EP4573337A1 - Plattenwärmetauscher und verfahren - Google Patents

Plattenwärmetauscher und verfahren

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Publication number
EP4573337A1
EP4573337A1 EP23757515.4A EP23757515A EP4573337A1 EP 4573337 A1 EP4573337 A1 EP 4573337A1 EP 23757515 A EP23757515 A EP 23757515A EP 4573337 A1 EP4573337 A1 EP 4573337A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
cover plate
exchanger block
block module
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23757515.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer FLÜGGEN
Heinz Posselt
Artur TOMCZAK
Alexander WOITALKA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP4573337A1 publication Critical patent/EP4573337A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger and a method for producing such a plate heat exchanger.
  • a plate heat exchanger comprises a heat exchanger block, which is constructed from alternately arranged heat exchange elements, in particular so-called fins or heat transfer fins, and separating plates.
  • the heat exchange elements are made of corrugated or ribbed aluminum sheets, whereas the partition plates can be made of smooth aluminum sheets.
  • the plate heat exchanger forms a large number of parallel heat transfer passages in which process media can flow and indirectly transfer heat to process media guided in adjacent heat transfer passages.
  • a heat exchanger block as mentioned above can be composed of several heat exchanger block modules. According to in-house knowledge, these heat exchanger block modules can be connected to one another using a welded connection.
  • This welded connection presents no problems with the occurrence of cracks if the process is stable and continuous. On the contrary, the welded connection poses a risk of cracking if the process changes dramatically and the resulting large temperature fluctuations and temperature gradients. This needs to be improved.
  • an object of the present invention is to provide an improved plate heat exchanger.
  • a plate heat exchanger with a first heat exchanger block module and a second heat exchanger block module is proposed, wherein the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module are connected to one another using a positive connection, wherein the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module are connected to one another using a weld seam and wherein the weld seam covers the positive connection at least in sections.
  • the first heat exchanger block module has a first cover plate, the second heat exchanger block module having a second cover plate, the first cover plate and the second cover plate being connected to one another using the positive connection, the first cover plate and the second cover plate being positively connected to one another using a connecting element are connected, wherein the first cover plate has a recess in which the connecting element is received, and wherein the second cover plate has a recess in which the connecting element is received.
  • first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module are connected to one another both with the aid of the form-fitting connection and with the aid of the weld seam, it is possible to design the form-fitting connection in such a way that force transmission between the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module or vice versa exclusively or approximately only with the help of the positive connection, so that the weld seam is preferably not subjected to mechanical stress. This reliably prevents cracks from forming in the weld seam.
  • the plate heat exchanger is in particular a so-called Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • the plate heat exchanger is made up of a large number of alternately arranged heat exchange elements and separating plates. A separating plate is arranged between two heat exchange elements and a heat exchange element is arranged between two separating plates. The heat exchange elements and the separating plates are thus stacked on top of one another and form a heat exchanger block of the plate heat exchanger.
  • the heat exchange elements are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins.
  • the heat exchange elements can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets.
  • the partition plates are partition plates or can be referred to as partition plates.
  • the separating plates can also be made of aluminum.
  • the heat exchanger block is in the first heat exchanger block module and in the second heat exchanger block module divided.
  • Each heat exchanger block module includes any number of heat exchange elements and separator plates.
  • the heat exchanger block can have any number of heat exchanger block modules.
  • the number of heat exchange elements and the number of separating plates per heat exchanger block module is arbitrary.
  • the plate heat exchanger or the previously mentioned heat exchanger block preferably has a cuboid geometry with a width direction or x-direction, a vertical direction or y-direction and a depth direction or z-direction.
  • the heat exchanger block preferably has a larger dimension than in the width direction and the depth direction, so that an elongated cuboid geometry of the heat exchanger block results.
  • the heat exchanger block modules also have such an elongated cuboid geometry.
  • the heat exchange elements and the partition plates can be arranged next to one another in the depth direction or stacked one above the other in the vertical direction.
  • the plate heat exchanger differs from the heat exchanger block in that the plate heat exchanger has, in addition to the heat exchanger block, a large number of connection devices for supplying and discharging fluids to and from the plate heat exchanger.
  • the heat exchange elements are preferably enclosed with the help of edge strips, in particular aluminum edge strips, which are also part of the heat exchanger block.
  • the edge strips are soldered to the separating plates and/or the heat exchange elements.
  • the edge strips can form a frame surrounding the respective heat exchange element.
  • the heat exchanger block can have cover plates that close the heat exchanger block in the vertical direction upwards and downwards.
  • the cover plates can be external partition plates.
  • the cover plates can be brazed to outermost heat exchange elements.
  • separating plates can also be provided between the cover plates and the outermost heat exchange elements.
  • the cover plates differ from the partition plates preferably only in their wall thickness or thickness.
  • the plate heat exchanger can be part of a process engineering system.
  • the process engineering plant can, for example, be a plant for air separation Production of liquefied natural gas (LNG), a plant used in the petrochemical industry or the like.
  • LNG liquefied natural gas
  • the process engineering system can include a large number of such plate heat exchangers. Accordingly, a process engineering system with such a plate heat exchanger is also proposed.
  • a positive connection is created by the interlocking or behind-interlocking of two connection partners, in this case the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module. Accordingly, the first heat exchanger block module engages in a form-fitting manner in the second heat exchanger block module or vice versa.
  • two cover plates of the heat exchanger block modules facing one another are connected to one another in a form-fitting manner.
  • a positive connection can be made and released as often as desired.
  • the first heat exchanger block module has a first cover plate, wherein the second heat exchanger block module has a second cover plate, and wherein the The first cover plate and the second cover plate are connected to one another using the positive connection.
  • each heat exchanger block module has two cover plates, between which an active area comprising a plurality of alternately arranged heat exchange elements and separating plates is provided.
  • the first cover plate of the first heat exchanger block module and the second cover plate of the second heat exchanger block module can directly interlock with one another in a form-fitting manner.
  • the first cover plate of the first heat exchanger block module and the second cover plate of the second heat exchanger block module can be connected to one another in a form-fitting manner using an additional connecting element or a plurality of such connecting elements.
  • the first cover plate and/or the second cover plate each have a thickness of 8 to 18 mm, preferably 10 to 16 mm, more preferably 12 to 14 mm.
  • the cover plates have a thickness of at least 12 mm.
  • the cover plates can be constructed in multiple layers. “Multi-layered” in this case means in particular that the cover plates can have several layers. These layers can, for example, be soldered and/or welded together.
  • first cover plate and the second cover plate are connected to one another using the weld seam.
  • the first heat exchanger block module rests with its first cover plate on the second cover plate of the second heat exchanger block module or vice versa.
  • the weld seam extends completely around the first cover plate and the second cover plate.
  • the first cover plate and the second cover plate are positively connected to one another using a connecting element.
  • the first cover plate and the second cover plate are connected to one another indirectly or indirectly using the connecting element. That means in particular, that the first cover plate is positively connected to the connecting element and that the connecting element is positively connected to the second cover plate.
  • the number of connecting elements is basically arbitrary. Preferably, at least in areas of the heat exchanger block or the heat exchanger block modules where maximum stresses can occur, such connecting elements are provided. With the help of the connecting element or connecting elements, a force transmission from the first cover plate to the second cover plate or vice versa is possible.
  • the connecting element can be plate-shaped, for example.
  • the connecting element can also have a double-T-shaped or a bone-shaped cross section.
  • the recess in the first cover plate extends into the first cover plate starting from a surface of the first cover plate facing the second cover plate.
  • the recess in the second cover plate extends into the second cover plate starting from a surface of the second cover plate facing the first cover plate.
  • the surface of the first cover plate can be referred to as the first surface.
  • the surface of the second cover plate can be referred to as the second surface.
  • the recesses in the first cover plate are incorporated into the first surface. This means in particular that the recesses in the first cover plate are located below the first surface.
  • the recesses in the first cover plate extend from the first surface into the first cover plate.
  • the recesses in the first cover plate are thus arranged within the first cover plate.
  • the first surface and the second surface in particular face each other. In particular, the first cover plate and the second cover plate rest against each other on their two surfaces.
  • the recesses in the second cover plate are incorporated into the second surface. This means in particular that the recesses in the second cover plate are located below the second surface.
  • the recesses in the second cover plate extend from the second surface into the second cover plate.
  • the recesses in the second cover plate are thus arranged within the second cover plate.
  • the first cover plate has a recess in which the connecting element is received, wherein the second cover plate has a recess in which the connecting element is received.
  • the recesses can be millings, for example.
  • several recesses are provided on the first cover plate.
  • several recesses are also provided on the second cover plate.
  • connecting elements are provided, the connecting elements having different thicknesses.
  • connecting elements can also have identical thicknesses.
  • the number of connecting elements is arbitrary.
  • the connecting element is pinned to the first cover plate and to the second cover plate using pins.
  • holes are made in the first cover plate, in the second cover plate and in the connecting element, into which the pins can be pressed or hammered.
  • the holes can have a conical or tapered geometry. Accordingly, the pins can also have a conical or conical geometry.
  • the pins can be made of stainless steel, for example.
  • the weld covers the pins.
  • the holes in which the pins are accommodated are welded or over-welded using the weld seam. This reliably prevents moisture from penetrating into the holes in the cover plates.
  • the pins are conical. Accordingly, the holes in which the pins are received can also be conical.
  • the holes can be drilled into the cover plates of the two heat exchanger block modules using a conical or tapered drill.
  • the pins can, for example, have a taper of 1°.
  • the recess in the first cover plate is incorporated into the first cover plate using a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process.
  • the recess in the second cover plate is incorporated into the second cover plate using a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process.
  • separating manufacturing processes material is removed.
  • material is deformed.
  • abrasive manufacturing processes such as milling or eroding, are used as separating manufacturing processes.
  • Forming manufacturing processes used include pressing, rolling or forging.
  • the first cover plate has hook sections, the second cover plate having hooking sections corresponding to the hook sections, and the hook sections engaging in a form-fitting manner in the hooking sections.
  • the hook sections preferably extend out of the first cover plate in the direction of the second cover plate.
  • the hook sections can be inserted laterally into the hooking sections or hooked into the hooking sections from above.
  • wedge elements can be pressed or hammered into the hooking sections, which wedge the hook sections in the hooking sections.
  • the wedge elements are strip-shaped.
  • the wedge elements have a wedge shape.
  • the first cover plate has a
  • the engagement section of the first cover plate and the engagement section of the second cover plate can, for example, be millings which are introduced into the respective cover plate.
  • the engagement section of the first cover plate and the engagement section of the second cover plate each have a T-shaped geometry.
  • the connecting element has a double-T-shaped cross section or a bone-shaped cross section.
  • the connecting element is conical.
  • the connecting element tapers starting from a first end section in the direction of a second end section.
  • the connecting element has the aforementioned double-T-shaped or bone-shaped cross-sectional geometry.
  • a method for producing such a plate heat exchanger includes the following steps: a) providing a first heat exchanger block module and a second heat exchanger block module, b) connecting the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module to one another using a positive connection, and c) connecting the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module to one another using a Weld seam, so that the positive connection is at least partially covered by the weld seam.
