to the free end surface 55 of the fixed stiffening ring 49 which extends downwards from the lower edge portion of the tube plate 8. The ring does not project at right angles from the tube plate, but is inclined inwards towards the centre of the heat exchanger, i.e. away from the housing 1. The lowermost portion 57 of the ring is bent backwards to be perpendicular to the plane of the tube plate 8. An annular concave groove 59 is connected to the upper weld between the membrane housing 23 and the ring portion 57, thereby avoiding harmful stress concentrations. As can be easily understood, this arrangement means that the gap 61 between the casing 1 and the edge of the tube plate 8 can be reduced so that the utilization of the interior of the heat exchanger can be improved.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscher verwendet zwei bewegliche Rohrplatten, was einen horizontalen Wärmetauscher ergibt, sowie die erläuterte bevorzugte Anordnung der Prallplatten. Andere Ausführungsformen sind jedoch innerhalb des Gedankens des Erfindungskonzeptes ebenfalls denkbar. So ist es möglich, eine ortsfeste und eine bewegliche Rohrplatte vorzusehen, in welchem Fall der Wärmetauscher vertikal angeordnet werden kann, wobei die Rohre in der ortsfesten Rohrplatte hängen oder stehen. Bewegliche Prallplatten werden dann in herkömmlicher Weise mit Hilfe von Abstandshaltern in der ortsfesten Rohrplatte befestigt.The heat exchanger shown in Fig. 1 uses two movable tube plates, which results in a horizontal heat exchanger, as well as the preferred arrangement of the baffle plates explained. However, other embodiments are also conceivable within the spirit of the inventive concept. For example, it is possible to provide a fixed and a movable tube plate, in which case the heat exchanger can be arranged vertically, with the tubes hanging or standing in the fixed tube plate. Movable baffle plates are then attached in the fixed tube plate in a conventional manner using spacers.

Claims

1. Heat exchanger with a heat exchanger tank with a housing (1) and at least one tube plate (7, 8) arranged in the interior of the housing, to which a number of heat exchanger tubes (9) are connected and whose edge region is sealingly connected to the housing (1) by means of a flexible connecting part (23) in such a way that thermal expansion between the housing (1) and the tube plate (7, 8) can be absorbed as a bend in the connecting part, which is designed as part of a toroid with a cross section of curved shape, characterized in that the connecting part (23) is in the form of a thin membrane housing made of metallic material and of continuous curvature, which at least in the unloaded state has substantially the shape of a quarter circle, so that loads originating from pressure differences transverse to the connecting part (23) can be absorbed as general membrane stresses in the connecting part.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connecting part (23) is connected to the edges of the housing (1) and a flange connection (5) of the tube plate (8).

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the connecting part (23) is connected to an edge surface (31) of the tube plate (8), the connecting part extending in such a way (35) that it protrudes on the opposite side of the edge surface with respect to the main extension of the connecting part.

4. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the connecting part (23) is connected to the inner surface of the housing (1) and to the lower edge surface (31) of the tube plate (8).

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the connecting part is a continuous extension of the housing wall (1).

6. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the connecting part is a continuous extension of the tube plate.

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that an annular or flange-shaped stiffening device (49) is attached to the edge section of the tube plate (8).

8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the stiffening device (49) is elastically attached to the tube plate (8).

9. Heat exchanger according to claims 3 and 8, characterized in that the stiffening device (49) is attached to the extended section (35) of the connecting part (23).