DE8806343U1 - Platten-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft pinen Platten-Wärmetauscher mit einem Paket aufeinandergepreßter Wärmetauscherplatten, die längs ihrer Rand«" &igr; nach außen abgedichtet sind und zum Teil abgedichtete Durchgangsöffnungen für die am Wärmetausch beteiligten Medien aufweisen.

dort eingesetzt, wo hohe Wärmetauschleistungen auf kleinem Raum erbracht werden sollen. Andere bekannte Arten von Wärmetauschern, wie z.B. Rohrtauscher, die u.a. aus Stahlguß bestehen können, sind hierzu weniger geeignet.

Die Platten-Wärmetauscher sollen nicht nur als Wärmetauscher zwischen zwei gleichartigen Medien eingesetzt werden, sondern auch als Kühler oder Erhitzer mit unterschied 1 ichen Wärmeübertragungsmedien.

Eine wesentliche Rolle für die Brauchbarkeit der Platten-Wärmetauscher spielt der Werkstoff, aus dem die Wärmetauscherplatten bestehen, wenn aggressive Medien, wie Dünnsäuren, Abfallsäuren, Waschflüssigkeiten in Rauchgas-Entschwefelungsanlagen, Elektrolyte oder aggressive Bäder der Oberflächentechnik thermisch behandelt werden sollen. Um die erforderliche Korrosionsbeständigkeit za erreichen, ist es bekannt, bestimmte Metalle, wie Titan, Tantal, Hastelloy oder ähnliche Nickelbasiswerkstoffe einzusetzen. Diese korrosionsbeständigen Metalle sind jedoch aufwendig und verteuern somit die Herstellung des Platten-Wärmetauschers beträchtlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Platten-Wärmetauscher zu schaffen, der auf engem Raum hohe Austauschleistungen ermöglicht und der gegenüber aggressiven .Medien korrosionsbeständig ist.

Diese Aufgabe ist durch die Ausbildung des Platten-Wärmetauschers mit den in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Verwendung der Eisenbasislegierung, die von 12 17 % Silizium enthält, als Werkstoff der Wärmetauscherplatten, weisen diese bei verhältnismäßig niedrigem Herstellungsaufwand eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen

von teuren Spezialmetallen, wie Titan, Tantal, Hastelloy J

oder ähnlichen Nickelbasiswerkstoffen vergleichbar ist. |

Durch die runde Grundform der Wärmetauscherplatten können ■{■>

diese die in dem Platten-Wärmetauscher, in dem sie zu ■'·

einem Paket zusammengepreßt werden, auftretenden '.

mechanischen Kräfte und Spannungen trotz der Härte und

mangelnden Verformbarkeit dieser Eisenbasislegierung auf- \ nehmen. Diese Kräfte werden beispielsweise durch Verschlußschrauben oder einen Zentralverschluß aufgebracht, '■ um die zu einem Paket aufeinandergepreßten Wärmetauscher- "i

platten nach außen und im Bereich einzelner der Durchgangs- "| Öffnungen gegeneinander abzudichten.

Speziell werden die Wärmetauscherplatten aus einem Silizium- i

gußeisen gemäß der genormten Werkstoffbezeichnung GX 70 (

Si 15 hergestellt. Dabei handelt es sich um die eine 15 % .·! Silizium enthaltende Eisenbasislegierung, die in Sandformen
vergossen wird und die unter dem Handelsnamen "DURACTD"

bekannt ist. Es hat sich gezeigt, daß bei der Verwendung ^:.

dieses Materials im Unterschied zu der Herstellung der i

Wärmetauscherplatten aus Tantal keine Schwingungsrisse |

auftreten. |

Um die Wärmetauscherplatten des Pakets nach außen trotz der
Härte des für die Wärmetauscherplatten verwendeten Werk-Stoffs zuverlässig abzudichten, weisen die Wärmetauscher-

1 platten nach Anspruch 3 längs ihrer Ränder je eine annähernd V-förmige Dichtnut mit stumpfem Öffnungswinkel auf. Damit wird die gewünschte Dichtigkeit und Führung der Dichtung auch bei Druckstoßbelastung gewährleistet. Es

5 können hochplastische bis spröde Dichtwerkstoffe bei gleicher Nutform ohne Rißgefahr eingesetzt werden.

