EP1279916A1

EP1279916A1 - Plate heat exchanger

Info

Publication number: EP1279916A1
Application number: EP01118092A
Authority: EP
Inventors: Heinz-Willi Rickers; Klaus Niepoth
Original assignee: Balcke Duerr Energietechnik GmbH
Current assignee: Kelvion PHE GmbH
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: DK1279916T3; ES2220635T3; EP1279916B1; DE50102418D1

Abstract

The plate evaporator is composed of separate plates (1,2), assembled in pairs (P), with a number of embossings (12) equally distributed over their surfaces in a number of parallel rows and with longitudinal edges at right angles to them. They are bonded together at their vertical edges. The flow channels (K1) for one medium (M1) are in corrugations between the plates in one pair, and the flow channels for the other medium (M2) run between successive pairs of plates. The following pairs of plates are separated by a space on the plane of the straight flow channels (K2). They are held apart by spacers at the vertical edges.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenverdampfer aus Einzelplatten, die mit rinnenförmig gestalteten und in mehreren parallelen Reihen gleichmäßig über die Plattenfläche verteilten Prägungen versehen sind, wobei die Einzelplatten an ihren quer zu den rinnenförmigen Prägungen verlaufenden Rändern miteinander zu Plattenpaaren und diese Plattenpaare entlang den jeweils anderen, in Prägungsrichtung verlaufenden Rändern der Einzelplatten mit dem jeweils nächsten Plattenpaar zu einem Plattenstapel verbunden sind, und wobei die Strömungskanäle für das eine der beiden am Verdampfungsprozeß beteiligte Medium wellenförmig zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten, und für das andere Medium gerade verlaufend zwischen aufeinanderfolgenden Plattenpaaren gebildet sind.The invention relates to a plate evaporator made of individual plates, which are provided with channel-shaped embossments and evenly distributed in several parallel rows over the plate surface, the individual plates at their edges running transversely to the channel-shaped embossments to form plate pairs and these plate pairs along the other, in Embossing edges of the individual plates are connected to the next pair of plates to form a stack of plates, and the flow channels for one of the two media involved in the evaporation process are formed in a wave shape between individual plates connected to a pair of plates, and for the other medium running straight between successive pairs of plates ,

Die Erfindung geht insoweit konstruktiv aus von einem aus der DE 43 43 399 C2 bekannten, aus zueinander parallelen Einzelplatten zusammengesetzten Plattenwärmetauscher. Jeweils zwei Einzelplatten bilden ein Plattenpaar mit einem dazwischen wellenförmig verlaufenden Kanal für das eine am Wärmeaustausch beteiligte Medium. Durch Zusammenfügen der Plattenpaare zu einem Plattenstapel ergeben sich zwischen den aneinanderliegenden Einzelplatten benachbarter Plattenpaare rohrförmige Kanäle für das andere am Wärmeaustausch beteiligte Medium. Die Bildung einerseits wellenförmiger und andererseits rohrförmiger Kanäle beruht auf der besonderen Prägungsstruktur der einzelnen Platten. Diese sind mit rillenförmigen Prägungen versehen, wobei die Prägungen benachbarter Reihen in Längsrichtung zueinander versetzt sind.In this respect, the invention is based constructively on a plate heat exchanger known from DE 43 43 399 C2 and composed of parallel individual plates. Two individual plates each form a pair of plates with an undulating channel between them for the medium involved in the heat exchange. By joining the plate pairs to form a plate stack, tubular channels for the other medium involved in the heat exchange result between the adjacent individual plates of adjacent plate pairs. The formation of corrugated channels on the one hand and tubular channels on the other hand is based on the special embossed structure of the individual plates. These are provided with groove-shaped embossments, the embossments of adjacent rows being offset from one another in the longitudinal direction.

