-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Bei
Plattenwärmetauschern
bilden eine Anzahl von profilgeprägten dünnen Platten mit Durchlassöffnungen
aneinander gereiht ein Paket von Fließspalten, die wechselseitig
von den wärmetauschenden
Medien durchflossen werden. Zwischen die Platten eingelegte Umfangsdichtungen
gewährleisten,
dass die gewünschte
Durchströmung
des Pakets erreicht wird, und dass dieses nach außen dicht ist.
Dabei sollen Plattenwärmetauscher
bei kompakter Bauweise eine große
Wärmetauschfläche bei möglichst
geringem Druckverlusten zur Verfügung stellen.
-
Häufig ist
es erforderlich, dass zumindest eines der Wärmetauschmedien, z.B. Kühlwasser,
gereinigt werden muss, bevor es in die engen Fliesspalten zwischen
den Wärmetauscherplatten
eintritt. Dazu ist es bekannt, den Plattenwärmetauschern separate Filter
vorzuschalten, was die kompakte Bauweise der Plattenwärmetauscher
konterkariert, da die separaten Filter einen erhöhten Platzbedarf benötigen, was
insbesondere unter beengten Raumverhältnissen kritisch ist und auch
zu erhöhten
Kosten führt.
-
Als
separate Filter kommen z.B. Automatikfilter F 450 der Firma Schünemann GmbH,
Bremen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um selbstreinigende und
im Wesentlichen wartungsfreie Filter. Diese besitzen ein zylindrisches
Gehäuse
mit einem darin koaxial angeordneten Filterkorb. Die zu reinigende
Flüssigkeit
wird über
einen Einlassstutzen dem Innenraum des Filterkorbs zugeführt. Das
zu reinigende Medium durchströmt
den Filterkorb von innen nach außen und wird in gereinigter
Form über
einen radialen Aus lassstutzen aus dem Filtergehäuse abgeführt. Der Filterkorb setzt sich
im Betrieb von hinten nach vorn immer mehr zu, so dass die Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums im Siebkorb nach und nach geringer wird. Das hat nach
Bernoulli zur Folge, dass der Druck im Siebkorb ansteigt. Nach dem
Erreichen eines gewissen Differenzdruckes zwischen dem Siebkorbinnenraum
und dem den Siebkorb umgebenen Raum löst ein Differenzdruckschalter
eine Selbstreinigung des Filters aus. Diese verläuft in zwei Phasen. Zunächst wird
ein Spülventil
geöffnet,
welches in einer Spülleitung
angeordnet ist, die von einer Spülkammer
abgeht. Diese ist an dem dem Eingang des Filters abgewandten Ende
angeordnet und mit dem Innenraum des Siebkorbes hydraulisch verbunden.
Durch Öffnen
des Spülventils erfolgt
eine Öffnung
gegenüber
dem Atmosphärendruck,
wodurch ein Spülstrom
durch den Innenraum des Filterkorbes ausgelöst wird. Aufgrund dieses Spülstroms
lösen sich
grobe Partikel von der Innenfläche
des Siebkorbs ab und verlassen den Filter über die Abflussleitung.
-
In
Phase 2 der Selbstreinigung des Filters werden auch die in der perforierten
Filterfläche
des Filters festsitzenden Ablagerungen ausgespült. In dieser Phase der Selbstreinigung
wird ebenfalls das Bernoulli-Prinzip ausgenutzt. Dazu wird aus dem Spülkasten
eine Spülscheibe
in den Filterkorb eingeführt,
die auf einer Kolbenstange sitzt, welche pneumatisch angetrieben
wird. Zwischen der Peripherie dieser Spülscheibe und der Innenseite
des Filterkorbs besteht nur ein geringer Spalt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit
des zu filternden Mediums in diesem Bereich stark erhöht wird.
Daraus resultiert ein Druckabfall im Innenraum des Filterkorbs an
dieser Stelle und damit eine Strömungsumkehr von
der Außenseite
des Filterkorbs in dessen Innenraum. Dadurch werden die Ablagerungen
aus den Perforationen des Filterkorbs entfernt und über die Spülleitung
abgeführt.
Nach dem der Siebkorb abgereinigt ist, wird das Spülventil
geschlossen und die Spülscheibe
nimmt durch Zurückfahren
der Kolbenstange wieder eine Position im Spülkasten ein.
-
Die
oben kurz beschriebenen automatischen Rückspülfilter der Firma Georg Schünemann GmbH haben
neben dem Selbstreinigungseffekt u.a. folgende Vorteile: Fortsetzung
der Filtration während
der Selbstreinigung, geringer Druckabfall, Filterfeinheiten von
ca. 0,1 bis 10 mm, geringe Spülmengen
und Medienverluste, Einbaulage beliebig variierbar.
