EP0495184B1 - Plate type heat-exchanger with counter-current flow - Google Patents
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- EP0495184B1 EP0495184B1 EP91120116A EP91120116A EP0495184B1 EP 0495184 B1 EP0495184 B1 EP 0495184B1 EP 91120116 A EP91120116 A EP 91120116A EP 91120116 A EP91120116 A EP 91120116A EP 0495184 B1 EP0495184 B1 EP 0495184B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
- F28F3/083—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart
Definitions
- the invention relates to a plate heat exchanger for countercurrent media, consisting of shaped single plates, which are connected to one another to form a flow channel for the plate pairs forming a medium, which in turn are connected to form a plate stack and each form a flow channel for the other medium, whereby the inflow and outflow cross-section of each channel is offset diagonally to one another in the longitudinal direction of the plate, and the inflow and outflow cross-sections of the channels for the two media lie next to one another, but are offset by half the height of the inflow and outflow cross-section of the channels.
- Such plate heat exchangers which correspond in principle to the plate heat exchangers known from DE-A-37 10 823, are used for example in environmental technology and can also be designed for large volume flows of the media involved in the heat exchange, whereby these media need not only be gaseous media, since there are cases in which the heat exchange between liquids or between a gas and a liquid should take place.
- the individual plates are therefore made of plastic or stainless steel; Furthermore, versions made of normal steel sheet are known, but this is provided with a corrosion protection layer made of plastic or enamel. While single plates made of plastic or stainless steel can be welded together with a higher technical effort, this is not possible with single plates provided with a corrosion protection layer without destroying this protective layer in the area of the weld seams. In the known plate heat exchangers, a different type of connection must be selected here, for example gluing or clamping, preferably with the interposition of seals.
- the invention has for its object to develop a plate heat exchanger of the type described in such a way that a reliable and permanent seal both between the individual plates and between the plate pairs, taking into account the above-mentioned temperature stresses with little technical and manufacturing effort results.
- each individual plate is formed in connection with and parallel to its edges running in the longitudinal direction of the plate, at which it is connected to the adjacent individual plate to form a pair of plates, with a contact surface which is opposite the edge is offset by half the height of a pair of plates and at which the individual plates of adjacent plate pairs are connected to one another, and that the individual plates forming a plate stack at their transverse edges lying in the region of the inflow and outflow of the two media are at a partial length with the individual plate belonging to the plate pair and are connected over the remaining part length to the single plate of the adjacent plate pair.
- contact surfaces according to the invention By designing such contact surfaces according to the invention, it is also possible in series production in a simple manner to reliably and permanently connect both the individual plates to plate pairs and the plate pairs to form a plate stack, it also being possible to first connect in the area of the contact surfaces according to the invention and only then make the connection on the longitudinal edge of the individual panels. There are defined contact surfaces between the individual plates for both connections, so that a seal that is tailored to the respective application and to the plate material can always be selected. Furthermore, there are two rows of side-by-side inflow and outflow openings for the media guided in countercurrent to one another.
- the configuration according to the invention is also suitable for individual plates provided with a corrosion protection layer.
- the openings formed by the height-offset contact surfaces in the inflow and outflow region of the plate stack are closed according to a further feature of the invention, so that there is a technically simple supply and discharge of the media flowing through the plate heat exchanger on opposite sides of the plate stack.
- the plate pairs and / or the individual plates can, according to the invention, be welded to one another and / or sealed together at their contact surfaces or edges.
- the gas or liquid-tight connection can therefore not only be achieved by welding or gluing, i.e. done positively, but also non-positively in that the individual plates of the plate stack are pressed against each other, preferably by using tie rods and end plates.
- Both in the form-fitting connection, i.e. by welding or gluing, as well as in the non-positive connection of the individual plates it can be advantageous to provide suitable seals in the area of the edges and / or contact surfaces.
- the same type of connection is preferably selected in the area of the transverse edges to be connected. However, it may also be sufficient to effect the connection of the individual plates in the region of their transverse edges due to the dimensional stability of the individual plates as a result of their connection at the longitudinal edges and contact surfaces solely by inserting seals.
- the individual plates are made of plastic or stainless steel, it is proposed according to a further feature of the invention to connect the individual plates to one another at least on their longitudinal edges and contact surfaces by roll seam welding. If coated individual plates are used to form the plate stack, according to the invention these can be uncoated at the longitudinal edges and can therefore be welded to one another here. In both cases, it is possible to insert seals between the individual plates in addition to the welding.
- the inflow and outflow cross-section of the channels will be the same for the two media participating in the heat exchange, in particular if the volumes of the two media participating in the heat exchange approximately correspond to one another.
- the width of these openings formed by the transverse edges of the individual plates is the same.
- the inflow and outflow cross sections of the two different channels through which the two media flow in countercurrent can also have a different size if the volume flows of the two media participating in the heat exchange differ greatly from one another.
- the inflow and outflow cross sections formed by the transverse edges of the individual plates have a different width at the same height.
- FIGS. 1 and 2 shows schematically and in perspective the plate stack S of a plate heat exchanger, which is otherwise not shown, for media conducted in countercurrent.
- This plate stack S consists of a plurality of identical, shaped individual plates 1, which are each connected to form a plate pair P.
- Each individual plate 1 comprises a base 11 which lies in a different plane from the longitudinal edges 12.
- each individual plate 1 is each formed with a contact surface 13 which is offset in height from the longitudinal edges 12.
- the offset between the contact surface 13 and the associated longitudinal edge 12 is twice as large as the offset between the longitudinal edges 12 and the bottom 11; the bottom 11 is therefore located in the middle between the plane of the longitudinal edges 12 and the plane of the contact surfaces 13.
