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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für mindestens
zwei Wärmetauschfluide,
wobei der Wärmetauscher
dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit
einer Mehrzahl von Wärmetauschplatten
umfasst sowie mindestens zwei Endplatten, wobei die Wärmetauschplatten
zwischen sich Plattenzwischenräume
begrenzen, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
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STAND DER TECHNIK
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Die
EP 0 905 453 A2 zeigt
einen solchen Wassererhitzer, der oberhalb eines ersten Wärmetauschers,
der von einer Wärmequelle
erhitzt wird, weiterhin einen zweiten Wärmetauscher und einen Heißwassertank
umfasst. Der Heißwassertank
befindet sich in engem Wärmekontakt
mit den Wärmetauschplatten
im zweiten Wärmetauscher
und ist mit diesem zusammen gebaut. Die beschriebenen Ausführungsarten
des Heißwassertanks
sind jedoch nicht optimal, was den Wärmeübergang, die Haltbarkeit, den
Materialverbrauch usw. anbelangt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der Erfindung, einen Plattenwärmetauscher zum Erhitzen von
Wasser vorzusehen, wobei der Plattenwärmetauscher von einer solchen
Art ist, daß das
heiße
Wasser selbst nach einer längeren
Zeit des Stillstands ohne den Bedarf an heißem Wasser direkt beim Zapfen
vorhanden ist. Als Konsequenz des gerade Gesagten besteht das Ziel der
Erfindung also darin, einen Plattenwärmetauscher zum Erhitzen oder
Abkühlen
irgendeines geeigneten Fluidums vorzusehen, sodaß das in diesem behandelte
Fluidum selbst nach einer längeren
Periode ohne den Bedarf für
ein derart behandeltes Fluidum direkt erhältlich ist. Gleichzeitig soll
der Wärmeübergang
zwischen den Arbeitsfluiden im Kern der Platten unter allen Betriebsbedingungen
gut sein, die Haltbarkeitseigenschaften sollen für die einzelnen Platten wie
auch für
den Kern von Platten gut sein und der Materialverbrauch soll gering
sein.
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Die
Erfindung umfasst somit einen Plattenwärmetauscher für mindestens
zwei Wärmetauschfluide,
wobei der Wärmetauscher
dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit
einer Mehrzahl von Wärmetauschplatten
und mindestens zwei Endplatten umfasst. Die Wärmetauschplatten begrenzen
zwischen sich Plattenzwischenräume.
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Jede
der Wärmetauschplatten
ist mit einer oder mehreren Wellen versehen, die sich vertikal innerhalb
eines Bereiches erstrecken, der von zwei voneinander beabstandeten
parallelen ersten bzw. zweiten Ebenen begrenzt wird, die beide hauptsächlich parallel
zu allen Wärmetauschplatten
wie auch zu 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 bilden.
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Mindestens
eine der Endplatten hat eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, von
denen jedes mit einem der Einlasskanäle oder einem der Auslasskanäle in Verbindung
steht, und die Einlasskanäle und
die Auslasskanäle
für ein
erstes bzw. ein zweites Fluidum stehen in Strömungsverbindung mit einem ersten
bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen.
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Jede
von mindestens zwei der Wärmetauschplatten,
die im vorhandenen Kern von Platten nebeneinander liegen, ist mit
mindestens einem trogförmigen
Abschnitt versehen, der jeweils im Zusammenwirken mit der jeweils
benachbarten Wärmetauschplatte
einen Raum erzeugt, der zu allen Fluiden außer dem zweiten Fluidum abgedichtet
ist, und jeweils auf eine solche Weise einen Teil der jeweiligen
Wärmetauschplatte
bildet, daß dieser
Teil keine Durchgangslöcher
aufweist, und jeweils mit einer flanschanliegenden Kante versehen
ist, die sich um den gesamten Umfang des trogförmigen Abschnittes herum erstreckt
und einen Winkel mit den verschiedenen Hauptausdehnungsebenen des
Abschnittes und der Wärmetauschplatte
bildet, und mindestens entlang des größeren Teils seiner Länge auf
den vorhandenen entsprechenden Kanten an den benachbarten Wärmetauschplatten
lagert.
