DE102016012842A1 - Plate heat exchanger - Google Patents
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- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Plattenpaket (110) aufweisend eine Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten Wärmeübertragungsplatten (200, 201, 202, 203, 204, 205) und eine Vielzahl von profilierten Zwischenplatten (300, 301, 302, 303, 304), wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten (200, 201, 202, 203, 204, 205) jeweils eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten (300, 301, 302, 303, 304) angeordnet ist.The present invention relates to a plate heat exchanger having a plate pack (110) comprising a plurality of planar, parallel heat transfer plates (200, 201, 202, 203, 204, 205) and a plurality of profiled intermediate plates (300, 301, 302, 303, 304 ), wherein between each two adjacent heat transfer plates of the plurality of heat transfer plates (200, 201, 202, 203, 204, 205) in each case an intermediate plate of the plurality of intermediate plates (300, 301, 302, 303, 304) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Plattenpaket sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Wärmetauschs von Fluiden eines Brenners unter Verwendung eines derartigen Plattenwärmetauschers.The invention relates to a plate heat exchanger with a plate pack and a method for performing a heat exchange of fluids of a burner using such a plate heat exchanger.
Stand der TechnikState of the art
Wärmetauscher können verwendet werden, um thermische Energie von einem wärmeren Fluid auf ein kälteres Fluid zu übertragen. Als Fluid wird hierbei ein Medium bezeichnet, das sich in einem gasförmigen und/oder flüssigen Zustand befindet. Beispielsweise kann ein wärmeres Abgas, welches bei der Verbrennung in einem Brenner entsteht, verwendet werden, um die für die Verbrennung benötigte Verbrennungsluft, ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas oder Brenngas vorzuwärmen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Verbrennung gesteigert.Heat exchangers may be used to transfer thermal energy from a warmer fluid to a colder fluid. The term fluid here refers to a medium which is in a gaseous and / or liquid state. For example, a warmer exhaust gas, which is produced during combustion in a burner, can be used to preheat the combustion air required for the combustion, a mixture of combustion air and fuel gas or fuel gas. This increases the combustion efficiency.
Sogenannte Plattenwärmetauscher weisen zu diesem Zweck ein Plattenpaket aus einer Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten auf. Diese einzelnen Wärmeübertragungsplatten können dabei derartig perforiert sein, dass unterschiedliche Kanäle bereitgestellt werden, durch welche unterschiedliche Fluide zum Wärmeaustausch geführt werden können.So-called plate heat exchangers have for this purpose a plate pack of a plurality of heat transfer plates. These individual heat transfer plates can be perforated in such a way that different channels are provided, through which different fluids for heat exchange can be performed.
Ein Beispiel eines derartigen Plattenwärmetauschers ist beispielsweise in der
Derartige Plattenwärmetauscher, wie sie beispielsweise in der
Es ist wünschenswert, einen verbesserten Plattenwärmetauscher bereitzustellen, welcher auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise hergestellt werden kann.It is desirable to provide an improved plate heat exchanger that can be manufactured in a simple, inexpensive and fast manner.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Plattenwärmetauscher sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Wärmetauschs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Weise.According to the invention, a plate heat exchanger and a method for carrying out a heat exchange with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description. Advantages and preferred embodiments of the plate heat exchanger according to the invention and the method according to the invention will become apparent from the following description in an analogous manner.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher weist ein Plattenpaket mit einer Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten Wärmeübertragungsplatten und mit einer Vielzahl von profilierten Zwischenplatten auf. Jeweils zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten ist jeweils eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten angeordnet. Das Plattenpaket weist somit immer abwechselnd eine Wärmeübertragungsplatte, darauf folgend eine Zwischenplatte, darauf folgend wieder eine Wärmeübertragungsplatte, darauf folgend wieder eine Zwischenplatte, usw. auf.The plate heat exchanger according to the invention comprises a plate pack with a plurality of planar, parallel heat transfer plates and with a plurality of profiled intermediate plates. In each case between two adjacent heat transfer plates of the plurality of heat transfer plates, an intermediate plate of the plurality of intermediate plates is arranged in each case. The plate pack thus always has a heat transfer plate alternately, followed by an intermediate plate, thereafter again a heat transfer plate, then again an intermediate plate, etc. on.
Wenigstens eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten ist als eine Platte mit mindestens einem nicht profilierten Bereich und mit mindestens zwei profilierten Bereichen in einer Haupterstreckungsebene der Platte ausgebildet. In diesen nicht profilierten Bereichen ist die jeweilige Zwischenplatte eben bzw. profillos, glatt und flach ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene und besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe bzw. Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene. Der mindestens eine nicht profilierte Bereich definiert insbesondere die Haupterstreckungsebene der Platte.At least one intermediate plate of the plurality of intermediate plates is formed as a plate having at least one non-profiled portion and at least two profiled portions in a main plane of extension of the plate. In these non-profiled regions, the respective intermediate plate is flat or profile-free, smooth and flat, and extends substantially in a two-dimensional plane and has a comparatively very small height or extension in a direction perpendicular to this plane. The at least one non-profiled area defines in particular the main extension plane of the plate.
Insbesondere bildet der mindestens eine nicht profilierte Bereich den größeren Anteil der Platte im Vergleich zu den mindestens zwei profilierten Bereichen. Insbesondere kann 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% der Breite der Platte durch den mindestens einen nicht profilierten Bereich gebildet sein. Zweckmäßigerweise kann 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% der Fläche der Platte durch den mindestens einen nicht profilierten Bereich gebildet sein.In particular, the at least one non-profiled region forms the larger portion of the plate in comparison to the at least two profiled regions. In particular, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or 95% of the width of the panel may be formed by the at least one non-profiled area. Conveniently, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or 95% of the area of the panel may be formed by the at least one non-profiled area.
Unter einer „ebenen Wärmeübertragungsplatte“ sei in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Wärmeübertragungsplatte profillos, glatt bzw. flach ist. Die Wärmeübertragungsplatte erstreckt sich somit im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene und besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe, Dicke bzw. Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene. Beispielsweise kann diese Höhe bzw. Dicke der Wärmeübertragungsplatten jeweils zwischen 0,5 mm und 2,0 mm betragen, insbesondere zwischen 0,8 mm und 1,5 mm. Länge und Breite der Wärmeübertragungsplatten können jeweils beispielsweise bis zu mehreren Metern betragen, beispielsweise jeweils zwischen 1 m und 5 m. Zweckmäßigerweise sind die Wärmeübertragungsplatten jeweils von rechteckiger bzw. im Wesentlichen rechteckiger Form. Insbesondere sind alle Wärmeübertragungsplatten baugleich bzw. im Wesentlichen baugleich ausgebildet.In this context, a "plane heat transfer plate" is to be understood as meaning that the heat transfer plate is profileless, smooth or flat. The heat transfer plate thus extends substantially in a two-dimensional plane and has a comparatively very small height, thickness or extension in a direction perpendicular to this plane. For example, this height or thickness of the heat transfer plates may each be between 0.5 mm and 2.0 mm, in particular between 0.8 mm and 1.5 mm. Length and width of the Heat transfer plates can each be, for example, up to several meters, for example between 1 m and 5 m in each case. Conveniently, the heat transfer plates are each of rectangular or substantially rectangular shape. In particular, all heat transfer plates are identical or substantially identical in construction.
