DE102020203223A1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents
Plattenwärmetauscher Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020203223A1 DE102020203223A1 DE102020203223.8A DE102020203223A DE102020203223A1 DE 102020203223 A1 DE102020203223 A1 DE 102020203223A1 DE 102020203223 A DE102020203223 A DE 102020203223A DE 102020203223 A1 DE102020203223 A1 DE 102020203223A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- plate
- heat exchange
- support element
- exchanger according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 18
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- 229920001780 ECTFE Polymers 0.000 claims description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 claims description 4
- 229940127557 pharmaceutical product Drugs 0.000 claims description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- CHJAYYWUZLWNSQ-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-1,2,2-trifluoroethene;ethene Chemical group C=C.FC(F)=C(F)Cl CHJAYYWUZLWNSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N chloroacetic acid Chemical compound OC(=O)CCl FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N ethene;1,1,2,2-tetrafluoroethene Chemical group C=C.FC(F)=C(F)F QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- 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
- F28D9/0031—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 paired plates touching each other
- F28D9/0043—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 paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- 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
- F28D9/0031—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 paired plates touching each other
- F28D9/0043—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 paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
- F28D9/005—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 paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
- F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
- F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
- F16J15/102—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing characterised by material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
- F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/10—Arrangements for sealing the margins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2230/00—Sealing means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher umfassend zwei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanalsystem bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stützelement umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beabstandet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustauschplatte verschieden ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher und die Verwendung des Plattenwärmetauschers zur Übertragung von Wärme zwischen Medien.
- Plattenwärmetauscher enthalten ein Paket aus Wärmeaustauschplatten, durch die die Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium stattfindet. Benachbarte Platten bilden ein Kanalsystem, durch das ein Medium fließt. Unter Medium versteht man eine Flüssigkeit oder ein Gas, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass sich Partikel in der Flüssigkeit oder dem Gas befinden können.
- Grundsätzlich unterscheidet man bei Plattenwärmetauschern sogenannte dichtungslose und abgedichtete Bauformen. Bei der dichtungslosen Ausführung werden die Zwischenräume zwischen den Platten durch eine feste Verbindung der Platten, zum Beispiel durch Verschweißen oder Löten oder durch die sogenannte Fusionstechnik abgedichtet.
- Bei abgedichteten Plattenwärmetauschern liegen die Wärmeaustauschplatten an den Rändern aufeinander und sind durch Dichtungen getrennt. Bekannt sind derartige abgedichtete Plattenwärmetauscher beispielsweise aus
EP 1996889 B1 . Dort wird ein Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von Platten beschrieben, wobei die einzelnen Platten gestapelt und jeweils mit umlaufenden Dichtungen miteinander verbunden werden und ein Kanalsystem ausgebildet wird, das mäanderförmig verläuft und die Seitenwände der Führungskanäle Durchbrüche aufweisen. Es sollen eine verbesserte Wärmeübertragungsleistung und verringerter Druckverlust bewirkt werden. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, abgedichtete Plattenwärmetauscher zur Verfügung zu stellen, die im Betrieb hohen Druckunterschieden zwischen den Medien und zur Umgebung hin dauerhaft standhalten und die auch gegenüber zeitlichen Druckschwankungen oder -sprüngen eines Mediums stabil sind.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plattenwärmetauscher umfassend zwei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanalsystem bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stützelement umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beabstandet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustauschplatte verschieden ist.
- Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
- Es versteht sich, dass die Anzahl der Platten nicht auf zwei beschränkt ist. Der Fachmann wählt die Anzahl der Wärmeaustauschplatten entsprechend der gewünschten Wärmeübertragungsleistung. Je größer die Anzahl und Fläche der Wärmeaustauschplatten ist, desto größer ist die Wärmeübertragungsleistung.
- Erfindungsgemäß liegt das Kanalsystem zwischen zwei Wärmeaustauschplatten. Die beiden einander zugewandten Oberflächen benachbarter Wärmeaustauschplatten definieren Strömungskanäle des Kanalsystems. Dazu ist mindestens eine der beiden einander zugewandten Oberflächen profiliert. Graphitwärmeaustauschplatten und Siliciumcarbidwärmeaustauschplatten sind häufig einseitig fräsend bearbeitet, so dass nur eine der beiden einander zugewandten Oberflächen profiliert ist. Das Kanalsystem wird dann durch profilierte Oberfläche gegen glatte Oberfläche der im Stapel nächstfolgenden Platte erzeugt. Es können jedoch auch die beiden einander zugewandten Oberflächen der beiden Wärmeaustauschplatten profiliert sein. Bevorzugt sind geprägte Platten an beiden Oberflächen profiliert, z.B. solche aus dem von SGL Carbon angebotenen F100-Material. F100-Material ist ein Material, das Graphitpartikel und Fluorpolymer enthält.
