DE102010036664B4

DE102010036664B4 - Plate heat exchangers

Info

Publication number: DE102010036664B4
Application number: DE102010036664.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Rehberg; Michael Rehberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: DE102010036664A1

Abstract

Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von jeweils um 180° zueinander gedreht übereinander gestapelten und an den Kontaktstellen miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten (1) mit fischgrätmusterartigem Wellenfeld (3) und in den Eckbereichen ausgebildeten ersten und zweiten Durchbrüchen (4, 5) umfasst, die in Längsrichtung gegenüberliegend jeweils in einer oberen Plattenebene (6) in Höhe der Wellenberge und in einer unteren Plattenebene (7) in Höhe der Wellentäler ausgebildet sind, wobei die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen (6, 7) jeweils einen Eintrittsbereich (8) und einen Austrittsbereich (9) für ein Wärmeübertragungsmedium bilden, in dem die Wärmeübertragungsplatten (1) über von den Plattenebenen vorspringende Stützelemente verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente als am inneren Umfangsrand der oberen und unteren Plattenebene (6, 7) aufeinanderfolgende, in Strömungsrichtung im Ein- und Austrittsbereich (8, 9) beidseitig offene, im Wesentlichen U-förmige und von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Stützlaschen (10) ausgebildet sind, die jeweils über einem unmittelbar vom Umfangsrand ausgehenden Ausschnitt (13) angeordnet sind.A plate heat exchanger comprising a plurality of heat transfer plates (1) with fischgrätmusterartigem wave field (3) and at the contact points connected to each other at the contact points and formed in the corner regions formed first and second openings (4, 5), opposite in the longitudinal direction in each case in an upper plate plane (6) at the level of the wave crests and in a lower plate plane (7) are formed at the level of the wave troughs, wherein the opposing upper and lower plate planes (6, 7) each have an inlet region (8) and an outlet region (9) for a heat transfer medium in which the heat transfer plates (1) are connected by projecting from the plate planes supporting elements, characterized in that the support elements as at the inner peripheral edge of the upper and lower plate plane (6, 7) successively, in the flow direction in the and exit bar I (8, 9) open on both sides, substantially U-shaped and can be flowed through by the heat transfer medium support tabs (10) are formed, which are each arranged above a directly from the peripheral edge outgoing cutout (13).

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von jeweils um 180° zueinander gedreht übereinander gestapelten und an den Kontaktstellen miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten mit fischgrätmusterartigem Wellenfeld und in den Eckbereichen ausgebildeten ersten und zweiten Durchbrüchen umfasst, die in Längsrichtung gegenüberliegend jeweils in einer oberen Plattenebene in Höhe der Wellenberge und in einer unteren Plattenebene in Höhe der Wellentäler ausgebildet sind, wobei die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen jeweils einen Eintrittsbereich und einen Austrittsbereich für ein Wärmeübertragungsmedium bilden, in dem die Wärmeübertragungsplatten über von den Plattenebenen vorspringende Stützelemente verbunden sind.The invention relates to a plate heat exchanger, which comprises a plurality of each rotated by 180 ° to each other stacked and interconnected at the contact points heat transfer plates with fischgrätmusterartigem wave field and formed in the corner regions first and second openings, the opposite longitudinally in each case in an upper plane of the plate in height the wave crests and are formed in a lower plate level at the level of the wave troughs, wherein the spaced upper and lower plate planes each form an inlet region and an exit region for a heat transfer medium, in which the heat transfer plates are connected via projecting from the plate planes support elements.

