NL9200698A - Platenwarmtewisselaar, alsmede werkwijze voor de vervaardiging hiervan. - Google Patents

Description

Platenwarmtewisselaar, alsmede werkwijze voor de vervaardiging hiervan.

De uitvinding heeft betrekking op een platenwarmtewisselaar met een aantal in hoofdzaak evenwijdige op afstand van elkaar verlopende platen, in het bijzonder van geëmailleerd staal, waarbij afwisselend tussen de platen ruimten voor twee afzonderlijke fluïdumstromen zijn gevormd, terwijl aangrenzende platen op aansluitopeningen na aan hun randen met elkaar zijn verbonden tot een platenpakket.

Bij een bekende uitvoering van een dergelijke platenwarmtewisselaar zijn de platen aan hun randen voorzien van pakkingen van siliconenrubber, die de platen op afstand van elkaar houden en de ruimte tussen de platen afdichten. Het nadeel van deze constructie is dat de pakkingen vrij snel verteren, waardoor lekkage ontstaat.

De uitvinding beoogt een platenwarmtewisselaar van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij dit nadeel op doeltreffende wijze is opgeheven.

Hiertoe wordt de platenwarmtewisselaar volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de aangrenzende platen aan ten minste twee randen zijn voorzien van naar elkaar toe omgezette verbindingsflenzen die door lassen met elkaar zijn verbonden, terwijl ten minste de verbindingsf lenzen van een aantal van de aangrenzende platen plat tegen elkaar aanliggen en aan hun buitenrand aan elkaar zijn gelast.

Door de lasverbinding tussen de afzonderlijke platen ontstaat een zeer betrouwbare afdichting die ook na lange tijd geen last krijgt van lekkages. Een probleem bij het lassen wordt weliswaar gevormd door de emaillelaag die de platen tegen inwerking van zuren beschermt en door het lassen kan worden verbroken, waardoor zwakke plekken ontstaan. Verrassenderwijs werd echter gevonden, dat bij het aan de buitenranden lassen van plat tegen elkaar liggende verbindingsflenzen het emaille van de platen aan de binnenranden van deze flenzen smelt en zodanig in de naad tussen de flenzen vloeit, dat daar aan de binnenranden een gesloten beschermende emaillelaag wordt gevormd, waardoor geen verdere nabehandeling of her-nieuwe emaillering van het gehele platenpakket nodig is. Het is niet noodzakelijk dat alle platen op deze wijze onderling zijn verbonden. Het is ook mogelijk dat groepjes van platen op andere wijze zijn gelast en (opnieuw) zijn geëmailleerd.

De uitvinding is uitermate geschikt voor toepassing bij platenwarmtewisselaars die werken volgens het kruis-stroomprincipe, waarbij de fluïdumstromen aan weerszijden van elke plaat althans ongeveer loodrecht op elkaar zijn gericht. Hierbij zijn dan afwisselend de loodrecht op elkaar staande randen van de platen gelast.

Een verder probleem bij platenwarmtewisselaars is het ophangen van het platenpakket in een frame op zodanige wijze dat een zekere thermische expansie ten gevolge van temperatuurwisselingen wordt toegelaten.

Volgens de uitvinding wordt dit probleem daardoor opgelost , dat op de hoeken van het platenpakket kunststof blok-elementen zijn aangebracht, waarop flenzen van een frame kunnen aangrijpen voor het opsluiten van het platenpakket in het frame.

Door deze kunststof blokelementen wordt een stevige rand gecreëerd die een opsluiting in het frame mogelijk maakt, doch niettemin een zekere werking van het platenpakket toelaat.

Bij voorkeur dienen de kunststof blokelementen tevens als afdichtelementen op de hoeken van de platen, waartoe zij bij voorkeur zijn voorzien van groeven waarmede zij op de platen kunnen worden gestoken.

