DE60009881T2

DE60009881T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE60009881T2
Application number: DE60009881T
Authority: DE
Inventors: Ralf Blomgren; Mats Nilsson
Original assignee: Alfa Laval Corporate AB
Current assignee: Alfa Laval Corporate AB
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: CN1192201C; SE9900855D0; ATE264492T1; JP2002539407A; EP1159574B1; US6394179B1; EP1159574A1; DE60009881D1; CN1343300A; WO2000053989A1; SE9900855L; AU3685700A; SE513784C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschfluide, wobei der Wärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von Wärmetauschplatten sowie mindestens zwei Endplatten umfasst, wobei die Wärmetauschplatten zwischen sich Plattenzwischenräume bilden, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert.
STAND DER TECHNIK
Die EP-A1-0 551 545 zeigt einen Ölkühler ohne Gehäuse. Wärmetauschplatten sind auf einer Seite mit einer Opferkorrosionsschicht 73 und auf der anderen Seite mit einem Lötmaterial 75 zum Löten versehen, siehe z. B. 8. Die Platten werden auf eine solche Weise im Kern der Platten gedreht, daß jeder zweite Plattenzwischenraum, der für das Kühlwasser vorgesehen ist, Wärmetauschplattenbereiche nur mit einer Opferkorrosionsschicht zeigt, während der Rest der Plattenzwischenräume, der für das zu kühlende Öl vorgesehen ist, Wärmetauchplattenbereiche nur mit Schichten von Lötmaterial zeigt. Auf diese Weise wird das Korrosionsrisiko in den Plattenzwischenräumen mit Wasser reduziert und zur gleichen Zeit zeigen diese Plattenzwischenräume ein Minimum an Löt material. Um jedoch den Kern der Platten aneinander zu löten, musste man das Aussehen der Kanten bei der Hälfte der Platten modifizieren. Solche Modifikationen sind teuer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen kostengunstigen Plattenwärmetauscher zum Kühlen von Getränken oder ähnlichem bereitzustellen, bei dem der Plattenwärmetauscher eine wesentlich geringere Menge an Lötmaterial in denjenigen Plattenzwischenräumen aufweist, durch die das Getränk hindurchströmt, als im Rest der Plattenzwischenräume. Die Erfindung umfasst somit einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschflude, wobei der Plattenwärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von Wärmetauschplatten umfasst sowie mindestens zwei Endplatten. Die Wärmetauschplatten bilden Plattenzwischenräume zwischen sich.
Jede der Wärmetauschplatten ist mit einer oder mehreren Rippen versehen, die sich vertikal innerhalb eines Bereiches erstrecken, der durch zwei voneinander beabstandete und parallel angeordnete erste bzw. zweite Ebenen begrenzt wird, die beide vorwiegend parallel zu allen Wärmetauschplatten und den Endplatten des Plattenwärmetauschers verlaufen. Jede der Wärmetauschplatten ist mit mindestens vier Durchgangslöchern versehen, die Teile eines Einlasskanals und eines Auslasskanals durch den Kern der Platten für jedes der Fluide sind.
Mindestens eine der Endplatten weist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, die jeweils mit einem der Einlasskanäle oder einem der Auslasskanäle ver bunden sind. Die Einlasskanäle und die Auslasskanäle für ein erstes bzw. zweites Fluidum stehen in Strömungsverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen.
Die Wärmetauschplatten haben Außenkanten gleicher Ausgestaltung. Aufeinander lagernde Wärmetauschplatten in mindestens jedem derjenigen Plattenzwischenräume, die Teil des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, sind an ihren Außenkanten sowie um mindestens zwei Durchgangslöcher herum und in vorzugsweise allen denjenigen Punkten auf den Wärmetauschplatten miteinander verlötet, an denen die jeweiligen Rippen aufeinander lagern, während aufeinander lagernde Wärmetauschplatten in im wesentlichen allen denjenigen Plattenzwischenräumen, die Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, und an ihren Außenkanten und um mindestens zwei Durchgangslöcher herum miteinander verlötet sind.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Patentansprüchen.