- transverse edges 14a and 14b which in height, ie perpendicular to the surface of the base 11 are offset from one another by the same amount as the planes in which the longitudinal edges 12 on the one hand and the contact surfaces 13 on the other hand.
- the transverse edges 14a and 14b lie diagonally opposite one another.
- plate pairs P are formed according to the lower representation in FIG. 1 by connecting a single plate 1 to a single plate 1 rotated about its longitudinal axis at the longitudinal edges 12. 1 and 2, five complete plate pairs P1 to P5 are shown, with a single plate 1 being arranged on the uppermost plate pair P5 and another single plate 1 is located at a greater distance above this single plate 1 arranged on the plate pairs P.
- the plate pairs P are now connected in the area of the contact surfaces 13 to form a plate stack S, there are alternately superimposed channels in which flow flows in the opposite direction for the two media participating in the heat exchange. While one medium flows in the channels which are formed by the plate pairs P, the other medium flows in the channels which result from the joining of the plate pairs P to the plate stack S.
- the lying in the plane of the longitudinal edges 12 transverse edges 14a of the individual plates 1 here form the inlet openings E1 and the outlet openings A1 of the channels for the medium flowing between the plate pairs P.
- the extending in the plane of the contact surfaces 13 transverse edges 14b of the individual plates 1 form the inlet openings E2 or the outlet openings A2 for the other medium which flows between the individual plates 1 of each pair of plates in the opposite direction.
- the inlet openings E1 for the first medium next to the outlet openings A2 for the other medium each offset by half a height of a pair of plates P.
- FIG. 2 The front view shown in Fig. 2 of the left part of the plate stack S shown in perspective in Fig. 1 shows that the plate pairs P1 to P5 can be produced in a simple manner in that the individual plates 1 are connected together at their longitudinal edges 12.
- the connection of the plate pairs P created in this way to a plate stack S takes place in an equally simple manner in that adjacent individual plates 1 of the plate pairs P are connected to one another in the region of the abutting contact surfaces 13.
- the transverse edges 14a and 14b of adjacent individual plates 1 are connected in accordance with FIG. 1.
- lateral openings O result on each end face of the plate stack S, each of which is connected to the flow channel which is formed by the individual plates 1, which are connected to form a plate pair P, for the one medium.
- these openings O are closed in a suitable manner.
- the individual plates 1 lie flat on one another both in the region of their longitudinal edges 12 and in the region of their contact surfaces 13.
- the connection of the individual plates 1 can be done in a simple manner by welding, preferably roller seam welding.
- Such a roll seam welding can be carried out not only in the case of individual plates 1 made of plastic or stainless steel, but also in the case of individual plates 1 provided with a corrosion protection layer, if these individual plates 1 are uncoated in the outer region of their longitudinal edges 12, so that they are welded here without destroying the corrosion protection layer can be. In this case, however, it is necessary to connect the individual plate pairs P to a plate stack S in a different way.
- the assembly of a plate stack S from individual plates 1 by welding can be simplified in that adjacent individual plates 1 are welded together first in the area of their contact surfaces 13 and only then in the area of their longitudinal edges 12.
- at least one roller seam weld can be carried out in a particularly simple manner in the area of the contact surfaces 13 and longitudinal edges 12.
- modified individual plates 1 are used. These are provided with groove-like depressions 15 both in the region of their longitudinal edges 12 and transverse edges 14a and 14b and in the region of their contact surfaces 13. These recesses 15 form cavities for receiving a sealant or seals 2.
- Such seals 2 can be used not only in addition to welding the individual plates 1 on their contact surfaces, but also as an alternative to such welds if the individual plates 1 of a plate stack S are on others Be sealed together with their contact surfaces.
- 7 shows, using a schematic exemplary embodiment, that the plate stack S can also be formed in that the individual plates 1 are clamped between a base plate 3 and a cover plate 4 with the aid of tie rods 5. In this case, welding of the individual plates 1 to plate pairs P or welding of adjacent plate pairs P to one another can be dispensed with.
- openings O resulting from the additional contact surfaces 13 in the end faces of the plate stack S can be closed in a simple manner.
- plugs 6 are shown which are inserted into these openings O.
- the openings O can also be closed in a different way, for example by welding or pressing.
- the transverse edges 14a and 14b of the individual plates 1 are of approximately the same size, so that there are approximately the same size inlet and outlet openings for the two media flowing in countercurrent, it is of course also possible to use a different one Volume flow of the two media participating in the heat exchange to take into account by changing the ratio of the lengths of the transverse edges 14a and 14b to each other.
- the distances between the planes in which the contact surfaces 13, the bottoms 11 and the longitudinal edges 12 lie must also be changed in accordance with the length ratio of the transverse edges 14a and 14b. In this case, however, it is necessary to use two differently shaped individual plates 1 to build up a plate stack S.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für im Gegenstrom geführte Medien, bestehend aus formgeprägten Einzelplatten, die miteinander zu einen Strömungskanal für das eine Medium bildenden Plattenpaaren verbunden sind, die ihrerseits zu einem Plattenstapel verbunden sind und zwischen sich jeweils einen Strömungskanal für das andere Medium bilden, wobei der Zuund Abströmquerschnitt jedes Kanals in Plattenlängsrichtung diagonal zueinander versetzt ist und die Zu- und Abströmquerschnitte der Kanäle für die beiden Medien nebeneinanderliegen, jedoch um die halbe Höhe des Zu- bzw. Abströmquerschnitts der Kanäle zueinander versetzt sind.The invention relates to a plate heat exchanger for countercurrent media, consisting of shaped single plates, which are connected to one another to form a flow channel for the plate pairs forming a medium, which in turn are connected to form a plate stack and each form a flow channel for the other medium, whereby the inflow and outflow cross-section of each channel is offset diagonally to one another in the longitudinal direction of the plate, and the inflow and outflow cross-sections of the channels for the two media lie next to one another, but are offset by half the height of the inflow and outflow cross-section of the channels.