  • step a) a first cover plate of the first heat exchanger block module and a second cover plate of the second heat exchanger block module are connected to one another in a form-fitting manner using a connecting element, wherein in step a) a recess in which the connecting element is received is attached to the first cover plate , and where on the second cover plate one Recess in which the connecting element is received is attached.
  • Providing the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module in step a) may include producing the first heat exchanger block module and/or the second heat exchanger block module, in particular soldering heat exchange elements, separating plates and cover plates. Furthermore, the provision of the heat exchanger block modules can also include the introduction of engagement sections and/or recesses on the cover plates.
  • the weld seam is applied after the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module have been positively connected to one another. In particular, the weld seam can be guided over the positive connection.
  • the weld seam is preferably stress-free or stress-free.
  • step b) a first cover plate of the first heat exchanger block module and a second cover plate of the second heat exchanger block module are connected to one another in a form-fitting manner using a connecting element.
  • the connecting element is first connected in a form-fitting manner to the first cover plate of the first heat exchanger block module.
  • the connecting element is then positively connected to the second cover plate of the second heat exchanger block module. This means that the positive connection between the first heat exchanger block module and the second heat exchanger block module takes place with the help of the connecting element.
  • step a) a recess in which the connecting element is received is made on the first cover plate, with a recess in which the connecting element is received on the second cover plate.
  • the recesses can be provided as cutouts on the first cover plate and on the second cover plate. Alternatively, the recesses can also be created using an erosion process or the like. According to a further embodiment, in step b), holes are made in the first cover plate, in the second cover plate and in the connecting element, the first cover plate, the second cover plate and the connecting element being pinned together with the aid of pins inserted into the holes.
  • the connecting element is first inserted into one of the recesses in the first cover plate, and the holes are made in the first cover plate and the connecting element.
  • a cone-shaped drill can be used for this.
  • the pins are then pressed in or driven in to connect the connecting element to the first cover plate.
  • the second heat exchanger block module with the second cover plate is then lowered onto the first cover plate, so that the connecting element is received in one of the recesses in the second cover plate.
  • the second cover plate and the connecting element are then provided with holes into which pins are also inserted. The pins are then welded shut using the weld seam.
  • the recess in the first cover plate is machined into the first cover plate using a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process.
  • the recess in the second cover plate is incorporated into the second cover plate using a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a further embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of the heat exchanger block according to section line IV-IV of Fig. 3;
  • Fig. 5 shows the detailed view V according to Fig. 3;
  • Fig. 6 shows a schematic perspective view of the plate heat exchanger according to Fig. 3;
  • FIG. 7 shows a further schematic perspective view of the plate heat exchanger according to Fig. 3
  • FIG. 8 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • Fig. 9 shows a further schematic perspective view of the plate heat exchanger according to Fig. 8.
  • FIG. 10 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • Fig. 11 shows a further schematic perspective view of the heat exchanger block according to Fig. 10;
  • FIG. 12 shows a schematic detailed view of a further embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • Fig. 13 shows a schematic top view of an embodiment of a cover plate for the heat exchanger block according to Fig. 12;
  • Fig. 14 shows a schematic top view of a further embodiment of a cover plate for the heat exchanger block according to Fig. 12;
  • Fig. 15 shows a further schematic detailed view of the heat exchanger block according to Fig. 12;
  • Fig. 16 shows a schematic exploded view of the heat exchanger block according to Fig. 12;
  • FIG. 17 shows a schematic exploded detail view of a further embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • FIG. 18 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for producing the plate heat exchanger according to FIG. 1.
  • identical or functionally identical elements have been given the same reference numbers unless otherwise stated.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger or plate heat exchanger 1.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat exchanger block 2 for the plate heat exchanger 1 according to FIG Referenced.
  • the plate heat exchanger 1 With the help of the plate heat exchanger 1 shown in FIG. 1, heat exchange between several different fluids A to E can be realized. Fluids A to E can also be referred to as process media or media.
  • the plate heat exchanger 1 is in particular a Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • PFHE Plate Fin Heat Exchanger
  • the plate heat exchanger 1 is preferably constructed from components that are made of aluminum and soldered, in particular hard-soldered, together.
  • the plate heat exchanger 1 can therefore also be referred to as a brazed aluminum plate heat exchanger.
  • the heat exchanger block 2 has a cuboid or block-shaped structure and includes a large number of passages or heat exchange elements 3 as well as a large number of separating plates 4.
  • the heat exchange elements 3 are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins.
  • the heat exchange elements 3 can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets.
  • the separating plates 4 are separating plates or can be referred to as separating plates.
  • the separating plates 4 can also be made of aluminum.
  • the number of heat exchange elements 3 and the number of separating plates 4 is arbitrary.
  • the heat exchanger block 2 is assigned a coordinate system with a first spatial direction or width direction x, a second spatial direction or height direction y and a third spatial direction or depth direction z.
  • the directions x, y, z are oriented perpendicular to each other.
  • the width direction x can also be referred to as the x direction of the heat exchanger block 2.
  • the height direction y can also be written as y- Direction of the heat exchanger block 2 can be referred to.
  • the depth direction z can also be referred to as the z direction of the heat exchanger block 2.
  • the heat exchange elements 3 and the partition plates 4 are arranged alternately. This means that a separating plate 4 is positioned between two heat exchange elements 3 and a heat exchange element 3 is positioned between two separating plates 4.
  • the heat exchange elements 3 and the separating plates 4 can be cohesively connected to one another. In cohesive connections, the connection partners are held together by atomic or molecular forces. Cohesive connections are non-detachable connections that can only be separated from one another by destroying the connecting means and/or the connecting partners.
  • the heat exchange elements 3 and the separating plates 4 can be soldered, in particular hard-soldered, together.
  • the heat exchanger block 2 further comprises cover plates 5, 6, between which the plurality of heat exchange elements 3 and the plurality of separating plates 4 are arranged.
  • a first cover plate 5 and a second cover plate 6 are provided.
  • the cover plates 5, 6 can be constructed identically to the separating plates 4.
  • the cover plates 5, 6 can have a thickness of, for example, 5 mm.
  • the cover plates 5, 6 preferably have no solder plating.
  • the separating plates 4 preferably have a thickness of 1 to 2 mm.
  • the cover plates 5, 6 have solder plating on both sides.
  • the cover plates 5, 6 are positioned on the outside on an outermost heat exchange element 3 and close the heat exchanger block 2 to the front and back in the orientation of FIGS. 1 and 2.
  • the heat exchanger block 2 includes so-called sidebars or edge strips 7, 8, which laterally limit the heat exchange elements 3.
  • the edge strips 7, 8 can be materially connected to the separating plates 4 and/or the heat exchange elements 3, for example soldered, in particular hard-soldered.
  • the previously mentioned components of the heat exchanger block 2 are made, for example, from the material 3003 (AIMnICu).
  • the heat exchanger block 2 comprises several, in particular six, surfaces or outer surfaces 26, of which only one is provided with a reference number in FIG.
  • the connection devices 9 to 18 are each welded to one of the outer surfaces 26.
  • the connection devices 9 to 11 can be provided on the outer surface 26 provided with a reference number in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an embodiment of a heat exchanger block 2A.
  • 4 shows a schematic sectional view of the heat exchanger block 2A according to section line IV-IV of FIG. 3. Reference will be made to FIGS. 3 and 4 simultaneously.
  • Each heat exchanger block module 28, 29 comprises two cover plates 5, 6 as mentioned above, between which an active area S with a plurality of alternately arranged heat exchange elements 3 and separating plates 4 is arranged.
  • “Active” in this context means in particular that the active area S can be flowed through by the fluids A to E for heat exchange during operation of the plate heat exchanger 1.
  • cover plates 5, 6 of the two heat exchanger block modules 28, 29 are also welded together.
  • a weld seam 30 extending along the second spatial direction y is provided.
  • the weld 30 can completely revolve around the heat exchanger block 2A.
  • the weld seam 30 preferably does not serve to transmit force between the two heat exchanger block modules 28, 29, but rather only to provide a fluid-tight seal between the heat exchanger block modules 28, 29.
  • Fluid-tight can mean both gas-tight and liquid-tight.
  • the weld seam 30 is at least partially covered by one of the connection devices 9 to 18. In particular in the area of the connection devices 9 to 18, the fluid-tight seal using the weld seam 30 is required.
  • FIG. 5 shows the detailed view V according to Fig. 3.
  • Fig. 6 shows a further schematic perspective view of the heat exchanger block 2A.
  • Fig. 7 shows another schematic perspective view of the heat exchanger block 2A. Reference will now be made to FIGS. 5 to 7 at the same time.
  • FIG. 1 only the two cover plates 5, 6 of the two heat exchanger block modules 28, 29 facing each other are shown in FIG.
  • the cover plates 5, 6 lie against one another and are connected to one another in a form-fitting manner.
  • the heat exchanger block modules 28, 29 are thus positively connected to one another via their cover plates 5, 6.
  • the first cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 has hook sections 31, 32.
  • the number of hook sections 31, 32 is basically arbitrary. A plurality of such hook sections 31, 32 are preferably provided, which are placed evenly spaced apart from one another along the second spatial direction y.
  • the hook sections 31, 32 extend along the first spatial direction x over an entire width of the first heat exchanger block module 28.
  • the hook sections 31, 32 are conical when viewed along the width of the first heat exchanger block module 28.
  • the second cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29 has hooking sections 33, 34 corresponding to the hook sections 31, 32, into which the hook sections 31, 32 can engage in order to connect the heat exchanger block modules 28, 29 to one another in a form-fitting manner.
  • the hooking sections 33, 34 are designed as cutouts or grooves made in the second cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29.
  • the hook sections 31, 32 can be along the first spatial direction x are inserted laterally into the hooking sections 33, 34. Alternatively, the hook sections 31, 32 can also be threaded into the hooking sections 33, 34 from the front along the third spatial direction z.
  • the hooking sections 33, 34 are conical when viewed along a width of the second heat exchanger block module 29.
  • a strip-shaped wedge element 35, 36 (hatched) is provided between the hook sections 31, 32 and the hooking sections 33, 34.
  • a pair of such wedge elements 35, 36 is assigned to each pair of hook sections 31, 32 and hooking sections 33, 34.
  • the wedge elements 35, 36 are accommodated in the hooking sections 33, 34. With the help of the wedge elements 35, 36, the hook sections 31, 32 are wedged or clamped in the hooking sections 33, 34.
  • the wedge elements 35, 36 are wedge-shaped and taper starting from the outer surfaces 26 towards a center of the heat exchanger block 2A. Two wedge elements 35, 36 are accommodated in each hooking section 33, 34, which are driven into the hooking sections 33, 34 from opposite sides of the heat exchanger block 2A.
