DE2007033B2 - Plattenwärmetauscher aus Polytetrafluorethylen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.

Für Wärmetauscheinrichtungen für aggressive und korrosive Medien sind bereits Ausführungen aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) vorgeschlagen worden, wie beispielsweise in den US-Patenschriften 32 28 456, 77 959 und 33 15 740 beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen werden Rohre aus PTFE oder PTFE-haltigen Materialien in Form sogenannter Rohrbündeltauscher angewandt. Derartige Rohrbündeltauscher haben aber neben einer Reihe von vorteilhaften Eigenschaften den Nachteil, daß sie bei Verschmutzung oder bei einer notwendig werdenden Reparatur sehr schwierig demontierbar und ferner schlecht zu reinigen sind. Sie sind auch in ihrer Herstellung außerordentlich kostspielig und können nur schwierig an veränderte Betriebsverhältnisse angepaßt werden. Daher bestand w das Bedürfnis nach einer einfacheren und wirtschaftlicheren Konstruktion.

Aus der US-PS 19 32 950 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus Platten und einer wärmeleitenden Trennschicht besteht, wobei letztere aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer besteht. Diese wärmeleitende Trennschicht ist aus einem einzigen Teil gearbeitet, das in einer großen Zahl von sinusförmigen Bogen durch den gesamten Wärmetauscher hindurchläuft, wobei in die U-förmige Rundung jeweils der an der anderen Seite befestigte Plattenabschnitt hineinragt. Eine derartige Konstruktion ist aus PTFE nicht ausführbar, da eine solche stark gewellte Folie aus PTFE praktisch kaum herstellbar ist bzw. nicht die entsprechende Formbeständigkeit besitzt. Auch kann bei dieser Konstruktion der Wärmetausch nicht durch Platte und Folie erfolgen.

Ein in der US-PS 25 82 871 beschriebener Wärmetauscher besteht im wesentlichen aus einem zusammengehaltenen Paket von Platten und Dichtungen. Dabei erfüllen die als »Platten« bezeichneten Teile die Funktion eines Trennelements. Bei den genannten »Dichtungen« handelt es sich um mäanderförmig ausgebildete Formelemente, die gemeinsam mit den jeweils benachbarten beiden Trennelementen einen Kanal für ein Medium bilden. Somit stellen diese rnäanderförmigen »Dichtungen« durchbrochene Gebilde dar, die zwar in Sereinschaltung angeordnet sind, aber konstruktionsgemäß keine wärmetauschende Funktion übernehmen können. In der DE-PS 5 73 615 ist ein Plattenwärmetauscher beschrieben, der aus einem Paket von parallel angeordneten, mit mäanderförmig gerillten Kanälen versehenen Platten und dazwischen eingespannt Trennfolien besteht, wobei die Platten im Inneren des Pakets beidseitig gerillt sind und Bohrungen in Form von Sammelkanälen besitzen, in denen die wärmetauschenden Medien allen mäanderförmigen Kanälen des Plattenpakets gleichzeitig zugeführt werden, von wo sie dann nach einmaligen Durchfluß in eine Abfluß-Sammelleitung austreten. Dies entspricht dem Prinzip der Parallelschaltung, das jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen folgende Nachteile aufweist: Bei einer Parallelschaltung der Platten ist die Strömungsgeschwindigkeit der wärmetauschenden Medien eindeutig von der Plattenzahl abhängig. Dabei kann sich, je nach den gegebenen übrigen Bedingungen wie Mengenströme, Ein- und Austrittstemperaturen, Druckabfall usw., eine so geringe Strömungsgeschwindigkeit eines oder beider Medien ergeben, daß der Wärmeübergang zu gering und damit unwirtschaftlich wird. Somit ist eine individuelle Anpassung des Wärmetauschers an verschiedene große Mengenströme nicht optimal möglich. Bei kleinen Mengenströmen ist eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des gesamten Plattenpakets nicht mehr gewährleistet. Dies hat zusätzlich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung sowie gegebenenfalls Ablagerungen in den Kanälen zur Folge.

Es bestand somit die Aufgabe, eine Konstruktion zu finden, die diese Nachteile vermeidet, gleichzeitig aber die Verarbeitungseigenschaften des Werkstoffs PTFE berücksichtigt und diese Vorteile möglichst optimal ausnutzt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Platten und Folien aus Polytetrafluoräthylen bestehen und daß die gegrillten Platten durch schräg und senkrecht zur Plattenfläche angebrachte Bohrungen in einer Serienschaltung miteinander verbunden sind, bei der die wärmetauschenden Medien von den Kanälen jeweils einer Seite der einen Platte unmittelbar zu den Kanälen der korrespondierenden Seite der folgenden Platte geführt werden.

Die wesentlichen Konstruktionsmerkmale der erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher sind aus den Fig. 1, 2 und 3 und den dazugehörigen Schnitten zu ersehen, wobei in F i g. 1 die Schaltung der einzelnen Elemente in Serie, entsprechend den Schnitten b-b und c-c, ersichtlich ist. Wie F i g. 1 zeigt, besteht der Plattenwärmetauscher aus beiderseits gerillten Polytetrafluoräthylenplatten 1, wobei dies, wie hier dargestellt, eine einzige solche Platte oder eine beliebige größere Anzahl sein kann, sowie an beiden Enden des Paketes

ius zwei einseitig gerillten Polytetrafluoräthylenplatten 2. Zwischen diesen Platten sind Trennfolien 3 aus Polytrafluoräthylen eingespannt, über welche der Wärmetausch hauptsächlich erfolgt. An das Platten-Folienpaket schließen sich auf beiden Seiten Platten 8 an, in denen die Verteilungskanälen angeordnet sind. Das gesamte Platten-Folienpaket wird mit Hilfe von zwei Endplatten aus Stahl 4 und entsprechenden Zugankern 5 zusammengehalten. In den Endplatten befinden sich je zwei Anschlußstutzen für den Ein- und Austritt des wärmeahgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Mediums 6,7.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus den Schnitten b-b und c-c von Fig. 1, wobei hier eine Zahl von vier beiderseits gerillten PTFE-Platten (1, bezeichne! als Ia-Id) wiedergegeben ist und die Art der schräg und senkrecht angebrachten Bohrungen genauer dargestellt ist. Der Weg der wärmetauschenden Medien ist in F i g. 2 am Beispiel des einen Mediums durch Pfeile dargestellt. Er beginnt im Schnitt c-c bei der ersten Trennfolie 3a und der erslen Platte ta. Das Medium wird durch die schrägliegende Bohrung der ersten Platte 5a zur rechten Seite dieser Platte geführt. Nach Durchströmen des mäanderförmigen Kanals tritt das Medium zunächst (Schnitt b-b, F i g. 2) durch die schräge, dann durch die senkrechte Bohrung, dann durch die zweite Trennfolie 36 und dann wiederum durch die schräge Bohrung in den Kanal auf der korrespondierenden Seite der zweiten Platte \b ein. Dieser Vorgang wiederholt sich wechselseitig entsprechend der Plattenzahl.

In Fig. 3 ist der Rohrleitungsanschluß in Draufsicht und Schnitt dargestellt, die Anschlußstutzen 6,7 werden durch die Endplatten aus Stahl 4 gegen Polytetrafluoräthylenplatten 8 gepreßt, in welchen sich Verteilungskanäle befinden.

Wie aus den Schnittzeichnungen zu ersehen ist, liegen die Rippen genau aufeinander, so daß die Trennfolie einem hohen Differenzdruck der beiden Medien standhalten kann.

Als Werkstoffe kommen neben reinem Polytetrafluorethylen insbesondere Kohlenstoff-, vorzugsweise

lu Graphit-, Glasfaser- und sonstige Polytetrafluoräthylen-Mischungen in Frage, welche höhere Wärmeleitzahlwerte besitzen und welche für höhere Druckbeanspruchungen verwendbar sind. Es können auch Mischpolymerisate des Tetrafluoräthylens verwendet werden,

is die gegebenenfalls mit Füllstoffen versehen sind. Die erfindungsgemäße Ausführung des Plattenwärmetauschers weist folgende Vorteile bei Fertigung und Betrieb auf: Die Ausführung der Kanäle als beiderseits gerillte Platte mit den verbleibenden Rippen sichert eine einwandfreie Abdichtung, ohne daß zusätzliche Dichtelemente erforderlich sind, und ermöglicht eine sichere Abstützung der Trennfolie ohne die Gefahr der Durchbiegung oder Bestädigung bei größeren Druckunterschieden zwischen beiden Medien. Es werden bei

2) der Herstellung keine Schweiß- oder Klebeverbindungen benötigt, die bei PTFE schwierig zu erhalten sind. Der Wärmetausch erfolgt nicht nur durch die Trennfolien, sondern auch durch die Platten und ist damit effektiver. Eine Anpassung an verschiedene Betriebs-

ii) Verhältnisse durch geeignete Wahl der Plattenzahl bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit ist möglich. Außerdem sind Plattenwärmetauscher leicht zerlegbar und einfach zu reinigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem Paket von parallel angeordneten, mit mäanderförmigen gerillten Kanälen versehenen Platten und dazwischen eingespannten Trennfolien, bei dem der Wärmetausch über die Trennfolien und die Platten erfolgt, wobei die Platten im Inneren dieses Pakets beidseitig und die äußeren Platten einseitig gerillt sind, ferner bestehend aus zwei ebenflächigen Platten, die sich nach außen an das Paket anschließen und Verteilungskanäle besitzen, sowie aus zwei Endplatten, welche mit Anschlußstutzen versehen sind und mit Hilfe von Zugankern das Paket zusammenhalten, dadurch gekennzeichnet, daß Platten und Folien aus Polytetrafluoräthylen bestehen und daß die gerillten Platten durch schräg und senkrecht zur Plattenfläche angebrachte Bohrungen in einer Serienschaltung miteinander verbunden sind, bei der die wärmetauschenden Medien von den Kanälen jeweils einer Seite der Platte unmittelbar zu den Kanälen der korrespondierenden Seite der folgenden Platte geführt werden.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten und die Trennfolien aus Mischpolymerisaten des Tetrafluoräthylens bestehen.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polytetrafluoräthylen Füllstoffe beigegeben sind.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Graphit ist.

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