DE102012011936A1

DE102012011936A1 - Plattenwärmeübertrager

Info

Publication number: DE102012011936A1
Application number: DE102012011936A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: API Schmidt Bretten GmbH and Co KG
Current assignee: API Schmidt Bretten GmbH and Co KG
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CA2876547C; EP2861930B1; RU2014150458A; RU2622452C2; KR20150029709A; US20150168085A1; CA2876547A1; CN104395686A; WO2013189587A1; BR112014031145A2; BR112014031145B1; JP2015524044A; EP2861930A1

Abstract

Plattenwärmeübertrager bestehend aus einem Plattenstapel (2) und einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse (1), wobei die Platten (2a) in dem Plattenstapel (2) derart miteinander verbunden sind, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind und das eine Medium dem Plattenstapel (2) über in Stapelrichtung verlaufende Durchströmkanäle zuführbar bzw. davon abführbar ist, während das andere Medium über einen Zwischenraum zwischen Gehäuse (1) und Plattenstapel (2) am äußeren Umfang den ihm zugeordneten Plattenzwischenräumen zu- bzw. davon abführbar ist. Wesentlich dabei ist, dass folgende Werkstoffkombination vorliegt: Die Platten (2a) des Plattenstapels (2) bestehen in an sich bekannter Weise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, wogegen das Gehäuse (1) aus einem nicht korrosionsbeständigen Werkstoff besteht, der an seiner von Medium beaufschlagten Innenseite eine Emaille-Beschichtung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager bestehend aus einem Plattenstapel und einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse, wobei die Platten in dem Plattenstapel derart miteinander verbunden sind, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind, wobei das eine Medium dem Plattenstapel über in Stapelrichtung verlaufende Durchströmkanäle zu- bzw. davon abführbar ist, während das andere Medium über einen Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenstapel am äußeren Umfang den ihm zugeordneten Plattenzwischenräumen zu- bzw. davon abführbar ist.
Derartige Plattenwärmeübertrager sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf solche Bauformen, bei denen die Platten an ihrem Rand und um einen Teil ihrer Durchströmöffnungen Dichtungen aufweisen und in Stapelrichtung dicht zusammengepresst werden. Diese Bauform hat den Vorteil, dass der Plattenstapel in einfacher Weise geöffnet, inspiziert und gereinigt werden kann.
Daneben bezieht sich die vorliegende Erfindung aber auch auf vollverschweißte Plattenwärmeübertrager gemäß den US 6,158,238 , US 2005/0039896 , WO 2008/046952 und WO 2010/149858 , deren Inhalt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Dabei besteht der Plattenstapel aus einer Vielzahl von Plattenpaaren, wobei jedes Plattenpaar durch zwei Platten gebildet wird, die zumindest entlang ihrem äußeren Umfang miteinander verschweißt sind. Jede Platte hat zumindest zwei Öffnungen für den Durchfluss des einen Mediums, wobei benachbarte Plattenpaare durch Verschweißung entlang dieser Öffnungen miteinander verbunden sind, so dass das genannte Medium durch diese Öffnungen von einem Plattenpaar zum nächsten gelangt. Demgegenüber durchströmt das andere Medium den Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenstapel und gelangt über den äußeren Umfang des Plattenstapels in die Zwischenräume zwischen benachbarten Plattenpaaren.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf Mischformen zwischen den beiden vorgenannten Plattenwärmeübertrager-Bauarten, also auf teilgeschweißte Wärmeübertrager, bei denen miteinander verschweißte Plattenpaare über Dichtungen aneinander gepresst werden, also immer nur die Zwischenräume zwischen benachbarten Plattenpaaren geöffnet werden können.
Selbstverständlich können diese Plattenwärmeübertrager auch so konfiguriert werden, dass mehr als zwei Medien an der Wärmeübertragung teilnehmen oder dass wärmeübertragende Plattenzwischenräume nicht direkt aufeinanderfolgen, sondern ein inaktiver Plattenzwischenraum zwischengeschaltet ist, der beispielsweise als Sicherheitspolster fungiert.
Soweit eingangs davon gesprochen wird, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind, bedeutet dies also nicht, dass es sich dabei stets um unmittelbar benachbarte Zwischenräume handeln muss; vielmehr kann im unmittelbar benachbarten Zwischenraum ein drittes Medium untergebracht sein, sei es stationär, sei es als durchströmendes Medium.
Hinsichtlich des Werkstoffes für die Plattenwärmeübertrager ist es üblich, rostfreie Stähle zu verwenden, die mit Chrom und Nickel legiert sind. Zur Korrosionsbeständigkeit z. B. gegenüber Säuren ist es außerdem bekannt, Molybdän als weitere Legierungskomponente zuzufügen oder Platten aus Titan, Nickel oder deren Legierungen zu verwenden. Allerdings haben diese Werkstoffe den Nachteil, dass sie sehr kostenintensiv sind. Es ist daher durch die WO 2008/046952 bekannt geworden, die Platten und das Gehäuse des Wärmeübertragers aus Kohlenstoffstahl mit 0,05% bis 2,1% Kohlenstoffgehalt herzustellen, woraus eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Korrosionsbeständigkeit resultieren soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmeübertrager der eingangs beschriebenen Bauformen dahingehend zu verbessern, dass einerseits hervorragende Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist, andererseits die Herstellungskosten erheblich günstiger als bisher sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass folgende Werkstoffkombination gewählt wird: Die Platten des Plattenstapels bestehen in an sich bekannter Weise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, insbesondere Edelstahl, wogegen das Gehäuse aus einem nicht korrosionsbeständigen Werkstoff besteht, der an seiner von Medium beaufschlagten Innenseite eine Emaille-Beschichtung aufweist.
