DE1107260B - Graphite heat exchanger consisting of individual, tightly joined plates with grooves forming the channels for the exchange media - Google Patents

Description

Graphitwärmeaustauscher bestehend aus einzelnen dicht zusammengefügten Platten mit die Kanäle für die Austauschmedien bildenden Rillen Die Erfindung bezieht sich auf Graphitwärmeaustauscher. Graphit besitzt besonders vorteilhafte Eigenschaften für den Austausch von Wärme zwischen Austauschmedien, insbesondere dort, wo eines oder beide Medien eine aktive chemische Substanz mit stark korrodierender oder lösender Wirkung sind.Graphite heat exchangers consisting of individual, tightly joined together Plates with grooves forming the channels for the exchange media. The invention relates focus on graphite heat exchangers. Graphite has particularly advantageous properties for the exchange of heat between exchange media, especially where one or both media have an active chemical substance with highly corrosive or solvent Effect are.

Für solche Wärmeaustauscher hat man lange Zeit Steinzeug verwendet, da sich die Verwendung von Metallen durch die Eigenschaften der Austauschmedien verbot. Später hat man erkannt, daß sich für den gleichen Zweck Graphit besonders gut eignet, da er zwar die gleiche Wärmeleitfähigkeit wie die für die Zwecke in Frage kommenden Metalle aufweist, gegenüber der Korrosion jedoch viel widerstandsfähiger ist..For a long time stoneware has been used for such heat exchangers, because the use of metals is due to the properties of the exchange media ban. It was later recognized that graphite was especially useful for the same purpose well suited as it has the same thermal conductivity as that for the purposes in Metals in question, but much more resistant to corrosion is..

Den Bau von Wärmeaustauschern aus Graphit setzen sich jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten entgegen, zu denen insbesondere diejenigen der schweren Verarbeitbarkeit dieses Materials gehört. Während man aus Metall oder Steinzeug beliebige Formen herstellen kann, muß man sich bei Graphit auf solche Formen beschränken, die sich durch spanabhebende Bearbeitung erzeugen lassen.The construction of heat exchangers made of graphite, however, is one Number of difficulties opposed to which in particular those of the serious Processability of this material belongs. While one made of metal or stoneware can produce any shape, one has to limit oneself to such shapes with graphite, which can be produced by machining.

Die bekannten Graphitwärmeaustauscher zeigen, daß die Ausbildung der Austauscher durch dieses Problem immer beeinflußt worden ist, indem man den Wärmeaustauscher aus Platten aufgebaut hat, aus denen geradlinige Rillen herausgearbeitet sind, die zusammen mit der darauf- bzw. daruntergesetzten Platte die Kanäle für die Austauschmedien bilden. Bei dieser Konstruktion kann man die Kanäle entweder unter sich parallel oder in aufeinanderfolgenden Lagen sich überkreuzend führen.The known graphite heat exchangers show that the formation of the Exchanger has always been affected by this problem by making the heat exchanger has built up from plates, from which straight grooves are carved out, the together with the plate placed on top or underneath, the channels for the exchange media form. With this construction, the channels can either be parallel to each other or cross each other in successive layers.

Bei einer anderen Konstruktion, die ebenfalls aus aufeinandergesetzten Graphitplatten besteht, trägt die eine Platte eine Reihe von konzentrierten Kanälen, während die andere Platte eine im wesentlichen glatte Oberfläche aufweist. Die mit den Kanälen versehene Platte wird auf die glatte Platte aufgesetzt, wobei man mehrere dieser Platten übereinanderstapelt. Die einzelnen konzentrischen Kanäle in den Platten sind mittels radial verlaufender Durchbrüche miteinander verbunden, so daß ein Medium an einer Stelle dieses labyrinthartigen Kanalsystems eingeführt und an einer anderen Stelle wieder abgeführt werden kann. Um diese Zu- und Abführung vornehmen zu können, sind am Rand der glatten Platte eine Reihe von öffnungen vorgesehen, die jeweils mit den äußeren Durchbrüchen in den Kanälen der anderen Platten in Flucht gebracht werden müssen, um derart die gewünschte Zirkulation des Mediums in dem System aus Platten durchführen zu können.In another construction, which also consists of stacked Graphite plates, one plate carries a series of concentrated channels, while the other plate has a substantially smooth surface. With The plate provided with the channels is placed on the smooth plate, whereby several of these plates stacked on top of one another. The individual concentric channels in the plates are connected to one another by means of radially extending openings, so that a medium introduced at one point of this labyrinthine canal system and at another Body can be discharged again. In order to be able to carry out this supply and removal, a number of openings are provided on the edge of the smooth plate, each aligned with the outer perforations in the channels of the other panels must be in order to achieve the desired circulation of the medium in the system To be able to carry out plates.

