DE3641458C2 - - Google Patents
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- DE3641458C2 DE3641458C2 DE3641458A DE3641458A DE3641458C2 DE 3641458 C2 DE3641458 C2 DE 3641458C2 DE 3641458 A DE3641458 A DE 3641458A DE 3641458 A DE3641458 A DE 3641458A DE 3641458 C2 DE3641458 C2 DE 3641458C2
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- F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
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- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/10—Arrangements for sealing the margins
Description
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt sind Plattenwärmeaustauscher, bei denen mehrere
dünne, geprägte Einzelplatten mit Hilfe von Dichtungen so zu
einem Plattenpaket zusammengefügt sind, daß die zwischen den
einzelnen Platten gebildete Fließspalte abwechselnd von zwei,
im Temperaturniveau unterschiedlichen Medien durchflossen
werden, so daß über die Plattenwandungen ein Wärmeaustausch
erfolgt. Die Prägungen in den Platten bestimmen die Durch
flußrichtung der Medien, aber auch die Turbulenz und übernehmen
die Druckabstützung der einzelnen Platten untereinander.
Bekannt sind geprägte Platten mit zick-zack-förmigem
Muster, die mit einer einseitigen, in eine Sicke eingeklebten
Dichtung versehen sind und die durch abwechselnde Drehung
um 180 Grad in der Ebene so aufeinander gelegt werden, daß
sich die Prägungen kreuzen. Dabei sind die Dichtungen im
Bereich der Öffnungen so angeordnet, daß bei Verwendung der
gleichen Platte die jeweilige Ein- und Austrittsöffnung für
die beiden Medien von einer zur anderen wechseln. Ein optimaler,
gleichmäßiger Durchfluß durch die Fließspalte wird aber dadurch
verhindert, daß die Prägungen der Platten den Durchfluß auf
beiden Medienseiten beeinflussen, d.h. durch das Kreuzen der
Prägungen kann keine eindeutige Durchflußrichtung erzwungen
werden und durch Verwendung der gleichen Platten, wie das aus
wirtschaftlichen Gründen in der Regel der Fall ist, ist zwangs
läufig Ein- und Auslaßöffnung eines Fließspaltes auf der
gleichen Längsseite, so daß sich das gasförmige oder flüssige
Medium immer den kürzesten Weg zwischen Ein- und Auslaß
öffnung sucht.
Die Druckabstützung der einzelnen Wärmeübertragungsplatten
erfolgt durch das kreuzweise Aufliegen der Prägungen
und ist damit in der Größe durch die mechanische Belastbarkeit
des Materials begrenzt.
Im Bereich der Öffnungen ist, um den wechselnden Durchfluß
der Medien zu erreichen, abwechselnd eine Dichtung und
ein Fließspalt angeordnet. Dadurch ist der Gegendruck, der
für das Abdichten zwischen den Medien notwendig ist, nicht
hundertprozentig gewährleistet. Man versucht zwar, durch
punktförmige Auflager neben der Dichtung bzw. der Dichtungssicke
im Fließspalt eine brückenmäßige Abstützung zu erreichen,
doch da diese Abstützung bei dem dünnen Plattenmaterial nicht
ganz sicher ist, wird in einem bestimmten Abstand zu der Öff
nungsdichtung wiederum mit seitlichen Auflagern versehen eine
zweite Dichtung angebracht. Der zwischen den beiden Dichtungen
entstehende Sicherheitsraum wird mit Öffnungen nach außen versehen,
damit im Falle einer Undichtigkeit ein Mischen der
Medien verhindert und ein Ausfluß nach außen ermöglicht wird.
Die Fläche des Sicherheitsraumes geht als Wärmeaustauschfläche
verloren.