Unter einer „profilierten Zwischenplatte“ sei in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Zwischenplatte zumindest teilweise bzw. zumindest in einem Teilbereich gefaltet, gewellt bzw. gerippt ist. Die Zwischenplatte erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene und weist wenigstens in einem Teilbereich ein Profil auf, welches eine Höhe in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene besitzt. Insbesondere ist die Zwischenplatte einstückig ausgebildet, d.h. die Zwischenplatte ist insbesondere aus einem Werkstück gefertigt, insbesondere aus einer Platte, welche entsprechend profiliert ist.In this context, a "profiled intermediate plate" is to be understood as meaning that the intermediate plate is folded, corrugated or ribbed at least partially or at least in a partial region. The intermediate plate extends in particular substantially in a two-dimensional plane and has at least in a partial region a profile which has a height in a direction perpendicular to this plane. In particular, the intermediate plate is integrally formed, i. the intermediate plate is in particular made of a workpiece, in particular of a plate which is profiled accordingly.
Zweckmäßigerweise sind die Zwischenplatten jeweils von rechteckiger bzw. im Wesentlichen rechteckiger Form. Analog zu den Wärmeübertragungsplatten kann auch die Höhe bzw. Dicke der Zwischenplatten jeweils zwischen 0,5 mm und 2,0 mm betragen, insbesondere zwischen 0,8 mm und 1,5 mm. Länge und Breite der Zwischenplatten können jeweils insbesondere ebenfalls zwischen 1 m und 5 m betragen.Conveniently, the intermediate plates are each of rectangular or substantially rectangular shape. As with the heat transfer plates, the height or thickness of the intermediate plates may each be between 0.5 mm and 2.0 mm, in particular between 0.8 mm and 1.5 mm. In particular, the length and width of the intermediate plates can each also be between 1 m and 5 m.
Es versteht sich, dass der Plattenwärmetauscher noch weitere zweckmäßige Elemente aufweisen kann, insbesondere einen Rahmen bzw. eine Rahmenkonstruktion, in welchem das Plattenpaket angeordnet ist. Beispielsweise kann dieser Rahmen aus einer Vielzahl von Trägern (z.B. aus Stahl, Aluminium, Kunststoff oder einem anderen zweckmäßigen Werkstoff) ausgebildet sein und als Halterung des Plattenpakets fungieren. Der Plattenwärmetauscher kann weiterhin auch Elemente zum Abdichten des Plattenpakets aufweisen.It is understood that the plate heat exchanger may have further expedient elements, in particular a frame or a frame construction in which the plate pack is arranged. For example, this frame may be formed from a variety of supports (e.g., steel, aluminum, plastic, or other suitable material) and act as a support for the plate pack. The plate heat exchanger may further comprise elements for sealing the plate pack.
Der Plattenwärmetauscher ist zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durch das Plattenpaket zu leiten, zwischen welchen in dem Plattenpaket ein Wärmeaustausch erfolgen kann.The plate heat exchanger is expediently adapted to pass a first fluid and a second fluid through the plate pack, between which a heat exchange can take place in the plate packet.
Die spezifischen Werte für Länge, Breite, Höhe und Dicke der Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten können in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Plattenwärmetauschers gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von Temperatur und/oder Druck und/oder Zusammensetzung der durch den Plattenwärmetauscher geleiteten Fluide. Das Material, aus welchem die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten gefertigt sind, kann ebenfalls in Abhängigkeit derartiger Betriebsparameter gewählt werden.The specific values for length, width, height and thickness of the heat transfer and / or intermediate plates may be selected depending on operating parameters of the plate heat exchanger, for example as a function of temperature and / or pressure and / or composition of the fluids passed through the plate heat exchanger. The material from which the heat transfer and / or intermediate plates are made can also be selected depending on such operating parameters.
Der Wärmeaustausch in dem Plattenpaket erfolgt insbesondere über die Wärmeübertragungsplatten. Die Zwischenplatten tragen vorzugsweise nicht oder kaum zu dem Wärmeaustausch bei, sondern dienen insbesondere zu konstruktiven bzw. statischen Zwecken, zweckmäßigerweise als Abstandshalter und/oder als Stütze für benachbarte Wärmeübertragungsplatten. Insbesondere sind die Zwischenplatten als Stützplatten bzw. Trennplatten zwischen den Wärmeübertragungsplatten vorgesehen. Durch die Kombination aus ebenen und profilierten Platten kann eine besonders hohe Stabilität des Plattenpakets auf konstruktiv aufwandsarme Weise erreicht werden. Der Plattenwärmetauscher ist ausfallsicher, wartungsarm und besitzt eine lange Lebensdauer.The heat exchange in the plate pack takes place in particular via the heat transfer plates. The intermediate plates preferably do not or hardly contribute to the heat exchange, but are used in particular for structural or static purposes, expediently as a spacer and / or as a support for adjacent heat transfer plates. In particular, the intermediate plates are provided as support plates or partition plates between the heat transfer plates. The combination of flat and profiled plates, a particularly high stability of the plate package can be achieved in a constructively low-cost manner. The plate heat exchanger is fail-safe, low-maintenance and has a long service life.
Durch die Erfindung wird somit eine innovative, einfache Konstruktion des Plattenwärmetauschers ermöglicht. Die Kombination aus ebenen und profilierten Platten erlaubt eine einfache, kostengünstige und schnelle Herstellung des Plattenwärmetauschers. Insbesondere sind für den Plattenwärmetauscher keine speziellen, aufwendig angefertigten Zusatzelemente vorgesehen. Der Plattenwärmetauscher kann aus einfachen, kostengünstigen Standardeinzelteilen gefertigt werden. Als Wärmeübertragungsplatten können beispielsweise ebene Platten verwendet werden, welche auf einfache Weise von entsprechenden Zulieferern bezogen werden können. Für die Zwischenplatten können beispielsweise ebene Platten auf einfache Weise gefaltet werden, um diesen Platten in vorgegebener Weise zu profilieren.The invention thus enables an innovative, simple construction of the plate heat exchanger. The combination of flat and profiled plates allows a simple, inexpensive and fast production of the plate heat exchanger. In particular, no special, elaborately made additional elements are provided for the plate heat exchanger. The plate heat exchanger can be manufactured from simple, inexpensive standard items. As heat transfer plates, for example, flat plates can be used, which can be obtained in a simple manner from corresponding suppliers. For the intermediate plates, for example, flat plates can be folded in a simple manner in order to profile these plates in a predetermined manner.
Vorteilhafterweise ist ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten durch die jeweilige dazwischen angeordnete Zwischenplatte definiert. Die Zwischenplatten sind zweckmäßigerweise derart gefaltet, dass die Wärmeübertragungsplatten einen vorbestimmten Abstand zueinander haben. Insbesondere ist dieser Abstand durch das Profil bzw. durch die Höhe des Profils definiert. In herkömmlichen Plattenwärmetauschern werden oftmals Pins als Abstandshalter verwendet, welche einzeln auf Wärmeübertragungsplatten aufgebracht, z.B. aufgeschweißt werden. Pro Wärmeübertragungsplatte wird dabei zumeist eine Vielzahl von Pins benötigt (z.B. bis zu mehreren hundert Pins), welche einzeln auf die Wärmeübertragungsplatte aufgebracht werden müssen, was mit einem enormen konstruktiven Aufwand verbunden ist und einer vergleichsweise langen Herstellungszeit bedarf. Vorteilhafterweise werden für den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher keine derartigen Pins als Abstandshalter verwendet, sondern die Zwischenplatten fungieren als Abstandshalter. Somit wird lediglich eine Zwischenplatte anstatt einer Vielzahl von Pins pro Wärmeübertragungsplatte als Abstandshalter verwendet, wodurch eine schnelle und aufwandsarme Fertigung des Wärmetauschers ermöglicht wird.Advantageously, a distance between each two adjacent heat transfer plates is defined by the respective intermediate plate arranged therebetween. The intermediate plates are expediently folded in such a way that the heat transfer plates have a predetermined distance from each other. In particular, this distance is defined by the profile or by the height of the profile. In conventional plate heat exchangers, pins are often used as spacers, which are applied individually to heat transfer plates, for example welded on. Per heat transfer plate is usually a variety of pins needed (eg up to several hundred pins), which must be applied individually to the heat transfer plate, which is associated with a huge design effort and requires a relatively long production time. Advantageously, no such pins are used as spacers for the plate heat exchanger according to the invention, but the intermediate plates act as spacers. Consequently only one intermediate plate is used instead of a plurality of pins per heat transfer plate as a spacer, whereby a fast and low-complexity production of the heat exchanger is made possible.