Derartige Plattenwärmetauscher, die im Grundprinzip den aus der DE-A-37 10 823 bekannten Plattenwärmetauschern entsprechen, werden beispielsweise in der Umwelttechnik eingesetzt und können auch für große Volumenströme der am Wärmeaustausch beteiligten Medien ausgelegt werden, wobei es sich bei diesen Medien nicht nur um gasförmige Medien handeln muß, da es Fälle gibt, bei denen der Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeiten oder zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit erfolgen soll.Such plate heat exchangers, which correspond in principle to the plate heat exchangers known from DE-A-37 10 823, are used for example in environmental technology and can also be designed for large volume flows of the media involved in the heat exchange, whereby these media need not only be gaseous media, since there are cases in which the heat exchange between liquids or between a gas and a liquid should take place.
Bei den Plattenwärmetauschern der eingangs beschriebenen Art, bei denen die zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten zwischen sich einen Strömungskanal für das eine Medium und die zu einem Stapel verbundenen Plattenpaare zwischen sich jeweils einen Strömungskanal für das andere Medium bilden, ergibt sich das Problem der zuverlässigen Abdichtung sowohl der Einzelplatten miteinander zu Plattenpaaren (Abdichtungsart 1) als auch der Plattenpaare miteinander zum Plattenstapel (Abdichtungsart 2). Da beide Abdichtungsarten für die Dichtigkeit der Strömungskanäle der im Gegenstrom zueinander strömenden beiden Medien entscheidend sind, vergrößert sich das Problem der Abdichtung, wenn ein Medium oder beide Medien unter Druck stehen und/oder zwischen den beiden Medien ein Druckunterschied besteht. Das Problem der Abdichtung wird weiterhin dadurch vergrößert, daß ein derartiger Plattenwärmetauscher hohen Temperaturen und teilweise beachtlichen Temperaturdifferenzen zwischen den beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien ausgesetzt ist, wobei sich diese Temperatureinflüsse insbesondere beim Anfahren des Wärmetauschers noch verstärken.In the case of plate heat exchangers of the type described in the introduction, in which the individual plates connected to form a plate pair form a flow channel for one medium between them and the plate pairs connected to form a stack form a flow channel for the other medium between them, the problem of reliable sealing arises both the individual panels together to form pairs of panels (sealing type 1) as well as the plate pairs with each other to the plate stack (sealing type 2). Since both types of sealing are decisive for the tightness of the flow channels of the two media flowing in countercurrent to one another, the problem of sealing increases when one or both media are under pressure and / or there is a pressure difference between the two media. The problem of sealing is further exacerbated by the fact that such a plate heat exchanger is exposed to high temperatures and, in some cases, considerable temperature differences between the two media participating in the heat exchange, these temperature influences being intensified particularly when the heat exchanger is started up.
Insbesondere bei einem Einsatz derartiger Plattenwärmetauscher in der Umwelttechnik kommt häufig erschwerend hinzu, daß die Einzelplatten eine mehr oder weniger große Korrosionswiderstandsfähigkeit aufweisen müssen. Die Einzelplatten werden demzufolge aus Kunststoff oder Edelstahl hergestellt; weiterhin sind Ausführungen aus normalem Stahlblech bekannt, das jedoch mit einer Korrosionsschutzschicht aus Kunststoff oder Emaille versehen ist. Während sich Einzelplatten aus Kunststoff oder Edelstahl mit einem höheren technischen Aufwand miteinander verschweißen lassen, ist dies bei mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Einzelplatten nicht möglich, ohne diese Schutzschicht im Bereich der Schweißnähte zu zerstören. Hier muß bei den bekannten Plattenwärmetauschern eine andere Verbindungsart gewählt werden, beispielsweise Kleben oder Klemmen, vorzugsweise unter Zwischenfügen von Dichtungen.Particularly when such plate heat exchangers are used in environmental technology, it is often made more difficult that the individual plates must have a more or less great resistance to corrosion. The individual plates are therefore made of plastic or stainless steel; Furthermore, versions made of normal steel sheet are known, but this is provided with a corrosion protection layer made of plastic or enamel. While single plates made of plastic or stainless steel can be welded together with a higher technical effort, this is not possible with single plates provided with a corrosion protection layer without destroying this protective layer in the area of the weld seams. In the known plate heat exchangers, a different type of connection must be selected here, for example gluing or clamping, preferably with the interposition of seals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sich auch unter Berücksichtigung der voranstehend erwähnten Temperaturbeanspruchungen mit geringem technischen und Herstellungsaufwand eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung sowohl zwischen den Einzelplatten als auch zwischen den Plattenpaaren ergibt.The invention has for its object to develop a plate heat exchanger of the type described in such a way that a reliable and permanent seal both between the individual plates and between the plate pairs, taking into account the above-mentioned temperature stresses with little technical and manufacturing effort results.