DE69506541T2

DE69506541T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69506541T2
Application number: DE69506541T
Authority: DE
Inventors: Ralf S-239 34 Skanoer Blomgren; Bo S-244 91 Kaevlinge Nilsson; Mats S-226 57 Lund Nilsson
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2015-05-18
Also published as: JPH10500202A; CN1148887A; JP3590634B2; SE9401756D0; WO1995031681A1; SE502638C2; SE9401756L; US5722486A; CN1123759C; EP0760078A1; DK0760078T3; DE69506541D1; BR9507725A; EP0760078B1; ES2126282T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit mehreren Plattenmodulen, die zusammengesetzt und in einem Rahmen zwischen beabstandeten Rahmenplatten festgespannt sind, wobei jedes Modul eine Gruppe Wärmetauschplatten, die zu einem Stapel fest zusammengefügt sind und fluchtende Öffnungen enthalten, die Zu- und Ablaufkanäle für die jeweiligen Fluide bilden, wobei die Wärmetauschplatten jeweils erheblich dünner sind als die Rahmenplatten.
Wärmetauscher mit permanent zusammengefügten Platten sind bspw. aus der GB 0580368 und GB 2126703 bekannt. Sie lassen sich in Form eines durchgehend verschweißten Plattenwärmeaustauschers so herstellen, daß die Wärmetauschplatten zuerst paarweise entlang einer inneren Linie und dann zwei solche Paare entlang einer äußeren Linie verschweißt werden. Ein durchgehend verschweißter Plattenwärmetauscher läßt sich auch so herstellen, daß man mehrere Wärmetauschplatten gleichzeitig verschweißt.
Dabei ist jedoch die Größe des Plattenwärmetauschers durch die Anzahl der gleichzeitig verschweißbaren Wärmetauschplatten beschränkt.
Die bekannten durchgehend verschweißten Plattenwärmetauscher lassen sich jedoch bei Undichtigkeiten nicht zerlegen; vielmehr muß der Plattenwärmetauscher bei einem möglichen Defekt insgesamt entsorgt werden.
Als Alternative zu einem durchgehend verschweißten Plattenwärmetauscher kann man Module aus jeweils 10-20 Wärmetauschplatten verschweißen. Nach dem Prüfen der Module werden diese unter Zwischenlage von Dichtungen zu einem vollständigen Plattenwärmetauscher zusammengefügt; so sind die Module voneinander lösbar und lassen sie sich bei einem Defekt auswechseln. Derartige Plattenwärmetauscher sind aus der SE 304 293 und der WO 92/11501 bekannt. Sie sind jedoch nachteilig, weil die Zwischendichtungen die Anwendbarkeit der Plattenwärmetauscher einschränken.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind, die Nachteile und Einschränkungen der Plattenwärmetauscher der genannten Art zu vermeiden und ein sicheres Zusammenfügen der Module zu ermöglichen, wobei gleichzeitig die Module voneinander gelöst und bei Undichtigkeiten oder anderen Defekten ausgewechselt werden können.
Diese Ziele werden mit der vorliegenden Erfindung erreicht, die einen Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art schafft, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Öffnungen für mindestens ein Fluid in den äußersten Wärmetauschplatten jedes Moduls kleiner als die entsprechenden Öffnungen der Wärmetauschplatten zwischen den äußeren Platten ausgeführt sind und daß die Module permanent zusammengefügt werden, indem man angrenzende äußere Wärmetauschplatten angrenzender Module um die kleineren Öffnungen herum durch Schweißverbindungen aneinander befestigt.
Beim Zusammenfügen der Module durch Schweißen muß eine Schweißeinrichtung in die Zu- und Ablauföffnungen eines der Module eingeführt werden, so daß die Schweißspitze die Verbindungsstelle zwischen den Modulen erreicht. Mit der vorliegenden Erfindung ist es einfach, die zu verschweißenden Kanten aufzufinden und zu erreichen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schaubildliche Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers und
Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Teil eines Kanals durch den Plattenwärmetauscher der Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt einen Plattenwärmetauscher 1 für den Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit mehreren permanent zusammengefügten Modulen 2 jeweils aus zwei äußeren Wärmetauschplatten 3 und zwischen diesen mehreren im wesentlichen rechteckigen inneren Wärmetauschplatten 4. Durch den Plattenwärmetauscher 1 verlaufen Kanäle 5 und 6 für die Fluide. Die Module 2 sitzen in einem herkömmlichen Rahmen 7 mit mindestens einer vorderen Endplatte 8 und einer hinteren Endplatte 9 sowie mehreren Festspannbolzen 10. Die vordere Endplatte 8 weist Anschlüsse 11 auf, die mit den Kanälen 5, 6 für ein erstes Fluid und mit den Kanälen (nicht gezeigt) für ein zweites Fluid in Strömungsverbindung stehen.
