EP0167993B1 - Aus Platten aufgebauter Wärmetauscher - Google Patents

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EP0167993B1
EP0167993B1 EP85108313A EP85108313A EP0167993B1 EP 0167993 B1 EP0167993 B1 EP 0167993B1 EP 85108313 A EP85108313 A EP 85108313A EP 85108313 A EP85108313 A EP 85108313A EP 0167993 B1 EP0167993 B1 EP 0167993B1
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EP
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heat exchanger
plates
edge portion
double edge
bent
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EP85108313A
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EP0167993A3 (en
EP0167993A2 (de
Inventor
Rudolf Seibel
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Fischbach & Cokg Verwaltungsgesellschaft GmbH
Original Assignee
Fischbach & Cokg Verwaltungsgesellschaft GmbH
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Publication date
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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
    • F28D9/0037Heat-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 conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/122Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the present invention relates to a plate-type heat exchanger according to the first part of claim 1.
  • a heat exchanger is known from FR-A 2449261.
  • the plates of such a heat exchanger consist of a sheet material that is as thin as possible and has good thermal conductivity.
  • the small thickness of the sheet material is important not only for reasons of cost and weight, but above all to achieve the lowest possible heat resistance through the plates and thus a good heat exchange between the media flowing through the heat exchanger.
  • the mechanical stability of the plates is therefore very low. It is therefore important that the fold connection between the edge sections of adjacent plates that are bent towards each other to form a double edge section on the one hand achieves the best possible stiffening, but on the other hand the inflow cross sections between the sheets are not adversely affected by the fold connection.
  • the bent parts of the folded connection lie on one side of the double edge section in two layers one above the other.
  • the invention has for its object to develop a heat exchanger of the type mentioned, in which the sealing connection between adjacent plates is designed such that the mechanical stability of the plate arrangement and the dimensional accuracy and uniformity of the inflow opening are as large as possible.
  • Fig. 1 shows a small section of a heat exchanger according to the invention.
  • the plates are actually much longer than shown in the figure, which is indicated by the break lines a. Only a few plates 1a to 1f of the actually very large (for example 200 or more) number of plates are shown in the vertical direction.
  • the plates 1 a-f consist of thin sheets of good heat-conducting material.
  • the plates are stacked on top of one another and preferably have a square cut.
  • the plates protrusions 2 are embossed, which protrude partly from one side to the other and partly from the plate and which are arranged alternately from plate to plate in such a way that the plates are kept at a mutual distance by abutting projections, the Height is twice the height of the projections 2.
  • the projections are arranged such that continuous parallel flow paths are formed between two adjacent plates, which are alternately directed between two plates in a first flow direction S1 and in a second flow direction S2 perpendicular thereto (perpendicular to the plane of the drawing).
  • One medium involved in the heat exchange flows through the heat exchanger in the direction of S1 and the other in the direction of S2.
  • the adjacent plates For lateral sealing of the flow channels, the adjacent plates must be sealingly connected to one another on two opposite sides 3a and 3b or 3c and 3d (FIG. 3), which is done by the fold connection 5.
  • FIG. 2 shows the detail T in FIG. 1 enlarged.
  • the edge sections 4 of the two plates 1b and 1c are bent towards one another until they lie close together and form a double edge section 6.
  • This double edge section is combined to form a sealing fold connection, the bent parts 11-14 of the double edge section being present on both sides of the inner part 7 of the double edge section at least over a part of the width B of the fold connection in two layers 11, 12 and 13, 14, respectively .
  • the double-edge section 6 Seen in the direction of arrow g, the double-edge section 6 is initially guided with its part 7 to the outside of the heat exchanger and then bent through 180 °, so that the part 11 abuts the inner part 7.
  • the double edge section is then bent outwards by 180 ° (part 12) and bent over the first bending point 15 to the other side (parts 13 and 14) of the inner part 7 of the double edge section, the end part 14 of the double edge section being turned inwards by 180 ° is.
