DE102020006028A1

DE102020006028A1 - Spannvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102020006028A1
Application number: DE102020006028.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Englert
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Eine Spannvorrichtung (28) zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks (2) eines Plattenwärmetauschers (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (27), mit einem ersten Spannrahmen (30), einem zweiten Spannrahmen (31), wobei zwischen den Spannrahmen (30, 31) Einzelteile (3 - 8) des Wärmetauscherblocks (2) aufnehmbar sind, ersten Federeinrichtungen (40, 41) zum Beaufschlagen der Spannrahmen (30, 31) mit einer Kraft (F), um die Einzelteile (3 - 8) mit Hilfe der Kraft (F) zwischen den Spannrahmen (30, 31) vorzuspannen, und zweiten Federeinrichtungen (49), die zum gleichmäßigen Verteilen der Kraft (F) auf eine Außenkontur (52) des Wärmetauscherblocks (2), zwischen den Spannrahmen (30, 31) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks eines Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wärmetauscherblocks mit Hilfe einer derartigen Spannvorrichtung.
Ein Plattenwärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherblock, der aus abwechselnd angeordneten Heizflächenelementen, insbesondere sogenannten Fins oder Heat Transfer Fins, und Trennplatten aufgebaut ist. Die Heizflächenelemente sind aus gewellten oder gerippten Aluminiumblechen gefertigt, wohingegen die Trennplatten aus glatten Aluminiumblechen gefertigt sind. Die vorgenannten Bauteile des Wärmetauscherblocks werden mit Hilfe eines Aluminiumlots in einem Lötofen miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet. Das Aluminiumlot wird vor dem Verlöten der Bauteile auf die Trennplatten aufgebracht.
Zum Herstellen des Wärmetauscherblock werden dessen Einzelteile, nämlich die Heizflächenelemente, die Trennplatten, die Deckplatten sowie die Randleisten unter Verwendung eines Aluminiumlots in einem Lötofen unter Vakuum miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet. Das Aluminiumlot kann dabei einseitig oder beidseitig als Lotschicht, insbesondere als Lotplattierung, auf die Trennplatten aufgebracht sein. Während dem Verlöten der Einzelteile des Wärmetauscherblocks in dem Lötofen kann nach betriebsinternen Kenntnissen der Anmelderin eine federvorgespannte Spannvorrichtung eingesetzt werden, welche den Wärmetauscherblock abstützt und welche die Einzelteile mit einer definierten Spannkraft zusammenpresst. Diese Spannkraft ist erforderlich, um eine geringe Spaltbreite zwischen den Heizflächenelementen und den Trennplatten zu erzielen. Hierdurch kann eine ausreichende Kapillarwirkung erreicht werden, die Voraussetzung für ein gutes Lötergebnis ist.
Eine derartige Spannvorrichtung ist auch erforderlich, da sich der Wärmetauscherblock während dem Verlöten desselben zunächst wärmebedingt ausdehnt und nach dem Erreichen der Löttemperatur und damit dem Aufschmelzen des Aluminiumlots unter Bildung eines flüssigen Lotfilms wieder schrumpft. Das Schrumpfen erfolgt jedoch nicht gleichmäßig über den gesamten Wärmetauscherblock. Die größte Schrumpfung des Wärmetauscherblocks findet mittig zwischen den Randleisten statt. Dies ergibt sich daraus, dass die Randleisten im Vergleich zu den Heizflächenelementen weniger schrumpfen. Aufgrund dieser ungleichmäßigen Schrumpfung kann sich ein sprunghafter Übergang zwischen den Randleisten und den Heizflächenelementen ergeben. Derartige Übergänge können Ausgangspunkte von Rissen in dem Wärmetauscherblock sein. Dies gilt es zu vermeiden.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird eine Spannvorrichtung zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks eines Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Die Spannvorrichtung umfasst einen ersten Spannrahmen, einen zweiten Spannrahmen, wobei zwischen den Spannrahmen Einzelteile des Wärmetauscherblocks aufnehmbar sind, ersten Federeinrichtungen zum Beaufschlagen der Spannrahmen mit einer Kraft, um die Einzelteile mit Hilfe der Kraft zwischen den Spannrahmen vorzuspannen, und zweiten Federeinrichtungen, die zum gleichmäßigen Verteilen der Kraft auf eine Außenkontur des Wärmetauscherblocks zwischen den Spannrahmen angeordnet sind.
Dadurch, dass neben den ersten Federeinrichtungen die zweiten Federeinrichtungen vorgesehen sind, kann die Kraft während des gesamten Lötvorgangs gleichmäßig auf die Einzelteile des Wärmetauscherblocks aufgebracht werden. Insbesondere Übergangsbereiche zwischen den Randleisten und den Wärmeübertragungselementen können gleichmäßig belastet werden, so dass die Bildung von Fehlstellen in diesen Bereichen zuverlässig verhindert wird. Es können somit komplexe Strukturen, beispielsweise mit mittig angeordneten Leisten, zuverlässig gelötet werden. Der Wärmetauscherblock kann in seiner Tiefenrichtung höher gestaltet werden, da mit Hilfe der Spannvorrichtung die Einzelteile des Wärmetauscherblocks stets unter Vorspannung gehalten werden können.