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelplatte im Anschluß an und parallel zu ihren in Plattenlängsrichtung verlaufenden Rändern, an denen sie mit der benachbarten Einzelplatte zu einem Plattenpaar verbunden ist, jeweils mit einer Anlagefläche ausgebildet ist, die gegenüber dem Rand um die halbe Höhe eines Plattenpaares versetzt ist und an der die Einzelplatten benachbarter Plattenpaare miteinander verbunden sind, und daß die einen Plattenstapel bildenden Einzelplatten an ihren im Bereich der Zu- bzw. Abströmung der beiden Medien liegenden Querrändern auf einer Teillänge mit der zum Plattenpaar gehörenden Einzelplatte und auf der restlichen Teillänge mit der Einzelplatte des benachbarten Plattenpaares verbunden sind.The solution to this problem by the invention is characterized in that each individual plate is formed in connection with and parallel to its edges running in the longitudinal direction of the plate, at which it is connected to the adjacent individual plate to form a pair of plates, with a contact surface which is opposite the edge is offset by half the height of a pair of plates and at which the individual plates of adjacent plate pairs are connected to one another, and that the individual plates forming a plate stack at their transverse edges lying in the region of the inflow and outflow of the two media are at a partial length with the individual plate belonging to the plate pair and are connected over the remaining part length to the single plate of the adjacent plate pair.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung derartiger Anlageflächen ist es auf einfache Weise auch in der Serienfertigung möglich, sowohl die Einzelplatten zu Plattenpaaren als auch die Plattenpaare zu einem Plattenstapel zuverlässig und dauerhaft miteinander zu verbinden, wobei es auch möglich ist, zuerst die Verbindung im Bereich der erfindungsgemäßen Anlageflächen und erst danach die Verbindung am Längsrand der Einzelplatten vorzunehmen. Für beide Verbindungen ergeben sich definierte Anlageflächen zwischen den Einzelplatten, so daß stets eine auf den jeweiligen Anwendungsfall und auf das Plattenmaterial abgestellte Abdichtung gewählt werden kann. Weiterhin ergeben sich zwei Reihen nebeneinanderliegender Zu- bzw. Abströmöffnungen für die im Gegenstrom zueinander geführten Medien. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auch für mit einer Korrosionsschutzschicht versehene Einzelplatten geeignet.By designing such contact surfaces according to the invention, it is also possible in series production in a simple manner to reliably and permanently connect both the individual plates to plate pairs and the plate pairs to form a plate stack, it also being possible to first connect in the area of the contact surfaces according to the invention and only then make the connection on the longitudinal edge of the individual panels. There are defined contact surfaces between the individual plates for both connections, so that a seal that is tailored to the respective application and to the plate material can always be selected. Furthermore, there are two rows of side-by-side inflow and outflow openings for the media guided in countercurrent to one another. The configuration according to the invention is also suitable for individual plates provided with a corrosion protection layer.
Die durch die in der Höhe versetzten Anlageflächen im Zu- und Abströmbereich des Plattenstapels gebildeten Öffnungen sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung verschlossen, so daß sich eine technisch einfache Zu- und Abfuhr der den Plattenwärmetauscher durchströmenden Medien an gegenüberliegenden Seiten des Plattenstapels ergibt.The openings formed by the height-offset contact surfaces in the inflow and outflow region of the plate stack are closed according to a further feature of the invention, so that there is a technically simple supply and discharge of the media flowing through the plate heat exchanger on opposite sides of the plate stack.
Die Plattenpaare und/oder die Einzelplatten können an ihren Anlageflächen bzw. Rändern erfindungsgemäß miteinander verschweißt und/oder miteinander abgedichtet verbunden sein. Die gas- bzw. flüssigkeitsdichte Verbindung kann somit nicht nur durch Schweißen oder Kleben, d.h. formschlüssig erfolgen, sondern auch kraftschlüssig dadurch, daß die Einzelplatten des Plattenstapels gegeneinandergedrückt werden, vorzugsweise durch Verwendung von Zugankern und Endplatten. Sowohl bei der formschlüssigen Verbindung, d.h. durch Schweißen oder Kleben, als auch bei der kraftschlüssigen Verbindung der Einzelplatten kann es vorteilhaft sein, im Bereich der Ränder und/oder Anlageflächen geeignete Dichtungen vorzusehen. Im Bereich der miteinander zu verbindenden Querränder wird vorzugsweise dieselbe Verbindungsart gewählt. Es kann aber auch ausreichend sein, die Verbindung der Einzelplatten im Bereich ihrer Querränder aufgrund der Formstabilität der Einzelplatten als Folge ihrer Verbindung an den Längsrändern und Anlageflächen ausschließlich durch Einlegen von Dichtungen zu bewirken.The plate pairs and / or the individual plates can, according to the invention, be welded to one another and / or sealed together at their contact surfaces or edges. The gas or liquid-tight connection can therefore not only be achieved by welding or gluing, i.e. done positively, but also non-positively in that the individual plates of the plate stack are pressed against each other, preferably by using tie rods and end plates. Both in the form-fitting connection, i.e. by welding or gluing, as well as in the non-positive connection of the individual plates, it can be advantageous to provide suitable seals in the area of the edges and / or contact surfaces. The same type of connection is preferably selected in the area of the transverse edges to be connected. However, it may also be sufficient to effect the connection of the individual plates in the region of their transverse edges due to the dimensional stability of the individual plates as a result of their connection at the longitudinal edges and contact surfaces solely by inserting seals.