  • the parts 11-14 are shown with lateral distances from each other. This only serves to make the structure easier to see. It goes without saying that the parts are really close to each other. In this way, a folded connection is created, the thickness D of which is ten times the material thickness of the plates.
  • the seam connection is characterized by high tightness and high rigidity, which contributes significantly to the mechanical stability of the entire heat exchanger.
  • the fold connection is symmetrical to the two adjacent flow channels and ensures mechanically stable Inflow and outflow edges for the flow channels.
  • Another possibility of forming the fold connection consists in that the end part 14 is turned outwards by 180 °, so that the part 13 lies directly against the inner part 7.
  • the plates of the heat exchanger can be designed such that the top plate 1a and the correspondingly designed (not shown) bottom plate, each with a side support plate 20, form a flow channel 21 halfway up the flow channels between the other plates. In this case, two edge sections that can be connected to form a fold are not available for the lateral connection.
  • the edge section 4 of the two end plates mentioned is therefore bent over the lateral edge of the support plate and clamped between the support plate 20 and an angle rail 22a, 22b, 22c and 22d, which is part of the support structure of the heat exchanger.
  • this support structure consists of a support plate 20 at the upper and lower end of the heat exchanger, four angle rails 22a-22b, which are fastened in a frame-like manner to the support plate 20, for example by rivet connections 23, and four angle rails 24a-24d, which the four outer edges of the heat exchanger are arranged perpendicular to the plate levels.
  • corner angle rails are connected on the one hand to the angle rails 22a-d, for example by rivets 25, screws or adhesive, and on the other hand they are connected to the corner regions of the plates by means of a sealing compound, which at the same time creates a connection between the flow channels intended for the two flow media via the Corner areas of the panels is prevented.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus Platten aufgebauten Wärmetauscher gemäss dem ersten Teil des Anspruches 1. Ein derartiger Wärmetauscher ist nach der FR-A 2449261 bekannt.
  • Die Platten eines solchen Wärmetauschers bestehen aus einem möglichst dünnen und gut wärmeleitenden Blechmaterial. Die geringe Dicke des Blechmaterials ist nicht nur aus Kosten- und Gewichtsgründen wichtig, sondern vor allem zur Erzielung eines möglichst niedrigen Wärmedurchgangswiderstandes durch die Platten und damit eines guten Wärmeaustausches zwischen den den Wärmetauscher durchströmenden Medien. Die mechanische Stabilität der Platten ist daher sehr gering. Deshalb ist es wichtig, dass durch die Falzverbindung zwischen aufeinanderzugebogenen Randabschnitten benachbarter Platten zu einem Doppelrandabschnitt einerseits eine möglichst gute Versteifung erzielt wird, andererseits jedoch die Anströmquerschnitte zwischen den Blechen durch die Falzverbindung nicht nachteilig beeinflusst werden. Bei dem nach der FR-A 2449261 bekannten Wärmetauscher liegen die abgebogenen Teile der Falzverbindung auf einer Seite des Doppelrandabschnittes in zwei Lagen übereinander.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die abdichtende Verbindung zwischen benachbarten Platten derart ausgebildet ist, dass die mechanische Stabilität der Plattenanordnung sowie die Masshaltigkeit und Gleichmässigkeit der Anströmöffnung möglichst gross sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wärmetauscher gemäss dem ersten Teil des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
  • Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscher gemäss der Erfindung im Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 3.
    • Fig. 2 in vergrösserter Darstellung den in Fig. 1 mit T bezeichneten Teil mit der Falzverbindung.
    • Fig.3 den Wärmetauscher gemäss Fig. 1 in Draufsicht.
