CH378353A - Wärmeaustauscher mit plattenförmigen Austauschelementen - Google Patents

Description

      Wärmeaustauscher    mit     plattenförmigen    Austauschelementen    Für den Wärmeaustausch     zw-ischen    zwei Medien  mit geringen     Absolutdrücken    und vor allem.     mitt    klei  nem gegenseitigem Druckunterschied werden oftmals       Wärmeaustauscher    verwendet, bei denen die Aus  tauschfläche statt aus Rohren aus     sogenannten    Plat  ten besteht, das heisst aus handelsüblichem     Platten-          materiail    (Bleche aus Eisen oder Eisenlegierungen und       Nichteisenmateriahen    sowie     nichtmetallisches    Mate  rial).

   Solche     Plattenaustauscher    werden verwendet für  den Wärmedurchgang hauptsächlich zwischen Me  dien, welche     Wärmeübergangszahlen    ungefähr der  gleichen Grössenordnung aufweisen, so z. B. zwi  schen Gas und Gas oder Flüssigkeiten und Flüssigkei  ten, bei, ungefähr atmosphärischem     Absolutdruck.     



  Die     P#lattenaustauscher    weisen gegenüber den Rip  penrohren und vor allem aber auch gegenüber dem       Glattrohrbündel    sehr niedrige Materialpreise für die  Austauschfläche auf. Sie zeichnen sich ferner durch  geringe Verarbeitungskosten, aus, so     dass    sich daraus       Wärmeaustauscher    geringer Quadratmeterpreise er  geben. Bei geschickter Anordnung lassen sich, im  übrigen auf verhältnismässig kleinem Volumen sehr  grosse Austauschflächen unterbringen.

   Das Platten  material kann entsprechend den Voraussetzungen aus  gesucht werden, welche sich durch die Festigkeits  rechnung gegen Überdruck, die     Verarbeitungsmög-          lichkei#t    und die notwendige     Korros-ionsbeständigkeit     ergeben. Neben der technischen Berechnung treten  dabei vor allem konstruktiv und     fabrikatorisch        ve.r-          schiedene    Probleme auf, wie Distanzierung, Abdich  tung und     AusdehnungsmöglIchkeit    der Platten.  



  Die Distanzierung oder Abstützung der Platten  oder Austauschflächen gegeneinander ist bedingt  durch das Vorhandensein, von kleinen absoluten     über-          und    Unterdrücken der beiden Medien und     die    gegen  seitigen Druckunterschiede derselben.

   Durch die<B>Ab-</B>  stützung der     Austauscheleinente    gegeneinander und    gegen das Gehäuse soff vor allem der     regehnässige     Plattenabstand und damit die     Durchflussquerschnitte     und Geschwindigkeiten der Medien gewährleistet wer  den, so     dass    die berechneten     Wärmeübergangszahlen     und     die    Druckverluste in der Praxis auch eingehalten       werd'en    können.

   Der Abstand zwischen, den einzelnen       Abstützungselementen    richtet sich nach den Anfor  derungen für eine minimale     Durchbiegung    der Aus  tauschflächen zwischen den     Abstützungselementen.     Als     Distanzierungs-    oder     Abstützungselemente        d.ienten     bisher Profile aller Art, welche zwischen die Platten  eingelegt wurden, um eine lineare Distanzierung zu  gewährleisten. Diese Profile wurden durch Schweissen,  Löten, Nieten, Lehnen oder Kleben mit den     Plaften     verbunden.

   Eine derartige Distanzierung mittels durch  gehender Profile bietet zwar     strömungs-    und     reini-          ,u   <B>-</B>     ngstechnische        Vorzüge,        ist        aber        infolge        des        Mate-          riaf-    und Arbeitsaufwandes bei der Herstellung zu  teuer.

   Es können aber auch     nockenförmige        Distan-          zierungsmittel    zwischen den Platten eingebaut wer  den, so     dass    die     Med-len    nicht nur im Gleich- oder  Gegenstrom, sondern auch im     Kreuzstrom    zueinan  der geführt werden können. Solche zwischen     denPlat-          ten        ein-gebrachte    Nocken, können mit den Platten ver  schweisst, verlötet, vernietet,     verlelmt    oder mittels  durchgehender Zuganker festgelegt werden.

