DE60217492T2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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DE60217492T2
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plates
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, der zwei Endplatten, von welchen mindestens eine mit einer Anzahl von Abzugsöffnungen zur Ermöglichung des Einströmens und Ausströmens einer Anzahl von Wärmeaustauschfluiden ausgestattet ist, und eine Anzahl von sich zwischen den Endlatten befindlichen und festgeklemmten Wärmetransferplatten umfasst. So ein Wärmetauscher ist von EP-A-0033201 bekannt.
  • Stand der Technik
  • Ein konventioneller Plattenwärmetauscher ist aus einem Rahmen hergestellt, welcher zwei biegesteife Klemmplatten und einen Stapel von zwischen den Platten angeordneten Wärmetransferplatten trägt. Die zwei Platten des Rahmens umfassen eine Druckplatte, welche bei Montage beweglich ist, und eine Rahmenplatte, welche bei Montage fixiert ist, wobei die Platten mittels Bolzen zusammen gezogen werden, wobei sie dadurch die Wärmetransferplatten einklemmen. Der Einfachheit halber werden die Druckplatte und die Rahmenplatte beide nachstehend als Endplatten bezeichnet werden. Die Anzahl von Wärmetransferplatten sowie deren Größe ist durch den Anwendungsbereich des Plattenwärmetauschers bestimmt. Eine der Endplatten oder beide sind mit Durchzugöffnungen ausgestattet, um Einströmen und Ausströmen von einer Anzahl von (gewöhnlich zwei) Wärmeaustauschfluiden zu erlauben. Die Wärmetransferplatten. Die Wärmetransferplatten sind wiederum mit einer Anzahl von Durchzügen ausgestattet, welche einen ersten Einlasskanal und einen ersten Auslasskanal für ein erstes Fluid durch den Plattenstapel und einen zweiten Einlasskanal und eine zweiten Auslasskanal für ein zweites Fluid durch den Plattenstapel bilden. Diese Kanäle, die sich durch den Plattenstapel erstrecken, kommunizieren mit den Durchzugöffnungen der Endplatten.
  • Die Wärmeaustauschfluide strömen separat durch den Plattenwärmetauscher in unterschiedlichen Plattenzwischenräumen, die zwischen den Wärmetransferplatten gebildet werden. In den meisten Fällen kommuniziert jeder zweite solche Plattenzwischenraum mit dem ersten Einlass- und Auslasskanal, wobei jeder Plattenzwischenraum angepasst ist, um einen Strombereich zu definieren und das erste Wärmeaustauschfluid zwischen den Einlass- und Auslasskanälen zu führen. Entsprechend kommunizieren die anderen Plattenzwischenräume mit dem zweiten Einlass- und Auslasskanal für einen Strom des zweiten Wärmeaustauschfluids. Fluiddichte Dichtungsmittel sind ringsherum einiger der Abzüge alternierend in jedem zweiten Plattenzwischenraum und in den anderen Plattenzwischenräumen ringsherum der anderen Abzüge angeordnet, um die zwei separaten Kanäle jeweils für das erste Wärmeaustauschfluid und das zweite Wärmeaustauschfluid zu bilden.
  • Da der Zweck eines Plattenwärmetauschers ist, einen Wärmeausrausch zwischen zwei Fluiden zu erreichen, sind sowohl die Endplatten als auch die Wärmetransferplatten einem signifikanten Einfluss von Temperatur unterworfen. Dieser Einfluss führt zu Problemen und wird nachstehend beschrieben werden.
  • Die Wärmetransferplatten sind üblicherweise relativ dünn und sind in direkten Kontakt mit den Wärmeaustauschfluiden. Die Temperatur der Fluide wird so direkt die Temperatur der Hitzetransferplatten beeinflussen, von welchen sich die Länge zu einem gewissen Ausmaß je nach Längenausdehnungskoeffizient des Plattenmaterials verändern wird.
  • Die Endplatten, welche sich auf beiden Seiten des Stapels von Wärmetransferplatten befinden, sind erheblich dicker als die Wärmetransferplatten. Überdies treten die Endplatten nicht in direkten Kontakt mit den Wärmeaustauschfluiden ein, wie es die Wärmetransferplatten tun. Jedoch wird die Temperatur der Endplatten auf einer Seite von der Endplatte durch das den Plattenwärmetauscher umgebende Umfeld beeinflusst und auf der anderen Seite durch die Temperatur der jeweiligen äußersten Wärmetransferplatten in dem Plattenstapel.