Für Verdampfungsprozesse ist der Plattenwärmetauscher nach der DE 43 43 399 C2 nur bedingt einsetzbar. Problematisch sind die zwischen den Platten benachbarter Plattenpaare verlaufenden, rohrförmigen Kanäle. Bei Einsatz des Wärmetauschers als Verdampfer neigen die rohrförmigen Kanäle zu einem Verstopfen, zumindest jedoch zu einem Absetzen von Feststoffen oder Partikeln in den die rohrförmigen Kanäle begrenzenden Spalten. Eine Reinigung des Plattenwärmetauschers muß daher chemisch erfolgen, mechanische Reinigungstechniken versagen. Dies ist insbesondere von Nachteil bei Einsatz des Wärmetauschers bei der Verarbeitung von Produkten der Lebensmittelindustrie, bei der erhöhte Hygieneanforderungen gestellt werden.The plate heat exchanger according to DE 43 43 399 C2 can only be used to a limited extent for evaporation processes. The tubular channels running between the plates of adjacent plate pairs are problematic. When using the heat exchanger as an evaporator, the tubular channels tend to clog, but at least to settle solids or particles in the gaps delimiting the tubular channels. The plate heat exchanger must therefore be cleaned chemically, mechanical cleaning techniques fail. This is particularly disadvantageous when the heat exchanger is used in the processing of products in the food industry, in which increased hygiene requirements are imposed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weniger zu Verunreinigungen neigenden und gleichzeitig besser zu reinigenden Plattenverdampfer zu schaffen.The invention has for its object to provide a less prone to contamination and at the same time easier to clean plate evaporator.

Zur Lösung wird bei einem Plattenverdampfer mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschlagen, daß aufeinanderfolgende Plattenpaare in der Ebene der in gerader Richtung verlaufenden Strömungskanäle durch einen durchgehenden Zwischenraum voneinander getrennt sind, und daß zur Aufrechterhaltung dieses Zwischenraums ein Abstandhalter die in Prägungsrichtung verlaufenden Ränder zweier aufeinanderfolgender Plattenpaare miteinander verbindet.To solve this problem , it is proposed in a plate evaporator with the features mentioned at the outset that successive plate pairs are separated from one another in the plane of the flow channels running in a straight direction by a continuous space, and that a spacer is used to maintain the space between the edges of two successive plate pairs which run in the embossing direction combines.

Ein solcher Plattenverdampfer bietet verbesserte Reinigungsmöglichkeiten auf Seiten der sich gerade erstreckenden Strömungskanäle. Diese Strömungskanäle sind nicht nur röhrenförmig, sondern es handelt sich um vollständige, durchgehende Ebenen, wodurch eine Reinigung auch mit mechanischen Reinigungsmitteln möglich ist, ohne daß Verengungen, Spalte etc. ungereinigt bleiben. Der Plattenverdampfer kann auch für Prozesse eingesetzt werden, die nach einer Reinigung unbedingte Sterilität erfordern, z. B. bestimmte Anwendungen in der Nahrungsmittelindustrie. In der milchverarbeitenden Industrie z. B. können sich bei Einsatz des erfindungsgemäßen Plattenverdampfers keine Pulpeteilchen in Verengungen oder Spalten absetzen. Solche Pulpeteilchen bilden einen ständigen Ansteckungsherd bei der Verarbeitung von Milchprodukten.Such a plate evaporator offers improved cleaning options on the part of the flow channels which are just extending. These flow channels are not only tubular, but are complete, continuous levels, which means that cleaning is also possible with mechanical cleaning agents without constrictions, gaps etc. remaining uncleaned. The plate evaporator can also be used for processes that require absolute sterility after cleaning, e.g. B. certain applications in the food industry. In the milk processing industry e.g. B. when using the plate evaporator according to the invention, no pulp particles can settle in constrictions or gaps. Such pulp particles form a constant source of infection in the processing of dairy products.

