DE69903895T2

DE69903895T2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE69903895T2
Application number: DE69903895T
Authority: DE
Inventors: Lars Persson
Original assignee: COMPACT PLATE MALMOE AB
Current assignee: Aice Malmoe Se AB
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1999-08-14
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2019-08-15
Also published as: SE521377C2; SE9802972L; EP0984239A2; DE69903895D1; US6164372A; ATE227833T1; EP0984239B1; EP0984239A3; SE9802972D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher des Kreuzströmungstyps für den Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Medien, wovon das erste ein Gas und das zweite ein Fluid ist, wobei der Plattenwärmetauscher Platten mit langgestreckten Riffelungsstegen, die in verschiedene, wechselnde Richtungen vorstehen, umfaßt, wobei der Plattenwärmetauscher Durchflußspalte für das Gas und Durchflußspalte für das Fluid besitzt, wobei sich die Durchflußspalte durch den Plattenwärmetauscher relativ zueinander über Kreuz erstrecken, so daß das Gas und das Fluid relativ zueinander über Kreuz durch den Plattenwärmetauscher strömen, wobei jede Platte eine Trennwand zwischen zwei verschiedenen Durchflußspalten für Gas bzw. Fluid definiert, so dass die Wärmeübertragung zwischen den Medien Gas bzw. Fluid durch die Platte erfolgt, wobei die Riffelungsstege jeder Platte zwischen zwei Ebenen positioniert sind, wobei jede Platte zwei gegenüberliegende Kantenabschnitte, die in einer der Ebenen vorgesehen sind, sowie zwei weitere gegenüberliegende Kantenabschnitte, die mit Fluidübertragungsöffnungen versehen sind und in der anderen Ebene vorgesehen sind, besitzt, wobei die Fluidübertragungsöffnungen der beiden weiteren Kantenabschnitte jeder Platte für die Übertragung des zweiten Fluids zwischen Fluidübertragungskammern vorgesehen sind, die durch die Platten gebildet sind und durch die das zweite Fluid zu und von den Durchflußspalten für das zweite Fluid übertragen wird, und wobei die Riffelungsstege in bezug auf die Kantenabschnitte geneigt oder schräg angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher des obenerwähnten Kreuzströmungstyps sind z. B. bereits aus US-A-5467817 bekannt. Ähnliche Wärmetauscher sind auch aus US-A-2 288 061 und CH-A-588 672 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Plattenwärmetauscher des oben definierten Typs zu verbessern, wobei dies erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß der Plattenwärmetauscher im wesentlichen mit den kennzeichnenden Merkmalen des nachstehenden Anspruchs 1 versehen ist.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher weist u. a. die folgenden Vorteile auf:
1) da die Riffelungsstege einander kreuzen und in bezug auf die Kantenabschnitte geneigt sind, wird in den Durchflußspalten eine starke Turbulenz erzeugt, was vorteilhaft ist,
2) da die Einlaß- und Auslaßspalte im wesentlichen die gleiche Höhe wie die Durchflußspalte haben, wenn die Platten zusammengefügt sind, wird eine Einschränkung des Flusses an den Einlassen und Auslässen der Durchflußspalte vermieden,
3) da die Riffelungsstege und die Stirnwände in verschiedenen Platten in verschiedenen Richtungen zueinander positioniert sind, können die Platten gemeinsam eine einfache und starre Konstruktion bilden.
4) da die Kantenabschnitte, die Riffelungsstege und die Stirnwände durch Schweißen miteinander verbunden sind, kann die Fertigungszeit verkürzt und eine ausgezeichnete Dichtheit und Starrheit erhalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben, wobei Bezug auf die begleitende Zeichnung genommen wird, worin
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher ist;
Fig. 2 eine Draufsicht einer ersten Platte ist, die einen Teil des Plattenwärmetauschers von Fig. 1 bildet;
Fig. 3 eine Draufsicht einer zweiten Platte ist, die einen Teil des Plattenwärmetauschers von Fig. 1 bildet;
Fig. 4 Schnitte X-X und Y-Y von Platten zeigt, die einen Teil des Plattenwärmetauschers von Fig. 2 und Fig. 3 bilden;
Fig. 5 drei Platten von Fig. 4 zeigt, die zusammengefügt sind;