Vorzugsweise sind Profile von jeweils zwei benachbarten Zwischenplatten zueinander um einen vorgegebenen Winkel verdreht. Besonders bevorzugt beträgt dieser Winkel 90°. Als benachbarte Zwischenplatten seien zwei Zwischenplatten zu verstehen, welche an gegenüberliegenden Seiten derselben Wärmeübertragungsplatte angeordnet sind, also insbesondere an Vorder- und Rückseite derselben Wärmeübertragungsplatte. Insbesondere ist das Profil der Zwischenplatten derart ausgebildet, dass eine Verdrehung um 180° ein identisches Profil ergibt. Somit erstrecken sich die Profile von jeder zweiten Zwischenplatte insbesondere in derselben Erstreckungsrichtung. Insbesondere ist jede zweite Zwischenplatte baugleich bzw. im Wesentlichen baugleich. Diese Ausgestaltung der Zwischenplatten ermöglicht es, auf konstruktiv einfache Weise zwei Fluide insbesondere in zueinander gekreuzten Flüssen zum Wärmeaustausch durch das Plattenpaket zu führen.Preferably, profiles of each two adjacent intermediate plates are rotated relative to each other by a predetermined angle. This angle is particularly preferably 90 °. Adjacent intermediate plates are to be understood as meaning two intermediate plates which are arranged on opposite sides of the same heat transfer plate, that is to say in particular on the front and rear sides of the same heat transfer plate. In particular, the profile of the intermediate plates is designed such that a rotation of 180 ° results in an identical profile. Thus, the profiles of each second intermediate plate extend in particular in the same extension direction. In particular, every other intermediate plate is identical or essentially identical. This embodiment of the intermediate plates makes it possible to guide two fluids in a structurally simple manner, in particular in mutually crossed flows for heat exchange through the plate pack.
Bevorzugt bilden jeweils zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten und die dazwischen angeordnete Zwischenplatte eine Kanaleinheit zum Durchfluss eines Fluids. Als derartige Kanaleinheit sei insbesondere ein dichter bzw. abgedichteter Zwischenraum zwischen den zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten zu verstehen, durch welchen ein Fluid geleitet werden kann. Durch die spezielle Form bzw. das spezielle Profil der Zwischenplatte kann die Kanaleinheit in eine Vielzahl einzelner Kanäle bzw. Teilkanäle unterteilt sein, welche sich parallel zueinander erstrecken und einen Durchfluss desselben Fluids in dieselbe Durchflussrichtung ermöglichen.Preferably, two adjacent heat transfer plates and the intermediately arranged intermediate plate form a channel unit for the passage of a fluid. As such channel unit is to be understood in particular a dense or sealed space between the two adjacent heat transfer plates, through which a fluid can be passed. Due to the special shape or the special profile of the intermediate plate, the channel unit may be divided into a plurality of individual channels or sub-channels, which extend parallel to one another and allow a flow of the same fluid in the same direction of flow.
Vorzugsweise ist die Kanaleinheit zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten durch ein Profil der entsprechenden dazwischen angeordneten Zwischenplatte lateral und/oder axial begrenzt und eine Durchflussrichtung der Kanaleinheit ist durch eine Haupterstreckungsrichtung des Profils der entsprechenden Zwischenplatte definiert. Durch das Profil oder zumindest durch einen Teil des Profils wird es insbesondere ermöglicht, die Zwischenplatte derart mit den angrenzenden Wärmeübertragungsplatten zu verbinden, dass der Zwischenraum zwischen den Wärmeübertragungsplatten abgeschlossen und abgedichtet werden kann. Das Profil begrenzt somit die Kanaleinheit. Das jeweilige Fluid kann somit in einer Strömung durch die Kanaleinheit geführt werden, welche parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung des Profils verläuft, so dass diese Haupterstreckungsrichtung die Durchflussrichtung der Kanaleinheit definiert.Preferably, the channel unit between two adjacent heat transfer plates is bounded laterally and / or axially by a profile of the corresponding intermediate plate arranged therebetween, and a flow direction of the channel unit is defined by a main extension direction of the profile of the corresponding intermediate plate. The profile or at least part of the profile makes it possible in particular to connect the intermediate plate with the adjacent heat transfer plates in such a way that the space between the heat transfer plates can be closed and sealed. The profile thus limits the channel unit. The respective fluid can thus be guided in a flow through the channel unit, which runs parallel or at least substantially parallel to the main extension direction of the profile, so that this main extension direction defines the flow direction of the channel unit.
Bevorzugt bilden jeweils drei benachbarte Wärmeübertragungsplatten und die jeweiligen dazwischen angeordneten Zwischenplatten zwei benachbarte Kanaleinheiten. Eine erste dieser beiden benachbarten Kanaleinheiten erstreckt sich vorzugsweise in eine erste Durchflussrichtung bzw. definiert eine solche. Die andere der beiden benachbarten Kanaleinheiten erstreckt sich bevorzugt in eine zweite Durchflussrichtung bzw. definiert eine solche. Die erste Durchflussrichtung und die zweite Durchflussrichtung sind vorteilhafterweise orthogonal zueinander. Da die Profile zweier benachbarter Zwischenplatten wie oben erläutert bevorzugt um 90° verdreht zueinander sind, sind vorzugsweise auch die Haupterstreckungsrichtungen der Profile zweier benachbarter Zwischenplatten zueinander um 90° verdreht und somit orthogonal zueinander. Da die Durchflussrichtungen der Kanaleinheiten durch diese Haupterstreckungsrichtungen definiert sind, sind somit auch die Durchflussrichtungen benachbarter Kanäle orthogonal.Preferably, three adjacent heat transfer plates and the respective intermediate plates arranged between them form two adjacent channel units. A first of these two adjacent channel units preferably extends or defines a first flow direction. The other of the two adjacent channel units preferably extends into or defines a second flow direction. The first flow direction and the second flow direction are advantageously orthogonal to one another. Since the profiles of two adjacent intermediate plates, as explained above, are preferably twisted by 90 ° with respect to one another, the main directions of extension of the profiles of two adjacent intermediate plates are preferably also rotated by 90 ° relative to one another and thus orthogonal to one another. Since the flow directions of the channel units are defined by these main directions of extension, thus the flow directions of adjacent channels are orthogonal.
