DE1952166B2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus einer Mehrzahl von Platten, die unter Zwischenschaltung von Dichtungen und unter Begrenzung von Strömungsräumen zwischen benachbarten Platten einen Stapel bilden und im Stapel in Ruchtung liegende kreisförmige Durchbrechungen aufweisen, welche gemeinsam jeweils Einlaß- und Auslaßverteiler für die Wärmetauschmedien bilden.

Solche Plattenwärmetauscher sind allgemein bekannt (vgl. FR-PS 13 45 756). Die im wesentlichen gleich ausgebildeten Platten weisen jeweils vier kreisförmige Durchbrechungen nahe den vier Ecken der Platten auf. Die Platten sind in dem Stapel parallel zueinander mit geringen Abständen angeordnet wobei diese Abstände im wesentlichen durch entlang der Um- SS fangskante verlaufende, zwischen die Platten eingelegte Dichtungen bestimmt werden. Der Zwischenraum zwischen benachbarten Platten bildet den Strömungsraum für die Wärmetausohmedien. Die in Ruchtung zueinander liegenden kreisförmigen Durchbrechungen stehen wechselweise mit den Strömungsräumen in Verbindung bzw. sind durch zwischen zwei Platten eingelegte und die Durchbrechung umgebende Dichtungen gegenüber den Strömungsräumen abgedichtet Die Platten werden zwischen zwei kräftigen Stirnplatten 6s mittels Spannelementen zu einem dichten Stapel zusammengepreßt.

Es ist weiterhin bei Radiatoren oder Kühlaggregaten

bekannt in die Einlaß- oder Auslaßverteiler gelochte Rohre oddgL einzusetzen, welche eine gleichmäßige Verteilung der Fluide über alle parallelgeschalteten Wärmetauschelemente gewährleisten (vgl. FR-PS 6 46 832).

Es ist aber auch bei Radiatoren, wie sie zur Kühlung des Kühlwassers von Kraftishrzeugmotoren verwendet werden, seit langem bekannt in den Wasserkreislauf Filter einzusetzen, um zu verhindern, daß in die Elemente des Wärmetauschers Schmutz, Rost oder dergleichen Feststoffe gelangen, welche dazu neigen, den Durchtritt für das Kühlwasser zu verstopfen. Zu diesem Zweck wird in den Eintrittsraum ein zylindrischer Filter eingesetzt in den das vom Motor kommende Wasser eingeleitet wird, das nur über den Filter in den Radiator eintreten kann (vgl. US-PS 20 82 866). Der Filter ist abdichtend in dem Verteilergehäuse abgestützt und kann dadurch gereinigt werden, daß Verschlußstüpsel gelöst werden und der Filter über einen anzuschließenden Schlauch durchspült wird.