  • Die Längenveränderungen werden aufgrund der Unterschiede in dem Einfluss von Temperatur zwischen den Endplatten und den Wärmetransferplatten in Kombination mit unterschiedlicher Plattendicke variieren. Zusätzlich können die unterschiedlichen Längenveränderungen der Endplatten und Wärmetransferplatten durch die Tatsache verstärkt werden, das die Platten häufig aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, die so unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten besitzen. Die unterschiedlichen Längenveränderungen der Platten führen zu hohen Spannungen in dem Anschluss der Verbindungen zwischen den Endplatten und den Wärmetransferplatten, welche zu einem erhöhten Risiko von Ermüdungsschaden führen.
  • Jedoch ist die primäre Ursache von Ermüdungsschaden der Unterschied in thermischer Trägheit zwischen den Endplatten und den Wärmetransferplatten. Eine schnelle Veränderung in der Temperatur der Fluide, wird die Temperatur der Wärmetransferplatten veranlassen, sich unverzüglich zu verändern, wohingegen die Temperatur der Endplatten sich sehr langsam verändern wird. In vielen Verfahren geschehen Temperaturänderungen beim Betrieb, zum Beispiel in diskontinuierlichen Verfahren. In diskontinuierlichen Verfahren wird eine gewisse Menge von Komponenten, wie Fluide, Pulver oder Pellets für eine gewisse Zeitperiode verarbeitet, anschließend welcher das Verfahren unterbrochen wird, um Entleerung, Reinigung und Beladung einer neuen Menge zu erlauben. So beinhaltet ein diskontinuierliches Verfahren viele Starts und Stopps in Verbindung mit welchen sich die Temperatur von einem Höchstwert zu einem Mindestwert ändert.
  • Ermüdungsschaden in dem Anschluss der Verbindungen zwischen den Endplatten und den Wärmetransferplatten entsteht aufgrund einer Anzahl von Faktoren und kann zu Bruch in dem Material und so zu einer verkürzten Lebensdauer des Plattenwärmetauschers führen.
  • Um die unterschiedlichen Längenveränderungen der Endplatten und der Wärmetransferplatten zu kompensieren, wird es in US 6,119,766 beabsichtigt einen oder mehr Balgen auf dem Plattenwärmetauscher anzuordnen. Die Balgen sind mit einer Endplatte, die mit Abzugöffnungen ausgestattet ist, und mit der angegliederten Wärmetransferplatte verbunden und sind angepasst, um jegliche Bewegungen zwischen dem Rahmen und dem Stapel von Wärmetransferplatten zu absorbieren.
  • Jedoch gibt es verschiedene Anwendungsfelder, in welchen ein Plattenwärmetauscher, der, wie vorstehend beschrieben, mit Balgen ausgestattet ist, nicht verwendet werden kann. Zum Beispiel erlaubt die Balgenbauart nicht, dass Hochdrücke in dem Plattenwärmetauscher verwendet werden. Um Hochdrücken, in dem Bereich von 100–150 bar (10–15 Mpa) standzuhalten, muss die Dicke von dem Material, aus welchem die Balgen hergestellt sind, groß sein, was bedeutet, dass die Balgen steif sein werden. Jedoch bedeutet so eine steife Bauart, dass die Balgen ihre Flexibilität und so ihre Leistungsfähigkeit, Bewegung zwischen den Endplatten und den Wärmetransferplatten in einer ausreichenden Weise zu absorbieren, verlieren.
  • Außerdem kann ein mit Balgen ausgestatteter Plattenwärmetauscher zum Beispiel nicht bei gewissen Arten von chemischen Anwendungen verwendet werden, wo spezielle Materialien, die gegenüber chemischen Einflüssen beständig sind, verwendet werden müssen. In den meisten Fällen sind keine Balgen benutzbar, da unterschiedliche Arten von keramischen Materialen häufig verwendet werden um die chemische Widerstandsfähigkeit zu erlangen. Keramische Materialien sind üblicherweise zerbrechlich und können nicht in der in US 6,119,766 , beschriebenen Art verwendet werden.