Plattenwärmeübertrager der eingangs erwähnten Art werden zur Wärmeübertragung von einem meist flüssigen Medium auf ein anderes meist flüssiges Medium, die jeweils in benachbarten, zwischen aneinandergrenzenden Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungskanälen fließen, genutzt. Ein derartiger Plattenwärmeübertrager ist beispielsweise aus der DE 199 59 780 A1 bekannt. Die aneinandergrenzenden, jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelten Platten sind an den Kontaktflächen zwischen ihren hochgezogenen Rändern, an den Berührungspunkten zwischen den sich kreuzenden Wellenbergen und an den jeweils aneinanderstoßenden oberen und unteren Plattenebenen im Bereich der Durchbrüche fest und abdichtend miteinander verbunden. Zur besseren gegenseitigen Abstützung der Wärmeübertragungsplatten im Eintritts- und Austrittsbereich wird in der DE 199 59 780 A1 die Ausbildung von sich im Eckbereich der Wärmeübertragungsplatten erstreckenden, an den hochgezogenen Rand angrenzenden Vertiefungen vorgeschlagen. Im Ein- und Austrittsbereich des zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten bestehenden Strömungskanals sind die einander berührenden Vertiefungen miteinander verlötet, so dass in diesem Eckbereich eine höhere Stabilität gewährleistet ist.Plate heat exchangers of the type mentioned are used for heat transfer from a mostly liquid medium to another usually liquid medium, each flowing in adjacent, formed between adjacent heat transfer plates flow channels. Such a plate heat exchanger is for example from the DE 199 59 780 A1 known. The contiguous, each stacked by 180 ° stacked plates are firmly and sealingly connected to each other at the contact surfaces between their raised edges, at the points of contact between the crossing crests and at the abutting upper and lower plate planes in the region of the apertures. For better mutual support of the heat transfer plates in the inlet and outlet area is in the DE 199 59 780 A1 the training proposed by itself in the corner of the heat transfer plates extending, adjacent to the raised edge recesses. In the inlet and outlet region of the existing between two heat transfer plates flow channel, the mutually contacting recesses are soldered together, so that in this corner region a higher stability is ensured.

Aufgrund der im Plattenwärmeübertrager herrschenden hohen Drücke werden die Wärmeübertragungsplatten im Bereich der voneinander beabstandeten, nicht miteinander verbundenen oberen und unteren Plattenebene zur Bildung der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung des jeweiligen Strömungskanals auseinandergedrückt und derart verformt, dass es im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen und der anschließenden Wellen zur Rissbildung kommt und der Wärmeübertrager undicht und mithin unbrauchbar wird.Due to the high pressures prevailing in the plate heat exchanger, the heat transfer plates are pressed apart in the region of the spaced, not interconnected upper and lower plate plane to form the inlet opening and the outlet opening of the respective flow channel and deformed such that it in the region of the inlet and outlet openings and the subsequent Waves to cracking occurs and the heat exchanger is leaking and therefore unusable.

Bei einem aus der DE 199 17 761 C1 bekannten Plattenwärmeübertrager sind in die den jeweiligen Durchbruch umgebende Plattenebene Zähne eingeprägt, die sich radial zu den Wellenbergen hin erstrecken und die so hoch wie die Wellenberge sind. An den Eintritts- und Austrittsbereichen des Strömungskanals stoßen die Zähne aufeinander und sind miteinander verlötet, so dass auch in diesem Teil des Plattenwärmeübertragers eine ausreichende Stabilität gewährleistet ist. Nachteilig ist der durch die geschlossenen Zähne verringerte und nicht für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Wärmeaustauschbereich. Die erforderliche Dichtfläche zwischen Mediendurchtritt und den auf einem Kreisbogen angeordneten Zähnen verringert die freie Strömungsfläche im Mediendurchtritt.At one of the DE 199 17 761 C1 known plate heat exchangers are impressed in the surrounding the respective breakthrough plate plane teeth which extend radially to the wave crests and which are as high as the wave crests. At the inlet and outlet areas of the flow channel, the teeth abut each other and are soldered together, so that sufficient stability is ensured in this part of the plate heat exchanger. A disadvantage is the reduced by the closed teeth and not available for heat transfer heat exchange area. The required sealing surface between the medium passage and the teeth arranged on a circular arc reduces the free flow area in the medium passage.

