DE3622316C1

DE3622316C1 - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE3622316C1
Application number: DE3622316A
Authority: DE
Inventors: Johann Pfeiffer
Original assignee: Schmidt W Co KG GmbH
Current assignee: PFEIFFER, JOHANN, 7518 BRETTEN, DE
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1988-01-28
Also published as: EP0252275A2; EP0252275A3; US4781248A; JPS6325494A

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie er bei spielhalber bekannt ist durch die GB-PS 20 54 817, die DE-OS 25 52 335 oder die US-PS 38 07 496.

Bei derartigen bekannten Wärmeaustauschern sind die verhältnismäßig dünnwandigen und vielfach auch unter einander formgleichen Platten in einem Rahmen zusam mengehalten und zwischen dickeren Endplatten zu einem Stapel gespannt, wobei die Endplatten die Anschlüsse für die Medien enthalten, die entlang dem Platten stapel über Kanäle geführt werden, die durch die er wähnten Öffnungen der Platten in Verbindung mit ent sprechender Ausbildung der Dichtungen gebildet wer den.

Was die Strömungsräume zwischen den Platten betrifft, so werden diese bei entsprechender Ausbildung der Plattenprägung entweder diagonal oder im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Platten durchströmt, wobei entsprechend entweder einander diagonal gegen überliegende Durchbrechungen der Platten als Zu- und Abströmöffnung dienen oder bezogen auf die ver tikale Plattenmitte auf deren einer Seite gelegene Öffnungen.

Bezüglich der erwähnten dreieckförmigen Plattenbe reiche ist dort die Profilierung in bekannten Fällen in Form von einem gegenseitigen Abstand aufweisenden Sicken ausgebildet, die ausgehend von der ihnen zu geordneten Plattenöffnung im wesentlichen strahlen förmig verlaufen und dabei in der Regel mit der ver tikalen Symetrielinie der Platten ein Winkel im Be reich von 25 bis 40° einschließen. Dadurch, daß be nachbarte Platten um 180° gegeneinander verdreht sind, überkreuzen sich die Profilierungen der dreieckför migen Bereich benachbarter Platten, wodurch die Platten hier an den Kreuzungspunkten gegeneinander abgestützt sind.

Die in dieser Form bekannte Ausbildung der dreieck förmigen Plattenbereiche hat jedoch den Nachteil, einen verhältnismäßig hohen Druckverlust mit sich zu bringen und eine möglichst gleichmäßige Verteilung des jeweiligen Mediums über die gesamte Dreieckflä che kaum zu ermöglichen oder zumindest stark zu behindern, da hinsichtlich der zwischen den ein zelnen Sicken gebildeten Strömungspfade auf demWeg zwischen der zugeordneten Plattenöffnung und dem rechteckigen Bereich der Wärmeaustauschfläche ein Druck- und Medienaustausch kaum stattfinden kann. Dadurch ist über die dreieckförmigen Bereiche die Medienverteilung derart beeinträchtigt, daß diese Bereiche auch nur in nachgeordnetem Umfange an der Aufgabe des Wärmeaustausches beteiligt sein können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmeaus tauscher der eingangs genannten Art bezüglich der Ausbildung der Platten derart abzuändern, daß der durch die dreieckförmigen Bereiche gegebene Druck verlust herabgesetzt ist und über die dreieckförmi gen Bereiche eine wesentlich bessere Medienvertei lung erzielt wird, so daß diese Bereiche möglichst vollständig in die am Wärmeaustausch beteiligte Flä che mit einbezogen sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Während üblicherweise die Prägung der Platten der art erfolgt, daß ausgehend von dem in eine Presse eingelegten, tafelförmigen Grundmaterial die Pro filierung aus diesem Grundmaterial nur in einer Rich tung herausgeprägt wird, wird nach der Erfindung für die dreieckförmigen Bereiche nunmehr durch den Prägevorgang das Niveau des Grundmaterials auf die halbe Höhe bzw. Tiefe der gesamten Plattenprofilie rung verlegt und es werden von dort ausgehend in gegenläufigen Richtungen die Abschnitt geformt, was bezüglich der im vorliegenden Fall regelmäßig verar beiteten Sonderwerkstoffe bereits den erheblichen Vorteil hat, daß die prägende Verformung auf die Hälfte herabgesetzt ist, wodurch die Prägefähig keit auch im Hinblick auf kompliziertere Formen ver bessert ist.