Bei diesen derart zusammengestellten Graphitwärmeaustauschem sind an den jeweiligen Abschlußflächen entsprechende Anschlußleitungssysteme erforderlich, die der Zu- und Abführung der Wärmeaustauschermedien dienen. Bei den Konstruktionen mit parallel bzw. mit konzentrisch verlaufenden Kanälen genügen dabei zwei an gegenüberliegenden Flächen des Blocks liegende, in ihrem Aufbau allerdings recht umständliche Anschlußsysteme, während bei dem System mit sich überkreuzenden Kanälen vier etwas einfachere Anschlußsysteme vorgesehen werden müssen.These graphite heat exchangers assembled in this way are Corresponding connection cable systems are required on the respective end surfaces, which serve to supply and discharge the heat exchanger media. With the constructions with channels running parallel or concentrically, two on opposite sides are sufficient Areas of the block, but their structure is rather cumbersome connection systems, while the system with crossed channels has four somewhat simpler connection systems must be provided.

Neben dem Nachteil der beschriebenen umfangreichen und damit komplizierten Anschlußsysteme besitzen die bekannten Graphitwärmeaustauscher aber besonders den Mangel, daß die einzelnen Kanäle nur sehr schlecht gegeneinander abzudichten sind und es immer wieder zu Leckstellen kommt. Außerdem bleiben zwischen den Kanälen vergleichsweise große Wandstärken, die den Wärmeübergang von einem zum anderen Medium erschweren.In addition to the disadvantage of the extensive and thus complicated described The known graphite heat exchangers have connection systems in particular Deficiency that the individual channels can only be sealed against each other very poorly and there are always leaks. Also, stay between the channels comparatively large wall thicknesses that allow heat transfer from one medium to another make more difficult.

Durch die Erfindung sollen diese Schwierigkeiten der bekannten Wärmeaustauscher beseitigt werden. Man geht dabei von Graphitwärmeaustauschern für gasförmige und/oder flüssige Medien aus, die aus einzelnen gas- und/oder flüssigkeitsdichten zusammengefügten Platten mit die Kanäle für die Austauschmedien bildenden Rillen bestehen, wobei die Platten zwischen zwei die Elemente für die Zu- bzw. Ableitung der Austauschmedien tragenden Abschlußplatten angeordnet sind. Die Erfindung besteht darin, daß die in aufeinanderfrolgenden Platten angeordneten Kanäle die Form von Spiralen mit gegeneinander versetzten inneren und äußeren Spiralenden aufweisen und die Platten jeweils mit den inneren und äußeren Spiralenden der Kanäle in den benachbarten Platten fluchtende Durchbrüche aufweisen.The invention is intended to address these difficulties of the known heat exchangers be eliminated. It goes from graphite heat exchangers for gaseous and / or liquid media that are assembled from individual gas and / or liquid-tight Plates with the channels for the exchange media forming grooves exist, wherein the plates between two the elements for the supply and discharge of the exchange media bearing end plates are arranged. The invention is that the arranged in successive plates Channels take the form of Have spirals with mutually offset inner and outer spiral ends and the plates with the inner and outer spiral ends of the channels in the adjacent panels have aligned breakthroughs.