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Jede
einer Mehrzahl der Wärmetauschplatten
ist mit mindestens einem trogförmigen
Abschnitt versehen, der im Zusammenwirken mit der jeweils benachbarten
Wärmetauschplatte
einen Raum bildet, der zu allen Fluiden außer dem zweiten Fluidum abgedichtet
ist.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden
Patentansprüchen.
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Der
Plattenwärmetauscher
wird nun näher im
Zusammenhang mit Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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LISTE DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
in einer Schrägansicht
einen Plattenwärmetauscher
nach der Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher entlang der Linie
A-A in 1.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher entlang der Linie
B-B in 1.
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4 zeigt
in einer Schrägansicht
einen ersten Typ von Wärmetauschplatten,
die Teil des Plattenwärmetauschers
in 1 sind.
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5 zeigt
in einer Schrägansicht
einen zweiten Typ von Wärmetauchplatten,
die Teil des Plattenwärmetauschers
in 1 sind.
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6 zeigt
einen Querschnitt durch einen Teil des Plattenwärmetauschers in 1,
wobei der Schnitt der Linie C-C in den 4 und 5 folgt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜRHUNGSFORMEN
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Der
Plattenwärmetauscher
in 1 umfasst einen Kern von Wärmetauschplatten 2a, 2b,
wobei nur die gemeinsame Bezeichnung 2 in der Figur angegeben
ist, sowie Endplatten 3, 4. Es sind Verbindungen 5, 6, 7, 8 für zwei Wärmetauschfluide
vorhanden. In der hier gezeigten Ausführungsform bilden die Verbindungen 5 und 6 einen
Einlass für
ein erstes und ein zweites Wärmetauschfluidum,
während
die Verbindungen 7 und 8 einen Auslass für das erste bzw.
zweite Wärmetauschfluidum
bilden.
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Aus
dem Querschnitt der 2 wird deutlich, wie die Durchgangslöcher 9, 10 in
jeder Wärmetauschplatte 2a, 2b zwei
Durchgangskanäle 11, 12 durch
den Kern von Platten an einem seiner Enden bilden. In der hier gezeigten
Ausführungsform
bildet der Durchgangskanal 11 den Einlasskanal für das erste
Wärmetauschfluidum,
während
der Durchgangskanal 12 den Auslasskanal für das zweite
Wärmetauschfluidum
bildet. In entsprechender Weise sind ergänzende Durchgangslöcher 13, 14 am
zweiten Ende des Kerns von Platten (das nähere Ende des Kerns von Platten
in 1) in jeder Wärmetauschplatte 2a, 2b vorge sehen,
wobei diese Durchgangslöcher
einen Einlasskanal für
das zweite Wärmetauschfluidum
bzw. einen Auslasskanal für
das erste Wärmetauschfluidum
bilden. Der Einlasskanal und der Auslasskanal für das erste Wärmetauschfluidum
stehen in Strömungsverbindung
mit einem ersten Satz von Plattenzwischenräumen 17, während der
Einlasskanal und der Auslasskanal für das zweite Wärmetauschfluidum
in Strömungsverbindung
mit einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen 18 stehen.
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Dem
Querschnitt in 3 ist zu entnehmen, wie jede
der Wärmetauschplatten 2a, 2b mit
einem trogförmigen
Abschnitt 19 versehen ist. (Für den erfinderischen Gedanken
reichen zwei trogförmige
Abschnitte 19 im Kern von Platten.) Der trogförmige Abschnitt 19 zeigt
Wellen 20, die sich vertikal innerhalb eines Bereiches
erstrecken, der von zwei voneinander beabstandeten parallelen dritten
bzw. vierten Ebenen begrenzt wird, und welche beide im wesentlichen
parallel mit allen trogförmigen
Abschnitten 19 der Wärmetauschplatten 2a, 2b wie
auch mit den Endplatten 3, 4 des Plattenwärmetauschers
verlaufen. Die Wellen 20 sollten nicht mit denjenigen Wellen verwechselt
werden, die sich in verbleibenden Teilen der jeweiligen Wärmetauschplatte 2a, 2b befinden und
die sich vertikal innerhalb eines Bereiches erstrecken, der von
zwei voneinander beabstandeten parallelen ersten bzw. zweiten Ebenen
begrenzt wird.
