DE69409647T2

DE69409647T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69409647T2
Application number: DE69409647T
Authority: DE
Inventors: Jarl Andersson; Jan-Ove Bergqvist
Original assignee: Alfa Laval Thermal AB
Current assignee: Alfa Laval Thermal AB
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: AU7087594A; CA2164952A1; SE9302136D0; DE69409647D1; TW293084B; SE502984C2; JPH08511863A; SE9302136L; CA2164952C; JP3487601B2; DK0702777T3; WO1995000810A1; EP0702777A1; EP0702777B1; MY112096A; US5924484A; CN1127548A; AU686184B2; CN1099579C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Paket von Wärmetauschplatten, das mit Zulauf-Durchgangsöffnungen, die einen durch das Paket verlaufenden Zulaufkanal bilden, und zwischen den Wärmetauschplatten angeordneten Dichteinrichtungen versehen ist, die zusammen mit den Wärmetauschplatten in jedem zweiten Plattenzwischenraum einen ersten Strömungskanal für ein Fluid und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen einen zweiten Strömungskanal für ein Heizmedium bilden, wobei der Zulaufkanal mit jedem ersten Strömungskanal jeweils über mindestens einen Zulaufkanal in Strömungsverbindung steht und gegen die zweiten Strömungskanäle durch Dichteinrichtungen gesperrt ist, die sich in einem ersten Dichtbereich um die jeweilige Zulauföffnung herum angeordnet befinden.
Sowohl zerlegbare als auch permanent zusammengesetzte herkömmliche Plattenwärmetauscher sind normalerweise mit gleichgroßen Zu- und Abläufen für die Wärmetauschfluide ausgeführt. Für den einphasigen Wärmetausch sind gleichgroße Zu- und Abläufe hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckabfalls zufriedenstellend, da das spezifische Volumen der Fluide sich bei den verschiedenen Temperaturen, denen das Medium während des Wärmetauschs ausgesetzt ist, nicht wesentlich ändert.
Beim zweiphasigen Wärmetausch - bspw. bei der Konzentration oder Verdampfung - strömt das Fluid als Flüssigkeit zu und als ein Gas ab, das ein erheblich größeres spezifisches Volumen als die Flüssigkeit hat; die Strömungsgeschwindigkeit und der Druckabfall im Ablauf sind also größer als im Zulauf. Bei gleichgroßen Zu- und Abläufen tritt daher zwischen den verschiedenen Kanälen im für den zweiphasigen Wärmetausch eingesetzten Plattenwärmetauscher ein Unleichgewicht auf.
Um dieses Problem zu vermeiden, schlägt die SE-Patentanmeldung 8702608-4 einen Plattenwärmetauscher der oben genannten Art vor, bei dem ein Zulauf zwischen zwei aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten eine Verengung enthält, um eine Gleichverteilung des zulaufenden Fluids zu erreichen. Bei der Verengungseinrichtung kann es sich um einen Ring oder eine Scheibe mit einer Durchgangsöffnung handeln, der bzw. die zwischen einem Paar aneinandergrenzender Wärmetauschplatten angeordnet ist. Es kann sich auch um ein Rohr mit mehreren Löchern im Zulauf zum Plattenwärmetauscher handeln. Alternativ ist vorgeschlagen worden, die Verengungseinrichtung in den Wärmetauschplatten selbst auszubilden, indem die Kanten der Öffnungen von zwei aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten unter Belassung einer kurzen Strecke, die eine Öffnung bilden soll, aufeinander umgefaltet werden.