  • JP 1113993 (JP-A-2000329493 entsprechend US-A-6,260,612) offenbart einen Plattenwärmetauscher, der eine mit Schlitzen ausgestattete Endplatte umfasst. Die Schlitze sind angepasst, um kleine Deformationen zu absorbieren, wenn thermische Beanspruchung sowohl auf die Einlass- als auch auf die Auslasslöcher auf der Endplatte aufgebracht wird. Die Endplatte, welche aus Gründen bezüglich der Herstellung, zweifellos, aus einem Stück hergestellt ist, ist mit zwei parallelen Schlitzen ausgestattet. Die Schlitze erstrecken sich von den gegenüberliegenden Längskanten über den Hauptabschnitt der Breite der Endplatte angrenzend zu den Auslass-/Einlasslöchern.
  • Die Bauart der Schlitze in JP 1113993 erlaubt nur kleinen Deformationen von ungefähr 1/100 mm absorbiert zu werden. Größere Deformationen werden dazu führen, dass Brüche an den äußersten Enden der Schlitze erscheinen und die Endplatte wird so beschädigt werden.
  • Demgemäß kann die in JP 1113993 beschriebene Plattenwärmetauscherbauart nicht bei großen Plattenwärmetauschern verwendet werden, bei welchen die thermischen Deformationen mehrere Millimeter betragen können.
  • Verschiedene Bauarten von Plattenwärmetauschern und darin eingeschlossene Teile sind seit langer Zeit bekannt. Ein Beispiel ist EP 033,201 , welches einen Rahmen für einen Plattenwärmetauscher offenbart. In konventioneller Weise ist der Rahmen aus zwei Endplatten hergestellt, welche jedoch wiederum in eine Anzahl von Einheiten geteilt sind. Der Zweck von dieser Teilung der Endplatten in Einheiten ist einerseits einfachere und rationellere Herstellung zu erlauben und andererseits die Handhabung und die Montage der Endplatten und des Plattenwärmetauschers zu erleichtern. Um als konventionelle Endplatten zu fungieren, sind die verschiedenen Einheiten in steife Platten in Verbindung mit der Montage des Plattenwärmetauschers montiert.
  • So gibt es derzeit kein Plattenwärmetauscherkonzept, in welchem der Plattenstapel zwischen zwei Endplatten geklemmt ist und welcher in einer zufrieden stellenden Weise unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen, zum Beispiel bei Hochdrücken und in einer chemisch aggressiven Umgebung, verwendet werden kann und welcher erhebliche thermische Deformationen absorbieren kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ziel der Erfindung ist deshalb einen Plattenwärmetauscher vorzusehen, welcher die vorstehenden Probleme löst oder zumindest verringert. Das Ziel ist einen Plattenwärmetauscher mit einer einfachen Konstruktion vorzusehen, der in einer zufrieden stellenden Weise unter unterschiedlichen Bedingungen, zum Beispiel bei Hochdrücken und in chemisch aggressiven Umgebungen, verwendet werden kann und welcher zum Absorbieren thermischer Deformationen imstande ist. Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
  • Die Ziele der Erfindung werden durch einen Plattenwärmetauscher der durch die Einleitung erwähnten Art erreicht, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass eine der Endplatten, zwei einzelne Segmente umfasst, die relativ versetzbar in der Ebene der Endplatte sind. Im Falle von einer Veränderung in Länge und Breite in den Wärmetransferplatten, welches nicht ebenso schnell in den Endplatten geschieht oder in diesen Platten nicht vorhanden ist, sind die Segmente der Endplatten so fähig sich in verschiedene Richtungen in der Ebene der Endplatte zu bewegen. Folglich können die versetzbaren Segmente der Endplatte die Längenänderungen in den Wärmetransferplatten kompensieren und die Beanspruchung in den Anschlüssen der Verbindungen zwischen den Abzugsöffnungen der Endplatten und den Einlass- und Auslasskanälen, die durch den Stapel der Wärmetransferplatten gebildet sind, ist so reduziert. Außerdem umfasst der Plattenwärmetauscher keine Komponenten, die Verwendung bei hohen Temperaturen und in chemisch aggressiven Umgebungen verhindert. Demgemäß bietet die erfinderische Konstruktion des Plattenwärmetauschers eine Lösung der vorstehenden Probleme.