Bei vielen Anwendungsfällen der Plattenwärmetauscher der eingangs näher bezeichneten Art besteht dann, wenn in dem Strömungskreis Lauftoträume vorhanden sind, die Gefahr, daß sich aus dem einen oder dem anderen Wärmetauschmedium Feststoffe ansetzen, d^;e zu Störungen Anlaß geben können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plattenwärmetauscher der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß einerseits in einen, dtr Wärmetauscherfluide enthaltende Feststoffe, die zu Verstopfungen der Strömungsräume führen können, zuverlässig zurückgehalten werden können, ohne daß an dem Plattenwärmetauscher nennenswerte Änderungen vorgenommen werden müssen, und daß weiterhin gewährleistet wird, daß trotz der Zurückhaltung der Feststoffe keine Toträume in dem Einlaßverteiler des Plattenwärmetauschers auftreten und dennoch eine einwandfreie Ausfilterung der Feststoffe sichergestellt ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß auf der Einlaßseite des Stapels ein an sich bekannter zylindrischer Filter vorgesehen ist daß der Filter mittels Abstandshalter in dem Einlaßverteiler unter Bildung durchströmbarer Ringspalte zentriert ist und die radiale Weite der Ringspaltc höchstens gleich der Maschen- oder Lochweite des Filters ist. Aufgrund dieser Anordnung wird eine einwandfreie Filterung des betreffenden Wärmetauscherfluids durch den zylindrischen Filter gewährleistet Dieser wird praktisch ohne jede Änderung des Plattenwärmetauscher einfach in den Einlaßverteiler des Plattenwärmetauschers eingesetzt der durch die miteinander fluchtenden kreisförmigen Durchbrechungen der Stirnplatten und der Wärmetauschplatten gebildet wird. Die Anordnung einer besonderen Dichtung auf der Zulaufseite des Filters, die Anlaß zu Toträumen im Bereich hinter der Dichtung bieten könnte, wird dadurch vermieden, daß der Filter in dem Einlaßverteiler mittels Abstandshalter so zentriert und unterstützt wird, daß sich wenigstens im Zulaufbereich zwischen dem Filter und dem Einlaßverteiler Ringspalte einstellen, deren radiale Weite höchstens gleich der Maschen- oder Lochweite des Filters ist. Dadurch wird gewährleistet, daß diese Ringspalte von dem Wärmetauscherfluid ebenfalls durchströmt werden, ohne daß die einwandfreie Filterung beeinträchtigt wird, da die durch den Filter zunickhaltbaren Feststoffe an dem Ringspalt zuverlässig zurückgehalten werden. Mit Hilfe der Abstandshalter wird der Filter

zugleich zuverlässig ohne weitere Mittel in dem Einlaßverteiler gehalten. Hierdurch und durch die Vorsehung eines Ringspaltes zwischen Filter und Innenbegrenzung des Einlaßverteilers wird gleichzeitig eine leichte Entnahme des Filters, etwa zu Reinigungszwecken, ermöglicht wobei die Anordnung so getroffen sein kann, daß Leitungsverbindungen beim Reinigen des Filters nicht gelöst zu werden brauchen.

Als Abstandshalter können zweckmäßigerweise Buchsen dienen, die in Abständen auf mehreren in Umfangsrichtung verteilten und zum Filtern parallelen Stangen angeordnet sind.

Urr. zu gewährleisten, daß auch bei größeren zeitlichen Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Säuberungen des Filters das Wärmetauscherfluid gleichmäßig auf die parallel zueinander geschalteten Strömungsräume verteilt wird und zu verhindern, daß durch die sich vornehmlich am Ende des zylindrischen Fiiters absetzenden Feststoffe Toträume am Ende des Einlaßverteilers oder in den nicht mehr ausreichend durchflossenen Strömungsräumen bilden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der EinJaßverteiJer an seinem dem Eintrittsende abgewandten Ende durch einen Rohrstutzen über den Plattenstapel hinaus verlängert ist, der Filter bis in diesen Rohrstutzen hineinragt und dem Rohrstutzen eine den Plattenstapel umgehende Abflußleitung von kleinem Abflußquerschnitt zugeordnet ist Durch diese den Plattenstapel umgehende Abflußleitung wird eine ständige Durchströmung auch des über das Ende des Plattenstapels hinausragenden Endes des Filters gewährleistet so daß aufgrund dieser geringen Nebenströmung die Feststoffe vornehmlich in dem über den Stapel hinausragenden Filterende gesammelt werden, so daß auch die nahe dem Ende liegenden Strömungsräume des Plattenstapels zuverlässig von dem Wärmetauscherfluid durchströmt werden. Gleichzeitig wird durch diese Nebenströmung gewährleistet daß auch das Ende des Filters und der Rohrstutzen ständig durchströmt werden, so daß dort keine Toträume entstehen, in denen aus dem Wärmetauscherfluid Ablagerungen zu Störungen Anlaß geben könnten.

