DD243087A1 - Plattenwaermetauscher mit variierbarer waermetauschflaeche und problemloser abdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwaermetauscher aus uebereinanderbefindlichen Profilblechen, der auf Grund seiner Konstruktion sowohl eine problemlose Abdichtung als auch eine Variation der Waermetauschflaeche und Stroemungsfuehrung z. B. bei schwankenden Betriebsparametern, selbst bei laufendem Betrieb ermoeglicht. Der Waermetauscher ergibt sich aus einem fortlaufenden glatten oder profilierten Blechstreifen, der in Stroemungsrichtung gesehen maeanderfoermig uebereinandergelegt ist, wodurch hermetisch voneinander getrennte Kammern, fuer beide Medien entstehen. Rechts und links wird der Waermetauscher durch Seitenteile (2, 3) begrenzt. Das Medium gelangt an der Stirnseite ueber einen seitlich befindlichen Hauptverteiler (21) in die Kammern (22, 23). In den Hauptverteiler koennen Schieber (27, 28) eingeschoben werden, womit Waermetauschflaeche und Stroemungsfuehrung variierbar sind. Am Waermetauscher sind stirnseitig abnehmbare Deckel (9, 10) angebracht, wodurch eine mechanische Reinigung realisierbar ist. Der Einsatz ist als Waermetauscher, Verdampfer, Kondensator und Rohrreaktor moeglich. Fig. 4

Description

Um an der Stirnseite das Übertreten eines Stoffstromes in die benachbarte Strömungsebene zu vermeiden, sind erfindungsgemäß je 2 übereinanderliegende Platten stirnseitig miteinander verbunden. Die benachbarte Strömungsebene ist zur Stirnseite hin offen und somit für die mechanische Reinigung zugänglich, so daß nur jede zweite Strömungsebene stirnseitig dicht abgekapselt ist. Die dicht abgekapselte Strömungsebene ist jeweils an der gegenüberliegenden Stirnseite offen. Auf diese Weise entstehen Plattenzwischenräume, die an den Stirnseiten als dicht umhüllte Kammern eine problemlose Abkapselung gegen die darüber- und darunterliegende Strömungsebene ermöglichen. An den Stirnseiten sind abnehmbare Deckel angebracht, die gegen die Stirnflächen drücken, dort aber keine abdichtende Funktion gegen die Stirnflächen und zwischen den beiden Stoffen zu übernehmen brauchen, sondern lediglich eine Begrenzung für den Stoffstrom darstellen, der die oben erwähnten dicht umhüllten Kammern umspült. Eine übliche Dichtung am Rahmenflansch dieser beiden stirnseitigen Deckel stellt erfindungsgemäß dieeinzige Abdichtung des Wärmetauschers nach Ausführungsform 1, 2,4 und 6 dar. Ist keine ' mechanische Reinigung und keine Variation der Strömung erforderlich, werden die Deckel angeschweißt (d. h. keine Dichtung am gesamten Wärmeübertrager).

Die Strömungskanäle eines Mediums werden an der Stirnseite von einem seitlich befindlichen senkrechten Hauptverteiler gespeist. Eintritt und Austritt sollten aus strömungstechnischen Gründen bei eingängiger Strömungsführung diagonal gegenüberliegen.

Zum Variieren der Zahl durchströmter Plattenzwischenräume bzw. zur Änderung der Strömungsführung (Gleich-, Gegenstrom, Parallel- bzw. Reihenschaltung, ein- oder mehrgängiger Betrieb) kann erfindungsgemäß in den Hauptverteiler ein (bzw. mehrere) Schieber eingebaut werden, der je nach Stellung einen Kanal absperren (freigeben), die Strömungsführung ändern bzw. eine Vielzahl von Kanälen absperren (freigeben) kann. Alle genannten Varianten sind bei laufendem Betrieb möglich. Eine stufenlose Verstellung ist realisierbar. Der Absperreffekt läßt sich auch durch Einbau eines speziellen stirnseitigen Deckels mit Ships erreichen, wobei ein Ship an der entsprechenden Stelle des Hauptverteilers den Kanal absperrt bzw. den Stoffstrom umlenkt. Bei Einbau dieser Ships ist aber eine Variation während des Betriebes nicht möglich. Der Vorteil des Einbaus eines (oder mehrerer) Schiebers liegt in einer Erhöhung des Gebrauchswertes des Wärmeübertragers, da der Betreiber den Wärmeübertrager sich ändernden verfahrenstechnischen Bedingungen ohne Produktionsstillstand und ohne große Aufwendungen selbst anpassen kann. Durch abnehmbare Deckel an den Stirnseiten sind die Plattenzwischenräume für eine mechanische Reinigung zugänglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend erläutert werden.

