DE60303276T2

DE60303276T2 - Wärmetauscherplatte und Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE60303276T2
Application number: DE60303276T
Authority: DE
Inventors: Dominique Sabin; Alain Bourgeon; Pierre-Xavier Bussonnet; Eric Gilbert-Desvallons; Gilbert Graille; Pierre Tanca
Original assignee: Packinox SA
Current assignee: Alfa Laval Packinox SAS
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: DE60303276D1; EP1426722B1; US7044206B2; FR2848292B1; FR2848292A1; US20040188074A1; ATE316235T1; EP1426722A1; JP2004184075A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatte und einen Plattenwärmetauscher, der durch Platten gemäß der Erfindung gebildet wird.
Es sind Wärmetauscher bekannt, die z.B. im Bereich der Erdölraffinierung oder der Petrochemie eingesetzt werden und die als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind, die einen Wärmeaustausch mit sehr gutem Wirkungsgrad zwischen einem heißen Fluid und einem kalten Fluid sicherstellen können, wobei das kalte Fluid z.B. eine Temperaturerhöhung in der Größenordnung 300°C bis 400°C erfahren kann.
Bei diesen Anwendungen haben die Plattenwärmetauscher den Vorteil, daß sie einen sehr guten Wärmeaustauschkoeffizienten aufweisen.
Solche Wärmetauscher weisen allgemein ein oder mehrere Bündel von Platten auf, die jeweils durch einen Stapel von parallel übereinander angeordneten Platten gebildet werden und die zwischen sich einen zweifachen, vollständig getrennten Kreislauf für die beiden Fluide bilden. Ein solcher Wärmetauscher wird in EPA-A-1 191 297 beschrieben.
Jede der Platten eines Bündels von Wärmetauscherplatten wird durch ein Feinblech aus Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl gebildet, das so geformt ist, daß es Wellen von spezieller Form in einer zentralen Zone der Platte bildet, durch die hindurch die Wärmeübertragung zwischen den Fluiden erfolgt.
Die Wellen der Platten des Wärmetauscherbündels sind so aneinander angrenzend angeordnet, daß sie die gesamte Oberfläche der zentralen Zone der Wärmetauscherplatte abdecken. Die Wellen können in einer Längsrichtung der Platte orientiert sein, die eine allgemeine Zirkuationsrichtung für die Fluide bildet, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet.
Die Fluide können z.B. im Gegenstrom, d.h., in parallelen und einander entgegengesetzten Richtungen auf beiden Seiten der übereinandergestapelten Platten des Wärmetauscherbündels zirkulieren.
Die Wellen jeder der Platten, die jeweils längs einer Längsachse der Platte zwischen einem Einlaßende und einem Auslaßende der Platte ausgerichtet sind, haben im wesentlichen gerade Abschnitte, die in der Längsrichtung aufeinanderfolgen und in Bezug auf diese Richtung der Platte schräg verlaufen. Die aufeinanderfolgenden schrä gen Abschnitte haben in Bezug auf die Längsachse der Platte, längs der sie angeordnet sind, nacheinander eine Neigung zu einer Seite und zur anderen Seite der Längsachse, so daß sie einen gebrochenen Linienzug bilden. Die aneinander angrenzenden Wellen bilden Kammlinien auf einer ersten Seite und auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Wärmetauscherplatte.
Die Platten eines Bündels des Plattenwärmetauschers, die übereinandergestapelt sind, sind abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Orientierung angeordnet, wobei die übereinandergestapelten Platten mit ihren Seiten um 180° umgekehrt in Bezug auf zwei benachbarte Platten des Stapels angeordnet sind. So bilden die Platten, die abwechselnd als ungerade und gerade Platten bezeichnet werden, Wellen, deren übereinanderliegende gerade Abschnitte unterschiedliche Orientierungen haben. Aus diesem Grund liegen die Platten mit ihren Wellen in praktisch punktförmigen Zonen aufeinander auf.
Die übereinander gestapelten Platten eines Bündels von allgemein quaderförmger Gestalt sind an ihren Längsrändern durch Verbindungsmittel miteinander verbunden, die den dichten Abschluß der seitlichen Seiten des Bündels sicherstellen. Ebene Bleche, die im oberen Teil und im unteren Teil des Stapels angeordnet und an den seitlichen Verbindungsmitteln befestigt sind, gewährleisten auch den Abschluß des oberen Teils und des unteren Teils des Plattenbündels.
