DE4027940A1 - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit im wesentlichen im Gegenstrom durchströmten Kanälen, die jeweils durch zwei benachbarte, parallel zueinander angeordnete und an ihren parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Rändern miteinander verbundene Platten gebildet sind.

Derartige Plattenwärmetauscher sind bekannt, wobei das eine, am Wärmeaustausch teilnehmende Medium die durch die Platten ge­ bildeten Kanäle geradlinig durchströmt, wogegen das andere Medium seitlich in die jeweils benachbarten Kanäle ein- und aus­ tritt, so daß es nach dem Eintritt bzw. vor dem Austritt um etwa 90° umgelenkt werden muß, um auf einem Großteil seines Weges einen Gegenstrom zum jeweils anderen Medium zu bilden.

Der Nachteil dieser bekannten Plattenwärmetauscher mit im wesentlichen im Gegenstrom durchströmten Kanälen besteht in der seitlichen An- und Abströmung des einen Mediums, so daß sich kein reiner Gegenstrom ergibt, sondern ein Kreuzstrom im An­ ström- und Abströmbereich der durch die Platten gebildeten Kanäle. Hierdurch ergibt sich gegenüber dem reinen Gegenstrom ein schlechterer Wärmetauscherwirkungsgrad, und zwar nicht nur wegen des teilweise vorhandenen Kreuzstromes, sondern auch wegen der bei der Zu- und Abführung entstehenden Umlenkverluste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Platten­ wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art mit reinem Gegen­ strom und verlustarmer Zu- und Abfuhr zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abströmquerschnitte der jeweils benachbarten Kanäle quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufen und wechselseitig jeweils zu etwa 50% verschlossen sind und daß die an gegenüberliegenden Seiten des durch eine Mehrzahl von Platten gebildeten Plattenpakets ausgebildeten Zu- und Abströmquerschnitte jeweils miteinander durch mindestens einen Zuström- bzw. Abströmkanal verbunden sind, die quer zur Ausrichtung der Platten verlaufend durch in Hauptströmungs­ richtung ausgerichtete Kanalwände voneinander getrennt sind.

Mit diesem Vorschlag der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß Umlenkverluste innerhalb des durch die Platten gebildeten Wärmetauschers vermieden werden und daß sich eine konstruktiv einfache Zu- und Abfuhr der beiden am Wärmeaustausch teil­ nehmenden Medien durch gemeinsame Zuström- und Abströmkanäle ergibt, die ebenfalls in Hauptströmungsrichtung im Gegenstrom durchströmt werden. Außerdem ergibt sich bei der erfindungsge­ mäßen Ausbildung eine gute Reinigungsmöglichkeit für die Kanäle, da diese ausschließlich in Hauptströmungsrichtung verlaufen. Der gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbesserte Wärme­ tauscherwirkungsgrad ermöglicht es, den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher gegenüber der bekannten Ausführung bei gleicher Leistung mit geringerer Wärmeaustauschfläche auszu­ führen; hierdurch ergeben sich nicht nur geringere Herstellungs­ kosten, sondern auch ein verminderter Raumbedarf. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers besteht schließlich darin, daß für ihn eine geringere Grundfläche be­ nötigt wird, weil die Zu- und Abfuhr der am Wärmeaustausch teil­ nehmenden Medien in Hauptströmungsrichtung erfolgt, so daß die zum Aufstellen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers benötigte Grundfläche wegen des Wegfalls seitlicher Zu- und Abführ­ leitungen ausschließlich der reinen Grundfläche des eigentlichen Plattenwärmetauschers entspricht.

Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher kann beispielsweise innerhalb von Kompakt-DeNOx-Anlagen eingesetzt werden, wobei sich gegenüber den bekannten Ausführungen eine Verkleinerung der Aufstellfläche um ca. 50% bei gleichzeitiger Reduzierung der Heizfläche um ca. 25% ergibt. Durch das geringere Bauvolumen und die Heizflächeneinsparung werden die Herstellkosten um ca. 29% gesenkt; außerdem ergibt sich eine Gewichtsersparung von ebenfalls etwa 29%. Selbstverständlich kann der erfindungsge­ mäße Plattenwärmetauscher auch auf anderen Gebieten eingesetzt werden, z. B. bei der Rauchgaswiederaufheizung nach Rauchgasent­ schwefelungsanlagen und als Luftvorwärmer.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Plattenwärmetauschers schematisch dargestellt.

Die Darstellung zeigt einen Ausschnitt eines Wärmetauschers, der aus einer Mehrzahl von Plattenpaaren besteht, die jeweils durch zwei Platten 1 und 2 gebildet werden. Jede Platte 1 bzw. 2 hat die Form eines U, wobei die Stege 1a bzw. 2a der Platten 1 und 2 im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufen und die Schenkel 1b bzw. 2b der Platten 1 und 2 einander zugewandt und miteinander verbunden sind. Beim Ausführungsbeispiel ist diese Verbindung durch einen rechtwinklig abstehenden Falz angedeutet, über den die Platten 1 und 2 miteinander verschweißt sind.

Das aus den Platten 1 und 2 hergestellte Plattenpaar bildet einen Kanal A, der in der Zeichnungsebene durch die Stege 1a und 2a der Platten 1 und 2 und rechtwinklig hierzu durch die Schenkel 1b und 2b der Platten 1 und 2 begrenzt ist. In der Zeichnung sind zwei derartige Kanäle A zu erkennen.