Der Plattenwärmetauscher ist insbesondere ein sogenannter Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Die Einzelteile des Wärmetauscherblocks umfassen beispielsweise Heizflächenelemente, Trennplatten, Randleisten und gegebenenfalls Deckplatten. Die Heizflächenelemente sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente 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. Die Anzahl der Heizflächenelemente und die Anzahl der Trennplatten ist jeweils beliebig. Die Heizflächenelemente und die Trennplatten sind abwechselnd angeordnet. Darunter, dass die Heizflächenelemente und die Trennplatten „abwechselnd“ angeordnet sind, ist insbesondere zu verstehen, dass jeweils zwischen zwei Heizflächenelementen eine Trennplatte und zwischen zwei Trennplatten ein Heizflächenelement angeordnet ist.
Der Wärmetauscherblock weist bevorzugt eine quaderförmige Geometrie mit einer Breitenrichtung oder x-Richtung, einer Höhenrichtung oder y-Richtung und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung auf. In der Höhenrichtung weist der Wärmetauscherblock bevorzugt eine größere Dimension als in der Breitenrichtung und der Tiefenrichtung auf, so dass sich eine langgestreckte quaderförmige Geometrie ergibt. Die Heizflächenelemente und die Trennplatten sind bevorzugt in der Tiefenrichtung übereinandergestapelt. In der Tiefenwirkung wirkt auch die von der Spannvorrichtung auf die Einzelteile des Wärmetauscherblocks aufgebrachte Kraft.
Die Heizflächenelemente sind bevorzugt mit Hilfe der vorgenannten Randleisten, insbesondere Aluminiumrandleisten, eingefasst, die ebenfalls Teil des Wärmetauscherblocks sind. Die Randleisten sind mit den Trennplatten und/oder den Heizflächenelementen verlötet. Der Wärmetauscherblock kann die zuvor erwähnten Deckplatten aufweisen, die den Wärmetauscherblock in der Tiefenrichtung nach vorne und hinten abschließen. Die Deckplatten können außenliegende Trennplatten sein. Die Deckplatten sind mit äußersten Heizflächenelementen verlötet.
Bevorzugt sind an den Trennplatten Lotschichten vorgesehen, mit deren Hilfe die Einzelteile zu dem Wärmetauscherblock verlötet werden. Dass die Lotschichten an den Trennplatten „vorgesehen“ sind, kann bedeuten, dass die Lotschichten fest mit den Trennplatten verbunden, beispielsweise auf diese aufplattiert, sind. Die Lotschichten können jedoch auch auf jede andere geeignete Art und Weise auf die Trennplatten aufgebracht werden. Die Lotschichten sind somit bevorzugt Teil der Trennplatten. Unter einer „Lötverbindung“ ist eine stoffschlüssige Verbindung zu verstehen, bei der mit Hilfe eines Lots, vorliegend mit Hilfe eines Aluminiumlots, die Heizflächenelemente und die Trennplatten miteinander verbunden werden. 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 trennen lassen. Beim Löten wird eine Oberflächenlegierung erzeugt, die zu verbindenden Bauteile, nämlich die Heizflächenelemente und die Trennplatten, werden jedoch in der Tiefe nicht aufgeschmolzen. Vorliegend sind die Heizflächenelemente und die Trennplatten bevorzugt miteinander hartverlötet.
Der erste Spannrahmen und der zweite Spannrahmen sind bevorzugt rechteckförmig. Die Spannrahmen können beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Stahllegierung gefertigt sein. Bevorzugt sind der erste Spannrahmen und der zweite Spannrahmen, insbesondere entlang der Tiefenrichtung, voneinander beabstandet angeordnet, wobei die Einzelteile des Wärmetauscherblocks zwischen den Spannrahmen positioniert sind. In der Breitenrichtung und in der Höhenrichtung können die Spannrahmen größer als der Wärmetauscherblock dimensioniert sein.
Die ersten Federeinrichtungen können Druckfedern sein oder Druckfedern umfassen. Bevorzugt sind die ersten Federeinrichtungen als Zylinderfedern ausgebildet. Die ersten Federeinrichtungen können jedoch auch als Blattfedern oder als Tellerfederpakete ausgebildet sein. Im Betrieb der Spannvorrichtung befinden sich die ersten Federeinrichtungen unter einer Vorspannung. Das heißt, die ersten Federeinrichtungen sind komprimiert. Darunter, dass die ersten Federeinrichtungen die Einzelteile des Wärmetauscherblocks mit der Kraft „beaufschlagen“, ist insbesondere zu verstehen, dass die ersten Federeinrichtungen mit Hilfe der Spannrahmen die Kraft auf die Einzelteile aufbringen, so dass diese mit Hilfe der Kraft zusammengepresst werden.
Die zweiten Federeinrichtungen können Druckfedern sein oder Druckfedern umfassen. Bevorzugt sind die zweiten Federeinrichtungen als Zylinderfedern ausgebildet. Die zweiten Federeinrichtungen können jedoch auch als Blattfedern oder als Tellerfederpakete ausgebildet sein. Im Betrieb der Spannvorrichtung befinden sich die zweiten Federeinrichtungen unter einer Vorspannung. Die Anzahl der ersten Federeinrichtungen und die Anzahl der zweiten Federeinrichtungen ist beliebig. Bevorzugt beträgt die Anzahl der zweiten Federeinrichtungen ein Vielfaches der Anzahl der ersten Federeinrichtungen. Besonders bevorzugt sind vier erste Federeinrichtungen vorgesehen, die an vier Ecken eines der Spannrahmen angeordnet sind.