   Diese  Lösung des     Distanzierungsproblems    hat den Nachteil  der erschwerten     Reinigung    der Strömungswege und  ist ebenfalls, teuer in     bezug    auf Material- und Arbeits  aufwand. Eine weitere Lösung, die, in     bezug    auf Ma  terialaufwand günstig ist,     besteh-t    darin"     dass    man bei  Gegen- oder Gleichstrom der Medienführung auf der  ganzen Länge der Platten in der     Durchflussrichtung     Sicken oder bei     Kreuzstromführung    der Medien     nok-          kenförmige    Einpressungen anbringt,

   durch welche  eine Distanzierung der Platten gegeneinander erreicht  wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht indessen im      erhöhten Arbeitsaufwand sowie im Bedarf     kostspie-          ligger        Presseinrichtungen.    Ausserdem bietet diese Ein  richtung Schwierigkeiten bei der Reinigung.  



  Die Abdichtung der beiden Medien gegenein  ander     muss    absolut dicht sein. Durch gute Abdich  tung werden     Bypassströmungen    vermieden. Bei un  genügender Dichtung können durch das überströmen  des einen, Mediums höheren Druckes zum andern       MediumStörungenderDurchflussgeschwindigkeitender     Medien sowie der     Wärmeüberganggsverhältnisse    ver  ursacht werden. Eine unbefriedigende Abdichtung  macht sich auch durch die     Gasverlusebemerkbar    und  bedeutet daher bei der Mischung bestimmter Gase  direkte Betriebsgefahren.

   Bisher wurde die Dichtung  zwischen beiden Medien durch Einlegen von     End-          profi-len,    zwischen die Plattenränder erreicht, wobei  die Abdichtung durch     Verpressen    der Profile, mit den       Platten-rändern    oder durch Verschweissen, Verlöten,  Verleimen     usw.    der Profile mit den, Plattenrändern.  erreicht wurde. Die     Abdichtung,    kann auch durch<B>Ab-</B>  kanten und Verbinden der Plattenränder durch Fal  zen, Verschweissen, Verlöten, Verleimen     usw.    erreicht  werden.  



  Bei der Abdichtung des Plattenkörpers nach  aussen durch geeignete     Dichtungswulste    gegen das  Gehäuse kann auch die Lösung des Problems einer  Ermöglichung der     Dilatation    des Plattenkörpers ge  genüber dem Gehäuse     mitberücksichtigt    werden. Die  Lösung des     Dilatationsproblems    bestand bisher in der  Verwendung einer     Stopfbüchsendichtung,    welche<B>je</B>  nach der temperaturmässigen Betriebsart die Längen  veränderungen des     Plattenaustauscherblockes    unter  bestmöglicher Dichtung der Medien     zulässt.     



  Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein       Wärmeaustauscher        mit        plattenförmiggen    Austausch  elementen geschaffen werden, welcher in     bezug    auf       Festigkeiten    gegenüber Unter- oder überdrucken,  durch geeignete Distanzierung der Platten sowie in       bezug    auf Dichtheit zwischen den Medien und nach  aussen-, bei allen.

   Temperaturen und eventuellen     Drük-          ken    unter gleichzeitiger     Schaffun        'g    einwandfreier Aus  dehnungsmöglichkeit des Plattenkörpers gegenüber  dem Gehäuse, bei Vermeidung schwer lösbarer     Stopf-          büchsenprobleme    beste Voraussetzungen bietet.  



  Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht       dass    Flachrohre von einer die Druckunterschiede der  durchfliessenden Medien, bei minimaler     Durchbie-          gung    ertragenden Breite, mit ihren     Längsschmalsei#ten     zu     plattenförmigen    Elementen miteinander verbun  den sind, deren Flachseiten Plattenflächen bilden,  welche sich angenähert über die ganze Breite des  Gehäuses des     Wärmeaustauschers    erstrecken, wäh  rend die     stirnseitigen    Enden der Austauschelemente  durch<B>je</B> -einen     Verbindunggskörper    zusammengeschlos  sen und mit dem Gehäuse hermetisch dichtend ver  bunden.

   sind, wobei die     Dilatation    der     Au#stauschele-          mente    kompensierende     Mitt#el    vorgesehen, sind.  



  In der Zeichnung sind beispielsweise Ausfüh  rungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt,  und zwar zeigen:         Fig.   <B>1</B> einen Querschnitt durch ein einzelnes       Wärmeaus#tauschelement,          Fi.g.    2 einen Teillängsschnitt durch eine erste  Ausführungsform, des mehrere Austauschelemente  enthaltenden     Wärmeaustauschers,          Fig.   <B>3</B> eine schaubildliche Teilansicht eines     Ele-          mentenbündels    gemäss einer zweiten Ausführungs  form des     Wärmeaustauschers,

            Fig.    4 einen Teillängsschnitt durch die zweite  Ausführungsform des     Wärmeaustauschers,          Fig.   <B>5</B> die zweite     Ausführungsförm    des     Wärme-          austau,schers    in horizontaler Anordnung,       FinG.   <B>6</B> einen Teillängsschnitt durch eine dritte und       Fig.   <B>7</B> durch eine vierte Ausführungsform des       Wärmeaustauschers.     



