EP1061321A2 - Plattenreaktor - Google Patents

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EP1061321A2
EP1061321A2 EP00106520A EP00106520A EP1061321A2 EP 1061321 A2 EP1061321 A2 EP 1061321A2 EP 00106520 A EP00106520 A EP 00106520A EP 00106520 A EP00106520 A EP 00106520A EP 1061321 A2 EP1061321 A2 EP 1061321A2
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EP
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plates
plate
discharge line
feed
elevation
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EP00106520A
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EP1061321B1 (de
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Lothar Haug
Marc Weisser
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Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
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Xcellsis AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-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
    • F28D9/0031—Heat-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
    • F28D9/0043—Heat-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 plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-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 plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

Definitions

  • the invention relates to a plate reactor according to the preamble of claim 1.
  • DE 36 13 596 A1 describes a plate reactor in the form of a Heat exchanger known from a stack of metal plates consists. There are recesses in the metal plates for training provided by flow channels. Extend in the stacking direction distribution or collection channels through the plate stack. In these are distribution or collection channels the corresponding supply and discharge lines are plugged in and connected gas-tight by a soldering process.
  • the end plates By forming the end plates from several thin partial plates an inexpensive manufacture can be achieved.
  • the normal plates of the plate reactor can be used as partial plates for the end plates. So is only one type of plate is necessary and yet one can sufficient mechanical stability of the plate reactor is guaranteed become.
  • at least one survey on the outer circumference of the supply or discharge line and at least one corresponding recess on at least one the sub-plates can have a toothing between the feed or The discharge line and the end plate can be reached.
  • this increases the joining area, which means that when subsequent soldering process ensures better tightness can be.
  • the assembly is improved, because the toothing enables exact positioning.
  • the total designated 1, but only in the drawing plate reactor shown partially and in section from a stack of plates 2, which are covered by a total of 3 designated end plate is completed.
  • the end plate 3 in The exemplary embodiment shown consists of four partial plates 4. At the one shown in the drawing plate 2 close any number of other plates.
  • the stack will be on the End plate 3 opposite side by another, likewise End plate, not shown, completed. This can it is a conventional end plate or one as well end plate constructed of several partial plates.
  • the number of Sub-plates 3 is in both the end plate 3 and opposite end plate freely selectable.
  • Plate reactors are generally known from the prior art and are therefore only briefly and as far as for the Understanding of the invention necessarily described. Under plate reactors In the sense used here, devices for Implementation of chemical reactions, devices for transmission of thermal energy between different media, but also understood combinations of them.
  • the plates 2 are wells, rooms or not shown in the drawing Media channels are provided. In the following it becomes Simplification only spoken of channels. It can be both identical plates 2 and different for the media used Plates 2 are used. The individual plates 2 can flow through the media serially and / or in parallel become.
  • suitable in the channels Catalyst materials in any form - for example as Filling, coating etc. - to support the chemical Reaction to be provided.
  • distributor or Collective channels 5 are provided. These are preferred through holes in the individual plates 2 and formed in the end plate 3, which during assembly in The direction of the stack should lie congruently one above the other. Only one such distribution channel 5 is shown in the drawing shown. With a complete plate reactor 1, however one or more distributors each Collection channels 5 are provided.
  • a feed line 6 projects into the distribution channel 5, which for the supply of a medium gas-tight with the distribution channel 5 is connected.
  • the Feed line 6 shown as a circular tube which is also a represents preferred embodiment.
  • the feed line 6 has an annular collar 8 on its outer circumference 7.
  • the two middle partial plates 4m have one enlarged bore, the diameter of which essentially Outer diameter of the collar 8 corresponds.
  • the thickness d of the two middle part plates 4m corresponds essentially to the axial width b of the collar 8 the thickness d of the two middle part plates 4m.
  • the partial plates 4 all have in the preferred embodiment same thicknesses, which also corresponds to the thickness of the plates 2.
  • thick partial plates 4 in which case the axial width b of the collar 8 of the thickness d of those Corresponds to plates with enlarged bore.
  • the diameter of the bores preferably corresponds to Sub-plates 4 essentially the outside diameter of the feed line 6, while the diameter of the holes in the plates 2 essentially corresponds to the inside diameter of the feed line 6.