Entsprechendes gilt für die Abdichtung der Wärmetauscherplatten untexeinander im Beieich einzelner Durchgangs-10 Öffnungen, um die ebenfalls solche annähernd V-förmigen &igr; Dichtnuten mit stumpfem Öffnungswinkel angeordnet sind.

' Die runde Grundform der Wärmetauscherplatten hat in Ver-

I bindung mit einer Verrippung der Oberflächen der Wärme-

I 15 tauscherplatten nach Anspruch 6 den zusätzlichen Vorteil, daß Toträume zwischen jeweils zwei Wärmetauscherplatten vermieden werden, in denen die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und somit der Wärmetausch sonst stark herab-I gesetzt würden.

j 20

I Die Verrippung kann aus in Reihen nebeneinander angeordneten,

: annähernd umgekehrt V-förmigen Erhebungen bestehen oder

I aus in Reihen nebeneinander parallel angeordneten, unter-

i brochenen geraden Erhebungen. - Die Gestaltung der Er-

\ 25 hebungen, insbesondere ein Spreizwinkel der umgekehrt I V-förmigen Erhebungen oder Rippen und der Abstand dieser

^;" Erhebungen zueinander können insbesondere der Viskosität

• des Mediums angepaßt werden, welches durch den Raum

zwischen zwei Wärmetauscherplatten mit den Erhebungen 30 strömen soll.

Bevorzugt können die Erhebungen oder die Verrippung der Wärmetauscherplatten in ihrer Höhenkontur über die Plattenoberfläche wechselnd steigend oder fallendausgeführt sein, 35 um zusätzlich Toträumen entgegenzuwirken.

• · · · · ti

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit fünf F±a,.zer> tnäutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Platten-Wärmetauscher in einer Seitenansicht, B

Fig. 2 eine Ansicht auf eine Stirnseite des Platten-Wärmetauschers,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung auf die Plattenoberfläche einer ersten Ausführungsform einer Wärmetauscherplatte,

Fig. 4 eine gleiche Ansicht auf eine zweite Ausführungsform der Wärmetauscherplatte und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einer der Wärmetauscherplatten nach Fig. 3 oder 4 im Dichtungsbereich in einer rechtwinklig zur Plattenoberfläche verlaufenden Schnittebene und in größerer Darstellung.

In Fig. 1 und 2 sind Tragrahmen des Platten-Wärmetauschers mit 1 und 2 bezeichnet. Zwischen den Tragrahmen erstrecken sich Tragwellen 3a, 3b, die ein allgemein mit 4 bezeichnetes Paket Wärmetauscherplatten tragen. Das Paket ist zwischen einer fest stehenden Gestellplatte 5 an dem Tragrahmen 1 sowie einem beweglichen Gestelldeckel 6 eingespannt. Hierzu dienen läncs des Außenumfangs der Gestellplatte 5 und des beweglichen Gestelldeckels ang-ordnete, diese verbindende Schraubbolzen, z.B. I₁ 8, auf die Verschlußschrauben, beispielsweise 9, 10, aufgeschraubt sind, um die Wärmetauscherplatten des Pakets 4 fest und dicht aufeinanderzupressen. Die Anordnung der Schraubbolzen ist in der Ansicht gemäß Fig. 4 teilweise nur durch Löchvr ' ispielsweise 11, 12 in der Gestellpiatte 5 angedeutet.

-Ct _~

Aus Fiq. 1 sind weiterhin Flansche 13 - 16 ersichtlich, von denen der Flansch 13 zum Einlaß eines ersten Mediums A und der Flansch 14 zum Auslaß dieses Mediums dient; der Flansch 15 hingegen zum Einlaß eines Mediums B und ein Flansch 16 zu dessen Auslaß. Die Medien A und B sollen durch den Wärmetauscher voneinander getrennt^ aber in wärmetauschendem Kontakt über die Wärmetauscherplatten geführt werden, von denen einzelne beispielsweise in Fig. 1 mit 17, 18 bezeichnet sind.