-
Neben
Plattenwärmetauschern
mit separaten Filtern sind aber auch schon Plattenwärmetauscher
mit integrierten Filtern bekannt. Derartige gattungsgemäße Plattenwärmetauscher
sind beispielsweise in
GB-A
1 207 919 und
WO
02/052 215 A1 offenbart.
-
Bei
dem in der
GB-A 1 207
919 beschriebenen Plattenwärmetauscher ist ein zylindrischer
Hohlfilter in einen Einlasskanal des Wärmetauschers eingeschoben,
der mittels Abstandshaltern zentriert, d.h. konzentrisch im Einlasskanal
angeordnet ist. Der dadurch zwischen der Außenseite des Filters und der lichten
Weite des Einlasskanals gebildete Ringspalt ist dabei in seiner
radialen Weite so gewählt,
dass diese nicht größer als
die Maschen- oder Lochweite des Filters ist. Damit sollen bei einwandfreier
Ausfilterung der Feststoffe Strömungstoträume im Einlasskanal
vermieden werden. In einer Ausführungsform der
in
GB-A 1 207 919 offenbarten
Erfindung ist der Einlasskanal, in dem der Filter angeordnet ist,
durch einen Rohrstutzen über
das Ende des Plattenstapels hinaus verlängert. Der Filter ragt in diesen
Rohrstutzen, der durch einen Blindflansch verschlossen ist, hinein.
Nach dem Lösen
des Blindflansches kann der Filter aus dem Einlasskanal zur Reinigung
herausgezogen werden. In den Rohrstutzen ist eine Spülleitung
eingebunden, die in eine der Abflussleitungen des Plattenwärmetauschers
mündet. Über die
Spülleitung
strömt
ständig
ein kleiner Bypassstrom des Wärmetauschfluids,
dessen Größe durch
ein in die Spülleitung
eingebundenes Ventil einstellbar sein kann. Der Bypassstrom soll
bewirken, dass sich im Filter abgesetzte Feststoffe lösen und
in dem Bereich des Filters sammeln, der in den Rohrstutzen hineinragt.
Abgesehen davon, dass die sich im Rohrstutzen sammelnden Ablagerungen
den Beipassstrom langsam zum Versiegen bringen, reicht dieser ohnehin nur
aus, um sehr grobe Partikel vom Filter abzulösen. Insbesondere bei größerer Filterfeinheit
setzt sich der Filter bei dieser Lösung schnell zu, so dass der Filter
in Abhängigkeit
von dem Verschmutzungsgrad des einströmenden Wärmetauschmediums von Zeit zu
Zeit gereinigt werden muss. Dazu ist der Filter aus dem Plattenwärmetauscher
auszubauen. Abgesehen von den Aufwendungen für das Öffnen des Plattenwärmetauschers
und das Reinigen des Filters wird dadurch der Prozess unterbrochen.
-
Der
in der
WO 02/052 215
A1 offenbarte Plattenwärmetauscher
mit integriertem Filter weist die gleichen Nachteile auf.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Plattenwärmetauscher
gattungsgemäßer Art
zur Verfügung
zu stellen, der auch bei großer Filterfeinheit
eine Reinigung des Filters ohne Unterbrechung des Wärmetauschprozesses
ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Plattenwärmetauscher
gelöst,
der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
-
Der
Filtereinsatz eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
ist also selbstreinigend, in dem eine Reinigungsvorrichtung in bestimmten
Zeitintervallen den Innenraum des Hohlfilters zumindest teilweise
abfährt
und die Ablagerungen am und aus dem Hohlfilter entfernt. Zur Auslösung des
Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters sind in vorteilhafter Ausgestaltung
Mittel zur Differenzdrucküberwachung bzw.
zur Zeitintervallsteuerung vorgesehen. Zur Differenzdrucküberwachung
sind am Eingang des Hohlfilters und zwar auf dessen Innenseite und
Außenseite
Drucksensoren angeordnet, die bei einem entsprechenden Differenzdruck
den Selbstreinigungsmodus ein leiten. Anstelle oder zusätzlich zur
Differenzdrucküberwachung
kann auch eine Zeitintervallsteuerung vorgesehen sein. Werden beide
Steuerungsarten verwendet, so ist es zweckmäßig, wenn die Differenzdrucküberwachung
Vorrang vor der Zeitintervallschaltung hat.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Reinigungsvorrichtung
aus einem Spülkopf,
der auf einer axial im Hohlfilter verschiebbaren Kolbenstange sitzt,
sowie aus einer Spülarmatur,
deren Öffnen
eine Spülströmung im
Hohlfilter erzeugt.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Spülkopf
als Scheibe ausgebildet, die nach dem Bernoulli-Prinzip eine Geschwindigkeitserhöhung des
den Hohlfilter durchströmenden
Wärmetauschmediums
zwischen ihrer Peripherie und der Innenseite des Hohlfilters und
damit einen örtlichen Druckabfall
im Hohlfilter hervorruft. Diese Arbeitsweise entspricht der des
eingangs kurz beschriebenen selbstreinigenden Automatikfilters F
450 der Firma Georg Schünemann
GmbH.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Spülkopf
als Sprühkopf
ausgeführt sein, über den
Sprühstrahlen
auf die Innenseite des Hohlfilters gerichtet werden können. Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
der Spülkopf
neben seiner axialen Beweglichkeit auch eine Drehbeweglichkeit um die
Kolbenstange aufweist. Der Sprühkopf
kann auch so ausgelegt sein, dass mit ihm zusätzlich auch das oben beschriebene
Bernoulli-Prinzip verwirklicht werden kann.