Es wird also aus einer Platte in der bei Graphit möglichen spanabhebenden Arbeitsweise eine Spirale herausgearbeitet, die an ihrem inneren, gegen die Plattenmitte etwas versetzten Ausgangspunkt in eine die Platte durchdringende Bohrung übergeht. In der nächsten daraufzusetzenden Platte wird eine ähnliche, gegebenenfalls gegenläufige Spirale eingeschnitten. Die Plattenpaare werden nunmehr in der erforderlichen Anzahl übereinandergesetzt, und der Plattenstapel wird durch Abschlußplatten abgedeckt.So it is made from a plate in the machining process that is possible with graphite Working method a spiral worked out, the one on its inner, towards the center of the plate slightly offset starting point merges into a hole penetrating the plate. In the next plate to be placed on top, a similar, possibly counter-rotating Incised spiral. The plate pairs are now in the required number placed one on top of the other, and the stack of plates is covered by end plates.

Das übereinandersetzen der Platten erfolgt dabei in der Weise, daß sich die inneren Spiralenendpunkte der ersten, dritten usw. bzw. zweiten vierten usw. Platte decken. Um 180° gegenüber den inneren bzw. äußeren Spiralenendpunkten versetzt, befinden sich in den Platten Durchbrüche. Beim übereinandersetzen der Platte werden sich also auch die Bohrungen gegenüber den inneren Spiralenendpunkten und die Außenbohrungen decken. Um den Übergang des Austauschmediums von der ersten zur dritten, fünften, siebenten usw. oder zweiten zur vierten, sechsten usw. Platte zu ermöglichen, muß außerdem die jeweilige Platte am äußeren Spiralenendpunkt durchbohrt werden, was auch bei Graphit als Werkstoff keine Schwierigkeiten bereitet. Es entsteht also ein System, bei dem ein Medium beispielsweise vom äußeren Spiralenende der ersten Platte längs der Spirale nach innen bis zum Durchbruch am inneren Spiralenende, von diesem quer durch die darunterliegende Platte zur nächsten Platte und von dort vom inneren Spiralenende zum äußeren Spiralenende strömt. Das gleiche gilt für ein Medium, das in die Gänge in der zweiten Platte eingeführt wird. Die Medien stehen also praktisch auf dem ganzen Weg von innen nach außen bzw. außen nach innen über zwei Flächen miteinander im Wärmeabtausch. Die Anschlußorgane bestehen aus einfachen, ebenfalls aus Graphit herzustellenden Anschlußstutzen, so daß das ganze System aus einem Baustoff hergestellt werden kann. Die Verbindung der einzelnen Platten erfolgt durch einfaches Aufeinandersetzen, wobei die Bearbeitung durch Abschleifen so sauber vorgenommen werden kann, daß zusätzliche Dichtelemente oder Klebestellen nur in den seltensten Fällen erforderlich sind. Davon abgesehen ist es nicht so sehr wichtig, wenn die einzelnen Kanäle einer einzigen Spirale nicht vollständig gegeneinander abgedichtet sind, da sich ja in dieser Spirale nur ein einziges Medium befindet und ein Leckverlust von einem Spiralengang zum andern ohne größeren Einfluß auf den Wärmehaushalt des Systems ist.The stacking of the plates is done in such a way that the inner spiral endpoints of the first, third, etc. and second fourth, respectively etc. cover plate. By 180 ° in relation to the inner or outer spiral end points offset, there are breakthroughs in the plates. When stacking the Plate will also be the holes opposite the inner spiral endpoints and cover the outside holes. To the transition of the exchange medium from the first to the third, fifth, seventh, etc. or second to the fourth, sixth, etc. plate To enable, the respective plate must also be pierced at the outer spiral end point become, which does not cause any difficulties even with graphite as a material. It arises So a system in which a medium, for example, from the outer end of the spiral first plate along the spiral inwards to the breakthrough at the inner spiral end, from this across the underlying plate to the next plate and from there flows from the inner end of the spiral to the outer end of the spiral. The same goes for one Medium that is introduced into the passages in the second plate. The media are standing practically all the way from the inside to the outside or from the outside to the inside two surfaces with each other in heat exchange. The connecting organs consist of simple, Also made of graphite connection piece, so that the whole system from a building material can be produced. The connection of the individual panels takes place by simply stacking them on top of each other, the processing being so clean by sanding can be made that additional sealing elements or adhesive points only in are required in the rarest of cases. That being said, it's not so very important if the individual channels of a single spiral are not completely against each other are sealed, since there is only one medium in this spiral and leakage from one spiral flight to another with little impact is the heat balance of the system.