Wenn die Einzelplatten aus Kunststoff oder Edelstahl hergestellt sind, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, die Einzelplatten an zumindest ihren Längsrändern und Anlageflächen durch Rollnahtschweißung miteinander zu verbinden. Werden zur Bildung des Plattenstapels beschichtete Einzelplatten verwendet, können diese erfindungsgemäß an den Längsrändern unbeschichtet sein und somit hier miteinander verschweißt werden. In beiden Fällen ist es möglich, zusätzlich zur Verschweißung Dichtungen zwischen den Einzelplatten einzulegen.If the individual plates are made of plastic or stainless steel, it is proposed according to a further feature of the invention to connect the individual plates to one another at least on their longitudinal edges and contact surfaces by roll seam welding. If coated individual plates are used to form the plate stack, according to the invention these can be uncoated at the longitudinal edges and can therefore be welded to one another here. In both cases, it is possible to insert seals between the individual plates in addition to the welding.
Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, die Einzelplatten bzw. Plattenpaare eines Plattenstapels an den Längs- und Querrändern sowie an den Anlageflächen kraftschlüssig miteinander zu verbinden, und zwar vorzugsweise durch zwischen Endplatten verlaufende Zuganker. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Vorbereitung und Montage eines Plattenstapels für den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher.With the invention it is further proposed that the individual plates or plate pairs of a plate stack on the longitudinal and To connect transverse edges and on the contact surfaces with each other, preferably by means of tie rods running between end plates. This results in a particularly simple preparation and assembly of a plate stack for the plate heat exchanger according to the invention.
Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, im Bereich der Anlageflächen und/oder der Längsränder und/oder der Querränder Vertiefungen zur Aufnahme von Dichtungen oder Abdichtmasse auszubilden. Derartige rillenartige Vertiefungen erhöhen gleichzeitig die Formstabilität der Einzelplatten.Finally, it is proposed with the invention to form recesses for receiving seals or sealing compound in the area of the contact surfaces and / or the longitudinal edges and / or the transverse edges. Such groove-like depressions simultaneously increase the dimensional stability of the individual plates.
Normalerweise wird der Zu- und Abströmquerschnitt der Kanäle für die beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien gleich groß sein, insbesondere wenn die Volumen der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien einander etwa entsprechen. In diesem Fall ist - bei gleicher vorgegebener Höhe der Zu- und Abströmöffnungen - die Breite dieser durch die Querkanten der Einzelplatten gebildeten Öffnungen gleich groß. Die Zu- und Abströmquerschnitte der beiden unterschiedlichen, von den beiden Medien im Gegenstrom durchströmten Kanälen können aber auch eine abweichende Größe haben, wenn die Volumenströme der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien sich stark voneinander unterscheiden. In diesem Fall haben die durch die Querkanten der Einzelplatten gebildeten Zu- und Abströmquerschnitte bei gleicher Höhe eine unterschiedliche Breite. Um den gesamten Strömungskanalverlauf diesen unterschiedlichen Zu- und Abströmquerschnitten anzupassen, werden unterschiedlich geprägte Einzelplatten verwendet, so daß sich im Anschluß an die Ein- und Ausströmquerschnitte unterschiedlich hohe Strömungskanäle für die beiden im Gegenstrom strömenden Medien ergeben. In diesem Fall ergibt sich zwar der Nachteil, daß der Plattenstapel nicht mehr aus Einzelplatten einer einzigen Art gebildet werden kann, die lediglich um ihre Längsachse verdreht zum Plattenstapel miteinander verbunden und mit einem einzigen Werkzeug hergestellt werden. Der höhere, zwei unterschiedliche Werkzeuge für unterschiedlich tiefe Prägungen erfordernde Herstellaufwand ergibt jedoch andererseits den Vorteil, daß der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher auch dann mit großem Erfolg eingesetzt werden kann, wenn zwei Medien mit unterschiedlichen Volumenströmen am Wärmeaustausch teilnehmen.Normally, the inflow and outflow cross-section of the channels will be the same for the two media participating in the heat exchange, in particular if the volumes of the two media participating in the heat exchange approximately correspond to one another. In this case - with the same predetermined height of the inflow and outflow openings - the width of these openings formed by the transverse edges of the individual plates is the same. The inflow and outflow cross sections of the two different channels through which the two media flow in countercurrent can also have a different size if the volume flows of the two media participating in the heat exchange differ greatly from one another. In this case, the inflow and outflow cross sections formed by the transverse edges of the individual plates have a different width at the same height. In order to adapt the entire flow channel course to these different inflow and outflow cross sections, differently shaped single plates are used, so that following the inflow and outflow cross sections, differently high flow channels result for the two media flowing in counterflow. In this case there is the disadvantage that the plate stack can no longer be formed from individual plates of a single type, which are twisted only about their longitudinal axis to form the plate stack and are produced with a single tool will. On the other hand, the higher manufacturing effort, which requires two different tools for embossings of different depths, has the advantage that the plate heat exchanger according to the invention can also be used with great success if two media with different volume flows take part in the heat exchange.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers dargestellt, und zwar zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines Plattenstapels für ein erstes Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers,
- Fig. 2
- eine Teilansicht der Stirnseite des Plattenstapels nach Fig. 1,
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf ein Plattenpaar eines Plattenwärmetauschers einer zweiten Ausführungsform,
- Fig. 4
- eine Ansicht der einen Stirnseite des Plattenpaares nach Fig. 3,
- Fig. 5
- eine Ansicht der anderen Stirnseite des Plattenpaares nach Fig. 3,
- Fig. 6
- einen Querschnitt durch das Plattenpaar nach Fig. 3 gemäß der Schnittlinie VI - VI in Fig. 3 und
- Fig. 7
- eine perspektivische, schematische Darstellung eines Plattenwärmetauschers aus Plattenpaaren gemäß den Fig. 3 bis 6.