Fig. 1 zeigt in Strömungsrichtung gesehen das Profil des Wärmetauschers, im Beispiel an Hand von 5 übereinander befindlichen, mäanderförmig gewundenen (Profil-)Blechen 1. Die Prägung der Profilbleche zur Erzeugung von Turbulenz kann beliebig gewählt werden (Ausführungsform 1).

An den Seiten erfolgt eine Abgrenzung der Medien A und B durch Seitenteile 2 und 3, welche zum Beispiel in der Weise entstehen, in dem das verlängerte oberste und unterste Profilblech entsprechend abgekantet 4,5 ist. Durch je eine Schweißnaht 6,7 entsteht der-Wärmetauscher als ein nach außen hin dichtes Paket.

In Fig. 2 ist der Wärmetauscher zur Verdeuchtlichung nur als näanderförmig gewundener Profilblechstreifen ohne Hauptverteilerkanal und Stirnseitendeckel dargestellt. Die Abbildung zeigt eine zweite Ausführungsform, die durch beliebig viele Umlenkbleche 8 für Medium A und (oder) B gekennzeichnet ist.

Eine weitere Ausführungsform ergibt sich durch Abwandlung der Anordnung der Umlenkbleche, wie sie beispielsweise von Rohrbündelwärmetauscher her bekannt ist. In Anlehnung an die bekannten Scheibeneinbauten ist die Anordnung der Umlenkbleche möglich, wodurch abwechselnd eine Innen- und Außenströmung im Plattenzwischenraum erzwungen wird. Die Anordnung der Umlenkbleche bestimmt die Strömungsverhältnisse im Plattenzwischenraum und die Strömungsführung (Gleich-, Kreuz- oder Gegenstrom). Es ist eine Gestaltung aus glatten- und (oder) profilierten Blechen, sowie mit und ohne Umlenkblechen denkbar.

Fig.3 zeigt den Wärmetauscher mit Stirnseitendeckeln 9,10, den zum Deckel sowie zum Wärmeübertrager gehörigen Rahmenflansch 11,12 und 13,14 und Zwischenflansch 15,16 und 17,18 (in Fig.3 verdeckt), dem stirnseitig angeschweißten Blechstreifen 19,20 (schraffiert dargestellt) sowie mit den Hauptverteilern für Eintritt sowie Austritt der Medien A und B. Im dargestellten Beispiel wird das eintretende Medium A vom Hauptverteiler 21 in die Kanäle 22 und 23 verteilt. Die Kanäle eines Mediums sind gegen den Hauptverteiler des anderen Mediums abgesperrt 24.

Eine dritte Ausführungsform sieht die Anwendung von speziellen Schiebern zur Absperrung bzw. Umlenkung von Volumenströmen der Medien A und (oder) B vor.

Fig.4 zeigt einen Ausschnitt des Wärmetauschers mit angeflanschtem Deckel 9, der mit je 2 Gehäusen 25,26 zur Unterbringung der Schieberz. B. 27,28 und deren Führungsschienen 29,30 eine Einheit bildet. Die Führungsschienen sind am Gehäuse befestigt.

Die Bedienung der Schieber erfolgt über die herausragenden Spindeln 31 und 32. Die Bewegung des Schiebers ist auf Grund des im Führungsstift 33 und 34 eingearbeiteten Innengewindes und des Außengewindes der Spindel bei dessen Drehbewegung möglich. Die aus dem Gehäuse herausragenden Spindeln sind mit je einer Dichtung abgedichtet. Um Falschströmungen vom Hauptverteiler, z. B. des eintretenden Mediums A in das Gehäuse 25 zu vermeiden, ist eine Sperrwand 35 (schraffierte Fläche) vorgesehen, die aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt sein kann. Die baukastenartig gestalteten Segmente können entsprechend des Schiebereinsatzes ausgetauscht werden. Schieber 27 ist zur Absperrung des Strömungskanals 22 (Fig.3) und Schieber 28 zur Umlenkung des Stoffstromes im Hauptverteiler 21 vorgesehen. Die beiden Schieber 27 und 28 sind in ihrer Form gleich gestaltet. Ihre unterschiedliche Funktion erhalten sie auf Grund der vertikalen bzw. horizontalen Einbauweise, die je nach Erfordernis in ein und derselben Führungsschiene möglich ist. Der Vorteil besteht einmal in der Austauschbarkeit und zum anderen in der vielfältigsten Variation der Strömungsverhältnisse. In Abhängigkeit von der Dimensionierung des Hauptverteilers sind aber auch unterschiedliche Schieber-Abmessungen zur Absperrung des Kanal- und Hauptverteilerstromes möglich. Fig. 5 zeigt den durch die Schieberstellung gemäß Fig.4 hervorgerufenen Strömungsverlauf für Medium A.

