DE1501568B2 - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Plattenwaermetauscher

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    • Y10S165/387Plural plates forming a stack providing flow passages therein including side-edge seal or edge spacer bar
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Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit mehr als zwei Plattenkanäle bildenden Platten und mit über die Platten verteilten, untereinander parallelen, längs der Strömung durchgehend verlaufenden Stegen, die von jeweils zwei einen Plattenkanal bildenden Platten ausgehen und in dem Plattenkanal, Zuganker bildend, miteinander im Eingriff stehen.
Es ist ein derartiger Plattenwärmetauscher bekannt (französiche Patentschrift 1 040 215), bei dem in jeden zweiten Strömungsweg miteinander im Eingriff stehende, Zuganker bildende Stege hineinragen. Die Stege, die somit jeweils einseitig an den Platten befestigt sind, weisen bei diesem bekannten Plattenwärmetauscher entweder ein T-förmiges oder ein winkelförmiges Profil auf. In denjenigen Strömungswegen, die jeweils zwischen den mit Stegen versehenen Strömungswegen angeordnet sind, befinden sich gewellte Drähte. Das Plattenpaket als Ganzes ist durch zusätzliche Hüllbleche verklammert und nach außen abgedichtet. Dieser bekannte Plattenwärmetauscher weist somit eine komplizierte Konstruktion auf, die für erforderlich gehalten wird, um Druckunterschieden in benachbarten Strömungswegen Rechnung zu tragen und so Verformungen der Platten zu vermeiden. Die Stege sind außerdem in aufwendiger Weise mittels Lötverbindungen an den Platten befestigt.
Es ist ferner ein Wärmetauscher mit beiderseits an einer einzigen Platte angeordneten Stegen bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 061 805), bei dem diese mit Stegen versehene Platte ein einstückiges' Strangpreßprofil darstellt. Dieser zwei Strömungswege aufweisende Wärmetauscher ist durch zwei weitere Strangpreßprofile, die die Mittelplatte umfassen und mit denen einzelne der Stege, Zuganker bildend, formschlüssig verbunden sind, nach außen abgedichtet. Dieser für nur zwei Strömungswege bestimmte Wärmetauscher ist für den Aufbau eines größeren Plattenpaketes mit einer Vielzahl von Strömungswegen ungeeignet, da die vorgegebenen Bauelemente sich nicht zu einem größeren Plattenpaket zusammenfügen lassen, sondern erst noch die Verbindungen zwischen einzelnen, mit Stegen versehenen Platten und die äußere Umklammerung in komplizierter Weise zu gestalten wären.
Die bekannten Plattenwärmetauscher besitzen zwar jeweils spezielle vorteilhafte Eigenschaften, die beispielsweise den Wärmeübergang, die innere oder äußere Stabilität oder die Abdichtung der Strömungswege unter sich oder des ganzen Plattenpaketes nach außen betreffen, doch ist es bisher nicht gelungen, einen Plattenwärmetauscher zu konstruieren, der bei brauchbarem Wirkungsgrad und großer mechanischer Stabilität gleichzeitig billig hergestellt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs angeführten bekannten Art von Wärmetauschern eine Bauweise zu finden, bei der unter Vermeidung von Lötverbindungen jeder Plattenkanal für sich innendruckfest ist und insgesamt eine einfache, wenig aufwendige Herstellung möglich ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
a) in an sich bekannter Weise die Platten beidseitig gleiche Stege aufweisende einstückige Strangpreßprofile sind,
b) die Platten sämtlicher Plattenkanäle über die Stege ausschließlich formschlüssig miteinander verbunden sind und