Da die Platten in einem möglichst engen Muster geprägt
werden müssen, um eine gewisse Turbulenz zu erhalten, aber auch,
um eine bestimmte Druckabstützung zu gewährleisten, darf das
Material eine bestimmte Dicke nicht überschreiten, weil sonst
im Material Risse entstehen. Trotz einer üblicherweise sehr
dünnen Wandstärke für die Platten sind laufende Rißprüfungen
aus Sicherheitsgründen notwendig. Darüber hinaus ist nicht
jedes Material gleichermaßen zum Prägen geeignet, und die
zwangsläufig eingebrachten Prägespannungen könnten auch nach
träglich, teilweise unter Einfluß der Durchflußmedien, zu
Materialrissen führen.
Bei Ausfall von Platten durch Korrosion, Risse oder
dergleichen müssen Originalplatten vom Hersteller beschafft
oder in genügender Menge bevorratet werden.
Durch die DE-PS 8 17 760 ist ein Plattenwärmeaustauscher
bekannt, der aus mehreren unter Zwischenschaltung
von Dichtungen und unter Verwendung von Druckplatten zu
einem Plattenpaket zusammenfügbaren Wärmeübertragungsplatten
besteht. Zwischen den Wärmeübertragungsplatten sind benachbarte
Fließspalten gebildet, die aufeinanderfolgend über
Plattendurchflußöffnungen abwechselnd von einem Wärme abgebenden
und Wärme aufnehmenden Medium durchflossen werden.
Als Wärmeübertragungsplatten sind ebene Platten vorgesehen,
zwischen denen Turbulenzplatten angeordnet sind, deren
Oberfläche zur Erzeugung von Strömungsturbulenzen im Fließspalt
ein- oder beidseitig Turbulenzprofile aufweisen. Bei
diesen bekannten Plattenwärmeaustauschern besteht die Gefahr
eines Herausrutschens der Dichtungen aus dem Plattenpaket,
weil keine Maßnahmen zur Fixierung dieser Dichtungen vorgesehen
sind. Die Druckabstützung im Bereich der Durchflußöffnungen
ist unbefriedigend, wodurch die Gefahr von Undichtigkeiten
besteht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen Plattenwärmeaustauscher der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß eine höhere Sicherheit und verbesserte
Druckabstützung erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher
werden die Fließspalte im Plattenwärmeaustauscher
jeweils durch eine ebene Platte und eine profilierte Turbulenzplatte
begrenzt. Dies hat den Vorteil, daß die Strömung im Fließspalt
nicht beeinflußt wird vom Turbulenzprofil der benachbarten
Turbulenzplatte. Die Druckabstützung zwischen den
aufeinanderfolgenden Platten erfolgt nicht mehr nur an den
Kreuzungspunkten der Prägungen benachbarter Platten, sondern
kann bei der Gestaltung der Turbulenzplatten individuell
berücksichtigt werden. Dadurch können höhere Drücke zugelassen
werden. Durch den Wegfall der Prägungen in den Wärmeübertragungsplatten
können die gefährlichen Prägespannungen
nicht mehr auftreten und die damit verbundene Rißgefahr ist
gebannt. Für die Wärmeübertragungsplatten kann jedes geeignete
Plattenmaterial unabhängig von der Prägefähigkeit in
jeder beliebigen Dicke verwendet werden. Durch Wahl dickerer
Wärmeübertragungsplatten ist der Einsatz höherer Drücke
möglich und kann vor allem die Sicherheit gegen Durchkorridieren
wesentlich verbessert werden. Die erfindungsgemäß
vorgesehene ebene Wärmeübertragungsplatte hat ferner den
Vorteil, daß Ersatzplatten ohne nennenswerten Aufwand in
jeder Werkstatt aus handelsüblichen Blechplatten hergestellt
werden können.