- Unter Dichtelement versteht man in vorliegender Erfindung Mittel zum hermetischen Abdichten des Kanalsystems zu der umgebenden Atmosphäre.
- Unter Stützelement ist ein Element zu verstehen, dass zwischen den aufeinander liegenden Wärmeaustauschplatten liegt und diese gegeneinander stützt.
- In vorliegender Erfindung ist das Stützelement vom Dichtelement beabstandet. Dies bedeutet, dass Stützelement und Dichtelement nicht ineinander übergehen, sondern voneinander abgesetzte Elemente sind.
- Vorzugsweise ist das Stützelement eine Stützverbindung der zwei Wärmeaustauschplatten. Das heißt, dass eine orthogonal zur Wärmeaustauschplattenebene auf eine der Wärmeaustauschplatten einwirkende Kraft über das Stützelement zum Teil auf die in Kraftrichtung nächstfolgende, andere Wärmeaustauschplatte übertragen wird.
- Das Dichtelement kann ein in sich geschlossenes, umlaufendes Band sein oder durch überlappende Bandbereiche, z. B. Bandenden, eine ringsum geschlossene Bandkontur bilden. Dies bewirkt eine durchgehende, zuverlässige Abdichtung des Kanalsystems zu der Umgebung. Das Band kann in fester oder in pastenartiger Form vorliegen, wobei die Breite, Dicke und das Dichtelementmaterial bzw. die Dichtelementmaterialien immer so aufeinander abgestimmt werden, dass eine hinreichende Dichtwirkung und möglichst geringe Kriechneigung erreicht und zugleich für die jeweiligen Medien eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit des Dichtelements sichergestellt wird.
- Prinzipiell eignen sich viele verschiedene Materialien für das Dichtelement, sofern sich mit diesen für die jeweilige Wärmeübertragungsanwendung eine hinreichende Dichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielen lässt. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Dichtelement ein Fluorpolymer, z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE). Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Stützelement ein Fluorpolymer umfasst, z.B. PTFE.
- Das Fluorpolymer kann ausgewählt sein aus teilweise und vollständig fluorierten Polymeren. Als Fluorpolymer eignen sich z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Ethylenchlortrifluorethylene (ETCFE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA). Dies gilt sowohl im Hinblick auf Fluorpolymer des Dichtelements, wie auch im Hinblick auf Fluorpolymer des Stützelements. Besonders bevorzugt ist das Fluorpolymer PTFE. Fluorpolymere gewährleisten sowohl chemische und thermische Beständigkeit und Dichtheit, als auch mechanische Eigenschaften wie eine gute Kraftübertragung. Es versteht sich, dass dieses Eigenschaftsprofil von verschiedenen Fluorpolymeren in unterschiedlichem Maße erfüllt wird, z.B. ist PTFE besonders korrosionsfest. Dafür ist die Kriechneigung mancher anderer Fluorpolymere geringer.
- Bevorzugterweise bestehen die Dichtelemente und die Stützelemente aus einem identischen Werkstoff. Die volle Biegebelastbarkeit der Wärmeaustauschplatten steht dann für Druckunterschiede und Druckschwankungen bzw. Drucksprünge der Medien zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Stützelement und Dichtelement in besonders einfacher Weise aus beabstandeten Abschnitten eines Vorläufermaterials herstellen lassen. Als Vorläufermaterial kommen z.B. in Betracht:
- - eine Dichtpaste, wie z.B. die Fluorpolymer-Partikel enthaltende, handelsübliche Paste Chesterton® GoldEnd® 900,
- - ein PTFE-Dichtband (z.B. die handelsübliche GORE® Dichtungsband Serie 500) oder
- - eine Fluorpolymer-enthaltende Dichtschnur mit rundem Querschnitt
- Die Stützelemente werden zwischen den Wärmeaustauschplatten verpresst. Im Allgemeinen beträgt die Dicke des Stützelements höchstens 10%, bevorzugt höchstens 4 % der Breite des Stützelements. Dies hat den Vorteil, dass der Plattenwärmetauscher eine noch höhere Stabilität gegenüber Drucksprüngen aufweist.