Darüber hinaus sind aber nunmehr bezogen auf die erwähnte Strahlenrichtung Querkanäle gebildet, die hinsichtlich ihres Querschnittes den den Ausgangs punkt der Erfindung bildenden Kanälen in nichts nachstehen, so daß über die dreieckförmigen Be reiche eine ungehinderte Medienverteilung gerade auch quer zur Hauptströmungsrichtung stattfinden kann, wodurch einmal der Druckwiderstand der drei eckförmigen Bereiche erheblich herabgesetzt und zum anderen diese dreieckförmigen Bereiche voll in die Wärmeaustauschfläche mit einbezogen sind.

Ein weiterer, sich ergebender Vorteil besteht darin, daß nunmehr vom Prägemuster her gesehen Unabhängig keit dahingehend besteht, ob der zwischen den be nachbarten Platten gebildete Wärmeaustauschraum zwischen diagonal oder einseitig von der vertikalen Plattenmitte gelegenen Zu- und Austrittsöffnungen durchströmt werden soll.

Schließlich stellt sich heraus, daß durch die erfindungs gemäße Prägung der dreieckförmigen Bereiche deren Druckfähigkeit verbessert ist.

Gerade im letztgenannten Zusammenhang haben sich die weiterbildenden Merkmale nach den Ansprüchen 2 bis 5 als zweckmäßig erwiesen, wobei insbesondere durch den Gegenstand der Ansprüche 3 bis 5 ausgeschlossen wird, daß unter dem Druck, mit dem der Plattenstapel gespannt ist, aneinanderliegende Abschnitte vonein ander abrutschen können, wobei die Wahl des Winkels gemäß Anspruch 5 hier besonders erstrebenswert ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungs formen näher erläutert, die in der Zeichnung darge stellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdar stellung eines bekannten Wärmeaustauschers;

Fig. 2 und 3 eine Wärmeaustauschplatte aus Fig. 1 in zwei gegeneinander um 180° gedrehten Ansichten;

Fig. 4 und 5 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplatte in zwei gegenseitig um 180° gedrehten Darstellungen;

Fig. 6 die beiden dreieckförmigen Bereiche der Platte gemäß Fig. 4 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß der Schnitt linie VII-VII in Fig. 6 und

Fig. 8 eine Abwandlung der Platte gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung einen bekannten Wärme austauscher, bei dem zwischen Endplatten 1, 2 ein Paket von rechteckigen, untereinander gleichen und abwechselnd gegeneinander um 180° gedrehten Wärmeaus tauschplatten 3 gespannt ist. In den Eckbereichen der Platten 3 sind über Durchbrechungen Öffnungen 4 bis 7 gebildet, die bei zusammengespanntem Plattenpaket, wie dies bei 8 dargestellt ist, Kanäle 9 bis 12 erge ben, über die zwei Medien zum gegenseitigen Wärmeaus tausch den zwischen den Platten gebildeten Räumen zu geführt werden.

Die zwischen den Platten 3 bestehenden Räume für das Me dium sind nach außen durch zwischen benachbarten Platten 3 eingespannte, umlaufende Dichtungen 13 abge schlossen, wobei im vorliegenden Falle die Dichtungen so ausgebildet sind, daß sie die Räume mit den Öff nungen 4, 6 als Zu- und Abströmöffnungen verbinden. Die Öffnungen 5 und 7 dienen dabei der Überbrückung eines durch ein Medium beschickten Plattenzwischenraumes durch das andere Medium.