Fig. 6 ein Schnitt durch die Platte von Fig. 2 ist; und
Fig. 7 Flüsse des Mediums durch Durchflußkanäle zwischen zwei benachbarten Platten im Plattenwärmetauscher von Fig. 1 schematisch zeigt.
Der in den Zeichnungen gezeigte Plattenwärmetauscher ist vom Kreuzströmungstyp für den Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Medien, wovon das erste ein Gas G und das zweite ein Fluid V ist. Dieser Plattenwärmetauscher kann quadratisch geformt sein, wie in der Zeichnung gezeigt ist, oder rechteckig sein. Wenn der Plattenwärmetauscher rechteckig ist, kann Fluid durch einen Pfad strömen, der wesentlich länger als der des Gases ist, wodurch die Funktion des Plattenwärmetauschers maximiert werden kann. Dieser Plattenwärmetauscher umfaßt einen Plattenstapel 1, unter dem sich eine untere Platte 2 befinden kann und auf dem sich eine obere Platte 3 befinden kann.
Der Plattenstapel 1 umfaßt Platten 8a, 8b, die gemeinsam Durchflußspalte 9 und 10 definieren, wovon sich jeder zweite Durchflußspalt 9 durch den Plattenwärmetauscher erstreckt und so beschaffen ist, daß er Gas G durchläßt. Die verbleibenden Durchflußspalte 10 erstrecken sich relativ zu den Durchflußspalten 9 über Kreuz und sind so beschaffen, daß sie den Durchgang von Fluid V ermöglichen.
Jede Platte 8a bzw. 8b besitzt langgestreckte Riffelungsstege 15, die langgestreckte Durchflußkanäle 16a, 16b für den Durchfluß eines Mediums G oder V auf einer Seite einer Platte 8a bzw. 8b und für den Durchfluß des anderen Mediums V oder G auf der anderen Seite der Platte 8a bzw. 8b bilden.
Die Riffelungsstege 15 jeder ersten Platte 8a sind mit den Riffelungsstegen 15 der zweiten Platte 8b verbunden.
Jede Platte 8a bzw. 8b ist mit gegenüberliegenden Kantenabschnitten 11, 12 versehen. Die Platten 8a sind außerdem mit gegenüberliegenden Kantenabschnitten 13, 13a versehen, während die Platten 8b zusätzlich mit Kantenabschnitten 14, 14a versehen sind.
Die Platten 8a, 8b im Stapel 1 sind so positioniert, daß sich ihre Riffelungsstege 15 überkreuzen.
Die erste und die zweite Platte 8a, 8b besitzen zwei erste gegenüberliegende Kantenabschnitte 11, 12, die an zwei ersten gegenüberliegenden Seiten des Stapels 1 Einlaß- und Auslaßspalte 17, 18 definieren, durch die Gas G in die Durchflußspalte 9 für Gas G und aus diesen heraus strömen kann. Die Platte 8a besitzt zwei gegenüberliegende Kantenabschnitte 13, 13a, und die Platte 8b zwei gegenüberliegende Kantenabschnitte 14, 14a. An zwei weiteren gegenüberliegenden Seiten des Stapels 1 bilden die zuletzt erwähnten Kantenabschnitte Fluidübertragungskammern 21a, 21b, durch die Fluid V in Durchflußkanäle 16b für Fluid V und aus diesen heraus strömen kann.
Die Riffelungsstege 15 jeder Platte 8a, 8b sind miteinander verbunden. Jede Platte 8a bzw. 8b definiert eine Trennwand zwischen den Durchflußspalten 9 für Gas G und den Durchflußspalten 10 für Fluid V.
Jede erste und jede zweite Platte 8a bzw. 8b ist mit wenigsten einer Fluidübertragungsöffnung 13c bzw. 14c versehen, die in jedem der Kantenabschnitte 13, 13a bzw. 14, 14a positioniert ist. Diese Fluidübertragungsöffnungen 13c, 14c verbinden Fluidübertragungskammern 21a an einer Seite des Stapels 1 miteinander, so daß Fluid von wenigstens einem Fluideinlaß D in und durch die Fluidübertragungskammern 21a an einer Seite des Stapels 1 in die Durchflußspalte 10 und durch diese Spalte in Richtung R zu Fluidübertragungskammern 21b an der gegenüberliegenden Seite des Stapels 1 strömen kann.
Die Fluidübertragungsöffnungen 13c, 14c verbinden die Fluidübertragungskammern 21a miteinander, so dass Fluid V von den Durchflußspalten 10 in die Fluidübertragungskammern 21b hinein und durch diese Kammern 21b über einen Fluidauslaß E heraus strömen kann.
Die Platten 8a, 8b sind so positioniert, daß die Kantenabschnitte 13, 13a der ersten Platte 8a mit den Kantenabschnitten 14, 14a der anderen Platte 8b dicht verbunden ist, und die Fluidübertragungsöffnungen 13c, 14c dieser Kantenabschnitte ebenfalls miteinander verbunden sind.
