DE10108185A1 - Plattenwärmetauscher mit mehreren Platten - Google Patents

Abstract

Ein Plattenwärmetauscher weist mehrere Platten auf, welche in einem Stapel derart angeordnet sind, daß zwischen den Platten Medienräume abwechselnd mit einem ersten und einem zweiten Medium beschickbar sind. Die Platten sind zwischen wenigstens zwei Abschlußelementen in der Art verpreßt, daß es zwischen den Medienräumen zu einer ausreichenden Abdichtung kommt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit mehreren Platten nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Derartige Plattenwärmetauscher sind beispielsweise in der DE 42 23 321 A1 beschrieben. Diese bestehen dabei aus mehreren profilierten Platten, welche in der Art übereinander gestapelt werden, daß sich zwischen den Platten Strömungsräume bilden, welche dann abwechselnd von einem ersten Medium und einem zweiten, üblicher­ weise als Wärmeträgermedium ausgebildeten, Medium durchströmt werden können.

Ein vergleichbarer Aufbau mit der Bezeichnung Schicht­ wärmetauscher wird außerdem durch die DE 198 15 218 A1 beschrieben. Dabei bilden mehrere Platten einen Schichtstapel, der zentriert in ein Gehäuse eingefügt ist und beispielsweise als Kühlelement in Kraftfahr­ zeugen oder Brennstoffzellensystemen Verwendung finden kann.

Eine grundlegende Problematik bei derartigen Aufbauten stellt jeweils die Abdichtung der einzelnen Platten bzw. die durch die Platten gebildeten Medienräume so­ wohl gegeneinander als auch gegenüber der Umgebung dar.

Die oben genannte DE 42 23 321 A1 geht dabei den Weg, daß die einzelnen Platten jeweils wechselseitig mit­ einander verschweißt werden. Der in der DE 198 15 218 A1 genannte Plattenstapel wird dagegen in seinem Ge­ häuse verlötet, um die gewünschte Abdichtung zu errei­ chen. In beiden oben genannten Fällen, also sowohl beim Abdichten der einzelnen Platten gegeneinander durch Verschweißen als auch durch Verlöten, entsteht durch dieses Verfahren ein nicht unerheblicher Aufwand bezüglich der Fertigung der oben genannten Plattenwär­ metauscher bzw. Schichtwärmeüberträger.

Neben diesen oben genannten Verfahren des Verschwei­ ßens oder Verlötens, welche auch bei mit hohen Tempe­ raturen belasteten Bauelementen vergleichsweise gut funktionieren, gibt es insbesondere aus dem Bereich der Lebensmitteltechnik, wo derartige Plattenwärmetau­ scher zum Sterilisieren bzw. Pasteurisieren von Flüs­ sigkeiten eingesetzt werden, Wärmetauscher welche zwi­ schen den einzelnen Platten jeweils über Dichtelemente verfügen. Sie bieten zwar den Vorteil, daß sie bei­ spielsweise zu Zwecken der Reinigung sehr leicht de­ montiert werden können, alle bekannten Dichtelemente erlauben jedoch keine allzu hohen Temperaturen, so daß diese beim Einsatz als Verdampfer und Überhitzer der­ zeit keine Verwendung finden können.

Bei Anwendungen für höhere Temperaturen kommen also nur die derzeit sehr aufwendigen Verfahren des Schwei­ ßens bzw. Verlötens in Frage, welche darüber hinaus den Nachteil haben, daß die Platten dann mit entspre­ chenden für die jeweiligen Herstellverfahren geeigne­ ten Materialien ausgeführt oder zumindest beschichtet sein müssen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Platten­ wärmetauscher zu schaffen, welcher für einen sehr gro­ ßen Temperaturbereich einsetzbar ist, und welcher be­ züglich seiner Herstellung einen sehr geringen Ferti­ gungsaufwand verursacht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß die einzelnen Platten zwischen wenigstens zwei schalenartigen Abschlußelementen verpreßt sind, kann eine ausreichende Dichtheit für eine große Zahl von Anwendungen erzielt werden, wobei der Fertigungs­ aufwand reduziert wird und außerdem der Einsatz von verschiedenartigen Materialien, gegebenenfalls auch einer durch Verlöten bzw. Verschweißen nicht zu erzie­ lenden Kombination von verschiedenen Materialien, für die Platten und/oder die schalenartigen Abschlußele­ mente realisiert werden kann.

Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung sind die schalenartigen Abschlußelemente in ihrer Hauptausrichtung überwiegend senkrecht zu den Platten des Plattenstapels angeordnet.