De uitvinding omvat voorts een werkwijze voor het vervaardigen van een platenwarmtewisselaar met een aantal op afstand van elkaar verlopende, evenwijdige platen, in het bijzonder van geëmailleerd staal, waarbij aangrenzende platen op aansluitopeningen na aan hun randen met elkaar worden verbonden tot een platenpakket, die volgens de uitvinding daardoor is gekenmerkt, dat de randen van de platen worden omgezet voor het vormen van verbindingsflenzen, waarna de platen door lassen met elkaar worden verbonden ter plaatse van de naar elkaar toe omgezette verbindingsflenzen, waarbij ten minste een aantal van de platen wordt verbonden door middel van verbindings-flenzen, die plat tegen elkaar liggen en aan hun buitenste randen worden gelast.

Deze werkwijze maakt het mogelijk ten minste een deel van de geëmailleerde platen aan elkaar te lassen zonder dat een verdere nabehandeling of emaillering van het gehele platenpakket nodig is, omdat, zoals eerder is beschreven, het emaille tijdens het lassen gaat vloeien en een de naden tussen de plaatflenzen afdichtende laag vormt. Teneinde dit vloeien van het emaille gecontroleerd te laten verlopen, wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van de laserlasmethode, waarbij de temperatuur en indringdiepte van de toegevoerde warmte zeer nauwkeurig regelbaar is.

In sommige toepassingen kunnen eerst kleine groepjes, bijvoorbeeld paren, platen onderling op een andere dan de beschreven manier worden gelast en opnieuw of voor de eerste maal worden geëmailleerd, waarna de groepjes platen door lassen van de plat tegen elkaar liggende flenzen tot het volledige platenpakket worden samengevoegd. De buitenzijde van elk groepje platen of het volledige pakket kan altijd plaatselijk of geheel door spuiten worden geëmailleerd.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening, die een aantal uitvoeringsvoorbeelden van de platenwarmtewisselaar volgens de uitvinding weergeeft.

Fig. l is een perspectivisch aanzicht, gedeeltelijk weggesneden, van een uitvoeringsvoorbeeld van een gedeelte van een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont het detail II van fig. 1 met gedemonteerde blokelementen.

Fig. 3 is een met fig. 2 overeenkomend aanzicht van een gewijzigde uitvoeringsvorm.

Fig. 4 is een met fig. 2 overeenkomend aanzicht van nog een andere uitvoeringsvorm.

Fig. 5 is een met fig. 2 overeenkomend aanzicht van nog een verdere uitvoeringsvorm.

In de tekening is een gedeelte van een platenwarmtewisselaar weergegeven, die in het bijzonder geschikt is voor de uitwisseling van warmte tussen twee fluïda, in het bijzonder twee gassen. In principe is het echter ook mogelijk warmte uit te wisselen tussen twee vloeistoffen of tussen een vloeistof en gas.

De warmtewisselaar is voorzien van een tot een platenpakket 1 samengevoegd aantal evenwijdige, op afstand van elkaar verlopende platen 2. Tussen zich in begrenzen de platen 2 afwisselend ruimten voor twee afzonderlijke fluïdumstromen waartussen warmte moet worden uitgewisseld. In het weergegeven geval werkt de warmtewisselaar volgens het kruisstroomprinci-pe, waarbij een eerste fluïdumstroom (pijl A) loodrecht op de aangrenzende fluïdumstroom (pijl B) is gericht. De uitvinding is echter ook van toepassing op andere principes, zoals het tegenstroomprincipe.

De platen 2 zijn in het weergegeven uitvoeringsvoor-beeld vervaardigd van staal met een laag koolstofgehalte (C < 0,05 %), waarop twee lagen emaille zijn aangebracht, teneinde de warmtewisselaar bestand te maken tegen gassen die agressieve zuren bevatten en waarbij temperaturen in de warmtewisselaar bereikt worden, die rond of beneden het condensa-tiepunt van het zuur liggen, waardoor de kans op corrosie bestaat. De emaillelaag biedt een uitstekende bescherming tegen de meeste van deze zuren, en in ieder geval tegen H2S04, H2S03 en HCL. Dit maakt de warmtewisselaar bijzonder geschikt voor ontzwavelingstoepassingen en stikstofreductieprojecten. Verder is de platenwarmtewisselaar ook geschikt voor toepassing bij naverbrandingsinstallaties bij vuilverbranding. Uiteraard zijn ook nog andere toepassingen denkbaar.