c) die Strangpreßprofil-Platten mittels entsprechend ausgebildeter Randbereiche die vollständige Umschließung aller Plattenkanäle bilden.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher besteht demnach aus einer Vielzahl übereinander angeordneter Einzelplatten mit profilierten Stegen auf beiden Seiten, welche so ineinandergeschoben sind, daß jeweils diejenigen Stege zweier Platten, die in einen gemeinsamen Strömungsweg hineinragen, ineinandergreifen. Die Abmessungen der Platten und ihrer Stege sind hierbei so gewählt, daß sich die Platten gerade leicht in zu den Stegen paralleler Richtung zu einem Plattenpaket ineinanderschieben lassen, sich jedoch gegeneinander, d. h. senkrecht zu den Platten und senkrecht zu den Stegen, nicht bewegen lassen. Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher ist durch diesen Formschluß der Stege druckunempfindlich und benötigt weder Spannvorrichtungen noch irgendwelche inneren Verbindungen, beispielsweise Lötverbindungen. Auch bei sehr ungleichen und wechselnden Druckverhältnissen in den einzelnen Strömungswegen besteht dadurch, daß die einzelnen Platten mit Hilfe der Stege miteinander im Eingriff stehen, keine Gefahr, daß einzelne Platten oder das ganze Plattenpaket unter der Einwirkung von Druckunterschieden verformt werden könnten. Dies gilt auch dann, wenn die Platten sehr dünn sind, oder — anders ausgedrückt — die Platten können zur Erzielung eines großen Wirkungsgrades ohne Gefahr sehr dünn ausgeführt werden. Die Möglichkeit, hohe Drücke in den einzelnen Strömungswegen anzuwenden, hat den Vorteil, daß große Mengen der strömenden Flüssigkeiten oder Gase pro Zeiteinheit durch den Plattenwärmetauscher geleitet werden können. Die Stege selbst, deren Profil in erster Linie die Stabilität des Wärmetauschers bewirkt, verbessern darüber hinaus als »Kühlrippen« den Wärmeaustausch und damit den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher besitzt auf Grund der körperlichen Ausbildung der einzelnen Platten extrem niedrige Herstellungskosten, insbesondere jedoch deshalb weil jede Platte einschließlich ihrer Stege aus einem einzigen Stück besteht. Da sich das Gesamtprofil der Platten in einem Querschnitt senkrecht zu den Stegen längs der Platten nicht ändert, können die Platten in einem kontinuierlichen Strangpreßverfahren hergestellt werden. Den Abmessungen der Platten sind hierbei nahezu keine Grenzen gesetzt.
Aus der Vielzahl von Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Ausbildung der ineinandergreifenden Stegprofile werden weiter unten einige Beispiele ausführlicher beschrieben.
Das aus den einzelnen Platten zusammengestellte Plattenpaket gewünschter Größe kann in einfacher Weise ohne Verwendung von teuren Dichtungen seitlich abgeschlossen und abgedichtet werden. Diese Abdichtung wird entweder dadurch erreicht, daß die Platten in ihrer Ausdehnung senkrecht zu den Stegen mit einem Steg enden und die seitlich überstehenden Teile der Profile der Stege einfach auf die Fugen zwischen den Platten niedergeschweißt werden, oder daß die einzelnen Platten an ihren Seitenkanten je-
weils in eine Verdickung auslaufen, deren Stärke gleich den gewünschten Abständen der Platten ist, und die Fugen entlang dieser verdickten Enden zwischen den Platten, beispielsweise mit einer Kehlnaht, verschweißt werden. Unter Umständen können die Schweißnähte noch durch Einlegen und Einschweißen von Rundstäben verstärkt werden. An Stelle der Schweißnähte können in bestimmten Fällen auch Lötungen angewandt werden.