- Die erfindungsgemäßen Dichtelemente haben eine definierte Dicke. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Dichtelements höchstens 10%, bevorzugt höchstens 4 % der Breite des Dichtelements. Dies bewirkt, dass der Plattenwärmetauscher auch außergewöhnlich hohen Betriebsdrücken dauerhaft standhält.
- Vorzugsweise beträgt die Dicke des Stützelements und/oder des Dichtelements zwischen 0,01 und 0,5 mm. Vorzugsweise beträgt die Breite des Stützelements und/oder des Dichtelements mindestens 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 20 mm. Auch dies bewirkt eine optimale Dichtigkeit und Stabilität gegen hohe Druckunterschiede.
- Das Stützelement kann streifenförmig vorliegen. Unter streifenförmig ist zu verstehen, dass das Stützelement eine definierte Breite und definierte Länge aufweist, wobei die Länge z.B. mindestens das fünffache der Breite beträgt. Dabei muss das Stützelement nicht zwingend gerade verlaufen. Dies bewirkt, dass die Kraftübertragung über die Fläche des streifenförmigen Stützelements auf die nächstliegende Wärmeaustauschplatte erfolgt.
- Das Stützelement kann auch eine Stützscheibe sein. Eine Stützscheibe ist gemäß vorliegender Erfindung ein Stützelement, dessen Umriss höchstens 2-mal so lang ist, wie der Umriss eines Kreises gleich großer Fläche. Praktisch lassen sich Stützscheiben dadurch herstellen, dass man als Vorläufermaterial eine Paste einsetzt und diese punktuell in Klecksen aufbringt. Beim Verpressen bildet sich aus dem Vorläufermaterial dann eine annähernd runde, flache Stützscheibe aus. Die so erfolgende, punktuelle Auftragung bewirkt, dass weniger Material für die Stützelemente benötigt wird und die Stützelemente in den Bereichen der Druckunterschiedsspitzen vereinzelt angebracht werden können. Es kann also mit minimalem Stützmaterialeinsatz einer Durchbiegung der Wärmeaustauschplatten genau dort gezielt entgegengewirkt werden, wo das Risiko eines Materialversagens am größten ist.
- Vorteilhafterweise können die Wärmeaustauschplatten Graphit und/oder Keramik und/oder Metall aufweisen. Als Material für die Platten können in Abhängigkeit von den Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, Metalle oder Metalllegierungen wie Stahl oder bei besonders korrosiven Medien auch keramische Materialien wie Siliziumcarbid oder faserverstärkte Keramikmaterialien oder Graphit eingesetzt werden.
- Ein Kanal im Kanalsystem kann weiterhin ein strömungsbrechendes Element umfassen. Unter strömungsbrechenden Elementen versteht man Elemente, die verhindern, dass das Medium geradlinig in Kanalrichtung durchfließen kann. Dies bewirkt, eine Verwirbelung des durchfließenden Mediums und somit, dass die Effizienz der Wärmeübertragung erhöht wird. Es kommt also schon bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums zu einer turbulenten Strömung.
- Vorteilhafterweise umfasst der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher drei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wärmeaustauschplatte liegendes erstes Kanalsystem und ein zwischen der zweiten Wärmeaustauschplatte und der dritten Wärmeaustauschplatte liegendes zweites Kanalsystem bilden, wobei das erste Kanalsystem durch ein erstes Dichtelement abgedichtet ist und ein vom ersten Kanalsystem umfasstes erstes Stützelement fluchtend mit einem vom zweiten Kanalsystem umfassten zweiten Stützelement angeordnet ist. Fluchtend bedeutet hier, dass die Umrisse des ersten und zweiten Stützelements mindestens teilweise überlappen. Ein Überlappen liegt vor, wenn die Umrisse so verlaufen, dass mindestens eine orthogonal zu den Plattenebenen ausgerichtete Gerade durch beide Umrisse hindurchführt. Das bedeutet, dass die Stützelemente in einer Achse angeordnet sind, die senkrecht zu der Fläche der Wärmeaustauschplatten verläuft. Somit wird die Kraft, die entlang der Achse auf eine Wärmeaustauschplatte wirkt über das Stützelement auf eine andere Wärmeaustauschplatte und von dieser wiederum über das weitere Stützelement weiter auf die in Kraftrichtung folgende Wärmeaustauschplatte übertragen.
- Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei ein Medium korrosiv ist oder beide Medien korrosiv sind. Unter korrosiv ist zu verstehen, dass das Medium eine Beeinträchtigung der Funktionen, durch chemische Reaktion, von Materialen, z.B. von Stählen oder anderen Konstruktionsmaterialen, hervorrufen kann, die mit dem Medium in Kontakt treten.
- Diese korrosiven Medien können aus Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Monochloressigsäure ausgewählt sein.
- Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers zur Übertragung von Wärme, wobei der Druckunterschied zwischen einem Medium und der Umgebung und/oder der Druckunterschied zwischen zwei Medien, zwischen denen Wärme übertragen wird, mindestens 7 bar, bevorzugt mindestens 9 bar, besonders bevorzugt mindestens 11 bar, ganz besonders bevorzugt mindestens 13 bar, äußerst bevorzugt mindestens 17 bar, z.B. mindestens 21 bar beträgt.
- Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren, bei dem in einem erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium übertragen wird, wobei mindestens eines der beiden Medien in physischen Kontakt mit einem Nahrungsmittel, einem pharmazeutischen Erzeugnis oder einem Halbleitermaterial oder in Kontakt mit einem Vorläufer des Nahrungsmittel, des pharmazeutischen Erzeugnisses oder des Halbleitermaterials gebracht wird.
- Die Erfindung wir durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele und Figuren veranschaulicht, ohne auf diese beschränkt zu sein.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt einen Bereich einer Wärmeaustauschplatte in perspektivischer Darstellung -
2 zeigt einen Bereich einer Wärmeaustauschplatte in perspektivischer Darstellung mit aufgebrachten Abschnitten eines Vorläufermaterials für erfindungsgemäße Stützelemente -
3 zeigt einen Querschnitt einer Wärmeaustauschplatte mit aufgebrachtem Vorläufermaterialien für Dichtelemente und für erfindungsgemäße Stützelemente -
1 zeigt einen Bereich einer typische Wärmeaustauschplatte1 für einen Plattenwärmetauscher. Die Wärmeaustauschplatte ist an der hier sichtbaren Oberfläche profiliert, so dass sich im Stapel mit einer darüber angeordneten, hier nicht gezeigten, weiteren Wärmeaustauschplatte ein Kanalsystem2 ergibt, in das ein Medium durch eine Durchgangsöffnung3 eingeleitet werden kann. Die vom Kanalsystem umfassten Kanäle5 sind von Stegen4 begrenzt. In2 ist dieselbe Wärmeaustauschplatte1 in derselben Perspektive gezeigt, wobei auf den Stegen4 zusätzlich Abschnitte eines Stützelement-Vorläufermaterials6 angeordnet sind. - Auch in dem Schnitt, der in
3 gezeigt ist, ist ein Stützelement-Vorläufermaterial6 dargestellt. Die Wärmeaustauschplatte aus3 ähnelt den Wärmeaustauschplatten aus1 und2 , jedoch haben die Stege4 hier einen trapezförmigen Querschnitt. In3 ist zusätzlich auch ein Dichtelement-Vorläufermaterial7 dargestellt, das am äußeren Rand der Oberfläche ringsum verläuft. Durch Stapeln und Verspannen einer Vielzahl der in3 gezeigten Wärmeaustauschplatten werden die zwischen den Platten angeordneten Stützelement-Vorläufer6 und Dichtelement-Vorläufer7 komprimiert, so dass ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit Dichtelementen sowie erfindungsgemäß angeordneten Stützelementen erhalten wird. - Ausführungsbeispiele
- Es wurden zwei kleine Test-Plattenwärmetauscher (SiC PHX P05) mit je 10 Siliciumcarbidwärmeaustauschplatten gebaut. Die Abmessungen der Platten betragen beim Typ P05 230 x 620 mm. Die Wärmeaustauschplatten wiesen jeweils eine eingearbeitete Profilierung sowie Öffnungen für die Medien auf. Die beiden Test-Plattenwärmetauscher unterschieden sich nur in zusätzlichen erfindungsgemäßen Stützelementen, die nur beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher eingefügt wurden.
- Bei beiden Test-Plattenwärmetauschern wurde eine Dichtschnur (PTFE-basiert, ca. 4 mm dick) jeweils rings um die zwischen benachbarten Wärmeaustauschplatten liegenden Kanalsysteme und um die vom anderen Medium durchströmten Durchgangsöffnung appliziert. Die Dichtschnur diente zur Begrenzung der von den beiden Medien durchströmten Bereiche gegeneinander und zur Begrenzung dieser Bereiche gegen die umgebende Atmosphäre.