Die oben erwähnten Verengungseinrichtungen haben sich nicht als befriedigend erwiesen. Probleme sind bei der Fertigung des Plattenwärmetauschers aufgetreten. Der Einsatz separater Ringe oder Scheiben hat sich als zu teuer herausgestellt und es war schwierig, sie beim Zusammenbau in die Sollposition zu bringen. Eine Verengungseinrichtung in Rohrform muß an die Anzahl der Wärmetauschplatten im Wärmetauscher angepaßt und in die richtige Zuordnung zu den Zulaufkanälen zwischen den Wärmetauschplatten gebracht werden. Das vorgeschlagene Umfalten der Öffnungskanten hat sich als nicht praktikabel erwiesen, da die Wärmetauschplatten aus dünnem Blech hergestellt werden und es schwierig war, eine definierte Öffnung zu den Plattenzwischenräumen zu erhalten.
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile der bekannten Plattenwärmetauscher zu vermeiden und einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem sich definierte Öffnungen erreichen lassen, um das zulaufende Fluid zu drosseln, wobei die Wärmetauschplatten des Plattenwärmetauschers so ausgebildet sind, daß die Drosselung sich bei der Fertigung und dem Zusammenbau des Wärmetauschers kostengünstig erreichen läßt.
Diese Ziele lassen sich mit der vorliegenden Erfindung erreichen, die hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, daß die den ersten Strömungskanal bildenden Wärmetauschplatten in einem zweiten Dichtbereich in Verbindung mit den zugehörigen Zulauföffnungen im wesentlichen dicht abschließend flächig aufeinanderliegen und daß der Zulaufkanal von mindestens einer der Wärmetauschplatten zwischen dem ersten Dichtbereich und der Zulauföffnung dieser Wärmetauschplatte umgrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Notwendigkeit zusätzlicher Bauteile. Durch Aufnahme der Verengungseinrichtung in die Ausgestaltung der Platten selbst kann deren Gestalt je nach dem Drosselungsbedarf geändert werden. Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß eine erfindungsgemäß konstruierte Wärmetauschplatte sich auch für andere Zwecke als die der Verdampfung einsetzen läßt; d.h. durch Einbringen einer Öffnung mit größerem Durchmesser erhält man eine herkömmliche Wärmetauschplatte ohne Verengungseinrichtung. Daher lassen sich vorhandene Preßwerkzeuge so abändern, daß der Hauptteil der Wärmetauschplatten bekannter Art durch einfaches Stanzen entweder für Verdampfungsaufgaben oder für den herkömmlichen einphasigen Wärmetausch einsetzbar werden. Zum Pressen von Wärmetauschplatten für Verdampfungsaufgaben braucht kein zusätzliches Preßwerkzeug erstellt zu werden, so daß der Zusatzaufwand für die Fertigung solcher Platten gegenüber bekannten Konstruktionen sehr niedrig wird.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Perspektivdarstellung eines Plattenwärmetauschers;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen herkömmlichen Plattenwärmetauscher in der Ebene A-A der Fig.1;
Fig. 3 ist ein Teilschnitt durch einen Plattenwärmetauscher nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung in der Ebene A-A der Fig. 1;
Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch einen Plattenwärmetauscher nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Ebene A-A der Fig. 1;
Fig. 5 zeigt einen Teil einer Wärmetauschplatte im Plattenwärmetauscher der Fig. 4;
Fig. 6 zeigt einen Teil einer Wärmetauschplatte in einer zusätzlichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers; und
Fig. 7 zeigt einen Schnitt in der Ebene B-B der Fig. 6.
In der Fig. list ein Plattenwärmetauscher 1 gezeigt, der ein Paket aus Wärmetauschplatten 2 und den äußeren Deckplatten 3, 4 auf der Ober- bzw. der Unterseite des Pakets aufweist. Der Plattenwärmetauscher 1 hat einen ersten und einen zweiten Zulauf 5, 6 sowie einen ersten und einen zweiten Ablauf 7, 8 für zwei Wärmetauschfluide.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Plattenwärmetauscher der Fig. 1 entlang desjenigen Teildes des Wärmetauschers, in dem sich das zweite Zulaufrohr 6 und das erste Ablaufrohr 7 befinden.