Vorteilhafterweise ist der Strömungsquerschnitt der den Stapel umgehenden Abflußleitung einstellbar, um je nach den Verhältnissen eine ausreichende Neben-Strömung zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Draufsicht eine Wärmetauscherplatte, die zum Aufbau eines Plattenwärmetauschers gemäß der Erfindung dient,

F i g. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele für einen Plattenwärmetauscher nach der Erfindung, jeweils in Seitenansicht

F i g. 4 in größerem Maßstab und mit Ausschnitt einen Schnitt durch den Einlaßverteiler eines Plattenwärmetauschers gemäß der Erfindung mit durch Abstandshalter zentriert gehaltenem Filter,

F i g. 5 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 4 das Zuflußende eines Einlaßverteilers mit eingesetztem Filter und

F i g. 6 einen Ausschnitt aus einem Einlaßverteiler mit eingesetztem Filter.

Die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Plattenwärmetauscher sind aus einer Mehrzahl von im wesentlichen gleich ausgebildeten Platten aufgebaut von denen eine Platte 1 in F i g. 1 in Draufsicht wiedergegeben ist Nahe dem Umfang der im wesentlichen rechteckigen Platte mit abgerundeten Ecken läuft eine Dichtung 6, welche einen Ströinungsraum 7 einschließt. Mit der Umfangsdichtung 6 legt sich die Platte 1 an eine entsprechende parallele Platte, die unter Druck gegen die erste Platte gepreßt wird. Die Platte 1 weist nahe den vier Ecken vier kreisförmige Durchbrechungen 2,3,4,5 auf. Im dargestellten Beispiel stehen die Durchbrechungen 2 und 3 mit dem Strömungsraum 7 in Verbindung, während die Durchbrechungen 4 und 5 durch gesonderte Dichtungen gegenüber dem Strömungsraum 7 abgedichtet sind. Die Durchbrechungen 2 und 3 sind dem einen Wärmetauscherfluid und die Durchbrechungen 4 und 5 dem anderen Wärmetauscherfluid zugeordnet Jeweils eine der beiden Durchbrechungen bildet den Einlaß und die andere den Auslaß, bezogen auf den Strömungsraum 7. Bei mehreren in Fluchtung angeordneten Platten stehen die vier Durchbrechungen jeweils mit den Durchbrechungen der anderen Platten in Fluchtung. In Fluchtung stehende Durchbrechungen bilden jeweils gemeinsam einen Einlaßverteiler bzw. einen AuslaßverteiJer.

Die Platten werden in der beschriebenen Weise in einem entsprechenden Rahmen, von dem in F i g. 2 nur die Stirnplatten 8 und 11 wiedergegeben sind, durch nicht wiedergegebene Spannelemente axial zusammengepreßt so daß die Dichtungen abdichtend aufeinanderliegen. Im dargestellten Beispiel der F i g. 2 sind zwei hintereinandergeschaltete Wärmetauscherabschnitte 9 und 10 innerhalb des gleichen Stapels gebildet. An den Stirnplatten 8 und 11 sind entsprechende Stutzen vorgesehen, die zum Anschluß von entsprechenden Leitungen für die Wärmetauschfluide dienen. Im dargestellten Beispiel nach F i g. 2 ist lediglich der Zulauf 12 für das eine Wärmetauschfluid und der Ablauf !3 angedeutet. Die Zulaufleitung schließt an den in Fluchtung mit dem Einlaßverteiler stehenden Zulauf 12 unter einem Winkel an, so daß das mit dem Einlaßverteiler in Fluchtung stehende Ende durch einen Blindflansch 14 verschlossen werden kann, durch den ein zylindrischer Filter 15 ohne Lösen der Leitungsverbindungen in den Einlaßverteiler eingesetzt werden kann.