Der Plattenwärmetauscher wird nun näher in Verbindung mit Ausführungsformen der Erfindung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
LISTE DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in einer Schrägansicht einen Plattenwärmetauscher nach der Erfindung.
2 zeigt einen Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher entlang der Linie A-A in 1.
3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den in 2 mit B gekennzeichneten Teil des Plattenwärmetauschers.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Plattenwärmetauscher 1 in 1 umfasst einen Kern von Wärmetauschplatten 2 und Endplatten 3, 4. Verbindungen 5, 6, 7, 8 für zwei Wärmetauschfluide sind vorhanden. In der hier gezeigten Ausführungsform bilden die Verbindungen 5 und 6 Einlässe für ein erstes Wärmetauschfluidum und bzw. ein zweites Wärmetauschfluidum, während die Verbindungen 7 und 8 Auslässe für das erste bzw. zweite Wärmetauschfluidum bilden.
Aus dem Querschnitt in 2 ergibt sich, wie die Durchgangslöcher 9, 10 in jeder Wärmetauschplatte 2 zwei Durchgangskanäle 11, 12 durch den Kern der Platten an einem seiner Enden bilden. Die entsprechenden Beziehungen herrschen auch am anderen Ende des Kernes von Platten. In der hier gezeigten Ausführungsform bildet der Durchgangskanal 11 einen Einlasskanal für das erste Wärmetauschfluidum, während der Durchgangskanal 12 einen Auslasskanal für das zweite Wärmetauschfluidum bildet. Somit gibt es einen zusätzlichen Einlasskanal für das zweite Wärmetauschfluidum und einen Auslasskanal für das erste Wärmetauschfluidum im zweiten Ende des Kernes der Platten (in dem näheren Ende des Kernes von Platten in 1). Der Einlasskanal und der Auslasskanal für das erste Wärmetauschfluidum stehen in Strömungsverbindung mit einem ersten Satz von Plattenzwischenräumen 13, während der Einlasskanal und der Auslasskanal für das zweite Wärmetauschfluidum in Strömungsverbindung mit einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen 14 stehen.
Der Plattenwärmetauscher ist dauerhaft durch Löten oder ähnliches verbunden. Aus 3 ist zu entnehmen, wie der erste Satz von Plattenzwischenräumen 13 herkömmliche Lötnähte 15 in der bestehenden Verbindung zeigt, d. h. es gibt Lötnähte an jedem Punkt, wo benachbarte Platten im Kern der Platten aufeinander lagern. Der zweite Satz von Plattenzwischenräumen 14 zeigt jedoch wesentlich weniger Lötnähte 15, indem Lötnähte, außer denjenigen um die Außenkanten der Wärmetauschplatten, um diejenigen Durchgangslöcher herum vorgesehen sind, die die Durchgangskanäle bilden, die nur das erste Wärmetauschfluidum transportieren. Der zweite Satz von Plattenzwischenräumen 14 zeigt daher keine Lötnähte in solchen Punkten, wo die Rippen benachbarter Platten aufeinander lagern.
Die Endplatten 3, 4 sind an der jeweiligen äußeren Wärmetauschplatte 2 auf herkömmliche Weise mit Lötnähten 15 befestigt. Jede der Wärmetauschplatten 2 ist mit einer flanschartigen Kante 16 versehen, die um den gesamten Umfang der Platte herum verläuft und einen Winkel mit der Hauptausdehnungsebene der Platte bildet und die auf den entsprechenden Kanten auf benachbarten Wärmetauschplatten 2 im Kern der Platten lagert.