Der Zusammenbau der Platten erfolgt mit Hilfe von auf die Deckplatten aufzulegenden, vorzugsweise federnden Abschlußplatten, die durch Schraubbolzen miteinander verbunden sind. Verwendet man in Richtung der Graphitabschlußplatten mittig etwas ausgebogene Metallplatten, so erhält man in vorteilhafter Weise einen federnden Andruck der ganzen Anordnung.The panels are assembled with the help of on the cover panels to be placed, preferably resilient end plates, which are connected to each other by screw bolts are connected. If you use something in the middle in the direction of the graphite end plates bent metal plates, a resilient one is advantageously obtained Proof of the whole arrangement.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar in Fig. 1 eine Draufsicht auf eire Platte und in Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen aus Platten nach Fig. 1 aufgebauten Wärmetauscher. Wie man insbesondere aus Fig.2 erkennt, setzt sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus einer Abschlußplattel mit in entsprechende Bohrungen2, 3 eingesetzten Anschlußstutzen 4, 5 für die Zu- bzw. Abführung der Wärmetauschmedien und mehreren mit spiralförmigen Gängen versehenen Platten 6, 7, 8, 9 sowie einer der Platte l entsprechende Abschlußplatte 10 mit Anschlußstutzen 11 und 12 in Bohrungen 13, ? 4 zusammen.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention, namely in FIG. 1 a plan view of a plate and in FIG. 2 an axial section through a heat exchanger constructed from plates according to FIG. 1. As can be seen in particular from FIG. 2, the heat exchanger according to the invention consists of a closing plate with connecting pieces 4, 5 inserted into corresponding bores 2, 3 for the supply and discharge of the heat exchange media and several plates 6, 7, 8, 9 and one of the plate l corresponding end plate 10 with connecting pieces 11 and 12 in holes 13,? 4 together.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, weist beispielsweise die Platte 9 einen bei 15 beginnenden Spiralengang 16 auf, der etwas ausmittig bei 17 endet.As can be seen from FIG. 1, the plate 9 , for example, has a spiral thread 16 beginning at 15 which ends somewhat off-center at 17.

Bei 18 ist die nachfolgende Platte 8 mit einem Durchbruch versehen. Ein ähnlicher Durchbruch ist bei 19 vorgesehen. Die Platte weist ähnlichen Aufbau der Spirale 16 auf. Auf diese Platte folgt wieder eine der Platte 9 ähnliche Platte 7 und darauf die Platte 6.At 18 the following plate 8 is provided with an opening. A similar breakthrough is provided at 19 . The plate has a structure similar to that of the spiral 16. This plate is again followed by a plate 7 similar to plate 9 and then plate 6.

Das eine Wärmeaustauschmedium tritt beispielsweise durch den Stutzen 12 in das äußere Spiralenende der Platte 9 ein und strömt von dort durch die Spirale 16 bis zum inneren Spiralenende 17. Dieses Ende geht in einen die Platte durchsetzenden Durchbruch über, der vom Medium passiert wird, das über einen Durchbruch in der Platte 8 zum inneren Spiralenende 17 der Platte 7 und von dort nach außen zum äußeren Spiralenende 15 dieser Platte fließt. Das äußere Spiralenende dieser Platte geht in einen die Platte 7 durchsetzenden Durchbruch und dieser in den Durchbruch 19 der Platte 6 über, so daß das Medium durch die Bohrung 2 in der Abschlußplatte 1 über den Stutzen 4 austreten kann.One heat exchange medium enters the outer spiral end of the plate 9 through the nozzle 12, for example, and flows from there through the spiral 16 to the inner spiral end 17. This end merges into an opening penetrating the plate, which is passed by the medium an opening in the plate 8 to the inner spiral end 17 of the plate 7 and from there to the outside to the outer spiral end 15 of this plate flows. The outer spiral end of this plate goes into an opening penetrating the plate 7 and this into the opening 19 of the plate 6, so that the medium can exit through the bore 2 in the end plate 1 via the nozzle 4.

