DE3641458A1 - Plattenwaermeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt sind Plattenwärmeaustauscher, bei denen mehrere dünne, geprägte Einzelplatten mit Hilfe von Dichtungen so zu einem Plattenpaket zusammengefügt sind, daß die zwischen den einzelnen Platten gebildete Fließspalte abwechselnd von zwei, im Temperaturniveau unterschiedlichen Medien durchflossen werden, so daß über die Plattenwandungen ein Wärmeaustausch erfolgt. Die Prägungen in den Platten bestimmen die Durch­ flußrichtung der Medien, aber auch die Turbulenz und über­ nehmen die Druckabstützung der einzelnen Platten unterein­ ander. Bekannt sind geprägte Platten mit zick-zack-förmigem Muster, die mit einer einseitigen, in eine Sicke eingeklebten Dichtung versehen sind und die durch abwechselnde Drehung um 180 Grad in der Ebene so aufeinander gelegt werden, daß sich die Prägungen kreuzen. Dabei sind die Dichtungen im Bereich der Öffnungen so angeordnet, daß bei Verwendung der gleichen Platte die jeweilige Ein- und Austrittsöffnung für die beiden Medien von einer zur anderen wechseln. Ein optimaler, gleichmäßiger Durchfluß durch die Fließspalte wird aber dadurch verhindert, daß die Prägungen der Platten den Durchfluß auf beiden Medienseiten beeinflussen, d.h. durch das Kreuzen der Prägungen kann keine eindeutige Durchflußrichtung erzwungen werden und durch Verwendung der gleichen Platten, wie das aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel der Fall ist, ist zwangs­ läufig Ein- und Auslaßöffnung eines Fließspaltes auf der gleichen Längsseite, so daß sich das gasförmige oder flüssige Medium immer den kürzesten Weg zwischen Ein- und Auslaß­ öffnung sucht.

Die Druckabstützung der einzelnen Wärmeübertragungs­ platten erfolgt durch das kreuzweise Aufliegen der Prägungen und ist damit in der Größe durch die mechanische Belastbar­ keit des Materials begrenzt.

Im Bereich der Öffnungen ist, um den wechselnden Durch­ fluß der Medien zu erreichen, abwechselnd eine Dichtung und ein Fließspalt angeordnet. Dadurch ist der Gegendruck, der für das Abdichten zwischen den Medien notwendig ist, nicht hundertprozentig gewährleistet. Man versucht zwar, durch punktförmige Auflager neben der Dichtung bzw. der Dichtungs­ sicke im Fließspalt eine brückenmäßige Abstützung zu erreichen, doch da diese Abstützung bei dem dünnen Plattenmaterial nicht ganz sicher ist, wird in einem bestimmten Abstand zu der Öff­ nungsdichtung wiederum mit seitlichen Auflagern versehen eine zweite Dichtung angebracht. Der zwischen den beiden Dichtungen entstehende Sicherheitsraum wird mit Öffnungen nach außen ver­ sehen, damit im Falle einer Undichtigkeit ein Mischen der Medien verhindert und ein Ausfluß nach außen ermöglicht wird. Die Fläche des Sicherheitsraumes geht als Wärmeaustauschfläche verloren.

Da die Platten in einem möglichst engen Muster geprägt werden müssen, um eine gewisse Turbulenz zu erhalten, aber auch, um eine bestimmte Druckabstützung zu gewährleisten, darf das Material eine bestimmte Dicke nicht überschreiten, weil sonst im Material Risse entstehen. Trotz einer üblicherweise sehr dünnen Wandstärke für die Platten sind laufende Rißprüfungen aus Sicherheitsgründen notwendig. Darüber hinaus ist nicht jedes Material gleichermaßen zum Prägen geeignet, und die zwangsläufig eingebrachten Prägespannungen könnten auch nach­ träglich, teilweise unter Einfluß der Durchflußmedien, zu Materialrissen führen.