Die aufeinanderfolgenden geraden Segmente der längs verlaufenden Wellen der Wärmetauscherplatten bilden miteinander sehr weit geöffnete stumpfe Winkel, wobei jedes der aufeinanderfolgenden Segmente weniger in Bezug auf die Längsachse geneigt ist, in Bezug auf welche sie schräg angeordnet ist.
Durch diese Anordnung der aufeinanderfolgenden Segmente der Wellen wird die Möglichkeit einer Längung der Wärmetauscherplatte während des Betriebs unter der Wirkung der Dehnung infolge des Kontakts mit einem Fluid auf hoher Temperatur beträchtlich eingeschränkt. Die Platten haben nämlich aufgrund der leichten Neigung der aufeinanderfolgenden Abschnitte der Wellen eine große Steifigkeit in der Längsrichtung.
Die Beanspruchungen thermischen oder mechanischen Ursprungs, denen der Wärmetauscher ausgesetzt ist, müssen somit durch jede der Platten des Plattenwärme tauschers und zum anderen durch die Gesamtheit des Plattenbündels im zusammengebauten Zustand absorbiert werden.
Daraus können sich übermäßige Spannungen in den aus Feinblech bestehenden Platten und in den Strukturen des Bündels und des Wärmetauschers ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Wärmetauscherplatte vorzuschlagen, die durch einen Stapel von Platten gebildet wird, die jeweils eine zentrale Zone haben, in der die Platte aneinanderangrenzende erste Wellen bildet, die allgemein längs einer Längsachse der Platte ausgerichtet sind und aufeinanderfolgende, im wesentlichen gerade und schräg in Bezug auf die Längsachse verlaufende Abschnitte aufweisen, die nacheinander eine Neigung zu einer Seite und zur anderen Seite der Längsachse haben, wobei diese Platte es gestattet, Plattendeformationen thermischen oder mechanischen Ursprungs im Betrieb des Wärmetauschers zu absorbieren und so die Spannungen zu begrenzen, denen die Platte und die Strukturen des Wärmetauschers ausgesetzt sind.
Zu diesem Zweck weist die Wärmetauscherplatte gemäß der Erfindung außerdem mindestens eine Gruppe von aufeinanderfolgenden, winklig oder ausgerichtet angeordneten Abschnitten von zweiten Wellen auf, die sich längs einer allgemein quer verlaufenden Ausrichtachse erstrecken, die die Gruppe der Längsachsen schneidet, längs derer die ersten Wellen angeordnet sind, wobei die transversale Ausrichtachse der im wesentlichen geraden Abschnitte der zweiten Wellen mit den Längsachsen der ersten Wellen einen Winkel zwischen 45° und 90° bildet.
Gemäß speziellen Ausführungsformen der Erfindung:

– schneiden die allgemein transversal verlaufenden zweiten Wellen die ersten Wellen in Zonen von geraden Abschnitten der ersten Wellen, die zwischen den Enden der Abschnitte liegen;
– schneiden die zweiten Wellen die ersten Wellen in Verbindungszonen zwischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten der ersten Wellen;
– sind die zweiten Wellen diskontinuierlich und haben verschiedene in der transversalen Richtung aufeinanderfolgende Teile, die durch Zonen getrennt sind, in denen die Wärmetauscherplatte keine zweiten Wellen aufweist;
– hat die Wärmetauscherplatte mindestens zwei Deformationszonen, die jeweils durch wenigstens eine Gruppe von Abschnitten der zweiten Wellen gebildet werden;
– weist jede Deformationszone wenigstens zwei aneinander angrenzende zweite Wellen auf, die sich in der transversalen Richtung der Wärmetauscherplatte erstrecken;
– hat die Wärmetauscherplatte mehrere Deformationszonen, die aufeinanderfolgend in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte angeordnet sind, mit einem konstanten Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Deformationszonen;
– hat die Wärmetauscherplatte mehrere Deformationszonen, die in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte so verteilt sind, daß die aufeinanderfolgenden Deformationszonen in der Längsrichtung durch einen variablen Abstand in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte getrennt sind. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Bündel von Wärmetauscherplatten, das durch einen Stapel von Platten gemäß der Erfindung gebildet wird.
– Jede der Platten des Wärmetauscherbündels kann mindestens zwei Deformationszonen aufweisen, die in solchen Positionen angeordnet sind, daß die Deformationszonen auf der Länge von zwei aufeinanderfolgenden Platten des Stapels einander in dem Stapel aus Platten der Plattengrupe nicht überlagern.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun als Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen mehrere Ausführungsformen einer Wärmetauscherplatte gemäß der Erfindung und eines Bündels eines Plattenwärmetauschers mit einem Stapel von Platten gemäß der Erfindung beschrieben.