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des Plattenwärmetauschers sind in den abhängigen Ansprüchen 2–7 definiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Segment der Endplatte eine Abzugsöffnung. Kompensation, wie vorstehend beschrieben, von verschieden Längenänderungen in den Endplatten und den Wärmetransferplatten kann so an jeder Verbindung zwischen den Abzugsöffnungen der Endplatten und den durch die Wärmetransferplatten gebildeten Kanäle erreicht werden. Das bedeutet, dass jeder Anschluss von Verbindungen der geringsten möglichen Beanspruchung ausgesetzt ist und das Ermüdungsschaden weiter reduziert werden kann.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Abzugsöffnungen auf der Endplatte entlang derselben geometrischen Mittellinie positioniert. Diese Positionierung der Abzugöffnungen ist vorteilhaft aus dem Gesichtspunkt von Herstellung, zum Beispiel weil es erlaubt, einen schmale Endplatte und so einen schmalen Plattenwärmetauscher zu haben. Diese Bauart der Endplatte ermöglicht eine ähnliche Bauart der Wärmetransferplatten, welche so miteinander vermischt werden dürfen, indem sie über ihre Längsachse gedreht werden. Dies wird aus dem Gesichtspunkt der Herstellung vorgezogen, da nur eine Ausführungsform der Wärmetransferplatte in dem Plattenwärmetauscher benötigt wird.
  • Aufteilen solch einer Endplatte, auf welcher die Abzugsöffnungen entlang einer geometrischen Mittellinie positioniert sind, ist vorteilhaft. Aufgrund ihrer Form ist die lange und schmale Endplatte erheblichen Längenänderungen in Verbindung mit Temperaturänderungen unterworfen und diese Veränderungen werden so durch die Aufteilung kompensiert.
  • Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche mit erhöhter Reibung auf mindestens einem der Segmente der Endplatte und/oder auf einer angrenzenden Platte angeordnet. Die angrenzende Platte kann entweder die äußerste Platte des Stapels von Wärmetransferplatten oder eine Platte, die zwischen den Endplatten und dem Stapel von Wärmetransferplatten angeordnet ist, sein. Aufgrund der Reibung ist eine Flexibilität zwischen der Endplatte und der angrenzenden Platte erreicht, wenn Längenänderungen in den Platten geschehen. Die Beanspruchung auf die Verbindungen zwischen den Platten ist dadurch reduziert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist erhöhte Reibung durch Ausstatten mindestens eines der Segmente rund um eine Abzugsöffnung der Endplatte mit einem Befestigungsmuster zum Eingriff mit der angrenzenden Platte erreicht. Der Eingriff erhöht so die Flexibilität zwischen den Platten.
  • Die Flexibilität zwischen den Endplatten und dem Stapel von Wärmetransferplatten kann außerdem erhöht werden, wenn die Platte angrenzend der Endplatte mit einem Befestigungsmuster entsprechend dem der Endplatte ausgestattet ist.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Gleitelement zwischen den Wärmetransferplatten und einer angrenzenden Endplatte angeordnet. Trotz des vorstehend erwähnten Eingriffes zwischen den Segmenten der Endplatten und der angrenzenden Platten, kann etwas Bewegung zwischen den Endplatten und dem Stapel von Wärmetransferplatten geschehen. Diese Bewegung erhöht sich als eine Funktion von der Distanz zu den Abzugöffnungen, die auf der Endplatte vorgesehen sind, wo die Segmente in den Stapel von Wärmetransferplatten eingreifen. Mittels des Gleitelementes kann, die Abnutzung, die andernfalls zwischen den Endplatten und den benachbarten Wärmetransferplatten geschehen ist, so vermieden werden.
  • Überdies ist das Gleitelement angepasst, um die benachbarte Wärmetransferplatte zu erfassen, wobei es ihre Bewegungen verfolgt. Das Gleitelement ist dadurch gleitbar entgegen der abnutzungsresistenteren Endplatte angeordnet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen mit Bezugnahme zu den begleitenden schematischen Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt eine Endplatte gemäß einer ersten Ausführungsform, welche gestimmt ist, um in einem Plattenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden.