  • Connecting the heat exchanger block modules 28, 29 is carried out as follows. First, the two cover plates 5, 6 of the heat exchanger block modules 28, 29 are positioned relative to one another. The heat exchanger block modules 28, 29 are hooked into one another. For this purpose, the hook sections 31, 32 are hooked or threaded into the hooking sections 33, 34. With the help of the wedge elements 35, 36, which are driven into the hooking sections 33, 34 from two sides of the heat exchanger block 2A along the first spatial direction x and against the first spatial direction x, the heat exchanger block modules 28, 29 are locked together. The weld seam 30 is then produced, which covers the hook sections 31, 32, the hooking sections 33, 34 and the wedge elements 35, 36.
  • FIG. 8 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a heat exchanger block 2B.
  • Fig. 9 shows another schematic perspective view of the heat exchanger block 2B.
  • FIGS. 8 and 9 show two heat exchanger block modules 28, 29 with cover plates 5, 6 on both sides.
  • strip-shaped engagement sections 37, 38 are also provided on the first cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28, strip-shaped engagement sections 37, 38 are provided, only two of which are provided with a reference number in FIG.
  • strip-shaped counter-engagement sections 39, 40 corresponding to the engagement sections 37, 38 are provided.
  • the engagement sections 37, 38 and the counter-engagement sections 39, 40 engage one another in such a way that a counter-engagement section 39, 40 is arranged between two engagement sections 37, 38 and vice versa.
  • the engagement sections 37, 38 and the counter-engagement sections 39, 40 each have a plurality of bores 41, 42, only two of which are provided with a reference number.
  • Bolts or pins 43, 44 are accommodated in the bores 41, 42 and are inserted into the bores 41, 42 from two sides of the heat exchanger block 2B. With the help of the pins 43, 44, the heat exchanger block modules 28, 29 are thus positively connected to one another.
  • the engagement sections 37, 38 and the counter-engagement sections 39, 40 are first formed on their cover plates 5, 6. This can be done, for example, using a milling process.
  • the cover plates 5, 6 are aligned with one another so that the bores 41, 42 are aligned.
  • the cover plates 5, 6 are then locked together using the pins 43, 44.
  • a press fit can be achieved by cooling the pins 43, 44 beforehand.
  • a weld seam 30 as mentioned above can then be welded over the pins 43, 44.
  • FIG. 10 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a heat exchanger block 2C.
  • Fig. 11 shows another schematic perspective view of the heat exchanger block 2C. Reference is made to FIGS. 10 and 11 simultaneously below.
  • the heat exchanger block 20 includes heat exchanger block modules as mentioned above
  • Each cover plate 5, 6 has an engagement section 45, 46.
  • a first engagement section 45 is provided on the first cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 and a second engagement section 46 is provided on the second cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29.
  • the first engagement section 45 has a T-shaped geometry. Accordingly, the second engagement section 46 also has a T-shaped geometry.
  • the two engagement sections 45, 46 together form a double T shape.
  • the engagement sections 45, 46 can be grooves that are milled into the cover plates 5, 6.
  • the engagement sections 45, 46 extend through the entire heat exchanger block 2.
  • the engagement sections 45, 46 can be machined with a suitable milling tool up to a depth of 80 mm.
  • the engagement sections 45, 46 can taper in a wedge shape.
  • the engagement sections 45, 46 can also only partially extend into the heat exchanger block 2 like a blind hole. Any number of engagement sections 45, 46 may be provided, which are arranged evenly spaced apart from one another.
  • a connecting element 47 is accommodated in the engagement sections 45, 46.
  • the connecting element 47 has a double-T-shaped or bone-shaped cross section.
  • the connecting element 47 simultaneously engages in the engagement sections 45, 46 in order to connect the cover plates 5, 6 of the heat exchanger block modules 28, 29 to one another in a form-fitting manner.
  • the number of connecting elements 47 is arbitrary.
  • the connecting element 47 can be conical or tapered at least in sections.
  • engagement sections 45, 46 are first introduced into the cover plates 5, 6 of the heat exchanger block modules 28, 29. This can be done using a milling process.
  • the engagement sections 45, 46 can also be manufactured using an erosion process or using a diamond-coated form file.
  • the cover plates 5, 6 are then aligned with one another and the connecting elements 47 are hammered or pressed into the engagement sections 45, 46.
  • the connecting elements 47 are then welded over and thus covered with the help of the weld seam 30 (not shown).
  • Fig. 12 shows a schematic view of a further embodiment of a heat exchanger block 2D.
  • Fig. 13 shows a schematic top view of an embodiment of a first cover plate 5 as mentioned above.
  • Fig. 14 shows a schematic plan view of an embodiment of a second cover plate 6 as mentioned above.
  • Fig. 15 shows a further schematic view of the heat exchanger block 2D.
  • Fig. 16 shows a schematic exploded view of the heat exchanger block 2D. Reference will now be made to FIGS. 12 to 16 at the same time.
  • the heat exchanger block 2D comprises heat exchanger block modules 28, 29 with cover plates 5, 6 facing one another. Only the two cover plates 5, 6 are shown in FIGS. 12 to 16.
  • the cover plates 5, 6 can have a thickness d5, d6 of, for example, 5 mm.
  • the first cover plate 5 and/or the second cover plate 6 preferably each have a thickness d5, d6 of 8 to 18 mm, preferably of 10 to 16 mm, more preferably of 12 to 14 mm.
  • the cover plates 5, 6 have a thickness d5, d6 of at least 12 mm.
  • Each cover plate 5, 6 comprises a plurality of grooves or recesses 48 to 53.
  • the first cover plate 5 is assigned the recesses 48 to 50 and the second cover plate 6 is assigned the recesses 51 to 53.
  • the recesses 48 to 53 can be rectangular grooves that are milled into the respective cover plate 5, 6.
  • the number of recesses 48 to 53 is arbitrary.
  • the cover plates 5, 6 are aligned such that the recesses 48 to 50 and the recesses 51 to 53 are aligned.
  • the recesses 48 to 50 of the first cover plate 5 are connected to one another with the aid of bores 54 to 56 oriented perpendicular to the recesses 48 to 50.
  • the number of holes 54 to 56 is arbitrary.
  • the holes 54 to 56 are arranged evenly spaced apart from one another.
  • the holes 54 to 56 are conical.
  • the recesses 51 to 53 of the second cover plate 6 are with the help of holes 57 to 59 oriented perpendicular to the recesses 51 to 53 connected with each other.
  • the number of holes 57 to 59 is arbitrary.
  • the holes 57 to 59 are arranged evenly spaced apart from one another.
  • the holes 57 to 59 are also conical.
  • Connecting elements 60 are accommodated in the recesses 48 to 53.
  • the connecting elements 60 extend from the recesses 48 to 50 in the first cover plate 5 into the recesses 51 to 53 in the second cover plate 6.
  • the number of connecting elements 60 is arbitrary.
  • Each connecting element 60 includes openings or bores 61 to 63.
  • the bores 61 to 63 and the bores 57 to 59 are arranged in alignment.
  • Bolts or pins 64 to 66 are accommodated in the holes 57 to 59, 61 to 63.
  • the pins 64 to 66 are conical.
  • Each connecting element 60 has a thickness d60.
  • the connecting elements 60 can all have the same thickness d60. Alternatively, the connecting elements 60 can also have different thicknesses d60.
  • the bores 54 to 59, 61 to 63 are drilled through the cover plates 5 using a conical drill (1:50 or 1:100). 6 and the connecting elements 60 drilled.
  • the conical pins 64 to 66 are hammered in holes 54 to 59, 61 to 63.
  • the holes 54 to 59 are welded shut and then the weld seam 30 is carried out between the heat exchanger block modules 28, 29.
  • Fig. 17 shows a schematic exploded detail view of a further embodiment of a heat exchanger block 2E.
  • the connecting element 70 is rotatable together with the shaft 69 and can be moved from an unfolded state (solid lines) to a folded state (dashed lines).
  • the connecting element 70 is provided with the reference number 70 '.
  • the bore 72 which is provided with the reference number 72 'in the folded state.
  • the connecting element 70 protrudes beyond the first cover plate 5.
  • the connecting element 70 is completely accommodated within the respective recess 48 to 50.
  • the movement of the connecting element 70 from the unfolded state to the folded state and vice versa is indicated by a double arrow 73.
  • the heat exchanger block 2E is installed as explained below. First, the recesses 48 to 53 are made in the cover plates 5, 6.
  • the recesses 48 to 50 are made into the first cover plate 5 using a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process. in particular introduced or incorporated into the first surface 74. Accordingly, the recesses 51 to 53 are also introduced or incorporated into the second cover plate 6, in particular into the second surface 75, with the aid of a separating manufacturing process and/or a forming manufacturing process.
  • separating manufacturing processes material is removed.
  • forming manufacturing processes material is deformed.
  • abrasive manufacturing processes such as milling or eroding, are used as separating manufacturing processes. Forming manufacturing processes used include pressing, rolling or forging. The same applies to the heat exchanger block 2E according to FIG. 17.
  • the method is particularly suitable for producing the heat exchanger block 2A, 2B, 2C, 2D, 2E.
  • the first heat exchanger block module 28 and the second heat exchanger block module 29 are provided in a step S1.
  • the provision can include producing the heat exchanger block modules 28, 29, in particular soldering the heat exchange elements 3 and the separating plates 4.
  • step S2 the first heat exchanger block module 28 and the second heat exchanger block module 29 are connected to one another using a positive connection.
  • a step S3 of the method includes connecting the first heat exchanger block module 28 and the second heat exchanger block module 29 to one another using the weld seam 30, so that the positive connection is covered at least in sections by the weld seam 30.
  • step S2 the first cover plate 5 of the first heat exchanger block module 28 and the second cover plate 6 of the second heat exchanger block module 29 are connected to one another in a form-fitting manner using the respective connecting element 47, 60, 70.
  • step S1 several recesses 48 to 50 are made on the first cover plate 5, in each of which a connecting element 60, 70 is accommodated, with recesses 51 to 53 also being attached to the second cover plate 6, in which the respective connecting element 60, 70 is also accommodated.
  • step S2 holes 54 to 59, 61 to 63 are made in the first cover plate 5, in the second cover plate 6 and in the respective connecting element 60, with the first cover plate 5, the second cover plate 6 and the connecting element 60 using pins 64 to 66 are pinned together.
  • the cover plates 5, 6 and the connecting element 60 or the connecting elements 60 are connected to one another in a materially bonded manner.

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Abstract

Ein Plattenwärmetauscher (1) mit einem ersten Wärmetauscherblockmodul (28) und einem zweiten Wärmetauscherblockmodul (29), wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) und das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) und das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) mit Hilfe einer Schweißnaht (30) miteinander verbunden sind, und wobei die Schweißnaht (30) die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise abdeckt, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) eine erste Deckplatte (5) aufweist, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) eine zweite Deckplatte (6) aufweist, wobei die erste Deckplatte (5) und die zweite Deckplatte (6) mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte (5) und die zweite Deckplatte (6) mit Hilfe eines Verbindungselements (60, 70) formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte (5) eine Ausnehmung (48 - 50), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen ist, aufweist, und wobei die zweite Deckplatte (6) eine Ausnehmung (51 - 53), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen ist, aufweist.

Description

Beschreibung
Plattenwärmetauscher und Verfahren
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers.