1 zeigt in der Draufsicht erste und zweiten Wellen einer Wärmetauscherplatte gemäß der Erfindung.
2A, 2B, 2C und 2D zeigen Teile von Wärmetauscherplatten gemäß der Erfindung und gemäß einer ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht von oben.
2E ist ein Schnitt längs der Linie E-E in 2D und zeigt eine Phase beim Zusammenbau der Platte in einem Endbereich.
3A und 3B zeigen in der Draufsicht Wärmetauscherplatten gemäß der Erfindung mit mehreren Gruppen von aneinandergrenzenden zweiten Wellen, die in Längsrichtung der Wärmetauscherplatte verschiedene relative Anordnungen haben.
4 zeigt in einer Draufsicht eine Wärmetauscherplatte gemäß der Erfindung mit geraden transversalen Wellen.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils eines Bündels eines Plattenwärmetauschers und zeigt die Anordnung von transversalen Deformationszonen.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte eines Bündels eines Plattenwärmetauschers und zeigt den Verlauf der Fluidströmung im Bereich von Kontaktzonen der Platte.
In 1 ist ein Abschnitt einer Platte 1 eines Plattenwärmetauschers gezeigt, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Die Platte 1 wird aus einem Blech, beispielsweise aus rostfreiem Stahl erhalten, an dem eine Formbearbeitung zur Bildung von Wellen ausgeführt wurde.
In 1 ist durch einen Pfeil die Strömungsrichtung eines Fluids in der Längsrichtung 2 der Platte 1 angegeben, beispielsweise in Berührung mit der in 1 sichtbaren oberen Oberfläche, in der ein Abschnitt der Wärmetauscherplatte in der Längsrichtung 2 dargestellt ist.
Die Platte 1 hat einen ersten Satz von Wellen 3 oder longitudinalen Wellen, die allgemein in der Längsrichtung 2 der Platte angeordnet sind, wobei jede Welle 3 aufeinanderfolgende, im wesentlichen gerade Abschnitte aufweist, die schräg in Bezug auf die Richtung einer in Längsrichtung der Platte 1 verlaufenden Achse 4 angeordnet sind.
In 1 sind mehrere Längsachsen 4 gezeigt, an denen die longitudinalen Wellen 3 ausgerichtet sind. Wie in 1 sichtbar ist, sind die aufeinanderfolgenden geraden Abschnitte der longitudinal verlaufenden ersten Wellen 3 in Bezug auf die Längsach sen 4 geneigt, vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 10 und 30°. Zwei aufeinanderfolgende Abschnitte einer Welle 3 sind in Bezug auf die Achse 4 in einem ersten Sinn und einem zweiten Sinn angewinkelt, wobei die aufeinanderfolgenden Abschnitte miteinander einen sehr weit geöffneten Winkel in der Größenordnung von 120° bis 160° bilden.
Aus diesem Grund sind, wie oben erläutert wurde, die Möglichkeiten einer Verformung in der Längsrichtung der Platte 1, beispielsweise aufgrund einer Wärmeausdehnung infolge der Erwärmung der Platten des Wärmetauschers während des Betriebs, stark eingeschränkt. Daraus resultieren beträchtliche Spannungen in den Platten 1 des Wärmetauschers und in dem Bündel, das durch den Stapel der Platten 1 gebildet wird.
Gemäß der Erfindung werden auf jeder der Wärmetauscherplatten 1 zweite Wellen 5 mit transversaler Laufrichtung 6 gebildet, d.h., Wellen, die allgemein an transversalen Achsen 6 ausgerichtet sind, die mit der Längsrichtung 2 der Achsen 4 der ersten Wellen einen Winkel bilden, der zwischen 45° und 90° liegen kann. Wie in 1 gezeigt ist, können die zweiten Wellen auf Achsen 6 verlaufen, die zu den Längsachsen 4 der Platte 1 rechtwinklig sind. Die zweiten Wellen 5 haben aufeinanderfolgende gerade Abschnitte, die jeweils einen Winkel zwischen 0° und 30° mit der Richtung der transversalen Ausrichtung 6 bilden, wobei zwei aufeinanderfolgende Segmente einer Welle 5 in einem ersten Sinn und einem entgegengesetzten zweiten Sinn in Bezug auf die Richtung der transversalen Ausrichtung 6 angewinkelt sind. Deshalb bilden die aufeinanderfolgenden Abschnitte der transversalen zweiten Wellen miteinander Winkel, die zwischen 120° und 180° liegen.