Eine solche Wärmetauscherplatte ist in Fig. 3 in einer Ansicht auf ihre Oberfläche, über welche eines der Medien A oder B strömt, dargestellt. Aus Fig. 3 ergibt sich ohne weiteres die runde Grundform der Wärmetauscherplatte.

Seitlich stehen von der gegossenen Wärmetauscherplatte Ansätze 19, 20 hervor, mit denen sich die Wärmetauscherplatte jeweils auf den Tragweiten 3a, 3b in Fig. 3 abstützen kann.

Aus den Figuren 3 und 4 kann ferner die Anordnung einer Dichtnut 21 parallel zu dem Rand jeder der beiden in den Figuren 3 und 4 gezeigten Platten ersehen werden. Innerhalb der Dichtnut liegt der Teil der Plattenoberfläche, der von einem Medium überströmt werden kann. Die Dichtnut ist im Querschnitt annähernd V-förmig mit einem stumpfen Öffnungswinkel *£ ausgebildet, siehe Fig. 5. Ein in die Dichtnut einzulegendes Dichtelement ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Dichtnut 21 dient dazu, jeweils zwei aneinandergepreßte Platten so abzudichten, daß aus dem inneren, durchströmten Wärmetauscherraum, z.B. 22, der zwischen den beiden Platten gebildet wird, kein Medium nach außen abfließen kann.

Zur Zufuhr eines Mediums in den Wärmetauscherraum 22 dient in Fin. 3 eine Durchgangsöffnung 23, die beispielsweise mit dem Flansch 13 in Verbindung steht. Das Medium strömt

durch die Durchgangsöffnung 23 zu einer über der Wärmetauscherplatte in Fig. 3 liegenden im wesentlichen gleichen Platte, die jedoch eine andere Anordnung von Durchgangsöffnungen aufweist. Im einzelnen strömt das Medium von der Durchgangsöffnung 23 in Fig. 3 zu einer Durchgangsöffnung einer anderen Wärmetauscherplatte, die eine in Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie angedeutete Durchgangsöffnung aufweist. Auf diesem Strömungsweg, der durch einen Pfeil angedeutet ist, breitet sich das Medium über der Platten-Oberfläche aus, um mit einem Medium auf der gegenüberliegenden Plattenseite einen guten Wärmeaustausch zu bilden. - Zum guten Wärmeaustausch wird das zweite Medium auf der der in Fig. 3 sichtbaren Plattenoberfläche abgewandten anderen Plattenoberfläche dieser Wärmetauscherplatte gekreuzt geführt, wie mit dem Pfeil 26 in Fig. 4 angedeutet. Hiernach strömt das zweite Medium von einer mit einer unterbrochenen Linie angedeuteten Durchgangsöffnung 27 einer anderen Wärmetauscherplatte, z.B. der Rückseite der Wärmetauscherplatte nach Fig. 3, zu einer Durchgangsöffnung 28 der in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscherplatte. Das erste Medium strömt hingegen von einer Durchgangsöffnung 29 quer zu der Durchgangsöffnung 23, ohne in den Wärmetauscherraum zwischen den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Wärmetauscherplatten einzutreten. Entsprechendes gilt für die dichte Leitung des zweiten Mediums von einer über der Wärmetauscherplatte in Fig. 3 liegenden Wärmetauscherplatte zu einer Durchgangsöffnung 30. Die Dnrchgangsöffnungen 29 und 30 sind deswegen ebenfalls mit annähernd V-förmigen Dichtnuten 31 bzw. 32 umgeben, die im Querschnitt wie die in Fig. 5 gezeigte Dichtnut 21 ausgebildet sind. Auch die Dichtnuten 31, 32 dienen zur Einlage von Dichtelementen, welche den Strömungsweg von einer Wärmetauscherkammer zu der nächsten begrenzen. - Kurz gehören die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Wärmetauscherplatten zu einem sogenannten Kreuzströmer.