Darunter, dass die zweiten Federeinrichtungen die Kraft auf die Außenkontur „gleichmäßig verteilen“ ist insbesondere zu verstehen, dass die Kraft der ersten Federeinrichtungen mit Hilfe der zweiten Federeinrichtungen flächig, insbesondere gleichmäßig flächig, auf die Außenkontur verteilt wird. Insbesondere sind die zweiten Federeinrichtungen zwischen der Außenkontur und dem zweiten Spannrahmen positioniert. Die „Außenkontur“ kann eine Außenfläche des Wärmetauscherblocks sein. Der quaderförmige Wärmetauscherblock weist sechs derartige Außenflächen auf, von denen eine auf dem ersten Spannrahmen aufliegt und eine weitere Außenfläche mit der Kraft beaufschlagt wird. Die Außenkontur ist im einfachsten Fall eine Ebene und wird von einer äußersten Trennplatte oder einer der Deckplatten gebildet. Im Laufe des Lötvorgangs kann sich die Außenkontur jedoch beliebig dreidimensional verformen, wobei die zweiten Federeinrichtungen dieser Formveränderung derart folgen, dass diese stets in Kontakt mit der Außenkontur verbleiben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Federeinrichtungen und die zweiten Federeinrichtungen in Serie angeordnet.
Das heißt, die ersten Federeinrichtungen und die zweiten Federeinrichtungen sind aufeinanderfolgend oder hintereinander positioniert. Insbesondere sind alle ersten Federeinrichtungen parallel geschaltet. Auch alle zweiten Federeinrichtungen sind bevorzugt parallel geschaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zweiten Federeinrichtungen rasterförmig angeordnet.
Unter „rasterförmig“ oder „musterförmig“ ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass die zweiten Federeinrichtungen in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Somit ist bis auf randseitig angeordnete zweite Federeinrichtungen jede zweite Federeinrichtung von vier weiteren zweiten Federeinrichtungen umgeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die zweiten Federeinrichtungen jeweils eine Druckplatte zum Kontaktieren der Außenkontur und ein Federelement auf.
Die Druckplatten liegen stets auf der Außenkontur auf. Dies trifft bevorzugt auch dann zu, wenn sich die Außenkontur wärmebedingt verformt. Das Federelement ist insbesondere eine Druckfeder. Das Federelement kann eine Zylinderfeder, eine Blattfeder, ein Tellerfederpaket oder dergleichen sein. Die Druckplatten können kreisrund sein. Die Druckplatten können jedoch auch jede andere beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise können die Druckplatten dreieckig, rechteckig oder sechseckig sein. Die Druckplatten können sich gegenseitig berühren oder voneinander beabstandet angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zweiten Federeinrichtungen aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt.
Das kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffmaterial kann auch als CFK bezeichnet werden. Demgemäß können die zweiten Federeinrichtungen als CFK-Federeinrichtungen bezeichnet werden. Insbesondere sind sowohl die Federelemente als auch die Druckplatten aus CFK gefertigt. Dabei können die Federelemente und die Druckplatten, einstückig, insbesondere materialeinstückig, ausgebildet sein. „Einstückig“ bedeutet dabei, dass die zweiten Federeinrichtungen jeweils ein Bauteil, umfassend ein Federelement und eine Druckplatte, bilden und nicht aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sind. „Materialeinstückig“ bedeutet dabei, dass die zweiten Federeinrichtungen durchgehend aus demselben Material, nämlich aus CFK, gefertigt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spannvorrichtung ferner eine Kraftverteilungseinheit, welche die zweiten Federeinrichtungen aufweist, wobei die Kraftverteilungseinheit zwischen dem ersten Spannrahmen und dem zweiten Spannrahmen angeordnet ist.
Insbesondere ist die Kraftverteilungseinheit zwischen dem Wärmetauscherblock und dem zweiten Spannrahmen angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kraftverteilungseinheit ein Rahmenelement auf, an dem die zweiten Federeinrichtungen vorgesehen sind.
Die zweiten Federeinrichtungen sind bevorzugt fest mit dem Rahmenelement verbunden. Das Rahmenelement ist bevorzugt rechteckförmig. Die zweiten Federeinrichtungen können einstückig, insbesondere materialeinstückig, mit dem Rahmenelement ausgebildet sein. Auch das Rahmenelement selbst kann einstückig, insbesondere materialeinstückig, ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Rahmenelement gitterförmig und weist einen umlaufenden Rahmenabschnitt und mit dem Rahmenabschnitt verbundene Rahmenstreben auf, die einander kreuzen.
An Schnittpunkten der Rahmenstreben können die zweiten Federeinrichtungen vorgesehen sein. Ferner können auch an dem Rahmenabschnitt selbst zweite Federeinrichtungen vorgesehen sein. Alternativ kann das Rahmenelement auch plattenförmig sein. In diesem Fall umfasst das Rahmenelement keine Rahmenstreben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Rahmenelement aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt.
