DE19710661A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mindestens zwei Platten, die mindestens zwei Fluidkanäle bilden für einen Wärme­ tausch zwischen zwei Fluiden.

Derartige Wärmetauscher sind allgemein bekannt, wobei sich die Strömungswege der zwei Fluide berührungsfrei kreuzen und auch eine sehr große Ausgestaltungsvielfalt aufweisen.

So können z. B. die Platten selbst mit Strömungskanälen durch­ zogen sein, oder aber an einer ihrer Oberflächen mit diesen Strömungskanälen versehen sein.

All diesen verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten ist aller­ dings gemein, daß sowohl die Platten als auch die Kanäle aus Metall bestehen.

Obwohl Metall eine allgemein gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, birgt die Verwendung dieses Materials doch den Nachteil in sich, gegen aggressive Bestandteile in den Fluiden keinen ausreichen­ den Korrosionsschutz aufzuweisen.

Insbesondere in Einsatzgebieten, in denen grundsätzlich mit ag­ gressiven Bestandteilen in den Fluiden zu rechnen ist, bei­ spielsweise in Abluftanlagen von Galvanikbetrieben, muß ein er­ höhter Aufwand bezüglich des Korrosionsschutzes dieser Wärmetau­ scher betrieben werden, wodurch erhöhte Produktionskosten ent­ stehen.

Aber selbst wenn dieser erhöhte Aufwand betrieben wird, bei­ spielsweise durch Aufbringen einer Schutzschicht auf die mit dem Fluid in Kontakt tretenden Oberflächen, kann kein vollständiger Korrosionsschutz gewährleistet werden, da an Schwachstellen die­ ser Schutzschicht durchaus Korrosion auftreten kann, die nach einer gewissen Zeit den gesamten Wärmetausch unbrauchbar macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetau­ scher der eingangs genannten Art anzugeben, der mit technisch einfachen Mitteln dauerhaft einen zuverlässigen Korrosionsschutz bietet und gleichzeitig äußerst kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platten aus ei­ nem thermoplastischen Material gefertigte Stegplatten sind.

Dabei ist es von Vorteil, eine Vielzahl von Stegplatten zu einem Tauscherpaket zusammenzufügen, da dadurch einerseits ein hoher Durchsatz sichergestellt und andererseits eine einfache Handhab­ barkeit gewährleistet ist.

Eine einfache und somit kostengünstige Ausführungsform des Wär­ metauschers ist dadurch erreichbar, daß ein Gehäuse bzw. Tau­ schergehäuse verwandt wird, das jeweils zwei Einlaß- bzw. Aus­ laßöffnungen für die zwei Fluidströme aufweist. Dabei muß le­ diglich sichergestellt werden, daß sich die zwei Fluidströme mit einem nicht notwendigerweise festgelegten, aber bevorzugt bei 90° liegenden Winkel kreuzen.

Eine besonders kostengünstige Herstellung ist dann gewährlei­ stet, wenn die Platten handelsübliche Stegplatten sind.

Damit keine ungewollte Vermischung der beiden Fluide auftritt, ist es vorteilhaft, die Stegplatten an ihren horizontalen Schnittkanten fluiddicht miteinander zu verbinden. Da als Fluid eine große Vielzahl verschiedener Stoffe in Frage kommt, muß die Dichtheit lediglich bezüglich des ausgewählten Stoffes sicher­ gestellt sein. Bevorzugt wird allerdings Luft verwandt.

Eine zuverlässige und auch kostengünstige Verbindung der hori­ zontalen Schnittkanten ist durch ein Schweißverfahren gegeben, das beispielsweise ein Heißluftschweißverfahren sein kann.

Dabei schmelzen aufgrund der erzeugten Wärme jeweils zwei be­ nachbart angeordnete bzw. aneinanderliegende Platten im Bereich der Kanten an und werden nach Entfernen der Heizelemente dicht miteinander verbunden. Auf diese Weise entstehen voneinander getrennte Strömungswege innerhalb der Hohlkammern, wobei durch einfache Anschlußstutzen die jeweiligen Pfade miteinander ge­ bildet werden können.

Um auch an den Kanten des Tauscherpakets eine noch bessere Dichtwirkung zu gewährleisten, können die senkrechten Kanten des Tauscherpaketes jeweils mittels eines Winkelprofils abgedichtet sein. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Tauscherpaket auch noch dadurch verstärkt wird.

Da es je nach Stärke der Stegplatten und auch der Strömungsge­ schwindigkeit des Fluides bzw. der Fluide zu erhöhten Strömungs­ drücken kommen kann, ist es zur Aufrechterhaltung des Strömungs­ querschnittes vorteilhaft, zwischen den Stegplatten Abstands­ halter anzuordnen, die mit diesen Stegplatten fluiddicht verbun­ den sind.