Die obere Platte 3 oder ein anderes Verschlußelement ist am Ende des Stapels 1 in bezug auf den Fluideinlaß D und/oder den Fluidauslaß E positioniert, so daß das Fluid durch den Plattenwärmetauscher zirkuliert.
Die Kantenabschnitte 13, 13a bzw. 14, 14a der Platten 8a bzw. 8b sind mit Stirnwänden 13d, 13e bzw. 14d, 14e versehen. Diese Stirnwände verschließen die Fluidübertragungskammern 21a bzw. 21b von gegenüberliegenden Seiten des Stapels 1, und jede Stirnwand einer Platte 8a ist mit einer Stirnwand einer benachbarten Platte 8b dicht verbunden.
Die Riffelungsstege 15 jeder Platte 8a bzw. 8b erstrecken sich zwischen zwei Ebenen P1 und P2, so daß äußere Abschnitte 15a jedes zweiten Riffelungsstegs 15 in der ersten Ebene P1 liegen und äußere Abschnitte 15a von dazwischenliegenden Riffelungsstegen 15 in der zweiten Ebene P2 liegen. Die äußeren Abschnitte 15a der Riffelungsstege 15 der einen Platten 8a sind punktweise mit den äußeren Abschnitten 15a der Riffelungsstege 15 der anderen Platten 8b verbunden.
Die ersten gegenüberliegenden Kantenabschnitte 11, 12 jeder Platte 8a, 8b sind in der ersten Ebene P1 positioniert. Die anderen gegenüberliegenden Kantenabschnitte 13, 13a einer ersten Platte 8a sind in der zweiten Ebene P2 positioniert, und die zwei weiteren gegenüberliegenden Kantenabschnitte 14, 14a einer zweiten Platte 8a sind in der zweiten Ebene P2 positioniert.
Der Abstand zwischen den Ebenen P1 und P2 der Platte 8a ist A und der Abstand zwischen den Ebenen P1 und P2 ist A1.
Die ersten und die zweiten Platten 8a, 8b sind relativ zueinander so positioniert, daß die in den ersten Ebenen P1 positionierten Kantenabschnitte 11, 12 in einem Abstand A + A1 positioniert sind, und die Kantenabschnitte 13, 13a, 14, 14a in den anderen Ebenen P2 miteinander verbunden sind.
Der Abstand A zwischen den Ebenen P1, P2 einer ersten Platte 8a kann gleich dem Abstand A1 zwischen den Ebenen P1, P2 einer zweiten Platte 8b sein, jedoch können die Abstände A, A1, alternativ dazu, unterschiedlich sein.
Die Stirnwände 13d, 13e der Platte 8a sind auf der gleichen Seite der Ebene P2 wie die Riffelungsstege 15 positioniert, jedoch sind die Stirnwände 14d, 14e und die Riffelungsstege 15 der Platte 8b auf verschiedenen Seiten der Ebene P2 positioniert.
Die Stirnwände 13d, 13e der Platten 8a sind mit den Stirnwänden 14d, 14e der Platten 8b verbunden.
Wie in den Figuren gezeigt ist, gibt es keine getrennten Fluidübertragungskammern außerhalb des Stapels 1, jedoch bildet statt dessen die Platte 8a, 8b solche Kammern 21a, 21b aus.
Die ersten Platten 8a des Stapels können die gleiche Form besitzen, wobei die anderen Platten 8b ebenfalls völlig gleich sein können. Außerdem können die ersten und die zweiten Platten, abgesehen davon, daß die Stirnwände 13, 13e bzw. 14d, 14e in verschiedenen Richtungen positioniert sind, die gleiche Form haben.
Die Winkel α der Riffelungsstege relativ zu den Einlaßspalten 17 für das Fluid V, für das die Wärmeübertragung im Plattenwärmetauscher maximiert werden soll, können kleiner sein als die Winkel β der Riffelungsstege 15 relativ zu den Einlaßspalten 17 für das Gas G, für das der Widerstand in dem Plattenwärmetauscher minimiert werden soll.
Die Platten 8a, 8b sind einteilig aus einem metallischen Material gefertigt, ihre Kantenabschnitte 11, 12, 13, 13a, 14 und 14a, ihre Riffelungsstege 15 und ihre Stirnwände 13a, 13e, 14d, und 14e sind durch Schweißen, z. B. durch Vakuumschweißen, miteinander verbunden sind. Das Schweißen kann ausgeführt werden, indem ein für das Schweißen geeignetes Material zwischen die Platten 8a, 8b eingeführt wird und der Plattenwärmetauscher anschließend in eine Heizvorrichtung gebracht wird, in der das Schweißmaterial geschmolzen wird. Wenn der Plattenwärmetauscher aus der Heizvorrichtung herausgenommen ist und sich das geschmolzene Schweißmaterial abgekühlt hat, wird das Schweißlot geschlichtet, worauf der Plattenwärmetauscher dicht und starr ist.
Abschließend sei erwähnt, daß die Ausführungsformen des obenbeschriebenen Plattenwärmetauschers im Umfang der folgenden Ansprüche variieren können.