Demgemäß kann das Rahmenelement auch als CFK-Rahmenelement bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Spannvorrichtung ferner Spannstreben, die den ersten Spannrahmen mit dem zweiten Spannrahmen verbinden.
Mit Hilfe der Spannstreben können die Spannrahmen miteinander verspannt werden. Bevorzugt nehmen die Spannstreben nur Zugkräfte auf. Das heißt, dass die Spannstreben bevorzugt keine Druckkräfte aufnehmen können. Die Spannstreben können in diesem Fall biegeweich sein. Somit können die Spannstreben als Seile, beispielsweise als Stahlseite, ausgebildet sein. Die Spannstreben können jedoch auch stabförmig sein. In diesem Fall können die Spannstreben auch Druckkräfte aufnehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist einer der Spannrahmen entlang den Spannstreben linear verschiebbar.
Insbesondere ist der eine Spannrahmen entlang der Tiefenrichtung linear verschiebbar. Besonders bevorzugt ist der erste Spannrahmen fest mit den Spannstreben verbunden, und der zweite Spannrahmen ist verschiebbar an den Spannstreben gelagert. Hierdurch kann die Vorspannung eingestellt werden, unter der die Einzelteile des Wärmetauscherblocks stehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Spannstreben durch die ersten Federeinrichtungen hindurchgeführt.
Hierdurch kann ein kompakter Bauraum erreicht werden. Besonders bevorzugt weisen die Spannstreben jeweils endseitig ein Befestigungselement auf. Die Befestigungselemente dienen als Gegenlager für den ersten Spannrahmen und für die ersten Federeinrichtungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Spannrahmen zwischen dem ersten Spannrahmen und den ersten Federeinrichtungen angeordnet.
Insbesondere sind die ersten Federeinrichtungen zwischen dem jeweiligen Befestigungselement, das jeweils an den Spannstreben angeordnet ist, und dem zweiten Spannrahmen positioniert.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks für einen Plattenwärmetauscher einer verfahrenstechnischen Anlage mit Hilfe einer Spannvorrichtung, welche einen ersten Spannrahmen, einen zweiten Spannrahmen, erste Federeinrichtungen und zweite Federeinrichtungen, umfasst, wobei die zweiten Federeinrichtungen zwischen den Spannrahmen angeordnet sind, vorgeschlagen. Dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: a) Bereitstellen von Einzelteilen des Wärmetauscherblocks, b) Aufnehmen der Einzelteile zwischen den Spannrahmen, c) Beaufschlagen der Spannrahmen mit Hilfe der ersten Federeinrichtungen mit einer Kraft, wodurch die Einzelteile mit Hilfe der Kraft zwischen den Spannrahmen vorgespannt werden, d) gleichmäßiges Verteilen der Kraft mit Hilfe der zweiten Federeinrichtungen auf eine Außenkontur des Wärmetauscherblocks, und e) Einbringen von Wärme in die Einzelteile, um diese zu dem Wärmetauscherblock zu verlöten.
Die Schritte a) und b) können insbesondere gleichzeitig durchgeführt werden, beispielsweise derart, dass die Wärmeübertragungselemente und/oder die Trennplatten wie gewünscht abgelängt und gleich in die Spannvorrichtung gestapelt werden. Insbesondere kann der Schritt a) auch ein Aufbringen einer Lotschicht auf die Trennplatten umfassen. Die Schritte c) und d) werden bevorzugt gleichzeitig durchgeführt. In dem Schritt e) wird die Wärme bevorzugt mit Hilfe eines Lötofens eingebracht, der die Spannvorrichtung mitsamt den Einzelteilen des Wärmetauscherblocks aufnimmt. Die Spannvorrichtung ist hierzu hitzebeständig. Insbesondere ist die Spannvorrichtung für Temperaturen über 450 °C geeignet.
Gemäß einer Ausführungsform folgen in dem Schritt e) die zweiten Federeinrichtungen einer wärmebedingten Verformung der Außenkontur.
Hierdurch ist stets ein Kontakt der Druckplatten der zweiten Federeinrichtungen mit der Außenkontur gewährleistet. „Folgen“ heißt dabei, dass sich die zweiten Federeinrichtungen ausdehnen, wenn sich die Außenkontur von dem Rahmenelement der Kraftverteilungseinheit wegbewegt, und dass die zweiten Federeinrichtungen komprimiert werden, wenn sich die Außenkontur auf das Rahmenelement zu bewegt.
Die für die Spannvorrichtung 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 Zahlwort 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 der Spannvorrichtung 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 der Spannvorrichtung und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Spannvorrichtung und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Spannvorrichtung und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden die Spannvorrichtung und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß 1;
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Spannvorrichtung zum Herstellen des Wärmetauscherblocks gemäß 2;
4 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Spannvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV-IV der 3; und
5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Wärmetauscherblocks gemäß 2.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers 1. Die 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks 2 für den Plattenwärmetauscher 1 gemäß 1. Nachfolgend wird auf die 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.
Mit Hilfe des in der 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 Heizflächenelementen 3 sowie eine Vielzahl an Trennplatten 4. Die Heizflächenelemente 3 sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die Heizflächenelemente 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 Heizflächenelemente 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 Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 sind abwechselnd angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Heizflächenelementen 3 ist jeweils eine Trennplatte 4 und zwischen zwei Trennplatten 4 ist jeweils ein Heizflächenelement 3 positioniert. Die Heizflächenelemente 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 Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet, sein.
Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Heizflächenelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten Heizflächenelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der 1 und 2 nach vorne und hinten ab. Weiterhin umfasst der Wärmetauscherblock 2 sogenannte Sidebars oder Randleisten 7, 8, die die Heizflächenelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Heizflächenelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, insbesondere hartverlötet, sein. Die zuvor genannten Bauteile des Wärmetauscherblocks 2 sind beispielsweise aus dem Werkstoff 3003 (AIMn1Cu) gefertigt.
Mit Hilfe der Heizflächenelemente 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 sein.
Der Wärmetauscherblock 2 umfasst mehrere, insbesondere sechs, Oberflächen oder Außenflächen 26, von denen in der 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 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.
Wie zuvor erwähnt, sind die Bauteile des Plattenwärmetauschers 1 bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Aus Festigkeitsgründen kommt für die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 bevorzugt eine hochmagnesiumhaltige Aluminiumlegierung, wie beispielsweise der Werkstoff 5083 (AIMg4,5Mn) oder ein vergleichbarer Werkstoff, zur Anwendung. Derartige hochmagnesiumhaltige Aluminiumlegierungen weisen einen Magnesiumgehalt von etwa 4 bis 5% auf. Derartige Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Festigkeit auf.
Zum Herstellen des Wärmetauscherblock 2 werden dessen Einzelteile, nämlich die Heizflächenelemente 3, die Trennplatten 4, die Deckplatten 5, 6 sowie die Randleisten 7, 8 unter Verwendung eines Aluminiumlots in einem Lötofen unter Vakuum miteinander verlötet, insbesondere hartverlötet. Das Aluminiumlot kann dabei einseitig oder beidseitig als Lotschicht, insbesondere als Lotplattierung, auf die Trennplatten 4 aufgebracht sein.
Während dem Verlöten der Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 in dem Lötofen kann eine Spannvorrichtung eingesetzt werden, welche den Wärmetauscherblock 2 abstützt und welche die Einzelteile mit einer definierten Spannkraft zusammenpresst. Diese Spannkraft ist erforderlich, um eine geringe Spaltbreite zwischen den Heizflächenelementen 3 und den Trennplatten 4 zu erzielen. Hierdurch kann eine ausreichende Kapillarwirkung erreicht werden, die Voraussetzung für ein gutes Lötergebnis ist.
Eine derartige Spannvorrichtung ist auch erforderlich, da sich der Wärmetauscherblock 2 während dem Verlöten desselben zunächst wärmebedingt ausdehnt und nach dem Erreichen der Löttemperatur und damit dem Aufschmelzen des Aluminiumlots unter Bildung eines flüssigen Lotfilms wieder schrumpft. Das Schrumpfen erfolgt jedoch nicht gleichmäßig über den gesamten Wärmetauscherblock 2. Die größte Schrumpfung des Wärmetauscherblocks 2 findet mittig zwischen den Randleisten 7, 8 statt. Dies ergibt sich daraus, dass die Randleisten 7, 8 im Vergleich zu den Heizflächenelementen 3 weniger schrumpfen. Aufgrund dieser ungleichmäßigen Schrumpfung kann sich ein sprunghafter Übergang zwischen den Randleisten 7, 8 und den Heizflächenelementen 3 ergeben. Derartige Übergänge können Ausgangspunkte von Rissen in dem Wärmetauscherblock 2 sein. Dies gilt es zu vermeiden.
Die 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Spannvorrichtung 28 zum Herstellen des Wärmetauscherblocks 2. Die 4 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht der Spannvorrichtung 28 gemäß der Schnittline IV-IV der 3. Nachfolgend wird auf die 3 und 4 gleichzeitig Bezug genommen.
Die Spannvorrichtung 28 ist geeignet, die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2, nämlich die Heizflächenelemente 3, die Trennplatten 4, die Randleisten 7, 8 und gegebenenfalls die Deckplatten 5, 6 zusammenzupressen, so dass diese in einem Lötofen 29 miteinander verlötet werden können. Hierzu können die Einzelteile zunächst in einer Vielzahl an Lagen übereinandergeschichtet werden, um dann mit Hilfe der Spannvorrichtung 28 in Position und unter Vorspannung gehalten zu werden. Die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 werden zusammen mit der Spannvorrichtung 28 in den Lötofen 29 gefahren und erhitzt. Hierbei wird mit Hilfe des Lötofens 29 Wärme W in die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 eingebracht, um diese miteinander zu verlöten.
Die Spannvorrichtung 28 umfasst einen unteren oder ersten Spannrahmen 30 sowie einen zweiten oder oberen Spannrahmen 31. Die Spannrahmen 30, 31 können plattenförmig oder gitterförmig sein. Bevorzugt weisen die Spannrahmen 30, 31 eine rechteckförmige Geometrie auf. Die Spannrahmen 30, 31 können beispielsweise aus einer Stahllegierung oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Auf dem ersten Spannrahmen 30 stützt sich der Wärmetauscherblock 2 beziehungsweise stützen sich dessen Einzelteile ab. Beispielsweise kann eine der Deckplatten 5, 6 oder eine äußerste Trennplatte 4 des Wärmetauscherblocks 2 auf dem ersten Spannrahmen 30 platziert sein. Der Wärmetauscherblock 2 ist zwischen den Spannrahmen 30, 31 angeordnet.