Durch diese Werkstoffkombination verringern sich die Materialkosten des Gehäuses erheblich, ohne dass seine Korrosionsbeständigkeit leidet. Man erreicht also hohe Korrosionsbeständigkeit bei geringeren Kosten.
Prinzipiell kann das Gehäuse des Wärmeübertragers aus nahezu beliebigem Material bestehen, solange es ausreichend stabil und fest ist und als Träger für die Emaille-Beschichtung geeignet ist. Besonders zweckmäßig ist es, das Gehäuse aus emailliertem Schwarzstahl herzustellen.
Für die Emaille-Beschichtung wird zweckmäßig eine mehrlagige Emaille-Beschichtung verwendet, bestehend aus Grund-Emaille, das sich durch gute Haftung auf dem metallischen Trägermaterial des Gehäuses und durch Glättung desselben auszeichnet und aus Deck-Emaille, das hohe chemische Beständigkeit aufweist, insbesondere säurefest ist.
Für die stoffliche Zusammensetzung der Emaille-Beschichtung, zumindest hinsichtlich ihrer Deckschicht, empfiehlt es sich, dass sie über 50%, vorzugsweise über 60% SiO₂ und/oder über 3,5%, vorzugsweise über 4,5% TiO₂ und/oder über 12%, vorzugsweise über 15% Na₂O enthält.
Des Weiteren empfiehlt es sich, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht B₂O₃ und/oder Ka₂O und/oder Li₂O und/oder MoO₃ und/oder MnO und/oder ZrO₂ und/oder F, bevorzugt jeweils im einstelligen Prozentbereich enthält. Zusätzlich empfiehlt sich die Zugabe von BaO und/oder CoO und/oder V₂O₅, bevorzugt jeweils im Promillebereich.
Die Dicke der Emaille-Beschichtung beträgt etwa 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm.
Für die üblicherweise am Gehäuse angeschweißten Anschlussstutzen bieten sich dem Fachmann die bekannten Alternativen, insbesondere also die Verwendung von Edelstahl. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, diese Anschlussstutzen, insbesondere soweit sie für das den Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenpaket durchströmende Medium vorgesehen sind, ebenfalls emailliertes Schwarzblech einzusetzen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der Zeichnung; dabei zeigt
1: einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager quer zu den Platten;
Man erkennt in der Zeichnung ein Gehäuse 1, das in an sich bekannter Weise ein Plattenpaket 2 umgibt. Das Gehäuse wie auch das Plattenpaket können eine rechteckige, ebenso aber auch eine kreisförmige oder sonstige Kontur aufweisen.
Das Plattenpaket 2 besteht aus paarweise miteinander verschweißten Platten 2a, wobei jedes Plattenpaar von einem Medium durchströmt wird, das über zumindest einen Anschlussstutzen 3 im oberen Bereich des Plattenpaketes zugeführt und über mindestens einen Anschlussstutzen 4 am unteren Bereich des Plattenpaketes abgeführt wird. Die Platten 2a weisen hierzu in an sich bekannter Weise Durchströmöffnungen auf, die mit den Anschlussstutzen 3 und 4 fluchten.
Zumindest entlang dieser Durchströmöffnungen sind benachbarte Plattenpaare miteinander verschweißt, so dass zwischen allen benachbarten Plattenpaaren Durchströmspalte für das andere Medium entstehen. Dieses andere Medium wird über einen Anschlussstutzen 5 dem oberen Umfang des Plattenpaketes 2 zugeführt, verlässt das Plattenpaket am unteren Rand und wird durch einen Anschlussstutzen 6 abgeleitet. Dabei stellen an sich bekannte Einbauten 1a im Gehäuse 1 sicher, dass das letztgenannte Medium nicht außen um das Plattenpaket herum strömen kann, sondern durch die Spalte zwischen den Plattenpaaren hindurchfließen muss.
Der beschriebene Wärmeübertrager ist vollverschweißt und dichtungslos ausgeführt. Er kann je nach gewählter Strömungsrichtung im Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom betrieben werden.
Wesentlich ist nun, dass das Gehäuse 1 aus nicht korrosionsbeständigem Werkstoff besteht und an all seinen Innenwänden – zumindest soweit sie von seinem zugeordneten Medium beaufschlagt werden – eine technische Emaille-Beschichtung aufweist, die etwa 2 mm stark ist. Dagegen besteht das Plattenpaket 2 und seine Anschlussstutzen 3 und 4 aus korrosionsbeständigem Edelstahl.
Soweit vorstehend von der Innenbeschichtung des Gehäuses 1 mit Emaille gesprochen worden ist, bezieht sich dies selbstverständlich auch auf die zur Strömungsführung dienenden Einbauten 1a, die nicht nur an den Stirnseiten des Plattenstapels 2, sondern auch in Umfangsbereichen des Plattenstapels angeordnet sind.
Für die Ausbildung des Gehäuses 1 empfiehlt es sich, dass es zumindest von der einen Stirnseite her zu öffnen ist, indem dort ein lösbarer Deckel vorgesehen ist. Selbstverständlich kann dieser Deckel an seiner von Medium beaufschlagten Seite ebenfalls die vorbeschriebene Emaille-Beschichtung aufweisen. Falls es beim Festschrauben des Deckels zum direkten Kontakt gegenüberliegender Emaille-Schichten kommt, wird dies vorzugsweise vermieden, indem eine elastische Dichtung aus korrosionsbeständigem Kunststoff zwischengelegt wird.
Eine besonders zweckmäßige Zusammensetzung der Emaille-Beschichtung, zumindest ihrer äußeren Deckschicht lässt sich wie folgt definieren:
65% SiO₂, 15% Na₂O, 5% TiO₂, 3,5 ZrO₂, 2,5% B₂O₃, 1,8% F, 1,7% Li₂O, 1,4% MnO, 1,1% MoO₃, 1% Ka₂O, 0,3% BaO, 0,25% V₂O₅ und 0,1% CoO;
dabei liegt es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die vorgenannten Prozentangaben nach oben oder unten um jeweils 5% bis 10% vom Ausgangswert zu verändern.
Der Wärmeübertrager ist in 1 nur schematisch dargestellt, weil es vorliegend nur um die spezielle Werkstoff-Kombination geht und die Fließschemata und die Verschweißungsvarianten der Platten dem bekannten Stand der Technik entsprechen.
Im Ergebnis kann festgestellt werden, dass sich die vorliegende Erfindung durch die dargestellte Werkstoffkombination durch exzellente Korrosionsbeständigkeit bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten auszeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6158238 [0003]
US 2005/0039896 [0003]
WO 2008/046952 [0003, 0007]
WO 2010/149858 [0003]