Das andere Wärmetauschmedium tritt z. B. durch den Stutzen 5 über einen Durchbruch am Spiralenende in die Spirale der Platte 6 ein, überspringt durch einen Durchbruch bei 18 die Platte 7 und gelangt in die Spirale der Platte 8, wo es wieder über den Durchbruch 19 in die Platte 9 nach außen zum Auslaßstutzen 11 gelangt. Die sich in den Bohrungen 19 der Platten 7, 8 bzw. den Bohrungen 18 der Platten 6, 9 bildenden toten Taschen lassen sich, falls überhaupt erforderlich, ohne Schwierigkeiten durch einen entsprechenden Graphitstopfen schließen.The other heat exchange medium occurs z. B. through the nozzle 5 via an opening at the end of the spiral in the spiral of the plate 6, skips through an opening at 18, the plate 7 and enters the spiral of the plate 8, where it again through the opening 19 in the plate 9 to the outside reaches the outlet port 11. The dead pockets formed in the bores 19 of the plates 7, 8 or the bores 18 of the plates 6, 9 can, if necessary at all, be closed without difficulty by a corresponding graphite plug.

Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, auch mehrere Medien miteinander in Wärmeaustausch zu bringen, wenn man nur für entsprechende Kanäle und Kanalverbindungen sowie Anschlüsse und eine entsprechende Vielzahl von Platten sorgt.Of course, it is also possible to use multiple media to bring heat exchange with one another, if only one for corresponding channels and duct connections as well as connectors and a corresponding plurality of plates cares.

Man erkennt, daß zwischen den einzelnen Austauschmedien immer nur eine einzige Wandstärke vorhanden ist, so daß der Wärmeübergang von der einen Platte zur anderen optimal ist. Die Abdichtung braucht lediglich an den Stellen besonders gut zu sein, wo das eine Medium beim Übergang von der einen zur anderen Platte den Strömungsweg des anderen Mediums in dieser Platte kreuzt. Die die Spirale begrenzenden Wandungen in den einzelnen Platten trennen lediglich gleiches Medium von gleichem Medium, so daß eventuelle Abdichtungsungenauigkeiten nicht wesentlich ins Gewicht fallen.It can be seen that between the individual exchange media there is always only a single wall thickness is present, so that the heat transfer from one plate on the other is optimal. The seal only needs special at the points good to be where the one medium the transition from one plate to the other Crosses the flow path of the other medium in this plate. The ones that limit the spiral Walls in the individual plates only separate the same medium from the same Medium, so that any sealing inaccuracies are not of major importance fall.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Graphitwärmeaustauscher für gasförmige und/oder flüssige Medien, bestehend aus einzelnen gas- und/oder flüssigkeitsdicht zusammengefügten Platten mit die Kanäle für die Austauschmedien bildenden Rillen, wobei die Platten zwischen zwei die Elemente für die Zu- bzw. Ableitung der Austauschmedien tragenden Abschlußplatten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in aufeinanderfolgenden Platten angeordneten Kanäle die Form von Spiralen mit gegeneinander versetzten inneren und äußeren Spiralenden aufweisen und die Platten jeweils mit den inneren und äußeren Spiralenden der Kanäle in den benachbarten Platten fluchtende Durchbrüche aufweisen. PATENT CLAIMS: 1. Graphite heat exchanger for gaseous and / or liquid media, consisting of individual gas- and / or liquid-tight joined plates with grooves forming the channels for the exchange media, the plates between two supporting elements for the supply and discharge of the exchange media closure plates are arranged, characterized in that arranged in successive plates channels in the form of spirals with mutually offset inner and outer helical member and the plates have with the inner and outer coil ends of the channels in the adjacent plates aligned apertures respectively. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatten (1, 10) durch ein federndes Plattensystem zusammengehalten sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 669 442; Chemie-Ingenieur-Technik, 27. Jahrgang, 1955, Nr. 12, S. 739 und 740, und 25. Jahrgang, 1953, Nr. 12, S. 703.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the end plates (1, 10) held together by a resilient plate system are. Documents considered: German Patent No. 669 442; Chemical engineering technology, Volume 27, 1955, No. 12, pp. 739 and 740, and Volume 25, 1953, No. 12, p. 703.