Der Plattenwärmetauscher 1 weist zehn Wärmetauschplatten 2 auf, die zwischen der oberen äußeren Deckplatte 4 und der unteren äußeren Deckplatte 3 aufeinander angeordnet sind. Die Anzahl der Wärmetauschplatten 2 des Wärmetauschers läßt sich je nach dessen Sollkapazität ändern.
Die Wärmetauschplatten 2 sind mit Durchgangsöffnungen 9, 10 ausgeführt. Die Öffnungen 9, 10 liegen dabei auf einer Linie miteinander, so daß die Öffnungen 9 einen Zulaufkanal und die Öffnungen 10 einen Ablaufkanal bilden, die jeweils durch das ganze Paket hindurchverlaufen. Beide Kanäle sind nach unten durch die Deckplatte 3 begrenzt. Am oberen Ende sind der Zulaufkanal 11 mit dem Zulaufrohr 6 und der Ablaufkanal 12 mit dem Ablaufrohr 7 verbunden.
Der Plattenwärmetauscher 1 ist auf herkömmliche Weise zwischen den Wärmetauschplatten 2 mit Dichteinrichtungen versehen, die zusammen mit den jeweiligen Wärmetauschplatten in jedem zweiten Plattenzwischenraum einen ersten Strömungskanal 13 für ein Fluid und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen zweite Strömungskanäle für ein Heizfluid bilden.
Die Wärmetauschplatten 2 sind vorzugsweise mit einer Wellung in Form paralleler Rippen 14 versehen, die in zwei aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten 2 einander kreuzend angeordnet sind.
Der erste Strömungskanal 13 ist mittels mindestens eines Zulaufkanals 15 zwischen den Öffnungen 9 von zwei aufeinanderliegenden Wärmetauschplatten 2 mit dem Zulaufkanal 11 verbunden.
Der Plattenwärmetauscher weist vorzugsweise rechteckige Wärmetauschplatten 2 auf, aber andere Formen - bspw. runde Wärmetauschplatten - sind denkbar.
Der Plattenwärmetauscher ist für jedes der beiden Wärmetauschfluide mit einem Zulaufkanal 11 und einem Ablaufkanal 12 versehen, welche Zu- und Ablaufkanäle in den Endbereichen der Wärmetauschplatten 2 liegen. Natürlich kann ein Plattenwärmetauscher mit mehreren Zu- und Ablaufkanälen versehen sein; die Gestalt und der Ort der Kanäle lassen sich frei wählen.
Der Plattenwärmetauscher kann entweder zerlegbar oder durch Löten, Verkleben oder Schweißen permanent zusammengesetzt werden. Beim Verlöten wird eine geeignete Anzahl von Wärmetauschplatten mit einem Lot in Form dünner Blätter zwischen aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten gestapelt und dann das gesamte Paket in einem Ofen erwärmt, bis das Lot schmilzt. Beim Zusammenbauen zerlegbarer Plattenwärmetauscher wird eine geeignete Anzahl von Platten unter Zwischenlage von Dichteinrichtungen wie Gummiringen oder dergl. gestapelt und dann das gesamte Paket mit Bolzen oder dergl. (nicht gezeigt) verspannt.
Die Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, in der gegenüber der Darstellung der Fig. 2 die Wärmetauschplatten 2 mit einer Kontraktion des Zulaufkanals 11 für das Fluid versehen ist. Die Öffnung 9 hat also einen kleineren Durchmesser und das Plattenmaterial um die Öffnung 9 herum ist so geformt, daß die Wärmetauschplatten 2 entlang der Kante der Öffnung 9 dicht aufeinanderliegen.
