-
Titel: Wärmetauscher aus parallelen, in Abstand
-
übereinander liegenden Plattenelementen
Wärmetauscher
aus parallelen, in Abstand übereinander liegenden Plattenelementen Die Erfindung
betrifft einen mit fluiden Medien betriebenen Wärmetauscher, insbesondere für kondensatreiche,
aggressive Medien, bestehend aus parallel in Abständen übereinander liegenden Plattenelementen
mit gleichseitig-polygonalem Grundriß mit n Seiten (n a 4), wobei Zwischenräume
zwischen den Plattenelementen gebildet sind, in denen in zwei verschiedenen Richtungen
Fluide strömen können, und bei dem jeweils n/2, nichtbenachbarte Seiten jedes Plattenelementes
mit aus der Plattenebene herausragenden Abstands leisten versehen sind, auf denen
das in senkrechter Richtung folgende Plattenelement - verdreht um einen Winkel a
von 0 a = 360 : n - aufliegend befestigt ist.
-
Es sind Wärmetauscher bekannt, bei denen zwischen Wärmetauscherplatten
aus Aluminium, die beispielsweise quadratisch geformt sind, in zwei um 900 unterschiedliche
Richtungen Medien strömen können, die gegeneinander die Wärme austauschen. Derartige
Platten- Wärmetauscher werden hergestellt, indem jeweils ebene Plattenelemente in
Form eines Stapels übereinander gelegt werden. Nachteilig bei diesen bekannten Wärmetauschern
ist, daß sie sich für korrodierende, das heißt insbesondere kondensatreiche, aggressive
Medien, schlecht eignen, da beispielsweise für Wärmetauscher im Stall-
betrieb
sich ammoniakalische Verbindungen bilden, die Wärmetauscher aus Metall sehr stark
angreifen. Zudem sind bekannte Wärmetauscher relativ schwer und auch kostspielig
herzustellen und zu warten. Trotz dieser ersichtlichen Nachteile wurden bisher derartige
Wärmetauscher in erster Linie aus Metall gefertigt, weil die gute Wärmeleitung von
Metallen als unabdingbare Voraussetzung für den Betrieb derartiger Wärmetauscher
gegolten hat.
-
Es stellt sich die Aufgabe, einen Wärmetauscher der eingangs genannten
Art anzugeben, der weitgehend korrosionsfest ist, einfach im Aufbau und in der Wartung
ist, und der trotzdem eine ausreichende Ubertragungskapazität besitzt.
-
Diese Aufgaben werden gelöst bei einem Wärmetauscher der eingangs
genannten Art, bei dem die Plattenelemente aus einem thermoplastischen Kunststoff
gefertigt sind.
-
Die Wahl dieser Materialart ist nicht nur eine einfache Materialvertauschung
gegenüber den Wärmetauschern des Standes der Technik; es ergeben sich vielmehr einige
überraschende und nicht naheliegende Vorteile. Insbesondere zeigt sich, daß durch
die Herstellung eines relativ konstanten Wärmetauscher-Gleichgewichts und ausreichend
dünner Platten ein guter Wärmeübergang zwischen den Arbeitsmedien möglich ist. Als
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Kunststoff transparent oder teil-transparent
ist, > daß eine optische Uberwachung der Staub- und Schmutzbeladung des Filters
möglich ist. Weiterhin kann durch sogenanntes Kaltschweißen (Lösungsmittel-Verklebung),
durch Verkleben oder durch Heißschweißen der Wärmetauscher sehr einfach aus den
Kunststoffteilen zusammengesetzt werden.
-
Dies gilt auch für das Auswechseln einzelner Platten bei mechanischer
Beschädigung. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, eine entsprechende
Platte
herauszuschneiden und durch eine neue zu ersetzen, was bei
Metallteilen relativ schwierig ist.
-
Grundsätzlich am einfachsten wird die Erfindung verwirklicht durch
Plattenelemente, die einen quadratischen Grundriß haben. Es lassen sich jedoch auch
Wärmetauscher konstruieren, die einen sechseckigen oder achteckigen Grundriß haben.
Wesentlich ist, daß nur eine einzige Sorte von plattenförmigen Elementen vorrätig
gehalten werden muß, um Wärmetauscher beliebiger Höhe damit zusammenzubauen.
-
Es ist möglich, in die Plattenfläche stabilitätserhöhende oder oberflächenvergrößernde
Sicken, Waffelungen oder ähnliche Oberflächenstrukturen einzubringen.
-
Als Material für die plattenförmigen Elemente des Wärmetauschers eignen
sich Kunststoffolien, beispielsweise aus durchsichtigem Hart-PVC mit einer Stärke
zwischen 0,5 und 5 mm.
-
In einfacher Weise lassen sich Plattenelemente aus diesem Material
in Großserien herstellen, beispielsweise im Tiefziehverfahren, wenn die Platten
an ihren Rändern mit einstückig angeformten r oder n -förmigen Abstandselementen
ausgestattet sind.
-
Die Abstandselemente und die aufliegenden Platten werden verschweißt,
verklebt oder durch andere, an sich bekannte Befestigungsarten miteinander verbunden.