Die transversalen Wellen 5 können in mehreren transversalen Deformationszonen 8 angeordnet sein, die jeweils an einer transversalen Achse 6 ausgerichtet sind. In 1 sind zwei Deformationszonen 8 gezeigt, die in der Längsrichtung 2 der Platte 1 durch einen Abstand L voneinander getrennt sind.
Je nach den erforderlichen Längsverformungen der Platte 1 kann diese irgendeine Anzahl von Deformationszonen 8 mit transversalen Wellen 5 aufweisen.
Allgemein muß eine Wärmetauscherplatte gemäß der Erfindung mindestens eine Deformationszone 8 aufweisen, in der wenigstens eine transversale Welle 5 ausgebildet ist, die auf den beiden entgegengesetzten Seiten der Platte einen vorspringenden Kammbereich und einen hohlen Bereich bildet. Vorzugsweise umfassen die Deformationszonen 8 der Platte 1 mehrere aneinander angrenzende Wellen 5, die jeweils einen Kammbereich auf einer Seite des Bleches und einen hohlen Bereich auf der anderen Seite bilden.
Die aneinander angrenzenden longitudinalen Wellen 3 bilden ihrerseits einen vorspringenden Kammbereich und einen hohlen Bereich auf jeder Seite der Platte 1, wobei die hohlen Bereiche auf einer Seite des Bleches vorspringende Kammbereiche auf der zweiten Seite der Platte bilden.
Die durch die zweiten Wellen 5 gebildeten Deformationszonen 8 schneiden die Gruppe der Achsen 4 der longitudinal verlaufenden ersten Wellen 3 auf der gesamten Breite der Wärmetauscherplatte 1.
Wie in 1 zu sehen ist, bildet jedes der aufeinanderfolgenden Segmente einer Welle 5 einer Deformationszone 8 mit den Segmenten der longitudinalen Wellen 3, die sie schneidet, einen Winkel, der z.B. in der Nähe von 45° oder 90° liegen kann.
In 1 ist zu sehen, daß die aufeinanderfolgenden geraden Abschnitte der zweiten Wellen 5 einen Winkel in der Nähe von 90° mit den Abschnitten der ersten Wellen bilden, die in der Zeichnung nach links gerichtet sind, und einen Winkel in der Nähe von 45° mit den Segmenten der ersten Wellen, die in der Zeichnung nach rechts gerichtet sind.
Allgemein können die aufeinanderfolgenden Segmente der zweiten Wellen irgendeinen Winkel mit jedem der aufeinanderfolgenden Segmente der ersten Wellen bilden, die sie schneiden, und dieser Winkel liegt z.B. zwischen 30° und 90°.
Da die von zweiten Wellen 5 mit transversaler Laufrichtung gebildeten Deformationszonen 8 auf der gesamten Breite der Wärmetauscherplatte 1 angeordnet sind, kann eine Deformation in der longitudinalen Richtung der Platte 1 an den Deformationszonen 8 absorbiert werden, die aufgrund des Vorhandenseins der aneinander angrenzenden Wellen 5 eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen.
In 2A, 2B, 2C und 2D sind vier Ausführungsvarianten von Deformationszonen 8 gezeigt, die durch aneinander angrenzende transversale Wellen 5 einer Platte 1 eines Plattenwärmetauschers gebildet werden. Die Zonen 8 haben jeweils mindestens eine Welle 5 mit transversaler Laufrichtung und beispielsweise vier aneinander angrenzende Wellen, wie in den Zeichnungen dargestellt ist.
In 2A ist eine Deformationszone 8 gezeigt, die durch transversale Wellen 5 gebildet wird, die die longitudinalen Wellen 3 jeweils in einem Bereich eines geraden Abschnitts der Welle 3 schneiden, der zwischen den Enden dieses Abschnitts liegt und die Verbindung mit den benachbarten Abschnitten herstellt, die in dem einem oder anderen Sinn in Bezug auf die Achse 4 abgewinkelt sind.
In 2A, 2B, 2C und 2D sind transversale Wellen 5 gezeigt, deren Ausrichtachsen 6 rechtwinklig zu den Ausrichtachsen 4 der longitudinalen Wellen verlaufen. Allgemeiner können die Achsen, an denen die aufeinanderfolgenden geraden Abschnitte der transversalen zweiten Wellen 5 ausgerichtet sind, einen Winkel von 45° bis 90° mit den Ausrichtachsen der aufeinanderfolgenden geraden Abschnitte der ersten Wellen 3 bilden.