Durch das Vorsehen von Sicken oder Federn zur Aufnahme von
Teilen der Dichtung kann ein Herausrutschen der Dichtung aus
dem Plattenpaket sicher verhindert werden. Durch das Vorsehen
von Unterstützungsrippen unter der Dichtung im Bereich
der Durchflußöffnungen wird eine besonders gute Anpressung
der Dichtung erreicht, wodurch die Gefahr eines Austritts
von Medien und die Gefahr eines Mischens derselben verringert
wird. Zur Erhöhung der Sicherheit sind in der Dichtung
im Bereich der Plattendurchflußöffnungen auf beiden Seiten
etwa mittig nach außen führende Rillen vorgesehen. Hierdurch
wird mit Sicherheit bei einer Undichtigkeit ein Mischen der
Medien verhindert.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Eine alternative oder zusätzliche Ausbildung zur
Verbesserung der Druckabstützung im Bereich der Durchflußöffnungen
ist im Anspruch 2 angegeben.
Die Turbulenzplatten können, wie im Anspruch 3
angegeben, aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Im
Fall der Ausbildung aus Kunststoff ist es vorteilhaft, die
Dichtung einstückig mit der Turbulenzplatte auszubilden, wie
dies im Anspruch 9 angegeben ist. In diesem Falle ist es
zweckmäßig, die Turbulenzplatten im Bereich der Öffnungen
mit einem vorstehenden Rand zur Abstützung in den Öffnungen
der Wärmeübertragungsplatte auszubilden, wie dies im Anspruch
10 angegeben ist.
Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 ist eine
weitere Optimierung der Anpassung an die verwendeten Medien
erreichbar.
Vorteilhaft ist es, wenn die Turbulenzplatten zur
Druckabstützung der ebenen Wärmeübertragungsplatten ausgebildet
sind, wie dies im Anspruch 5 angegeben ist.
Durch die vorteilhafte und zweckmäßige weitere
Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 wird eine Vergrößerung der
Wärmeaustauschfläche bewirkt, wenn die Turbulenzplatten aus
Metall bestehen.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen und Anordnungen
der Dichtung sind in den Unteransprüchen 7 und 8
angegeben. Dadurch, daß die Turbulenzplatten beidseitig mit
einem Turbulenzprofil und einer Dichtung versehen sind, kann
durch Drehen der Turbulenzplatte um die eigene Achse um 180°
ein Wechsel der Ein- und Austrittsöffnungen erreicht werden,
und zwar auch dann, wenn die Ein- und Auslaßöffnungen für
das jeweilige Medium diagonal gegenüberliegen. Hierdurch und
zusammen mit der exakten Medienführung, die durch das sich
nicht gegeneinander beeinflussende Turbulenzprofil erreicht
wird, ist ein besonders gleichmäßiger Durchfluß durch den
Fließspalt erzielbar.
Durch die vorteilhafte und zweckmäßige weitere
Ausgestaltung nach Anspruch 11 kann vor allem dann, wenn die
Durchflußmenge eines der Medien klein ist, ein mehrwegiger
Durchfluß und damit ein besserer Wärmeübergang für dieses
Medium erreicht werden. Diese Lösung erlaubt es auch, alle
Anschlüsse auf eine Seite des Plattenwärmeaustauschers,
d. h. in eine der Druckplatten zu legen.
Gemäß Anspruch 12 können die Turbulenzplatten aus
mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Dies ist vor allem bei
größeren Plattenwärmeaustauschern aus herstellungstechnischen
und wirtschaftlichen Gründen von Vorteil.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 eine Anordnung eines vorschlagsgemäß
ausgebildeten Plattenpakets eines
Wärmeaustauschers in auseinanderge
zogener Darstellung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beim
vorschlagsgemäßen Plattenwärme
austauscher eingesetzten Turbulenzplatte,
Fig. 3 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein
Plattenpaket mit einer ersten Ausführungs
form der Turbulenzplatte,
Fig. 4 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein
Plattenpaket mit einer zweiten Ausführungs
form der Turbulenzplatte und
Fig. 5 einen Schnitt A-A (Fig. 2) durch ein
Plattenpaket mit einer dritten Aus
führungsform der Turbulenzplatte.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Plattenpaket 2
eines Plattenwärmeaustauschers aus abwechselnd aneinander
gereihten Wärmeübertragungsplatten 4, die als ebene Platten
ausgebildet sind, und Turbulenzplatten 6, die beidseitig
Turbulenzprofile sowie beidseitig am Rand 9 und teilweise
im Bereich der Durchflußöffnungen 11 Dichtungen 10 aufweisen.