Der mit den Durchgangsöffnungen 27, 28, 30 gebildete Strömungsweg dient zur Führung des Mediums B, der gemäß Fig. 1 in den Flansch 15 eintritt und aus dem Flansch 16 austritt.
5

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs von einem Wärmetauscherraum, z.B. 22, der in Fig. 3 vor der dort gezeigten Wärmetauscherplatte liegt, zu einem zweiten Wärmetauscherraum 33 auf der anderen Wärmetauscherplatt-enseite, der in Fig. 4 mit 33 angedeutet ist, dient eine Strukturierung der Plattenoberflächen innerhalb der Wärmetauscherräume. Sine solche Struktur ist in Fig. 3 als eine Verrippung aus in Reihen parallel nebeneinander angeordneten unterbrochenen geraden Erhebungen 34 angedeutet.

Die Erhebungen können zusätzlich über der Plattenoberfläche steigend oder fallend ausgeführt sein, so daß in dem zwischen zv°i Wärmetauscherplatten gebildeten Strömungsspalt bzw. Wärmetauscherraum das durchströmende Medium lokal beschleunigt oder verzögert wird und durch eine starke Vermischung infolge turbulenter Strömung ein intensiver Wärmetausch pro Flächeneinheit stattfindet.

In der Ausführungsform der Wärmetauscherplatte nach Fig. wird diese den Wärmetausch verbessernde Verrippung als aus in Reihe nebeneinander angeordneten,'annähernd umgekehrt V-förmigen Erhebungen 35 bestehend angedeutet. Die im einzelnen in Fig. 4 gezeigte Konfiguration der Erhebungen bildet wirkungsvolle Störlabyrinthe, welche wiederum eine starke Vermischung unterschiedlicher Teilchen desselben Mediums und damit einen intensiven Wärmeaustausch gewährleisten.

Die durch Gießen hergestellten, in den Figuren 3 und 4 gezeigten Wärmetauscherplatten bestehen bevorzugt aus dem unter der Kurzbezeichnung GX 70 Si 15 bekannten Werkstoff.

Claims (8)

Schutzansprüche:

1. Platten-Wärmetauscher mit einem Paket aufeinandergepreßter Wärmetauscherplatten, die längs ihrer Ränder nach außen abgedichtet sind und zum Teil abgedichtete Durchgangsöffnungen für die am Wärmetausch beteiligten Medien aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (z.B. 17, 18) in ihrer Grundform rund sind und aus einer Eisenbasislegierung bestehen, die 12 - 17 % Silizium enthält.

2. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Siliziumgußeisen gemäß der genormten Werkstoffkurzbezeichnung GX 70 Si 15 mit einem Siliziumgehalt von 15 %,

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (z.B. 17, 18) längs ihrer Ränder je eine annähernd V-förmige Dichtnut (21) mit stumpfem Öffnungswinkel (&) aufweisen.

4. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Durchgangsöffnung (z.B. 29, 30) auf mindestens einer der beiden Grundseiten der Wärmetauscherplatte mit einer annähernd V-förmigen Dichtnut (31, 32) mit stumpfem Öffnungswinkel (flC) umgeben ist.

5. Platten-Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (z.B. 7, 8) auf ihren Oberflächen verrippt sind.

«&Ogr;&igr;.··

1

6. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

&rgr; daß die Verrippung aus in Reihen nebeneinander ange-

Ii ordneten, annähernd umgekehrt V-förmigen Erhebungen (35)

f: 5 besteht.

U

7. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 5,

J. dadurch gekennzeichnet,

*j daß die Verrippung aus in Reihen parallel nebeneinander-

I 10 angeordneten unterbrochenen geraden Erhebunger (34)

'; besteht.

ii

8. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7,

!; dadurch gekennzeichnet,

:! 15 daß die Erhebungen über der Plattenoberfläche wechselnd

j steigend und fallend ausgeführt sind.

20

25

30

35