  • the axial position of the collar 8 is preferably chosen so that the axial end 9th the supply line 6 after assembly with that of the plate 2 facing edge of the end plate 3 completes. This means that the axial distance of the collar 8 from the axial end 9 of the Feed line 6 substantially equal to the thickness of the innermost one Partial plate 4i is. This prevents the feed line 6 affects the supply of the channels in the plate 2 or even disabled.
  • the plates 2 In the manufacture of the plate reactor 1, the plates 2 stacked on top of each other and then the innermost panel 4i placed on top of this stack. Then the feed line 6 inserted in the distribution channel 5, the collar 8 rests on the surface of the innermost partial plate 4i. Subsequently the two middle slabs are 4m above the Feed line 6 slipped. Due to the matching dimensioning of the two middle part plates 4m and the ring collar 8 form the surface of the top plate 4m and the upper edge of the collar 8 a substantially flat surface. Then the outermost partial plate 4a also placed over the feed line 6.
  • solder material can also be used between the partial plates 4 or directly at the joints between feed line 6 with collar 8 and Bores of the partial plates 4 are provided.
  • the arrangement of the collar 8 are essentially achieved two advantages. Firstly, the joint surface between Feed line 6 with collar 8 and the holes in the sub-plates 4 increased so that both the mechanical stability the tightness is also improved. On the other hand, the Feed line 6 in both the axial and radial Directions fixed so that no errors in the manufacture positioning can occur. In the event that the relationship The discharge line 6 is not rotationally symmetrical and therefore it depends on the direction of rotation, instead of normal continuous collar 8 of the outer circumference of the way Drain line 6 only partially with one Bund be provided, then in turn in the partial plates 4 a corresponding opening must be made. In principle, here is every form of a survey and the associated one Breakthrough possible, however, if possible easy manufacture is important.
  • Annular collar 8 can be on feed line 6, for example small puncture should be provided, then in the a wire or snap ring is inserted.
  • the invention relates generally to a plate reactor in which at least one of the supply and / or discharge lines 6 with the described attachment is provided regardless of whether still further supply and / or discharge lines 6 with conventional ones Attachment are provided.

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Abstract

Plattenreaktor (1) mit einem von Endplatten (3) begrenzten Stapel von Platten (2) zur Ausbildung von Reaktions- und/oder Wärmetauscherräumen, mit sich im wesentlichen in Stapelrichtung durch die Endplatten (3) beziehungsweise Platten erstreckende und durch Bohrungen gebildete Verteiler- und/oder Sammelkanäle (5) und mit einer Zu- beziehungsweise Abführleitung (6), die mit den Verteiler- beziehungsweise Sammelkanälen (5) in Strömungsverbindung stehen, wobei die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) teilweise in den Verteiler- beziehungsweise Sammelkanal (5) gesteckt werden, wobei der Außendurchmesser der Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) im wesentlichen dem Innendurchmesser des Verteiler- beziehungsweise Sammelkanals (5) entspricht und wobei die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) gasdicht mit dem Verteiler- beziehungsweise Sammelkanal (5) verbunden werden. Die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) weist an ihrem Außenumfang (7) zumindest eine Erhebung, vorzugsweise in Form eines Ringbundes (8), auf. Weiterhin ist die Enplatte (3) aus mehreren Teilplatten (4) gebildet, wobei zumindest eine von der äußersten Teilplatte abweichende Teilplatte eine zu der zumindest einen Erhebung (8) korrespondierte Durchbrechung, vorzugsweise in Form einer Bohrung mit vergrößertem Durchmesser, aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenreaktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 36 13 596 A1 ist ein Plattenreaktor in Form eines Wärmetauschers bekannt, der aus einem Stapel von Metallplatten besteht. In den Metallplatten sind Vertiefungen zur Ausbildung von Strömungskanälen vorgesehen. In Stapelrichtung erstrecken sich Verteiler- beziehungsweise Sammelkanäle durch den Plattenstapel. In diese Verteiler- beziehungsweise Sammelkanäle sind die entsprechenden Zu- beziehungsweise Abführleitungen gesteckt und durch einen Lötvorgang gasdicht verbunden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kostengünstig herstellbaren Plattenreaktor mit verbesserter Anschlußbefestigung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Plattenreaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Ausbildung der Endplatten aus mehreren dünnen Teilplatten kann eine kostengünstige Herstellung erreicht werden. Vorzugsweise können die normalen Platten des Plattenreaktors als Teilplatten für die Endplatten verwendet werden. Somit ist lediglich eine Art von Platten notwendig und dennoch kann eine ausreichende mechanische Stabilität des Plattenreaktors gewährleistet werden. Durch die Anordnung von mindestens einer Erhebung am Außenumfang der Zu- beziehungsweise Abführleitung und zumindest einer entsprechenden Vertiefung an zumindest einer der Teilplatten kann eine Verzahnung zwischen der Zu- beziehungsweise Abführleitung und der Endplatte erreicht werden.