In F i g. 5 ist im Ausschnitt und im größeren Maßstab das Eintrittsende des Einlaßverteiler wiedergegeben. Bei 8 ist die eine Stirnplatte angedeutet, an der der Einlaßstutzen des Zulaufs 12 angebracht ist. Die Innenbohrung des Einlaßstutzens ist mit 12a bezeichnet. In diesen Einlaßstutzen ragt das Eintrittsende des zylindrischen Filters 15 hinein. Dieser wird durch in F i g. 5 nicht gezeigte Abstandshalter in der Innenbohrung 12a des Einlaßstutzens genau zentriert und festgehalten. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in der zentrierten Stellung des Filters IS in dem Einlaßstutzen zwischen der Innenbohrung 12a und der Umfangsfläche 15a des Filters ein Ringspalt entsteht, dessen radiale Weite Z nicht größer ist als die Maschenweite oder Lochweite des Filters. Aufgrund dieser Anordnung kann der Ringspalt mit der Weite Z von dem Wärmetauscherfluid, dessen Zulauf durch die Pfeile in F i g. 5 angedeutet ist, durchströmt werden, ohne daß die Feststoffe, die durch den Filter 15 zurückgehalten werden sollen, durch den Ringspalt an dem Filter 15 vorbei in die Strömungsräume zwischen den Wärmetauscherplatten gelangen können. Durch die ständige Durchströmung des Ringspaltes wird gewährleistet, daß dort keine Toträume entstehen und sich aus dem Wärmetauschfluid keinerlei Ablagerungen festsetzen können.

In' F i g. 4 ist die Zentrierung und Halterung eines zylindrischen Filters 21 im Einlaßverteiler in einem Ausführungsbeispiel angedeutet. Der Plattenstapel ist durch die miteinander wechselnden Platten la und \b wiedergegeben, wobei zwischen diesen Platten eine Umfangsdichtung und eine den Einlaßverteiler umgebende Ringdichtung 6 eingelegt ist, die in dem Stapel axial zusammengepreßt wird. Dadurch bilden sich zwischen aufeinanderfolgenden Platten zwei wechselnde Strömungsräume Ta und Tb für die beiden verschiedenen Strömungsfluide.

Die Kanten der miteinander in Fluchtung stehenden kreisförmigen Durchbrechungen bilden den Einlaßverteiler, dessen Hüllfläche 25 mit einer Umrißlinie angedeutet ist. Zwischen dieser Umrißlinie und dem Umfang 24 des Filters 21 besteht ein Ringspalt, in dem Abstandshalter angeordnet sind. Diese bestehen im dargestellten Beispiel aus mehreren in Umfangsrichtung verteilten Stangen 22, auf denen in Achsrichtung der Stangen im Abstand angeordnete Hülsen 23 als Ab-Standselemente angeordnet sind. Diese greifen am Umfang 24 des Filters und an den Innenkanten der Durchbrechungen der Platten la und \b an. Die Stangen 22 können aber auch zu einem das Filtergewebe od. dgl. tragenden Drahtkorb gehören, also Bestandteil des FiI-ters selbst sein.

Der Filter selbst kann aus Kunststoff bestehen. Die Filteröffnungen brauchen auch nicht in Form von Maschenöffnungen od. dgl. ausgebildet zu sein, sondern können auch kreisförmige Bohrungen oder Durchbrechungen in einem Blechmantel od. dgl. sein.

Wenn die Stangen 22 Teil des Filtergestelles oder Filterkorbes sind, läßt sich der Ringspalt zwischen dem Umfang 24 des Filters 21 und der die Innenkanten der Durchbrechungen der Platten berührenden Hüllfläche 25 auf eine solche Weite W aufweiten, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist, und weiche auch einen Durchtritt der zurückzuhaltenden Feststoffe zwischen Filterumfang und dem Rand der Durchbrechungen der Platten la und Ib nicht zuläßt.