  • Fig. 1 zeigt einen kleinen Ausschnitt aus einem Wärmetauscher gemäss der Erfindung. In horizontaler Richtung in Fig. 1 sind die Platten in Wirklichkeit wesentlich länger als in der Figur dargestellt, was durch die Bruchlinien a angedeutet ist. In senkrechter Richtung sind nur wenige Platten 1a bis 1f der in Wirklichkeit sehr grossen (beispielsweise 200 und mehr) Anzahl von Platten dargestellt. Die Platten 1 a-f bestehen aus dünnen Blechen aus gut wärmeleitendem Material. Die Platten sind übereinander gestapelt und haben vorzugsweise einen quadratischen Zuschnitt. In den Platten sind Vorsprünge 2 eingeprägt, die zum Teil nach der einen und zum Teil nach der anderen Seite aus der Platte hervorstehen und die abwechselnd von Platte zu Platte derart angeordnet sind, dass die Platten durch aneinanderstossende Vorsprünge auf einen gegenseitigen Abstand gehalten werden, dessen Höhe gleich der doppelten Höhe der Vorsprünge 2 ist. Zugleich sind die Vorsprünge so angeordnet, dass sich zwischen je zwei benachbarten Platten durchgehende parallele Strömungswege ausbilden, die abwechselnd zwischen je zwei Platten in einer ersten Durchströmrichtung S1 und in einer dazu senkrechten zweiten Durchströmrichtung S2 (senkrecht zur Zeichenebene) gerichtet sind. Das eine am Wärmetausch beteiligte Medium durchströmt den Wärmetauscher in Richtung S1 und das andere in Richtung S2.
  • Zur seitlichen Abdichtung der Strömungskanäle müssen die benachbarten Platten an je zwei gegenüberliegenden Seiten 3a und 3b bzw. 3c und 3d (Fig. 3) dichtend miteinander verbunden werden, was durch die Falzverbindung 5 geschieht.
  • Die erfindungsgemässe Ausbildung dieser Falzverbindung ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich, die den Ausschnitt T in Fig. 1 vergrössert darstellt. Die Randabschnitte 4 der beiden Platten 1b und 1c sind aufeinander zugebogen, bis sie dicht aneinanderliegen und einen Doppelrandabschnitt 6 bilden. Dieser Doppelrandabschnitt ist zu einer abdichtenden Falzverbindung zusammengefasst, wobei auf beiden Seiten des inneren Teils 7 des Doppelrandabschnittes die abgebogenen Teile 11-14 des Doppelrandabschnittes wenigstens über einen Teil der Breite B der Falzverbindung in je zwei Lagen 11, 12 bzw. 13, 14 vorhanden sind. In Pfeilrichtung g gesehen, ist der Doppelrandabschnitt 6 mit seinem Teil 7 zunächst zur Aussenseite des Wärmetauschers geführt und dann um 180° abgebogen, so dass der Teil 11 am inneren Teil 7 anliegt. Der Doppelrandabschnitt ist dann um 180° nach aussen abgebogen (Teil 12) und über die erste Biegestelle 15 hinweg zur anderen Seite (Teil 13 und 14) des inneren Teils 7 des Doppelrandabschnittes abgebogen, wobei das Endteil 14 des Doppelrandabschnittes nach innen um 180° eingeschlagen ist. In Fig.2 sind die Teile 11-14 mit seitlichen Abständen voneinander dargestellt. Dies dient nur der besseren Erkennbarkeit des Aufbaus. Es versteht sich, dass die Teile in Wirklichkeit dicht aneinander liegen. Auf diese Weise wird eine Falzverbindung geschaffen, deren Dicke D gleich der zehnfachen Materialstärke der Platten ist. Die Falzverbindung zeichnet sich durch hohe Dichtigkeit und hohe Steifigkeit aus, was erheblich zur mechanischen Stabilität des gesamten Wärmetauschers beiträgt. Die Falzverbindung liegt symmetrisch zu den beiden ihr benachbarten Strömungskanälen und sorgt für mechanisch stabile Ein- und Ausströmkanten für die Strömungskanäle.
  • Eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Falzverbindung besteht darin, dass das Endteil 14 um 180° nach aussen eingeschlagen ist, so dass das Teil 13 unmittelbar am inneren Teil 7 anliegt.
  • Die Platten des Wärmetauschers können so ausgebildet sein, dass die oberste Platte 1a und die entsprechend ausgebildete (nicht dargestellte) unterste Platte mit je einer seitlichen Stützplatte 20 einen Strömungskanal 21 von halber Höhe der Strömungskanäle zwischen den übrigen Platten bilden. In diesem Falle stehen für die seitliche Verbindung nicht zwei zu einem Falz verbindbare Randabschnitte zur Verfügung.
  • Gemäss der Erfindung wird daher der Randabschnitt 4 der genannten beiden Endplatten über die seitliche Kante der Stützplatte hinweggebogen und zwischen der Stützplatte 20 und einer Winkelschiene 22a, 22b, 22c bzw. 22d festgeklemmt, die Teil der Stützkonstruktion des Wärmetauschers ist. Diese Stützkonstruktion besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus je einer Stützplatte 20 am oberen und unteren Ende des Wärmetauschers, je vier Winkelschienen 22a-22b, die rahmenförmig an der Stützplatte 20 befestigt sind, zum Beispiel durch Nietverbindungen 23, und vier Winkelschienen 24a-24d, die an den vier Aussenkanten des Wärmetauschers senkrecht zu den Plattenebenen angeordnet sind. Diese Eckwinkelschienen sind einerseits mit den Winkelschienen 22a-d verbunden, zum Beispiel durch Nieten 25, Schrauben oder Kleben, und andererseits sind sie mittels einer Dichtungsmasse mit den Eckbereichen der Platten verbunden, wodurch zugleich eine Verbindung zwischen den für die beiden Strömungsmedien bestimmten Strömungskanäle über die Eckbereiche der Platten verhindert wird.

Claims (6)

1. Aus Platten aufgebauter Wärmetauscher, dessen Platten übereinander gestapelt und durch Distanzstücke, wie beispielsweise in die Platten (1) eingeprägte Vorsprünge (2), auf Abstand voneinander gehalten werden, wobei jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten (3a, 3b bzw. 3c, 3d) zweier benachbarter Platten die Randabschnitte (4) der beiden Platten aufeinander zugebogen sind und zu einem Doppelrandabschnitt (6) aneinandergelegt sind, welcher Doppelrandabschnitt zu einer dichtenden Falzverbindung zusammengefalzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Falzverbindung derart ausgebildet ist, dass die abgebogenen Teile (11-14) des Doppelrandabschnittes wenigstens über einen Teil der Breite (B) der Falzverbindung auf beiden Seiten des inneren Teils (7) des Doppelrandabschnittes (6) in zwei Lagen (11, 12; 13,14) übereinander liegen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelrandabschnitt (6) - gesehen in Richtung vom Platteninneren zum Plattenrand - zunächst nach aussen geführt ist (Teil 7), dass er dann nach einer Seite um etwa 180° abgebogen ist (Teil 11), dass er dann um 180° nach aussen abgebogen ist (Teil 12) und über die erste Biegestellte (15) hinweg zur anderen Seite des inneren Teils (7) des Doppelrandabschnittes (6) abgebogen ist und dass das Endteil (14) des Doppelrandabschnittes um 180° eingeschlagen ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil (14) des Doppelrandabschnittes nach innen eingeschlagen ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil (14) des Doppelrandabschnittes nach aussen eingeschlagen ist.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (4) der im Plattenstapel aussen gelegenen beiden Platten (1a) um eine seitliche Stützplatte (20) umgeschlagen sind und an dieser dichtend befestigt sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung an der Stützplatte (20) mittels einer Stützleiste, zum Beispiel einer Winkelschiene (22a, 22b) erfolgt, die Teil der Stützkonstruktion des Wärmetauschers ist.
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