-
Der
Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters gestattet es, diesen mit einer
großen
Filterfeinheit von z.B. 0,1 mm auszustatten, so dass auch relativ feine
Partikel aus dem Wärmetauschmedium
ausgefiltert werden können,
was die Standzeit des Plattenwärmetauschers
erhöht.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In
der dazugehörigen
Zeichnung zeigt in rein schematischer Weise:
-
1 einen
Querschnitt durch den unteren Bereich eines Plattenwärmetauschers
mit einem selbstreinigenden Filtereinsatz nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
-
2 einen
Querschnitt durch den unteren Bereich eines Plattenwärmetauschers
mit einem selbstreinigenden Filtereinsatz nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
Der
in der Zeichnung gezeigte Plattenwärmetauscher 1 besitzt
Wärmetauscherplatten 2,
die in ein nicht dargestelltes Gestell eingehängt sind und mittels ebenfalls
nicht dargestellter Spannschrauben zwischen zwei Spannplatten 3 und 4 verspannt
werden, so dass die Wärmetauscherplatten 2 in
einem Paket dicht aneinander liegen.
-
Jede
Wärmetauscherplatte 2 weist
vier aus der Darstellung nicht ersichtliche Ein- bzw. Austrittsöffnung auf
und ist in dem Bereich zwischen diesen Öffnungen profiliert. Mit dieser
Profilierung stützen sich
die Wärmetauscherplatten 2 aneinander
ab. Des Weiteren sorgt diese Profilierung für eine Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche und
für die
Erzeugung von dem Wärmeübergang
förderlichen
Turbulenzen der Strömung
zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sowie
für eine
bessere Verteilung der wärmetauschenden
Medien über
die Fläche
der Wärmetauscherplatten 2.
Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 eingelegte
Umfangsdichtungen sorgen zum einen dafür, dass die wärmetauschenden
Medien nicht nach außen
dringen können,
insbesondere aber auch dafür,
dass die Medien separiert voneinander jeweils jedes zweite Wärmetauscherplattenpaar durchströmen. Der
Zu- bzw. Abfluss
der wärmetauschenden
Medien erfolgt über
Rohrstutzen 5, von denen aus der Zeichnung aufgrund der
Darstellung nur ein Rohrstutzen 5 ersichtlich ist. Die
Rohrstutzen 5 fluchten mit den Aus- und Eintrittsöffnungen
der Wärmetauscherplatten 2,
die bei zu einem Paket zusammengepressten Wärmetauscherplatten 2 Ein-
und Auslasskanäle 6 für die Wärmetauschmedien
bilden.
-
Die
oben stehend, kurz erläuterte
Konstruktion eines Plattenwärmetauschers 1 ist
allgemein bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterungen.
-
Neu
an dem in 1 dargestellten Plattenwärmetauscher 1 ist
ein in den Einlasskanal 6 eines der Wärmetauschmedien eingelassener
Hohlfilter 7, der in Abpassung an die kreisrunden Ein-
bzw. Austrittsöffnungen
der Wärmetauscherplatten 2 einen kreisförmigen Querschnitt
besitzt und sich über
die gesamte Länge
des Pakets aus Wärmetauscherplatten 2 erstreckt.
Das einlaufseitige Ende des Hohlfilters 7 ist in den Einlaufstutzen 5 und
das auslaufseitige Ende in einen Spülkasten 8 eingebunden,
und zwar derart, dass ein in Richtung des Pfeils 9 in den Plattenwärmetauscher 1 einströmende Wärmetauschmedium
nicht unter Umgehung des Hohlfilters 7 in die zwischen
den Wärmetauscherplatten 2 gebildeten
Fließspalte 10 eintreten
kann. Die Wärmetauscherplatten 2 sind
durch die eingelegten Dichtungen so „geschaltet", dass das durch
den Hohlfilter 7 gefilterte Wärmetauschmedium nur in jeden
zweiten, zwischen den Wärmetauscherplatten 2 gebildeten
Fließspalt 10 eintreten
kann, wie durch die Pfeile 11 angedeutet ist. In die dazwischen
liegenden Fließspalte 10 der
Wärmetauscherplatten 2 tritt
von oben im Gegenstrom ein anderes Wärmetauschmedium ein, welches
nach dem Durchströmen
der Fließspalte 10 in einen
aus der Darstellung nicht ersichtlichen Auslasskanal einströmt und durch
diesen den Plattenwärmetauscher 1 verlässt.
