EP4118392A1 - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Plattenwaermetauscher

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Publication number
EP4118392A1
EP4118392A1 EP21711513.8A EP21711513A EP4118392A1 EP 4118392 A1 EP4118392 A1 EP 4118392A1 EP 21711513 A EP21711513 A EP 21711513A EP 4118392 A1 EP4118392 A1 EP 4118392A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
plate
heat exchange
exchanger according
support element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21711513.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Anetseder
Karl BIRKNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP4118392A1 publication Critical patent/EP4118392A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
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    • F28F2230/00—Sealing means

Definitions

  • the present invention relates to a plate heat exchanger and the use of the plate heat exchanger for transferring heat between media.
  • Plate heat exchangers contain a package of heat exchange plates through which heat is transferred from one medium to another medium. Adjacent plates form a channel system through which a medium flows.
  • a medium is understood to mean a liquid or a gas, although it is not excluded that there are particles in the liquid or the gas.
  • sealless In the case of plate heat exchangers, a basic distinction is made between so-called sealless and sealed designs.
  • the gaps between the plates are sealed by a fixed connection of the plates, for example by welding or soldering or by the so-called fusion technique.
  • sealed plate heat exchangers In the case of sealed plate heat exchangers, the heat exchange plates lie on top of one another at the edges and are separated by seals.
  • Such sealed plate heat exchangers are known, for example, from EP 1996889 B1.
  • a plate heat exchanger is described from a plurality of plates, the individual plates being stacked and each connected to one another with circumferential seals and a channel system is formed which runs in a meander shape and the side walls of the guide channels have openings. The aim is to improve heat transfer performance and reduce pressure loss.
  • the present invention is based on the object of providing sealed plate heat exchangers that can withstand high pressure differences between the media and the environment during operation and that are also stable with respect to temporal pressure fluctuations or jumps in a medium.
  • This object is achieved by a plate heat exchanger comprising two heat exchange plates, which form a channel system lying between the heat exchange plates and which is sealed by a sealing element, the channel system comprising a support element and the support element being spaced apart from the sealing element and a support element material from a Material of a heat exchange plate is different.
  • the number of plates is not limited to two.
  • the specialist selects the number of heat exchange plates according to the desired heat transfer capacity. The greater the number and area of the heat exchange plates, the greater the heat transfer capacity.
  • the channel system lies between two heat exchange plates.
  • the two mutually facing surfaces of adjacent heat exchange plates define flow channels of the channel system.
  • at least one of the two surfaces facing one another is profiled.
  • Graphite heat exchange plates and silicon carbide heat exchange plates are often machined by milling on one side, so that only one of the two surfaces facing one another is profiled.
  • the channel system is then created by a profiled surface against the smooth surface of the next plate in the stack.
  • the two mutually facing surfaces of the two heat exchange plates can also be profiled.
  • Embossed plates are preferably profiled on both surfaces, e.g. those made from the F100 material offered by SGL Carbon.
  • F100 material is a material that contains graphite particles and fluoropolymer.
  • the joint connection between the plates is realized by a detachable joint connection.
  • the term releasable is understood to mean that the plates separate from one another without destroying the plates.
  • Non-destructive joining connections would be, for example, material connections such as soldering, welding, gluing.
  • a sealing element is understood to mean means, e.g. a seal, for hermetically sealing the duct system from the surrounding atmosphere
  • a support element is to be understood as an element that lies between the heat exchange plates lying on top of one another and supports them against one another.
  • the support element is spaced from the sealing element. This means that the support element and sealing element do not merge into one another, but are elements that are separated from one another.
  • the support element is a support connection of the two heat exchange plates. This means that a force acting orthogonally to the heat exchange plate plane on one of the heat exchange plates is partially transmitted via the support element to the other heat exchange plate following in the direction of the force.
  • the sealing element can have a circumferential sealing element area. Such a sealing area can be found, for example, in a frame seal as shown in Figure 4 in DE102008048014 A1.
  • the sealing element can also be a self-contained, circumferential band or, through overlapping band areas, e.g. band ends, form a band contour that is closed all around. This causes a continuous, reliable sealing of the sewer system from the environment.
  • the tape can be in solid or paste-like form, the width, thickness and the sealing element material or the sealing element materials are always coordinated so that a sufficient sealing effect and the lowest possible tendency to creep and at the same time an adequate corrosion resistance for the respective media Sealing element is ensured.
  • the sealing element according to the invention preferably comprises a fluoropolymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE). It is also preferred if the support element according to the invention comprises a fluoropolymer, for example PTFE.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the fluoropolymer can be selected from partially and fully fluorinated polymers. Suitable fluoropolymers are, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene difluoride (PVDF), ethylene chlorotrifluoroethylene (ETCFE), tetrafluoroethylene-flexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene difluoride
  • ETCFE ethylene chlorotrifluoroethylene
  • FEP tetrafluoroethylene-flexafluoropropylene copolymer
  • PFA perfluoroalkoxy polymers
  • Fluoropolymers ensure chemical and thermal resistance and tightness, as well as mechanical properties such as good power transmission. It goes without saying that this property profile is fulfilled to different degrees by different fluoropolymers, e.g. PTFE is particularly corrosion-resistant. On the other hand, some other fluoropolymers have a lower tendency to creep.
  • the sealing elements and the support elements are preferably made of an identical material.
  • the full flexural strength of the heat exchange plates is then available for pressure differences and pressure fluctuations or pressure jumps in the media.
  • Another advantage is that the support element and sealing element can be produced in a particularly simple manner from spaced-apart sections of a precursor material. Examples of precursors are:
  • sealing paste such as the commercially available paste Chesterton® GoldEnd® 900 containing the fluoropolymer particles
  • a PTFE sealing tape e.g. the commercially available GORE® sealing tape series 500
  • the support elements are pressed between the heat exchange plates.
  • the thickness of the support element is at most 10%, preferably at most 4% of the width of the support element. This has the advantage that the plate heat exchanger has an even greater stability against pressure jumps.