Im Rahmen der Erfindung ist von besonderer Bedeutung, daß der Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Plattenpaaren aufrecht erhalten bleibt. Hierzu wird in konstruktiv besonders einfacher Weise vorgeschlagen, daß die Abstandhalter Bestandteil einer Schlitzplatte sind, wobei jeder Schlitz die sich in Prägungsrichtung erstreckenden, offenen Ränder der beiden zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten spaltfrei aufnimmt, und die Bereiche zwischen aufeinanderfolgenden Schlitzen die Abstandhalter bilden. Die Breite der Bereiche zwischen aufeinanderfolgenden Schlitzen der Schlitzplatte bedingt daher den Abstand der Plattenpaare. Auf diese Weise läßt sich dieser Abstand mit einfachen Mitteln einhalten, Einbaufehler beim Zusammensetzen des Plattenverdampfers werden vermieden.In the context of the invention it is of particular importance that the space between successive pairs of plates is maintained. For this purpose, it is proposed in a structurally particularly simple manner that the spacers are part of a slotted plate, each slit receiving the open edges of the two individual plates connected to form a plate pair that extend in the embossing direction, and the areas between successive slits form the spacers. The width of the areas between successive slots of the slot plate therefore determines the distance between the plate pairs. In this way, this distance can be maintained with simple means, installation errors when assembling the plate evaporator are avoided.

Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die beiden zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten durch Punktverschweißungen miteinander verbunden sind. Hierdurch läßt sich eine hohe Druckfestigkeit erreichen, so daß der Plattenverdampfer auch im Falle eines hohen Differenzdruckes zwischen den Drücken der beiden Medien eingesetzt werden kann.Furthermore, the invention proposes that the two individual plates connected to form a pair of plates are connected to one another by spot welding. This enables a high pressure resistance to be achieved, so that the plate evaporator can also be used in the event of a high differential pressure between the pressures of the two media.

Zur Verbesserung der Druckfestigkeit gegenüber Differenzdrücken der beiden am Verdampfungsprozeß beteiligten Medien wird ferner vorgeschlagen, daß die rinnenförmigen Prägungen in Draufsicht rechteckige Gestalt aufweisen, daß die Prägungen benachbarter Reihen um die Hälfte der Länge der einzelnen Prägung in Längsrichtung zueinander versetzt sind, und daß sich die Orte der Punktverschweißungen bei der ersten Einzelplatte des Plattenpaars mittig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prägungen derselben Reihe, und bei der zweiten Einzelplatte des Plattenpaars auf dem durchgehenden Steg zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Prägungen befinden.To improve the compressive strength against differential pressures of the two media involved in the evaporation process, it is further proposed that the channel-shaped embossments have a rectangular shape in plan view, that the embossments of adjacent rows are offset from one another in the longitudinal direction by half the length of the individual embossing, and that the locations the spot welds for the first single plate of the plate pair are located centrally between two successive embossments of the same row, and for the second single plate of the plate pair on the continuous web between two successive rows of embossments.

Im Hinblick auf das Druckverhalten des Plattenverdampfers lassen sich ferner zusätzliche Punktverschweißungen anbringen, wobei sich die Orte dieser zusätzlichen Punktverschweißungen bei der zweiten Einzelplatte des Plattenpaars mittig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prägungen derselben Reihe, und bei der ersten Einzelplatte des Plattenpaars auf dem durchgehenden Steg zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Prägungen befinden.With regard to the pressure behavior of the plate evaporator, additional spot welds can also be applied, the locations of these additional spot welds being centered between two successive embossments of the same row in the second single plate of the plate pair, and between two successive rows in the continuous web on the continuous web of embossments.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plattenverdampfers dargestellt, und zwar zeigen:

Fig.1: Eine perspektivische Ansicht eines aus insgesamt fünf Plattenpaaren und zwei Schlitzplatten zusammengesetzten Plattenverdampfers und
Fig. 2: eine vergrößert gezeichnete, perspektivische Darstellung der teilweise miteinander verbundenen Einzelplatten des Plattenverdampfers.

An exemplary embodiment of a plate evaporator according to the invention is shown in the drawing, namely:

Fig.1: A perspective view of a plate evaporator and composed of a total of five plate pairs and two slotted plates
Fig. 2: an enlarged drawn, perspective view of the partially interconnected individual plates of the plate evaporator.