  • 2 zeigt eine Wärmetransferplatte, die mit der Endplatte von 1 verbunden ist.
  • 3 zeigt eine Endplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche bestimmt ist, um in einem Plattenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden.
  • 4 zeigt eine Wärmetransferplatte, die mit der Endplatte von 3 verbunden ist.
  • 5 zeigt eine Endplatte, die in 3 von der entgegen gesetzten Seite veranschaulicht ist.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 3.
  • 7 ist eine Seitenansicht eines Plattenwärmetauschers, der eine Endplatte gemäß 3 und Wärmetransferplatten gemäß 4 besitzt.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7.
  • 9 ist eine vergrößerte Ansicht des in 6 gezeigten Teils A.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die in 1 gezeigte Endplatte ist eine Rahmenplatte 1, die bestimmt ist, um zusammen mit einer zusätzlichen Platte, einer „Druckplatte" (nicht gezeigt), die Hauptkomponenten eines Plattenwärmetauschers zu bilden. Die Rahmenplatte 1 ist in relativ versetzbare Segmente 10 geteilt und jede Ecke davon ist mit einer Durchzugöffnung 11 ausgestattet, wobei Verbindungsrohre 12 an den Öffnungen angeordnet werden. Die Durchzugsöffnungen 11 und die Verbindungsrohre 12 erlauben Einströmen und Ausströmen von einer Anzahl von (üblicherweise zwei) Wärmeaustauschfluiden in den Plattenwärmetauscher. Wie in 1 gezeigt umfasst jedes Segment 10 nicht mehr als eine Durchzugöffnung 11 und ein damit verbundenes Verbindungsrohr 12. Jede separate aus Segmenten 10, Durchzugöffnungen 11 und Verbindungsrohren 12 bestehende Einheit wird als ein Verbindungsmodul 13 bezeichnet. 1 zeigt die vier Verbindungsmodule 13 der Rahmenplatte 1.
  • Ein verlängertes zentrales Segment 14 ist an dem Zentrum der Rahmenplatte mit zwei der Verbindungsmodule 13, die sich auf beiden kurzen Seiten befinden, vorgesehen.
  • Die zwei in den Rahmen eingeschlossenen Endplatten können beide wie vorstehend beschrieben ausgelegt werden, d.h. sowohl die Druckplatte als auch die Rahmenplatte des Rahmens können aufgeteilt werden. In diesem Fall werden die entsprechenden Verbindungsmodule auf den jeweiligen Druck- und Rahmenplatten verbunden. 1 veranschaulicht wie Festklemmen mittels Spannbolzen 15 erreicht wird. Mindestens zwei Bolzen 15 werden verwendet, um die jeweiligen Verbindungsmodule 13 auf jeweils der Druckplatte und der Rahmenplatte zusammen zu halten. Es wird jedoch vorgezogen drei oder mehr Bolzen 15 für jedes Paar von Verbindungsmodulen 13 zu haben. Zusätzlich wird eine Anzahl von Bolzen 15 entlang der Längskanten des Mittelsegments 14 angeordnet, um die Mittelsegmente der Rahmenplatte und der Druckplatte zusammen zu klemmen.
  • Wenn nur eine der zwei in den Rahmen eingeschlossenen Endplatten aufgeteilt ist, wird das Segment von einer Platte mit der anderen unsegmentierten Platte zusammen geklemmt. Bolzen können hier ebenso verwendet werden.
  • 2 zeigt eine Wärmetransferplatte 2, die bestimmt ist, um zusammen mit der in 1 gezeigten Rahmenplatte 1 verwendet zu werden. Die vier Ecken der Wärmetransferplatte 2 sind mit Durchzügen 21a–d ausgestattet. Die vier Durchzüge 21a–d, ein erster und ein zweiter Einlasskanal 21a, 21b und ein erster und ein zweiter Auslasskanal 21c, 21d bilden zusammen mit den Durchzügen der anderen Wärmetransferplatten einen ersten und einen zweiten Einlasskanal und eine ersten und einen zweiten Auslasskanal durch den Plattenstapel, der durch die Wärmetransferplatten 2 gebildet wird. Die Lage der Durchzüge 21a–d auf den Wärmetransferplatten 2 entspricht der Lage der Durchzugöffnungen 11 auf der in 1 gezeigten Rahmenplatte. Die durch den Stapel von Wärmetransferplatten 2 gebildeten Kanäle kommunizieren mit den Verbindungsrohren 12 der Rahmenplatte 1.