-
Am
Eingang des Hohlfilters 7 sind in dessem Innenraum und
im Außenraum
zwei Drucksensoren 12 angeordnet, über die der Differenzdruck
zwischen diesen beiden Messpunkten ermittelt wird. Nach Erreichen
eines vorgegebenen Differenzdruckes wird über eine Steuerung ein Selbstreinigungsmodus
des Hohlfilters 7 eingeleitet. Dazu ist eine Reinigungsvorrichtung
vorgesehen. Diese besteht aus einer Spülscheibe 13, die am
Ende einer Kolbenstange 14 angeordnet ist, welche über einen
Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 15 axial in den Hohlfilter 7 ein-
und ausfahrbar ist, wie durch einen Pfeil 16 angedeutet. Weiterhin
gehört
zur Reinigungsvorrichtung eine Spülleitung 17, die an
den Spülkasten 8 angeflanscht ist,
und ein Spülventil 18 aufweist.
-
Bei
Auslösung
des Selbstreinigungsmodus wird zunächst das Spülventil 18 geöffnet, wodurch eine
geringe Spülströmung durch
den Hohlfilter 7 einsetzt. In dieser Phase des Selbstreinigungsmodus
ist die Kolbenstange 14 vollständig eingefahren, so dass sich
die Spülscheibe 13 im
Spülkasten 8 befindet.
Aufgrund der Spülströmung werden
grobe Partikel, die sich auf der Filteroberfläche abgesetzt haben, von dieser
abgehoben und in den Spülkasten 8 überführt, den
sie über
die Spülleitung 17 verlassen.
Feine Partikel, die sich in der Perforation des Hohlfilters 7 festgesetzt
haben, können
durch diesen Spülvorgang
nicht entfernt werden. Daher wird eine zweite Phase des Selbstreinigungsmodus
eingeleitet. Dazu wird die Kolbenstange 14 und damit auch
die Spülscheibe 13 in
den Hohlfilter 7 eingefahren, wie in 1 dargestellt
ist. Zwischen der Peripherie der Spülscheibe 13 und der
Innenseite des Hohlfilters 7 besteht ein kleiner Ringspalt,
in dem durch die Verringerung des Strömungsquerschnittes eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
herrscht. Diese bewirkt einen starken Abfall des statischen Drucks
im Innenraum des Hohlfilters 7 der geringer ist als der
statische Druck in den Fließspalten 10 zwischen
den Wärmeübertragungsplatten 2.
Das führt
im Bereich der Spülscheibe 13 zu
einer Strömungsumkehr,
so dass die in der Perforation des Hohlfilters 7 festsitzenden
Partikel gelöst
und in den Innenraum des Hohlfilters 7 gesaugt werden,
den sie dann über
die Spülleitung 17 verlassen.
Der Kolben 14 und damit die Spülscheibe 13 kann gegebenenfalls
mehrfach im Hohlfilter 7 hin und her bewegt werden, bis
der gewünschte
Reinigungseffekt erreicht ist. Während
des Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters 7 wird der Wärmeaustauschprozess
im Plattenwärmetauscher 1 nicht
unterbrochen.
-
Bei
Beendigung des Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters 7 fährt die
Kolbenstange 14 die Spülscheibe 13 in
den Spülkasten 8 zurück und das
Spülventil 18 wird
geschlossen.
-
Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 unterscheidet
sich von dem gemäß 1 dadurch, dass
bei der Reinigungsvorrichtung anstelle der Spülscheibe 13 ein Sprühkopf 19 Anwendung
findet. Dieser besitzt Sprühdüsen, über die
Reinigungsstrahlen 20 auf die Filteroberfläche gerichtet
werden können,
die Verunreinigungen von und aus der Filteroberfläche entfernen.
Neben der axialen Beweglichkeit des Sprühkopfes 19 kann dieser
auch drehbar an der Kolbenstange 14 befestigt sein, wie
durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Der Sprühkopf 19 kann ebenfalls
mit einem geringen Abstand seiner Peripherie zur Innenseite des
Hohlfilters 7 ausgeführt werden,
so dass zusätzlich
zu der Wirkung der Spülstrahlen 20 der
zum ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 erläuterte Bernoulli-Effekt
ausgenutzt werden kann. Ansonsten verläuft der Selbstreinigungsmodus
des Hohlfilters 7 gemäß dem Ausführungsbeispiel
2 in den zwei Phasen gemäß dem Ausführungsbeispiel
zu 1.