Die geraden Abschnitte der zweiten Wellen 5 bilden ebenso einen Winkel (beispielsweise in der Nähe von 60° in 2A) mit den Längsachsen 4 der ersten Wellen 3 der Platte 1.
In 2B ist eine Ausführungsvariante von Deformationszonen 8 gezeigt, die durch aneinander angrenzende transversale Wellen 5 gebildet werden, die die ersten Wellen 3 der Platte 1 längs Verbindungszonen zwischen den aufeinanderfolgenden, winklig angeordneten Abschnitte der ersten Wellen 3 schneiden. Die Deformationszone 8 ist auf einer transversalen Achse ausgerichtet, die durch die transversal ausgerichteten Verbindungszonen der geraden Abschnitte der ersten Wellen 3 verläuft.
Im Fall der in 2A, und 2B gezeigten Deformationszonen 8 sind die aneinander angrenzenden transversalen Wellen 5, die diese Deformationszonen bilden, durchgehend auf der gesamten Breite der Platte 1 ausgebildet.
In 2C ist eine Deformationszone 8 gezeigt, die durch transversale Wellen 5 gebildet wird, die Diskontinuitäten 9 von geringer Länge aufweisen, wobei die Länge der Diskontinuitäten 9 in der transversalen Richtung beispielsweise kleiner ist als die Breite einer longitudinal verlaufenden Welle 3. In den Diskontinuitätszonen 9 hat die Platte 1 keine transversalen Wellen.
Aufgrund der geringen Länge der Diskontinuitäten 9 in der transversalen Richtung hat die Platte 1 eine Nachgiebigkeit, die im wesentlichen derjenigen der in 2A und 2B gezeigten Platten analog ist.
Weiterhin ist in 2C eine Endzone 10 der Platte 1 an der Stelle gezeigt, an der der Einlaß oder der Auslaß für ein Fluid in dem Bündel des Wärmetauschers gebildet ist.
Um das Austauschfluid selektiv in die Kanäle zu verteilen, die durch die longitudinalen Wellen gebildet werden, kann die Zone 10 der Platte ein doppeltes Netz von gekreuzten Wellen aufweisen, um auf einer Seite des Bleches die Verteilung eines ersten Austauschfluids in die Kanäle und auf der anderen Seite der Platte die Ableitung eines zweiten Austauschfluids zu gewährleisten.
Wie in 1 und 2C gezeigt ist, kann die Endzone 10 der Platte durch einen vollständig glatten Bereich der Platte gebildet werden, der keinerlei Wellen aufweist. In diesem Fall werden beim Aufbau des Bündels des Wärmetauschers durch Übereinanderstapeln der Platten Einlaß- und Auslaßzonen des Bündels gebildet, die die Fluide mit unabhängigen Platten leiten, die zwischen den glatten Einlaßbereichen der Platten des Wärmetauschers eingefügt sind.
Wie in 2C gezeigt ist, kann man die Deformationszone 8 in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Endbereich 10 der Platte 1 des Wärmetauschers ausbilden, an Ende der longitudinalen Wellen 3.
Wie in 2D und 2E gezeigt ist, kann die Platte 2 gemäß der Erfindung eine Endzone 10 aufweisen, in der die Platte 1 eine Deformationszone 8 bildet, die transversale Wellen 5 aufweist. An dem Blech 1 wird in seinem Endbereich 10 ein Einsatz 13 angebracht, der dann im Wärmetauscher zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten liegt. Der Einsatz 13 ist in Form einer Platte ausgebildet, die eine Gruppe von Wellen 3' in einer Anordnung aufweisen kann, die dazu ausgebildet ist, die Führung der Fluide zu einem der Enden des Wärmetauschers sicherzustellen. Der Einsatz 13 weist eine durchgehende Öffnung 14 auf, deren Form und Abmessungen an diejenigen der Deformationszone 8 angepaßt sind, so daß die transversalen Wellen 5 in der Öffnung 14 aufgenommen werden, wenn der Einsatz 13 auf der Platte 1 angebracht wird. Der Endbereich 10 des Bleches 1 kann sich somit in der longitudinalen Richtung verformen und zur Einleitung der Fluide in den Wärmetauscher beitragen. An der Stelle der Deformationszone 8, die nebeneinander angeordnete transversale Wellen 5 aufweist, können in dem Endbereich 10 der Platte 1 ein oder mehrere isolierte transversale Wellen ausgebildet sein, die in eine oder mehrere Öffnungen eines an die Platte 1 angesetzten Einsatzes eingreifen. Die transversalen Wellen der Endzone können durch winklig angeordnete oder ausgerichtete Abschnitte gebildet werden, wobei die Form der Öffnungen des Einsatzes an die Form der transversalen Wellen angepaßt ist.