  • Ein fluiddichtes Dichtungsmittel 22, zum Beispiel ein Dichtungsring oder eine Schweißnaht, ist auf der Wärmetransferplatte 2 vorgesehen und erstreckt sich jeweils rundherum eines ersten Einlass- und Auslasskanals 21a und 21b. Ein ähnliches Dichtungsmittel ist auf jeder zweiten Wärmetransferplatte des Plattenstapels vorgesehen. Auf den dazwischen liegenden Wärmetransferplatten ist ein Dichtungsmittel vorgesehen, welches sich jeweils rund um einen zweiten Einlass- und Auslasskanal 21c und 21d erstreckt. Das Dichtungsmittel trägt zur Bildung von zwei separaten Kanälen bei, die sich durch den Plattenwärmetauscher erstrecken, einen für das erste Wärmeaustauschfluid und einen für das zweite Wärmeaustauschfluid.
  • Die in 1 gezeigten Spannbolzen 15, welche die zwei in den Rahmen eingeschlossenen Endplatten zusammen klemmen, sind auch in 2 gezeigt. In 2 sind die Bolzen nahe zu den äußeren Kanten der Wärmetransferplatte 2 angeordnet.
  • 3 zeigt eine Rahmenplatte 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche zusammen mit der Druckplatte bestimmt ist, die Hauptkomponenten eines Plattenwärmetauscherrahmens zu bilden. Wie in der ersten Ausführungsform umfasst die Rahmenplatte 3 relativ versetzbare Segmente 30. Jedoch unterscheidet sich die Positionierung der Durchzugöffnungen 31 und der damit verbundenen Verbindungsrohre 32 von der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform sind die Durchzugöffnungen 31 entlang der geometrischen Mittellinie der Rahmenplatte 3 angeordnet. So sind vier Verbindungsmodule 33, welche aus einem Segment 30, einem Durchgangsloch 31 und einem Verbindungsrohr 32 bestehen, in Paaren unter einander mit einen dazwischen angeordneten zentralen Segment 34 angeordnet. Die vier Verbindungsmodule 33 sind im Wesentlichen identisch, mit Ausnahme der Länge der Verbindungsrohre 32. 3 zeigt auch einen ersten Flansch 36A, der angrenzend zu jedem Verbindungsrohr 32 zum Verbinden der Rohre (nicht gezeigt) angeordnet ist, durch welche die Fluide zu dem Plattenwärmetauscher gespeist werden.
  • Wie in der ersten Ausführungsform halten bestimmte Bolzen 35 die jeweiligen Verbindungsmodule 33 des Rahmens und der Druckplatten zusammen. Die zwei in den Rahmen eingeschlossenen Platten können, wie in 3 gezeigt, mittels Bolzenverbindungen 37, die rundum den Plattenwärmetauscher angeordnet sind, verbunden werden.
  • 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Wärmetransferplatte 4, welche bestimmt ist, um zusammen mit der in 3 gezeigten Rahmenplatte 3 verwendet zu werden und welche deshalb eine entsprechende Erscheinung besitzt. Die Durchzüge der Wärmetransferplatte 4, d.h. erste Einlass- und Auslasskanäle 41a, 41b und zweite Einlass- und Auslasskanäle 41c, 41d sind entlang der Längsachse der Wärmetransferplatte 4 angeordnet, so dass ihre Positionen den Positionen der Durchzugöffnungen 31 auf der in 3 gezeigten Rahmenplatte 3 entsprechen.
  • Ein fluiddichtes Dichtungsmittel 42, zum Beispiel ein Dichtungsring oder eine Schweißnaht, erstreckt sich jeweils rund um einen ersten Einlass- und Auslasskanal 41a und 41b. Wie vorstehend beschrieben sind ähnliche Dichtungsmittel auf jeder zweiten Wärmetransferplatte des Plattenstapels vorgesehen. Auf den dazwischen liegenden Wärmetransferplatten ist ein Dichtungsmittel vorgesehen, welches sich jeweils rund um einen zweiten Einlass- und Auslasskanal 41c und 41d erstreckt. Das Dichtungsmittel trägt zur Bildung von zwei separaten Kanälen durch den Plattenwärmetauscher bei, einen für das erste Wärmeaustauschfluid und einen für das zweite Wärmeaustauschfluid.