De plaat 2 kan bijvoorbeeld 1,5 mm dik zijn en een afmeting bezitten van 1,2 bij 1,8 meter. Teneinde de juiste afstand tussen de platen 2 onderling over het gehele oppervlak te handhaven, kunnen hollingen 3 respectievelijk bollingen 4 in de platen worden geperst, die verhinderen dat bij een grotere verschildruk tussen aangrenzende stromingsruimten de platen 2 naar elkaar toe worden gedrukt. In de beschreven toepassingen zullen de overdrukken van de gassen meestal niet hoger zijn dan ongeveer 50 kPa.

Zoals in fig. 1 doch in het bijzonder in fig. 2 is te zien, zijn telkens twee randen van aangrenzende platen 2 verbonden door verbindingsflenzen 5 respectievelijk 6. In deze uitvoering zijn de flenzen 5 en 6 gelijk uitgevoerd en verlopen zij evenwijdig aan het vlak van de platen 2, doch op een afstand daarvan. De flenzen 5 en 6 zijn met de platen 2 verbonden via een schuin wanddeel 7 respectievelijk 8.

Voor het verbinden van aangrenzende platen 2 worden aan twee tegenovergestelde randen hiervan de bijbehorende ver-bindingsflenzen 5 of 6 plat tegen elkaar aan gelegd en worden de buitenranden daarvan gelast, zodat een randlas 9 respectievelijk 10 wordt gevormd. Door de warmtetoevoer tijdens het lassen van de verbindingsflenzen 5, 6 vloeit aan de binnenranden van deze verbindingsflenzen 5, 6 het emaille van de email-lelaag van beide platen 2 samen, zodat een gesloten emaille-laag over de naad tussen de verbindingsflenzen 5 of 6 van beide aangrenzende platen 2 wordt gevormd. Op deze wijze ontstaat derhalve zonder verdere nabewerking of emaillering van de platen 2 een volledige beschermingslaag om de stromingsruimte voor de fluïda, die corrosie van de platen 2 verhindert. Een gunstige lasmethode is laserlassen, omdat hiermede de warmtetoevoer goed kan worden geregeld en derhalve een gecontroleerde vloeiing van het emaille kan worden bereikt.

Voor het aanbrengen van het door aan elkaar lassen van de afzonderlijke platen 2 gevormde platenpakket 1 in een in fig. 1 gedeeltelijk weergegeven frame 11 zijn op vier randen van het platenpakket 1 kunststof blokelementen 12 aangebracht, waarop hoekprofielen 13 van het frame 11 kunnen aangrijpen voor het door klemming opsluiten van het platenpakket 1 in het frame 11. In het weergegeven geval zijn de blokelementen opgebouwd uit een aantal kunststof blokjes 14 en 15, die gelijk van vorm zijn, doch om en om op verschillende wijze aan het platenpakket 1 zijn gemonteerd, zodanig dat het blok-element 12 ontstaat.

Zoals in fig. 2 is te zien, eindigt elke verbindings-flens 5, 6 op een afstand van de aangrenzende loodrechte rand van de betreffende plaat 2, terwijl ook een gedeelte van het wanddeel 7, 8 over dezelfde afstand is weggenomen. In elk blokje 14, 15 zijn twee schuine groeven 16 aangebracht, waarmede de blokjes 14, 15 over de wanddelen 7 of 8 van aangrenzende platen 2 kunnen worden geschoven en de blokjes 14, 15 derhalve gedeeltelijk in de ruimte tussen aangrenzende platen 2 vallen, op deze manier werken de blokjes 14, 15 als afdich-telement op hoekranden van het platenpakket 1 en vormen de ontstane blokelementen 12 flenzen voor het platenpakket 1 die een zekere thermische expansie toelaten. Een voor deze doelen geschikt materiaal voor de blokjes 14, 15 is bijvoorbeeld teflon, dat bestand is tegen zuren en hoge temperaturen tot 270°C. Uiteraard kunnen ook andere kunststoffen worden toegepast in afhankelijkheid van de toepassing van de warmtewisse- laar. Een andere mogelijke kunststof is polyvinyldifluoride.

