DE3332159A1

DE3332159A1 - Verfahren zum herstellen eines waermetauschers

Info

Publication number: DE3332159A1
Application number: DE19833332159
Authority: DE
Inventors: Donald Andrew West Green Crawlay West Sussex Cross; Donald Arthur Salfords Redhill Surrey Hollingsbee
Original assignee: A P V International Ltd Crawley Sussex; APV International Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1982-09-07
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1984-03-08
Anticipated expiration: 2003-09-07
Also published as: FR2532567A1; GB2126703A; ZA836594B; FR2532567B1; GB2126703B; DE3332159C2

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING - 4 _ DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

APV International Limited

Manor Royal

Crawley

Sussex RH1O 2QB

England

"Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers.

Es sind Plattenwärmetauscher bekannt, die aus einem Stapel von trennbaren Wärmeübertragungsplatten bestehen. Diese sind im gegenseitigen Abstand und Fläche gegenüber Fläche angeordnet, so daß zwischen den Platten jeweils Strömungsräume gebildet werden. Die Strömungsräume werden durch Dichtungen bestimmt und begrenzt, die üblicherweise aus elastomerem Material bestehen und an den Platten montiert sind. Die Verbindungen zu den Strömungsräumen erfolgen über in Fluchtung stehende Öffnungen in den Ecken der Platten, welche gemeinsam Zuspeisungskanäle und Abführungskanäle für zwei in Wärmetausch zu bringende Medien bilden. Entsprechende Dichtungselemente, die den Öffnungen zugeordnet sind, kontrollieren dabei die Zuströmung und Abströmung der einzelnen Medien zu den verschiedenen Ströraungsräümen. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Medium durch jeden zweiten Strömungsraum und das andere Medium durch die dazwischenliegenden Strömungsräume fließen. Die

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Strömungsräume können und sind auch für gewöhnlich mit eine Turbulenz begünstigenden Wellungen oder Rippen versehen.

Derartige Wärmetauscher sind im weiten Umfange in Gebrauch und werden in den verschiedensten Industriezweigen mit Vorteil eingesetzt. Die Verwendung von Dichtungselementen engt jedoch ihre Verwendung ein, vor allem in Bezug auf korrodierende oder in anderer Weise &3gressive Strömungswickel, z.B. gegenüber solchen aus radioaktivem Material, da wenn die Dichtungen versagen, große Schwierigkeiten auftreten. Ein solches Versagen kann ■ ins-b. auftreten, wenn die Dichtungen über längere Zeit der ι Einwirkung von aggressiven oder korrodierenden Flüssigkeiten • ausgesetzt sind. Außerdem müssen die einzelnen Dichtungselernente an den Platten sehr gut abgestützt und verankert sein, um gegenüber dem verwendeten Arbeitsdruck wirksam zu sein. All dies erfordert auch einen erheblichen Zusammenpreßdruck aller Platten im Stapel.

Es sind daher Bestrebungen im Gange, um einen demgegenüber

; verbesserten Wärmetauscher zu erhalten, der aus ähnlichen

Platten aufgebaut ist, bei dem die Platten jedoch zusammenge- ; schweißt sind, so daß die guten Wärmetauscheigenschaften von . Plattenwärmetauschern erhalten bleiben,, ohne daß die durch ^! deren Dichtungen hervorgerufenen Begrenzungen bezüglich der ^: Verwendung in Kauf genommen werden müssen.

Das Schweißen der Platten muß in diesen Fällen außerordentlich sorgfältig und zuverlässig erfolgen, da wenn ein geschweißter

Wärmetauscher dieser Art versagt eine Reparatur praktisch schwierig oder gar nicht möglich ist und so möglicherweise die ganze Einheit als Schrott bei Seite getan werden muß.

Um eine zuverlässige Schweißung zu erhalten ist bereits vorgeschlagen worden, die Verschweißungen auf dem Wege der Laser- , schweißung oder Elektronenstrahlschweißung vorzunehmen. Wenn : jedoch relativ diche Metallabstandsstücke (z.B. von 3 mm Dicke)' mit dünnem Plattenmaterial (von z.B. 0,7 mm Dicke) zusammengeschweißt werden sollen, sind diese Techniken nur dann mit einiger Zuverlässigkeit anwendbar, wenn das Schweißen durch die Platte erfolgt, anstatt ein Schweißen durch das dickere Abstandselement. Dies führt jedoch für den Aufbau des Plattenwärmetauschers zu ganz erheblichen Schwierigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, bei dem die genannten Schwierigkeiten vermieden werden und ein einfach aufzubauender zuver- ; lässiger Wärmetauscher erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst zwei Typen von aus Platten und Abstandselementen gebildeten Untereinheiten unter abdichtendem Anbringen jeweils der Abstandselemente an einer Seite der zugehörigen Platte durch Verschweißen jeweils durch die Platte hindurch vorbereitet werden, indem bei dem einen Typ jeweils Abstandsringe um die Öffnungen eines ersten von zwei Öffnungspaaren und ein umfängliches Abstandselement entlang einer sich um den Strömungsraum und außerhalb aller