  • Zum Eingriff zwischen den zwei Endplatten des Rahmens und der dazwischen liegenden Wärmetransferplatten kann ein Befestigungsmuster auf dem Rahmen der Endplatten vorgesehen werden. Wie in 5 gezeigt, besitzt die in 3 veranschaulichte Rahmenplatte 3 ein Befestigungsmuster 38, welches rund um die Durchzugsöffnungen 31 und den Verbindungsrohren 32 angeordnet ist. So ist die Seite der in 5 gezeigten Rahmenplatte 3 die jenige, die gegen den Stapel von Wärmetransferplatten orientiert ist und an die äußerste Wärmetransferplatte des Plattenstapels, die abschließende Platte stößt. Dies erlaubt dem Befestigungsmuster 38, welches aus gepressten Erhöhungen und Mulden besteht, in die abschließende Platte einzugreifen, entweder in die abschließende Platte selbst oder vorzugsweise einem darauf vorgesehenen entsprechenden Befestigungsmuster. Auf diese Weise ist jedes Verbindungsmodul 33 unbeweglich an den Durchzügen der abschließenden Platten angeschlossen.
  • Der Zweck des Eingriffes ist, eine Flexibilität zwischen dem Rahmen und dem Stapel von Wärmetransferplatten zu erreichen, weil der Plattenstapel einer Längenänderung unterworfen ist, die nicht durch eine entsprechende Veränderung jeweils in der Rahmenplatte und der Druckplatte angepasst wird. Die Flexibilität wird auch durch die aufgeteilten Endplatten des Rahmens erleichtert.
  • Natürlich kann die Bereitstellung von Befestigungsmustern auf den zwei Endplatten des Rahmens und den jeweiligen abschließenden Platten auch in Verbindung mit der ersten, wie in 1 und 2 gezeigten, Ausführungsform angewendet werden.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht der Rahmenplatte entlang der Linie VI-VI in 3. Zwei Verbindungsmodule 33 sind gezeigt, die Durchzugsöffnungen 31 genauso wie Verbindungsrohre 32 besitzen. Die Verbindungsrohre 32 sind von unterschiedlichen Längen und sind an ihrem freien Ende mit einem ersten Flansch 36A versehen. Gleichermaßen sind die Enden der Verbindungsrohre 32 rund um die Abzugsöffnungen 31 der Rahmenlatte 3 mit einem zweiten Flansch 36B versehen. Die ersten Flansche 36A, Verbindungsrohre 32 und die zweiten Flansche 36B sind, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden, um eine Einheit zu bilden und besitzen ähnliche Korrosionseigenschaften.
  • Wie vorstehend angegeben ist eine Bolzenverbindung rund um den Plattenwärmetauscher angeordnet, um die zwei Endplatten des Rahmens zusammenzuhalten. Die innerhalb des Plattenwärmetauschers erzeugten Kräfte werden zu der Bolzenverbindung 37 über ein erstes und ein zweites Element 39, 40, das zwischen dem zweiten Flansch 36B und der Bolzenverbindung 37 angeordnet ist, übertragen.
  • 7 ist eine Seitenansicht eines Plattenwärmetauschers 7 mit der, wie in 3 gezeigten, Rahmenplatte und wie in 4 gezeigten Wärmetransferplatten 4. 7 zeigt deutlicher die Anordnung der Bolzenverbindung 37 rund um den Plattenwärmetauscher 7. Zusätzlich veranschaulicht
  • 8 die halbkreisförmige Verlängerung der Bolzenverbindung 37 rund um jede der Endplatten.