Die Wärmetauschplatten 2 sind durch Einpressen mit einem Muster aus Rippen und Tälern versehen, wobei die Rippen abwechselnder erster und zweiter Wärmetauschplatten 2 aufeinanderliegen. Die Wärmetauschplatten 2 sind miteinander verschweißt oder sonstwie permanent zusammengefügt - bspw. durch Verkleben, Verlöten oder Kombinationen solcher Verfahren. Die Wärmetauschplatten bilden in jedem zweiten Plattenzwischenraum einen Strömungsraum für das erste Fluid und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für das andere Fluid.
In der Fig. 2 ist ein schaubildlicher Schnitt durch einen Teil der vorderen Endplatte 8 (ohne die Anschlüsse) und zwei nebeneinanderliegende Module 2 gezeigt. Die äußere und die innere Wärmetauschplatte 3 und 4 sind länglich und im wesentlichen rechteckig, obgleich auch andere Formen - bspw. rund - möglich sind; sie sind aus dünnem Blech hergestellt, das durch Pressen mit einem herkömmlichen Wellungsmuster versehen ist.
Die äußeren und inneren Wärmetauschplatten 3, 4 sind in ihren Eckbereichen mit Zu- und Ablauföffnungen 12 versehen. Im allgemeinen sind die Zu- und Ablauföffnungen 12 kreisförmig, aber andere Formen - bspw. drei- oder rechteckig - sind ebenfalls möglich; die Form der Öffnungen schränkt die Erfindung nicht ein.
Im Fall einer sogen. Parallelströmung, bei der also die Hauptströmungen der Fluide auf den beiden Seiten der Wärmetauschplatten parallel verlaufen sollen, befinden die Zu- und Ablauföffnungen 12 für das erste Fluid sich entlang einer langen Seite und die Zu- und Ablauföffnungen für das andere Fluid an der anderen langen Seite der Wärmetauschplatten. Natürlich können die Wärmetauschplatten auch für eine Diagonalströmung eingerichtet sein.
Die äußeren Wärmetauschplatten 3 enthalten kleinere Zu- und Ablauföffnungen 12 als die inneren Wärmetauschplatten 4. Dadurch steht die Kante 13 der Zu- und Ablauföffnungen der äußeren Wärmetauschplatten 3 weiter in die Kanäle 5, 6 hinein vor als die Kante 14 der inneren Wärmetauschplatten. Da die Kante 13 der äußeren Wärmetauschplatten 3 der Module 2 einige Millimeter über der Kante 14 der verbleibenden Wärmetauschplatten 4 hinaus vorsteht, wird es einfach, ein Schweißwerkzeug im Kanal in die richtige Lage - hinsichtlich der radialen und axialen Position zum Verschweißen der Module - zu bringen. Das Schweißen kann als radiale Kanten- oder als axiale Überlappungsschweißung erfolgen.
Mit einer radialen Kantenschweißung ist gemeint, daß die Schweißung zur Kante von zwei aneinanderliegenden Wärmetauschplatten hin erfolgt, d. h. das Schweißwerkzeug wird in der Ebene der Platte von der Mitte des Kanals radial auswärts zu den Kanten der Öffnungen geführt, die dann stoß- oder schmelzverschweißt werden.
Eine axiale Überlappungsschweißung ist eine Schweißung, die rechtwinklig zur den beiden aufeinanderliegenden Wärmetauschplatten erfolgt; das Schweißwerkzeug wird dabei im Kanal axial rechtwinklig zu einer der Wärmetauschplatten hin geführt. Die Schweißung erfolgt dann als Naht in einem geringen Abstand von der Kante der Öffnung.
Natürlich können die Öffnungen der beiden aufeinanderliegenden äußeren Wärmetauschplatten unterschiedlich groß sein, so daß die Schweißung auch als Kehlnaht erfolgen kann.