Für die Herstellung des Kernes von Platten werden Wärmetauschplatten 2 auf eine solche Weise gestapelt und dazwischen mit Lötmaterial versehen, daß eine oder mehrere Folien von Lötmaterial zwischen die Platten gebracht werden, die solche Plattenzwischenräume bilden werden, die den Teil des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen bilden werden, wobei die Schichten den größeren Teil oder vorzugsweise den gesamten Bereich einer Platte abdecken, während zwischen den Platten, die solche Plattenzwischenräume bilden werden, die Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, eine geeignete Lötsuspension (in einer Emulsion fließend) um die Außenkanten der Platten wie auch um die Durchgangslöcher aufgebracht wird, die gegen die Flüssigkeit abgedichtet werden sollen, die nicht in diesem Plattenzwischenraum vorhanden ist.
Als Alternative ist es naturlich auch möglich, eine geeignete Lötsuspension in dem größeren Teil oder vorzugsweise in dem gesamten Bereich einer Platte zwischen den Platten durch zu führen, die Plattenzwischenräume bilden, die Teile des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, und/oder eine oder mehrere Schichten von Lötmaterial zwischen Platten zu bringen, die Plattenzwischenräume bilden, die Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, und zwar um die Außenkanten der Platten wie auch um die Durchgangslöcher herum, die gegen das Fluidum abgedichtet werden sollen, das nicht in diesem Plattenzwischenraum vorhanden ist. Es kann auch eine Paste anstelle einer Folie verwendet werden.
Selbst wenn man beim Aufbau des Kernes von Platten plattenweise arbeitet, ist es möglich, die Anwendung des Lötmaterials aufzusparen, bis der Kern von Platten endgultig gestapelt ist, und das Aufbringen des Lötmaterials geschieht dann geeigneterweise durch ein Bestreichen mit einer Lötsuspension, wobei alle Außenkanten und/oder Durchgangslöcher in den Platten berücksichtigt werden. Das aufgebrachte Lötmaterial wird auf diese Weise danach durch Kapillareffekte eingesaugt, wenn der Kern von Platten danach auf herkömmliche Weise zum Zusammenlöten in einen Ofen verbracht wird.
Sollen Getränke oder entmineralisiertes Wasser behandelt, z. B. gekühlt, werden, wird im fertigen Plattenwärmetauscher geeigneterweise ein nickelbasiertes Lötmittel verwendet, aber auch ein kupferbasiertes Lötmaterial oder irgendein anderes Lötmaterial ist geeignet, das in der Form einer Folie, einer Paste oder einer Suspension im Zusammenhang mit dem Zusammenlöten in einem Ofen verwendet werden kann.
Beim Gebrauch des Plattenwärmetauschers wird das Getränk mit Geschmack, z. B. zu kühlendes Bier, oder ähnliches durch den Einlass 6 hereingelassen und strömt weiter in die Plattenzwischenräume, die Teil des zweiten Satzes sind. Da diese Plattenzwischenräume einen wesentlich geringeren Anteil an Lötmaterial aufweisen, da wesentlich weniger Lötpunkte vorhanden sind, als es der Fall bei anderen Plattenzwischenräumen ist, wird das Risiko vermindert, dass Metallionen vom Lötmaterial in die Flüssigkeit wandern und zu unerwünschten Geschmackseffekten führen. Das Getränk mit Geschmack oder ähnliches verlässt dann den Plattenwärmetauscher durch den Auslasskanal 12 und den Auslass 8. Das Fluidum zur Wärmebehandlung, z. B. das Kühlwasser, wird wiederum durch den Einlass 5 und den Einlasskanal 11 eingelassen und strömt weiter in die Plattenzwischenräume, die Teil des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, um dann den Plattenwärmetauscher durch den Auslass 7 zu verlassen.
Die Plattenzwischenräume, die Teil des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, sind natürlich nicht so druckresistent wie die Plattenzwischenräume, die Teile des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen bilden. Es ist daher von Vorteil, den Plattenwärmetauscher gemäß den 2 und 3 im Hinblick darauf auszugestalten, daß vollständig verlötete Plattenzwischenräume, d. h. Plattenzwischenräume, die normalerweise Teile des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, am nächsten an den jeweiligen Endplatten an beiden Enden des Kernes von Platten liegen. Falls das nicht hinreicht, um eine angemessene Druckresistenz zu erhalten, kann die Konstruktion weiterhin dadurch verstärkt werden, indem zwei oder mehr vollständig verlötete Plattenzwischenräume am nächsten an der jeweiligen Endplatte an beiden Enden des Kernes von Platten vorgesehen sind, ohne daß Plattenzwischenräume auftreten, die nur an ihren Kanten oder auf irgendeine andere Weise nur teilweise zwischen diesen „äußeren" vollständig verlöteten Plattenzwischenräumen an jedem der Enden des Kernes von Platten gelötet sind.