  • the sealing elements according to the invention have a defined thickness.
  • the thickness of the sealing element is preferably at most 10%, preferably at most 4% of the width of the sealing element. This means that the plate heat exchanger can withstand exceptionally high operating pressures over the long term.
  • the thickness of the support element and / or the sealing element is preferably between 0.01 and 0.5 mm.
  • the width of the support element and / or the sealing element is preferably at least 3 mm, particularly preferably between 3 and 20 mm. This also results in optimal tightness and stability against high pressure differences.
  • the support element can be in the form of strips.
  • strip-shaped is to be understood as meaning that the support element has a defined width and defined length, where the length is, for example, at least five times the width.
  • the support element does not necessarily have to run straight. This has the effect that the force is transmitted via the surface of the strip-shaped support element to the closest heat exchange plate.
  • the support element can also be a support disk.
  • a support disk is a support element whose outline is at most twice as long as the outline of a circle of the same size.
  • support disks can be produced by using a paste as a precursor material and applying this in blobs at specific points. During the pressing process, an approximately round, flat support disc is formed from the material in front of it. The punctual application that takes place in this way means that less material is required for the support elements and the support elements in the areas of the pressure difference peaks can be attached sporadically. A deflection of the heat exchange plates can therefore be counteracted in a targeted manner with minimal use of support material where the risk of material failure is greatest.
  • the heat exchange plates can advantageously have graphite and / or ceramic and / or metal.
  • metals or metal alloys such as steel or, in the case of particularly corrosive media, ceramic materials such as silicon carbide or fiber-reinforced ceramic materials or graphite can be used as the material for the plates.
  • a channel in the channel system can furthermore comprise a flow-breaking element.
  • Flow-breaking elements are elements that prevent the medium from flowing in a straight line in the direction of the channel. This causes a turbulence in the flowing medium and thus that the efficiency of the heat transfer is increased. So even at lower flow velocities of the medium there is a turbulent flow.
  • the plate heat exchanger comprises three heat exchange plates, which form a first channel system located between the first heat exchange plate and the second heat exchange plate and a second channel system located between the second heat exchange plate and the third heat exchange plate, the first channel system being sealed by a first sealing element and a the first support element comprised by the first channel system is arranged in alignment with a second support element comprised by the second channel system.
  • Aligning here means that the outlines of the first and second support elements at least partially overlap. Overlapping is present when the outlines run in such a way that at least one straight line oriented orthogonally to the plates extends through both outlines.
  • This means that the support elements are arranged in an axis which is perpendicular to the surface of the heat exchange plates.
  • the force acting along the axis is on a heat exchange plate acts via the support element on another heat exchange plate and from this in turn transferred via the further support element to the heat exchange plate following in the direction of force.
  • the invention also relates to the use of the plate heat exchanger according to the invention for transferring heat from one medium to another medium, one medium being corrosive or both media being corrosive.
  • Corrosive means that the medium can impair the functions, through chemical reaction, of materials, e.g. steels or other construction materials, that come into contact with the medium.
  • These corrosive media can be selected from hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and monochloroacetic acid.
  • the invention also relates to the use of the plate heat exchanger according to the invention for the transfer of heat, the pressure difference between a medium and the environment and / or the pressure difference between two media between which heat is transferred, at least 7 bar, preferably at least 9 bar, particularly preferably at least 11 bar, very particularly preferably at least 13 bar, extremely preferably at least 17 bar, for example at least 21 bar.
  • the invention also relates to a method in which, in a plate heat exchanger according to the invention, heat is transferred from one medium to another medium, at least one of the two media in physical contact with a food, a pharmaceutical product or a semiconductor material or in contact with a Precursor of the food, the pharmaceutical product or the semiconductor material is brought.
  • Figure 1 shows a portion of a heat exchange plate in perspective Dar position
  • Figure 2 shows a region of a heat exchange plate in perspective Dar position with applied portions of a precursor material for fiction, contemporary support elements
  • Figure 3 shows a cross section of a heat exchange plate with applied front runner materials for sealing elements and for support elements according to the invention
  • Figure 1 shows a portion of a typical heat exchange plate 1 for a plate heat exchanger.
  • the heat exchange plate is profiled on the surface visible here, so that in the stack with a further heat exchange plate arranged above it (not shown here), a channel system 2 results, into which a medium can be introduced through a through opening 3.
  • the channels 5 comprised by the channel system are delimited by 4 webs.
  • the same nickelaus exchange plate 1 is shown in the same perspective, sections of a support element precursor material 6 are additionally arranged on the webs 4.
  • a support element precursor material 6 is also shown in the section shown in FIG.
  • the heat exchange plate from Figure 3 is similar to the heat exchange plates from Figures 1 and 2, but the webs 4 here have a trapezoidal cross-section.
  • a sealing element precursor material 7 is also provided, which runs around the outer edge of the surface.
  • Embodiments Two small test plate heat exchangers (SiC PHX P05) with 10 silicon carbide heat exchange plates each were built. The dimensions of the panels for type P05 are 230 x 620 mm. The heat exchange plates each had a built-in profile and openings for the media. The two test plate heat exchangers only differed in additional support elements according to the invention, which were only inserted in the second test plate heat exchanger.
  • a sealing cord (PTFE-based, approx. 4 mm thick) was applied around the channel systems between adjacent heat exchange plates and around the passage opening through which the other medium flowed.
  • the sealing cord served to limit the areas through which the two media flowed from one another and to limit these areas from the surrounding atmosphere.
  • test pressure of 8 bar was achieved.
  • a test pressure of 12 bar was achieved with the second test plate heat exchanger.
  • the first leakages in the second test plate heat exchanger did not occur until a test pressure of 13 bar.
  • test pressure could already be increased by 50% in this first, very simplified test setup.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher umfassend zwei Wärmeaustauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanalsystem bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stützelement umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beabstandet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustauschplatte verschieden ist.