Aus der EP 1 083 398 A1 ist ferner bekannt, dass zwischen benachbarten Einlass-/Auslassöffnungen jedes Wärmetauscherelements ein im Wesentlichen ebenes und ringförmig gewelltes Abstandselement eingeschoben sein kann, um das Paar der gestreckten Platten jedes Wärmetauscherelements in Umfangskantenabschnitten der Einlass-/Auslassöffnungen durch Hart- oder Weichlöten zu verbinden. Das gewellte Abstandselement besteht aus einem gewellten Metallblech, bei dem die Richtung der Wellenamplitude mit der Dicke jedes Wärmetauscherelements übereinstimmt.From the EP 1 083 398 A1 It is also known that between adjacent inlet / outlet openings of each heat exchanger element, a substantially planar and annular corrugated spacing element may be inserted to connect the pair of elongate plates of each heat exchanger element in peripheral edge portions of the inlet / outlet openings by hard or soft soldering. The corrugated spacer consists of a corrugated metal sheet in which the direction of the wave amplitude coincides with the thickness of each heat exchanger element.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Plattenwärmeübertrager so auszubilden, dass bei möglichst großer Fläche im Mediendurchtritt und optimaler Wärmeübertragungseffizienz die Stabilität im Ein- und Austrittsbereich der zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungskanäle verbessert wird und die Lebensdauer erhöht wird.The invention has the object of providing a generic plate heat exchanger in such a way that the largest possible area in the media passage and optimum heat transfer efficiency stability in the inlet and outlet area of the flow channels formed between two heat transfer plates is improved and the life is increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Plattenwärmeübertrager gelöst.According to the invention the object is achieved with a trained according to the features of claim 1 plate heat exchanger.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich des zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten vorhandenen Strömungskanals gegenüberstehende Stützelemente als am inneren Umfangsrand der oberen und unteren Plattenebene aufeinanderfolgende, in Strömungsrichtung beidseitig offene, im Wesentlichen U-förmige und von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Stützlaschen ausgebildet sind. Die so ausgebildeten Stützlaschen sorgen im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen des jeweiligen Strömungskanals für eine hohe Stabilität des Wärmeübertragers aufgrund der Verringerung der durch Innendruck erzeugten Zugkräfte und ermöglichen insbesondere, dass der Mediendurchtritt vergrößert und auch dieser Bereich für den Wärmeaustausch genutzt werden kann. Die Lebensdauer und der Wirkungsgrad des Plattenwärmeübertragers werden verbessert. Der Herstellungsaufwand wird verringert.The basic idea of the invention is that in the inlet region and in the outlet region of the existing between two adjacent heat transfer plates flow channel opposing support elements as at the inner peripheral edge of the upper and lower plate plane successive, in the flow direction open on both sides, substantially U-shaped and formed by the heat transfer medium flow through support tabs are. The thus formed support tabs ensure in the region of the inlet and outlet openings of the respective flow channel for a high stability of the heat exchanger due to the reduction of the tensile forces generated by internal pressure and in particular allow the media passage increases and also this area for the heat exchange can be used. The life and efficiency of the plate heat exchanger are improved. The production cost is reduced.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung haben die Stützlaschen einen trapezförmigen oder rechteckigen Durchströmungsquerschnitt.In an advantageous embodiment of the invention, the support tabs have a trapezoidal or rectangular flow cross-section.

Erfindungsgemäß sind die Stützlaschen über unmittelbar am inneren Rand der Plattenebenen vorgesehenen Ausschnitten ausgebildet.According to the invention, the support tabs are formed by cutouts provided directly on the inner edge of the plate planes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stützlaschen jeweils durch zwei von dem Ausschnitt ausgehende, an den freien Enden durch einen Quersteg verbundene Längsstege gebildet, wobei die im Ein- und Austrittsbereich einander zugewandten Stützlaschen an den Querstegen miteinander verbunden sind.In a further embodiment of the invention, the support tabs are each formed by two outgoing from the neck, connected to the free ends by a transverse web longitudinal webs, wherein the entry and exit area facing each other support tabs are connected to the transverse webs.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Stützlaschen unmittelbar aus der Plattenebene ausgeformt.In a further embodiment of the invention, the support tabs are formed directly from the plate plane.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in derAn embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which

1 eine Mehrzahl übereinander angeordneter, jedoch in einer auseinandergezogenen Stellung dargestellter, identischer und jeweils um 180° gedrehter Wärmeübertragungsplatten; 1 a plurality of heat transfer plates arranged one above the other but in an exploded position, identical and rotated by 180 ° each time;

2 eine detaillierte Draufsicht auf den Eckbereich einer Wärmeübertragungsplatte mit von der unteren, in Höhe der Wellentäler liegenden Plattenebene vorspringenden Stützlaschen; und 2 a detailed plan view of the corner region of a heat transfer plate with projecting from the lower, level of the wave troughs plate plane support tabs; and

3 eine perspektivische Darstellung von am Rand eines Durchbruchs aus der unteren Plattenebene ausgeformten trapezförmigen Stützlaschen; zeigt, näher erläutert. 3 a perspective view of formed on the edge of a breakthrough from the lower plate plane trapezoidal support tabs; shows, explained in more detail.