Diese Verbindung zwischen den Stegplatten und den Abstandshal­ tern kann besonders einfach dann hergestellt werden, wenn die Abstandshalter aus einem thermoplastischen Material gefertigt sind. Dadurch können diese mit den Stegplatten mittels eines Schweißverfahrens fluiddicht miteinander verbunden werden, und zwar bevorzugt mit einem Heißluftschweißverfahren, das auch schon bei der Verbindung der Stegplatten untereinander bevorzugt eingesetzt wird.

Für eine ausreichende Gewährleistung des Strömungsquerschnittes werden bevorzugt drei bis vier Abstandshalter zwischen den Plat­ ten angeordnet. Je nach Anwendungsgebiet sowie nach Größe des Wärmetauschers können auch weniger oder mehr Abstandshalter ver­ wandt werden.

Aus Gewichtsersparnisgründen, aber auch aus Isolationsgründen zwischen den einander benachbarten Strömungswegen für das glei­ che Fluid ist es vorteilhaft, daß jeder Abstandshalter minde­ stens zwei Zellen aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungs­ form des Wärmetauschers besteht das Tauscherpaket aus mehreren Lagen bzw. Stegplatten, wobei die Stegplatten jeweils um 90° zu­ einander versetzt aufeinandergestapelt sind und so voneinander getrennte Strömungswege innerhalb von Hohlkammern der Stegplat­ ten bilden.

Eine bevorzugte Herstellungsart dieses Wärmetauschers bzw. des Wärmetauscherpaketes besteht darin, die erste Lage bzw. die er­ ste Stegplatte in einen Winkel von 45° zum ankommenden Fluidstrom in dem Tauschergehäuse anzuordnen. Darüber werden dann drei bis vier Abstandshalter mit jeweils zwei Zellen um 90° zur ersten Lage versetzt verlegt und mittels einer Heißluftverschweißung fluiddicht mit der ersten Lage verbunden. Darauf wird dann die zweite Lage bzw. zweite Stegplatte wieder um 90° versetzt verlegt und verschweißt.

Die Lagenzahl sowie die Kantenlänge des Tauscherpakets hängt dabei von dem Fluiddurchsatz sowie von den Strömungsquerschnit­ ten ab.

Eine kostengünstige und einfache Herstellungsart ist dann ge­ währleistet, wenn sowohl das Tauschergehäuse als auch das Tau­ scherpaket rechteckförmig ausgebildet sind, wobei das Tauscher­ paket mit seinen Eckkanten die Seitenwände des Tauschergehäuses fluiddicht berührt.

Da es durchaus vorkommen kann, daß das Tauscherpaket zumindest gereinigt, wenn nicht sogar ausgewechselt werden muß, ist es vorteilhaft, wenn das Tauscherpaket einen kraftschlüssig ange­ brachten Revisionsdeckel aufweist, der fluiddicht und lösbar mit dem Tauschergehäuse verbunden ist.

Dadurch kann auf einfache Weise lediglich durch Lösen dieses Revisionsdeckels, der beispielsweise mittels Schraubenbolzen mit dem Tauschergehäuse verbunden sein kann, zusammen mit dem Pevi­ sionsdeckel auch das Tauscherpaket von bzw. aus dem Tauscher­ gehäuse entfernt werden.

Zur Vereinfachung der Dichtwirkung kann auch zwischen dem Tau­ schergehäuse sowie dem Revisionsdeckel eine Dichtung angeordnet werden.

Diese Dichtung kann dabei aus einem geschlossenzelligen Moos­ gummi, NBR-EPDM-,FPM- oder PTFE-Material bestehen.

Obwohl eine Vielzahl thermoplastischer Materialien zur Verfügung stehen, sind die folgenden bevorzugt:
Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polypropylen schwer ent­ flammbar (PPS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polycarbonat (PC).

Daher ist erfindungsgemäß stets ein zuverlässiger Korrosions­ schutz und auch noch eine äußerst kostengünstige Herstellung eines Wärmetauschers sichergestellt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform sowie aus den Zeich­ nungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmetau­ scher;

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Wärme­ tauschers;

Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Wärmetauschers;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Tauscherpaket;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Tauscherpakets;

Fig. 6 eine vergrößerte Detailansicht des Tauscherpakets gem. Fig. 4; und

Fig. 7 eine vergrößerte Detailansicht des Tauscherpakets gem. Fig. 5.

In der Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher 10 dar­ gestellt, der aus einem Tauschergehäuse 16 besteht, in das ein Tauscherpaket 14 eingepaßt ist.