In 4 ist eine Platte 1 gemäß der Erfindung gezeigt, die transversale Deformationszonen 8 aufweist, die jeweils durch eine einzige gerade Welle 5 gebildet werden, die in der transversalen Richtung 6 der Platte ausgerichtet ist; in diesem Fall sind die aufeinanderfolgenden, winklig angeordneten Abschnitte der transversalen Wellen 5, wie sie oben beschrieben wurden, durch ausgerichtete Abschnitte ersetzt, die miteinander einen gestreckten Winkel (180°) bilden.
Die Wellen 5 können längs winkligen Anschlußzonen der longitudinalen Wellen 3 in der Form gebrochener Linienzüge der Platte 1 angeordnet sein, wie in 4 gezeigt ist.
Wie oben angegeben wurde, kann jede der Platten 1 des Wärmetauschers eine oder mehrere Deformationszonen 8 aufweisen, die eine Nachgiebigkeit der Wärmetauscherplatte gewährleistet und es ihr gestattet, sich in der longitudinalen Richtung zu verformen.
Sofern die Wärmetauscherplatten mehrere Deformationszonen 8 aufweisen, wie in 3A und 3B gezeigt ist, können die aufeinanderfolgenden Deformationszonen 8 in der axialen Richtung der Wärmetauscherplatte 1 in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein (konstanter Abstand L in 3A) oder in variablen Abständen in der longitudinalen Richtung (Abstände A, B und C, mit A ≠ B ≠ C wie in 3B gezeigt ist).
Allgemein kann die Richtung der transversalen Ausrichtung 6 der Deformationszonen 8 mit der Richtung der Achsen 4 der longitudinal gerichteten Wellen 3 einen Winkel zwischen 45° und 90° bilden.
Eine die Deformationszonen 8 betreffende Anforderung besteht jedoch darin, daß diese Deformationszonen, die durch transversale Wellen 5 gebildet werden, praktisch die Gesamtheit der longitudinalen Wellen 3 schneiden, die sich praktisch auf der gesamten Breite der Wärmetauscherplatte 1 erstrecken, und daß die allgemeine Richtung der Deformationszonen senkrecht zu der longitudinalen Richtung oder schräg zu dieser Richtung ist.
In 5 ist in einer Explosionsdarstellung ein Teil eines Bündels eines Plattenwärmetauschers gezeigt, auf den die Erfindung Anwendung findet.
Die Wärmetauscherplatten 1a, 1b und 1c weisen longitudinale Wellen 3 auf, deren Kammlinien in der Form eines gebrochenen Linienzuges gezogen sind, wobei diese Kammlinien den Scheiteln der Wellen auf der oberen Seite der Platten 1a, 1b und 1c entsprechen.
Die Wellen 3 werden durch aufeinanderfolgende gerade Abschnitte gebildet, die winklig zueinander angeordnet sind und entsprechend den longitudinalen Achsen 4 der Wärmetauscherplatten gerichtet sind.
Die mittlere oder ungerade Platte 1b, die dazu bestimmt ist, zwischen den geraden Platten 1a und 1c eingefügt zu werden, ist mit ihren Seiten um 180° in Bezug auf die Orientierung der Platten 1a, 1c umgedreht. Die schrägen Abschnitte der Wellen 3 und der in 5 gezeigten Kammlinien, die auf den Platten 1a, 1c und auf der Platte 1b unterschiedliche Orientierungen haben, treten beim Übereinanderlegen der Bleche 1a, 1b und 1c in praktisch punktförmigen Zonen 11 der longitudinalen Wellen miteinander in Kontakt.
In 6 sind die punktförmigen Kontaktzonen 11 der Wellen des Bleches 1b mit denen des Bleches 1a gezeigt.
Das Prinzip der Plattenwärmetauscher besteht darin, daß man ein erstes Fluid in einer allgemein longitudinalen Richtung in einem ersten Sinn (durch den Pfeil 2 angegeben) in jedem zweiten Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Blechen des Stapels zirkulieren läßt und ein zweites Fluid, in longitudinaler Richtung und im allgemeinen im Gegenstrom zu der Zirkulation des ersten Fluids (wie durch den Pfeil 2' angegeben) in den Zwischenräumen zwischen den Blechen, in denen keine Zirkulation des ersten Fluids stattfindet, d.h., in jedem zweiten Zwischenraum zwischen den Blechen.