Öffnungen erstreckenden Uinfangslinie der zugehörigen Platte und indem bei dem anderen Typ jeweils Abstandsringe um die Öffnungen des zweiten Öffnungspaares und ein umfängliches Abstandselement entlang einer den Strömungsraum und die Öffnungen des ersten Öffnungspaares der zugehörigen Platte umgebenden Uinfangslinie angebracht werden und dabei die Umfangslinien auf den Platten so gelegt werden, daß bei Vereinigung von den Untereinheittypen die Befestigungslinien weder in Fluchtung gelangen noch sich kreuzen, und daß der Stapel durch nacheinander abwechselndes Anbringen der beiden Untereinheittypen und durch dessen Vereinigung durch Verschweißen jeweils durch die Platte der einen Untereinheit hindurch mit den Abstandselementen der anderen Untereinheit fortschreitend aufgebaut wird.

Das Schweißen der Untereinheiten und das Zusammenfügen des Stapels erfolgen vorzugsweise durch Laserschweißen, wenn auch das Elektronenschweißen ebenfalls angewendet werden kann.

Es wird festgestellt, daß, da die Umfangsdichtungen ineinandergeschachtelt liegen, eine Umfangsdichtung jedes Typs direkt von dem Blechmaterial der zugehörigen Platte abgeschnitten werden kann, z.B. auf dem Wege des Laserschneidens.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

- 8 Es zeigen:

Figur.1 eine Draufsicht auf eine Untereinheit des einen Typs.

Figur 2 eine Draufsicht auf eine korrespondierende Untereinheit des zweiten Typs.

Figur 2a eine Alternative für die Untereinheit nach Figur 2 und

Figur 3 im größeren Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 1 und 2 den Aufbau des Stapels.

Der vervollständigte Wärmetauscher gemäß der Erfindung besteht aus einem Stapel von Platten. Diese sind im gegenseitigen Abstand und Fläche gegenüber Fläche angeordnet. Der Abstand und der Zusammenhalt erfolgt durch Anschweißen von Abstands- ^; elementen. Die Anordnung der Platten ist in den Querschnittsdarstellungen der Fig. 3 wiedergegeben, während die Fig. 1 und jeweils die zugehörigen Untereinheiten aus Platte und Abstandselementen des einen und des anderen Typs zeigen.

Es wird zunächst bezug genommen auf Fig. 1. Diese zeigt eine Untereinheit 1, die eine Platte 2 mit den üblichen in den Ecken liegenden Öffnungen 3, ^L\, 5 und 6· zeigt. Zwei von diesen stehen in Verbindung mit einem Strömungsrauin 7> der zwischen der Platte 1 und der auf einer Seite benachbarten Platte gebildet und umfänglich durch ein Abstandselement 8 begrenzt ist.

In Übereinstimmung mit der normalen Praxis kann der Strömungsraum Wellungen oder Rippen irgend welcher Art aufweisen, urn so die Turbulenz und damit den Wärmetausch zu unterstützen. Die

' Rippen der einen Platte können in die Rippen der anderen eingreifen oder diese kreuzen und an diesen anliegen. Die tatsächliche Form der Wellungen und des Strömungsraumes bilden

' nicht Teil der vorliegenden Erfindung und sind daher auch nicht im einzelnen beschrieben.

Das Abstandselement 8 erstreckt sich außerhalb aller vier Öffnungen 3,4,5 und 6 und ist an der Platte 2 z.B. auf dem

' Wege des Laserschweißens oder des Elektronenstrahlschweißens

• befestigt. Die Schweißung erfolgt durch die Platte hindurch, also von der Rückseite der.Platte 2, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, statt von der in Fig. 1 sichtbaren Vorderseite. Die Öffnungen 3 und 6 sind jeweils durch isolierte Abstandsringe 11 und 12 umgeben. Diese dienen dazu, um das eine Medium

; von dem Strömungsraum 7 zu trennen oder zu isolieren. Andererseits stehen die Öffnungen A und 5 in Verbindung mit dem Strömungsraum 7. Die Abstandsringe 11 und 12 sind ebenfalls durch die Platte hindurch auf dem Wege des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens angeschweißt.