Das Tauschergehäuse 16 ist im Querschnitt quadratisch ausgestal­ tet und weist an einander entgegengesetzten Seiten jeweils eine Einlaßöffnung 18a, 18b sowie eine Auslaßöffnung 20a, 20b auf.

Das Tauscherpaket 14 ist ebenfalls im Querschnitt quadratisch ausgestaltet und derart in das Tauschergehäuse 16 eingepaßt, daß die Kantenbereiche des Tauscherpakets 14 in etwa in der Mitte der Seiten des Tauschergehäuses 16 angeordnet sind.

Durch die Anordnung des Tauscherpaketes 14 in dem Tauschergehäu­ se 16 in der oben beschriebenen Art wird das Tauschergehäuse 16 in vier Kammerbereiche aufgeteilt, wobei jeweils ein Kammerbe­ reich eine Einlaß- bzw. Auslaßöffnung aufweist.

In der Fig. 2 ist erkennbar, daß die erste Einlaßöffnung 18a, die in diesem Fall kalte Frischluft aufnimmt, rechteckförmig ausge­ bildet ist. Benachbart zu dieser ersten Einlaßöffnung 18a ist die zweite Auslaßöffnung 20b angeordnet, die eine der ersten Eingangsöffnung 18a ähnliche Form aufweist.

Aus der Fig. 3 ist entnehmbar, daß eine Oberfläche des Tauscher­ gehäuses 16 durch einen Revisionsdeckel 26 gebildet wird, der bevorzugt auch kraftschlüssig an das Tauscherpaket 14 an­ geschlossen ist.

Damit ist ein einfacher Zugriff auf das Tauscherpaket 14 für Wartungsarbeiten bzw. Austauscharbeiten möglich.

Dieser Revisionsdeckel 26 kann mit allgemein bekannten Verbin­ dungen an das Tauschergehäuse 16 angeschlossen werden, wobei allerdings lösbare Schraubenverbindungen bevorzugt sind.

Um die Abdichtung der Strömungswege gegeneinander innerhalb des Tauschergehäuses 16 zu vereinfachen, ist zwischen dem Revisions­ deckel 26 und dem Tauschergehäuse 16 eine Dichtung 28 eingefügt, die bevorzugt aus geschlossenzelligem Moosgummi oder NBR-, EPDM- FPM- oder PTFE-Dichtungsmaterial besteht.

In der Fig. 4 ist der Revisionsdeckel 26 dargestellt, an dem das Tauscherpaket 14 kraftschlüssig angeschlossen ist. Außerdem ist in dieser Figur der Strömungsverlauf für die zwei Fluide dar­ gestellt, wobei bevorzugt Luft als Fluid verwandt wird.

Wie sich aus der Fig. 5 ergibt, die eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Tauscherpakets 14 darstellt, weist das Tau­ scherpaket 14 eine Vielzahl von aus Stegplatten 12 bestehenden Lagen auf, die mittels Abstandshalter 22 voneinander beabstandet sind.

In der Fig. 6 ist eine vergrößerte Detailansicht des in Fig. 4 dargestellten Revisionsdeckels 26 dargestellt, wobei auch eine Stegplatte 12 erkennbar ist.

Des weiteren sind in der Fig. 6 schematisch zwei Abstandshalter 24 gezeigt. Zum Zwecke der Versteifung des Tauscherpaketes 14 sowie zur Erhöhung der Dichtwirkung zwischen den einzelnen Steg­ platten 12 sind an den jeweiligen Kanten des Tauscherpaketes 14 Winkelprofile 22 befestigt. Diese Winkelprofile 22 sind bevor­ zugt mittels eines Heißluftschweißverfahrens an die Kanten des Tauscherpakets 14 angeschlossen. Aus der Fig. 7, die praktisch eine Seitenansicht des in Fig. 6 gezeigten Revisionsdeckels 26 mit den daran angeschlossenen Stegplatten 12 ist, ist die Be­ festigungsart der Abstandshalter 24 an den Stegplatten 12 er­ kennbar.

Eine besonders kostengünstige Ausführungsform des Wärmetauschers 10 ist möglich, wenn für die Steg- bzw. Hohlkammerplatten han­ delsübliche Steg- oder Hohlkammerplatten verwandt werden, die bevorzugt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polypropylen schwer entflammbar (PPS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinyliden­ fluorid (PVDF) oder Polycarbonat (PC), bestehen können.

Wie sich besonders aus Fig. 7 ergibt, sind die handelsüblichen Steg- oder Hohlkammerplatten 12 jeweils um 90° zueinander ver­ setzt aufeinandergestapelt und werden an den Kanten über eine Heizelementschweißung bzw. Heißluftschweißung miteinander ver­ bunden. Aufgrund der erzeugten Wärme schmelzen jeweils zwei be­ nachbart aneinanderliegende Platten im Bereich der Kanten an und werden nach Entfernen der Wärmequelle dicht miteinander verbun­ den. Auf diese Weise entstehen voneinander getrennte Strömungs­ wege innerhalb der Hohlkammern, wobei dann durch einfache An­ schlußstutzen die jeweiligen Pfade miteinander gebildet werden.