Die an der Endplatte 2 außen angebrachten Stutzen 14 dienen dem Anschluß für die Zu- und Ableitung der Medien. Außerdem sind die Wärmeaustauschplatten 3 zwischen den Endplatten 1 und 2 gegen Verschieben durch in Ausnehmungen der Platten eingreifende Stan gen geführt, von denen lediglich die untere Stange 15 dargestellt ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine bekannte Platte 3 in der einen und der demgegenüber um 180° gedrehten Form so, wie sie abwechselnd nacheinander im Plattenstapel zu liegen kommen. Dabei ist deutlicher ersichtlich, daß die Umfangsdichtung 13 den von ihr umschlossenen Plattenzwischenraum mit den Öffnungen 4 und 6 ver bindet, während die lediglich der Weiterbildung des jeweils anderen Mediums dienenden Öffnungen 5 und 7 gegenüber diesem Plattenzwischenraum abgeschlossen sind.

Über die so zwischen den Platten 3 gebildeten und von den Umfangsdichtungen 13 definierten Strömungsräume wei sen die untereinander gleichen Platten eine durch Prägen hergestellte, wellenförmige Profilierung auf, die die Platten in zwei dreieckförmige Bereiche 16 und 17 sowie einen dazwischen liegenden rechteckigen Bereich 18 aufteilen. Dabei dient die durch strahlen förmig angeordnete Sicken 19 gebildete Profilierung der dreieckförmigen Bereiche 16 und 17 der Überlei tung der Medien zwischen dem Querschnitt der zuge ordneten Öffnung 4 bzw. 6 und dem Querschnitt des rechteckigen Wärmeaustauschbereiches 18, der selbst eine V-förmige Profilierung der dargestellten Art aufweist.

Wie ersichtlich, überkreuzen sich die genannten Pro filierungen, wenn man Platten 3 der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Art abwechselnd aufeinanderlegt, so daß die benachbarten Platten an den Kreuzungsstellen der Profilierung aneinander anliegen und auf diese Weise gegeneinander abgestützt sind.

Bei den bekannten Platten wird bei der Plattenherstellung die Profilierung in ihrer gesamten Höhe ausgehend von dem tafelförmigen in eine Presse eingelegten Material durch Prägen nur in einer Richtung ausgeformt, so daß beispielsweise bezogen auf die Fig. 2 und 3 die zwischen den Sicken 19 gebliebenen ebenen Flächen dem unbearbeitet gelassenen Grundma terial entsprechend, mithin ausgehend von der Zei chenebene die Profilierung der Platten 3 sich in Rich tung auf den Betrachter erstreckt.

Die Fig. 4 bis 7 veranschaulichen nun eine erste Aus führungsform der neuen Wärmeaustauschplatte 20, wobei diese wiederum in Fig. 4 in der einen und in Fig. 5 in der demgegenüber um 180° gedrehten Lage dargestellt ist. Die Platte 20 stimmt in ihrer Ausbildung zum großen Teil mit der Platte 3 überein, weshalb auch insoweit die bereits früher verwendeten Bezugszeichen wieder verwendet sind.

Abweichend ist jedoch bei einer neuen Platte einer der dreieckförmigen Bereiche 21, im vorliegenden Falle der mit der Öffnung 6 in Verbindung stehende Bereich, der art ausgebildet, daß die von der Öffnung strahlen förmig ausgehende Profilierung aus aneinander an schließenden Abschnitten 22, 23 abwechselnd gegen läufiger Prägungsrichtung bestehen, wobei im vorlie genden Falle ausgehend von der Ebene 24 die Ab schnitte 22 auf den Betrachter zu und die Ab schnitte 23 vom Betrachter weg geprägt sind. Aus gangspunkt ist dabei, daß die Ebene 24 ausgehend von der Ebene des Grundmaterials, aus dem die Platte geprägt ist und die durch die Zeichenebene dargestellt ist, um die Hälfte der Gesamttiefe der Plattenprägung angehoben, im vorliegenden Falle also auf den Be trachter zu versetzt ist.