Unter Verwendung von endseitigen Druckplatten (nicht darge
stellt), die auch die üblichen Anschlüsse (nicht dargestellt)
aufnehmen, werden die ebenen Wärmeübertragungsplatten 4 und
die Turbulenzplatten 6 zu dem Plattenpaket 2 zusammengefügt.
Die Turbulenzplatten 6 bestehen aus Metall oder Kunststoff.
Zwischen den Wärmeübertragungsplatten 4 und den Turbulenz
platten 6 sind Fließspalte 12 gebildet.
Das Turbulenzprofil aufeinanderfolgender Turbulenzplatten
beeinflußt durch Zwischenschaltung der ebenen Wärmeübertragungs
platten 4 jeweils nur einen Fließspalt. Dadurch ist es möglich,
durch verschiedene, den Medien angepaßte Turbulenzplatten einen
individuellen und optimalen Wärmeübergang zu erreichen. Für
die gegenseitige Druckabstützung von Wärmeübertragungsplatte
und Turbulenzplatte kann die Turbulenzplatte individuell ge
staltet werden. Am einfachsten ist es, zur Druckabstützung
die vorgesehenen Turbulenzprofile fest an die Wärmeüber
tragungsplatten anzudrücken. Hierdurch erfolgt die Druck
unterstützung relativ großflächig, was die Anwendung höherer
Drücke ermöglicht; außerdem wird hierdurch eine Vergrößerung
der Wärmeaustauschfläche erreicht.
Die Fig. 2 zeigt eine einzelne Turbulenzplatte in der
Ansicht. Die Turbulenzplatte 6 ist mit einer am Rand umlau
fenden Dichtung 10 versehen, die auch an zwei diagonal ange
ordneten Durchflußöffnungen 11 vorgesehen ist.
Anstelle beidseitiger Dichtungen kann auch eine Profil
dichtung 14 gemäß Fig. 3 vorgesehen werden, die über den
Rand 9 der Turbulenzplatte gezogen ist. Diese Profildichtung
14 kann auch anvulkanisiert werden. Vorzugsweise weist die
Turbulenzplatte im Bereich der Profildichtung 14 eine Sicke,
Nut oder Feder 16 auf, wodurch eine formschlüssige Verbindung
mit der Profildichtung 14 erreicht wird und ein Herausrutschen
der Dichtung sicher verhindert wird.
Wenn die Turbulenzplatten 6 aus Kunststoff hergestellt
werden, werden die Dichtungen als einstückige, an den Turbu
lenzplatten angeformte Dichtungen 13 ausgebildet, vgl. Fig. 4
und 5. Diese angeformte Dichtung ist sowohl am Rand als auch
im Bereich der Durchflußöffnungen vorgesehen. Zur Erzielung
eines sicheren Sitzes weist die angeformte Dichtung 13 einen
vorstehenden Rand 15 auf, der in die Durchflußöffnung der
ebenen Wärmeübertragungsplatte 4 eingreift zur Abstützung
der Turbulenzplatte in der Durchflußöffnung der Wärmeüber
tragungsplatte.
Zur Abstützung der Dichtung 10, 13, 14 im Bereich der
Durchflußöffnung 11 im Fließspalt können Unterstützungs
rippen vorgesehen werden oder kann das Turbulenzprofil durch
gezogen ausgebildet sein, um eine gute Anpressung der Dichtung
zu erzielen. Zur Sicherheitserhöhung kann ferner mittig der
Dichtung eine Rille 22 vorgesehen werden, wie dies in den
Fig. 3 und 5 eingezeichnet ist, die nach außen geführt ist
und bei Austritt der Medien ein Mischen der Medien sicher
verhindert.
Die Abdichtung der einzelnen Platten des Wärmeaus
tauschers gegeneinander mit Hilfe der beschriebenen Dich
tungen erleichtert das Reinigen und den Austausch von Platten.