De in fig. 1 weergegeven uitvoering van de warmtewisselaar is in het bijzonder geschikt voor warmte-uitwisseling tussen een schoon gas dat horizontaal door horizontale stro-mingsruimten tussen de aangrenzende platen 2 stroomt (pijl A) en een agressief gas dat volgens de pijl B verticaal door de aangrenzende ruimten stroomt. Eventueel condensaat van een dergelijk agressief gas zal langs de wanden van de platen 2 tot buiten het platenpakket 1 stromen, zodat geen zuur in het platenpakket achterblijft. Voor het vormen van grotere warmtewisselaars kunnen overigens meerdere platenpakketen l op elkaar worden aangesloten, doch anderzijds kan ook op het weergegeven platenpakket 1 een toevoer en afvoer voor de betreffende gassen worden aangesloten.

Fig. 3 toont een variant van de uitvoering volgens fig. 2, waarbij het verschil is, dat de wanddelen 7 en 8 niet onder 45® zoals in fig. 2, doch onder een hoek van 90° ten opzichte van het vlak van de platen 2 zijn omgezet. De vorm van de blokjes 14, 15 is aan de vorm van de verbindingsflenzen 5, 6 en wanddelen 7, 8 aangepast. Deze uitvoering is geschikt voor dezelfde toepassing als die van fig. 2, echter voor hogere drukken van de gassen, of voor een andere toepassing waarbij de belasting op de platen 2 hoog kan zijn.

De uitvoering van de warmtewisselaar volgens fig. 4 is in het bijzonder geschikt voor het uitwisselen van warmte tussen twee corrosieve gassen. Hiertoe zijn de verbindings-flenzen 6 en de wanddelen 8 aan de boven- en onderzijde van de platen 2 vervangen door een horizontaal omgezette flens 17, waarbij de flenzen 17 van aangrenzende platen 2 door middel van een stompe las 18 met elkaar zijn verbonden. In deze uitvoering worden'bi j de vervaardiging’van het p'latënpakkét 1 j?' ’ · · telkens paren van platen 2 via de verbindingsflenzen 17 met elkaar verbonden, waarbij de kopse kanten van de flenzen 17 aan de buitenzijde worden geslepen en geëtst. Vervolgens wordt elk paar platen 2 nogmaals geheel geëmailleerd. Als volgende stap worden de paren van platen 2 via de verbindingsflenzen 5 op de in het voorgaande beschreven wijze onderling verbonden en samengevoegd tot het platenpakket 1. Het platenpakket 1 wordt in gebruik onder een hoek van 1 è 2° in het frame 11 gehangen, teneinde het corrosieve condensaat van het gas af te voeren.

Fig. 5 toont nog een variant van de uitvoering van fig. 4. De blokjes 15 zijn qua afmetingen geminimaliseerd. De sleuven 16 zijn weggelaten, hetgeen mogelijk is gemaakt door de bovenste randen van de wanddelen 7 te verwijderen. Ter bescherming van de las 9 in agressieve, bijvoorbeeld zure, omgevingen is op het paar tegen elkaar liggende flenzen 5 een geëmailleerde afdekplaat 19 aangebracht met daartussen een keramische pasta. Het buitenste uiteinde van elk blokje 15 bezit een omlaag stekende rand 20 die over de afdekplaat 19 heenvalt.

Verder is bij voorkeur het frame waarin het platenpakket l wordt opgehangen voorzien van stelelementen, zoals verstelbare steunen of vulplaatjes. Door tussenplaatsing van een teflon koord kan het verschil in uitzetting tussen het frame en het platenpakket bij opwarmen en afkoelen worden opgevangen .