- Fig. 1
- 2 shows a perspective view of a plate stack for a first exemplary embodiment of the plate heat exchanger,
- Fig. 2
- 2 shows a partial view of the end face of the plate stack according to FIG. 1,
- Fig. 3
- a plan view of a plate pair of a plate heat exchanger of a second embodiment,
- Fig. 4
- 3 shows a view of one end face of the plate pair according to FIG. 3,
- Fig. 5
- 3 shows a view of the other end face of the plate pair according to FIG. 3,
- Fig. 6
- a cross section through the plate pair of FIG. 3 along the section line VI - VI in Fig. 3 and
- Fig. 7
- a perspective, schematic representation of a plate heat exchanger from plate pairs according to FIGS. 3 to 6.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt schematisch und perspektivisch den Plattenstapel S eines im übrigen nicht dargestellten Plattenwärmetauschers für im Gegenstrom geführte Medien. Dieser Plattenstapel S besteht aus einer Mehrzahl identischer, formgeprägter Einzelplatten 1, die jeweils miteinander zu einem Plattenpaar P verbunden sind.The first exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2 shows schematically and in perspective the plate stack S of a plate heat exchanger, which is otherwise not shown, for media conducted in countercurrent. This plate stack S consists of a plurality of identical, shaped
Jede Einzelplatte 1 umfaßt einen Boden 11, der in einer anderen Ebene liegt wie die Längsränder 12. Im Anschluß und parallel zu diesen Längsrändern 12 ist jede Einzelplatte 1 jeweils mit einer Anlagefläche 13 ausgebildet, die gegenüber den Längsrändern 12 in der Höhe versetzt ist. Der Versatz zwischen der Anlagefläche 13 und dem zugehörigen Längsrand 12 ist doppelt so groß wie der Versatz zwischen den Längsrändern 12 und dem Boden 11; der Boden 11 liegt demzufolge höhenmäßig in der Mitte zwischen der Ebene der Längsränder 12 und der Ebene der Anlageflächen 13.Each
Die quer zu den Längsrändern 12 der Einzelplatte 1 verlaufenden Ränder liegen beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 etwa zur Hälfte in der Ebene der Längsränder 12 bzw. in der Ebene der Anlageflächen 13. Auf diese Weise ergeben sich Querränder 14a und 14b, die in der Höhe, d.h. senkrecht zur Fläche des Bodens 11 um denselben Betrag zueinander versetzt sind wie die Ebenen, in denen einerseits die Längsränder 12 und andererseits die Anlageflächen 13 liegen. Wie Fig. 1 deutlich erkennen läßt, liegen hierbei die Querränder 14a bzw. 14b einander diagonal gegenüber.The edges extending transversely to the
Aus den voranstehend beschriebenen, im oberen Teil der Fig. 1 dargestellten Einzelplatten 1 werden gemäß der unteren Darstellung in Fig. 1 Plattenpaare P gebildet, indem eine Einzelplatte 1 mit einer um ihre Längsachse um 180° gedrehten Einzelplatte 1 an den Längsrändern 12 verbunden wird. In den Fig. 1 und 2 sind fünf komplette Plattenpaare P₁ bis P₅ dargestellt, wobei auf dem obersten Plattenpaar P₅ noch eine Einzelplatte 1 angeordnet ist und sich eine weitere Einzelplatte 1 im größeren Abstand oberhalb dieser auf den Plattenpaaren P angeordneten Einzelplatte 1 befindet.From the above-described
Wenn die Plattenpaare P nunmehr im Bereich der Anlageflächen 13 zu einem Plattenstapel S verbunden werden, ergeben sich abwechselnd übereinanderliegende, in Gegenrichtung durchströmte Kanäle für die beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien. Während das eine Medium in den Kanälen strömt, die durch die Plattenpaare P gebildet werden, strömt das andere Medium in den Kanälen, die sich durch das Zusammenfügen der Plattenpaare P zum Plattenstapel S ergeben. Die in der Ebene der Längsränder 12 liegenden Querränder 14a der Einzelplatten 1 bilden hierbei die Eintrittsöffnungen E₁ bzw. die Austrittsöffnungen A₁ der Kanäle für das zwischen den Plattenpaaren P strömende Medium. Die in der Ebene der Anlageflächen 13 verlaufenden Querränder 14b der Einzelplatten 1 bilden die Eintrittsöffnungen E₂ bzw. die Austrittsöffnungen A₂ für das andere Medium, das zwischen den Einzelplatten 1 jedes Plattenpaares in Gegenrichtung strömt. Wie wiederum die Fig. 1 am besten erkennen läßt, liegen aufgrund der diagonalen Anordnung der Eintritts- und Austrittsöffnungen die Eintrittsöffnungen E₁ für das erste Medium neben den Austrittsöffnungen A₂ für das andere Medium, und zwar jeweils um eine halbe Höhe eines Plattenpaares P versetzt.If the plate pairs P are now connected in the area of the contact surfaces 13 to form a plate stack S, there are alternately superimposed channels in which flow flows in the opposite direction for the two media participating in the heat exchange. While one medium flows in the channels which are formed by the plate pairs P, the other medium flows in the channels which result from the joining of the plate pairs P to the plate stack S. The lying in the plane of the
Die in Fig. 2 wiedergegebene Stirnansicht des linken Teils des in Fig. 1 perspektivisch dargestellten Plattenstapels S läßt erkennen, daß die Plattenpaare P₁ bis P₅ auf einfache Weise dadurch hergestellt werden können, daß deren Einzelplatten 1 an ihren Längsrändern 12 miteinander verbunden werden. Die Verbindung der auf diese Weise entstandenen Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S erfolgt auf ebenso einfache Weise dadurch, daß benachbarte Einzelplatten 1 der Plattenpaare P im Bereich der aufeinanderliegenden Anlageflächen 13 miteinander verbunden werden. In entsprechender Weise erfolgt eine Verbindung der aufeinanderliegenden Querränder 14a und 14b jeweils benachbarter Einzelplatten 1 gemäß Fig. 1.The front view shown in Fig. 2 of the left part of the plate stack S shown in perspective in Fig. 1 shows that the plate pairs P₁ to P₅ can be produced in a simple manner in that the