Ein Plattenwärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherblock, der aus abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen, insbesondere sogenannten Fins oder Heat Transfer Fins, und Trennplatten aufgebaut ist. Die Wärmeaustauschelemente sind aus gewellten oder gerippten Aluminiumblechen gefertigt, wohingegen die Trennplatten aus glatten Aluminiumblechen gefertigt sein können. Mit Hilfe der Wärmeaustauschelemente und der Trennplatten bildet der Plattenwärmetauscher eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen Prozessmedien strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Prozessmedien übertragen können.
Ein wie zuvor erwähnter Wärmetauscherblock kann aus mehreren Wärmetauscherblockmodulen zusammengesetzt sein. Diese Wärmetauscherblockmodule können gemäß betriebsinternen Erkenntnissen mit Hilfe einer Schweißverbindung miteinander verbunden sein. Diese Schweißverbindung ist bei einem stabilen und kontinuierlichen Prozessverlauf hinsichtlich eines Auftretens von Rissen unproblematisch. Im Gegenteil hierzu birgt die Schweißverbindung bei einem stark wechselnden Prozessverlauf und daraus resultierenden großen Temperaturschwankungen und Temperaturgradienten ein Rissrisiko. Dies gilt es zu verbessern.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Plattenwärmetauscher zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Plattenwärmetauscher mit einem ersten Wärmetauscherblockmodul und einem zweiten Wärmetauscherblockmodul vorgeschlagen, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul mit Hilfe einer Schweißnaht miteinander verbunden sind und wobei die Schweißnaht die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise abdeckt. Dabei weist das erste Wärmetauscherblockmodul eine erste Deckplatte auf, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul eine zweite Deckplatte aufweist, wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist, und wobei die zweite Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist.
Dadurch, dass das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul sowohl mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung als auch mit Hilfe der Schweißnaht miteinander verbunden sind, ist es möglich, die formschlüssige Verbindung derart auszugestalten, dass eine Kraftübertragung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul oder umgekehrt ausschließlich oder annähernd nur mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung übertragen wird, so dass die Schweißnaht vorzugsweise nicht mechanisch belastet wird. Hierdurch wird eine Rissbildung in der Schweißnaht zuverlässig verhindert.
Der Plattenwärmetauscher ist insbesondere ein sogenannter Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher ist aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter Wärmeaustauschelemente und Trennplatten aufgebaut. Dabei ist jeweils eine Trennplatte zwischen zwei Wärmeaustauschelementen und ein Wärmeaustauschelement zwischen zwei Trennplatten angeordnet. Die Wärmeaustauschelemente und die Trennplatten sind somit aufeinandergestapelt und bilden einen Wärmetauscherblock des Plattenwärmetauschers. Die Wärmeaustauschelemente sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden.
Die Wärmeaustauschelemente können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Der Wärmetauscherblock ist in das erste Wärmetauscherblockmodul und in das zweite Wärmetauscherblockmodul unterteilt. Jedes Wärmetauscherblockmodul umfasst eine beliebige Anzahl von Wärmeaustauschelementen und Trennplatten. Grundsätzlich kann der Wärmetauscherblock eine beliebige Anzahl an Wärmetauscherblockmodulen aufweisen. Die Anzahl der Wärmeaustauschelemente und die Anzahl der Trennplatten pro Wärmetauscherblockmodul ist jeweils beliebig.
Der Plattenwärmetauscher beziehungsweise der zuvor erwähnte Wärmetauscherblock weist bevorzugt eine quaderförmige Geometrie mit einer Breitenrichtung oder x- Richtung, einer Hochrichtung oder y-Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung auf. In der Hochrichtung weist der Wärmetauscherblock bevorzugt eine größere Dimension als in der Breitenrichtung und der Tiefenrichtung auf, so dass sich eine langgestreckte quaderförmige Geometrie des Wärmetauscherblocks ergibt.
Ebenso weisen die Wärmetauscherblockmodule eine derartige langgestreckte quaderförmige Geometrie auf. Die Wärmeaustauschelemente und die Trennplatten können in der Tiefenrichtung nebeneinander angeordnet oder in der Hochrichtung übereinandergestapelt sein. Der Plattenwärmetauscher unterscheidet sich von dem Wärmetauscherblock dadurch, dass der Plattenwärmetauscher neben dem Wärmetauscherblock eine Vielzahl an Anschlusseinrichtungen zum Zuführen und Abführen von Fluiden zu und von dem Plattenwärmetauscher aufweist.
Die Wärmeaustauschelemente sind bevorzugt mit Hilfe von Randleisten, insbesondere Aluminiumrandleisten, eingefasst, die ebenfalls Teil des Wärmetauscherblocks sind. Die Randleisten sind mit den Trennplatten und/oder den Wärmeaustauschelementen verlötet. Die Randleisten können einen um das jeweilige Wärmeaustauschelement umlaufenden Rahmen bilden. Der Wärmetauscherblock kann Deckplatten aufweisen, die den Wärmetauscherblock in der Hochrichtung nach oben und nach unten hin abschließen. Die Deckplatten können außenliegende Trennplatten sein. Die Deckplatten können mit äußersten Wärmeaustauschelementen verlötet sein. Alternativ können zwischen den Deckplatten und den äußersten Wärmeaustauschelementen auch Trennplatten vorgesehen sein. Die Deckplatten unterscheiden sich von den Trennplatten vorzugsweise nur durch ihre Wandstärke oder Dicke.
Der Plattenwärmetauscher kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann beispielweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher umfassen. Demgemäß wird auch eine verfahrenstechnische Anlage mit einem derartigen Plattenwärmetauscher vorgeschlagen.
Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von zwei Verbindungspartnern, vorliegend dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul. Demgemäß greift das erste Wärmetauscherblockmodul formschlüssig in das zweite Wärmetauscherblockmodul oder umgekehrt ein. Insbesondere sind zwei einander zugewandte Deckplatten der Wärmetauscherblockmodule formschlüssig miteinander verbunden. Eine formschlüssige Verbindung kann grundsätzlich beliebig oft hergestellt und wieder gelöst werden.
Das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul können unmittelbar oder mittelbar formschlüssig miteinander verbunden sein. Bei einer unmittelbaren formschlüssigen Verbindung des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls greifen das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul direkt formschlüssig ineinander. Bei einer mittelbaren formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul ist ein Verbindungselement vorgesehen, mit dessen Hilfe das erste Wärmetauscherblockmodul formschlüssig mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul verbunden ist.
Die Schweißnaht ist vorzugsweise auf die formschlüssige Verbindung aufgebracht. Mit Hilfe der Schweißnaht kann die formschlüssige Verbindung vollständig abgedeckt werden. Die Schweißnaht ist vorzugsweise lastfrei oder kraftlos. Dass die Schweißnaht die formschlüssige Verbindung "abdeckt" oder "verdeckt" bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Schweißnaht über die formschlüssige Verbindung geführt ist. Dabei kann die Schweißnaht mit Blickrichtung auf die formschlüssige Verbindung die formschlüssige Verbindung überdecken oder verdecken, so dass die formschlüssige Verbindung nicht direkt einsehbar ist.
Das erste Wärmetauscherblockmodul weist eine erste Deckplatte auf, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul eine zweite Deckplatte aufweist, und wobei die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind.
Wie zuvor erwähnt, weist jedes Wärmetauscherblockmodul zwei Deckplatten auf, zwischen denen ein aktiver Bereich umfassend eine Vielzahl an abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen und Trennplatten vorgesehen ist. Die erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und die zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls können direkt formschlüssig ineinandergreifen. Alternativ können die erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und die zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines zusätzlichen Verbindungselements oder einer Vielzahl derartiger Verbindungselemente formschlüssig miteinander verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste Deckplatte und/oder die zweite Deckplatte jeweils eine Dicke von 8 bis 18 mm, bevorzugt von 10 bis 16 mm, weiter bevorzugt von 12 bis 14 mm, auf.
Insbesondere weisen die Deckplatten eine Dicke von mindestens 12 mm auf. Die Deckplatten können mehrlagig aufgebaut sein. "Mehrlagig" heißt vorliegend insbesondere, dass die Deckplatten mehrere Schichten aufweisen können. Diese Schichten können beispielsweise miteinander verlötet und/oder verschweißt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe der Schweißnaht miteinander verbunden.
Insbesondere liegt das erste Wärmetauscherblockmodul mit seiner ersten Deckplatte auf der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls oder umgekehrt auf. Vorzugsweise verläuft die Schweißnaht vollständig um die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte um.
Die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte sind mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden.
In diesem Fall sind die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte mit Hilfe des Verbindungselements mittelbar oder indirekt miteinander verbunden. Das heißt insbesondere, dass die erste Deckplatte formschlüssig mit dem Verbindungselement und dass das Verbindungselement formschlüssig mit der zweiten Deckplatte verbunden ist. Die Anzahl der Verbindungselemente ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise sind zumindest in Bereichen des Wärmetauscherblocks beziehungsweise der Wärmetauscherblockmodule, an denen maximale Spannungen auftreten können, mit derartigen Verbindungselementen versehen. Mit Hilfe des Verbindungselements oder der Verbindungselemente ist eine Kraftübertragung von der ersten Deckplatte auf die zweite Deckplatte oder umgekehrt möglich. Das Verbindungselement kann beispielsweise plattenförmig sein. Das Verbindungselement kann auch einen doppel-T-förmigen oder einen knochenförmigen Querschnitt aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung der ersten Deckplatte ausgehend von einer der zweiten Deckplatte zugewandten Oberfläche der ersten Deckplatte in die erste Deckplatte hinein. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die Ausnehmung der zweiten Deckplatte ausgehend von einer der ersten Deckplatte zugewandten Oberfläche der zweiten Deckplatte in die zweite Deckplatte hinein.
Die Oberfläche der ersten Deckplatte kann als erste Oberfläche bezeichnet werden. Die Oberfläche der zweiten Deckplatte kann als zweite Oberfläche bezeichnet werden. In die erste Oberfläche sind die Ausnehmungen der ersten Deckplatte eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen der ersten Deckplatte unterhalb der ersten Oberfläche befinden. Die Ausnehmungen der ersten Deckplatte erstrecken sich ausgehend von der ersten Oberfläche in die erste Deckplatte hinein. Die Ausnehmungen der ersten Deckplatte sind somit innerhalb der ersten Deckplatte angeordnet. Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind einander insbesondere zugewandt. Insbesondere liegen die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte an ihren beiden Oberflächen aneinander an. In die zweite Oberfläche sind die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte unterhalb der zweiten Oberfläche befinden. Die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte erstrecken sich ausgehend von der zweiten Oberfläche in die zweite Deckplatte hinein. Die Ausnehmungen der zweiten Deckplatte sind somit innerhalb der zweiten Deckplatte angeordnet. Die erste Deckplatte weist eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, auf, wobei die zweite Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen ist, aufweist.