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvoor-beelden, die op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kunnen worden gevarieerd. Zo kan in plaats van emaille ook een ander, bij hogere temperatuur vloeiend materiaal voor de beschermingslaag op de platen worden gebruikt. Verder zijn andere lasmethoden dan laserlassen toe te passen.

Claims (13)

1. Platenwarmtewisselaar met een aantal in hoofdzaak evenwijdige op afstand van elkaar verlopende platen, in het bijzonder van geëmailleerd staal, waarbij afwisselend tussen de platen ruimten voor twee afzonderlijke fluïdumstromen zijn gevormd, terwijl aangrenzende platen op aansluitopeningen na aan hun randen met elkaar zijn verbonden tot een platenpakket, met het kenmerk, dat de aangrenzende platen aan ten minste twee randen zijn voorzien van naar elkaar toe omgezette ver-bindingsflenzen die door lassen met elkaar zijn verbonden, terwijl ten minste de verbindingsflenzen van een aantal van de aangrenzende platen plat tegen elkaar aanliggen en aan hun buitenrand aan elkaar zijn gelast.

2. Platenwarmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij slechts de verbindingsflenzen van aangrenzende paren platen evenwijdig aan het vlak van de platen plat tegen elkaar aanliggen en aan hun buitenrand aan elkaar zijn gelast.

3. Platenwarmtewisselaar volgens conclusie 2, waarbij de platen van de genoemde paren onderling zijn verbonden door verbindingsflenzen, die kops tegen elkaar aanliggen en door stomplassen aan elkaar zijn bevestigd en vervolgens (weer) zijn geëmailleerd.

4. Platenwarmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij alle platen door plat tegen elkaar liggende, aan hun buitenrand gelaste verbindingsflenzen zijn verbonden.

5. Platenwarmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, welke werkt volgens het kruisstroomprincipe, waarbij de fluïdumstromen aan weerszijden van elke plaat in hoofdzaak loodrecht op elkaar zijn gericht en waarbij afwisselend de loodrecht op elkaar staande randen van de aangrenzende platen zijn gelast.

6. Platenwarmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, waarbij op de hoeken van het platenpakket kunststof blokelementen zijn aangebracht, waarop flenzen van een frame kunnen aangrijpen voor het opsluiten van het platenpakket in het frame.

7. Platenwarmtewisselaar volgens conclusie 6, waarbij op elk paar platen een blokelement is aangebracht en aangren- zende blokelementen tegen elkaar aanliggen.

8. Platenwarmtewisselaar volgens conclusie 7, waarbij de blokelementen op de randen van de door de verbindingsflenzen vrijgelaten hoekgebieden van de platen zijn gestoken en tevens als afdichtelement dienen.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een platenwarmtewisselaar met een aantal op afstand van elkaar verlopende, evenwijdige platen, in het bijzonder van geëmailleerd staal, waarbij aangrenzende platen op aansluitopeningen na aan hun randen met elkaar worden verbonden tot een platenpakket, met het kenmerk, dat de randen van de platen worden omgezet voor het vormen van verbindingsflenzen, waarna de platen door lassen met elkaar worden verbonden ter plaatse van de naar elkaar toe omgezette verbindingsflenzen, waarbij ten minste een aantal van de platen wordt verbonden door middel van verbindingsf lenzen, die plat tegen elkaar liggen en aan hun buitenste randen worden gelast.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij alle platen door de genoemde plat tegen elkaar liggende flenzen aan elkaar worden gelast.

11. werkwijze volgens conclusie 9, waarbij telkens een paar platen met behulp van haaks omgezette verbindingsflenzen door stomplassen met elkaar worden verbonden en vervolgens (weer) worden geëmailleerd, waarna de paren platen aan elkaar worden gelast via hun plat tegen elkaar liggende bevestigings-flenzen.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 9-11, waarbij het lassen door laserlassen wordt uitgevoerd.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 9-12 waarbij het gevormde platenpakket in een frame wordt bevestigd met behulp van op de vier loodrecht op de platen verlopende randen van het platenpakket geplaatste kunststof blokelementen, die tussen flenzen van het frame worden geklemd.