Claims

1. Plattenwärmetauscher des Kreuzströmungstyps für den Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Medien, wovon das erste ein Gas und das zweite ein Fluid ist,

wobei der Plattenwärmetauscher Platten (8a, 8b) mit langgestreckten und in verschiedene, wechselnde Richtungen vorstehenden Riffelungsstegen (15) umfasst,

wobei der Plattenwärmetauscher Durchflussspalte (9) für das Gas (G) und Durchflussspalte (10) für das Fluid (V) besitzt,

wobei sich die Durchflussspalte (9, 10) durch den Plattenwärmetauscher relativ zueinander über Kreuz erstrecken, so dass das Gas (G) und das Fluid (V) relativ zueinander über Kreuz durch den Plattenwärmetauscher strömen,

wobei jede Platte (8a bzw. 8b) eine Trennwand zwischen zwei verschiedenen Durchflussspalten (9, 10) für Gas (G) bzw. Fluid (V) definiert, so dass die Wärmeübertragung zwischen den Medien Gas (G) bzw. Fluid (V) durch die Platte (8a bzw. 8b) erfolgt,

wobei die Riffelungsstege (15) jeder Platte zwischen zwei Ebenen (P1, P2) positioniert sind,

wobei jede Platte (8a, 8b) zwei gegenüberliegende Kantenabschnitte (11, 12), die in einer der Ebenen (P 1) vorgesehen sind, sowie zwei weitere gegenüberliegende Kantenabschnitte (13, 13a bzw. 14, 14a), die mit Fluidübertragungsöffnungen (13c bzw. 14c) versehen sind und in der anderen Ebene (P2) vorgesehen sind, besitzt,

wobei die Fluidübertragungsöffnungen (13c bzw. 14c) der beiden weiteren Kantenabschnitte jeder Platte für die Übertragung des zweiten Fluids (V) zwischen Fluidübertragungskammern (21a, 21b) vorgesehen sind, die durch die Platten (8a, 8b) gebildet sind und durch die das zweite Fluid (V) zu und von den Durchflussspalten (10) für das zweite Fluid (V) übertragen wird, und