Die Ausnehmungen können beispielsweise Ausfräsungen sein. Vorzugsweise sind an der ersten Deckplatte mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Dementsprechend sind auch an der zweiten Deckplatte mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Die erste Deckplatte und die zweite Deckplatte werden zum Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule derart ausgerichtet, dass die Ausnehmung der ersten Deckplatte und die Ausnehmung der zweiten Deckplatte übereinander platziert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Verbindungselemente vorgesehen, wobei die Verbindungselemente unterschiedliche Dicken aufweisen.
Alternativ können die Verbindungselemente auch identische Dicken aufweisen. Die Anzahl der Verbindungselemente ist beliebig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement mit Hilfe von Stiften mit der ersten Deckplatte und mit der zweiten Deckplatte verstiftet.
Hierzu werden in die erste Deckplatte, in die zweite Deckplatte und in das Verbindungselement Bohrungen eingebracht, in welche die Stifte eingepresst oder eingeschlagen werden können. Die Bohrungen können eine konusförmige oder kegelförmige Geometrie aufweisen. Dementsprechend können auch die Stifte eine konusförmige oder kegelförmige Geometrie aufweisen. Die Stifte können beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform deckt die Schweißnaht die Stifte ab.
Insbesondere sind die Bohrungen, in denen die Stifte aufgenommen sind, mit Hilfe der Schweißnaht zugeschweißt oder überschweißt. Hierdurch wird das Eindringen von Feuchtigkeit in die Bohrungen der Deckplatten zuverlässig verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Stifte konusförmig. Dementsprechend können auch die Bohrungen, in denen die Stifte aufgenommen werden, konusförmig sein. Die Bohrungen können hierzu mit einem konusförmigen oder kegelförmigen Bohrer in die Deckplatten der beiden Wärmetauscherblockmodule eingebracht werden. Die Stifte können beispielsweise eine Konizität von 1° aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung der ersten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte eingearbeitet. Alternativ oder zusätzlich ist die Ausnehmung der zweiten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte eingearbeitet.
Bei trennenden Fertigungsverfahren wird Material abgetragen. Bei umformenden Fertigungsverfahren wird Material verformt. Als trennende Fertigungsverfahren kommen insbesondere abtragende Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen oder Erodieren, zur Anwendung. Als umformende Fertigungsverfahren kommen beispielsweise Eindrücken, Walzen oder Schmieden zur Anwendung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Deckplatte Hakenabschnitte auf, wobei die zweite Deckplatte zu den Hakenabschnitten korrespondierende Einhakabschnitte aufweist, und wobei die Hakenabschnitte formschlüssig in die Einhakabschnitte eingreifen.
Die Hakenabschnitte erstrecken sich vorzugsweise aus der ersten Deckplatte in Richtung der zweiten Deckplatte heraus. Die Hakenabschnitte können seitlich in die Einhakabschnitte eingeschoben werden oder von oben in die Einhakabschnitte eingehängt werden. Um das erste Wärmetauscherblockmodul fest mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul zu verbinden, können in die Einhakabschnitte Keilelemente eingepresst oder eingeschlagen werden, welche die Hakenabschnitte in den Einhakabschnitten verkeilen. Die Keilelemente sind leistenförmig. Dabei weisen die Keilelemente eine Keilform auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Deckplatte einen
Eingriffsabschnitt, in dem das Verbindungselement formschlüssig eingreift, auf, wobei die zweite Deckplatte einen Eingriffsabschnitt, in den das Verbindungselement formschlüssig eingreift, aufweist.
Der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte können beispielsweise Ausfräsungen sein, welche in die jeweilige Deckplatte eingebracht werden. Der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte weisen jeweils eine T-förmige Geometrie auf. Dementsprechend weist das Verbindungselement einen doppel-T-förmigen Querschnitt oder einen knochenförmigen Querschnitt auf. Zum miteinander Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule werden der Eingriffsabschnitt der ersten Deckplatte und der Eingriffsabschnitt der zweiten Deckplatte derart zueinander ausgerichtet, dass diese aufeinander platziert sind. Anschließend wird das Verbindungselement gleichzeitig in die beiden Eingriffsabschnitte der beiden Deckplatten eingedrückt oder eingeschlagen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement konusförmig.
Das heißt insbesondere, dass sich das Verbindungselement ausgehend von einem ersten Endabschnitt in Richtung eines zweiten Endabschnitts verjüngt. Gleichzeitig weist das Verbindungselement jedoch die zuvor erwähnte doppel-T-förmige oder knochenförmige Querschnittsgeometrie auf.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines ersten Wärmetauscherblockmoduls und eines zweiten Wärmetauscherblockmoduls, b) miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung, und c) miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe einer Schweißnaht, so dass die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise von der Schweißnaht abgedeckt wird. Dabei werden in dem Schritt a) eine erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und eine zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden, wobei in dem Schritt a) an der ersten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird, und wobei an der zweiten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird.
Das Bereitstellen des ersten Wärmetauscherblockmoduls und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls in dem Schritt a) kann ein Herstellen des ersten Wärmetauscherblockmoduls und/oder des zweiten Wärmetauscherblockmoduls, insbesondere ein Verlöten von Wärmeaustauschelementen, Trennplatten und Deckplatten, umfassen. Ferner kann das Bereitstellen der Wärmetauscherblockmodule auch das Einbringen von Eingriffsabschnitten und/oder Ausnehmungen an den Deckplatten aufweisen. Vorzugsweise wird die Schweißnaht angebracht, nachdem das erste Wärmetauscherblockmodul und das zweite Wärmetauscherblockmodul formschlüssig miteinander verbunden wurden. Insbesondere kann die Schweißnaht über die formschlüssige Verbindung geführt sein. Die Schweißnaht ist vorzugsweise spannungsfrei oder spannungslos.
In dem Schritt b) werden eine erste Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls und eine zweite Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls mit Hilfe eines Verbindungselements formschlüssig miteinander verbunden.
Insbesondere wird das Verbindungselement zunächst mit der ersten Deckplatte des ersten Wärmetauscherblockmoduls formschlüssig verbunden. Anschließend wird das Verbindungselement formschlüssig mit der zweiten Deckplatte des zweiten Wärmetauscherblockmoduls verbunden. Das heißt, die formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Wärmetauscherblockmodul und dem zweiten Wärmetauscherblockmodul erfolgt mit Hilfe des Verbindungselements.
In dem Schritt a) wird an der ersten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht, wobei an der zweiten Deckplatte eine Ausnehmung, in welcher das Verbindungselement aufgenommen wird, angebracht wird.
Die Ausnehmungen können als Ausfräsungen an der ersten Deckplatte und an der zweiten Deckplatte vorgesehen werden. Alternativ können die Ausnehmungen auch durch ein Erodierverfahren oder dergleichen eingebracht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt b) in die erste Deckplatte, in die zweite Deckplatte und in das Verbindungselement Bohrungen eingebracht, wobei die erste Deckplatte, die zweite Deckplatte und das Verbindungselement mit Hilfe von in die Bohrungen eingeführten Stiften miteinander verstiftet werden.
Vorzugsweise wird das Verbindungselement zunächst in eine der Ausnehmungen der ersten Deckplatte eingelegt, und die Bohrungen werden in die erste Deckplatte und das Verbindungselement eingebracht. Hierzu kann ein konusförmiger Bohrer verwendet werden. Anschließend werden die Stifte eingepresst oder eingeschlagen, um das Verbindungselement mit der ersten Deckplatte zu verbinden. Anschließend wird das zweite Wärmetauscherblockmodul mit der zweiten Deckplatte auf die erste Deckplatte abgesenkt, so dass das Verbindungselement in einer der Ausnehmungen der zweiten Deckplatte aufgenommen wird. Anschließend werden die zweite Deckplatte und das Verbindungselement mit Bohrungen versehen, in welche ebenfalls Stifte eingebracht werden. Anschließend werden die Stifte mit Hilfe der Schweißnaht zugeschweißt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Ausnehmung der ersten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte eingearbeitet. Alternativ oder zusätzlich wird die Ausnehmung der zweiten Deckplatte mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte eingearbeitet.
Die für den Plattenwärmetauscher erläuterten Ausführungsformen und Erläuterungen gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl an Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Weitere mögliche Implementierungen des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Plattenwärmetauschers und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden der Plattenwärmetauscher und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Wärmetauscherblocks gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß Fig. 3;
Fig. 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 3;
Fig. 7 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 3; Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 9 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 8;
Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 11 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 10;
Fig. 12 zeigt eine schematische Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer Deckplatte für den Wärmetauscherblock gemäß Fig. 12;
Fig. 14 zeigt eine schematische Aufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Deckplatte für den Wärmetauscherblock gemäß Fig. 12;
Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Detailansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 12;
Fig. 16 zeigt eine schematische Explosionsansicht des Wärmetauscherblocks gemäß Fig. 12;
Fig. 17 zeigt eine schematische explodierte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 18 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers 1. Die Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2 für den Plattenwärmetauscher 1 gemäß Fig. 1. Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.
Mit Hilfe des in der Fig. 1 dargestellten Plattenwärmetauschers 1 lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Fluiden A bis E realisieren. Die Fluide A bis E können auch als Prozessmedien oder Medien bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist insbesondere ein Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist vorzugsweise aus Bauteilen aufgebaut, die aus Aluminium gefertigt und miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet, sind. Der Plattenwärmetauscher 1 kann daher auch als hartgelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher (Engl.: Brazed Aluminum Plate Fin Heat Exchanger) bezeichnet werden.
Der Wärmetauscherblock 2 ist quaderförmig oder blockförmig aufgebaut und umfasst eine Vielzahl an Passagen oder Wärmeaustauschelementen 3 sowie eine Vielzahl an Trennplatten 4. Die Wärmeaustauschelemente 3 sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Wärmeaustauschelemente 3 können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten 4 sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten 4 können ebenfalls aus Aluminium gefertigt sein. Die Anzahl der Wärmeaustauschelemente 3 und die Anzahl der Trennplatten 4 ist jeweils beliebig.
Dem Wärmetauscherblock 2 ist ein Koordinatensystem mit einer ersten Raumrichtung oder Breitenrichtung x, einer zweiten Raumrichtung oder Höhenrichtung y und einer dritten Raumrichtung oder Tiefenrichtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Die Breitenrichtung x kann auch als x-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Höhenrichtung y kann auch als y- Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden. Die Tiefenrichtung z kann auch als z-Richtung des Wärmetauscherblocks 2 bezeichnet werden.
Die Wärmeaustauschelemente 3 und die Trennplatten 4 sind abwechselnd angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Wärmeaustauschelementen 3 ist jeweils eine Trennplatte 4 und zwischen zwei Trennplatten 4 ist jeweils ein Wärmeaustauschelement 3 positioniert. Die Wärmeaustauschelemente 3 und die Trennplatten 4 können dabei stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen. Insbesondere können die Wärmeaustauschelemente 3 und die Trennplatten 4 miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet, sein.
Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Wärmeaustauschelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Insbesondere sind eine erste Deckplatte 5 und eine zweite Deckplatte 6 vorgesehen. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 können eine Dicke von beispielsweise 5 mm aufweisen. Bevorzugt weisen die Deckplatten 5, 6 keine Lotplattierung auf. Die Trennplatten 4 weisen bevorzugt eine Dicke von 1 bis 2 mm auf. Insbesondere weisen die Deckplatten 5, 6 eine beidseitige Lotplattierung auf. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten Wärmeaustauschelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der Fig. 1 und 2 nach vorne und hinten ab.
Weiterhin umfasst der Wärmetauscherblock 2 sogenannte Sidebars oder Randleisten 7, 8, die die Wärmeaustauschelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Wärmeaustauschelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, insbesondere hartverlötet, sein. Die zuvor genannten Bauteile des Wärmetauscherblocks 2 sind beispielsweise aus dem Werkstoff 3003 (AIMnICu) gefertigt.
Mit Hilfe der Wärmeaustauschelemente 3 und der Trennplatten 4 bildet der
Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen die Fluide A bis E strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Fluide A bis E übertragen können.
Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe von Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit einem jeweiligen Fluid A bis E beaufschlagt werden oder das jeweilige Fluid A bis E kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung 9 bis 18 von dem Plattenwärmetauscher 1 weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind sogenannte Header oder können als solche bezeichnet werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können je nach Funktion auch als Verteiler oder Sammler bezeichnet werden.
Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 11, 13, 15 dazu geeignet, dem Plattenwärmetauscher 1 die Fluide A, B, D zuzuführen, und die Anschlusseinrichtungen 9, 10, 12, 14 sind dazu geeignet, die Fluide A, C, D, E von dem Plattenwärmetauscher 1 abzuführen. Jeder Anschlusseinrichtung 9 bis 18 ist ein Anschlussstutzen 19 bis 25 zugeordnet, mit dessen Hilfe die jeweilige Anschlusseinrichtung 9 bis 18 mit dem entsprechenden Fluid A bis E beaufschlagt werden kann oder das entsprechende Fluid A bis E von der Anschlusseinrichtung 9 bis 18 weggeführt werden kann.
Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind stoffschlüssig mit dem Wärmetauscherblock 2 verbunden. Insbesondere sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können auch mit dem Wärmetauscherblock 2 verlötet, insbesondere hartverlötet, sein.
Der Wärmetauscherblock 2 umfasst mehrere, insbesondere sechs, Oberflächen oder Außenflächen 26, von denen in der Fig. 2 nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 jeweils mit einer der Außenflächen 26 verschweißt. An der in der Fig. 2 mit einem Bezugszeichen versehenen Außenfläche 26 können beispielsweise die Anschlusseinrichtungen 9 bis 11 vorgesehen sein.
Der Plattenwärmetauscher 1 kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage 27 sein.
Die verfahrenstechnische Anlage 27 kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage 27 kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher 1 umfassen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2A. Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Wärmetauscherblocks 2A gemäß der Schnittlinie IV- IV der Fig. 3. Nachfolgend wird auf die Fig. 3 und 4 gleichzeitig Bezug genommen.
Der Wärmetauscherblock 2A umfasst mehrere Wärmetauscherblockmodule 28, 29. Die Anzahl der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 ist grundsätzlich beliebig. Insbesondere sind jedoch ein erstes Wärmetauscherblockmodul 28 und ein zweites Wärmetauscherblockmodul 29 vorgesehen. Beispielsweise sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 entlang der Tiefenrichtung z betrachtet übereinandergestapelt.
Jedes Wärmetauscherblockmodul 28, 29 umfasst zwei wie zuvor erwähnte Deckplatten 5, 6 zwischen denen jeweils ein aktiver Bereich S mit mehreren abwechselnd angeordneten Wärmeaustauschelementen 3 und Trennplatten 4 angeordnet ist. "Aktiv" heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass der aktive Bereich S im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 mit den Fluiden A bis E zum Wärmeaustausch durchströmbar ist.
Die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 sind an einander zugewandten Deckplatten 5, 6 miteinander verbunden. Hierzu ist eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, die nachfolgend noch im Detail erläutert wird. Eine formschlüssige Verbindung entsteht durch das Ineinander- oder Hintergreifen von zwei Verbindungspartnern. Formschlüssige Verbindungen sind grundsätzlich beliebig oft lösbar und wiederherstellbar. Die formschlüssige Verbindung zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29 dient der Kraftübertragung von dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 auf das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 und umgekehrt.
Zusätzlich sind die Deckplatten 5, 6 der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 auch noch miteinander verschweißt. Hierzu ist eine sich entlang der zweiten Raumrichtung y erstreckende Schweißnaht 30 vorgesehen. Die Schweißnaht 30 kann vollständig um den Wärmetauscherblock 2A umlaufen. Die Schweißnaht 30 dient jedoch vorzugsweise nicht der Kraftübertragung zwischen den beiden Wärmetauscherblockmodulen 28, 29, sondern lediglich der fluiddichten Abdichtung zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29. "Fluiddicht" kann dabei sowohl gasdicht als auch flüssigkeitsdicht bedeuten. Die Schweißnaht 30 ist zumindest abschnittsweise von einer der Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 abgedeckt. Insbesondere im Bereich der Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 ist die fluiddichte Abdichtung mit Hilfe der Schweißnaht 30 erforderlich.
Fig. 5 zeigt die Detailansicht V gemäß der Fig. 3. Fig. 6 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2A. Fig. 7 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2A. Nachfolgend wird auf die Fig. 5 bis 7 gleichzeitig Bezug genommen.
Insbesondere sind in der Fig. 5 nur die beiden einander zugewandten Deckplatten 5, 6 der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 gezeigt. Die Deckplatten 5, 6 liegen aneinander an und sind formschlüssig miteinander verbunden. Somit sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 über ihre Deckplatten 5, 6 formschlüssig miteinander verbunden.
Zum formschlüssigen Verbinden der beiden Deckplatten 5, 6 weist die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 Hakenabschnitte 31, 32 auf. Die Anzahl der Hakenabschnitte 31 , 32 ist grundsätzlich beliebig. Bevorzugt ist eine Vielzahl der artiger Hakenabschnitte 31, 32 vorgesehen, die entlang der zweiten Raumrichtung y gleichmäßig voneinander beabstandet platziert sind. Die Hakenabschnitte 31, 32 erstrecken sich entlang der ersten Raumrichtung x betrachtet über eine gesamte Breite des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28. Die Hakenabschnitte 31, 32 sind entlang der Breite des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 betrachtet konisch ausgeführt.
Die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 weist zu den Hakenabschnitten 31 , 32 korrespondierende Einhakabschnitte 33, 34 auf, in welche die Hakenabschnitte 31, 32 eingreifen können, um die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 formschlüssig miteinander zu verbinden. Die Einhakabschnitte 33, 34 sind als in die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 eingebrachte Ausfräsungen oder Nuten ausgebildet. Die Hakenabschnitte 31, 32 können entlang der ersten Raumrichtung x seitlich in die Einhakabschnitte 33, 34 eingeschoben werden. Alternativ können die Hakenabschnitte 31, 32 auch entlang der dritten Raumrichtung z von vorne in die Einhakabschnitte 33, 34 eingefädelt werden. Die Einhakabschnitte 33, 34 sind entlang einer Breite des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 betrachtet konisch ausgeführt.
Zwischen den Hakenabschnitten 31, 32 und den Einhakabschnitten 33, 34 ist jeweils ein leistenförmiges Keilelement 35, 36 (schraffiert) vorgesehen. Jedem Paar an Hakenabschnitten 31 , 32 und Einhakabschnitten 33, 34 ist ein Paar derartiger Keilelemente 35, 36 zugeordnet. Die Keilelemente 35, 36 sind in den Einhakabschnitten 33, 34 aufgenommen. Mit Hilfe der Keilelemente 35, 36 sind die Hakenabschnitte 31, 32 in den Einhakabschnitten 33, 34 verkeilt oder verklemmt.
Die Keilelemente 35, 36 sind keilförmig und verjüngen sich ausgehend von den Außenflächen 26 in Richtung einer Mitte des Wärmetauscherblocks 2A. In Jedem Einhakabschnitt 33, 34 sind zwei Keilelemente 35, 36 aufgenommen, die von einander entgegengesetzten Seiten des Wärmetauscherblocks 2A in die Einhakabschnitte 33, 34 getrieben werden.
Ein Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 wird wie folgt durchgeführt. Zunächst werden die beiden Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 zueinander positioniert. Die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 werden ineinander eingehakt. Hierzu werden die Hakenabschnitte 31 , 32 in die Einhakabschnitte 33, 34 eingehakt oder eingefädelt. Mit Hilfe der Keilelemente 35, 36 die von zwei Seiten des Wärmetauscherblocks 2A entlang der ersten Raumrichtung x und entgegen der ersten Raumrichtung x in die Einhakabschnitte 33, 34 eingeschlagen werden, werden die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 aneinander arretiert. Anschließend wird die Schweißnaht 30 hergestellt, welche die Hakenabschnitte 31, 32, die Einhakabschnitte 33, 34 und die Keilelemente 35, 36 abdeckt.
Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2B. Fig. 9 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2B. Nachfolgend wird auf die Fig. 8 und 9 gleichzeitig Bezug genommen. Bei dieser Ausführungsform des Wärmetauscherblocks 2B sind ebenfalls zwei Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit beidseitigen Deckplatten 5, 6 vorgesehen. An der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 sind leistenförmige Eingriffsabschnitte 37, 38 vorgesehen, von denen in der Fig. 8 nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. An der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 sind zu den Eingriffsabschnitten 37, 38 korrespondierende leistenförmige Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 vorgesehen. Die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 greifen derart ineinander, dass zwischen zwei Eingriffsabschnitten 37, 38 ein Gegeneingriffsabschnitt 39, 40 und umgekehrt angeordnet sind.
Die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 weisen jeweils eine Vielzahl an Bohrungen 41 , 42 auf, von denen nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. In den Bohrungen 41, 42 sind Bolzen oder Stifte 43, 44 aufgenommen, die von zwei Seiten des Wärmetauscherblocks 2B in die Bohrungen 41, 42 eingeführt werden. Mit Hilfe der Stifte 43, 44 sind die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 somit formschlüssig miteinander verbunden.
Zum Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 werden an deren Deckplatten 5, 6 zunächst die Eingriffsabschnitte 37, 38 und die Gegeneingriffsabschnitte 39, 40 angeformt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Fräsverfahrens durchgeführt werden. Die Deckplatten 5, 6 werden zueinander ausgerichtet, so dass die Bohrungen 41, 42 fluchten. Die Deckplatten 5, 6 werden dann mit Hilfe der Stifte 43, 44 aneinander arretiert. Es kann eine Presspassung durch ein vorheriges Abkühlen der Stifte 43, 44 erreicht werden. Anschließend kann eine wie zuvor erwähnte Schweißnaht 30 über die Stifte 43, 44 geschweißt werden.
Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2C. Fig. 11 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2C. Nachfolgend wird auf die Fig. 10 und 11 gleichzeitig Bezug genommen.