- Bei dem zweiten Test-Plattenwärmetauscher wurden zusätzliche Fluorpolymer-Stützelemente auf die Stege zwischen den Kühlkanälen appliziert. Die Fluorpolymer-Stützelemente wurden nach dem Verspannen des Wärmetauschers je ringsum von einem der beiden Medien umströmt, sie übernahmen also keine Dichtfunktion.
- Bei dem ersten Test-Plattenwärmetauscher wurde ein Prüfdruck von 8 bar erreicht. Beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher wurde ein Prüfdruck von 12 bar erreicht. Erste Leckagen traten beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher erst bei 13 bar Prüfdruck auf.
- Der Prüfdruck konnte damit in diesem ersten, sehr vereinfachten Versuchsaufbau bereits um 50 % gesteigert werden.
- Im Lastfall wird die Plattenfläche durch Medienkontakt mit Druck beaufschlagt, dies führt zu einer Durchbiegung bzw. zu einem entsprechenden mechanischen Spannungszustand. Über die Stützelemente wird die mögliche Durchbiegung verringert bzw. die entsprechenden Spannungen werden verringert. Dies ermöglicht gegenüber dem Ausgangszustand höhere Druckbelastungen bis zum Erreichen eines möglichen kritischen Spannungszustandes hinsichtlich Belastung der Platte (Vermeidung Plattenbruch) bzw. bzgl. der Belastung des Systems (Vermeidung von Leckagen).
- In weiteren Versuchen konnte mit erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher mit Siliciumcarbidwärmeaustauschplatten eine Druckbeständigkeit von 23,0bar und mit Graphitwärmeaustauschplatten eine Druckbeständigkeit von 25 bis 26 bar realisiert werden. Dies impliziert, dass die Erfindung nicht auf Plattenwärmetauscher mit keramischen Wärmeaustauschplatten beschränkt ist, sondern mit anderen korrosionsbeständigen Plattenmaterialien ebenfalls sehr gut umsetzbar ist.
- Mit den erzielten 23 bis 26 bar traten die Leckagen sowohl mit Siliciumcarbidwärmeaustauschplatten, als auch mit Graphitwärmeaustauschplatten im gleichen Bereich auf. Mit der Erfindung scheinen die Grenzen der Druckbeständigkeit eher in Richtung Ausführung der Spannplatten aus Stahl (Ebenheit) und das Prüfequipment verschoben zu werden. Wenn überhaupt treten Leckagen im Bereich der Zu- und Ableitungen bzw. Schlauchkupplungen auf.
- 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
-
- EP 1996889 B1 [0004]
Claims (15)
- Plattenwärmetauscher umfassend zwei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanalsystem bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stützelement umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beabstandet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustauschplatte verschieden ist.
- Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei das Stützelement eine Stützverbindung der zwei Wärmeaustauschplatten ist. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei das Dichtelement ein in sich geschlossenes umlaufendes Band ist oder durch überlappende Bandbereiche eine ringsum geschlossene Bandkontur bildet. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei das Dichtelement und/oder das Stützelement ein Fluorpolymer umfasst. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 4 , wobei das Fluorpolymer ausgewählt ist aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Ethylenchlortrifluorethylene (ETCFE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP) und Perfluoralkoxy-Polymeren (PFA) - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei die Dicke des Stützelements höchstens 10% der Breite des Stützelements beträgt. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei die Dicke des Dichtelements höchstens 10% der Breite des Dichtelements beträgt. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei die Dicke des Stützelements und/oder des Dichtelements zwischen 0,01 und 0,5 mm beträgt. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei die Breite des Stützelements und/oder des Dichtelements mindestens 3 mm beträgt. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 , wobei die Wärmeaustauschplatten Graphit und/oder Keramik und/oder Metall aufweisen. - Plattenwärmetauscher nach
Anspruch 1 umfassend drei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wärmeaustauschplatte liegendes erstes Kanalsystem und ein zwischen der zweiten Wärmeaustauschplatte und der dritten Wärmeaustauschplatte liegendes zweites Kanalsystem bilden, wobei das erste Kanalsystem durch ein erstes Dichtelement abgedichtet ist und ein vom ersten Kanalsystem umfasstes, erstes Stützelement fluchtend mit einem vom zweiten Kanalsystem umfassten zweiten Stützelement angeordnet ist. - Verwendung des Plattenwärmetauschers nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei ein Medium korrosiv ist oder beide Medien korrosiv sind.