  Nach     Fig.   <B>1</B> besteht ein einzelnes plattenförmiges  Element<B>1</B> der Gesamtbreite B eines mehrere Ele  mente enthaltenden     Wärmeaustauschers,    aus einzel  nen Flachrohren     la,        lb,        lc        usw.,    die eine Breite<B>b</B>  aufweisen und mit ihren     Längsschmalseiten        aneinan-          de,rgefügt    und durch Schweissen, Löten, Leimen     usw.     miteinander verbunden sind.

   Der Abstand<B>b</B> zwischen  zwei durch die Schmalseiten     l'    der Flachrohre     la,   <B><I>1 b,</I></B>       le    gebildeten     Dis#tanzierungen    der Austauschfläche  eines Elementes ist abhängig von der zulässigen       Durchbiegung    der Austauschfläche des einzelnen  Flachrohres     la,        lb,        lc        usw.,

      somit vom Druckunter  schied und     Absolutdruck    der durchströmenden Me  dien sowie von der Festigkeit des     Flachrohrmaterials.     Durch die Aneinanderreihung mehrerer Flachrohre zu  einem Element erübrigen sich sekundär eingebrachte  Distanzierungen innerhalb eines Elementes. Jedes  Element ist durch die richtige Wahl der Breite<B>b</B>  fähig, in sich ohne weitere     Distanzierungsmittel    höchst  zulässige Drücke aufzunehmen.  



  Nach     Fig.    2 setzt sich ein     Wärmeaustauscher    aus  mehreren Elementen<B>1</B> zusammen, welche innerhalb  eines Gehäuses 2 ein     Elemenitenbündel    bilden, wobei  die Distanzierung der einzelnen Elemente<B>1</B> unterein  ander und gegenüber dem Gehäuse 2 durch zwei  Verbindungsplatten<B>3</B> erreicht wird, welche an beiden  stirnseitigen Enden des     Elementenbündels        ang        eordnet     und mit Flanschen 2' des Gehäuses 2 hermetisch  dichtend verbunden sind.

   Die stirnseitigen Enden der  Elemente durchsetzen die Verbindungsplatten<B>3</B> in  Öffnungen 3a und sind mit den Platten<B>3</B> durch  Schweissen, Löten, Kleben, Leimen     usw.    hermetisch  dichtend verbunden. Die durch     Dilatation        b.-wirkten          LängenÜnderungen    des     Elem-.ntenbünidels    werden       duirch    einen     Dil#ata-tionswulst        4desGehäuses        wie        inFig.   <B>5</B>  dargestellt kompensiert.

   Die Elemente<B>1</B> führen das  Medium     Mj,    während in den Räumen zwischen den  Elementen<B>1,</B> dem     Elementenbündel    und dem Ge  häuse 2 das Medium     M.,    im Gleichstrom, Gegenstrom  oder Kreuzstrom     zirkufiert.     



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.   <B>3</B> wird die  Distanzierung der Elemente<B>1</B> untereinander durch  Erweiterungen<B>5</B> der     stirnseitigen    Enden der Ele  mente<B>1</B> -erreicht. Die Elemente liegen mit ihren er  weiterten Enden<B>5</B> einander an, wobei zwischen den      Elementen Zwischenräume für die Zirkulation des  zweiten Mediums M2 gebildet werden. Die einander  anliegenden, erweiterten Enden<B>5</B> sind durch Schweiss  nähte<B>6</B> oder durch Löten, Leimen     usw.    fest mitein  ander verbunden.  



  Ein solches     Elementenbündel    mit durch erweiter  ten Enden<B>5</B> voneinander distanzierten Elementen<B>1</B> ist  an seinen stirnseitigen Enden<B>je</B> in einen Kragen<B>7</B>     ge-          fasst,    welcher das Bündel umschliessend, mit diesem  durch Schweissen, Löten, Leimen     usw.    verbunden ist.  Der     Flanschteil    des Kragens<B>7</B> greift zwischen die  Flansche 2' des Gehäuses 2 ein und ist mit diesen  unter Einlage von Dichtungsringen hermetisch dich  tend verschraubt.

   Das Gehäuse 2 ist, wie     Fig.   <B>5</B> zeigt,  mit einem     Dilatationswulst    4 versehen, durch welchen  die durch     Dilatation    bewirkten Längenänderungen des       Elementenbündels    kompensiert werden.  



  <B>Die</B> Anordnung eines     Dilatationswulstes    4 am  Gehäuse ist dann zu wählen, wenn auf dem Gehäuse  oder auf den     Anschlusskanälen    2a     (Fig.    4 und<B>5)</B>  keine Kräfte     wi.rken    und somit eine Wirkungsmöglich  keit eines     Dilatationswulstes    am Gehäuse nicht beein  trächtigt ist.