An den Stirnseiten ist der Plattenwärmetauscher bis auf Öffnungen für die Zu- bzw. Ableitung der in Wärmeaustausch zu bringenden Medien, beispielsweise mit Blechen, verschlossen. Durch Sammelstücke, die an diesen Öffnungen angeschweißt sind, werden die Medien in den Plattenwärmetauscher hinein- bzw. aus diesem herausgeleitet. Eine bewährte Ausführungsform dieser Sammelstücke besteht aus einem Rohr, das an seinem Ende schlitzförmig verbreitert ist. Bei der Anwendung eines solchen Sammelstückes sind zusammengehörige Öffnungen, beispielsweise für die Zuleitung des einen Mediums, in einer Reihe angeordnet. Die Breite des Schlitzes des Sammelstückes ist dann gleich der Breite dieser Öffnungen, während seine Länge sich über die ganze Reihe der Öffnungen und damit auch über die zwischen diesen liegenden, verschlossenen Strömungswege erstreckt. Die Verteilung bzw. Zusammenführung der strömenden Medien hinter den Öffnungen erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß die Stege mit einem oder mehreren Einschnitten versehen sind, die bis auf die Oberflächen der Platten reichen können. Diese Einschnitte liegen hierbei auf einer gedachten Verbindungslinie, welche von den Öffnungen für die Zu- bzw. Ableitung der Medien ausgeht, und sich, vorzugsweise schräg zu den Stegen, über die ganze Plattenbreite erstreckt. Hierdurch besitzen die einzelnen Strömungswege Querverbindungen in Form von Kanälen, die eine schnelle und einfache Verteilung der strömenden Medien über die ganzen Platten erlauben und damit den Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers verbessern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen
Die Fig. 1 bis 4 Beispiele für Stegprofile von erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschern,
die F i g. 5 und 6 Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschern im Querschnitt,
die F i g. 7 die Stirnseite eines Plattenwärmetauschers,
die F i g. 8 ein Sammelstück für die in Wärmeaustausch zu bringenden Medien,
die F i g. 9 und 10 Einrichtungen zur Verteilung der in Wärmeaustausch zu bringenden Medien.
Die F i g. 1 bis 4 stellen Querschnitte durch jeweils einen Teil von durchgehenden Platten 1, 2, 3, 4 von erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschern dar, und zwar senkrecht zu den beidseitig über die Platten 1, 2, 3, 4 verteilten Stegen 5, 6, 7, 8. Im Beispiel der F i g. 1 besitzen die Stege 5 ein T-förmiges Profil, die Stege 6 der F i g. 2 sind pfeilförmig, die Stege 7 der F i g. 3 Y-förmig und die Stege 8 der F i g. 4 sind winkelförmig ausgebildet. Bei den Beispielen der F i g. 1 bis 3 befinden sich die Stege 5, 6, 7 auf der einen Seite der Platten 1, 2, 3 jeweils in der Mitte zwischen zwei Stegen auf der anderen Seite der Platten. Im Beispiel der F i g. 4 sind die winkelförmigen Stege auf den beiden Seiten der Platte 4 einander gegenüber angeordnet. Diese letztere Anordnung, die unabhängig vom Stegprofil gewählt werden kann, ist hinsichtlich des Wärmeübergangs etwas günstiger als die Anordnung, bei der sich die Stege der einen Seite der Platten in der Mitte zwischen zwei Stegen der anderen Seite befinden.
In den F i g. 5 und 6 sind Ausschnitte jeweils aus einem seitlichen Randbezirk von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschern dargestellt. Beide Figuren
ίο zeigen, daß Abdichtungen zwischen den Strömungswegen durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Plattenwärmetauschers nicht benötigt werden.
Im Beispiel der F i g. 5 besitzen die Platten 2 Stege 6 mit einem pfeilförmigen Profil. Die von zwei benachbarten Platten 2 in einen gemeinsamen Plattenkanal 9 hineinragenden Stege stehen miteinander im Eingriff und verhindern durch diesen Formschluß jede Verformung und Bewegung der Platten 2, die durch Druckunterschiede in benachbarten Plattenkanälen 9 verursacht werden könnten. Die seitliche Abdichtung des Plattenpaketes erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Platten 2 jeweils mit einem Steg 6 enden und die seitlich überstehenden Teile der Profile der Stege 6 zu Schweißnähten 10 niedergeschmolzen sind. Die Schweißnähte 10 dichten die Spalte zwischen den Platten 2 und den oberen Kanten der Stege 6 ab.