- Verwendung des Plattenwärmetauschers nach
Anspruch 12 , wobei die korrosiven Medien aus Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Monochloressigsäure ausgewählt sind. - Verwendung des Plattenwärmetauschers nach einem der
Ansprüche 1 bis11 zur Übertragung von Wärme, wobei der Druckunterschied zwischen einem Medium und der Umgebung oder der Druckunterschied zwischen zwei Medien, zwischen denen Wärme übertragen wird, mindestens 7 bar beträgt. - Verfahren, bei dem in einem Plattenwärmetauscher nach einem der
Ansprüche 1 bis11 Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium übertragen wird, wobei mindestens eines der beiden Medien in physischen Kontakt mit einem Nahrungsmittel, einem pharmazeutischen Erzeugnis oder einem Halbleitermaterial oder in Kontakt mit einem Vorläufer des Nahrungsmittel, des pharmazeutischen Erzeugnisses oder des Halbleitermaterials gebracht wird.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203223.8A DE102020203223A1 (de) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Plattenwärmetauscher |
JP2022554678A JP2023517642A (ja) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | プレート熱交換器 |
CN202180019816.7A CN115244352A (zh) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | 板式换热器 |
EP21711513.8A EP4118392A1 (de) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | Plattenwaermetauscher |
KR1020227034834A KR20220150955A (ko) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | 판형 열교환기 |
US17/908,603 US20230142382A1 (en) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | Plate heat exchanger |
PCT/EP2021/055848 WO2021180680A1 (de) | 2020-03-12 | 2021-03-09 | Plattenwaermetauscher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203223.8A DE102020203223A1 (de) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Plattenwärmetauscher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020203223A1 true DE102020203223A1 (de) | 2021-09-16 |
Family
ID=74871379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020203223.8A Withdrawn DE102020203223A1 (de) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Plattenwärmetauscher |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230142382A1 (de) |
EP (1) | EP4118392A1 (de) |
JP (1) | JP2023517642A (de) |
KR (1) | KR20220150955A (de) |
CN (1) | CN115244352A (de) |
DE (1) | DE102020203223A1 (de) |
WO (1) | WO2021180680A1 (de) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE669442C (de) | 1935-12-22 | 1938-12-27 | Eduard Ahlborn Akt Ges | Waermeaustauscher mit duennen Blechen |
DE7342844U (de) | 1976-09-23 | Air-Froehlich Ag Fuer Energie-Rueckgewinnung, Kronbuehl, St. Gallen (Schweiz) | Wärmetauscher | |
DE2007033C3 (de) | 1970-02-17 | 1979-06-21 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Plattenwärmetauscher aus Polytetrafluorethylen |
US4442886A (en) | 1982-04-19 | 1984-04-17 | North Atlantic Technologies, Inc. | Floating plate heat exchanger |
DE19708472A1 (de) | 1997-02-20 | 1998-09-24 | Atotech Deutschland Gmbh | Herstellverfahren für chemische Mikroreaktoren |
DE102008048014A1 (de) | 2008-09-12 | 2010-04-15 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Bauteil aus einem Stapel keramischer Platten |
EP1996889B1 (de) | 2006-03-23 | 2011-11-30 | ESK Ceramics GmbH & Co.KG | Plattenwärmetauscher, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung |
EP2639541B1 (de) | 2012-03-14 | 2017-04-26 | Alfa Laval Corporate AB | Strömungsplatte für Wärmeübertragung |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1961660A (en) * | 1932-01-07 | 1934-06-05 | Fehrmann Karl | Heat exchange apparatus |
WO2010013608A1 (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-04 | 株式会社ササクラ | 蒸発器又は凝縮器として使用されるプレート型熱交換装置 |
DE102008045749A1 (de) * | 2008-09-04 | 2010-03-11 | Paul Craemer Gmbh | Aus Kunststoff und Metall bestehender Hybrid-Plattenwärmetauscher |