   Meist ist jedoch das Gehäuse Träger von  Leitungsanschlüssen und bedarf daher einer grossen  Stabilität, welche das Anbringen von     Dechnungswul-          sten    nicht     zulässt.    In diesem Falle, ist es vorzuziehen,  den     Dilatationswulst    4 in den Kragen<B>7</B>     (FinG.   <B>6)</B> ein  zubauen. Dieser nimmt die durch     Dilatation    bewirk  ten     Längenänderungen    des     Elementenbündels    auf und  ermöglicht zugleich auch eine hermetische Abdichtung  der Strömungswege für das Medium     M..     



  Statt eines     Dilatationswulstes    kann auch eine  Membrane<B>8</B> angewendet werden. Diese wird nach       Fig.   <B>7</B> durch besondere Ausbildung des Kragens<B>7</B>       ge#schaffen.    Als Membrane wirkt der stark verbrei  terte     Flanschteil    des Kragens<B>7,</B> welcher nur an sei  nem äusseren Rand zwischen den Flanschen     2'des    Ge  häuses 2 gehalten und gedichtet ist, während der in  nere     Flanschteil    in Aussparungen<B>9</B> der Gehäuse  flansche 2' die     Dilatatiensbewegungen    des     Elementen-          bündels    aufnehmen kann.

   Bei dieser Ausführungs  form ist auch gezeigt,     dass    bei vertikaler Anordnung  des     Wärmeau:stauschers    das beträchtliche Gewicht  des     Elementenbündels    durch einen Tragrost<B>10</B> auf  genommen werden kann. Dieser ist in den Kragen<B>7</B>  eingeführt und mit diesem fest verbunden.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Wärmeaustauscher mit plattenförmigen Aus- tauschelementen,dadurch gekennzeichnet,dass Flach rohre von einer die Druckunte#rschiede der durchflie- ssenden Medien bei minimaler Durchbiegu#ng ertra genden Breite, mit ihren Längsschmalseiten zu plat tenförmigen Elementen miteinander verbunden sind, deren Flachseiten Plattenflächen bilden, welche sich angenähert über die ganze Breite des Gehäuses des Wärmeaustauschers erstrecken, während die stirnsei tigen Enden der Austauschelemente durch<B>je</B> einen Verbindungskörper<B>(3,

   7)</B> zusammengeschlossen und mit dem Gehäuse hermetisch dichtend verbunden sind, wobei die Dilatation der Austauschelemente kompensierende Mittel vorgesehen sind. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, da- ,durch gekennzeichnet, dass die aus Flachrohren (la, lb, lc) zusammengesetzten, das eine Medium (M1) führenden, platten#förmigen Elemente<B>(1)</B> an beiden stirnseitigen Enden durch von den Elementen durch setzten Verbindungsplatten<B>(3)</B> untereinander zusam mengeschlossen sind,

   und dass die Vcrbindungsplatten <B>(3)</B> zur Abschliessung des Raumes für das andere Medium (M2) mit entsprechenden Flanschen (V) des Gehäuses (2) verbunden sind. 2. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die aus Flachrohren (la, lb, lc) zusammengesetzten, das eine Medium (M,) führenden, plattenförmigen Elemente<B>(1)</B> an beiden stirnseitigen Enden ausgeweitet, die erweiterten Enden<B>(5)</B> miteinander verbunden und durch einen Verbindungskragen <B>(7)

   </B> zusammengeschlossen sind und ferner die beiden Kragen<B>(7)</B> zur Abschliessung des Raumes fü.r das andere Medium (M.) mit ent sprechenden Flanschen (2') des Gehäuses (2) ver bunden sind.

   <B>3.</B> Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, da- durch,gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (2) mit einem Dilatationswulst (4) versehen ist, durch wel chen die LängenÜnderungen des mit seinen Verbin dungskörpern<B>(3, 7)</B> an den Gehäuseflanschen (V) an greifenden Elernentenbündels, kompensiert werden.

   4. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, da- ,durch gekennzeichnet, dass der eine Verbindungskra gen des Elementenbündels mit einem Dilatationswulst (4) versehen oder als Membrane<B>(8)</B> ausgebildet ist und dadurch die Längenänderu#ngen des Elementen- bündels aufzunehmen in der Lage ist.

   <B>5.</B> Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, da- durchgekennzeichnet, dass bei Vertikalanerdnung des Elementenbündels dessen Gewicht durch einen in den unteren Verbindungskragen<B>(7)</B> eingreifenden Trag rost<B>(10)</B> aufgenommen wird.