Der in Figur 1 anhand eines durch fünf Plattenpaare P gebildeten Plattenstapels dargestellte Plattenwärmertauscher besteht aus identischen Einzelplatten 1, 2, die spiegelbildlich zu einander zu einem Plattenpaar P verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt an den Längsrändern 3 der Einzelplatten 1, 2 sowie an gleichmäßig über die Platten verteilten Schweißpunkten 4,13. Zwischen den jeweils ein Plattenpaar P bildenden Einzelplatten 1, 2 ergibt sich ein wellenförmig verlaufender Kanal K1 für das eine am Verdampfungsprozeß teilnehmende Medium M1, nämlich einen heißen Gasstrom. Dieser wellenförmige Verlauf des Kanals K1 ist insbesondere in der Schnittdarstellung Fig. 2 zu erkennen.The plate heat exchanger shown in FIG. 1 on the basis of a plate stack formed by five plate pairs P consists of identical individual plates 1, 2, which are connected to each other to form a plate pair P in mirror image. This connection takes place at the longitudinal edges 3 of the individual plates 1, 2 and at welding spots 4, 13 distributed evenly over the plates. Between the individual plates 1, 2, each forming a pair of plates P, there is a corrugated channel K1 for the medium M1 participating in the evaporation process, namely a hot gas flow. This undulating course of the channel K1 can be seen in particular in the sectional view in FIG. 2.

Durch Anordnung mehrerer der Plattenpaare P zu einem Plattenstapel 5 ergeben sich zwischen den einander nicht berührenden Einzelplatten benachbarter Plattenpaare P sehr flache Räume mit rohrförmige Erweiterungen aufweisenden Kanälen K2 für das andere am Verdampfungsprozeß teilnehmende Medium M2, nämlich die zu verdampfende Flüssigkeit. Das Medium M2 ist im Kreuzstrom zum Medium M1 geführt, der Strömungsquerschnitt der in gerader Linie mit rohrförmigen Erweiterungen durchlaufenden Kanäle K2 ist ebenfalls in Figur 2 zu erkennen.By arranging several of the plate pairs P to form a plate stack 5, very flat spaces with tubular extensions K2 for the other medium M2 participating in the evaporation process, namely the liquid to be evaporated, result between the non-contacting individual plates of adjacent plate pairs P. The medium M2 is guided in a cross flow to the medium M1, the flow cross section of the channels K2 passing in a straight line with tubular extensions can also be seen in FIG.

Die Figur 1 zeigt, daß die aus den Einzelplatten 1 und 2 zusammengesetzten Plattenpaare P zur Bildung des Plattenstapels 5 an ihren quer zu den Längsrändern 3 verlaufenden Rändern 7 miteinander verbunden sind, und zwar mittelbar über eine Schlitzplatte 8. Die Schlitzplatte 8 ist mit mehreren parallel zueinander verlaufenden, schlitzförmigen Ausnehmungen 9 versehen, wobei jede Ausnehmung 9 den offenen Rand 7 eines Plattenpaares P bündig aufnimmt. Figur 1 läßt ferner erkennen, daß die beiden ein Plattenpaar P bildenden Einzelplatten 1 und 2 im Bereich ihres Randes 7 mit einer sich über die gesamte Breite der Platte erstreckenden Aufweitung 10 versehen ist, um so eine gute Zuströmung des Mediums M1 zu ermöglichen. Diese Aufweitung des Randes 7 paßt nahezu bündig in die jeweilige schlitzförmige Ausnehmung 9 der Schlitzplatte 8.FIG. 1 shows that the plate pairs P composed of the individual plates 1 and 2 are connected to one another at their edges 7 running transversely to the longitudinal edges 3 to form the plate stack 5, specifically indirectly via a slotted plate 8. The slotted plate 8 is parallel to several provided to each other, slit-shaped recesses 9, each Recess 9 receives the open edge 7 of a pair of plates P flush. FIG. 1 also shows that the two individual plates 1 and 2 forming a plate pair P are provided in the region of their edge 7 with an expansion 10 which extends over the entire width of the plate, in order to enable a good inflow of the medium M1. This widening of the edge 7 fits almost flush into the respective slot-shaped recess 9 of the slot plate 8.