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Der
trogförmige
Abschnitt 19 zeigt weiterhin mehrere Durchgangslöcher 21 (nicht
bei den Platten 2a, 2b, die am nächsten an
einer Endplatte 3, 4 liegen oder selbst eine solche
Endplatte bilden – somit kann
auch eine Platte 2a am nächsten an einer Endplatte liegen
oder selbst eine solche Endplatte bilden, nicht nur eine Platte 2b),
die nicht mit den Durchgangslöchern 9, 10, 13, 14 verwechselt
werden sollten, von denen jede einen Teil eines Einlasskanals 11 oder
eines Auslasskanals 12 durch den Kern von Platten für irgendeines
der Fluide bildet. Der trogförmige
Abschnitt 19 wird durch eine flanschartige Kante 22 erzeugt,
die sich um den gesamten Umfang des Abschnittes 19 herum
erstreckt, wobei die Kante einen Winkel mit den Hauptausdehnungsebenen
des Abschnittes 19 und der Platte 2a, 2b bildet
und auf den entsprechenden Kanten 22 auf den benachbarten
Wärmetauschplatten 2a, 2b im
Kern von Platten ruht.
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In
entsprechender Weise wird jede der Wärmetauschplatten 2a, 2b mit
einer flanschartigen Kante 23 versehen, die um den gesamten äußeren Umfang
der Platte herum verläuft
und einen Winkel mit der Hauptausdehnungsebene der Platte 2a, 2b bildet und
auf den entsprechenden Kanten 23 auf den benachbarten Wärmetauschplatten 2a, 2b im
Kern von Platten ruht.
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Daran
anlagernde Wärmetauschplatten 2a, 2b sind
an den Kanten 23 sowie um mindestens zwei der Durchgangslöcher 9, 10, 13, 14 um
die trogförmigen
Abschnitte 19 entlang der Kanten 22 mindestens entlang
des größten Teils
der Länge
der Kanten 22 und in einer großen Anzahl solcher Punkte auf
den Wärmetauschplatten
miteinander verbunden, an denen die jeweiligen Wellen aufeinander
lagern, sowohl innerhalb als auch außerhalb der trogförmigen Abschnitte 19.
Der Kern von Platten ist normalerweise dauerhaft durch Löten oder
Hartlöten
verbunden, jedes andere bekannte Verfahren zur dauerhaften Verbindung,
wie etwa Schweißen
oder Kleben, ist jedoch ebenfalls denkbar.
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Jede
zweite Wärmetauschplatte 2a im
Kern von Platten ist von einem ersten Typus, siehe 4, und
die verbleibenden Wärmetauschplatten 2b im Kern
von Platten sind von einem zweiten Typus, siehe 5.
Die Wärmetauschplatten 2a, 2b werden nebeneinander
angeordnet, wie es in den 4 und 5 zu
sehen ist, ohne ein gegenseitiges Drehen oder Umdrehen.
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Nun
wird die Art und Weise beschrieben, wie die Wärmetauschfluide durch den Wärmetauscher strömen. Das
erste Fluidum, im vorliegenden Fall heißes Wasser, tritt durch den
Einlass 5 ein und strömt durch
das Durchgangsloch 9 und den Durchgangskanal 11 weiter
in den ersten Satz von Plattenzwischenräumen 17. Auf seinem
Weg in jeden der Plattenzwischenräume 17 fließt das erste
Fluidum an beiden Seiten des trogförmigen Abschnittes 19 vorbei, ohne
daß es
den Raum zwischen benachbarten trogförmigen Abschnitten 19 erreichen
und auffüllen kann,
da jeder der trogförmigen
Abschnitte 19 mit der flanschartigen Kante 22 versehen
ist, die auf der entsprechenden Kante 22 auf einer benachbarten
Platte 2 am Plattenzwischenraum entlang der gesamten Länge der
Kanten 22 lagert und strömungsdicht damit verbunden
ist. Das erste Fluidum verlässt
jeden der Plattenzwischenräume 17 durch
das Durchgangsloch 14, den Durchgangskanal und den Auslass 7.
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Das
zweite Fluidum, im vorliegenden Fall zu erhitzendes Leitungswasser,
tritt durch den Einlass 6 ein und strömt durch das Durchgangsloch 13 und
den Durchgangskanal weiter in den zweiten Satz von Plattenzwischenräumen 18.