Der Plattenstapel des Plattenwärmetauschers wird also an den jeweiligen Umlaufkanten der einzelnen Platten von den beispielsweise zwei schalenartigen Abschluße­ lementen umfaßt und mit diesen verpreßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 den Plattenwärmetauscher in einer prinzipmäßi­ gen Explosionsdarstellung;

Fig. 2 eine Detailskizze einer der Platten in einer Nut;

Fig. 3 eine Detailskizze mit zwei Platten in einer Nut; und

Fig. 4 eine prinzipmäßige Möglichkeit der Anordnung der Platten zwischen den schalenartigen Ab­ schlußelementen.

In Fig. 1 ist eine dreidimensionale Explosionsdarstel­ lung eines prinzipmäßig angedeuteten Plattenwärmetau­ schers 1 erkennbar. Dieser besteht aus einem Stapel von mehreren Platten 2 bzw. Blechen 2 sowie zwei scha­ lenartigen Abschlußelementen 3 bzw. Halbschalen 3.

In diesen Halbschalen 3 sind in Fig. 1 prinzipmäßig angedeutete Nuten 4 eingebracht. Bei der Montage des Plattenwärmetauschers 1 werden die Platten bzw. Bleche 2 in den Nuten 4 eingelegt, woraufhin die beiden Halb­ schalen 3 mit den Platten verpreßt werden. Entlang ihrer Längskanten 5 können die beiden Halbschalen 3 nach erfolgtem Verpressen beispielsweise miteinander verschweißt werden.

Die sich bei dieser Herstellung zwischen den Platten 2 bildenden Medienräume 6 sind dabei über Öffnungen 7 in den Halbschalen 3 zugänglich. Zur Versorgung der Medi­ enräume 6 mit einem jeweiligen Medium können die Öff­ nungen 7 auf der Seite der Halbschale 3 von jeweils einem hier nicht dargestellten Kanal überspannt wer­ den, welcher dann mit den entsprechenden Anschlußele­ menten zur Verrohrung des Plattenwärmetauschers 1 mit Standardleitungselementen oder dergleichen versehen sein kann.

Beim Verpressen der Platten 2 mit den Halbschalen 3 kann über verschiedene an sich bekannte Verfahren er­ reicht werden, daß es zu einer Abdichtung oder zumin­ dest zu einer für den geplanten Einsatzzweck des Wär­ metauschers ausreichenden Abdichtung zwischen den ein­ zelnen Medienräumen 6 kommt.

Die Nuten 4 können dazu wie in Fig. 2 und Fig. 3 bes­ ser zu erkennen ist, eine leicht konische Form aufwei­ sen, so daß die Platten 2 beim Verpressen mit den Halbschalen 3 dichtend in diese Nuten eingepreßt wer­ den.

Zur Unterstützung dieses Effekts des Verpressens kön­ nen auch Temperaturunterschiede genutzt werden, bei­ spielsweise können die Platten 2 mit Raumtemperatur in zuvor aufgeheizte Halbschalen, beispielsweise 300°C, eingebracht werden. Beim Verpressen kommt es dann zu­ sätzlich zu dem durch das Verpressen aufgebrachten Druck durch den Ausgleich der unterschiedlichen ther­ mischen Ausdehnungen zu einer abdichtenden Wirkung zwischen den Platten 2 und/oder den Halbschalen 3.

Grundlegend läßt sich der Plattenwärmetauscher 1 dabei aus verschiedenen Materialien aufbauen, seine besonde­ ren Vorteile spielt er jedoch dann aus, wenn sowohl die Halbschalen 3 als auch die Platten 2 aus metalli­ schen Werkstoffen bestehen. Gegenüber herkömmlichen Plattenwärmetauschern 1, welche verlötet oder ver­ schweißt werden müssen, können verschiedene für diese Verfahren nicht geeignete Materialien zum Einsatz kom­ men, oder es können auch sehr unterschiedliche Mate­ rialien mit beispielsweise sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten, welche niemals miteinander verschweißt werden könnten, miteinander zu dem Plattenwärmetau­ scher 1 verpreßt werden.

Wie in Fig. 2 und Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist, sind dabei mehrere Möglichkeiten vorhanden, die ent­ sprechenden Platten 2 in den Nuten 4 der Halbschalen 3 zu verpressen.