Bei Ausfall von Platten durch Korrosion, Risse oder dergleichen müssen Originalplatten vom Hersteller beschafft oder in genügender Menge bevorratet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Plattenwärmeaustauscher zu entwickeln, der weitest­ gehend die vorbeschriebenen Nachteile ausschaltet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die Fließ­ spalte im Plattenwärmeaustauscher jeweils durch eine ebene Platte und eine profilierte Turbulenzplatte begrenzt. Dies hat den Vorteil, daß die Strömung im Fließspalt nicht beein­ flußt wird vom Turbulenzprofil der benachbarten Turbulenz­ platte. Die Druckabstützung zwischen den aufeinanderfolgenden Platten erfolgt nicht mehr nur an den Kreuzungspunkten der Prägungen benachbarter Platten, sondern kann bei der Gestaltung der Turbulenzplatten individuell berücksichtigt werden. Dadurch können höhere Drücke zugelassen werden. Durch den Wegfall der Prägungen in den Wärmeübertragungsplatten können die gefähr­ lichen Prägespannungen nicht mehr auftreten und die damit verbundene Rißgefahr ist gebannt. Für die Wärmeübertragungs­ platten kann jedes geeignete Plattenmaterial unabhängig von der Prägefähigkeit in jeder beliebigen Dicke verwendet werden. Durch Wahl dickerer Wärmeübertragungsplatten ist der Einsatz höherer Drücke möglich und kann vor allem die Sicherheit gegen Durchkorridieren wesentlich verbessert werden. Die erfindungs­ gemäß vorgesehene ebene Wärmeübertragungsplatte hat ferner den Vorteil, daß Ersatzplatten ohne nennenswerten Aufwand in jeder Werkstatt aus handelsüblichen Blechplatten hergestellt werden können.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Turbulenzplatten können, wie im Anspruch 2 angegeben, aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Im Fall der Ausbildung aus Kunststoff ist es vorteilhaft, die Dichtung einstückig mit der Turbulenzplatte auszubilden, wie dies im Anspruch 9 angegeben ist. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Turbulenzplatten im Bereich der Öffnungen mit einem vor­ stehenden Rand zur Abstützung in den Öffnungen der Wärme­ übertragungsplatte auszubilden, wie dies im Anspruch 10 an­ gegeben ist.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 kann eine an das jeweilige Medium angepaßte optimale Turbulenz im Fließ­ spalt erreicht werden.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 ist eine weitere Optimierung der Anpassung an die verwendeten Medien erreichbar.

Vorteilhaft ist es, wenn die Turbulenzplatten zur Druck­ abstützung der ebenen Wärmeübertragungsplatten ausgebildet sind, wie dies im Anspruch 5 angegeben ist.

Durch die vorteilhafte und zweckmäßige weitere Ausge­ staltung gemäß Anspruch 6 wird eine Vergrößerung der Wärme­ austauschfläche bewirkt, wenn die Turbulenzplatten aus Metall bestehen.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen und Anord­ nungen der Dichtung sind in den Unteransprüchen 7 und 8 an­ gegeben. Dadurch, daß die Turbulenzplatten beidseitig mit einem Turbulenzprofil und einer Dichtung versehen sind, kann durch Drehen der Turbulenzplatte um die eigene Achse um 180° ein Wechsel der Ein- und Austrittsöffnungen erreicht werden, und zwar auch dann, wenn die Ein- und Auslaßöffnungen für das jeweilige Medium diagonal gegenüberliegen. Hierdurch und zu­ sammen mit der exakten Medienführung, die durch das sich nicht gegeneinander beeinflussende Turbulenzprofil erreicht wird, ist ein besonders gleichmäßiger Durchfluß durch den Fließspalt erzielbar.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 kann ein Heraus­ rutschen der Dichtung aus dem Plattenpaket sicher verhindert werden.

Durch die vorteilhafte und zweckmäßige weitere Ausge­ staltung nach Anspruch 12 kann vor allem dann, wenn die Durch­ flußmenge eines der Medien klein ist, ein mehrwegiger Durch­ fluß und damit ein besserer Wärmeübergang für dieses Medium erreicht werden. Diese Lösung erlaubt es auch, alle Anschlüsse auf eine Seite des Plattenwärmeaustauschers, d.h. in eine der Druckplatten zu legen.

Bei einer Ausführung gemäß Anspruch 16, durch die die Medien bei kleinen Durchflußmengen mehrflutig durch den Platten­ wärmeaustauscher geleitet werden, sind die Ein- und Auslässe auf verschiedenen Seiten anzuordnen.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 13 wird eine be­ sonders gute Anpressung der Dichtung erreicht, wodurch eine Gefahr eines Austritts der Medien und die Gefahr eines Mischens derselben verringert wird. Zur Erhöhung der Sicherheit kann zu­ sätzlich noch eine Ausbildung gemäß Anspruch 14 vorgesehen werden. Durch diese Maßnahme wird mit Sicherheit bei einer Undichtigkeit ein Mischen der Medien verhindert.

Gemäß Anspruch 15 können die Turbulenzplatten aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Dies ist vor allem bei größeren Plattenwärmeaustauschern aus herstellungstechnischen und wirt­ schaftlichen Gründen von Vorteil. Wenn man auf die Möglichkeit des Reinigens und des leichten Austausches von Platten, die durch Korrosion oder dergleichen ausgefallen sind, verzichten will, ist auch eine Verbindung der Platten untereinander, wie im Anspruch 17 angegeben, möglich.