Auf seinem Weg in jeden der Plattenzwischenräume 18 strömt das zweite
Fluidum in einen ersten Durchgang, der entlang und zwischen dem
ersten trogförmigen
Abschnitt 19 auf der einen Seite und der Außenkante 23 an
einer ersten langen Seite der Platten 2a, 2b auf
der anderen Seite verläuft,
wonach das zweite Fluidum aufgrund der ersten Erhebungen 24a, 24b,
die in den Druckmustern der Platten 2a, 2b in
einem ersten Ende des trogförmigen
Abschnittes 19 vorhanden sind, in den Raum zwischen benachbarten
trogförmigen
Abschnitten 19 eintreten und diesen durchströmen kann und
danach aufgrund der in den Druckmustern der Platten 2a, 2b vorhandenen
zweiten Erhebungen 25a, 25b in einem zweiten Ende
des trogförmigen Abschnittes 19 wieder
den Raum zwischen benachbarten trogförmigen Abschnitten 19 verlassen
und in einen zweiten Durchgang strömen kann, der entlang und innerhalb
des trogförmigen
Abschnittes 19 auf der einen Seite und der Außenkante 23 an
einer zweiten langen Seite der Platten 2a, 2b auf
der anderen Seite angeordnet ist. Das zweite Fluidum verlässt die
Plattenzwischenräume 18 durch
das Durchgangsloch 10, den Durchgangskanal 12 und
den Auslass 8.
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Die
Erhebungen 24a, 25a an jeder der Wärmetauschplatten 2a der
ersten Art wie auch die Erhebungen 24b, 25b an
jeder der Wärmetauschplatten 2b der
zweiten Art haben eine solche Form, daß für jede der Wärmetauschplatten 2a der
ersten Art die Kante 22 um den trogförmigen Abschnitt 19 im
zweiten Plattenzwischenraum 18 nicht auf der entsprechenden
Kante 22 im gesamten Umfang des trogförmigen Abschnitts 19 auf
einer benachbarten Platte 2b lagert und daher nach dem
Verbinden nicht gegen sie abdichten kann, siehe 6,
wo nur acht Platten 2a, 2b gezeigt sind, sondern
nur entlang zweier kontinuierlicher Umfangsteile, die jedoch zusammen
den Hauptteil des Umfangs bilden, das heißt mehr als die Hälfte des
Umfangs. Es sind somit zwei lokale Durchgänge für das zweite Fluidum zu einem
zweiten Trograum hin bzw. von dort weg vorhanden, wobei der Trograum
durch die trogförmigen
Abschnitte 19 mit den Zwischenkanten 22 für benachbarte
Wärmetauschplatten 2a, 2b in
jedem der zweiten Plattenzwischenräume 18 begrenzt sind.
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Jeder
der lokalen Durchgänge
hat eine gewisse Ausdehnung entlang der jeweiligen Kante 22, wodurch
sich ein erster Durchgang der ersten Erhebungen 24a, 24b von
einer Faltung 27 zu einer Faltung 28 in der Kante 22 erstreckt
und ein zweiter Durchgang sich von den zweiten Erhebungen 25a, 25b von
einer Faltung 29 zu einer Faltung 30 in der Kante 22 erstreckt,
siehe 4. Die Durchgänge
unterscheiden sich durch einen flacheren Flankenwinkel vom Rest
der Kante 22, das heißt
die Kante 22 außerhalb
der Durchgänge
auf jeder der Platten 2a, 2b bildet einen größeren Winkel
mit der Plattenebene als der entsprechende Kantenabschnitt im Bereich von
irgendeinem der lokalen Durchgänge.
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Strömt das zweite
Fluidum in den erwähnten zweiten
Trograum, verläuft
die Strömung
in einer Richtung, die im wesentlichen der Strömungsrichtung außerhalb
des erwähnten
zweiten Trograumes im selben Plattenzwischenraum entgegengesetzt
ist. Das Durchgangsloch 21 bedeutet, daß der erwähnte zweite Trograum ebenfalls
in Strömungsverbindung mit
einem ersten Trograum steht, der von den trogförmigen Abschnitten 19 mit
den Zwischenkanten 22 für benachbarte
Wärmetauschplatten 2a, 2b in
jedem der ersten Plattenzwischenräume 17 im Kern der Platten
begrenzt wird. Da alle trogförmigen
Abschnitte 19 im Kern von Platten, außer denjenigen, die auf den
Platten 2a, 2b, die den Endplatten am nächsten liegen
oder selbst diese Endplatten im Kern von Platten bilden, Durchgangslöcher 21 aufweisen,
stehen alle Trogräume
zwischen den Platten 2a, 2b in Strömungsverbindung
miteinander.