Zu diesem Zweck sorgen in den Einlaß- und Auslaßzonen der Bleche spezielle Wellen oder eingefügte Elemente für die Verteilung der Fluide.
Wie in 6 durch die Pfeile 12 gezeigt wird, werden die Fluide (z.B. das zweite, in der allgemeinen Richtung 2' zirkulierende Fluid) in den Kanälen zwischen den Kontaktpunkten 11 der lontitudinalen Wellen verteilt.
Wenn man an den Wärmetauscherplatten transversale Wellen ausbildet, müssen diese so geformt sein, daß sie die Erhöhung des Druckverlustes in der Zirkulation der Fluide im Inneren des Wärmetauscherbündels so weit wie möglich begrenzen.
In 5 sind die Platten 1a, 1b und 1c Wärmetauscherplatten gemäß der Erfindung, die Deformationszonen 8a, 8b oder 8c aufweisen, die sich transversal über die gesamte Breite der Bleche erstrecken und in der longitudinalen Richtung zueinander beabstandet sind, wobei jedes der Bleche des Wärmetauscherbündels mehrere Deformationszonen 8a, 8b oder 8c aufweisen kann.
Wenn die Abschnitte der transversalen Wellen einen von 0° verschiedenen Winkel mit der transversalen Achse 6 bilden, sind die Deformationszonen 8b des ungeraden mittleren Bleches 1b vorzugsweise in der longitudinalen Richtung gegenüber den Deformationszonen 8a und 8c der geraden Bleche 1a und 1c versetzt. Beim Stapeln kommen die Deformationszonen 8a und 8c der geraden Bleche und die Deformationszonen der ungeraden Bleche in Positionen, die in der longitudinalen Richtung der Bleche des Stapels gegeneinander versetzt sind. Die Deformationszonen aller geraden Bleche können sich in übereinander liegenden Positionen befinden, ebenso sämtliche Deformationszonen der ungeraden Bleche, doch ist es auch möglich, sich andere Anordnungen vorzustellen, in denen die Deformationszonen der geraden Bleche oder der ungeraden Bleche nicht übereinander liegen.
Im Fall eines Blechstapels, bei dem sämtliche Deformationszonen der geraden Bleche und sämtliche Deformationszonen der ungeraden Bleche übereinander liegen, wird der gebildete Stapel durch den Versatz d zwischen den Deformationszonen der geraden Bleche und den Deformationszonen der ungeraden Bleche charakterisiert.
Wenn die Abschnitte der transversalen Wellen einen Winkel von 0° (oder einen gestreckten Winkel) miteinander und mit der transversalen Achse 6 bilden (geradlinige transversale Wellen), liegen die Deformationszonen 8b des ungeraden Bleches vorzugsweise über denen der geraden Bleche, um die Druckverluste zu begrenzen.
Wie in 2C gezeigt ist, ist es auch möglich, Öffnungen 9 vorzusehen, die bei der Herstellung der zweiten Wellen 5 gebildet werden, um den Druckverlust der in dem Wärmetauscher zirkulierenden Fluide an der Stelle der Deformationszonen zu begrenzen. Die Öffnungen 9 erhält man, indem die zweiten Wellen 5 diskontinuierlich ausgebildet werden.
Die Wärmetauscherplatten gemäß der Erfindung ermöglichen es somit, Deformationen in longitudinaler Richtung zu absorbieren, insbesondere Deformationen, die durch Wärmeausdehnung der Bleche entstehen, ohne daß Spannungen in den durchgehenden Teilen der Bleche zwischen den Deformationszonen auftreten.
Die Absorption der Deformationen, die durch thermische oder mechanische Spannungen in den Blechen des Wärmetauschers während des Betriebs entstehen, durch das Vorhandensein der Deformationszonen, ermöglicht es auch, die Spannungen in dem oder den Wärmetauscherbündeln zu begrenzen, die durch Übereinanderstapeln der Bleche gemäß der Erfindung gebildet werden.
Zu diesem Zweck kann die Absorption der Deformationen der Bleche in der longitudinalen Richtung auf völlig zufriedenstellende Weise mit Deformationszonen erreicht werden, die durch transversale Wellen gebildet werden, deren gesamte Oberfläche 5 bis 10% der gesamten Oberfläche der longitudinalen Wellen der Bleche beträgt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
So können die longitudinalen oder transversalen Wellen auch Formen aufweisen, die von den beschriebenen verschieden sind, die transversalen Wellen können an Ausrichtachsen ausgerichtet sein, die irgendeinen Winkel zwischen 45° und 90° mit den Achsen der longitudinalen Wellen der Platten bilden, und die Deformationszonen der Platten können durch wenigstens eine transversale Welle gebildet werden.