Wie schon an Hand der F i g. 2 gezeigt wurde, läßt sich der Filter 15 ohne Lösen der Leitungsverbindungen leicht zum Reinigen aus dem Einlaßverteiler herausnehmen. Dies kann auch in einer solchen Weise erfolgen, daß Einlaß und Auslaß in den Stirnplatten 8 und 11 nicht miteinander fluchten, so daß an dem vom Einlaß 17 abgewandten Ende des Einlaßverteilers ein Rohrstutzen 19 angesetzt ist, dessen Stirnseite mit einem Blindflansch verschlossen ist, nach dessen Entfernen der Filter 21 herausgenommen werden kann. Durch den Rohrstutzen 19 ist der Einlaßverteiler über das Ende des Stapels hinaus verlängert. Der Filter 21 ragt mit seinem Ende in diese Verlängerung hinein. Außerdem weist der Stutzen 19 eine den Plattenstapel 16 umgehende Abflußleitung 20 von geringem Querschnitt auf, die in die Abflußleitung 18 mündet. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch der Rohrstutzen 19 ständig von einem kleinen Bypaß-Strom des Wärmetauschfluids durchströmt wird. Zweckmäßigerweise läßt sich die Größe dieses Stromes durch eine einstellbare Drosselstelle oder ein Ventil 20a einstellen. Bei dieser Anordnung wird gewährleistet, daß durch den geringen Strom durch die Leitung 20 die sich im Filter 21 absetzenden Feststoffe in dem Bereich des Filters sammeln, der in den Rohrstutzen 19 hineinragt. Dieser Bereich liegt außerhalb des mit dem Plattenstapel in Verbindung stehenden Teiles des Filters, so daß der Umfang dieses Abschnittes stets weitgehend frei von Feststoffen bleibt und alle Strömungsräume im Plattenstapel gleichmäßig durch das Wärmetauschfluid beaufschlagt werden. Gleichzeitig wird durch die ständige Strömung durch die Leitung 20 gewährleistet, daß auch die Räume in dem Rohrstutzen 19 ständig durchspüll werden, so daß sich hier keine Stoffe aus dem Wärmetauschfluid absetzen können. Durch die durch diese An Ordnung gewährleistete vollständige Beaufschlagung auch der hinteren Strömungsräume des Stapels wire erreicht, daß auch in diesen keine Feststoffe sich au> den Wärmetauscherfluiden absetzen können, wie die! der Fall wäre, wenn nur eine Teilbeaufschlagung diesel Strömungsräume gewährleistet wäre.

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetau scherfluids in dem Filter so gering ist, daß die zurück/.u haltenden Feststoffe bei Durchströmung des Filter nach unten sinken, könnte der Filter auch an seine Oberseite offen sein, so daß der Filterfluid frei aus den Filter austreten kann. Hierdurch besteht zusätzlich ein« Gewähr für die gleichmäßige Anströmung aller Strö mungsräume des Stapels.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus einer Mehrzahl von Platten, die unter Zwischenschaltung S von Dichtungen und unter Begrenzung von Strömungsräumen zwischen benachbarten Platten einen Stapel bilden und im Stapel in Fluchtung liegende kreisförmige Durchbrechungen aufweisen, welche gemeinsam jeweils Einlaß- und Auslaßverteiler für die Wärmetauschmedien bilden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einlaßseite (12) des Stapels (9, 10) ein an sich bekannter zylindrischer Filter (15) vorgesehen ist daß der Filter mittels Abstandshalter (22, 23) unter Bildung durchströmbarer Ringspaltc zentriert ist und die radiale Weite (Z bzw. W) der Ringspalte höchstens gleich der Maschen- oder Lochweite des Filters ist

2. Platte·}wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Abstandshalter auf mehreren in Umfangsrichtung verteilten, zum Filter (21) paraHelen Stangen (22) in Abständen angeordnete Buchsen (23) dienen.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Einlaßverteiler (17) an seinem dem Eintrittsende abgewandten Ende durch einen Rohrstutzen (19) über den Plattenstapel (16) hinaus verlängert ist der Filur (21) bis in diesen Rohrstutzen (19) hineinragt und dem Rohrstutzen eine den Plattenstapel (16) umgehende Abflußleitung (20) von kleinem Abflußquerschnitt zugeordnet ist

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Strömungsquerschnitt der den Stapel (16) umgehenden Abflußlei- tung (20) einstellbar ist