Bei einem derartigen Zusammenfügen der Einzelplatten 1 zu einem Plattenstapel S ergeben sich an jeder Stirnseite des Plattenstapels S seitliche Öffnungen O, die jeweils mit dem Strömungskanal in Verbindung stehen, der durch die zu einem Plattenpaar P verbundenen Einzelplatten 1 für das eine Medium gebildet wird. Um die Zu- und Abfuhr dieses einen Mediums nicht zu komplizieren, werden diese Öffnungen O auf geeignete Weise verschlossen.With such an assembly of the
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 liegen die Einzelplatten 1 sowohl im Bereich ihrer Längsränder 12 als auch im Bereich ihrer Anlageflächen 13 flächig aufeinander. Die Verbindung der Einzelplatten 1 kann hierbei auf einfache Weise durch Schweißen, vorzugsweise Rollnahtschweißen erfolgen. Eine derartige Rollnahtschweißung läßt sich nicht nur bei aus Kunststoff oder Edelstahl hergestellten Einzelplatten 1 durchführen, sondern auch bei mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Einzelplatten 1, wenn diese Einzelplatten 1 im äußeren Bereich ihrer Längsränder 12 unbeschichtet sind, so daß sie hier miteinander ohne Zerstörung der Korrosionsschutzschicht verschweißt werden können. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, die Verbindung der einzelnen Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S auf andere Weise zu bewerkstelligen.In the first exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the
Der Zusammenbau eines Plattenstapels S aus Einzelplatten 1 durch Schweißen kann dadurch vereinfacht werden, daß benachbarte Einzelplatten 1 zuerst im Bereich ihrer Anlageflächen 13 und erst danach im Bereich ihrer Längsränder 12 miteinander verschweißt werden. In diesem Fall kann mindestens eine Rollnahtschweißung im Bereich der Anlageflächen 13 und Längsränder 12 auf besonders einfache Weise durchgeführt werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Einzelplatten 1 zuerst zu Plattenpaaren P mittels Rollnahtschweißungen im Bereich ihrer Längsränder 12 zu verbinden und anschließend die Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S zu verschweißen, indem Kehlnähte zwischen den aufeinanderliegenden Anlageflächen 13 angebracht werden.The assembly of a plate stack S from
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 6 werden modifizierte Einzelplatten 1 verwendet. Diese sind sowohl im Bereich ihrer Längsränder 12 sowie Querränder 14a und 14b als auch im Bereich ihrer Anlageflächen 13 mit rillenartigen Vertiefungen 15 versehen. Diese Vertiefungen 15 bilden Hohlräume zur Aufnahme einer Dichtmasse bzw. von Dichtungen 2. Derartige Dichtungen 2 können nicht nur zusätzlich zu einer Verschweißung der Einzelplatten 1 an deren Anlageflächen, sondern auch alternativ zu derartigen Verschweißungen verwendet werden, wenn die Einzelplatten 1 eines Plattenstapels S auf andere Weise mit ihren Anlageflächen dichtend zusammengehalten werden. Die Fig. 7 zeigt anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels, daß der Plattenstapel S auch dadurch gebildet werden kann, daß die Einzelplatten 1 zwischen einer Grundplatte 3 und einer Deckplatte 4 mit Hilfe von Zugankern 5 eingespannt werden. In diesem Fall kann auf eine Verschweißung der Einzelplatten 1 zu Plattenpaaren P bzw. auf eine Verschweißung benachbarter Plattenpaare P miteinander verzichtet werden.In the second embodiment according to FIGS. 3 to 6, modified
Den Fig. 3 bis 6 kann weiterhin entnommen werden, daß der Strömungsquerschnitt eines Kanales, der durch ein aus zwei Einzelplatten 1 gebildetes Plattenpaar P geschaffen wird, über die Kanallänge nahezu konstant ist. Die Fig. 4 und 5, welche die Stirnansichten gemäß den Pfeilen IV und V in Fig. 3 darstellen, lassen erkennen, daß der Querschnitt der Eintrittsöffnung E₁ und der Querschnitt der Austrittsöffnung A₁, die sich diagonal gegenüberliegen, etwa gleich groß sind. Dieser Strömungsquerschnitt ergibt sich auch in dem zwischen der Eintrittsöffnung E₁ und der Austrittsöffnung A₁ liegenden Kanalverlauf, der in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Bereich hat der Kanal die halbe Höhe der Eintrittsöffnung E₁ bzw. Austrittsöffnung A₁, aber die volle Breite. Auf diese Weise werden unerwünschte Strömungsverluste beim Durchströmen des Plattenstapels S vermieden. Ein entsprechender Kanalaufbau ergibt sich auch für diejenigen Kanäle, die durch benachbarte Plattenpaare P gebildet werden.3 to 6 that the flow cross section of a channel, which is created by a pair of plates P formed from two
Die Fig. 4 und 5 zeigen schließlich, daß die sich durch die zusätzlichen Anlageflächen 13 ergebenden Öffnungen O in den Stirnseiten des Plattenstapels S auf einfache Weise verschlossen werden können. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 6 sind Stopfen 6 dargestellt, die in diese Öffnungen O eingesetzt sind. Selbstverständlich können die Öffnungen O auch auf andere Weise, beispielsweise durch Zuschweißen oder Zudrücken verschlossen werden.4 and 5 finally show that the openings O resulting from the additional contact surfaces 13 in the end faces of the plate stack S can be closed in a simple manner. In the embodiment according to FIGS. 3 to 6, plugs 6 are shown which are inserted into these openings O. Of course, the openings O can also be closed in a different way, for example by welding or pressing.