Die Wärmetauschplatten 2 haben also sowohl einen ersten äußeren Dichtbereich 17 als auch einen zweiten inneren Dichtbereich 16, die zweite bzw. erste Strömungskanäle verschließen. Der zweite Dichtbereich 16 verläuft um die Zulauföffnungen 9 herum und ist im wesentlichen rechtwinklig zum und längs mit dem Zulaufkanal. Natürlich kann dieser zweite Dichtbereich 16 auch schräg zur Längsrichtung des Zulaufkanals 11 gerichtet sein. Die wesentliche Besonderheit der Erfindung ist, daß die Wärmetauschplatten 2 in diesem zweiten Dichtbereich 16 flächig aufeinanderliegen.
Um eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungskanal 13 und dem Zulaufkanal 11 herzustellen, sind Zulaufkanäle 15 als Loch 18 durch die Wärmetauschplatten ausgebildet. Die Anzahl der Löcher 18 und ihre Größe lassen sich einer gewünschten Verengung des Zulaufkanals anpassen. Die Löcher 18 lassen sich in einer von zwei aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten 2 oder auch in beiden anordnen. Die Verteilung der Löcher 18 um die Öffnung 9 herum kann abhängig von den gewünschten Strömungseigenschaften geändert werden, desgl. die Verteilung in verschiedenen Plattenzwischenräumen entlang des Plattenwärmetauschers.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es so möglich, für die Löcher eine geeignete Größe zu wählen und dadurch einen definierten Zulaufkanal zur Drosselung des zulaufendem Fluids zu erreichen. Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Zulaufkanal 15 durch mindestens eine der Wärmetauschplatten 2 zwischen dem ersten Dichtbereich 17 und der Öffnung 9 der Wärmetauschplatte 2 begrenzt ist.
Da die Wärmetauschplatten des Wärmetauschers so ausgeführt sind, daß die Verengung in die Platten integriert ist, sind der Fertigungs- und der Zusammenbauaufwand für den Plattenwärmetauscher gering.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in der - im Vergleich zur Darstellung in der Fig. 2 - die Wärmetauschplatten 2 gleichermaßen mit einer Kontraktion des Zulaufkanals 11 für Fluid ausgeführt sind. Um die Öffnung 9 herum sind ein im wesentlichen flacher ringförmiger zweiter Dichtbereich 16 und ein erster Dichtbereich 17 vorgesehen, in denen die Wärmetauschplatten 2 dicht aufeinander liegen.
Innerhalb und außerhalb des zweiten Dichtbereichs 16 befindet sich eine Anzahl von Vorsprüngen 19 bzw. 20. Diese Vorsprünge 19, 20 verlaufen von einer unteren zu einer oberen Abschlußebene der Wärmetauschplatten 2. Dabei liegen die Vorsprünge 19, 20 der einen Platten an den Vorsprüngen 19, 20 der anderen Platten an. Die aneinanderliegenden Vorsprünge bilden eine Verbindungseinrichtung, die die Öffnungsbereiche der beiden Wärmetauschplatten entlang des Zulaufkanals 11 zusammenhält.
Zwischen den Vorsprüngen 19, 20 ist mindestens ein Kanal 21 mit dem ersten Strömungskanal 13 zwischen den Wärmetauschplatten 2 verbunden. Der Kanal 21 wird durch einen Vorsprung der Platte im zweiten Dichtbereich 16 gebildet. Dieser Vorsprung läßt sich so herstellen, daß der Kanal 21 in den Vorsprung 19 ausgibt, er kann aber auch in den Raum zwischen nebeneinanderliegenden Vorsprüngen 19 ausgeben. Natürlich kann ein solcher Kanal 21 auch in den Wärmetauschplatten der in der Fig. 3 gezeigten Art ausgebildet sein, die keine Vorsprünge 19 enthalten.
Der Boden des Kanals 21 liegt zwischen der unteren und der oberen Abschlußebene der Wärmetauschplatten 2. Durch Variieren der Lage des Bodens oder der Breite läßt sich die Größe des Kanals 21 der gewünschten Verengung des Zulaufkanals 15 anpassen.