Zwischen diesen Kanälen A verlaufen Kanäle B, die dadurch ge­ bildet werden, daß benachbarte Plattenpaare aus Platten 1 und 2 miteinander durch Zwischenwände 3 verbunden sind. Die Höhe dieser Zwischenwände 3 entspricht der Höhe der Platten 1 und 2; ihre Breite entspricht beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Summe der Breiten der Schenkel 1b und 2b. Die Breite der Zwischenwände 3 kann aber auch größer oder kleiner als die Summe der Breiten der Schenkel 1b und 2b ausgeführt sein, und zwar in Abhängigkeit vom Volumenverhältnis der am Wärmeaustausch teil­ nehmenden beiden Medien.

Um die am Wärmeaustausch teilnehmenden beiden Medien im wesentlichen im Gegenstrom durch die Kanäle A und B zu führen, sind die quer zur Hauptströmungsrichtung der beiden Medien ver­ laufenden Zu- und Abströmquerschnitte Az und Aa bzw. Bz und Ba jeweils zu etwa 50% verschlossen. Beim Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck die Platten 1 und 2 mit rechtwinklig zum Steg 1a bzw. 2a und rechtwinklig zu den Schenkeln 1b bzw. 2b ver­ laufenden Abschlußstücken 1c bzw. 2c versehen. Diese Abschluß­ stücke sind wie die Schenkel 1b und 2b miteinander durch eine Abkantung verbunden und verschweißt. Wie die Zeichnung erkennen läßt, liegt hierdurch der Zuströmquerschnitt Az der Kanäle A in Strömungsrichtung versetzt zum Abströmquerschnitt Aa.

Auch die Kanäle B haben einen quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Zuströmquerschnitt Bz und Abströmquerschnitt Ba und sind wechselseitig jeweils zu etwa 50% verschlossen. Dieser Verschluß wird beim Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Kanäle B durch eine Abbiegung 3a der Seitenwände 3 erzielt.

Die am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien M1 und M2 sind in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet; das in der Zeichnung von unten nach oben strömende, beispielsweise wärmeabgebende Medium M1 ist durch einen mit ausgezogenen Linien dargestellten Pfeil symbolisiert, das in Gegenrichtung von oben nach unten strömende, wärmeaufnehmende Medium M2 ist durch einen strich­ punktierten Pfeil gekennzeichnet. Wie die Zeichnung erkennen läßt, strömt beim Ausführungsbeispiel das wärmeabgebende Medium M1 durch die Kanäle A und das wärmeaufnehmende Medium M2 durch die Kanäle B.

Die Zufuhr des wärmeabgebenden Mediums M1 erfolgt durch einen Zuströmkanal Z1, der durch zwei Kanalwände 4 gebildet wird, die quer zur Ausrichtung der Platten 1 und 2 verlaufen. Der Zuström­ kanal Z1 verbindet auf diese Weise sämtliche Zuströmquerschnitte Az der Kanäle A des Wärmetauschers miteinander, wobei zwischen diesen Zuströmquerschnitten Az der Kanäle A jeweils ver­ schlossene Teile der Kanäle B liegen. Der in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Abströmkanal A1 wird durch zwei Kanalwände 5 gebildet, die ebenfalls quer zur Ausrichtung der Platten 1 und 2 verlaufen und die Abströmquerschnitte Aa der Kanäle A mit­ einander verbinden, wobei zwischen diesen Abströmquerschnitten Aa wiederum verschlossene Abschnitte der Kanäle B liegen.

Der Zuströmkanal Z2 für das wärmeaufnehmende Medium M2 wird in entsprechender Weise durch eine dritte Kanalwand 5 gebildet, desgleichen der Abströmkanal A2 durch eine dritte Kanalwand 4. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine Zu- und Abfuhr der im Gegenstrom geführten Medien M1 und M2 in Hauptströmungsrichtung dieser Medien M1 und M2, so daß die für die Aufstellung des Plattenwärmetauschers benötigte Grundfläche exakt der Grundfläche des durch die Platten 1 und 2 gebildeten Platten­ paketes entspricht.

Bezugszeichenliste

1 Platte
1a Steg
1b Schenkel
1c Abschlußstück
2 Platte
2a Steg
2b Schenkel
2c Abschlußstück
3 Zwischenwand
3a Abbiegung
4 Kanalwand
5 Kanalwand
A Kanal
B Kanal
Az Zuströmquerschnitt
Bz Zuströmquerschnitt
Aa Abströmquerschnitt
Ba Abströmquerschnitt
M1 wärmeabgebendes Medium
M2 wärmeaufnehmendes Medium
Z1 Zuströmkanal
Z2 Zuströmkanal
A1 Abströmkanal
A2 Abströmkanal

Claims (1)

1. Plattenwärmetauscher mit im wesentlichen im Gegenstrom durch­ strömten Kanälen, die jeweils durch zwei benachbarte, parallel zueinander angeordnete und an ihren parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Rändern miteinander ver­ bundene Platten gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abströmquerschnitte (Az, Bz bzw. Aa, Ba) der jeweils benachbarten Kanäle (A, B) quer zur Hauptströmungs­ richtung verlaufen und wechselseitig jeweils zu etwa 50% ver­ schlossen sind und daß die an gegenüberliegenden Seiten des durch eine Mehrzahl von Platten (1, 2) gebildeten Plattenpakets ausgebildeten Zu- und Abströmquerschnitte (Az, Bz) und (Aa, Ba) jeweils miteinander durch mindestens einen Zuström- bzw. Abströmkanal (Z1, Z2 bzw. A1, A2) verbunden sind, die quer zur Ausrichtung der Platten (1, 2) verlaufend durch in Haupt­ strömungsrichtung ausgerichtete Kanalwände (4 bzw. 5) vonein­ ander getrennt sind.