wobei die Riffelungsstege (15) in bezug auf die Kantenabschnitte geneigt oder schräg angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine von je zwei benachbarten Platten (8a, 8b) an gegenüberliegenden Kantenabschnitten (13, 13a), die Fluidübertragungsöffnungen (13c) enthalten, mit Stirnwänden (13d, 13e) versehen ist, wobei die Stirnwände (13d, 13e) und die Riffelungsstege (15) der einen Platte (8a) relativ zueinander auf derselben Seite der Ebene (P2) positioniert sind, in der die Kantenabschnitte (13, 13a) vorgesehen sind,

dass die andere Platte (8b) der benachbarten Platten (8a, 8b) an gegenüberliegenden Kantenabschnitten (14, 14a), die Fluidübertragungsöffnungen (14c) enthalten, mit Stirnwänden (14d, 14e) versehen ist, wobei die Stirnwände (14d, 14e) und die Riffelungsstege (15) der anderen Platte (8b) relativ zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene (P2) positioniert sind, in der die Kantenabschnitte (13, 13a) vorgesehen sind,

dass die benachbarten Platten (8a, 8b) relativ zueinander in der Weise angebracht sind, dass zwei Kantenabschnitte (13, 13a) einer Platte (8a), die Fluidübertragungsöffnungen (13c) enthalten und in der einen der Ebenen (P2) vorgesehen sind, mit zwei Kantenabschnitten (14, 14a) der anderen Platte (8b), die Fluidübertragungsöffnungen (14c) enthalten und sich in derselben Ebene (P2) befinden, verbunden sind, während sich zwei Kantenabschnitte (11, 12) der einen Platte (8a), die in der anderen der Ebenen (P1) vorgesehen sind, in einem Abstand von zwei Kantenabschnitten (11, 12) der anderen Platte (8b), die in der anderen Ebene (P1) vorgesehen sind, befinden, wobei die beiden Kantenabschnitte (11, 12), die sich in einem Abstand voneinander befinden, Einlass- und Auslassspalte (17, 18) in einen bzw. aus einem Durchflussspalt (9) für Gas (G), der zwischen den Platten (8a, 8b) definiert ist, definieren, wobei die Einlass- und Auslassspalte (17, 18) im wesentlichen die gleiche Höhe (A + A1) wie der Durchflussspalt (9) für Gas (G) besitzt,

dass die benachbarten Platten (8a, 8b) in der Weise angebracht sind, dass die Riffelungsstege (15), die in bezug auf Kantenabschnitte (11-14) geneigt sind, einander kreuzen und miteinander verbunden sind,

dass die Stirnwände (13d, 13e, 14d, 14e) der benachbarten Platten (8a, 8b) miteinander verbunden sind und

dass die Kantenabschnitte (11, 12, 13, 13c, 14, 14c), die Riffelungsstege (15) und die Stirnwände (13d, 13e, 14d, 14e) zweier benachbarter Platten (8a, 8b) durch Schweißen miteinander verbunden sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Platten (8a) völlig gleich sind und zweite Platten (8b) völlig gleich sind.

3. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Platten (8a, 8b) mit Ausnahme unterschiedlicher Positionen der Stirnwände (13d, 13e) völlig gleich sind.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α) der Riffelungsstege (15) relativ zu Kantenabschnitten (13, 13a) an Fluidübertragungskammern (21a, 21b) für das zweite Fluid (V), für das die Wärmeübertragung im Plattenwärmetauscher maximiert werden soll, kleiner sind als die Winkel (β) der Riffelungsstege (15) relativ zu Kantenabschnitten (11) an Einlassspalten (17) für das Gas (G), für das der Widerstand in dem Plattenwärmetauscher minimiert werden soll.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riffelungsstege (15) punktweise miteinander in Eingriff sind und an den Eingriff- oder Kontaktpunkten miteinander verbunden sind.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verschlusselement, z. B. eine obere Platte (3), vorgesehen ist, um die Fluidübertragungsöffnungen (13e oder 14c) einer solchen Platte (8a oder 8b), die an einem Ende des Plattenwärmetauschers positioniert ist, zu verschließen.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenabschnitte (11, 12, 13, 13a, 14, 14a) der Platten (8a, 8b) eben sind.