Insbesondere kann somit durch jede zweite Kanaleinheit dasselbe Fluid in dieselbe Durchflussrichtung geleitet werden. Eine Wärmeübertragungsplatte wird somit insbesondere für jeweils zwei benachbarte Kanaleinheiten verwendet. Entlang einer Seite der Wärmeübertragungsplatte wird somit durch die eine dieser beiden Kanaleinheiten ein erstes Fluid in der ersten Durchflussrichtung geleitet, entlang der anderen Seite der Wärmeübertragungsplatte wird durch die zweite dieser beiden Kanaleinheiten ein zweites Fluid in der zweiten Durchflussrichtung geleitet. Über die Wärmeübertragungsplatte kann somit ein Wärmeaustausch der beiden Fluide in den beiden benachbarten Kanaleinheiten erfolgen. Die Zwischenplatten tragen, wie oben bereits erläutert, vorzugsweise nicht oder kaum zu dem Wärmeaustausch bei, sondern fungieren zweckmäßigerweise sowohl als Abstandshalter zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten, als auch zum Abdichten der Kanaleinheiten und zur Führung des entsprechenden durch die Kanaleinheiten geleiteten Fluids.In particular, the same fluid can thus be conducted in the same direction of flow through every second channel unit. A heat transfer plate is thus used in particular for each two adjacent channel units. Along one side of the heat transfer plate is thus passed through one of these two channel units, a first fluid in the first flow direction, along the other side of the heat transfer plate is passed through the second of these two channel units, a second fluid in the second flow direction. Thus, a heat exchange of the two fluids in the two adjacent channel units can take place via the heat transfer plate. The intermediate plates, as explained above, preferably do not contribute or hardly contribute to the heat exchange, but function expediently both as spacers between adjacent heat transfer plates, as well as for sealing the channel units and for guiding the corresponding fluid conducted through the channel units.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Platte in jedem der wenigstens zwei profilierten Bereiche jeweils derart gefaltet, dass ein erster Auflagebereich und ein zweiter Auflagebereich bereitgestellt werden. Der mindestens eine nicht profilierte Bereich definiert vorteilhafterweise somit eine Haupterstreckungsebene der Platte. Dieser erste Auflagebereich erstreckt sich in einer zu der Haupterstreckungsebene parallelen ersten Ebene und dieser zweite Auflagebereich erstreckt sich in einer zu der Haupterstreckungsebene parallelen zweiten Ebene. Diese erste Ebene und diese zweite Ebene liegen jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Haupterstreckungsebene, jeweils in einem vorgegebenen Abstand zu der Haupterstreckungsebene. Die jeweiligen Zwischenplatten sind dabei vorzugsweise einstückig profiliert ausgebildet, d.h. die Zwischenplatten sind jeweils aus einem Werkstück gefertigt, welches entsprechend profiliert ist.According to a particularly preferred embodiment, the plate is folded in each of the at least two profiled regions in each case such that a first support region and a second support region are provided. The at least one non-profiled region thus advantageously defines a main extension plane of the plate. This first support region extends in a first plane parallel to the main extension plane and this second support region extends in a second plane parallel to the main extension plane. These first level and second level lie on opposite sides respectively the main extension plane, each at a predetermined distance from the main extension plane. The respective intermediate plates are preferably formed profiled in one piece, ie, the intermediate plates are each made of a workpiece, which is profiled accordingly.
Die Auflagebereiche können beispielsweise jeweils als Ebenen ausgebildet sein. Insbesondere dienen die Auflagebereiche zur Auflage der Wärmeübertragungsplatten bzw. dazu, die Zwischenplatte an den Wärmeübertragungsplatten zu befestigen. Durch diese spezielle Ausgestaltung wird ein konstruktiv einfaches Design der Zwischenplatten bereitgestellt, um eine besonders hohe Stabilität des Plattenpakets zu ermöglichen und um die Funktionen der Zwischenplatten als Abstandshalter zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten, zum Abdichten der Kanaleinheiten und zur Führung des entsprechenden Fluids zu gewährleisten.The support areas may be formed, for example, each as levels. In particular, the bearing areas serve to support the heat transfer plates or to fix the intermediate plate to the heat transfer plates. This special design provides a structurally simple design of the intermediate plates to allow a particularly high stability of the plate pack and to ensure the functions of the intermediate plates as spacers between adjacent heat transfer plates, for sealing the channel units and for guiding the corresponding fluid.
In jedem dieser profilierten Bereiche kann die Platte beispielsweise insbesondere derart gefaltet sein, dass sie sich in eine erste Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene erstreckt (z.B. in Bezug auf die Haupterstreckungsebene senkrecht nach oben), bis zu dem ersten Auflagebereich. Von diesem ersten Auflagebereich aus kann sich die Platte daraufhin in eine zweite Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene bis zu dem zweiten Auflagebereich erstrecken, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist (z.B. in Bezug auf die Haupterstreckungsebene senkrecht nach unten). Von dem zweiten Auflagebereich kann sich die Platte beispielsweise wieder in die erste Richtung erstrecken.For example, in each of these profiled regions, the plate may in particular be folded so as to extend in a first direction perpendicular to the main plane of extension (e.g., vertically upwardly with respect to the main plane of extent) to the first bearing region. From this first support region, the plate may then extend in a second direction perpendicular to the main extension plane to the second support region, which is opposite to the first direction (e.g., vertically downwardly with respect to the main extension plane). For example, the plate may extend from the second support area in the first direction.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Abstand einer der Auflagebereiche zweckmäßigerweise auch null sein kann. In diesem Fall fällt der jeweilige Auflagebereich mit der Haupterstreckungsebene zusammen. Vorteilhafterweise ist wenigstens eine der Zwischenplatten der Vielzahl von Zwischenplatten in diesem Fall als eine Platte mit mindestens einem nicht profilierten Bereich und mit mindestens zwei profilierten Bereichen ausgebildet. Analog zu obiger Beschreibung ist die jeweilige Zwischenplatte in diesem nicht profilierten Bereichen eben ausgebildet, erstreckt sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene, besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene, definiert eine Haupterstreckungsebene der Platte und bildet in diesem Fall vorzugsweise einen ersten Auflagebereich. In jedem der wenigstens zwei profilierten Bereiche ist die Platte in diesem Fall bevorzugt jeweils derart gefaltet, dass ein zweiter Auflagebereich bereitgestellt wird, der sich in einer zu der Haupterstreckungsebene parallelen Ebene in einem vorgegebenen Abstand zu der Haupterstreckungsebene erstreckt. Die jeweiligen Zwischenplatten sind dabei vorzugsweise einstückig profiliert ausgebildet. It should be noted that a distance of one of the bearing areas can also be expediently zero. In this case, the respective contact area coincides with the main extension plane. Advantageously, at least one of the intermediate plates of the plurality of intermediate plates is in this case formed as a plate having at least one non-profiled region and at least two profiled regions. Analogous to the above description, the respective intermediate plate is planar in these non-profiled areas, extends substantially in a two-dimensional plane, has a comparatively very small height in a direction perpendicular to this plane, defines a main plane of extension of the plate and in this case preferably forms a first edition area. In each of the at least two profiled regions, the plate is preferably in each case folded in such a way that a second support region is provided which extends in a plane parallel to the main plane of extension at a predetermined distance from the main extension plane. The respective intermediate plates are preferably formed profiled in one piece.