Wie 1 zeigt, umfasst ein Plattenwärmeübertrager eine Vielzahl von identisch ausgebildeten Wärmeübertragungsplatten 1, die einen hochgezogenen umlaufenden Rand 2, ein fischgrätmusterartig ausgebildetes, durch Wellentäler (unten) und Wellenberge (oben) bestimmtes Wellenfeld 3 und in den Eckbereichen jeweils erste zweite kreisförmige Durchbrüche 4, 5 aufweisen. Die an der einen Längsseite der Wärmeübertragungsplatte 1 vorgesehenen ersten Durchbrüche 4 befinden sich in einer dem Niveau der Wellenberge entsprechenden oberen Plattenebene 6, während die an der anderen Längsseite angeordneten zweiten Durchbrüche 5 in einer in Höhe der Wellentäler liegenden unteren Plattenebene 7 ausgebildet sind. Die Wärmeübertragungsplatten 1 sind jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelt und an den beiderseitigen Berührungsstellen, das heißt den umlaufenden Rändern 2, den Kreuzungspunkten der Wellenberge und den abwechselnd an der einen oder der anderen Längsseite einander berührenden oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 (geschlossener Durchbruch) miteinander verlötet. An der den verlöteten Plattenebenen 6, 7 gegenüberliegenden Längsseite besteht zwischen der oberen und der unteren Plattenebene 6, 7 ein Abstand, über den ein Wärmeübertragungsmedium in den zwischen zwei aneinandergrenzenden Wärmeübertragungsplatten 1 gebildeten Strömungskanal eintreten kann (Eintrittsbereich 8) und am anderen Ende wieder aus diesem austreten kann (Austrittsbereich 9).As 1 shows, a plate heat exchanger comprises a plurality of identically formed heat transfer plates 1 which has a raised peripheral edge 2 , a herringbone pattern formed by wave troughs (below) and wave crests (top) specific wave field 3 and in the corner areas in each case first second circular openings 4 . 5 exhibit. The on one longitudinal side of the heat transfer plate 1 provided first breakthroughs 4 are in an upper plate level corresponding to the level of the wave crests 6 , while the arranged on the other longitudinal side second openings 5 in a level of the wave troughs lower plate level 7 are formed. The heat transfer plates 1 are each stacked rotated by 180 ° and stacked at the mutual points of contact, that is the peripheral edges 2 , the crossing points of the wave crests and the alternately on one or the other longitudinal side touching each other upper and lower plate planes 6 . 7 (closed breakthrough) soldered together. At the soldered plate levels 6 . 7 opposite longitudinal side exists between the upper and the lower plate plane 6 . 7 a distance across which a heat transfer medium enters between the two adjoining heat transfer plates 1 formed flow channel can occur (inlet area 8th ) and at the other end can escape from this (exit area 9 ).