In Fig. 6 sind 3 typische Beispiele zur Umlenkung des Volumenstromes A in symbolischer Weise dargestellt.

Fig. 6a ist die zu Fig. 5 analoge Darstellung der Absperrung des Strömungskanals 22.

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Fig. 6 c zeigt die Reihenschaltung je zweier, parallel geschalteter Strömungskanäle. Der letzte Strömungskanal ist abgesperrt und kann bei Bedarf zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche oder Variation der Strömungsverhältnisse freigegeben werden. Die Gestaltung der Strömungsverläufe läßt sich in beliebiger Weise fortsetzen. Ist auf Grund der Betriebserfahrungen oder der zu erwartenden Durchsatzschwankungen die Veränderung der Volumenströme abschätzbar, so wird zur Absperrung bzw. Umlenkung an den entsprechenden Stellen ein Schieber vorgesehen und bei Bedarf betätigt. Bei Einsatz einer höheren Anzahl von Schiebern an einem Hauptverteiler erweist sich der Einbau eines kompakten Blocks, der eine Vielzahl von übereinander angeordneten Führungsschienen darstellt, als vorteilhaft.

Eine vierte Ausführungsform wird an Hand von Fig.7 ein Stirnseitendeckel dargestellten dem Absperrships 36, 37 fest angebrachtsind, die ähnlich wie beim Schiebereinsatz Strömungskanäle absperren 36 bzw. den Stoffstrom umleiten 37. Eine fünfte vereinfachte Ausführungsform ist in Fig.8 dargestellt. Sie verzichtet auf die stirnseitig dicht umhüllten Kammern jeder zweiten Strömungsebene, d.h. der in Fig.3 dargestellte stirnseitig angeschweißte Blechstreifen 19,20 fehlt hier. Die Abdichtung zwischen den Strömungsebenen erfolgt durch den dicht angepreßten Stirnseitendeckel, der entweder über seine gesamte Fläche mit einem Dichtungsmaterial beschichtet ist, oder in den, entsprechend dem mäanderformig gewundenen Verlauf des Profilblechstreifens, ein Dichtungsstreifen 38 eingelegt ist (Fig.8). Eine Abdichtung mit Rahmenflansch ist hier ebenso wie die Ausbildung des Deckels mit Absperrships bzw. mit Gehäusen für den Schiebereinsatz möglich. Bei dieser Ausführungsform ist die mechanische Reinigung aller Strömungskanäle beidseitig realisierbar. Für eine sichere Abgrenzung der beiden Medien bietet die sechste Ausführungsform (Fig.9) eine Variante an, bei der jeweils ein Stoffstrom auf einer Stirnseite durch Einschweißen eines Blechstückes 39 (schraffiert dargestellt) stirnseitig eingekammert ist. Das Blechstück 39 deckt die Strömungskanäle und den Hauptverteiler des betreffenden Stoffstromes B stirnseitig ab. Die mechanische Reinigung dieses Strömungsprofils erfolgt von der anderen Stirnseite aus, nach der hin dieses Profil offen ist. Die gegeneinandergepreßten Rahmenflansche 11 und 13 sorgen für eine Abdichtung nach außen hin. Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz von Schiebern (Fig.4) bzw. Absperrships (Fig.7) am Hauptverteiler 21 des zur betrachtenden Stirnseite hin offenen Stoffstromes.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Wärmetauscher mit variierbarer Wärmetauschfläche und problemloser Abdichtung, bestehend aus übereinanderbefindlichen ebenen, glatten oder verprägten Blechen (1), gekennzeichnet dadurch, daß sich die übereinanderbefindlichen Bleche aus einem fortlaufenden Blechstreifen (1), der in Strömungsrichtung gesehen mäanderförmig übereinandergelegt ist, ergeben, wodurch hermetisch voneinander getrennte Kammern für beide Medien entstehen.
2. 2. Wärmetauschernach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung des zum Wärmetausch bestimmten Mediums in einem seitlich zu den Wärmetauschplatten befindlichen senkrechten Hauptverteiler (21) erfolgt, der alle Strömungskanäle eines Mediums verbindet und gegen die Strömungskanäle (24) des anderen Mediums abgesperrt ist.
3. 3. Wärmetauscher nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite der übereinanderbefindlichen Profilbleche das Übertreten eines Stoffstromes in die benachbarte Strömungsebene dadurch vermieden wird, daß jeweils 2 übereinanderliegende Bleche durch einen stirnseitig angebrachten Streifen (19,20) miteinander derart verbunden sind, daß jede zweite Strömungsebene stirnseitig dicht abgekapselt ist und ein Übertreten in die benachbarte stirnseitig offene Strömungsebene nicht möglich ist, oder zusätzlich noch der Hauptverteiler des abgekapselten Stoffstromes durch ein angeschweißtes Blech (39) dicht verschlossen ist.
4. 4. Wärmetauscher nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß gegen die Stirnseiten der übereinanderliegenden Profilbleche abnehmbare Deckel (9,10) gepreßt sind, die eine mechanische Reinigung des Strömungsprofils beider Stoffströme ermöglichen.
5. 5. Wärmetauscher mit variierbarer Wärmetauschfläche, gekennzeichnet dadurch, daß der Deckel durch Einbau von Schiebern (27,28) ergänzt wird und somit sich die Möglichkeit bietet, während des Betriebes Strömungskanäle abzusperren oder hinzuzuschalten und damit die Wärmetauschfläche zu verändern oder Stoffströme in beliebiger Weise umzulenken (Umschaltung zwischen ein- und mehrgängigem Betrieb).
6. 6. Wärmetauscher nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß am Deckel Absperrships (36,37) derart angebracht sind, daß Strömungskanäle abgesperrt bzw. freigegeben oder Stoffströme in beliebiger Weise umgelenkt werden können.