Im Beispiel der F i g. 6 besitzen die Platten 1 Stege 5 mit einem T-förmigen Profil. Für das Ineinandergreifen der Stege 5 gilt das gleiche wie in der Beschreibung zur F i g. 5 ausgeführt wurde. Die Ausführung der seitlichen Abdichtung des Plattenpaketes stellt hier jedoch eine Variante zum Beispiel der F i g. 5 dar. Die einzelnen Platten 1 laufen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils in eine Verdickung 11 aus, deren Stärke den Abständen der Platten 1 gleich ist. Die Stoßkanten der Verdickungen 11 sind jeweils durch Kehlnähte 12 verschweißt.
Die Platten des Plattenwärmetauschers bestehen einschließlich ihrer Stege aus einem einzigen Stück. Da der Querschnitt der Platten senkrecht zu den Stegen von einer Stirnseite des Plattenwärmetauschers bis zu dessen anderer Stirnseite gleichbleibt, können die Platten in beliebigen Abmessungen nach einem Strangpreßverfahren hergestellt werden. Dieses Herstellungsverfahren ist so billig, daß die fertigen Platten fast zum Preis des Ausgangsmaterials eingekauft werden können. Wird beispielsweise Aluminium als Material für derartige Plattenwärmetauscher verwandt, so können die fertigen Platten zum Aluminiumpreis nach Gewicht eingekauft werden.
Das Plattenpaket entsteht aus den einzelnen Platten in einfacher Weise durch Ineinanderschieben derselben in Richtung der Stege. Die Toleranzen der inneren Abmessungen sowohl der Platten selbst als auch der Stege sind so bemessen, daß dieses Ineinanderschieben gerade leicht vonstatten geht. Das fertig zusammengeschobene Plattenpaket wird durch die bei den Ausführungen zu F i g. 5 und 6 beschriebene seitliche Abdichtung in sich fixiert. Die hierfür notwendigen Schweißungen werden vorteilhafterweise mit einem Mehrstellenlichtbogenschweißverfahren ausgeführt.
Die F i g. 7 zeigt in stark schematisierter perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem stirnseitigen Ende eines Plattenwärmetauschers, und zwar mit pfeilförmigen Stegen 6. Die Stirnseite des Plattenwärmetauschers ist bis auf öffnungen 13, die bei dem
hier gezeigten Beispiel an abgeschrägten Rändern der Stirnseite angeordnet sind, verschlossen. In der Fig. 7 ist der, beispielsweise durch Bleche, verschlossene Bereich in schematischer Weise schraffiert dargestellt, während die öffnungen 13 freigelassen sind. Die Öffnungen 13 auf der linken Seite sind beispielsweise für die Zuleitung eines ersten Mediums, die hiergegen versetzten öffnungen 13 auf der rechten Seite für die Ableitung. eines zweiten Mediums, das zum Beispiel im Gegenstrom zum ersten Medium fließen kann, vorgesehen.
Die Zuführung der in Wärmeaustausch zu bringenden Medien erfolgt durch Sammelstücke. In F i g. 8 ist eines der vielen möglichen Ausführungsbeispiele eines solchen Sammelstückes dargestellt. Dieses besteht aus einem Rohr 14, welches an seinem Ende zu einem Schlitz 15, der an der Stirnseite des Plattenwärmetauschers angebracht wird, verbreitert ist. Dieses Sammelstück paßt beispielsweise zu dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Breite des Schlitzes 15 ist in diesem Fall gleich der Breite der Öffnungen 13, während seine Länge gleich der Höhe des ganzen Plattenpaketes ist. Der offene Schlitz 15 des am Plattenwärmetauscher angeschweißten oder angelöteten Sammelstückes überdeckt demnach sowohl die Öffnungen 13 als auch die dazwischenliegenden verschlossenen Strömungswege.