-
Ein,AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Figuren zeigen: Figur 1 ein Plattenelement, das einen Teil des Wärmetauschers
bildet;
Figur 2 drei Platten gemäß Figur 1 übereinander gelegt bzw.
auseinander gezogen zur Verdeutlichung des Montageaufbaus.
-
In Figur 1 ist ein plattenförmiges Element 10 dargestellt, das über
eine Plattenbasis 1 verfügt, in die mehrere, parallele Sicken 2 eingedrückt sind.
Am Rand der Plattenbasis sind aus der Ebene gegenüberliegend in einer winkelförmigen
Konfiguration (r -Konfiguration) zwei randständige Abstandshalter 3, 4 herausgedrückt.
-
Dabei ist darauf geachtet, daß die Platten, von oben gesehen, immer
genau quadratischen Grundriß haben. Die Platten können jeweils mit nach oben liegenden,
einstückig aus dem Material der Platte im Tiefziehverfahren herausgeformten Abstandshaltern
3, 4 übereinander gestapelt werden, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Als Material
eignet sich insbesondere Hart-PVC, aber auch Polystyrol oder Polypropylen oder Mischpolymerisate.
Die Plattendicke liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 5 mm.
-
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscher gemäß Erfindung
mit drei übereinanderliegenden plattenförmigen Elementen 10. Bei dem einen Element
liegen die Abstandshalter 3, 4 rechts und links, während sie bei dem darauf liegenden
Element vorne und hinten liegen; mit den darunter liegenden Abstandshaltern bilden
die 0 auf liegenden Abstandshalter einen Winkel von 90 . Damit ruht das aufliegende
Plattenelement jeweils auf der Oberseite des Abstandshalters 3 bzw. 4 und damit
auf zwei streifenförmigen Flächen. An diesen Flächen kann beispielsweise eine Kaltschweißung
mit Hilfe einer Oberflächen-Anlösung, ein Verkleben oder ein Warmschweißen erfolgen.
-
Aus der Figur 2 ist außerdem ersichtlich, daß sich jeweils zwischen
den Plattenelementen liegende Zwischen-
räume ergeben, so daß Fluidströme,
insbesondere Gasströme, in zwei verschiedene, zueinander in senkrechter Richtung
fließen können. Hierzu werden entsprechende Anschlußhauben oder -stutzen an den
senkrechten Flächen angebracht (nicht dargestellt).
-
Für den Aufbau eines Wärmetauschers sind ansonsten keinerlei weitere
Hilfsmittel oder besondere Teile erforderlich. Zur Stabilisierung werden in besonderen
Fällen lediglich würfelförmige Rahmengestelle vorgesehen.
-
Die Sicken 2 können so tief aus dem Material herausgeformt sein, daß
sie die Unterseite des-aufliegenden Plattenelementes kontaktieren und damit dieses
mittragen, so daß eine Durchbiegung weitgehend vermieden wird.
-
Diese Maßnahme erlaubt es wiederum, das Material dünner zu machen
und damit sparsamer zu bauen. Beispielsweise können halbrund herausgeformte Sicken,
die sich auf nur einem Teil der Grundrißlänge der plattenförmigen Elemente erstrecken,
eine solche Aufgabe übernehmen. Derartige Sicken erhöhen zusätzlich die Oberfläche
des Wärmetauschers, so daß dessen Wirksamkeit erhöht ist.
-
Neben dem quadratischen Grundriß ist grundsätzlich auch ein sechseckiger
oder achteckiger Grundriß der plattenförmigen Elemente 10 möglich, wobei sich jedoch
die Strömungsmengen in den beiden Richtungen unter Umständen nicht genau gleichen.
Es sind Variationen beispielsweise in der Höhe der seitlichen Abstandshalter möglich,
jedoch sollte immer im Auge behalten werden, daß nur mit einer einzigen Plattenform
ein Wärmetauscher aufbaubar sein sollte.
-
Anstelle der einfachen winkelförmigen Herausbiegung könnten auch andere
Formen, beispielsweise einen -Form oder nur eine einfache, nach oben stehende Wandung
verwendet werden.
-
Zusätzlich und anstelle der Sicken 2 können auch andere stabilitätserhöhende
und/oder oberflächenvergrößernde Sicken, Waffelungen oder ähnliche Oberflächenstrukturen
in das Plattenelement eingedrückt sein. Werden wenigstens einzelne Plattenelemente
aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt, so kann optisch festgestellt werden,
wenn die Staub- oder Schmutzbeladung der Plattenelemente nach einer gewissen Standzeit
zu groß geworden ist, um noch eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten. Hierzu
zeigt Figur 2 schematisch, daß ein Lichtstrahlsender und -empfänger 12, 13 oberhalb
und unterhalb eines Plattenpaares angeordnet sein können.
-
Die Verbindung mit einer entsprechenden Signalschaltüng und dergleichen
ist bekannt.
-
Insgesamt ergibt sich damit gemäß Erfindung ein einfach aufzubauender,
in Wartung und Funktion vorteilhafter Wärmetauscher.