Im einzelnen ist es möglich, das Tauscherpaket auf folgende Art und Weise herzustellen. Zunächst wird für die erste Lage eine Stegplatte 12 verwandt, die in dem Tauschergehäuse 16 in einem Winkel von 45° zum ankommenden Luftstrom verlegt wird. Darüber werden drei bis vier Abstandshalter mit jeweils zwei Zellen um 90° versetzt angeordnet und mittels Heißluft- bzw. Heizelemente­ schweißung fluiddicht, d. h. in diesem Falle luftdicht mit der ersten Lage bzw. der ersten Stegplatte 12 verbunden. Darauf wird dann die zweite Lage wieder in 45° verlegt und verschweißt, so daß zwei sich im wesentlichen senkrecht kreuzende Strömungswege, die jeweils aus übereinander angeordnete Hohlkammern der Steg­ platten bestehen, gebildet werden, was deutlich in der Fig. 1 zu sehen ist.

Da erfindungsgemäß der Wärmetauscher, oder auch Plattenwärmetau­ scher, aus einem thermoplastischen Werkstoff gefertigt ist, kann dieser Plattenwärmetauscher auch in Gebieten eingesetzt werden, in denen die verwandten Fluide aggressive Bestandteile enthal­ ten, die die bislang verwandten Wärmetauscherflächen aus Metall angreifen. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet eines oben beschriebe­ nen Wärmetauschers ist beispielsweise die Abluftanlage eines Galvanikbetriebes, bei dem die Wärmeenergie der Abluft genutzt werden soll.

Claims (17)

1. Wärmetauscher (10) mit mindestens zwei Platten (12), die mindestens zwei Fluidkanäle bilden für einen Wärmetausch zwi­ schen zwei Fluiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus einem thermoplastischen Material gefertigte Stegplatten (12) sind.

2. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Stegplatten (12) zu einem Tauscherpaket (14) zusammengefügt sind.

3. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Gehäuse bzw. Tauschergehäuse (16a, b) mit zwei Einlaß­ öffnungen (18) sowie zwei Auslaßöffnungen (20a, b) für zwei Fluidströme.

4. Wärmetauscher (10) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten han­ delsübliche Stegplatten (12) sind.

5. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegplatten (12) an ihren horizontalen Schnittkanten fluiddicht miteinander verbunden sind.

6. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Schnittkanten mittels eines Schweißverfah­ rens, beispielsweise eines Heißluftschweißverfahrens, fluiddicht miteinander verbunden sind.

7. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Kanten des Tauscherpaketes (14) jeweils mittels eines Winkelprofils (22) abgedichtet und verstärkt sind.

8. Wärmetauscher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stegplatten (12) Abstandshalter (24) angeordnet und mit diesen fluiddicht verbunden sind.

9. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (24) aus einem thermoplastischen Material gefertigt und mit den Stegplatten (12) mittels eines Schweiß­ verfahrens, beispielsweise eines Heißluftschweißverfahrens ver­ bunden sind.

10. Wärmetauscher (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß pro Lage bzw. pro Stegplatte (12) mindestens drei Abstandshalter (24) angeordnet sind.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (24) mindestens zwei Zel­ len aufweist.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauscherpaket (14) aus mehreren Lagen bzw. Stegplatten (12) besteht, wobei die Stegplatten (12) je­ weils um 90° zueinander versetzt aufeinandergestapelt sind und so voneinander getrennte Strömungswege innerhalb von Hohlkammern der Stegplatten (12) bilden.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Tauschergehäuse (16) als auch das Tauscherpaket (14) rechteckförmig ausgebildet sind, wobei das Tauscherpaket (14) mit seinen Eckkanten die Seitenwände des Tau­ schergehäuses (16) fluiddicht berührt.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauscherpaket (14) einen kraftschlüssig angebrachten Revisionsdeckel (26) aufweist, der fluiddicht mit dem Tauschergehäuse (16) verbunden ist.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tauschergehäuse (16) und dem Revisionsdeckel (26) eine Dichtung (28) angeordnet ist.

16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (26) aus einem geschlossenzelligen Moosgummi, NBR-, EPDM-, FPM- oder PTFE-Material besteht.

17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material der Stegplat­ ten (12) aus folgender Gruppe ausgewählt ist:
Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polypropylen schwer ent­ flammbar (PPS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polycarbonat (PC).