Im Anspruch 18 ist eine zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildung für den Fall angegeben, daß die hintere Druck­ platte keine Anschlüsse aufweist. Durch diese Ausbildung kann der Plattenwärmeaustauscher direkt an einen Tank angebaut werden, wobei der Ausfluß aus dem Plattenwärmeaustauscher durch die hintere Druckplatte in den Tank erfolgt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Plattenpakets eines Wärmeaustauschers in auseinanderge­ zogener Darstellung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beim erfindungsgemäßen Plattenwärme­ austauscher eingesetzten Turbulenzplatte,

Fig. 3 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein Plattenpaket mit einer ersten Ausführungs­ form der Turbulenzplatte,

Fig. 4 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein Plattenpaket mit einer zweiten Ausführungs­ form der Turbulenzplatte und

Fig. 5 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein Plattenpaket mit einer dritten Aus­ führungsform der Turbulenzplatte.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Plattenpaket 2 eines Plattenwärmeaustauschers aus abwechselnd aneinander­ gereihten Wärmeübertragungsplatten 4, die als ebene Platten ausgebildet sind, und Turbulenzplatten 6, die beidseitig Turbulenzprofile sowie beidseitig am Rand 9 und teilweise im Bereich der Durchflußöffnungen 11 Dichtungen 10 aufweisen. Unter Verwendung von endseitigen Druckplatten (nicht darge­ stellt), die auch die üblichen Anschlüsse (nicht dargestellt) aufnehmen, werden die ebenen Wärmeübertragungsplatten 4 und die Turbulenzplatten 6 zu dem Plattenpaket 2 zusammengefügt. Die Turbulenzplatten 6 bestehen aus Metall oder Kunststoff. Zwischen den Wärmeübertragungsplatten 4 und den Turbulenz­ platten 6 sind Fließspalte 12 gebildet.

Das Turbulenzprofil aufeinanderfolgender Turbulenzplatten beeinflußt durch Zwischenschaltung der ebenen Wärmeübertragungs­ platten 4 jeweils nur einen Fließspalt. Dadurch ist es möglich, durch verschiedene, den Medien angepaßte Turbulenzplatten einen individuellen und optimalen Wärmeübergang zu erreichen. Für die gegenseitige Druckabstützung von Wärmeübertragungsplatte und Turbulenzplatte kann die Turbulenzplatte individuell ge­ staltet werden. Am einfachsten ist es, zur Druckabstützung die vorgesehenen Turbulenzprofile fest an die Wärmeüber­ tragungsplatten anzudrücken. Hierdurch erfolgt die Druck­ unterstützung relativ großflächig, was die Anwendung höherer Drücke ermöglicht; außerdem wird hierdurch eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche erreicht.

Die Fig. 2 zeigt eine einzelne Turbulenzplatte in der Ansicht. Die Turbulenzplatte 6 ist mit einer am Rand umlau­ fenden Dichtung 10 versehen, die auch an zwei diagonal ange­ ordneten Durchflußöffnungen 11 vorgesehen ist.

Anstelle beidseitiger Dichtungen kann auch eine Profil­ dichtung 14 gemäß Fig. 3 vorgesehen werden, die über den Rand 9 der Turbulenzplatte gezogen ist. Diese Profildichtung 14 kann auch anvulkanisiert werden. Vorzugsweise weist die Turbulenzplatte im Bereich der Profildichtung 14 eine Sicke, Nut oder Feder 16 auf, wodurch eine formschlüssige Verbindung mit der Profildichtung 14 erreicht wird und ein Herausrutschen der Dichtung sicher verhindert wird.

Wenn die Turbulenzplatten 6 aus Kunststoff hergestellt werden, werden die Dichtungen als einstückige, an den Turbu­ lenzplatten angeformte Dichtungen 13 ausgebildet, vgl. Fig. 4 und 5. Diese angeformte Dichtung ist sowohl am Rand als auch im Bereich der Durchflußöffnungen vorgesehen. Zur Erzielung eines sicheren Sitzes weist die angeformte Dichtung 13 einen vorstehenden Rand 15 auf, der in die Durchflußöffnung der ebenen Wärmeübertragungsplatte 4 eingreift zur Abstützung der Turbulenzplatte in der Durchflußöffnung der Wärmeüber­ tragungsplatte.