Vorzugsweise ist ein erster profilierter Bereich an einem ersten Randbereich der Platte angeordnet und ein zweiter profilierter Bereich an einem zweiten Randbereich. Der erste Randbereich und der zweite Randbereich liegen sich bevorzugt gegenüber. Als Randbereich sei in diesem Zusammenhang ein Bereich vor einer der vier Kanten der zweckmäßigerweise rechteckigen Platte zu verstehen. Somit sind insbesondere die Ränder bzw. Randbereiche der Zwischenplatten profiliert ausgebildet. Es versteht sich, dass die Zwischenplatte noch weitere profilierte Bereiche aufweisen kann, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Randbereich liegen können. Profilierte Bereiche in den Randbereichen der Platte dienen zweckmäßigerweise zum Abdichten der Kanaleinheiten, profilierte Bereiche zwischen diesen Randbereichen fungieren insbesondere zur Stabilisierung von benachbarten Wärmeübertragungsplatten.Preferably, a first profiled region is arranged on a first edge region of the plate and a second profiled region on a second edge region. The first edge region and the second edge region are preferably opposite. In this context, an edge region is to be understood as an area in front of one of the four edges of the expediently rectangular plate. Thus, in particular the edges or edge regions of the intermediate plates are formed profiled. It is understood that the intermediate plate may have further profiled areas, which may lie between the first and the second edge region. Profiled areas in the edge areas of the plate are expediently used for sealing the channel units, profiled areas between these edge areas act in particular to stabilize adjacent heat transfer plates.
Vorteilhafterweise liegt auf dem ersten Auflagebereich eine erste Wärmeübertragungsplatte auf und auf dem zweiten Auflagebereich liegt eine zweite Wärmeübertragungsplatte auf, welche in dem Plattenpaket benachbart zu der ersten Wärmeübertragungsplatte angeordnet ist. Die entsprechende Zwischenplatte ist beispielsweise an dem jeweiligen Auflagebereich mit der jeweiligen Wärmeübertragungsplatte verschweißt oder auf andere zweckmäßige Weise miteinander verbunden. Die Kanaleinheit wird somit zweckmäßigerweise durch diese Verbindung zwischen Wärmeübertragungsplatte und Zwischenplatte abgedichtet.Advantageously, a first heat transfer plate rests on the first support region, and a second heat transfer plate is disposed on the second support region and is disposed in the plate package adjacent to the first heat transfer plate. The corresponding intermediate plate is, for example, welded to the respective bearing area with the respective heat transfer plate or connected to each other in any other appropriate manner. The channel unit is thus suitably sealed by this connection between the heat transfer plate and the intermediate plate.
Die wenigstens eine Zwischenplatte und zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten bilden vorzugsweise eine Kanaleinheit. Bevorzugt wird diese Kanaleinheit durch den ersten profilierten Bereich und den zweiten profilierten Bereich der wenigstens einen Zwischenplatte begrenzt. Die Durchflussrichtung der Kanaleinheit wird vorzugsweise durch eine Haupterstreckungsrichtung des ersten profilierten Bereichs und des zweiten profilierten Bereichs der wenigstens einen Zwischenplatte definiert. Weiterhin kann die Kanaleinheit durch den ersten und den zweiten profilierten Bereich insbesondere abgedichtet werden. Besonders bevorzugt wird die Kanaleinheit durch profilierte Bereiche begrenzt, welche an zwei gegenüberliegenden Randbereichen der entsprechenden Zwischenplatte angeordnet sind.The at least one intermediate plate and two adjacent heat transfer plates preferably form a channel unit. This channel unit is preferably delimited by the first profiled area and the second profiled area of the at least one intermediate plate. The flow direction of the channel unit is preferably defined by a main extension direction of the first profiled area and the second profiled area of the at least one intermediate plate. Furthermore, the channel unit can be sealed in particular by the first and the second profiled region. Particularly preferably, the channel unit is limited by profiled regions, which are arranged on two opposite edge regions of the corresponding intermediate plate.
Als Haupterstreckungsrichtung sei in diesem Zusammenhang eine Richtung zu verstehen, entlang welcher sich das Profil im Wesentlichen erstreckt. Wie oben erläutert, besitzt die entsprechende Platte in den profilierten Bereichen insbesondere ein Profil, welches eine Höhe bzw. Ausdehnung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene besitzt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei die Haupterstreckungsebene als x-y-Ebene bezeichnet. Das Profil besitzt somit im Allgemeinen eine Höhe bzw. Ausdehnung in z-Richtung. Dieses Profil erstreckt sich insbesondere entweder in x-Richtung oder in y-Richtung, die Haupterstreckungsrichtung ist somit insbesondere entweder die x-Richtung oder die y-Richtung. Insbesondere sind somit Querschnitte durch die Zwischenplatte in z-Richtung entlang der Haupterstreckungsrichtung stets identisch bzw.im Wesentlichen identisch.In this context, the main direction of extension should be understood as a direction along which the profile essentially extends. As explained above, the corresponding plate in the profiled areas in particular has a profile which has a height or extension perpendicular to the main extension plane. Without limiting the generality, the main extension plane is called the xy plane. The profile thus generally has a height or extension in the z-direction. This profile extends in particular either in the x-direction or in the y-direction, the main extension direction is thus in particular either the x-direction or the y-direction. In particular, therefore, cross sections through the intermediate plate in the z-direction along the main extension direction are always identical or substantially identical.
Ein Abstand zwischen dem ersten Auflagebereich und dem zweiten Auflagebereich definiert vorzugsweise den Abstand zwischen den zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten. Die jeweiligen Abstände der Auflagebereiche zu der Haupterstreckungsebene sind somit zweckmäßigerweise derart konzipiert, dass die Zwischenplatte als Abstandshalter zwischen den Wärmeübertragungsplatten fungieren kann.A distance between the first support portion and the second support portion preferably defines the distance between the two adjacent heat transfer plates. The respective distances of the support areas to the main extension plane are thus expediently designed such that the intermediate plate can act as a spacer between the heat transfer plates.
Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei benachbarte Zwischenplatten jeweils als eine Platte mit mindestens einem nicht profilierten Bereich und mit mindestens zwei profilierten Bereichen ausgebildet. Die Haupterstreckungsrichtungen des ersten profilierten Bereichs und des zweiten profilierten Bereichs der wenigstens zwei benachbarten Zwischenplatten sind vorteilhafterweise zueinander um einen vorgegebenen Winkel verdreht. Bevorzugt beträgt dieser Winkel 90°. Wie oben erläutert, sind die Profile von benachbarten Zwischenplatten somit vorzugsweise um 90° gegeneinander verdreht, wodurch benachbarte Kanaleinheiten mit orthogonalen Durchflussrichtungen realisiert werden.Advantageously, at least two adjacent intermediate plates are each formed as a plate with at least one non-profiled area and with at least two profiled areas. The main directions of extension of the first profiled area and of the second profiled area of the at least two adjacent intermediate plates are advantageously rotated relative to one another by a predetermined angle. This angle is preferably 90 °. As explained above, the profiles of adjacent intermediate plates are thus preferably rotated by 90 ° relative to each other, whereby adjacent channel units are realized with orthogonal flow directions.