Die Spannrahmen 30, 31 sind mit Hilfe von Spannstreben 32, 33 miteinander verbunden. Vorzugsweise sind vier derartige Spannstreben 32, 33 vorgesehen, die an den vier Ecken der rechteckförmigen Spannrahmen 30, 31 angeordnet sind. Die Spannstreben 32, 33 können stabförmig oder seilförmig sein. Die Spannstreben 32, 33 können durch in den Spannrahmen 30, 31 vorgesehene Durchbrüche 34 bis 37 hindurchgeführt sein. Mit Hilfe von Befestigungselementen 38, 39 können die Spannstreben 32, 33 mit dem ersten Spannrahmen 30 verbunden sein. Der zweite Spannrahmen 31 ist entlang der Tiefenrichtung z an den Spannstreben 32, 33 verschieblich gelagert.
Die Spannvorrichtung 28 umfasst weiterhin erste Federeinrichtungen 40, 41. Es können beispielsweise vier derartige erste Federeinrichtungen 40, 41 vorgesehen sein, die an den vier Ecken des rechteckförmigen zweiten Spannrahmens 31 angeordnet sind. Die ersten Federeinrichtungen 40, 41 sind Druckfedern. Die ersten Federeinrichtungen 40, 41 können Zylinderfedern sein. Die ersten Federeinrichtungen 40, 41 können jedoch auch Tellerfederpakete sein. Die Spannstreben 32, 33 sind durch die ersten Federeinrichtungen 40, 41 hindurchgeführt. Die ersten Federeinrichtungen 40, 41 sind zwischen dem zweiten Spannrahmen 31 und an den Spannstreben 32, 33 angebrachten Befestigungselementen 42, 43 angeordnet. Die Befestigungselemente 42, 43 sind tellerförmig und verhindern ein Abrutschen der ersten Federeinrichtungen 40, 41 von den Spannstreben 32, 33.
Die ersten Federeinrichtungen 40, 41 bringen jeweils eine Kraft F, insbesondere eine Druckkraft, auf den zweiten Spannrahmen 31 auf, so dass die Spannstreben 32, 33 unter einer Zugkraft stehen und die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 mit der Kraft F beaufschlagt werden, so dass diese unter einer Vorspannung stehen. Die Größe der Kraft F kann beispielsweise durch die Geometrie der ersten Federeinrichtungen 40, 41 und/oder durch deren Vorspannung eingestellt werden. Die Vorspannung der ersten Federeinrichtungen 40, 41 kann beispielsweise mit Hilfe der Befestigungselemente 42, 43 variiert werden.
Die Spannvorrichtung 28 umfasst weiterhin eine Kraftverteilungseinheit 44, die zwischen dem zweiten Spannrahmen 31 und dem Wärmetauscherblock 2 beziehungsweise den Einzelteilen des Wärmetauscherblocks 2 angeordnet ist. Die Kraftverteilungseinheit 44 ist geeignet, die von den ersten Federeinrichtungen 40, 41 aufgebrachten Kräfte F gleichmäßig in der Breitenrichtung x und in der Höhenrichtung y zu verteilen.
Die Kraftverteilungseinheit 44 umfasst ein Rahmenelement 45. Das Rahmenelement 45 kann plattenförmig oder gitterförmig sein. Wie in der 4 gezeigt, kann für den Fall, dass das Rahmenelement 45 gitterförmig ist, dieses einen rechteckförmigen und geschlossenen Rahmenabschnitt 46 sowie senkrecht zueinander angeordnete Rahmenstreben 47, 48 aufweisen, von denen in der 4 nur zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind. Das Rahmenelement 45 ist bevorzugt aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) gefertigt. Daher kann das Rahmenelement 45 auch als CFK-Rahmenelement bezeichnet werden.
Die Kraftverteilungseinheit 44 umfasst ferner eine Vielzahl an zweiten Federeinrichtungen 49. Jede zweite Federeinrichtung 49 umfasst ein Federelement 50 und eine endseitig an dem Federelement 50 angeordnete Druckplatte 51. Jedes Federelement 50 ist zwischen der dem Federelement 50 zugeordneten Druckplatte 51 und dem Rahmenelement 45 angeordnet. Die Federelemente 50 sind Druckfedern. Die Federelemente 50 können beispielsweise Zylinderfedern, Blattfedern oder Tellerfedern sein. Die zweiten Federeinrichtungen 49 sind fest mit dem Rahmenelement 45 verbinden. Für den Fall, dass das Rahmenelement 45 gitterförmig ist, können die zweiten Federeinrichtungen 49 an Schnittpunkten der Rahmenstreben 47, 48 positioniert sein. Alle zweiten Federeinrichtungen 49 sind parallel geschaltet, wohingegen die ersten Federeinrichtungen 40, 41 und die zweiten Federeinrichtungen 49 in Reihe geschaltet sind.