Claims

Plattenwärmeübertrager bestehend aus einem Plattenstapel (2) und einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse (1), wobei die Platten (2a) in dem Plattenstapel (2) derart miteinander verbunden sind, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind und das eine Medium dem Plattenstapel (2) über in Stapelrichtung verlaufende Durchströmkanäle zuführbar bzw. davon abführbar ist, während das andere Medium über einen Zwischenraum zwischen Gehäuse (1) und Plattenstapel (2) am äußeren Umfang den ihm zugeordneten Plattenzwischenräumen zu- bzw. davon abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Werkstoffkombination vorliegt: Die Platten (2a) des Plattenstapels (2) bestehen in an sich bekannter Weise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, wogegen das Gehäuse (1) aus einem nicht korrosionsbeständigen Werkstoff besteht, der an seiner von Medium beaufschlagten Innenseite eine Emaille-Beschichtung aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus emailliertem Schwarzstahl besteht.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung mehrlagig ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung aus zumindest einer Grundbeschichtung und zumindest einer Deck-Beschichtung besteht.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht über 50%, vorzugsweise über 60% SiO₂ enthält.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht über 3,5%, vorzugsweise über 4,5% TiO₂ enthält.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht über 12%, vorzugsweise etwa 15% Na₂O enthält.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht B₂O₃ und/oder Ka₂O und/oder Li₂O und/oder MoO₃ und/oder MnO und/oder ZrO₂ und/oder F, bevorzugt jeweils im einstelligen Prozentbereich enthält.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht BaO und/oder CoO und/oder V₂O₅ bevorzugt jeweils im Promillebereich enthält.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emaille-Beschichtung eine Dicke von etwa 1 mm bis etwa 3 mm, vorzugsweise von etwa 1,5 mm bis etwa 2,5 mm aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) angeschweißte Einbauten (1a) zur Strömungsführung aufweist, die ebenfalls aus emailliertem Schwarzstahl bestehen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) angeschweißte Anschlussstutzen (5,6) aufweist, die ebenfalls aus emailliertem Schwarzstahl bestehen.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) miteinander verschraubbare Gehäuseteile (1a, 1b) aufweist.