Werden mehrere „äußere" vollständig verlötete Zwischenräume hintereinander auf diese Weise am nächsten an der jeweiligen Endplatte an beiden Enden des Kernes von Platten verwendet, muß normalerweise kein Wärmetauschfluidum, z. B. Kühlwasser, in mehr als einem dieser an jedem Ende des Kernes der Platten strömen und dann geeigneterweise in solchen Plattenzwischenräumen, die neben den Plattenzwischenräumen liegen, die ein Getränk oder ähnliches enthalten, das gekühlt werden soll. Eine oder mehrere Plattenzwischenräume nebeneinander an jedem Ende des Kernes von Platten können somit leer sein, d. h. kein Wärmetauschfluidum enthalten, wenn der Plattenwärmetauscher verwendet wird, und können somit durch geeignete Blockaden zwischen den vorhandenen Einlass- und Auslasskanälen einerseits und den vorhandenen Plattenzwischenräumen andererseits erhalten werden.
Es ist weiterhin möglich, einige Plattenzwischenräume, die Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen sind, der für das Getränk mit Geschmack oder ähnliches vorgesehen ist, mehr Lötpunkte enthalten als der Rest der Plattenzwischenräume derselben Art. Es können z. B. Kontaktpunkte zwischen Platten in einem engeren oder breiteren Streifen über die mit Rippen versehenen Wärmetauschbereiche der Platten miteinander verlötet sein. Diese „speziellen" Zwischenräume für ein Getränk oder ähnliches können dann an irgendeinem Ort im Kern der Platten vorgesehen sein, z. B. in der Mitte oder in den Außenkanten des Kernes, innerhalb, zwischen oder außerhalb der oben erwähnten „äußeren" vollständig miteinander verlöteten Plattenzwischenräume.
Die Platten bestehen oft aus Stahlplatten, es können aber auch andere Materialien, wie z. B. Titan, verwendet werden. Die Wärmetauschplatten 2 sind oft dünn und die Endplatten 3, 4 sind dick, es sind aber auch andere Ausführungsformen möglich. Man könnte z. B. an Endplatten 3, 4 denken, die nicht dick sind und nicht wie diejenigen in den Figuren aussehen, sondern statt dessen eine Erscheinung haben, die vollständig in Übereinstimmung mit den vorhandenen Wärmetauschplatten 2 steht, mit dem Unterschied, dass die Durchgangslöcher nur dort vorhanden sind, wo ein Befestigen von Verbindungen gewünscht ist. Es ist auch möglich, Endplatten 3, 4 unterschiedlicher Art an den unterschiedlichen Enden des vorhandenen Kernes von Platten vorzusehen oder sogar mehrere Endplatten 3, 4 derselben Erscheinung oder unterschiedlicher Erscheinung an jedem Ende des vorhandenen Kernes von Platten.
Der beschriebene Plattenwärmetauscher ist kostengünstig in der Herstellung, da allen Wärmetauschplatten eine einheitliche Erscheinung in den Kanten gegeben wurde und da die Menge des verwendeten Lötmaterials minimiert wurde. Im Gebrauch des Plattenwärmetauschers wird der Einfluss auf das behandelte Fluidum minimiert, da es einem minimalen Kontakt mit Lötmaterial in Verbindung mit einem Erwärmen oder Kühlen ausgesetzt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in Übereinstimmung mit den folgenden Patentansprüchen variiert werden.