Fig. 2 zeigt eine einzelne Platte 2, welche in der Nut 4 in der Halbschale 3 eingebracht und verpreßt wird. In Fig. 3 ist dagegen ein Plattenpaar in die Nut 4 eingebracht und kann mit dieser verpreßt werden. Die besonderen Vorteile einer derartigen Anordnung er­ schließen sich in Fig. 4, welche einen prinzipmäßigen Querschnitt über einen derartigen Plattenwärmetauscher 1 zeigt, in welchem jeweils zwei Platten 2 gemeinsam in einer Nut 4 verpreßt werden. Die Platten 2 sind dabei jeweils so gebogen, daß sie in der einen Nut 4 zusammen mit ihrer mit der einen Seite benachbarten Platte 2 verpreßt werden und daß sie in der gegenüber­ liegenden Nut 4 der anderen Halbschale 3 jeweils mit der auf ihrer anderen Seite benachbarten Platte 2 ver­ preßt werden. Damit ergeben sich zwischen den Platten 2 und den Halbschalen 3 entsprechende Medienräume 6, welche dann beispielsweise durch die aus Fig. 1 be­ kannten Öffnungen 7 mit den jeweiligen Medien versorgt werden könnten.

Der Aufbau zeigt neben einer Vereinfachung in der Fer­ tigung weitere Vorteile, welche sich insbesondere auf­ grund der einsetzbaren Materialien, der sehr schnellen Herstellung und des vergleichsweise geringen Gewichts erschließen.

Wie in Fig. 1 erkennbar, ist es dabei besonders gün­ stig, wenn die Platten 2 jeweils eine ovale Form auf­ weisen, da hier ein Einsetzen der einzelnen Platten in die Nuten 4 sehr leicht vonstatten geht, da diese die Nuten 4 in der einen der Halbschalen 3 erst dann be­ rühren, wenn sie komplett eingesetzt sind. Bei einem entsprechenden Aufbau mit viereckigen bzw. rechtecki­ gen Platten wäre dies nicht so einfach möglich, da hier Teile der Platten 2 in die Nut 4 geschoben werden müßten, ehe sämtliche Bereiche der Platte 2 in der Nut 4 fest anliegen.

Es ist jedoch durchaus auch denkbar, einen Plattenwär­ metauscher 1 in der hier dargestellten gesteckten und verpreßten Ausführung in einer anderen als der darge­ stellten ovalen Form herzustellen. So könnte bei­ spielsweise beim Einsatz eines viereckigen, insbeson­ dere eines quadratischen Plattenwärmetauschers 1 der Einsatz von mehreren Halbschalen 3, beispielsweise in Form von vier Abschlußelementen 3, welche dann, mit Ausnahme der Nuten 4, wenigstens annähernd flach aus­ gebildet sein könnten, sinnvoll sein. Hierbei würde lediglich der Aufwand entstehen, daß gegenüber den in Fig. 1 erforderlichen zwei Schweißnähte, vier Schweiß­ nähte, also eine an jeder Ecke der quadratischen Plat­ tenstapel, erforderlich wären.

Claims (10)

1. Plattenwärmetauscher mit mehreren Platten, welche in einem Stapel derart angeordnet sind, daß zwi­ schen den Platten Medienräume abwechselnd mit ei­ nem ersten und einem zweiten Medium beschickbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten zwischen wenigstens zwei Abschlußele­ menten (3) in der Art verpreßt sind, daß es zwi­ schen den Medienräumen (6) zu einer ausreichenden Abdichtung kommt.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelemente (3) als wenigstens zwei scha­ lenartige Abschlußelemente ausgebildet sind, wel­ che überwiegend senkrecht zu dem Stapel der Plat­ ten (2) angeordnet sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Abschlußelemente (3) miteinan­ der verschweißt sind.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung und Ableitung der Medien in die Me­ dienräume (6) durch Öffnungen (7) in den Abschluß­ elementen (3) realisiert ist.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) in auf die Abschlußelemente (3) aufgebrachte Kanäle zur Zuleitung und Ableitung der Medien münden.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2) jeweils eine wenigstens annähernd ovale Form aufweisen.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelemente (3) als zwei Halbschalen aus­ gebildet sind, welche die Platten (2) umfassen, wobei in den Halbschalen (3) Nuten (4) zur Aufnah­ me der Platten (2) angeordnet sind.

8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Platten (2) in einer Nut (4) angeord­ net sind, wobei die Platten (2) durch Biegung, Einprägungen oder dergleichen so geformt sind, daß sich zwischen den Platten (2) die Medienräume (6) ausbilden.

9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die zwei Platten (2) in der einen Nut (4) angeordnet sind, wobei die eine Platte (2) im Be­ reich der Nut (4) in der einen Halbschale (3) zu­ sammen mit der anderen benachbarten Platte (2) als im Bereich der Nut (4) der jeweils anderen Halb­ schale (3) angeordnet ist.

10. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Platte (2) in einer Nut (4) angeord­ net ist.