Der Wärmetauscherblock 20 umfasst wie zuvor erwähnte Wärmetauscherblockmodule
28, 29, von denen in den Fig. 9 und 10 lediglich die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 gezeigt sind. Jede Deckplatte 5, 6 weist einen Eingriffsabschnitt 45, 46 auf. Insbesondere ist an der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 ein erster Eingriffsabschnitt 45 und an der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmodul 29 ist ein zweiter Eingriffsabschnitt 46 vorgesehen.
Der erste Eingriffsabschnitt 45 weist eine T-förmige Geometrie auf. Dementsprechend weist auch der zweite Eingriffsabschnitt 46 eine T-förmige Geometrie auf. Die beiden Eingriffsabschnitte 45, 46 zusammen bilden eine Doppel-T-Form. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können Nuten sein, die in die Deckplatten 5, 6 eingefräst sind. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 erstrecken sich durch den gesamten Wärmetauscherblock 2 hindurch. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können mit einem geeigneten Fräswerkzeug bis zu einer Tiefe von 80 mm bearbeitbar sein. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können sich keilförmig verjüngen. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können sich auch sacklochartig nur teilweise in den Wärmetauscherblock 2 hineinerstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl von Eingriffsabschnitten 45, 46 vorgesehen sein, die gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
In den Eingriffsabschnitten 45, 46 ist ein Verbindungselement 47 aufgenommen. Das Verbindungselement 47 weist einen doppel-T-förmigen oder knochenförmigen Querschnitt auf. Das Verbindungselement 47 greift gleichzeitig in die Eingriffsabschnitte 45, 46 ein, um die Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 formschlüssig miteinander verbunden. Die Anzahl der Verbindungselemente 47 ist beliebig. Das Verbindungselement 47 kann zumindest abschnittsweise konisch sein oder sich verjüngen.
Zum Verbinden der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 miteinander werden zunächst Eingriffsabschnitte 45, 46 in die Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 eingebracht. Dies kann mit Hilfe eines Fräsverfahrens erfolgen. Die Eingriffsabschnitte 45, 46 können auch mit Hilfe eines Erodierverfahrens oder mit Hilfe einer diamantbeschichteten Formfeile gefertigt werden. Anschließend werden die Deckplatten 5, 6 zueinander ausgerichtet und die Verbindungselemente 47 in die Eingriffsabschnitte 45, 46 eingeschlagen oder eingepresst. Die Verbindungselemente 47 werden anschließend überschweißt und so mit Hilfe der Schweißnaht 30 (nicht gezeigt) abgedeckt. Innerhalb des Wärmetauscherblocks 20 ist eine Vielzahl derartiger Eingriffsabschnitte 45, 46 vorgesehen. Deshalb ist es auch möglich, die Wärmetauscherblockmodule 28, 29 aufeinanderzulegen und anschließend die
Eingriffsabschnitte 45, 46 zu fertigen.
Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2D. Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer wie zuvor erwähnten ersten Deckplatte 5. Fig. 14 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform einer wie zuvor erwähnten zweiten Deckplatte 6. Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Ansicht des Wärmetauscherblocks 2D. Fig. 16 zeigt eine schematische Explosionsansicht des Wärmetauscherblocks 2D. Nachfolgend wird auf die Fig. 12 bis 16 gleichzeitig Bezug genommen.
Der Wärmetauscherblock 2D umfasst wie zuvor erwähnte Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit einander zugewandten Deckplatten 5, 6. In den Fig. 12 bis 16 sind jeweils nur die beiden Deckplatten 5, 6 gezeigt. Die Deckplatten 5, 6 können eine Dicke d5, d6 von beispielsweise 5 mm aufweisen. Bevorzugt weisen die erste Deckplatte 5 und/oder die zweite Deckplatte 6 jedoch jeweils eine Dicke d5, d6 von 8 bis 18 mm, bevorzugt von 10 bis 16 mm, weiter bevorzugt von 12 bis 14 mm, auf. Insbesondere weisen die Deckplatten 5, 6 eine Dicke d5, d6 von mindestens 12 mm auf.
Jede Deckplatte 5, 6 umfasst mehrere Nuten oder Ausnehmungen 48 bis 53. Dabei sind der ersten Deckplatte 5 die Ausnehmungen 48 bis 50 und der zweiten Deckplatte 6 die Ausnehmungen 51 bis 53 zugeordnet. Die Ausnehmungen 48 bis 53 können rechteckförmige Nuten sein, die in die jeweilige Deckplatte 5, 6 eingefräst sind. Die Anzahl der Ausnehmungen 48 bis 53 ist beliebig. Insbesondere sind die Deckplatten 5, 6 derart ausgerichtet, dass die Ausnehmungen 48 bis 50 und die Ausnehmungen 51 bis 53 fluchten.
Die Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 sind mit Hilfe von senkrecht zu den Ausnehmungen 48 bis 50 orientierten Bohrungen 54 bis 56 miteinander verbunden. Die Anzahl der Bohrungen 54 bis 56 ist beliebig. Die Bohrungen 54 bis 56 sind gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Bohrungen 54 bis 56 sind konisch. Die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 sind mit Hilfe von senkrecht zu den Ausnehmungen 51 bis 53 orientierten Bohrungen 57 bis 59 miteinander verbunden. Die Anzahl der Bohrungen 57 bis 59 ist beliebig. Die Bohrungen 57 bis 59 sind gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Bohrungen 57 bis 59 sind ebenfalls konisch.
In den Ausnehmungen 48 bis 53 sind Verbindungselemente 60 aufgenommen. Dabei erstrecken sich die Verbindungselemente 60 aus den Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 heraus bis in die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 hinein. Die Anzahl der Verbindungselemente 60 ist beliebig. Jedes Verbindungselement 60 umfasst Durchbrüche oder Bohrungen 61 bis 63. Die Bohrungen 61 bis 63 und die Bohrungen 57 bis 59 sind fluchtend angeordnet. In den Bohrungen 57 bis 59, 61 bis 63 sind Bolzen oder Stifte 64 bis 66 aufgenommen. Die Stifte 64 bis 66 sind konusförmig.
Jedes Verbindungselement 60 weist eine Dicke d60 auf. Die Verbindungselemente 60 können alle dieselbe Dicke d60 aufweisen. Alternativ können die Verbindungselemente 60 auch unterschiedliche Dicken d60 aufweisen.
Das Verbinden der beiden Wärmetauscherblockmodule 28, 29 erfolgt dadurch, dass zunächst in die gegenüberliegenden Deckplatten 5, 6 der Wärmetauscherblockmodule 28, 29 mit Hilfe einer Schablone oder einer CNC-Maschine (Engl.: Computerized Numerical Control, CNC) im Bereich der Schweißnaht 30 in Abständen je nach mechanischer Zugbelastung die Ausnehmungen 48 bis 53 eingefräst werden. Anschließend werden die Verbindungselemente 60 in den Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 aufgenommen.
Das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 wird mit seiner zweiten Deckplatte 6 derart zu dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 ausgerichtet, dass die Verbindungselemente 60 bei einem Absenken des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 in den Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 aufgenommen werden.
Nach dem Übereinanderlegen der Wärmetauscherblockmodule 28, 29, wobei die Verbindungselemente 60 in den Ausnehmungen 51 bis 53 aufgenommen werden, werden die Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 mit einem konischen Bohrer (1 :50 oder 1:100) durch die Deckplatten 5, 6 und die Verbindungselemente 60 gebohrt. In die Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 werden entsprechend die konischen Stifte 64 bis 66 eingeschlagen. Die Bohrungen 54 bis 59 werden zugeschweißt und anschließend die Schweißnaht 30 zwischen den Wärmetauscherblockmodulen 28, 29 ausgeführt.
Fig. 17 zeigt eine schematische explodierte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2E.
Der Wärmetauscherblock 2E entspricht von seinem Aufbau her im Wesentlichen dem des Wärmetauscherblocks 2D. Der Wärmetauscherblock 2E umfasst zwei Wärmetauscherblockmodule 28, 29. Die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 umfasst mehrere Ausnehmungen 48 bis 50 wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 12 bis 16 schon erläutert wurde. Entsprechend weist das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 entsprechende Ausnehmungen 51 bis 53 an seiner zweiten Deckplatte 6 auf.
Senkrecht zu den Ausnehmungen 48 bis 50 ist eine Bohrung 67, 68 in die jeweilige Deckplatte 5, 6 eingebracht, die sämtliche Ausnehmungen 48 bis 50 beziehungsweise die Ausnehmungen 51 bis 53 miteinander verbindet. Durch die Bohrung 67 ist eine drehbare Welle 69 (schraffiert) hindurchgeführt. Die Welle 69 ist in der Bohrung 67 drehbar. Mit der Welle 69 drehfest verbunden ist ein Verbindungselement 70. Das Verbindungselement 70 weist zwei Bohrungen 71 , 72 auf. In der Bohrung 71 ist die Welle 69 drehfest aufgenommen. Beispielsweise ist das Verbindungselement 70 mit der Welle 69 verstiftet.
Das Verbindungselement 70 ist mitsamt der Welle 69 drehbar und kann von einem ausgeklappten Zustand (durchgezogene Linien) in einen eingeklappten Zustand (gestrichelte Linien) verbracht werden. In dem eingeklappten Zustand ist das Verbindungselement 70 mit dem Bezugszeichen 70' versehenen. Entsprechendes gilt für die Bohrung 72, die in dem eingeklappten Zustand mit dem Bezugszeichen 72' versehen ist. In dem ausgeklappten Zustand ragt das Verbindungselement 70 über die erste Deckplatte 5 heraus. In dem eingeklappten Zustand ist das Verbindungselement 70 vollständig innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 48 bis 50 aufgenommen. Das Verbringen des Verbindungselements 70 von dem ausgeklappten Zustand in den eingeklappten Zustand und umgekehrt ist mit Hilfe eines Doppelpfeils 73 angedeutet. Die Montage des Wärmetauscherblocks 2E erfolgt wie nachfolgend erläutert. Zunächst werden die Ausnehmungen 48 bis 53 in die Deckplatten 5, 6 eingebracht.
Anschließend werden an beiden Deckplatten 5, 6 Bohrungen 67, 68 vorgesehen. An der ersten Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 werden nun die Verbindungselemente 70 und die Wellen 69 montiert. Sämtliche Verbindungselemente 70 werden in den eingeklappten Zustand verbracht.
Das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 wird so an dem ersten Wärmetauscherblockmodul 28 platziert, dass die Ausnehmungen 48 bis 50 der ersten Deckplatte 5 und die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 übereinanderliegen. Durch ein Drehen der jeweiligen Welle 69 werden die Verbindungselemente 70 aus dem eingeklappten Zustand in den ausgeklappten Zustand verbracht. Dabei klappen die Verbindungselemente 70 in die Ausnehmungen 51 bis 53 der zweiten Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 hinein. Durch die Bohrungen 68, 72 wird eine weitere Welle 69 geschoben und so das erste Wärmetauscherblockmodul 28 mit dem zweiten Wärmetauscherblockmodul 29 verbunden. Anschließend werden die Bohrungen 67, 68 dichtgeschweißt und die Schweißnaht 30 angebracht.