Der Kanal 21 läßt sich in einer oder in beiden von zwei aneinandergrenzenden Wärmetauschplatten 2 vorsehen. Die Anzahl der Kanäle 21 und ihre Verteilung können auf die oben anhand der Fig. 3 beschriebene Weise ausgeführt sein.
Die Fig. 5 zeigt eine gestrichelte Linie 22, entlang der die Öffnung 9 der Wärmetauschplatte 2 ausgeschnitten oder ausgestanzt werden kann, um eine herkömmliche Wärmetauschplatte zu erhalten.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die für einen teilweise zerlegbaren Plattenwärmetauscher gedacht ist. Sie weist eine Schweißnaht entlang des zweiten Dichtbereichs 16 sowie eine Gummidichtung 23 zwischen zwei aneinandergrenzenden Paaren von Wärmetauschplatten auf. Die Gummidichtung 23 liegt in einer Nut 24 um die Öffnung 9, die dem oben erwähnten ersten Dichtbereich entspricht.
Der Zulaufkanal 15 liegt als Kombination der Löcher 18 und eines Kanals 25 zwischen den Vorsprüngen 19 vor. Das verschweißte Paar von Wärmetauschplatten hat eine weitere Schweißnaht entlang eines Dichtbereichs 26, der sich an den Plattenkanten befindet. Auch diese Wärmetauschplatten lassen sich entlang der Linie ausschneiden oder -stanzen, um herkömmliche Wärmetauschplatten zu erhalten.

Claims

1. Plattenwärmetauscher mit einem Paket aus Wärmetauschplatten (2), die mit Zulauf-Durchgangsöffnungen (9) versehen sind, die einen durch das Paket verlaufenden Zulauf (11) bilden, und mit zwischen den Wärmetauschplatten (2) angeordneten Dichteinrichtungen, die zusammen mit den Wärmetauschplatten (2) in jedem zweiten Plattenzwischenraum einen ersten Strömungskanal (13) für ein Fluid und in den übrigen Plattenzwischenräumen einen zweiten Strömungskanal für ein Heizfluid bilden, wobei die Zuläufe (11) mit jedem ersten Strömungskanal (13) über mindestens einen Zulaufkanal (15) in Verbindung stehen und gegen jeden zweiten Strömungskanal durch die Dichteinrichtung abgesperrt sind, die sich in einem ersten Dichtbereich (17, 24) um die zugehörige Zulauföffnung (9) herum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Strömungskanal (13) bildenden Wärmetauchplatten (2) in einem zweiten Dichtbereich (16) im wesentlichen dicht abschließend aufeinanderliegen, der mit den jeweiligen Zulauföffnungen (9) verbunden ist, und daß der Zulaufkanal (15) von mindestens einer der Wärmetauschplatten (2) zwischen dem ersten Dichtbereich (17, 24) und der Zulauföffnung (9) dieser Wärmetauschplatte (2) umgrenzt ist.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal (15) von einem oder mehreren Löchern (18) in mindestens einer von zwei aneinanderliegenden Wärmetauschplatten (2) gebildet wird, die den ersten Strömungskanal (13) bilden.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufkanal (15) von einer oder mehreren Leitungen (21) gebildet wird, die durch den zweiten Dichtbereich (16) von zwei aneinanderliegenden Wärmetauschplatten (2) verlaufen, die den ersten Strömungskanal (13) bilden.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtbereich (16) sich in einer zur Länge des Zulaufkanals (11) im wesentlichen rechtwinkligen Ebene erstreckt.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtbereich (16) schräg zur Länge des Zulaufkanals (11) verläuft.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß - in einer zur Längsrichtung querliegenden Ebene gesehen - der zweite Dichtbereich (16) vom ersten Dichtbereich (17, 24) umschlossen wird.

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß - in der genannten Ebene gesehen - der Zulaufkanal (15) zwischen dem ersten Dichtbereich (17, 24) und dem zweiten Dichtbereich (16) liegt.