Wenn man hierauf verzichten will, können die Platten zur Ver
bindung miteinander auch verschweißt, verlötet oder verklebt
werden. Die Platten weisen - wie üblich - eine rechteck
förmige Form auf; sie können aber auch quadratisch oder von
anderer geeigneter Form sein.
Claims (12)
1. Plattenwärmeaustauscher, bestehend aus mehreren unter
Zwischenschaltung von Dichtungen und unter Verwendung von
Druckplatten zu einem Plattenpaket zusammenfügbaren Wärme
übertragungsplatten aus Metall oder Kunststoff, zwischen
denen benachbarte Fließspalte gebildet sind, die aufeinanderfolgend
über Plattendurchflußöffnungen abwechselnd von
einem Wärme abgebenden und Wärme aufnehmenden Medium durchflossen
werden, wobei als Wärmeübertragungsplatten ebene
Platten vorgesehen sind, zwischen denen Turbulenzplatten
angeordnet sind, deren Oberfläche zur Erzeugung von Strömungs
turbulenzen im Fließspalt ein- oder beidseitig Turbulenzprofile
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Turbulenzplatten (6) im Bereich der Profildichtungen (14) mit
einer Sicke oder Feder (16) versehen sind
zur Aufnahme eines komplementär ausgebildeten Profils
der Dichtung (10, 13, 14), daß in der Dichtung im
Bereich der Plattendurchflußöffnungen (11) auf beiden Seiten
etwa mittig nach außen führende Rillen (22) ausgebildet sind
und daß im Bereich der Durchflußöffnungen (11) der Turbulenzplatten
(6) dort, wo durch Wechsel zwischen Fließspalt
und Dichtung ein wechselnder Durchfluß der Medien erreicht
wird, unter der Dichtung (10, 13, (14) im Fließspalt Unter
stützungsrippen vorgesehen sind.
2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Profilierung der Turbulenzplatte (6)
im Bereich der Durchflußöffnung (11) zur Abstützung der
Dichtung (10, 13, 14) bis in oder an den Bereich der Dichtung
ausgebildet ist.
3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) aus Metall oder
Kunststoff bestehen.
4. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten
(6) in ein und demselben Plattenpaket (2) für die
beiden Medien im Material und/oder im Turbulenzprofil (8)
unterschiedlich ausgebildet sind.
5. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten
(6) zur Druckabstützung der ebenen Wärmeübertragungsplatten
(4) ausgebildet sind.
6. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Turbulenz,
Druckunterstützung und Medienführung vorgesehenen
Turbulenzprofile (8) der Turbulenzplatten (6) zum festen
Andrücken an die Wärmeübertragungsplatten (4) ausgebildet
sind.
7. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten
(6) beidseitig am Rand (9) und teilweise im Bereich
der Plattendurchflußöffnungen (11) mit einer Dichtung (10)
versehen sind.
8. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die beidseitige Dichtung (10) als Profildichtung
(14) ausgebildet und über den Rand (9) der Turbulenzplatten
(6) gezogen oder am Rand anvulkanisiert ist.
9. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen
bei Verwendung von Kunststoff als Material für die Turbulenzplatten
am Rand (9) und im Bereich der Durchflußöffnungen
(11) als mit den Turbulenzplatten einstückige, angeformte
Dichtungen (13) ausgebildet sind.
10. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten (6) im Bereich
der Durchflußöffnungen (11) mit einem vorstehenden Rand (15)
zur Abstützung in den Öffnungen der Wärmeübertragungsplatten
(4) ausgebildet sind.
11. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzplatten
(6) mit Sicken oder Nuten (18) quer zur Strömungsrichtung
versehen sind, derart, daß durch teilweises Einlegen
von Dichtungsstreifen (20) ein mehrwegiger Durchfluß
durch die Fließspalte (12) erhalten wird.
12. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Turbulenzplatten
(6) aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind.
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Family Applications (1)
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