Zur Abstützung der Dichtung 10, 13, 14 im Bereich der Durchflußöffnung 11 im Fließspalt können Unterstützungs­ rippen vorgesehen werden oder kann das Turbulenzprofil durch­ gezogen ausgebildet sein, um eine gute Anpressung der Dichtung zu erzielen. Zur Sicherheitserhöhung kann ferner mittig der Dichtung eine Rille 22 vorgesehen werden, wie dies in den Fig. 3 und 5 eingezeichnet ist, die nach außen geführt ist und bei Austritt der Medien ein Mischen der Medien sicher verhindert.

Die Abdichtung der einzelnen Platten des Wärmeaus­ tauschers gegeneinander mit Hilfe der beschriebenen Dich­ tungen erleichtert das Reinigen und den Austausch von Platten. Wenn man hierauf verzichten will, können die Platten zur Ver­ bindung miteinander auch verschweißt, verlötet oder verklebt werden. Die Platten weisen - wie üblich - eine rechteck­ förmige Form auf; sie können aber auch quadratisch oder von anderer geeigneter Form sein.

Claims (18)

1. Plattenwärmeaustauscher, bestehend aus mehreren unter Zwischenschaltung von Dichtungen und unter Verwendung von Druckplatten zu einem Plattenpaket zusammenfügbaren Wärme­ übertragungsplatten aus Metall oder Kunststoff, zwischen denen benachbarte Fließspalte gebildet sind, die aufeinander­ folgend über Plattendurchflußöffnungen abwechselnd von einem wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Medium durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenpaket (2) als Wärmeübertragungsplatten ebene Platten (4) aufweist, zwischen denen Turbulenzplatten (6) an­ geordnet sind, deren Oberfläche zur Erzeugung von Strömungs­ turbulenzen im Fließspalt ein- oder beidseitig Turbulenzpro­ file aufweisen.

2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) aus Metall oder Kunststoff bestehen.

3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Turbulenz­ profil (8) der Turbulenzplatten (6) den jeweils eingesetzten Medien und/oder mit Druck anpaßbar ist.

4. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) in ein und demselben Platten­ paket (2) für die beiden Medien im Material und/oder im Turbulenzprofil (8) unterschiedlich ausgebildet sind.

5. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) zur Druckabstützung der ebenen Wärmeübertragungsplatten (4) ausgebildet sind.

6. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Turbulenz, Druckunterstützung und Medienführung vorgesehenen Turbulenzprofile (8) der Turbulenzplatten (6) zum festen Andrücken an die Wärmeübertragungsplatten (4) ausgebildet sind.

7. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) beidseitig am Rand (9) und teilweise im Bereich der Plattendurchflußöffnungen (11) mit einer Dichtung (10) versehen sind.

8. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitige Dichtung (10) als Profildichtung (14) ausgebildet und über den Rand (9) der Turbulenzplatten (6) gezogen oder am Rand anvulkani­ siert ist.

9. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) im Bereich der Profildichtungen (14) mit einer Sicke, Nut oder Feder (16) versehen sind zur Aufnahme eines komplementär ausgebildeten Profils der Dichtung.

10. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen bei Verwendung von Kunststoff als Material für die Turbulenzplatten am Rand (9) und im Bereich der Durchflußöffnungen (11) als mit den Turbulenzplatten ein­ stückige, angeformte Dichtungen (13) ausgebildet sind.

11. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) im Bereich der Durchflußöffnungen (11) mit einem vorstehenden Rand (15) zur Abstützung in den Öffnungen der Wärmeübertra­ gungsplatten (4) ausgebildet sind.

12. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) mit Sicken oder Nuten (18) quer zur Strömungsrichtung versehen sind, derart, daß durch teilweises Einlegen von Dichtungsstreifen (20) ein mehrwegiger Durch­ fluß durch die Fließspalte (12) erhalten wird.

13. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Durchflußöffnungen (11) der Turbulenzplatten (6), dort, wo durch Wechsel zwischen Fließspalt und Dichtung ein wechselnder Durchfluß der Medien erreicht wird, unter der Dichtung (10, 13, 14) im Fließspalt Unterstützungsrippen vorgesehen sind oder die Turbulenzprofile (8) durchgezogen sind.

14. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dichtung (10, 13, 14) im Bereich der Plattendurchfluß­ öffnungen (11) auf beiden Seiten etwa mittig nach außen füh­ rende Rillen (22) ausgebildet sind.

15. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) aus mehreren Teilen zusammen­ gesetzt sind.

16. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien ein- oder mehrflutig durch den Plattenwärme­ austauscher geleitet werden.

17. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Wärmeübertragungsplatten (4) und die Turbulenz­ platten (6) unter Weglassung der Dichtungen (10, 13, 14) mit­ einander verlötet, verschweißt oder verklebt sind.

18. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenwärmeaustauscher über die hintere, den Anschlüssen abgewandte Druckplatte mit einem Tank verbindbar ist.