'' Es wird nun bezug genommen auf Fig. 2. Dort ist eine Untereinheit 21 von abweichendem Typ gezeigt. Auch hier weist die Untereinheit eine Platte 2 mit Eckenöffnungen 3, 4, 5 und 6 und einem Strömungsraum 22 auf, der durch ein Abstandselement umgeben und begrenzt ist. Das Abstandselement erstreckt sich

außerhalb aller Öffnungen 3,4,5 und 6 und ist ebenfalls an der Platte 2 auf dem Wege des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens befestigt, wobei das Schweißen wieder von der Rückseite also durch die Platte hindurch erfolgt. Bei der Untereinheit nach Fig. 2 stehen die Öffnungen 3 und 6 mit dem Strömungsraum 22 in Verbindung, während die Öffnungen 4 und 5 ; jeweils durch einen angeschweißten Abstandsring 24 und 25 umgeben sind. Auch hier ist der Abstandsring jeweils durch die Platte hindurch auf dem Wege des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens angeschweißt.

Es wird bemerkt, daß die Linie des Abstandselementes 23 insgesamt radial innerhalb der Linie des Abstandselementes 8 liegt, wenn die Untereinheit 1 und die Untereinheit 2-1 so miteinander vereinigt werden,' daß die jeweiligen Eckenöffnungen miteinander fluchten. Das bedeutet, daß die Umfangs- _: linien der Abstandselemente 8 und 23 weder in gegenseitiger Fluchtung liegen, noch irgend eine der Befestigungslinien der Abstandselemente 11, 12, 24 oder 25 kreuzen.

Die Folge hiervon ist, daß dann, wenn die Untereinheit des Typs 1 auf die Untereinheit des Typs 21 gelegt wird, beide Untereinheiten miteinander verschweißt werden können. Dies kann entlang einer Schweißlinie erfolgen, die in Fig. 1 bei 23a gestrichelt dargestellt ist und mit der Umfangslinie des Abstandselementes 23 der Untereinheit 21 der Fig. 2 in Fluchtung liegt oder zusammenfällt. Diese Schweißung kann ohne weiteres von der freiliegenden Seite der Platte also durch die Platte hindurch erfolgen. In ähnlicher Weise kann das Abdichten der

Öffnungen h und 5 gegenüber dem Strömungsraum 22 dadurch erfolgen, daß man entlang der gestrichelten Linien 2Aa und 25a die Verschweißung durch die Platte hindurch mit den Abstandselementen 24 bzw. 25 vornimmt, deren Befestigungslinien mit der Schweißlinie zusammenfallen.

In ähnlicher Weise kann die Untereinheit 21 mit der Untereinheit 1 auch dadurch verschweißt werden, und zwar wiederum durch eine Platte hindurch, wenn die Verschweißung entlang der gestrichelten Linien 8a, 11a und 12a erfolgt. Diese Linien entsprechen den Anordnungslinien der Abstandselemente 8, 11 bzw. 12 der Untereinheit 1. Auf diese Weise kann ein Stapel von Platten allmählich aufgebaut werden, wobei eine vollständige Verschweißung auf einfache Weise erfolgen kann, indem jede Schweißung durch die Platte hindurch erfolgt. Man erhält dadurch auch den Vorteil, daß man sehr dünne oder flache Ströraungsräurne bilden kann und damit außerordentlich gute Wärmetauscheigenschaften für den Wärmetauscher erhält.

Obwohl die umfänglichen Abs'tandselemente 8 und 23 im Stapel nicht in gegenseitiger Fluchtung liegen, wie dies die Fig. 3 veranschaulicht, spielt dies doch nur eine relativ geringe Rolle im Vergleich zu einem üblichen, mit elastischen Dichtungen aufgebauten Wärmetauscher. Dies beruht darauf, daß die zusammengeschweißte Anordnung nicht mehr im Stapel zusammengepreßt werden muß, wie dies erforderlich ist, um bei einem Stapel mit Dichtungen die Dichtungen unter den notwendigen Vorspannungsdruck zu setzen.

Figur 3 zeigt einen Schritt in Höhe der öffnungen 3 und k durch einen Stapel solcher Platten. Der Stapel ist außen jeweils durch etwas dickere Platten 31 bzw. 32 begrenzt. Die Stirnplatte 31 ist durch ein Abstandselement ähnlich dem Abstandselement 8 an dem Stapel befestigt. Dieses Abstandselement ist mit 8b bezeichnet. Außerdem ist eine Öffnung isolierendes Abstandselement 11b ähnlich dem Abstandselement 11 vorgesehen. Die Abstandselemente sind durch Verschweißen durch die Platte hindurch unter Verwendung von Laserstrahlachweißen oder Elektronenstrahlschweißen zur Bildung einer Untereinheit angeschweißt. An diese Untereinheit ist eine erste Untereinheit des Typs 21 angeschweißt, deren Umfangsabstandseleraent 23 und deren Abstandselemente 24 die Öffnung k von dem Strömungsraum isolieren.