Die Verbindung der Ränder 7 mit den jeweiligen Ausnehmungen 9 der Schlitzplatte 8 erfolgt durch Verschweißen entlang dieser Ränder. Die zwischen den Ausnehmungen 9 angeordneten Parallelbereiche der Schlitzplatte 8 dienen hierbei als Abstandhalter 10 und bestimmen den Abstand zwischen jedem Plattenpaar P und dem nachfolgenden Plattenpaar P. Insbesondere definieren diese Abstandhalter 10 der Schlitzplatte 8 die Breite des ebenen Strömungskanals K2 für das zweite Medium M2, welches in gerader Strömungsrichtung zwischen aufeinanderfolgenden Plattenpaaren hindurchströmt. Infolge des für diesen Strömungskanal über dessen ganze Fläche aufrechterhaltenden Abstandes können sich in diesem Strömungskanal K2 keine Partikel oder Schmutzteilchen in Spalten etc. absetzen und hierdurch die Reinigung dieses Strömungskanals K2 erschweren.The edges 7 are connected to the respective recesses 9 of the slotted plate 8 by welding along these edges. The parallel areas of the slot plate 8 arranged between the recesses 9 serve as spacers 10 and determine the distance between each pair of plates P and the subsequent plate pair P. In particular, these spacers 10 of the slot plate 8 define the width of the flat flow channel K2 for the second medium M2, which flows in a straight flow direction between successive pairs of plates. As a result of the distance that is maintained for this flow channel over its entire surface, no particles or dirt particles can settle in gaps etc. in this flow channel K2 and thereby make it difficult to clean this flow channel K2.

Jede Einzelplatte 1, 2 ist mit mehreren parallelen Reihen von in Strömungsrichtung des Mediums M2 verlaufenden, rinnenförmigen Prägungen 12 versehen. Die Prägungen 12 benachbarter Reihen sind in Längsrichtung zueinander versetzt. Hierdurch ergeben sich zwischen aneinanderliegenden, jeweils ein Plattenpaar P bildenden Einzelplatten 1, 2 flächige Abstützungen. Diese Abstützungen bilden gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Einzelplatten verteilte Stützfelder geringer Abmessung, so daß auch bei einem höheren Überdruck in den Kanälen K2 eine zuverlässige Abstützung der Einzelplatten eines Plattenpaares P erzielt wird. Auch bei hohen Differenzdrücken sind keine bleibenden Verformungen der Einzelplatten zu befürchten.Each individual plate 1, 2 is provided with a plurality of parallel rows of channel-shaped embossments 12 running in the flow direction of the medium M2. The embossments 12 of adjacent rows are offset from one another in the longitudinal direction. This results in two-dimensional supports between adjacent individual plates 1, each forming a pair of plates P. These supports form support fields of small dimensions distributed uniformly over the entire surface of the individual plates, so that reliable support of the individual plates of a pair of plates P is achieved even with a higher overpressure in the channels K2. Even at high differential pressures, there is no fear of permanent deformation of the individual plates.

Die Prägungen 12 weisen eine Länge auf, die in etwa das Doppelte bis Dreifache der Breite der Prägung beträgt. Insgesamt bilden die Prägungen 12 in Draufsicht ein Muster ähnlich einem Mauerwerk. Die Prägungen benachbarter Reihen sind um die Hälfte der Länge der einzelnen Prägungen in Längsrichtung zueinander versetzt.The embossments 12 have a length that is approximately twice to three times the width of the embossing. Overall, the embossments 12 form a pattern similar to masonry in plan view. The embossments of neighboring rows are offset by half the length of the individual embossments in the longitudinal direction.