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Der
hier beschriebene Plattenwärmetauscher
arbeitet in relativ normaler Weise im kontinuierlichen Betrieb.
Die Vorzüge
zeigen sich, wenn nach einer Unterbrechung im Bedarf an heißem Wasser wieder
ein Bedarf an heißem
Leitungswasser besteht. Wenn während
der Periode des Stillstands, das heißt wenn keine Entnahme von
heißem
Wasser auftritt, heißes
Wasser weiterhin zwischenzeitlich an der Primärseite vorgehalten wird, wird
das Wasservolumen, das sich innerhalb der Trogräume befindet, warmgehalten.
Dieses erhitzte Wasservolumen kommt fast instantan aus dem Plattenwärmetauscher,
wenn wieder gezapft wird, und das Volumen ist so angepasst, daß der Wärmetauscher
eine kontinuierliche Betriebsleistung erreicht, bevor das vorher gespeicherte
Wasser verbraucht ist.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik zeigt diese Konstruktion den definitiven
Vorteil, daß die vorhandenen
trogförmigen
Abschnitte 19, ohne Berücksichtigung
der Löcher 11,
kontinuierlich sind, das heißt
die Abschnitte können
mit Böden
einer bestimmten Form versehen werden, die in einem hohen Maß zur Haltbarkeit
der Platten und dem Kern von Platten beiträgt. Aus diesem Grund kann ein
dünneres
Material in den Platten unter denselben Anforderungen an Haltbarkeit
und Stabilität
verwendet werden, als es bisher der Fall war. Die Böden tragen auch
zu einem exzellenten Wärmeübergang
in die erwähnten
Trogräume
oder aus ihnen heraus bei, die gegen alle Fluide abgedichtet sind,
außer,
wie im vorliegenden Fall, gegen das zu erhitzende Leitungswasser.
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Die
Platten sind oft aus Stahlplatten mit einer Dicke von 0,20 bis 0,35
mm hergestellt, können
aber auch aus anderen Materialien, wie z.B. Titan, hergestellt sein.
Die Wärmetauschplatten 2a, 2b sind
oft dünn
und die Endplatten 3, 4 sind dick, es können aber
auch andere Ausführungsformen
existieren. Es sind z.B. Endplatten 3, 4 denkbar,
die nicht dick sind und nicht wie diejenigen in den Figuren aussehen, sondern
statt dessen eine Erscheinung haben, die vollständig oder teilweise derjenigen
der vorhandenen Wärmetauschplatten 2a, 2b gleicht,
jedoch mit dem Unterschied, daß Durchgangslöcher nur
dort vorhanden sind, wo eine Befestigung von Verbindungsstücken gewünscht ist.
Es ist also möglich, Endplatten 3, 4 unterschiedlicher
Ausgestaltung an den unterschiedlichen Enden des vorhandenen Kerns
von Platten zu verwenden oder sogar mehrere Endplatten 3, 4 derselben
Erscheinung oder unterschiedlicher Erscheinung an jedem der Enden
des vorhandenen Kerns von Platten. In einer alternativen Ausführungsform
kann mindestens eine Endplatte eben sein und vollständig ohne
Verbindungen, um dann über
O-Ringe mit einer Ansammlung von Kopplungselementen oder ähnlichem,
einen sogenannten Block, zu ermöglichen.
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Die
Wellen 20 und die Löcher 21 können sowohl
im Hinblick auf die Anzahl als auch im Hinblick auf Größe und Form
variiert werden. Beim Verlöten des
Kerns von Platten kann Kupfer, Nickel oder irgendein anderes bekanntes
Lötmittel
verwendet werden. Beim Verwenden des Plattenwärmetauschers kön nen ein
oder mehrere Fluide ein anderes Fluidum als Wasser sein. Es ist
z.B. ein Wärmetausch
zwischen Öl
und Wasser denkbar.
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Die
Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann in Übereinstimmung
mit den folgenden Patentansprüchen
variiert werden.