An diese Anordnung ist eine Untereinheit des Typs 1 mit den Urnfangsabstandselementen 8 und den Abstandsringen 11 befestigt, welche die Öffnung 3 von dem Strömungsraum 7 isolieren.

Der Stapel wird dann weiter aufgebaut, indem man abwechselnd Untereinheiten 1 und 21 anbringt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Schließlich wird an die letzte Untereinheit die Stirnplatte 32 angeschweißt und wiederum durch Schweißen durch die Platte hindurch mit Anschweißen an die Abstandselernente der letzten Untereinheit. Diese letzten Abstandselemente sind mit 8 und 11 in Fig. 3 gezeigt.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung verlaufen die umfänglichen Abstandselemente 23 und 8 jeweils außerhalb aller vier Eckenöffnungen 3, A, 5 und 6. Es kann unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein, wenn man bei einer Untereinheit das umfängliche Abstandselement, das in Fig. 2a mit bezeichnet ist, innerhalb der öffnungen h und 5 verlaufen läßt, Hierdurch muß natürlich eine entsprechende Modifikation bezüglich der entsprechenden Schweißlinie in Fig. 1 vorgenommen werden. Auch muß bezüglich der Lage der öffnungen A und 5 eine entsprechende Abwandlung erfolgen, da diese dann etwas näher an die Ecke gerückt werden können, da nur ein Umfangsabstandselement außerhalb der öffnungen verläuft, statt zwei, wie im Falle der Fig. 1 und 2, wobei diese zwei ja noch zusätzlich gegeneinander in radialer Richtung versetzt sein müssen.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden.

So können einige der öffnungen 3, A, 5 und 6 bei einigen der Untereinheiten geschlossen sein,um so einen Mehrfachdurchgang durch den Plattenwärmetauscher zu gewährleisten, wie dies an sich bekannt ist.

Claims

' PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

Μ Λ Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, der aus einem Stapel von Platten besteht, die mit gegenseitigem Abstand und Fläche gegenüber Fläche unter Begrenzung von Strömungsräumen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Platten im Stapel zusammengeschweißt sind, und bei dem die Platten jeweils in Fluchtung stehende Paare von öffnungen für die Bildung eines Zuspeisungskanals und eines Abführungskanals der im Wärmetausch stehenden Medien aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst zwei Typen von aus Platten und Abstandselementen gebildeten Untereinheiten unter abdichtendem Anbringen jeweils der Abstandselemente an einer Seite der zugehörigen Platten durch Verschweißen jeweils durch die Platte hindurch vorbereitet werden, indem bei dem einen Typ jeweils Abstandsringe um die öffnungen eines ersten von zwei Öffnungspaaren und ein umfängliches Abstandselement entlang einer sich um den Strömungsraum und außerhalb aller Öffnungen erstreckenden Umfangslinie der zugehörigen Platte und in dem bei dem anderen Typ jeweils Abstandsringe um die öffnungen des zweiten Öffnungspaares und ein umfängliches Abstandselement entlang einer den Strömungsraum und die öffnungen des ersten Öffnungspaares der zugehörigen Platte umgebenden Umfangslinie angebracht werden und dabei

. die zur Befestigung vorgesehenen Umfangslinien auf den

Platten so gelegt werden, daß bei Vereinigung der Untereinheitstypen die zur Befestigung dienenden Urafangslinien
weder in Fluchtung gelangen noch sich kreuzen, und daß
der Stapel durch nacheinander abwechselndes Anbringen der
beiden Untereinheittypen und deren Vereinigung durch Ver- >

schweißen jeweils durch die Platte der einen Untereinheit
hindurch mit den Abstandselementen der anderen Untereinheit ; fortschreitend aufgebaut wird. _:
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-; net, daß die Untereinheiten auf dem Wege des Laserschweißens gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-'

net, daß die Untereinheiten auf dem Wege des Elektronen- " Strahlschweißens gebildet werden. _;
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e η η -^! zeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Untereinheiten jeweils durch Laserschweißen miteinander verbunden
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Untereinheiten durch
Elektronenstrahlschweißen miteinander vereinigt werden.
6. Verfahren nach irgend einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die umfänglichen Abstandselemente einer der Untereinheiten von jedem Typ von dem gleichen Blech abtrennt.

•
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

■ net, daß die Abstandseleraente auf dem Wege des Laserj schneidens abgeschnitten werden.

,
8. Ein durch Schweißen zu einer Einheit zusammengebauter

ι Stapel von Platten zur Bildung eines Plattenwärmetauschers, i der nach dem Verfahren nach irgend einem der voranstehenden Ansprüche hergestellt ist.