Die Verbindung der beiden Einzelplatten 1, 2 zu einem Plattenpaar P erfolgt außer der Verschweißung entlang der Längsränder 3 zusätzlich durch die Punktverschweißungen 13. Wie Figur 2 erkennen läßt, befinden sich die Orte der Punktverschweißungen 13 bei der ersten Einzelplatte 1 des Plattenpaares P mittig zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prägungen 12 derselben Reihe, und bei der zweiten Einzelplatte 2 des Plattenpaars auf dem durchgehenden Steg 14 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Prägungen 12. Entsprechende Punktverschweißungen befinden sich vorzugsweise umgekehrt zwischen aufeinanderfolgenden Prägungen bei der zweiten Einzelplatte 2, und entsprechend auf dem durchgehenden Steg zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Prägungen der ersten Einzelplatte 1. Bei höherem Druck in den Kanälen K1 sorgen die Punktverschweißungen 13 für die Stabilität der Plattenpaare P und auf diese Weise für einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt der Kanäle K2.The connection of the two individual plates 1, 2 to a plate pair P takes place in addition to the welding along the longitudinal edges 3 and additionally by the spot welds 13. As can be seen in FIG. 2, the locations of the spot welds 13 for the first individual plate 1 of the plate pair P are located centrally between two successive embossments 12 of the same row, and in the case of the second single plate 2 of the plate pair on the continuous web 14 between two successive rows of embossments 12. Corresponding spot welds are preferably reversed between successive embossments in the second single plate 2, and accordingly on the continuous web between two successive rows of embossments of the first single plate 1. At a higher pressure in the channels K1, the spot welds 13 ensure the stability of the plate pairs P and in this way for a constant flow cross section of the channels K2.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: EinzelplatteSingle plate
22: EinzelplatteSingle plate
33: Längsrandlongitudinal edge
44: SchweißpunktWeldingSpot
55: Plattenstapelplate stack
77: Randedge
88th: Schlitzplatteslot plate
99: Ausnehmungrecess
1010: Abstandhalterspacer
1212: Prägungembossing
1313: Punktverschweißungspot welding
1414: durchgehender Stegcontinuous web
K1K1: Kanalchannel
K2K2: Kanalchannel
M1M1: Medium 1Medium 1
M2M2: Medium 2Medium 2
PP: Plattenpaarpair of plates

Claims

Plate evaporator made of individual plates (1, 2) which are provided with embossed embossments (12) which are evenly distributed in several parallel rows over the plate surface, the individual plates (1, 2) having their edges (3) running transversely to the embossed embossments. are connected to one another to form plate pairs (P) and these plate pairs along the respective other edges (7) of the individual plates running in the embossing direction with the next plate pair (P) to form a plate stack (5), and wherein the flow channels for one (M1) the two media involved in the evaporation process are formed in a wave shape between individual plates each connected to form a pair of plates (P), and for the other medium (M2) are formed in a straight line between successive pairs of plates (P), characterized in that
that successive plate pairs (P) in the plane of the straight flow channels (K2) are separated from each other by a continuous space, and that to maintain this space a spacer (10) the embossed edges (7) of two successive plate pairs (P ) connects with each other.

Evaporator according to claim 1, characterized in that the spacers (10) are part of a slotted plate (8), each slit receiving the open edges of the two individual plates (1, 2) connected to form a plate pair (P) and extending in the embossing direction without any gaps , and the areas between successive slots form the spacers (10).

Evaporator according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the two individual plates connected to form a plate pair (P) are connected to one another by spot welds (13).

Evaporator according to claim 3, characterized in that the channel-shaped embossments (12) have a rectangular shape in plan view, that the embossments (12) of adjacent rows are offset by half the length of the individual embossing in the longitudinal direction, and that the locations of the spot welds (13) in the first single plate (1) of the plate pair (P) are centered between two successive embossments of the same Row, and at the second single plate (2) of the plate pair (P) on the continuous web (14) between two successive rows of embossments.

Evaporator according to Claim 4, characterized by additional spot welds, the locations of these additional spot welds being located in the second individual plate (2) of the plate pair (P) centrally between two successive embossments of the same row, and in the first individual plate (1) of the plate pair (P) are located on the continuous web (14) between two successive rows of embossments.