Vorzugsweise kann die Platte der Zwischenplatte mindestens einen einseitig-profilierten Bereich aufweisen. Im Gegensatz zu den profilierten Bereichen ist die Platte in diesem einseitig-profilierten Bereich derart gefaltet, dass ein weiterer erster Auflagebereich oder ein weiterer zweiter Auflagebereich bereitgestellt.Preferably, the plate of the intermediate plate may have at least one single-sided profiled area. In contrast to the profiled areas, the panel is folded in this single-sided profiled area in such a way that a further first support area or a further second support area is provided.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist in wenigstens eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten wenigstens ein Strömungsleitelement eingebracht. Diese Strömungsleitelemente bilden insbesondere Widerstände, welche die Strömung des durch die entsprechende Kanaleinheit geführten Fluids ändern kann. Insbesondere wird das Fluid durch diese Strömungsleitelemente von einer laminaren in eine turbulente oder zumindest teilweise turbulente Strömung gebracht. Durch derartige (zumindest teilweise) turbulente Strömungen kann die Effektivität des Wärmetauschprozesses, insbesondere die Effektivität des Wärmedurchgangs und Wärmeübergangs, und somit zweckmäßigerweise der thermische Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers im Vergleich zu einer laminaren Strömung erhöht werden. Anordnung, Lage, Anzahl, Form und/oder Größe der Strömungsleitelemente kann insbesondere derart gewählt werden, dass die Strömung wie gewünscht beeinflusst werden kann.According to a preferred embodiment, at least one flow guide element is introduced into at least one intermediate plate of the plurality of intermediate plates. In particular, these flow guide elements form resistors which can change the flow of the fluid passed through the corresponding channel unit. In particular, the fluid is brought by these flow guide from a laminar to a turbulent or at least partially turbulent flow. By such (at least partially) turbulent flows, the effectiveness of the heat exchange process, in particular the effectiveness of the heat transfer and heat transfer, and thus expediently the thermal efficiency of the plate heat exchanger in comparison to a laminar flow can be increased. Arrangement, position, number, shape and / or size of the flow guide can be chosen in particular such that the flow can be influenced as desired.
Zweckmäßigerweise können die Strömungsleitelemente zusätzlich auch zur Stabilität des Plattenpakets beitragen und können insbesondere zusätzlich zu dem Profil der Zwischenplatte auch als Abstandshalter zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten dienen. Insbesondere sind die Strömungsleitelemente zwischen dem ersten und zweiten an jeweils gegenüberliegenden Randbereichen angeordneten profilierten Bereichen in die Zwischenplatte eingebracht. Je nach speziellem Anwendungsfall kann es sich als zweckmäßig erweisen, zwischen dem ersten und dem zweiten profilierten Bereich noch weitere profilierte Bereiche anzuordnen, um als Abstandshalter und/oder zur Stabilität zu dienen, oder aber keine weiteren profilierten Bereiche anzuordnen, wenn die eingebrachten Strömungsleitelemente ausreichend zur Stabilität bzw. als Abstandshalter dienen.Conveniently, the flow guide elements can additionally contribute to the stability of the plate pack and, in particular in addition to the profile of the intermediate plate, can also serve as a spacer between adjacent heat transfer plates. In particular, the flow guide elements are introduced into the intermediate plate between the first and second profiled regions arranged on respectively opposite edge regions. Depending on the particular application, it may prove expedient to arrange further profiled areas between the first and the second profiled area in order to serve as spacers and / or for stability, or to dispose of any further profiled areas if the introduced flow guide elements are sufficient for Stability or serve as a spacer.
Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Strömungsleitelement in wenigstens eine Öffnung in die wenigstens eine Zwischenplatte eingesetzt, insbesondere eingesteckt. Diese Öffnungen können im Zuge des Herstellungsprozesses z.B. maschinell in die entsprechenden Zwischenplatten eingebracht werden. Während der Fertigung des Plattenwärmetauschers können die Strömungsleitelemente auf einfache Weise in die Öffnungen eingesetzt, z.B. eingesteckt werden.Advantageously, the at least one flow guide is inserted into at least one opening in the at least one intermediate plate, in particular inserted. These openings may be removed during the manufacturing process e.g. be machined into the corresponding intermediate plates. During manufacture of the plate heat exchanger, the flow directors can be easily inserted into the openings, e.g. be plugged in.
Bevorzugt sind wenigstens ein Strömungsleitpin und/oder wenigstens eine Strömungsleitplatte als das wenigstens eine Strömungsleitelement eingebracht. Eine derartige Strömungsleitplatte ist insbesondere als eine Platte zu verstehen, welche wesentlich geringere Ausmaße besitzt als die Zwischenplatte. Die Strömungsleitplatte kann beispielsweise gerade oder gebogen sein oder eine andere zweckmäßige Form aufweisen. Beispielsweise kann eine derartige Strömungsleitplatte als ein Blech aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein, z.B. aus Kunststoff.Preferably, at least one Strömungsleitpin and / or at least one Strömungsleitplatte are introduced as the at least one flow guide. Such Strömungsleitplatte is to be understood in particular as a plate which has much smaller dimensions than the intermediate plate. The flow baffle may for example be straight or curved or have another expedient shape. For example, such Strömungsleitplatte may be formed as a sheet of a metallic material or made of another suitable material, for. made of plastic.
Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Plattenwärmetauscher zum Durchführen eines Wärmetauschs von Fluiden eines Brenners verwendet. In einem derartigen Brenner wird Brenngas oder ein Gasgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft zu einem Verbrennungsabgas verbrannt. Beispielsweise kann Erdgas oder ein Erdgas-Sauerstoff-Gemisch als Brenngas verwendet werden. Brenngas oder Verbrennungsluft oder das Gasgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft wird als ein erstes Fluid durch das Plattenpaket des Plattenwärmetauschers geleitet und anschließend dem Brenner zugeführt. Das Verbrennungsabgas wird von dem Brenner zu dem Plattenwärmetauscher geführt und als ein zweites Fluid durch das Plattenpaket des Plattenwärmetauschers geleitet. Da dieses Verbrennungsabgas eine vergleichsweise hohe Temperatur besitzt, bietet es sich besonders an, um die kältere Verbrennungsluft bzw. das Gemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas oder das Brenngas mittels Wärmeaustausch vorzuwärmen. Durch dieses Vorwärmen kann ein Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht werden.In the course of the method according to the invention, the plate heat exchanger is used for carrying out a heat exchange of fluids of a burner. In such a burner, fuel gas or a gas mixture of fuel gas and combustion air is burned to a combustion exhaust gas. For example, natural gas or a natural gas-oxygen mixture can be used as fuel gas. Fuel gas or combustion air or the gas mixture of combustion gas and combustion air is passed as a first fluid through the plate pack of the plate heat exchanger and then the Burner supplied. The combustion exhaust gas is passed from the burner to the plate heat exchanger and passed as a second fluid through the plate pack of the plate heat exchanger. Since this combustion exhaust gas has a comparatively high temperature, it is particularly appropriate to preheat the colder combustion air or the mixture of combustion air and fuel gas or the fuel gas by means of heat exchange. By this preheating combustion efficiency can be increased.
Das Material, aus welchem die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten gefertigt sind, kann zweckmäßigerweise in Abhängigkeit eines Schwefelgehalts und/oder eines Schwefelsäuretaupunkts der Fluide gewählt werden, insbesondere im Allgemeinen von einem Säuretaupunkt, der sich auf alle Säuren in dem ersten bzw. zweiten Fluid bezieht. Der Säuretaupunkt schwefelhaltiger Brenngase liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 120°C und 150°C. Beispielsweise kann bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brenngasen SO2 und SO3 entstehen, welche mit Wasserdampf im Abgas zu Schwefliger Säure und Schwefelsäure weiterreagieren. Beispielsweise kondensiert hochkorrosive Schwefelsäure beim Unterschreiten des entsprechenden Säuretaupunkts. In derartigen Fällen wird insbesondere korrosionsbeständiges Material für die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten verwendet, beispielsweise nichtrostender Stahl. Bei sehr geringem Säuregehalt in den Fluiden kann beispielsweise Karbonstahl für die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten verwendet werden.The material from which the heat transfer and / or intermediate plates are made may conveniently be selected depending on a sulfur content and / or a sulfuric acid dew point of the fluids, in particular, generally an acid dew point, which applies to all acids in the first and second fluids, respectively refers. The acid dew point of sulfur-containing fuel gases is for example in a range between 120 ° C and 150 ° C. For example, can arise in the combustion of sulfur-containing fuel gases SO 2 and SO 3 , which further react with water vapor in the exhaust gas to sulfuric acid and sulfuric acid. For example, highly corrosive sulfuric acid condenses when falling below the corresponding acid dew point. In such cases, in particular corrosion-resistant material is used for the heat transfer and / or intermediate plates, for example stainless steel. For example, with very low acid content in the fluids, carbon steel can be used for the heat transfer and / or intermediate plates.