Die Anzahl der Deformationszonen auf der Länge des Bleches kann beliebig sein und wird in Abhängigkeit von der Gesamtlänge der Platten des Wärmetauschers und der Breite und der Anzahl der transversalen Wellen in den Deformationszonen bestimmt.
Der Abstand zwischen den Deformationszonen in der longitudinalen Richtung kann auf der gesamten Länge der Wärmetauscherplatten konstant sein oder auch variieren.
In jedem Fall ermöglichen es Verformungsberechnungen, die optimale Lösung hinsichtlich der Anzahl der Deformationszonen und des Abstands zwischen diesen Zonen in Abhängigkeit von der Gesamtlänge der Wärmetauscherplatten und von den Temperaturen der in Kontakt mit den Wärmetauscherplatten zirkulierenden Fluide zu bestimmen.
Die Erfindung ist bei zahlreichen Plattenwärmetauschern anwendbar, die in der Industrie verwendet werden.

Claims

Wärmetauscherplatte, die durch einen Stapel von Platten (1, 1a, 1b, 1c) gebildet wird, die jeweils eine zentrale Zone haben, in der die Platte aneinanderangrenzende erste Wellen (3) bildet, die allgemein längs einer Ausrichtachse (4) in Längsrichtung der Platte ausgerichtet sind und aufeinanderfolgende, im wesentlichen gerade und schräg liegende Abschnitte aufweisen, die nacheinander eine Neigung in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in Bezug auf ihre längsverlaufende Ausrichtachse haben, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem mindestens eine Gruppe von aufeinanderfolgenden, winklig oder ausgerichtet angeordneten Abschnitten von zweiten Wellen (5) aufweist, die sich längs einer allgemein quer verlaufenden Ausrichtachse erstrecken, die die Gruppe der Längsachsen (4) schneidet, längs derer die ersten Wellen (3) angeordnet sind, wobei die transversale Ausrichtachse (6) der im wesentlichen geraden Abschnitte der zweiten Wellen (5) mit den Längsachsen (4) der ersten Wellen (3) einen Winkel zwischen 45° und 90° bildet.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die allgemein transversal verlaufenden zweiten Wellen (5) die ersten Wellen (3) in Zonen von geraden Abschnitten der ersten Wellen (3) schneiden, die zwischen den Enden der Abschnitte liegen.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wellen (5) die ersten Wellen (4) in Verbindungszonen zwischen den aufeinanderfolgenden Abschnitten der ersten Wellen (3) schneiden.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wellen (5) diskontinuierlich sind und verschiedene in der transversalen Richtung aufeinanderfolgende Teile haben, die durch Zonen (9) getrennt sind, in denen die Wärmetauscherplatte (1) keine zweiten Wellen (5) aufweist.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Deformationszonen (8, 8') hat, die jeweils durch wenigstens eine Gruppe von Abschnitten der zweiten Wellen (5) gebildet werden.
Wärmetauscherplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Deformationszone (8, 8') wenigstens zwei aneinander angrenzende zweite Wellen (5) auf weist, die sich in der transversalen Richtung der Wärmetauscherplatte (1) erstrecken.
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatte (1) mehrere Deformationszonen (8, 8') hat, die aufeinanderfolgend in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte angeordnet sind, mit einem konstanten Abstand (L) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Deformationszonen (8, 8').
Wärmetauscherplatte nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Deformationszonen (8, 8') hat, die in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte (1) so verteilt sind, daß die aufeinanderfolgenden Deformationszonen (8, 8') in der Längsrichtung durch einen variablen Abstand (A, B, C) in der Längsrichtung der Wärmetauscherplatte (1) getrennt sind.
Wärmetauscherbündel, das durch einen Stapel von Platten nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet wird.
Wärmetauscherbündel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Platten (1, 1a, 1b, 1c) des Wärmetauscherbündels mindestens zwei Deformationszonen (8a, 8b, 8c) aufweist, die in solchen Positionen angeordnet sind, daß die Deformationszonen (8a, 8b, 8c) auf der Länge von zwei aufeinanderfolgenden Platten des Stapels einander in dem Stapel aus Platten (1a, 1b, 1c) der Plattengrupe nicht überlagern.