-
2020
- 2020-03-12 DE DE102020203223.8A patent/DE102020203223A1/de not_active Withdrawn
-
2021
- 2021-03-09 KR KR1020227034834A patent/KR20220150955A/ko not_active Application Discontinuation
- 2021-03-09 JP JP2022554678A patent/JP2023517642A/ja active Pending
- 2021-03-09 CN CN202180019816.7A patent/CN115244352A/zh active Pending
- 2021-03-09 EP EP21711513.8A patent/EP4118392A1/de not_active Withdrawn
- 2021-03-09 US US17/908,603 patent/US20230142382A1/en active Pending
- 2021-03-09 WO PCT/EP2021/055848 patent/WO2021180680A1/de unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7342844U (de) | 1976-09-23 | Air-Froehlich Ag Fuer Energie-Rueckgewinnung, Kronbuehl, St. Gallen (Schweiz) | Wärmetauscher | |
DE669442C (de) | 1935-12-22 | 1938-12-27 | Eduard Ahlborn Akt Ges | Waermeaustauscher mit duennen Blechen |
DE2007033C3 (de) | 1970-02-17 | 1979-06-21 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Plattenwärmetauscher aus Polytetrafluorethylen |
US4442886A (en) | 1982-04-19 | 1984-04-17 | North Atlantic Technologies, Inc. | Floating plate heat exchanger |
DE19708472A1 (de) | 1997-02-20 | 1998-09-24 | Atotech Deutschland Gmbh | Herstellverfahren für chemische Mikroreaktoren |
EP1996889B1 (de) | 2006-03-23 | 2011-11-30 | ESK Ceramics GmbH & Co.KG | Plattenwärmetauscher, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung |
DE102008048014A1 (de) | 2008-09-12 | 2010-04-15 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Bauteil aus einem Stapel keramischer Platten |
EP2639541B1 (de) | 2012-03-14 | 2017-04-26 | Alfa Laval Corporate AB | Strömungsplatte für Wärmeübertragung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021180680A1 (de) | 2021-09-16 |
US20230142382A1 (en) | 2023-05-11 |
JP2023517642A (ja) | 2023-04-26 |
EP4118392A1 (de) | 2023-01-18 |
KR20220150955A (ko) | 2022-11-11 |
CN115244352A (zh) | 2022-10-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010023733B4 (de) | Wärmetauscher zum Kühlen von Gas von hoher Temperatur | |
DE112019001350B4 (de) | Plattenwärmetauscher und diesen enthaltende Wärmepumpenvorrichtung | |
CH656950A5 (de) | Waermetauscher mit flachrohren. | |
DE202015104972U1 (de) | Separatorplatte für ein elektrochemisches System | |
DE102006013503A1 (de) | Plattenwärmetauscher, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung | |
DE102008048014A1 (de) | Bauteil aus einem Stapel keramischer Platten | |
EP2622299B1 (de) | Wärmetauscher | |
WO2011006613A2 (de) | Wärmeübertragermodul und wärmeübertrager in kompakter bauweise | |
WO2013110370A1 (de) | Vorrichtung zur separation eines fluid-massenstroms | |
WO2014083036A1 (de) | Plattenwärmeaustauscher in abgedichteter bauweise | |
DE112017001924T5 (de) | Thermoelektrischer Generator | |
DE102020203223A1 (de) | Plattenwärmetauscher | |
DE60214775T2 (de) | Flanschglied mit einem ersten flanschende, das in einer radialrichtung mit einer konkaven endfläche ausgeführt ist, und einer flanschgliederumfassenden flanschverbindung | |
DE3743293A1 (de) | Flachrohr fuer waermeaustauscher | |
DE3339932A1 (de) | Spaltwaermetauscher mit stegen | |
EP3069079A1 (de) | Ofenwandanordnung | |
EP2917032B1 (de) | Schichtverbundwerkstoff | |
EP3759411B1 (de) | Rohrbündelwärmeaustauscher sowie rohrboden und verfahren zum abdichten desselben | |
DE2045132C3 (de) | Dichtungsring für ineinander steckbare Rohre hoher thermischer Belastung | |
DE1962953C3 (de) | Absperrschiebergehäuse mit eingeschweißten, als Dichtsitze ausgebildeten, die Kühlkammern begrenzenden Winkelstücken | |
DE4212285C2 (de) | Metallflachdichtung | |
AT129632B (de) | Platten- oder ringförmiges Dichtungsmittel. | |
DE202024100505U1 (de) | Dichtscheibe | |
DE3348345C2 (en) | Composite pipe joint seals with elastic refractory spacers | |
WO2012022550A2 (de) | Dichteinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |