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BESCHREIBUNG
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmeaustauscher
insbesondere für Lyophilisationsanlagen.
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In den Lyophillsationsanlagen und im allgemeinen in vielen chemischen
und pharmazeutischen Anlagen werden Platten oder Tafeln fur den Warmeaustausch,
insbesondere als Kühler von Oberflachen oder Raumes, verwendet. Diese Platten bestehen
gewöhnlich aus zwei miteinander verschweißten Blechen, die zwischen sich einen einheitlichen
Zwischenraum bilden. Um die beiden einander gegenuberliegenden Bleche parallel zu
halten, sind im Zwischenraum zwischen den Blechen Abstandshalter vorgesehen. Gewöhnlich
sind diese Abstandshalter derart angeordnet und ausgebildet, daß sie im Zwischenraum
einen Hin- und Ruckweg oder einen Zickzackweg fur das Warmetragerfluid bilden, um
den Weg des Fluids zu verlangern und die Geschwindigkeit, mit welcher es an den
Wärmeaustauschflächen entlangstromt, zu erhohen. Bekanntlich erh#ht sich mit dem
Ansteigen der Geschwindigkeit auch der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen Fluid
und fester Oberflache.
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Gewohnlich sind die Trennwande Leisten, die den Zwischenraum abschließen
und die parallel zueinander und an den beiden Seiten der rechteckigen Platte zueinander
versetzt angeordnet sind, um abwechselnd einen freien Weg gegen die eine oder die
andere Seite der senkrecht zu# den Leisten verlaufenden Platte zu bilden. Das Fluid
tritt an den beiden Enden dieses Zickzackweges ein bzw. aus.
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Während diese Plattenkahler oder, allgemeiner gesagt, Plattenwarmeaustauscher
in betrieblicher Hinsicht vollkommen
zufriedenstellend sind, weisen
sie einige schwerwiegende konstruktive Nachteile auf. So bereitet die Befestigung
der Leisten an den beiden einander gegenu"berliegenden Blechen eine Reihe von Schwierigkeiten
und erfordert die Verwendung teurer Gerate. Derzeit werden die Leisten angeschweißt,
was nicht nur schierig und teuer ist, sondern gewohnlich auch zu einer Verformung
der Platten fuhrt, die sodann wieder in eine flache Form gebracht werden mfissen.
Diese Arbeitsweise wirkt sich nicht nur sehr negativ auf die Herstellungskosten
aus, sondern führt auch zur Erzeugung von Ausschußware. Wahrend des Betriebes sind
uberdies die Platten, wenn sie miteinander durch die Schweißungen verbunden sind,
in ihren spontanen Verformungen, hervorgerufen durch die auch sehr hohen Temperaturschwankungen,
behindert und k8nnen sich dabei bis zur Bruchbildung deformieren.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der oben genannten,
den bekannten Plattenwarmeaustauschern anhaftenden Nachteile und die Schaffung eines
neuen Plattenwarmeaustauschers und eines Verfahrens zu dessen Herstellung, wobei
die unmittelbaren oder verzogerten Verformungen auf Grund der durch die Bearbeitung
und die Temperatursprünge hervorgerufenen Spannungen vermieden werden.
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Demnach betrifft die vorliegende Erfindung einen Plattenwarmeaustauscher,
bestehend aus zwei parallelen Basisblechen, die zwischen sich einen Zwischenraum
definieren, der von linearen Elementen getrennt ist, welche in Zwischenraum einen
Zickzackweg bilden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes der linearen Trennelemente
im Inneren des Zwischenraumes aus zwei gegenuberstehenden Leisten besteht,
von
denen jede an einem der beiden Bleche angeschweißt ist und welche miteinander durch
Berührung entlang eines Profils vereinigt sind.
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Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten
Ausfuhrungsbeispieles unter Hinweis auf beiliegende Zeichnungen naher ererläutert.
Dabei zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht teilweise im Schnitt mit abgehobenem oberem
Blech; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt
entlang der Linie III-III der Fig. 1; Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 2 in größerem
Maßstab; und Fig. 5 eine Einzelheit einer Variante in einer Ansicht entsprechend
jener der Fig. 4.
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Ein Plattenwarmeaustauscher der eingangs allgemein beschriebenen Art,
welcher die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, ist im Grundriß und in den beiden
Normalschnitten in den Figuren 7,2 und 3 gezeigt und in seiner Gesamtheit mit der
Bezugsziffer 1 bezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus einem flachen Gehause
mit rechteckigem Grundriß mit einer unteren Basiswand 2 und einer oberen Basiswand
3, welches an seinem Unfang von einem Rand 4 geschlossen ist, der die seitige Umhullung
des Gehauses bildet.
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Der Innenraum der Gehäusekonstruktion ist derart unterteilt, da~ von
den Trennelementen 5 und 6 ein durch die Pfeile angedeuteter Weg gebildet wird.
An den beiden, zu den Trennelementen 5 und 6 parallelen Außenseiten der Platte 1
sind ein Einla~stutzen 7 bzw. ein Auslaßstutzen 8 angebracht. Die das wesentliche
Merkmal der Erfindung bildende
Form der Trennelemente ist deutlicher
in jeder Einzelheit in Fig. 4 gezeigt, welche eine Vergroßerung eines Teiles der
Fig. 2 ist. Die beiden äußeren Trennelemente 5 sind einfache Platten mit rechteckigem
Querschnitt, die an zwei Langskanten 9 und 10 am oberen Blech 3 und -entlang ~1
einer äußeren Langskante 11 am unteren Blech 2 angeschweißt sind. Die Zwischentrennelemente
6 bestehen aus zwei Leisten oder Staben mit rechteckigem Quersehnitt, u.zw. einer
oberen Leiste 12, die entlang von zwei Langskanten 12a und 12b am oberen Blech 3
angescheipt ist, und einer unteren Leiste 13 von im wesentlichen gleichem Querschnitt,
die entlang von zwei Langskanten 13a und 13b am unteren Blech 2 angeschweißt ist.
Die beiden Leisten besitzen weiters in entsprechenden Positionen eine Lagsausnehmung
12c bzw. 13c und einen von der Ausnehmung erzeugten Zahn 12d bzw. 13d.
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Die beiden Leisten sind paarweise fur jedes Trennelement 6 derart
angeordnet, daß nach der Montage der Platte 1 der Zahn einer jeden Leiste-12, 13
in die Ausnehmung der anderen Leiste eingreift, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist.
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Die hydraulische und thermische Funktionsweise des neuen Plattenwarmeaustauschers
1 unterscheidet sich nicht von der analoger bekannter Plattenwärmeaustauscher.
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Die Herstellungsweise der Platte 1 ist jedoch zur Erzielung der erfindungsgemaßen
Effekte deutlich abgeandert und wird in der Folge in ihren wesentlichen Phase erläutert.
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Die Leisten 12 und 13 werden getrennt in den richtigen Positionen
an den betreffenden Blechen 3 und 2 angeschweißt.
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Die Endleisten werden in dieser Phase an das Blech 3 zusammen oder
in Serie mit den Leisten 12 angeschweißt. Hierauf
werden die beiden
Bleche einander gegenubergestellt, wobei die Leisten 12 und 13 zum gegenseitigen
Eingriff gegeneinanderweisen.
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Die Leisten 12 und 13 werden durch gegenseitige seitliche Verschiebung
in Eingriff gebracht, wie in Fig. 4 gezeigt ist ist.
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Nunmehr werden die Schweißungen entlang der Außenkanten 11 der Trennelemente
5 durchgefuh"rt, schließlich wird der Plattenwarmeaustauscher mit den Umfangsseiten
4 geschlossen.
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Der durch das neue Verfahren in seiner Wichtigkeit ge#chaffene erste
Vorteil, der durch die originelle Ausbildung der Trennelemente 6 gegeben wird, besteht
in der Vermeidung der Ursachen der Deformierung der Platten nach dem Schweipen.
Tatsachlich waren die früheren Plattenwarmeaustauscher, bei denen Trennelemente
von der Art der Elemente 5 an den Blechen 2 und 3 angeschwei~t waren, eine mehrfach
hyperstatische Konstruktion, d.h. mit einer uberschussigen Anzahl an Bindungen in
bezug auf die Bedingungen der Statik auf Grund der Anschweipung einer jeden Leiste
auch an der anderen Platte. Diese Hyperstatik führte bei den Warmedehnungen unweigerlich
zu starken inneren Spannungen. Dies wird durch die neue erfindungsgemæße Konstruktion
vermieden, u.zw. bis auf die Anschweipung des letzten Trennelementes 5, welches
nach der Montage an dem Blech 2 angeschweißt wird.
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Diese einzige Hyperstatik erzeugt jedoch eine wesentlich geringere
spezifische Belastung in der Gropenordnung von n2-mal kleiner, wenn n die Anzahl
der Zwischentrennelemente von der Art der Elemente 6 ist. Tatsachlich Uber tragt
sich die Verformung auf Grund der einzigen Schweißung
ung auf eine
n-mal gr8ßere Lunge und schwächt sich in diesem Verhältnis ab; bei der Durchführung
von n Schweißungen hingegen, wie bei den bekannten Ausführungen, summierten sich
diese Effekte wenigstens statisch.
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Diesem ersten, im wesentlichen technologischen Vorteil folgen weitere
wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich der Einsparungen an Nettoproduktionskosten,
welcher zweifacher Art sind: 1) Es sind keine speziellen Einrichtungen erforderlich,
die man bisher bei der Durchfuhrung der Schweißungen an unzuganglichen Stellen benotigte;
2) es wird jede Ausrichtarbeit an deformierten Platten u"berflu"ssig.
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Die Erfindung wurde vorstehend an Hand eines bevorzugten Ausftihrungsbeispieles
beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß viele weitere Ausfthrungen moglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Die Fig. 5 zeigt einen Fall,
in welchem die beiden mit 22 und 33 bezeichneten Leisten praktisch auf die betreffenden
Eingriffsprofile reduziert sind, d.h. sie sind durch Bleche und nicht durch Block
gebildet. Der Vorteil dieser Ausfuhrungsform liegt in der Materialeinsparung und
in der Mo"glichkeit, gefederte Leisten aus gebogenem Blech vorzusehen, wodurch der
gegenseitige Eingriff bei regelbarem Berührungsdruck erleichtert wird.
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Bei Betrachtung der Fig. 4 ist zu beachten, daß es fu,r die DurchfGhrung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich ist, daß alle Leiste 12 gleich sind
und untereinander gleich orientiert sind, ebenso die Leisten 13. Zweckmäßigerweise
konnen
zur Erleichterung der gegenseitigen Zuordnung auf den Z S en 12d und 13d Abschrdgungen
und auf den Ausnehmungen 12c und 1 3c leicht keilformige Profile oder andere Maßnahmen
vorgesehen sein.
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Das Merkmal der Orientierung in einer Richtung der Eingriffe hat
fur sich den Vorteil, daß eine freie unterschiedliche Dehnung der beiden Leisten
2 und 3 gestattet wird, was bei entgegengesetzt orientierten Eingriffen verhindert
ware, die vom konstruktiven Standpunkt aus gesehen technisch moglich waren, wobei
die Montage durch seitliches Einschieben erfolgen wurde. Um eine bessere re Abdichtung
und eine gewisse Berührungselastizität zwischen den Leisten 12 und 13 zu gewahrleisten,
konnen auch Dichtungen, beispielsweise aus Gummi od.dgl0, oder auch aus Kunststoff,
wie Polyathylen, welches auch in der Kalte einen guten Überzug darstellt, -auf den
Zthnen 12d und/oder 13d vorgesehen werden.
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In der Praxis können die angewendeten Abmessungen und Materialien,
je nach den Erfordernissen, beliebig gewthlt werden.
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