Dadurch erhöht sich zum einen die Fügefläche, wodurch beim anschließenden Lötvorgang eine bessere Dichtigkeit gewährleistet werden kann. Zum anderen wird die Montage verbessert, da durch die Verzahnung eine exakte Positionierung möglich ist.
Weiter Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, die einen Schnitt durch einen Plattenreaktor im Bereich eines Anschlußrohres zeigt.
Der insgesamt mit 1 bezeichnete, in der Zeichnung jedoch nur teilweise und im Schnitt dargestellte Plattenreaktor besteht aus einem Stapel von Platten 2, der durch eine insgesamt mit 3 bezeichnete Endplatte abgeschlossen wird. Die Endplatte 3 im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht aus vier Teilplatten 4. An die eine in der Zeichnung gezeigte Platte 2 schließen sich beliebig viele weitere Platten an. Der Stapel wird auf der der Endplatte 3 gegenüberliegenden Seite durch eine weitere, ebenfalls nicht dargestellte Endplatte abgeschlossen. Hierbei kann es sich um eine herkömmliche Endplatte oder eine ebenfalls aus mehreren Teilplatten aufgebaute Endplatte handeln. Die Zahl der Teilplatten 3 ist sowohl bei der Endplatte 3 als auch bei der gegenüberliegenden Endplatte frei wählbar.
Plattenreaktoren sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden daher hier nur noch kurz und soweit für das Verständnis der Erfindung notwendig beschrieben. Unter Plattenreaktoren in dem hier gebrauchten Sinn werden Vorrichtungen zur Durchführung von chemischen Reaktionen, Vorrichtungen zur Übertragung von thermischer Energie zwischen verschiedenen Medien, aber auch Kombinationen davon verstanden. In den Platten 2 sind in der Zeichnung nicht dargestellte Vertiefungen, Räume oder Kanäle zur Führung von Medien vorgesehen. Im folgenden wird zur Vereinfachung nur noch von Kanälen gesprochen. Es können sowohl identische Platten 2 als auch für die verwendete Medien unterschiedliche Platten 2 verwendet werden. Die einzelnen Platten 2 können hierbei seriell und/oder parallel von den Medien durchströmt werden. Außerdem können in den Kanälen geeignete Katalysatormaterialien in beliebiger Form - zum Beispiel als Schüttung, Beschichtung usw. - zur Unterstützung der chemischen Reaktion vorgesehen werden.
Zur Zu- beziehungsweise Abführung der Medien zu beziehungsweise aus den einzelnen Kanälen in den Platten 2 sind Verteiler- beziehungsweise Sammelkanäle 5 vorgesehen. Diese werden vorzugsweise durch Bohrungen in den einzelnen Platten 2 beziehungsweise in der Endplatte 3 gebildet, welche bei der Montage in Stapelrichtung deckungsgleich übereinander zum Liegen kommen. In der Zeichnung ist lediglich ein solcher Verteilerkanal 5 gezeigt. Bei einem kompletten Plattenreaktor 1 können jedoch jeweils ein oder auch mehrere Verteiler- beziehungsweise Sammelkanäle 5 vorgesehen werden.