Claims

Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschfluide, wobei der Wärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von Wärmetauschplatten (2) umfaßt sowie mindestens zwei Endplatten (3, 4), wobei die Wärmetauschplatten (2) zwischen sich Plattenzwischenräume bilden, und wobei jede der Wärmetauschplatten (2) mit einer oder mehreren Rippen versehen ist, die sich vertikal innerhalb eines Bereiches erstrecken, der durch zwei voneinander beabstandete und parallel angeordnete erste bzw. zweite Ebenen begrenzt wird, die beide vorwiegend parallel zu allen Wärmetauschplatten (2) und den Endplatten (3, 4) des Plattenwärmetauschers verlaufen, jede der Wärmetauschplatten (2) mit mindestens vier Durchgangslöchern (9, 10) versehen ist, die Teile eines Einlaßkanals (11) und eines Auslaßkanals (12) durch den Kern der Platten für jedes der Fluide sind, mindestens eine der Endplatten (3, 4) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, die jeweils mit einem der Einlaßkanäle (11) oder einem der Auslaßkanäle (12) verbunden sind, und die Einlaßkanäle (11) und die Auslaßkanäle (12) für ein erstes bzw. zweites Fluidum in Strömungsverbindung mit einem ersten (13) bzw. einem zweiten (14) Satz von Plattenzwischenräumen stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschplatten (2) Außenkanten gleicher Ausgestaltung haben und aufeinander lagernde Wärmetauschplatten (2) in mindestens jedem derjenigen Plattenzwischenräume, die Teile des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen (13) sind, an ihren Außenkanten sowie um mindestens zwei Durchgangslöcher (9) herum und in vorzugsweise allen denjenigen Punkten auf den Wärmetauschplatten (2) miteinander verlötet sind, an denen die jeweiligen Rippen aufeinander lagern, während aufeinander lagernde Wärmetauschplatten (2) in im wesentlichen allen denjenigen Plattenzwischenräumen, die Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen (14) sind, nur an ihren Außenkanten und um mindestens zwei Durchgangslöcher (10) herum miteinander verlötet sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei jede der Wärmetauschplatten (2) mit einer flanschartigen Kante (16) ausgestattet ist, die um den gesamten Umfang der Platte herum verläuft, wobei die Kante einen Winkel mit der Haupterstreckungsebene der Platte bildet und auf den entsprechenden Kanten an den benachbarten Wärmetauschplatten (2) im Kern der Platten lagert.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwei Wärmetauschplatten (2), die zusammen einen Plattenzwischenraum bilden, der Teil des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen (13) ist, am nächsten an den jeweiligen Endplatten (3, 4) an beiden Enden des Kernes von Platten liegen.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens drei Wärmetauschplatten (2), die zusammen mindestens zwei Plattenzwischenräume bilden, die Teile des ersten Satzes von Plattenzwischenräumen (13) sind, ohne daß dazwischen liegende Plattenzwischenräume Teile des zweiten Satzes von Plattenzwischenräumen (14) sind, am nächsten an den jeweiligen Endplatten (3, 4) an beiden Enden des Kernes von Platten liegen.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens drei Wärmetauschplatten (2), die zusammen mindestens zwei Plattenzwischenräume bilden, die am nächsten an den jeweiligen Endplatten (3, 4) an beiden Enden des Kernes von Platten liegen, auf eine solche Weise mit Elockierungen versehen sind, daß die in Frage stehenden Plattenzwischenräume nicht in Strömungsverbindung mit irgendeinem Einlaßkanal (11) oder Auslaßkanal (12) stehen, wenn die in Frage stehenden Plattenzwischenräume Schweißnähte an den Außenkanten der Wärmeübertragungsplatten (2) sowie um mindestens zwei Durchgangslöcher (9, 10) herum und an vorzugsweise allen denjenigen Punkten aufweisen, an denen Rippen an benachbarten Wärmetauschplatten (2) aufeinander lagern.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Löten mit einem Lötmittel auf Nickelbasis erfolgt.
Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Löten mit einem Lötmittel auf Kupferbasis erfolgt.