In den F i g. 9 und 10 sind Beispiele für die Verteilung bzw. Zusammenführung der Medien im Inneren des Plattenwärmetauschers dargestellt. Die beiden Figuren sind Querschnitte durch Ausführungsbeispiele von Plattenwärmetauschern parallel zu den einzelnen Platten.
Das Beispiel der F i g. 9 entspricht demjenigen der F i g. 7 mit den an den abgeschrägten Rändern der Stirnseiten angeordneten Öffnungen 13. Die Stege 16 sind mit Einschnitten 17 versehen, die jeweils bis in die Ebene der Platten reichen können. Die Einschnitte 17 liegen auf gedachten Verbindungslinien, die von den öffnungen 13 ausgehen und schräg zu den Stegen 16 verlaufen. Erfolgt beispielsweise die Zuleitung eines Mediums von der linken Stirnseite her durch Öffnungen 13, so wird dieses durch die linksseitigen Einschnitte 17 in den Stegen 16 wie durch Kanäle über den ganzen Strömungsweg verteilt und an der rechten Stirnseite durch die rechtseitigen Einschnitte zu den öffnungen für die Ableitung hin gesammelt.
Beim in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die öffnungen 18 in der Mitte der Stirnseite des Plattenwärmetauschers. Die Einschnitte 20 in den Stegen 19 liegen in diesem Fall auf zwei Scharen von gedachten Verbindungslinien, die von den öffnungen 18 ausgehen und nach beiden Seiten des Plattenwärmetauschers hin schräg zu den Stegen 19 verlaufen. Auch in diesem Fall wird durch die Einschnitte 20 in den Stegen 19 eine hervorragende Verteilung bzw. Zusammenführung eines durch den Plattenwärmetauscher strömenden Mediums und damit ein größtmöglicher Wirkungsgrad erzielt.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Plattenwärmetauscher mit mehr als zwei Plattenkanäle bildenden Platten und mit über die Platten verteilten, untereinander parallelen, längs der Strömung durchgehend verlaufenden Stegen, die von jeweils zwei einen Plattenkanal bildenden Platten ausgehen und in dem Plattenkanal, Zuganker bildend, miteinander im Eingriff stehen, dadurchgekennzeichnet, daß
a) in an sich bekannter Weise die Platten (1, 2, 3, 4) beidseitig gleiche Stege (5, 6, 7, 8) aufweisende einstückige Strangpreßprofile sind,
b) die Platten sämtlicher Plattenkanäle (9) über die Stege ausschließlich formschlüssig miteinander verbunden sind und
c) die Strangpreßprofil-Platten (1, 2, 3, 4) mittels entsprechend ausgebildeter Randbereiche die vollständige Umschließung aller , Plattenkanäle (9) bilden .
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) ein an sich bekanntes T-förmiges Profil aufweisen.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6) ein pfeilförmiges Profil aufweisen.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (7) ein Y-förmiges Profil aufweisen.
5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) in an sich bekannter Weise ein winkelförmiges Profil aufweisen.
6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5, 6, 7) auf der einen Seite der Platten (1, 2, 3) jeweils in der Mitte zwischen zwei Stegen (5, 6,7) der anderen Plattenseite angeordnet sind.
7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die , Stege (8) auf der einen Seite der Platten (4) jeweils den Stegen (8) der anderen Plattenseite gegenüber angeordnet sind.
8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 und nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenrandbereich jeweils aus einem der Stege (6) besteht und der überstehende Teil des Profils dieses Steges niedergeschweißt ist (Schweißnaht 10).
9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Platten-Randbereich jeweils aus einer Verdickung (11) besteht, deren Stärke den Abständen der Platten (1) gleich ist, und die Verdickungen (11) miteinander verschweißt sind (Kehlnaht 12).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19661501568 1966-10-12 1966-10-12 Plattenwaermetauscher Pending DE1501568B2 (de)

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