In den Verteilerkanal 5 hinein ragt eine Zuführleitung 6, welche zur Zufuhr eines Mediums gasdicht mit dem Verteilerkanal 5 verbunden ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zuführleitung 6 als kreisrundes Rohr dargestellt, was auch eine bevorzugte Ausführungsform darstellt. Es ist jedoch auch möglich, andere Querschnittsformen für die Zuführleitung 6 zu wählen, wobei in diesem Fall anstelle der Bohrungen in den Platten 2 beziehungsweise in der Endplatte 3 entsprechend geformte Durchbrechungen vorgesehen sind. Die Zuführleitung 6 weist an ihrem Außenumfang 7 einen Ringbund 8 auf. Korrespondierend dazu weisen die beiden mittleren Teilplatten 4m eine vergrößerte Bohrung auf, deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser des Ringbundes 8 entspricht. Darüber hinaus entspricht die axiale Breite b des Ringbundes 8 im wesentlichen der Dicke d der beiden mittleren Teilplatten 4m. Die Teilplatten 4 weisen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel alle gleiche Dicken auf, die auch der Dicke der Platten 2 entspricht. Selbstverständlich ist es auch möglich, unterschiedlich dicke Teilplatten 4 zu verwenden, wobei in diesem Falle die axiale Breite b des Ringbundes 8 der Dicke d derjenigen Platten mit vergrößerter Bohrung entspricht.
Vorzugsweise entspricht der Durchmesser der Bohrungen in den Teilplatten 4 im wesentlichen dem Außendurchmesser der Zuführleitung 6, während der Durchmesser der Bohrungen in den Platten 2 im wesentlichen dem Innendurchmesser der Zuführleitung 6 entspricht. Dies hat zur Folge, daß nach der Montage die Medienführung in der Zuführleitung 6 als auch im Verteilerkanal 5 den gleichen Querschnitt aufweist. Die axiale Position des Ringbundes 8 wird vorzugsweise so gewählt, daß das axiale Ende 9 der Zuführleitung 6 nach der Montage mit dem der Platte 2 zugewandten Rand der Endplatte 3 abschließt. Dies bedeutet, daß der axiale Abstand des Ringbundes 8 von dem axialen Ende 9 der Zuführleitung 6 im wesentlichen gleich der Dicke der innersten Teilplatte 4i ist. Dadurch wird verhindert, daß die Zuführleitung 6 die Versorgung der Kanäle in der Platte 2 beeinflußt oder gar behindert.
Bei der Herstellung des Plattenreaktors 1 werden die Platten 2 aufeinander gestapelt und anschließend die innerste Teilplatte 4i oben auf diesen Stapel gelegt. Anschließend wird die Zuführleitung 6 in den Verteilerkanal 5 gesteckt, wobei der Ringbund 8 auf der Oberfläche der innersten Teilplatte 4i aufliegt. Anschließend werden die beiden mittleren Teilplatten 4m über die Zuführleitung 6 gestülpt. Durch die übereinstimmende Dimensionierung der beiden mittleren Teilplatten 4m und des Ringbundes 8 bilden die Oberfläche der nun obersten Teilplatte 4m und des oberen Randes des Ringbundes 8 eine im wesentlichen ebene Fläche. Daraufhin wird dann die äußerste Teilplatte 4a ebenfalls über die Zuführleitung 6 gestülpt. Schließlich wird auf die äußerste Teilplatte 4a am Außenumfang der Zuführleitung 6 Lotmaterial gegeben, welches beim anschließenden Lötvorgang in die Fügestellen zwischen der Zuführleitung 6 mit Ringbund 8 und den Bohrungen der Teilplatten 4 gezogen wird und bilden eine gasdichte Verbindung. Zusätzlich kann auch noch Lotmaterial zwischen den Teilplatten 4 oder direkt an den Fügestellen zwischen Zuführleitung 6 mit Ringbund 8 und den Bohrungen der Teilplatten 4 vorgesehen werden.
Durch die Anordnung des Ringbundes 8 werden im wesentlichen zwei Vorteile erreicht. Zum einen wird die Fügefläche zwischen Zuführleitung 6 mit Ringbund 8 und den Bohrungen der Teilplatten 4 erhöht, so daß sowohl die mechanische Stabilität als auch die Dichtigkeit verbessert wird. Zum anderen wird die Zuführleitung 6 sowohl in axialer als auch in radialer Richtungen fixiert, so daß bei der Herstellung kein Fehler bei der Positionierung auftreten kann. Für den Fall, daß die Zubeziehungsweise Abführleitung 6 nicht rotationssymmetrisch ist und es daher auf die Drehrichtung ankommt, kann anstelle des normalen durchgehenden Ringbundes 8 der Außenumfang der Zubeziehungsweise Abführleitung 6 auch nur teilweise mit einem Bund versehen werden, wobei dann in den Teilplatten 4 wiederum eine korrespondierende Durchbrechung eingebracht werden muß. Prinzipiell ist hier jede Form einer Erhebung und der zugehörigen Durchbrechung möglich, wobei jedoch auf eine möglichst einfache Herstellung zu achten ist. Anstelle des dargestellten Ringbundes 8 kann beispielsweise an der Zuführleitung 6 ein kleiner Einstich vorgesehen werden, in den dann anschließend ein Draht- oder Sprengring eingelegt wird. Als weiteres Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, anstelle des Ringbundes 8 die Zuführleitung 6 nach außen auf zuweiten, wodurch wiederum eine Erhebung entsteht.
Obwohl in der Zeichung lediglich eine Zuführleitung 6 mit zugehörigem Verteilerkanal 5 dagestellt und beschrieben ist, soll der Patentschutz nicht darauf beschränkt werden. Die Erfindung betrifft allgemein einen Plattenreaktor, bei dem zumindest eine der Zu- und/oder Abführleitungen 6 mit der beschriebenen Befestigung versehen ist, unabhängig davon, ob noch weitere Zu- und/oder Abführleitungen 6 mit herkömmlicher Befestigung vorgesehen sind.

Claims (7)

  1. Plattenreaktor mit einem von Endplatten begrenzten Stapel von Platten zur Ausbildung von Reaktions- und/oder Wärmetauscherräumen, mit sich im wesentlichen in Stapelrichtung durch die Endplatten beziehungsweise Platten erstreckende und durch Durchbrechungen gebildete Verteiler- und/oder Sammelkanäle und mit einer Zu- beziehungsweise Abführleitung, die mit den Verteiler- beziehungsweise Sammelkanälen in Strömungsverbindung stehen, wobei die Zu- beziehungsweise Abführleitung teilweise in den Verteiler- beziehungsweise Sammelkanal gesteckt werden, wobei der Außendurchmesser der Zu- beziehungsweise Abführleitung im wesentlichen dem Innendurchmesser des Verteiler- beziehungsweise Sammelkanals entspricht und wobei die Zu- beziehungsweise Abführleitung gasdicht mit dem Verteiler- beziehungsweise Sammelkanal verbunden werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) an ihrem Außenumfang zumindest eine Erhebung (8) aufweist, daß die Enplatte (3) aus mehreren Teilplatten (4) gebildet ist und daß zumindest eine von der äußersten Teilplatte (4a) abweichende Teilplatte (4m) eine zu der zumindest einen Erhebung (8) korrespondierente Durchbrechung aufweist.
  2. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) und der Verteiler- beziehungsweise Sammelkanal (5) zylinderförmig ausgebildet sind und daß die Durchbrechung in der zumindest einen zugehörigen Teilplatte (4m) durch eine Bohrung gebildet ist, deren Durchmesser im wesentlichem dem Außendruchmesser der Erhebung (8) entspricht.
  3. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Breite (b) der Erhebung (8) in Richtung der Längsächse der Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) im wesentlichen der Dicke (d) einer oder mehrerer Teilplatten (4m) entspricht.
  4. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vier Teilplatten (4) vorgesehen sind, wobei die beiden mittleren Teilplatten (4m) einen vergrößerten Durchmesser aufweisen, und wobei die Erhebung (8) derart an der Zubeziehungsweise Abführleitung (6) angeordnet ist, daß im zusammengebauten Zustand die Zu- beziehungsweise Abführleitung (6) sich lediglich bis in den Bereich der vierten Teilplatte (4i) ersteckt.
  5. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zumindest eine Erhebung (8) ein Ringbund ist
  6. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zumindest eine Erhebung (8) ein Draht- oder Sprengring ist, der in einen zugehörigen Einstich am Außenumfang der Zuführleitung (6) eingelegt ist.
  7. Plattenreaktor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zumindest eine Erhebung (8) durch Aufweiten der Zuführleitung (6) nach außen gebildet wird.
EP00106520A 1999-06-18 2000-03-25 Plattenreaktor Expired - Lifetime EP1061321B1 (de)

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