Nun zurückkehrend zu den Fig. 12 bis 16 weist die erste Deckplatte 5 eine erste Oberfläche 74 auf. In die erste Oberfläche 74 sind die Ausnehmungen 48 bis 50 eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen 48 bis 50 unterhalb der ersten Oberfläche 74 befinden. Die Ausnehmungen 48 bis 50 erstrecken sich ausgehend von der ersten Oberfläche 74 in die erste Deckplatte 5 hinein.
Die zweite Deckplatte 6 weist eine zweite Oberfläche 75 auf. Die erste Oberfläche 74 und die zweite Oberfläche 75 sind einander zugewandt. Insbesondere liegen die erste Deckplatte 5 und die zweite Deckplatte 6 an ihren beiden Oberflächen 74, 75 aneinander an. In die zweite Oberfläche 75 sind die Ausnehmungen 51 bis 53 eingearbeitet. Das heißt insbesondere, dass sich die Ausnehmungen 51 bis 53 unterhalb der zweiten Oberfläche 75 befinden. Die Ausnehmungen 51 bis 53 erstrecken sich ausgehend von der zweiten Oberfläche 75 in die zweite Deckplatte 6 hinein. Entsprechendes gilt für den Wärmetauscherblock 2E gemäß der Fig. 17.
Die Ausnehmungen 48 bis 50 sind mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte 5, insbesondere in die erste Oberfläche 74 eingebracht oder eingearbeitet. Dementsprechend sind auch die Ausnehmungen 51 bis 53 mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte 6, insbesondere in die zweite Oberfläche 75 eingebracht oder eingearbeitet. Bei trennenden Fertigungsverfahren wird Material abgetragen. Bei umformenden Fertigungsverfahren wird Material verformt. Als trennende Fertigungsverfahren kommen insbesondere abtragende Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen oder Erodieren, zur Anwendung. Als umformende Fertigungsverfahren kommen beispielsweise Eindrücken, Walzen oder Schmieden zur Anwendung. Entsprechendes gilt für den Wärmetauscherblock 2E gemäß der Fig. 17.
Fig. 18 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers 1.
Das Verfahren ist insbesondere zum Herstellen des Wärmetauscherblocks 2A, 2B, 2C, 2D, 2E geeignet. Bei dem Verfahren werden in einem Schritt S1 das erste Wärmetauscherblockmodul 28 und das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 bereitgestellt. Das Bereitstellen kann ein Herstellen der Wärmetauscherblockmodule 28, 29, insbesondere ein Verlöten der Wärmeaustauschelemente 3 und der Trennplatten 4, umfassen.
In einem Schritt S2 werden das erste Wärmetauscherblockmodul 28 und das zweite Wärmetauscherblockmodul 29 mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden. Ein Schritt S3 des Verfahrens weist ein miteinander Verbinden des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 mit Hilfe der Schweißnaht 30 auf, so dass die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise von der Schweißnaht 30 abgedeckt wird.
Während des Schritts S2 werden die erste Deckplatte 5 des ersten Wärmetauscherblockmoduls 28 und die zweite Deckplatte 6 des zweiten Wärmetauscherblockmoduls 29 mit Hilfe des jeweiligen Verbindungselements 47, 60, 70 formschlüssig miteinander verbunden.
Insbesondere werden während des Schritts S1 an der ersten Deckplatte 5 mehrere Ausnehmungen 48 bis 50 angebracht, in welchen jeweils ein Verbindungselement 60, 70 aufgenommen wird, wobei an der zweiten Deckplatte 6 ebenfalls Ausnehmungen 51 bis 53 angebracht werden, in welchen das jeweilige Verbindungselement 60, 70 ebenfalls aufgenommen wird. Während des Schritts S2 werden in die erste Deckplatte 5, in die zweite Deckplatte 6 und in das jeweilige Verbindungselement 60 Bohrungen 54 bis 59, 61 bis 63 eingebracht, wobei die erste Deckplatte 5, die zweite Deckplatte 6 und das Verbindungselement 60 mit Hilfe von Stiften 64 bis 66 miteinander verstiftet werden. Hierdurch werden die Deckplatten 5, 6 und das Verbindungselement 60 oder die Verbindungselemente 60 stoffschlüssig miteinander verbunden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Verwendete Bezugszeichen
1 Plattenwärmetauscher
2 Wärmetauscherblock
2A Wärmetauscherblock
2B Wärmetauscherblock
2C Wärmetauscherblock
2D Wärmetauscherblock
2E Wärmetauscherblock
3 Wärmeaustauschelement
4 Trennplatte
5 Deckplatte
6 Deckplatte
7 Randleiste
8 Randleiste
9 Anschlusseinrichtung
10 Anschlusseinrichtung
11 Anschlusseinrichtung
12 Anschlusseinrichtung
13 Anschlusseinrichtung
14 Anschlusseinrichtung
15 Anschlusseinrichtung
16 Anschlusseinrichtung
17 Anschlusseinrichtung
18 Anschlusseinrichtung
19 Anschlussstutzen
20 Anschlussstutzen
21 Anschlussstutzen
22 Anschlussstutzen
23 Anschlussstutzen
24 Anschlussstutzen
25 Anschlussstutzen
26 Außenfläche
27 verfahrenstechnische Anlage
28 Wärmetauscherblockmodul 29 Wärmetauscherblockmodul
30 Schweißnaht
31 Hakenabschnitt
32 Hakenabschnitt
33 Einhakabschnitt
34 Einhakabschnitt
35 Keilelement
36 Keilelement
37 Eingriffsabschnitt
38 Eingriffsabschnitt
39 Gegeneingriffsabschnitt
40 Gegeneingriffsabschnitt
41 Bohrung
42 Bohrung
43 Stift
44 Stift
45 Eingriffsabschnitt
46 Eingriffsabschnitt
47 Verbindungselement
48 Ausnehmung
49 Ausnehmung
50 Ausnehmung
51 Ausnehmung
52 Ausnehmung
53 Ausnehmung
54 Bohrung
55 Bohrung
56 Bohrung
57 Bohrung
58 Bohrung
59 Bohrung
60 Verbindungselement
61 Bohrung
62 Bohrung
63 Bohrung 64 Stift
65 Stift
66 Stift
67 Bohrung
68 Bohrung
69 Welle
70 Verbindungselement
70' Verbindungselement
71 Bohrung
72 Bohrung
72' Bohrung
73 Doppelpfeil
74 Oberfläche
75 Oberfläche
A Fluid
B Fluid
C Fluid
D Fluid d5 Dicke d6 Dicke d60 Dicke
E Fluid
S Bereich
51 Schritt
52 Schritt
53 Schritt x Breitenrichtung y Höhenrichtung z Tiefenrichtung

Claims

Patentansprüche Plattenwärmetauscher (1) mit einem ersten Wärmetauscherblockmodul (28) und einem zweiten Wärmetauscherblockmodul (29), wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) und das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) und das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) mit Hilfe einer Schweißnaht (30) miteinander verbunden sind, wobei die Schweißnaht (30) die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise abdeckt, wobei das erste Wärmetauscherblockmodul (28) eine erste Deckplatte (5) aufweist, wobei das zweite Wärmetauscherblockmodul (29) eine zweite Deckplatte (6) aufweist, wobei die erste Deckplatte (5) und die zweite Deckplatte (6) mit Hilfe der formschlüssigen Verbindung miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte (5) und die zweite Deckplatte (6) mit Hilfe eines Verbindungselements (60, 70) formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die erste Deckplatte (5) eine Ausnehmung (48 - 50), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen ist, aufweist, und wobei die zweite Deckplatte (6) eine Ausnehmung (51 - 53), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen ist, aufweist. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei die erste Deckplatte (5) und/oder die zweite Deckplatte (6) jeweils eine Dicke (d5, d6) von 8 bis 18 mm, bevorzugt von 10 bis 16 mm, weiter bevorzugt von 12 bis 14 mm, aufweist. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Deckplatte (5) und die zweite Deckplatte (6) mit Hilfe der Schweißnaht (30) miteinander verbunden sind. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei sich die Ausnehmung (48 - 50) der ersten Deckplatte (5) ausgehend von einer der zweiten Deckplatte (6) zugewandten Oberfläche (74) der ersten Deckplatte (5) in die erste Deckplatte (5) hineinerstreckt, und/oder wobei sich die Ausnehmung (51 - 53) der zweiten Deckplatte (6) ausgehend von einer der ersten Deckplatte (5) zugewandten Oberfläche (75) der zweiten Deckplatte (6) in die zweite Deckplatte (6) hineinerstreckt. 5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 — 4, wobei mehrere Verbindungselemente (60, 70) vorgesehen sind, und wobei die Verbindungselemente (60, 70) unterschiedliche Dicken (d60) aufweisen.
6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das Verbindungselement (60) mit Hilfe von Stiften (64 - 66) mit der ersten Deckplatte (5) und mit der zweiten Deckplatte (6) verstiftet ist.
7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Schweißnaht (30) die Stifte (64 - 66) abdeckt.
8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Stifte (64 - 66) konusförmig sind.
9. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Ausnehmung (48 - 50) der ersten Deckplatte (5) mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte (5) eingearbeitet ist, und/oder wobei die Ausnehmung (51 - 53) der zweiten Deckplatte (6) mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte (6) eingearbeitet ist.
10. Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers (1), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen (S1) eines ersten Wärmetauscherblockmoduls (28) und eines zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29), b) miteinander Verbinden (S2) des ersten Wärmetauscherblockmoduls (28) und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29) mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung, wobei eine erste Deckplatte (5) des ersten Wärmetauscherblockmoduls (28) und eine zweite Deckplatte (6) des zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29) mit Hilfe eines Verbindungselements (47, 60, 70) formschlüssig miteinander verbunden werden, wobei in dem Schritt a) an der ersten Deckplatte (5) eine Ausnehmung (48 - 50), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen wird, angebracht wird, und wobei an der zweiten Deckplatte (6) eine Ausnehmung (51 - 53), in welcher das Verbindungselement (60, 70) aufgenommen wird, angebracht wird, und c) miteinander Verbinden (S3) des ersten Wärmetauscherblockmoduls (28) und des zweiten Wärmetauscherblockmoduls (29) mit Hilfe einer Schweißnaht (30), so dass die formschlüssige Verbindung zumindest abschnittsweise von der Schweißnaht (30) abgedeckt wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei in dem Schritt b) in die erste Deckplatte (5), in die zweite Deckplatte (6) und in das Verbindungselement (60) Bohrungen (54 - 59, 61 - 63) eingebracht werden, und wobei die erste Deckplatte (5), die zweite Deckplatte (6) und das Verbindungselement (60) mit Hilfe von in die Bohrungen (54 - 59, 61 - 63) eingeführten Stiften (64 - 66) miteinander verstiftet werden. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Ausnehmung (48 - 50) der ersten Deckplatte (5) mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die erste Deckplatte (5) eingearbeitet wird, und/oder wobei die Ausnehmung (51 - 53) der zweiten Deckplatte (6) mit Hilfe eines trennenden Fertigungsverfahrens und/oder eines umformenden Fertigungsverfahrens in die zweite Deckplatte (6) eingearbeitet wird.
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