Was den anderen dreieckförmigen Bereich 25 be trifft, der sich an die Öffnung 4 anschließt, so weist dieser entlang der Überdeckung durch die um 180° gedrehten Linien von Abschnit ten 22, 23 des ersten dreieckförmigen Bereiches 21 eine Profilierung mit zu der des ersten dreieck förmigen Bereiches 21 korrespondierenden Abschnit ten 26, 27, jedoch entgegengesetzt der Prägungsrich tung auf, wobei die Abstände 28 dieser Profilierung ebenfalls durch Anheben des Grundmaterials Flä chen eines Niveaus in Höhe der halben Gesamttiefe der Plattenprägung bilden. Legt man also die in Fig. 5 dargestellte Platte auf die in Fig. 4 dar gestellte, so kommen oben Abschnitt 27 des drei eckförmigen Bereiches 25 auf Abschnitten 22 des dreieckförmigen Bereiches 21 zu liegen und unten Abschnitte 23 auf Abschnitten 26. Andererseits be steht zwischen den jeweils daneben angeordneten Ab schnitten ein der doppelten Gesamtprägungstiefe der Platten entsprechender Abstand. Schließlich ent spricht der Abstand zwischen den Flächen 24 und 28 der einfachen Gesamtprägungstiefe jeder Platte.

Auf diese Weise gehen von den Öffnungen 4 und 6 strahlenförmig Strömungsquerschnitte auf den recht eckigen Wärmeaustauschbereich 18, die quer zur Rich tung der Strahlen im Rhythmus des gegenseitigen Ab standes benachbarter Strahlen miteinander durch Kanalstücke der einfachen Gesamttiefe der Platten prägung miteinander verbunden sind, so daß über die gesamten dreieckförmigen Bereiche eine optimale Verteilung des jeweiligen Mediums stattfinden kann und andererseits der Strömungswiderstand der drei eckförmigen Bereiche stark herabgesetzt ist. Durch die gute Medienverteilung können die dreieckförmi gen Bereiche ebenso wie die rechteckigen Berei che 18 praktisch vollständig am Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien teilnehmen.

Der obere und untere dreieckförmige Bereich der in Fig. 4 dargestellten Platte 20 ist in Fig. 6 zur besseren Veranschaulichung unter Fortlassung der Umfangsdichtung noch einmal vergrößert dargestellt, wobei zur Erläuterung auf die vorhergehende Beschrei bung insbesondere der Fig. 4 Bezug genommen wird.

Fig. 7 veranschaulicht die Schnittansicht etwa gemäß der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6. Hier ist durch die Linie 29 die Ausgangsebene verdeutlicht, von der aus das Plattenmaterial durch Prägeverformung mit einer Profilierung versehen wird. Die Wellen des rechteckigen Bereiches 18 stellen dabei die Gesamt tiefe der Prägung dar, während bei der Ziffer 24 das um die halbe Prägungstiefe angehobene Niveau des Grundmaterial ersichtlich ist, von dem ausge hend bei den dreieckförmigen Bereichen die Ab schnitte 22 und 23 in entgegengesetzter Richtung je weils um die Hälfte der gesamten Prägungstiefe aus geformt sind.

Wie aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich, haben die Ab schnitte 22, 23 und 26, 27 der Profilierung eine im wesentlichen rechteckige Scheitelfläche, wobei benach barte Abschnitte bezüglich des größeren Querschnit tes der Scheitelfläche im vorliegenden Falle um einen Winkel im Bereich von 66° gegeneinander gedreht sind, derart, daß aufeinanderliegende Scheitelflächen benachbarter Platten ebenfalls um diesen Winkel gegen einander gedreht sind. Dadurch ist mit Sicherheit ver hindert, daß die Profilierungen benachbarter Platten unter dem Druck der Kraft, mit dem die Platten zum Stapel gespannt werden, bei gegenseitiger seitlicher Verschiebung ineinanderrutschen können.