Vorzugsweise sind die äußeren Wärmetauschplatten 3 so konstruiert, daß die gesamte Schweißung sich in einem Bereich derselben befindet, der innerhalb der Kante 14 der inneren Wärmetauschplatten 4 liegt. Die äußeren Wärmetauschplatten 3 zweier aneinandergrenzender Module 2 liegen also in mindestens einem durchgehenden Bereich um die Zu- und Ablauföffnungen 12 aufeinander, die radial von der Kante 13 der Zu- und Ablauföffnungen der äußeren Wärmetauschplatten 3 und der Kante 14 der Zu- und Ablauföffnungen 12 der inneren Wärmetauschplatten 4 umfaßt werden. Es wird dann auf einfache Weise möglich, die verschiedenen Module 2 eines vollständigen Plattenwärmetauschers zu lokalisieren.
Bei einem Defekt in einem der Module 2 kann eine radiale Kantenschweißung weggeschliffen bzw. das Plattenmaterial um eine axiale Überlappungsschweißung weggeschnitten werden; dann läßt das fehlerhafte Modul sich herausnehmen. Materialreste des fehlerhaften Moduls auf den Platten eines angrenzenden Moduls kann man abfräsen oder -schleifen; dann schweißt man anstelle des defekten ein neues Modul 2 ein.
Mit Ausnahme der Bereiche um die Zu- und Ablauföffnungen 12 herum sind die äußeren Wärmetauschplatten 3 als identisch mit den inneren Wärmetauschplatten 4 gezeigt und beide sollen beidseitig von den Wärmetauschfluiden überströmt werden. Es ist natürlich möglich, die äußeren Wärmetauschplatten speziell für den Kontakt mit nur einem der Fluide zu konstruieren, d. h. das Fluid soll dann nicht im Raum zwischen den Modulen 2 strömen.
Weiterhin ist es möglich, zwischen die Module nach Wunsch separate Abstandhalter in Gestalt von Ringen oder ebenen Platten aus dickerem Werkstoff einzubringen - bspw. wenn die Kantenbereiche der äußeren Wärmetauschplatten aus irgendeinem Grund nicht aufeinanderliegen. Derartige Abstandhalter liegen dann zwischen den äußeren Wärmetauschpaltten zweier aufeinanderfolgender Module und sind permanent mit diesen äußeren Wärmetauschplatten zusammengefügt.

Claims

1. Plattenwärmetauscher (1) für den Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit mehreren Plattenmodulen (2), die zusammengesetzt und in einem Rahmen zwischen beabstandeten Rahmenplatten (8, 9) festgespannt sind, wobei jedes Modul eine Gruppe Wärmetauschplatten (3, 4) aufweist, die zu einem Stapel zusammengefügt sind und fluchtende Öffnungen (12) aufweisen, die Zu- und Abläufe für die Fluide bilden, und die Wärmetauschplatten (3, 4) erheblich dünner als die Rahmenplatten (8, 9) sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen für mindestens ein Fluid in den äußersten Wärmetauschplatten (3) jedes Moduls (2) kleiner sind als die entsprechenden Öffnungen in den Wärmetauschplatten (4) zwischen den äußersten Platten (3) und daß die Module dadurch permanent zusammengefügt sind, daß aneinandergrenzende äußerste Wärmetauschplatten (3) nebeneinanderliegender Module (2) um die kleineren Öffnungen herum verschweißt sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Wärmetauschplatten (3) zweier nebeneinanderliegende Module (2) in mindestens einem durchgehenden Bereich um die Zu- und Ablauföffnungen (12) herum aufeinanderliegen, wobei diese Bereiche radial zwischen den Kanten (13) der Zu- und Ablauföffnungen (12) der äußersten Wärmetauschplatten (3) und den Kanten (14) der Zu- und Ablauföffnungen (12) der inneren Wärmetauschplatten (4) gebildet sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergrenzenden äußersten Wärmetauschplatten (3) zweier nebeneinanderliegender Module (2) im genannten Bereich miteinander verschweißt sind.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (2) um die kleineren Zu- und Ablauföffnungen (12) der jeweiligen äußersten Wärmetauschplatten (3) herum mittels radialer Kantenschweißungen miteinander verschweißt sind.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergrenzenden äußersten Wärmetauschplatten (3) im genannten Bereich mittels einer axialen Überlappungsschweißung miteinander verschweißt sind.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aneinandergrenzenden äußersten Wärmetauschplatten (3) zweier aneinandergrenzender Module (2) eine Abstandhalteeinrichtung angeordnet und permanent mit den äußersten Wärmetauschplatten (3) zusammengefügt ist.