Während bei den beiden auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen die Querränder 14a und 14b der Einzelplatten 1 etwa gleich groß ausgebildet sind, so daß sich etwa gleich große Eintritts- und Austrittsöffnungen für die beiden im Gegenstrom strömenden Medien ergeben, ist es selbstverständlich auch möglich, einem unterschiedlichen Volumenstrom der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien dadurch Rechnung zu tragen, daß das Verhältnis der Längen der Querränder 14a und 14b zueinander verändert wird. Um auch in diesem Fall einen über die Kanallänge möglichst gleichmäßigen Kanalquerschnitt zu erzielen, müssen entsprechend des Längenverhältnisses der Querränder 14a und 14b auch die Abstände zwischen den Ebenen verändert werden, in denen die Anlageflächen 13, die Böden 11 und die Längsränder 12 liegen. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, zum Aufbau eines Plattenstapels S zwei unterschiedlich geprägte Einzelplatten 1 zu verwenden.While in the two exemplary embodiments shown in the drawing, the
Aus den voranstehenden Darlegungen und den Zeichnungen ergibt sich, daß mit den beschriebenen Einzelplatten 1 Kompakt-Module für Plattenwärmetauscher hergestellt werden können, deren Einzelplatten aufgrund ihrer Randstabilität und Maßgenauigkeit die notwendigen Voraussetzungen schaffen, um derartige Plattenwärmetauscher für im Gegenstrom geführte Medien für hohe Betriebsdrücke sowie für aggressive Medien auszulegen.From the above explanations and the drawings it follows that 1 compact modules for plate heat exchangers can be produced with the individual plates described, whose individual plates due to their edge stability and dimensional accuracy create the necessary conditions to design such plate heat exchangers for countercurrent media for high operating pressures and for aggressive media.
- 11
- EinzelplatteSingle plate
- 1111
- Bodenground
- 1212th
- LängsrandLongitudinal edge
- 1313
- AnlageflächeContact surface
- 14a14a
- QuerrandCross border
- 14b14b
- QuerrandCross border
- 1515
- Vertiefungdeepening
- 22nd
- Dichtungpoetry
- 33rd
- GrundplatteBase plate
- 44th
- DeckplatteCover plate
- 55
- ZugankerTie rod
- 66
- StopfenPlug
- SS
- PlattenstapelPlate stack
- PP
- PlattenpaarPlate pair
- E₁E₁
-
Eintrittsöffnung Medium 1
Entry opening medium 1 - A₁A₁
-
Austrittsöffnung Medium 1
Outlet opening medium 1 - E₂E₂
-
Eintrittsöffnung Medium 2
Entry opening medium 2 - A₂A₂
-
Austrittsöffnung Medium 2
Outlet opening medium 2 - OO
- Öffnungopening
Claims (8)
- Plate heat exchanger for media conveyed in counterflow, consisting of embossed individual plates (1) which are connected to one another to form pairs of plates (P) which form a flow channel for one medium and which are themselves connected to form a plate stack (S) and form between them a respective flow channel for the other medium, the inflow and flow-off cross-section of each channel being offset diagonally relative to one another in the longitudinal direction of the plates, and the inflow and flow-off cross-sections of the channels for the two media being located next to one another, but offset by half the height of the respective inflow and flow-off cross-section of the channels, characterized in that each individual plate (1) is designed, contiguously with and parallel to its edges (12) which extend in the longitudinal direction of the plates and at which it is connected to the adjacent individual plate (1) to form a pair of plates (P), with a respective bearing face (13) which is offset relative to the edge (12) by half the height of a pair of plates (P) and at which the individual plates (1) of adjacent pairs of plates (P) are connected to one another, and in that the individual plates (1) forming a plate stack (S), at their transverse edges (14a, 14b) located respectively in the inflow and flow-off region for the two media, are connected over a part length to the individual plate (1) belonging to the pair of plates (P) and over the remaining part length to the individual plate (1) of the adjacent pair of plates (P).
- Plate heat exchanger according to Claim 1, characterized in that the orifices (O), formed by the bearing faces (13) offset in height, are closed in the inflow and flow-off region of the plate stack (S).
- Plate heat exchanger according to Claims 1 and 2, characterized in that the pairs of plates (P) and/or the individual plates (1) are welded to one another and/or connected in a sealed-off manner to one another at their bearing faces (13) or edges (12, 14a, 14b).
- Plate heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the individual plates (1) are connected at at least their longitudinal edges (12) and bearing faces (13) by roll-seam welding.
- Plate heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that, when coated individual plates (1) are used, the longitudinal edges (12) are uncoated and are welded to one another.
- Plate heat exchanger according to Claim 4 or 5, characterized in that, in addition to the welding, seals (2) are inserted between the individual plates (1).
- Plate heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the individual plates (1) or pairs of plates (P) of a plate stack (S) are connected to one another at the longitudinal and transverse edges (12, 14a, 14b) and at the bearing faces (13) non-positively, preferably by means of tie rods (5) extending between end plates (3, 4).
- Plate heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 7, characterized in that depressions (15) for receiving seals (2) or a sealing-off mass are formed in the region of the bearing faces (13) and/or of the longitudinal edges (12) and/or of the transverse edges (14a, 14b).
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