Außerdem ist aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich, daß zwischen den dreieckförmigen Bereichen 21 und 25 einerseits und dem rechteckigen Bereich 18 andererseits ein sich über den gesamten Strömungsquerschnitt der Medien erstreckender, ohne Verformung des Ursprungs materials der Platten belassener, ebener Übergangs querschnitt 30, 31 vorhanden ist, der sich quer zur Längsrichtung der Platten wie ein Zuganker aus wirkt und die Formstabilität der Platten garantiert.

Fig. 8 zeigt eine Platte 31 unter Fortlassung der Umfangsdichtung, die mit der Platte 20 gemäß Fig. 4 weitgehend übereinstimmt, weshalb insoweit die dortige Bezifferung ohne nochmalige Beschreibung wieder holt ist.

Abweichung besteht im oberen dreieckförmigen Be reich 32, bei dem hier die ausgehend vom angeho benen Niveau 33 des Grundmaterials auf den Betrach ter zu, also nach oben ausgeprägten Abschnitte 34 und die vom Betrachter fort, also nach unten ge prägten Abschnitte 35 so bemessen sind, daß die Ab schnitte 34 in Längsrichtung der durch benachbarte Abschnitte gebildeten Strahlen die Abschnitte 35 seitlich nicht überragen.

Claims

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus miteinander fluch tenden, im wesentlichen rechteckigen und durch Prägen mit einer sickenförmigen Profilierung einheitlicher Gesamttiefe versehenen Platten, die abwechselnd um 180° gegeneinander gedreht unter Zwischenlage einer Umfangsdichtung und unter gegenseitiger Anlage der aufeinanderzu gerichteten Profilierung benachbarter Platten lösbar zu einem Stapel gespannt sind, wobei die Platten abwechselnd für ein erstes und ein dazu im wesentlichen parallel geführtes zweites Medium durch die Umfangsdichtung umfangene Strömungsräume bilden, die über miteinander fluchtende, von in den Eckbereichen der Platten angeordneten Durchbrechun gen gebildete Zu- und Abströmöffnungen mit dem jewei ligen Medium beschickbar sind, wobei ferner die Plat ten einen mittleren, rechteckigen und zwei auf ge gegenüberliegenden Seiten daran anschließende dreieck förmige Wärmeaustauschbereiche aufweisen, und wobei die dreieckförmigen Bereiche den Strömungsquerschnitt des mittleren Bereiches auf den der Zu- und Abström öffnung überführen, wozu die Profilierung der drei eckförmigen Bereiche im wesentlichen als von den Öffnungen ausgehende und einen gegenseitigen Abstand definierter Teilung aufweisende Strahlen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlen des einen dreieckförmigen Bereiches (21, 32) aus einer Profilierung mit der Teilung des Strahlenabstandes regelmäßigen, in Längsrichtung der Strahlen aneinander anschließenden Abschnitten (22, 23; 34, 35) abwechselnd gegenläufiger Prägungs richtung mit vom Grundmaterial der Platte (20, 31, 36 bis 39) ausgehender halber Prägungstiefe bestehen und
daß die Strahlen des anderen dreieckförmigen Berei ches (25) entlang der Überdeckung durch die um 180° gedrehten Strahlen des ersten dreieckförmigen Berei ches eine Profilierung mit zu der des ersten dreieck förmigen Bereiches korrespondierenden Abschnitten (26, 27), jedoch entgegengesetzter Prägungsrichtung auf weisen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschnitte der Profilierung senk recht zur Plattenoberfläche einen sinusförmigen Quer schnitt aufweisen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschnitte (22, 23; 26, 27; 34, 35) der Profilierung senkrecht zur Plattenoberfläche eine im wesentlichen rechteckige Scheitelfläche aufwei sen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die in gegenseitiger Anlage befindli chen Abschnitte (22, 23, 26, 27) benachbarter Plat ten bezüglich der Richtung ihres größten Querschnit tes einen Winkel miteinander einschließen.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Winkel im Bereich von 90° liegt.