Der Brenner kann beispielsweise für einen Prozessofen verwendet werden, um in diesem eine Reaktion oder eine Beschleunigung einer Reaktion hervorzurufen. Beispielsweise kann der Prozessofen in einer Synthesegasanlage (z.B. Wasserstoff- oder Ammoniakanlage), DRI Anlage (Direct Reduced Iron), Verbrennungsanlage (Incineratoren), in einem Spaltgasofen (Ethylencracker), EDC Ofen (Ethylene Dichloride Furnace) oder einem sog. „Hot Thermal Heater“ verwendet werden.For example, the burner may be used for a process furnace to cause a reaction or acceleration of a reaction therein. For example, the process furnace in a synthesis gas plant (eg hydrogen or ammonia plant), DRI plant (Direct Reduced Iron), incinerators (INCINERATORS), in a cracked gas oven (ethylene cracker), EDC furnace (Ethylene Dichloride Furnace) or a so-called "Hot Thermal Heater " be used.
Bevorzugt kann der Brenner für eine Synthesegasherstellung verwendet werden. Unter Synthesegas ist ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu verstehen, das in einer Vielzahl von industriellen Prozessen als Basischemikalie eingesetzt werden kann. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid des Synthesegases kann durch die Synthesegasherstellung insbesondere eingestellt werden. Beispielsweis kann Synthesegas aus Kohle, Erdöl, Erdgas, Biomasse oder organischen Abfällen hergestellt werden. Der Brenner kann zur Erzeugung von für Prozessabschnitte der Synthesegasherstellung benötigten Prozesstemperaturen verwendet werden. Beispielswiese kann mittels des Brenners zu diesem Zweck ein Vergaser bzw. die Brennkammer eines Vergasers erwärmt werden.Preferably, the burner may be used for syngas production. Synthesis gas is a gas mixture of hydrogen and carbon monoxide to understand that can be used in a variety of industrial processes as a basic chemical. The ratio of hydrogen to carbon monoxide of the synthesis gas can be adjusted in particular by synthesis gas production. For example, synthesis gas can be produced from coal, petroleum, natural gas, biomass or organic waste. The burner may be used to generate process temperatures needed for process stages of syngas production. For example, by means of the burner for this purpose, a carburetor or the combustion chamber of a carburetor can be heated.
Es ist auch denkbar, dass der Plattenwärmetauscher zweckmäßigerweise zur Erwärmung eines Prozessgases verwendet wird, z.B. im Zuge einer Synthesegasherstellung, Wasserstoffsynthese, Ammoniaksynthese usw. Beispielsweise kann durch den Plattenwärmetauscher ein Prozessgas erwärmt werden, welches durch einen vorangegangenen Prozessabschnitt abgekühlt wurde, aber für einen nachfolgenden Prozessabschnitt eine höhere Temperatur benötigt.It is also conceivable that the plate heat exchanger is expediently used for heating a process gas, e.g. in the course of synthesis gas production, hydrogen synthesis, ammonia synthesis, etc. For example, can be heated by the plate heat exchanger, a process gas which has been cooled by a previous process section, but requires a higher temperature for a subsequent process section.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung.1 schematically shows a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in a perspective view and in an exploded view. -
2 zeigt schematisch einen Teil eines Plattenpakets einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in Explosionsdarstellungen.2 schematically shows a part of a plate pack of a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in exploded views. -
3 zeigt schematisch eine Zwischenplatte einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer perspektivischen Ansicht und in einer Querschnittansicht.3 schematically shows an intermediate plate of a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in a perspective view and in a cross-sectional view. -
4 zeigt schematisch Zwischenplatten gemäß bevorzugten Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers jeweils in einer Querschnittansicht.4 schematically shows intermediate plates according to preferred embodiments of a plate heat exchanger according to the invention in each case in a cross-sectional view. -
5 zeigt schematisch eine Kanaleinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer Querschnittansicht.5 schematically shows a channel unit according to a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in a cross-sectional view. -
6 zeigt schematisch eine Zwischenplatte und Teile einer Zwischenplatte einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers jeweils in einer perspektivischen Ansicht.6 schematically shows an intermediate plate and parts of an intermediate plate of a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in each case in a perspective view.
In
Der Plattenwärmetauscher
Es können ein erstes Fluid
Das erste Fluid
Diese Umkehrkammer
In
Das Plattenpaket weist eine Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten Wärmeübertragungsplatten
Wie in
Die einzelnen Wärmeübertragungsplatten
Die Zwischenplatten
Das Profil einer dritten Zwischenplatte
Zur Verdeutlichung sind in
In den profilierten Bereichen
Analog weist auch die zweite Zwischenplatte
Die zweite Zwischenplatte
Durch diese spezielle Profilierung der Vielzahl von Zwischenplatten
Die erste Wärmeübertragungsplatte
Die zweite Wärmeübertragungsplatte
Die zweite Wärmeübertragungsplatte
Die dritte Wärmeübertragungsplatte
Die vierte Wärmeübertragungsplatte
Dieses Konzept von benachbarten Zwischenplatten mit um 90° verdrehten Profilen und von Kanaleinheiten
Im Folgenden werden unter Bezug auf die
In
Wie in
Die profilierten Bereiche
Die Zwischenplatte
Die ersten Auflagebereiche
Diese erste Ebene liegt dabei in einem ersten Abstand von Δz1 oberhalb der Haupterstreckungsebene
Es sei darauf hingewiesen, dass einer der Abstände Δz1 oder Az2 auch null sein kann. In diesem Fall fällt der jeweilige Auflagebereich
Im Folgenden wird die spezielle Form des Profils der Zwischenplatte
Beispielsweise ist die Zwischenplatte
Bei der Koordinate x2 ist die Zwischenplatte
Zwischen den Koordinaten x2 und x3 verläuft die Zwischenplatte
Auf analoge Weise ist die Zwischenplatte
An den ersten Auflagebereichen
Durch diese insbesondere stoffschlüssige Verbindung zwischen Auflagebereich und entsprechender Wärmeübertragungsplatte kann der Zwischenraum zwischen diesen benachbarten Wärmeübertragungsplatten und somit die entsprechende Kanaleinheit abgedichtet werden.By this particular cohesive connection between support area and corresponding heat transfer plate, the gap between these adjacent heat transfer plates and thus the corresponding channel unit can be sealed.