   Hierzu 5 Seiten Zeichnungen . .

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft einen kompakten Wärmetauscher, der auf Grund seiner Konstruktion sowohl eine problemlose Abdichtung ermöglicht als auch bei sich ändernden Betriebsparametern eine Variation der Wärmetauschfläche und Strömungsführung während des Betriebes zuläßt. Er kann bei der Lösung verschiedener Wärmetauschprobleme zwischen flüssigen und (oder) gasförmigen Medien eingesetzt werden, besonders dort, wo absolute Dichtheit und eine mechanische Reinigung gefordert sind.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Plattenwärmetauscher bestehen aus aneinandergepreßten Profilplatten, wobei Abdichtprobleme entstehen können, die hinsichtlich Druck, Temperatur und Medienaggressivität die Einsatzmöglichkeiten beschränken. Ändert sich auf Grund der Betriebsbedingungen Volumenstrom oder Temperatur, so besteht die Möglichkeit, nach Außerbetriebsetzung des Wärmetauschers Wärmetauschplatten auszustauschen, zu entfernen oder durch Hinzufügen weiterer Platten die Wärmetauschfläche zu vergrößern. Die Änderung der Übertragungsfläche sowie eine Variation der Strömungsführung (Reihenbzw. Parallelschaltung von Plattenzwischenräumen) während des Betriebes ist aber bei den bisher bekannten Plattenwärmetauschern nicht möglich.

   Ziel der Erfindung

   Die vorliegende Erfindung löst das Problem, während des Betriebes die Wärmetauschfläche, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsführung und damit den Wärmedurchgang in die gewünschte Richtung zu verändern. Mit Hilfe von Steuer- und Regeltechnik können die genannten Parameter in Abhängigkeit von Störgrößen gezielt verstellt werden. Eine Abdichtung zwischen den aneinandergepreßten Platten, wie sie vom Plattenwärmetauscher her bekannt ist, ist bei dem neuentwickelten Wärmetauscher nicht erforderlich, wodurch ein größeres Anwendungsspektrum hinsichtlich Druck und Temperatur möglich ist.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Wärmetauscher ist aus übereinanderbefindlichen glatten oder geprägten Blechen (im folgenden als Profilblech bezeichnet) aufgebaut, zwischen denen abwechselnd kaltes und heißes Medium strömt. Das Profil der Bleche kann entsprechend den bekannten Formen bei Plattenwärmetauschern verschiedene Verprägung aufweisen, um eine intensive Umlenkung und Verwirbelung des strömenden Mediums im Plattenzwischenräum zu erreichen. Die Profilbleche ergeben sich erfindungsgemäß aus einem fortlaufenden Profilblechstreifen, der in Strömungsrichtung gesehen mäanderförmig übereinandergelegt ist Durch diese Bauweise entstehen Kammern, die die beiden Medien hermetisch voneinandertrennen. An den Seiten des Wärmetauschers sind die übereinanderliegenden Profilbleche durch Seitenteile begrenzt, die zum Beispiel in der Weise entstehen, in dem das verlängerte oberste und unterste Profilblech entsprechend abgekantet ist. An den Seiten der Profilbleche muß durch die Seitenteile keine vollständige Abdichtung erreicht werden, da bei Übertreten eines Mediums durch die mäanderförmige Bauweise kein Vermischen des Primär- und Sekundärstoffstromes möglich ist. Es ist lediglich ein Übertreten in die übernächste Strömungsebene möglich, in der das gleiche Medium geführt wird und deshalb unproblematisch