  • Um die Abnutzung zwischen den abschließenden Platten und den Endplatten des Rahmens zu absorbieren, ist ein Gleitelement 91 zwischen dem Stapel von Wärmetransferplatten 90 und der Endplatte angeordnet, wie in 9 gezeigt. Das Gleitelement 91 greift in die äußerste Wärmetransferplatte, die abschließende Endplatte 90a, mittels einem auf der Endplatte 90a und/oder auf dem Gleitelement 91 vorgesehenen Befestigungsmuster und ist gegen die Endplatte 3 gleitbar versetzbar. Dies bedeutet, dass die Endplatte 3, welche weniger abnutzungsempfindlich ist, die Abnutzung absorbieren wird.
  • 9 zeigt auch wie der Plattenstapel und das Verbindungsrohr 32 der Endplatte mittels eines Flansches 92 zusammen gehalten werden.
  • In Bezug auf Materialien bestehen die Wärmetransferplatten vorzugsweise aus gepresstem Blech, wohingegen die Endplatten, zum Beispiel, aus Karbonstahl bestehen können.
  • Es ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen innerhalb des Erfindungsbereiches, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, möglich sind. Zum Beispiel können die Segmente der in 1 und 3 gezeigten Rahmenplatte mehr als eine Abzugöffnung umfassen. In dem Fall, wo die Abzugsöffnungen nah zueinende positioniert sind, ist es möglich ein Segment mit mehr als einer, geeignet zwei, Abzugöffnungen auszustatten.
  • Außerdem können in einigen Fällen die Endplatten und die jeweiligen äußersten Wärmetransferplatten, die abschließenden Platten, durch eine dazwischen liegende Platte separiert werden. So ist direkter Eingriff zwischen den Endplatten und den abschließenden Platten nicht möglich, wie vorstehend in Verbindung mit den Befestigungsmustern von 5 beschrieben; stattdessen greifen die Platten über die dazwischen liegende Platte ein.
  • Überdies kann Eingriff zwischen den Endplatten und der abschließenden Platte/dazwischen liegenden Platte oder zwischen der abschließenden Platte und dem Gleitelement mittels des vorstehend beschriebenen Befestigungsmusters gänzlich oder teilweise durch erhöhte Reibung zwischen den Platten ersetzt werden. Die erhöhte Reibung kann, zum Beispiel, durch Ausstatten der Platten mit reibungsfördernden Oberflächen erreicht werden.

Claims (7)

  1. Plattenwärmetauscher, der zwei Endplatten (1; 3), von welchen mindestens eine mit einer Anzahl von Abzugsöffnungen (11; 31) zur Ermöglichung des Einströmens und Ausströmens einer Anzahl von Wärmeaustauschfluiden ausgestattet ist, und eine Anzahl von sich zwischen den Endlatten befindlichen und festgeklemmten Wärmetransferplatten (2; 4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Endplatten (1; 3) zwei individuelle, in der Endplattenfläche relativ versetzbare Segmente (10; 30) umfasst.
  2. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei jedes Segment (10; 30) eine Abzugöffnung (11; 31) umfasst.
  3. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Abzugöffnungen (31) auf der Endplatte (3) entlang der gleichen geometrischen Mittellinie positioniert sind.
  4. Plattenwärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei eine Oberfläche (38) mit erhöhter Reibung auf mindestens einem der Segmente (10; 30) der Endplatte und/oder auf einer angrenzenden Platte (2, 4) angeordnet ist.
  5. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 4, wobei die erhöhte Reibung mittels eines Befestigungsmusters erreicht wird, das rund um die Abzugöffnung (11; 31) in einem der Segmente (10; 30) der Endplatte angeordnet ist.
  6. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 5, wobei die an die Endplatte (3) grenzende Platte mit einem Befestigungsmuster entsprechend dem Befestigungsmuster (38) auf der Endplatte (3) zum Erhalten eines Eingriffs zwischen diesen ausgestattet ist.
  7. Plattenwärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1–6, wobei ein Gleitelement (91) zwischen den Wärmetransferplatten (2; 4) und einer angrenzenden Endplatte (1; 3) angeordnet ist, wobei das Gleitelement (91) zum Eingriff in eine angrenzende Wärmetransferplatte (2; 4) und zum gleitbaren Versetzen gegenüber der angrenzenden Endplatte (1; 3) angepasst ist.
DE60217492T 2001-07-09 2002-06-04 Plattenwärmetauscher Expired - Lifetime DE60217492T2 (de)

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