Die Fläche
Somit ist die entsprechende Kanaleinheit zwischen diesen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten durch den ersten profilierten Bereich
Die Zwischenplatte
In
Die Zwischenplatte
Die profilierten Bereiche
In dem dritten profilierten Bereich
Die Abstände zwischen der Haupterstreckungsebene und den Auflageflächen
Der erste Auflagebereich
In
In dem dritten profilierten Bereich ist die Zwischenplatte
Der erste Auflagebereich
In
Zwischen diesen nicht profilierten Bereichen
In diesem einseitig profilierten Bereich
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Zwischenplatte
In
Im Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausgestaltungen ist die Zwischenplatte
Die ersten Auflagebereiche
In dem dritten profilierten Bereich
In
Zwischen einer ersten Wärmeübertragungsplatte
Wie in
In
Wie in
In den nicht profilierten Bereichen sind jeweils Strömungsleitelemente
In den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11 - 100100
- PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger
- 101101
- Rahmenframe
- 101a101
- Stahlträgersteel beams
- 101b101b
- Stahlträgersteel beams
- 101c101c
- Stahlträgersteel beams
- 102102
- Umkehrkammerreversing chamber
- 110110
- Plattenpaketplate pack
- 111111
- erste Hälfte des Plattenpaketsfirst half of the disk pack
- 112112
- zweite Hälfte des Plattenpaketssecond half of the disk pack
- F1 F 1
- erstes Fluidfirst fluid
- F2 F 2
- zweites Fluidsecond fluid
-
22 - 200200
- Vielzahl von WärmeübertragungsplattenVariety of heat transfer plates
- 201201
- erste Wärmeübertragungsplattefirst heat transfer plate
- 202202
- zweite Wärmeübertragungsplattesecond heat transfer plate
- 203203
- dritte Wärmeübertragungsplattethird heat transfer plate
- 204204
- vierte Wärmeübertragungsplattefourth heat transfer plate
- 205205
- fünfte Wärmeübertragungsplatte fifth heat transfer plate
- 300300
- Vielzahl von profilierten ZwischenplattenVariety of profiled intermediate plates
- 301301
- erste Zwischenplattefirst intermediate plate
- 302302
- zweite Zwischenplattesecond intermediate plate
- 303303
- dritte Zwischenplattethird intermediate plate
- 304304
- vierte Zwischenplatte fourth intermediate plate
- 311311
- profilierte Bereicheprofiled areas
- 312312
- nicht profilierte Bereichenon-profiled areas
- 321321
- profilierte Bereicheprofiled areas
- 322322
- nicht profilierte Bereiche non-profiled areas
- 400400
- Vielzahl von KanaleinheitenVariety of channel units
- 401401
- erste Kanaleinheitfirst channel unit
- 402402
- zweite Kanaleinheitsecond channel unit
- 403403
- dritte Kanaleinheitthird channel unit
- 404404
- vierte Kanaleinheitfourth channel unit
-
33 - 500500
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511511
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521521
- profilierter Bereichprofiled area
- 522522
- profilierter Bereich profiled area
- EH E H
- HaupterstreckungsebeneMain plane
- EA1,1 E A1,1
- erster Auflagebereichfirst edition
- EA1,2 E A1,2
- erster Auflagebereichfirst edition
- EA2,1 E A2,1
- zweiter Auflagebereichsecond edition
- EA2,2 E A2,2
- zweiter Auflagebereichsecond edition
- EB1 E B1
- erste Begrenzungsflächefirst boundary surface
- EB2 E B2
- zweite Begrenzungsflächesecond boundary surface
-
4a4a - 500a500a
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511a511a
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 512a512a
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521a521
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 522a522a
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 523a523a
- dritter profilierter Bereichthird profiled area
- EA1,3,a E A1,3, a
- erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichsfirst contact area of the third profiled area
- EA2,3,a E A2,3, a
- zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichssecond edition of the third profiled section
- A1a A 1a
- erste Auflageflächefirst contact surface
- A2a A 2a
- zweite Auflageflächesecond bearing surface
- A3a A 3a
- dritte Auflageflächethird contact surface
-
4b4b - 500b500b
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511b511b
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 512b512b
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521 b521 b
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 522b522b
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 523b523b
- dritter profilierter Bereichthird profiled area
- EA1,3,b E A1,3, b
- erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichsfirst contact area of the third profiled area
- EA2,3,b E A2,3, b
- zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichssecond edition of the third profiled section
- A1b A 1b
- erste Auflageflächefirst contact surface
- A2b A 2b
- zweite Auflageflächesecond bearing surface
- A3b A 3b
- dritte Auflageflächethird contact surface
- A4b A 4b
- vierte Auflageflächefourth bearing surface
- A5b A 5b
- fünfte Auflageflächefifth bearing surface
-
4c4c - 500c500c
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511c511c
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 512c512c
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521c521c
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 522c522c
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 523c523c
- einseitig profilierter Bereichone-sided profiled area
- EA2,3,c E A2,3, c
- zweiter Auflagebereich des einseitig profilierten Bereichssecond edition of the one-sided profiled area
- A1c A 1c
- erste Auflageflächefirst contact surface
-
4d4d - 500d500d
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511d511d
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 512d512d
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 513d513d
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 513d513d
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521d521d
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 522d522d
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 523d523d
- dritter profilierter Bereichthird profiled area
- 524d524d
- vierter profilierter Bereichfourth profiled area
- 525d525d
- fünfter profilierter Bereichfifth profiled area
-
4e4e - 500e500e
- Zwischenplatteintermediate plate
- 511e511e
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 512e512e
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 521e521e
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 522e522e
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 523e523e
- dritter profilierter Bereichthird profiled area
- EA1,1,e E A1,1, e
- erster Auflagebereich des ersten profilierten Bereichsfirst contact area of the first profiled area
- EA2,1,e E A2,1, e
- zweiter Auflagebereich des ersten profilierten Bereichssecond edition of the first profiled area
- EA1,2,e E A1,2, e
- erster Auflagebereich des zweiten profilierten Bereichsfirst contact area of the second profiled area
- EA2,2,e E A2,2, e
- zweiter Auflagebereich des zweiten profilierten Bereichssecond support area of the second profiled area
- EA1,3,e E A1,3, e
- erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichsfirst contact area of the third profiled area
- EA2,3,e E A2,3, e
- zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichssecond edition of the third profiled section
- A1e A 1e
- erster abgerundeter Bereichfirst rounded area
- A2e A 2e
- zweiter abgerundeter Bereichsecond rounded area
- A3e A 3e
- dritter abgerundeter Bereichthird rounded area
-
55 - 201a201
- erste Wärmeübertragungsplattefirst heat transfer plate
- 202a202a
- zweite Wärmeübertragungsplattesecond heat transfer plate
- 401a401
- Kanaleinheitchannel unit
- K1 K 1
- Teilkanalsubchannel
- K2 K 2
- Teilkanalsubchannel
- K3 K 3
- Teilkanalsubchannel
- K4 K 4
- Teilkanalsubchannel
- K5 K 5
- Teilkanalsubchannel
-
66 - 600600
- Zwischenplatteintermediate plate
- 601601
- turbulente Strömungturbulent flow
- 602602
- turbulente Strömungturbulent flow
- 603603
- turbulente Strömungturbulent flow
- 611611
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 612612
- nicht profilierter Bereichunprofiled area
- 621621
- erster profilierter Bereichfirst profiled area
- 622622
- zweiter profilierter Bereichsecond profiled area
- 623623
- dritter profilierter Bereichthird profiled area
- 630630
- Strömungsleitelementflow guide
- 631631
- StrömungsleitpinStrömungsleitpin
- 631 a631 a
- Öffnung für den StrömungsleitpinOpening for the Strömungsleitpin
- 632632
- Strömungsleitplattebaffle plate
- 632a632a
- Öffnung für die StrömungsleitplatteOpening for the flow baffle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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