Auch die Federelemente 50 und die Druckplatten 51 sind aus einem CFK-Werkstoff gefertigt. Dabei können die Federelemente 50 und die Druckplatten 51, einstückig, insbesondere materialeinstückig, ausgebildet sein. „Einstückig“ bedeutet dabei, dass die zweiten Federeinrichtungen 49 jeweils ein Bauteil, umfassend ein Federelement 50 und eine Druckplatte 51, bilden und nicht aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sind. „Materialeinstückig“ bedeutet dabei, dass die zweiten Federeinrichtungen 49 durchgehend aus demselben Material gefertigt sind. Die zweiten Federeinrichtungen 49 können einstückig, insbesondere materialeinstückig, mit dem Rahmenelement 45 ausgebildet sein. Auch das Rahmenelement 45 selbst kann einstückig, insbesondere materialeinstückig, ausgebildet sein.
Wie die 4 zeigt, sind die zweiten Federeinrichtungen 49 rasterförmig oder musterförmig gleichmäßig über das Rahmenelement 45 verteilt. Die Druckplatten 51 können kreisrund sein. Die Druckplatten 51 können jedoch auch jede andere beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise können die Druckplatten 51 dreieckig, rechteckig oder sechseckig sein. Die Druckplatten 51 können sich gegenseitig berühren oder, wie in der 4 gezeigt, voneinander beabstandet angeordnet sein.
Die Funktionalität der Spannvorrichtung 28 wird nachfolgend erläutert. Nach dem Zusammenstellen der Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2, nämlich den Heizflächenelementen 3, den Trennplatten, den Randleisten 7, 8 und gegebenenfalls den Deckplatten 5, 6, werden diese auf dem ersten Spannrahmen 30 platziert. Mit Hilfe des zweiten Spannrahmens 31 und der ersten Federeinrichtungen 40, 41 werden die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 mit der Kraft F beaufschlagt. Dabei verteilt die Kraftverteilungseinheit 44 die Kraft F gleichmäßig auf die in der Orientierung der 3 obenliegende Außenfläche 26 des noch nicht verlöteten Wärmetauscherblocks 2.
Anschließend wird der noch nicht verlötete Wärmetauscherblock 2 mitsamt der Spannvorrichtung 28 in den Lötofen 29 gefahren. Hierzu kann ein nicht gezeigtes Schienensystem vorgesehen sein. Unter Vakuum wird in den noch nicht verlöteten Wärmetauscherblock 2 Wärme W eingebracht, was zu einem Aufschmelzen des Aluminiumlots führt. Wie zuvor erwähnt, kann es bei dem Erwärmen der Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 zu Ausdehnungs- und Schrumpfungserscheinungen kommen, die dazu führen können, dass die in der 3 gezeigte Außenfläche 26 während des Lötvorgangs nicht mehr eben ist, sondern zu einer beliebig dreidimensional gekrümmten Außenkontur 52 wird. Im einfachsten Fall kann die Außenkontur 52 jedoch auch eben sein. Dies trifft insbesondere vor dem Verlöten des Wärmetauscherblocks 2 zu. Die Außenkontur 52 ist in der 3 stark überhöht wellig dargestellt. Die zweiten Federeinrichtungen 49 können nun mit ihren Druckplatten 51 der Außenkontur 52 folgen, so dass stets ein Kontakt der Druckplatten 51 mit der Außenkontur 52 besteht.
Die 5 zeigt zusammenfassend ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Wärmetauscherblocks 2. In einem Schritt S1 werden die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2, nämlich die Heizflächenelemente 3, die Trennplatten 4, die Deckplatten 5, 6 und die Randleisten 7, 8 bereitgestellt. Anschließend oder gleichzeitig werden in einem Schritt S2 die Einzelteile zwischen dem ersten Spannrahmen 30 und dem zweiten Spannrahmen 31 angeordnet.
In einem Schritt S3 werden die Spannrahmen 30, 31 mit Hilfe der ersten Federeinrichtungen 40, 41 mit der Kraft F beaufschlagt, wodurch die Einzelteile mit Hilfe der Kraft F zwischen den Spannrahmen 30, 31 vorgespannt werden. Bevorzugt gleichzeitig wird in einem Schritt S4 die Kraft F mit Hilfe der zweiten Federeinrichtungen 49 auf die Außenkontur 52 des Wärmetauscherblocks 2 gleichmäßig verteilt. Anschließend wird in einem Schritt S5 mit Hilfe des Lötofens 29 Wärme W in die Einzelteile eingebracht, um diese zu dem Wärmetauscherblock 2 zu verlöten. Dabei folgen in dem Schritt S5 die zweiten Federeinrichtungen 49 der wärmebedingten Verformung der Außenkontur 52. Abschließend wird der fertig verlötete Wärmetauscherblock 2 der Spannvorrichtung 28 entnommen.