In den oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 sind unmittelbar am Rand der ersten und zweiten Durchbrüche 4, 5 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Stützlaschen 10 ausgeformt. Die vom Innenrand der Plattenebenen 6, 7 von einem rechteckigen Ausschnitt 13 ausgehenden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel trapezförmigen Stützlaschen 10 erstrecken sich im Eintritts- und im Austrittsbereich 8, 9, in dem die obere und untere Plattenebene 6, 7 voneinander beabstandet sind, bis zur Höhe der beiderseitigen – an den Kreuzungspunkten aneinanderstoßenden – Wellenberge. Die aus den Plattenebenen 6, 7 ausgestanzten und ausgeformten Stützlaschen 10 umfassen zwei mit der jeweiligen Plattenebene verbundene Längsstege 11, die an den freien Enden durch einen parallel zur Plattenebene 6, 7 verlaufenden Quersteg 12 miteinander verbunden sind. An den Querstegen 12 sind die im Ein- und Austrittsbereich 8, 9 gegenüberliegenden Stützlaschen 10 und somit die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 miteinander verbunden, so dass die Wärmeübertragungsplatten 1 auch im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich 8, 9 nicht aufgrund hohen Innendrucks auseinandergedrückt und beschädigt werden können. Die Ausformung der in Umfangsrichtung regelmäßig verteilt angeordneten Stützlaschen 10 unmittelbar am Innenrand der oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 benötigt keine Dichtfläche zum Mediendurchtritt, dessen freie Strömungsfläche deshalb größer wird und sorgt für eine hohe Stabilität im Ein- und Austrittsbereich. Diese Anordnung und die durch die beidseitig offenen Stützlaschen 10 gewährleistete uneingeschränkte radiale Durchströmung des Ein- und Austrittsbereichs 8, 9 sorgt zudem dafür, dass die obere und untere Plattenebene 6, 7 im Ein- und Austrittsbereich 8, 9 vollständig für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht und die Effizienz des Plattenwärmeübertragers verbessert wird. Die vorzugsweise trapezförmige Ausbildung der Stützlaschen 10 gewährleistet eine hohe Stabilität im Ein- und Austrittsbereich 8, 9. Die Stützlaschen 10 können aber auch einen im Wesentlichen U-förmigen oder rechteckigen Querschnitt haben. Die Ausbildung der durch einen Stanzschritt und anschließende Ausformung gefertigten Stützlaschen 10 ist mit geringem Aufwand möglich. Aufgrund der offenen Ausbildung der Stützlaschen können die in geschlossenen Durchbrüchen aneinanderstoßende obere und untere Plattenebene problemlos miteinander verbunden werden, da die an ihren offenen Ausschnitten 13 gegenüberliegenden Stützlaschen keinen geschlossenen Hohlraum bilden.In the upper and lower plate levels 6 . 7 are right on the edge of the first and second breakthroughs 4 . 5 circumferentially consecutive support tabs 10 formed. The from the inner edge of the plate planes 6 . 7 from a rectangular section 13 outgoing, in the present embodiment, trapezoidal support tabs 10 extend in the entry and exit areas 8th . 9 in which the upper and lower plate plane 6 . 7 are spaced apart from each other, up to the height of the bilateral - at the intersection points abutting - wave crests. The from the plate levels 6 . 7 stamped and shaped support tabs 10 comprise two longitudinal webs connected to the respective plate plane 11 at the free ends through a plane parallel to the plate 6 . 7 extending crosspiece 12 connected to each other. At the crossbars 12 are those in the entry and exit area 8th . 9 opposite support tabs 10 and thus the opposing upper and lower plate planes 6 . 7 interconnected so that the heat transfer plates 1 also in the entry area and in the exit area 8th . 9 can not be pushed apart due to high internal pressure and damaged. The shape of the circumferentially distributed regularly arranged support tabs 10 immediately at the inner edge of the upper and lower plate levels 6 . 7 does not require a sealing surface for the passage of media, the free flow area of which therefore increases, and ensures high stability in the inlet and outlet areas. This arrangement and the support tabs open on both sides 10 ensured unrestricted radial flow through the inlet and outlet areas 8th . 9 also ensures that the upper and lower plate level 6 . 7 in the entrance and exit areas 8th . 9 is completely available for heat exchange and the efficiency of the plate heat exchanger is improved. The preferably trapezoidal design of the support tabs 10 ensures high stability in the inlet and outlet area 8th . 9 , The support tabs 10 but may also have a substantially U-shaped or rectangular cross-section. The formation of the fabricated by a punching step and subsequent molding support tabs 10 is possible with little effort. Due to the open design of the support tabs which abut in closed apertures upper and lower plate level can be easily interconnected, as at their open cutouts 13 opposite support tabs do not form a closed cavity.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: WärmeübertragungsplattenHeat transfer plates
22: hochgezogener Randraised edge
33: Wellenfeldwave field
44: erster kreisförmiger Durchbruchfirst circular breakthrough
55: zweiter kreisförmiger Durchbruchsecond circular breakthrough
66: obere Plattenebeneupper plate level
77: untere Plattenebenelower plate level
88th: Eintrittsbereichentry area
99: Austrittsbereichexit area
1010: trapezförmige StützlascheTrapezoidal support strap
1111: Längssteglongitudinal web
1212: Querstegcrosspiece
1313: Ausschnittneckline

Claims

Plate heat exchanger, a plurality of each rotated by 180 ° to each other stacked and interconnected at the contact points heat transfer plates ( 1 ) with herringbone pattern wave field ( 3 ) and formed in the corner regions first and second openings ( 4 . 5 ), which in the longitudinal direction opposite each other in an upper plate plane ( 6 ) at the level of the wave crests and in a lower plate level ( 7 ) are formed at the level of the troughs, wherein the opposing upper and lower plate planes ( 6 . 7 ) each have an entry area ( 8th ) and an exit area ( 9 ) form a heat transfer medium in which the heat transfer plates ( 1 ) Are connected by projecting from the plate planes supporting elements, characterized in that the support elements than the inner circumference edge of the upper and lower plate plane ( 6 . 7 ) successive, in the flow direction in the inlet and outlet area ( 8th . 9 ) open on both sides, substantially U-shaped and can be flowed through by the heat transfer medium support tabs ( 10 ) are formed, each over a directly from the peripheral edge emanating neck ( 13 ) are arranged.

Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the supporting straps ( 10 ) have a trapezoidal flow cross-section.

Plate heat exchanger according to claim 1, that the support tabs ( 10 ) have a rectangular flow area.

Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the supporting straps ( 10 ) in each case by two of the cutout ( 13 ) outgoing, at the free ends by a transverse web ( 12 ) connected longitudinal webs ( 11 ) are formed, wherein in the entry and exit area ( 8th . 9 ) facing each other support tabs ( 10 ) are connected to each other at the transverse webs.

Plate heat exchanger according to claim 4, characterized in that the supporting straps ( 10 ) directly from the disk plane ( 6 . 7 ) are formed.