Mit Hilfe der Spannvorrichtung 28 und des Verfahrens kann die Außenkontur 52 stets gleichmäßig mit der Kraft F beaufschlagt werden. Die Kraft F dann während des gesamten Lötvorgangs gleichmäßig auf die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 aufgebracht werden. Insbesondere Übergangsbereiche zwischen den Randleisten 7, 8 und den Heizflächenelementen 3 können gleichmäßig belastet werden, so dass die Bildung von Fehlstellen in diesen Bereichen zuverlässig verhindert wird. Es können somit zuverlässig komplexe Strukturen, beispielsweise mit mittig angeordneten Leisten, zuverlässig gelötet werden. Da für die Herstellung der Kraftverteilungseinheit 44 leichtgewichtiges CFK eingesetzt wird, wird keine signifikante Zusatzmasse in den Lötofen 29 eingebracht, die den Lötvorgang beeinflussen könnte. Der Wärmetauscherblock 2 kann in der Tiefenrichtung z höher gestaltet werden, da mit Hilfe der Spannvorrichtung 28 die Einzelteile des Wärmetauscherblocks 2 stets unter Vorspannung gehalten werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Plattenwärmetauscher
2: Wärmetauscherblock
3: Heizflächenelement
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: Spannvorrichtung
29: Lötofen
30: Spannrahmen
31: Spannrahmen
32: Spannstrebe
33: Spannstrebe
34: Durchbruch
35: Durchbruch
36: Durchbruch
37: Durchbruch
38: Befestigungselement
39: Befestigungselement
40: Federeinrichtung
41: Federeinrichtung
42: Befestigungselement
43: Befestigungselement
44: Kraftverteilungseinheit
45: Rahmenelement
46: Rahmenabschnitt
47: Rahmenstrebe
48: Rahmenstrebe
49: Federeinrichtung
50: Federelement
51: Druckplatte
52: Außenkontur
A: Fluid
B: Fluid
C: Fluid
D: Fluid
E: Fluid
F: Kraft
S1: Schritt
S2: Schritt
S3: Schritt
S4: Schritt
S5: Schritt
W: Wärme
x: Breitenrichtung
y: Höhenrichtung
z: Tiefenrichtung

Claims

Spannvorrichtung (28) zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks (2) eines Plattenwärmetauschers (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (27), mit einem ersten Spannrahmen (30), einem zweiten Spannrahmen (31), wobei zwischen den Spannrahmen (30, 31) Einzelteile (3 - 8) des Wärmetauscherblocks (2) aufnehmbar sind, ersten Federeinrichtungen (40, 41) zum Beaufschlagen der Spannrahmen (30, 31) mit einer Kraft (F), um die Einzelteile (3 - 8) mit Hilfe der Kraft (F) zwischen den Spannrahmen (30, 31) vorzuspannen, und zweiten Federeinrichtungen (49), die zum gleichmäßigen Verteilen der Kraft (F) auf eine Außenkontur (52) des Wärmetauscherblocks (2) zwischen den Spannrahmen (30, 31) angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Federeinrichtungen (40, 41) und die zweiten Federeinrichtungen (49) in Serie angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Federeinrichtungen (49) rasterförmig angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die zweiten Federeinrichtungen (49) jeweils eine Druckplatte (51) zum Kontaktieren der Außenkontur (52) und ein Federelement (50) aufweisen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die zweiten Federeinrichtungen (49) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, ferner umfassend eine Kraftverteilungseinheit (44), welche die zweiten Federeinrichtungen (49) aufweist, wobei die Kraftverteilungseinheit (44) zwischen dem ersten Spannrahmen (30) und dem zweiten Spannrahmen (31) angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kraftverteilungseinheit (44) ein Rahmenelement (45) aufweist, an dem die zweiten Federeinrichtungen (49) vorgesehen sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Rahmenelement (45) gitterförmig ist und einen umlaufenden Rahmenabschnitt (46) und mit dem Rahmenabschnitt (46) verbundene Rahmenstreben (47, 48) aufweist, die einander kreuzen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Rahmenelement (45) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, ferner umfassend Spannstreben (32, 33), die den ersten Spannrahmen (30) mit dem zweiten Spannrahmen (31) verbinden.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10, wobei einer der Spannrahmen (30, 31) entlang den Spannstreben (32, 33) linear verschiebbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Spannstreben (32, 33) durch die ersten Federeinrichtungen (40, 41) hindurchgeführt sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, wobei der zweite Spannrahmen (31) zwischen dem ersten Spannrahmen (30) und den ersten Federeinrichtungen (40, 41) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherblocks (2) für einen Plattenwärmetauscher (1) einer verfahrenstechnischen Anlage (27) mit Hilfe einer Spannvorrichtung (28), welche einen ersten Spannrahmen (30), einen zweiten Spannrahmen (31), erste Federeinrichtungen (40, 41) und zweite Federeinrichtungen (49), umfasst, wobei die zweiten Federeinrichtungen (49) zwischen den Spannrahmen (30, 31) angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen (S1) von Einzelteilen (3 - 8) des Wärmetauscherblocks (2), b) Aufnehmen (S2) der Einzelteile (3 - 8) zwischen den Spannrahmen (30, 31), c) Beaufschlagen (S3) der Spannrahmen (30, 31) mit Hilfe der ersten Federeinrichtungen (40, 41) mit einer Kraft (F), wodurch die Einzelteile (3 - 8) mit Hilfe der Kraft (F) zwischen den Spannrahmen (30, 31) vorgespannt werden, d) gleichmäßiges Verteilen (S4) der Kraft (F) mit Hilfe der zweiten Federeinrichtungen (49) auf eine Außenkontur (52) des Wärmetauscherblocks (2), und e) Einbringen (S5) von Wärme (W) in die Einzelteile (3 - 8), um diese zu dem Wärmetauscherblock (2) zu verlöten.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei in dem Schritt e) die zweiten Federeinrichtungen (49) einer wärmebedingten Verformung der Außenkontur (52) folgen.