Description

PLATTENWAERMETAUSCHER
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher und die Verwendung des Plattenwärmetauschers zur Übertragung von Wärme zwischen Medien.
Plattenwärmetauscher enthalten ein Paket aus Wärmeaustauschplatten, durch die die Wärmeübertragung von einem Medium auf ein anderes Medium stattfindet. Be nachbarte Platten bilden ein Kanalsystem, durch das ein Medium fließt. Unter Me dium versteht man eine Flüssigkeit oder ein Gas, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass sich Partikel in der Flüssigkeit oder dem Gas befinden können.
Grundsätzlich unterscheidet man bei Plattenwärmetauschern sogenannte dichtungs lose und abgedichtete Bauformen. Bei der dichtungslosen Ausführung werden die Zwischenräume zwischen den Platten durch eine feste Verbindung der Platten, zum Beispiel durch Verschweißen oder Löten oder durch die sogenannte Fusionstechnik abgedichtet.
Bei abgedichteten Plattenwärmetauschern liegen die Wärmeaustauschplatten an den Rändern aufeinander und sind durch Dichtungen getrennt. Bekannt sind derartige abgedichtete Plattenwärmetauscher beispielsweise aus EP 1996889 B1. Dort wird ein Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von Platten beschrieben, wobei die einzelnen Platten gestapelt und jeweils mit umlaufenden Dichtungen miteinander ver bunden werden und ein Kanalsystem ausgebildet wird, das mäanderförmig verläuft und die Seitenwände der Führungskanäle Durchbrüche aufweisen. Es sollen eine verbesserte Wärmeübertragungsleistung und verringerter Druckverlust bewirkt wer den.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, abgedichtete Plattenwärme tauscher zur Verfügung zu stellen, die im Betrieb hohen Druckunterschieden zwischen den Medien und zur Umgebung hin dauerhaft standhalten und die auch gegenüber zeitlichen Druckschwankungen oder -Sprüngen eines Mediums stabil sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plattenwärmetauscher umfassend zwei Wär meaustauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanal system bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stützelement umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beab- standet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustausch platte verschieden ist.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entneh men.
Es versteht sich, dass die Anzahl der Platten nicht auf zwei beschränkt ist. Der Fach mann wählt die Anzahl der Wärmeaustauschplatten entsprechend der gewünschten Wärmeübertragungsleistung. Je größer die Anzahl und Fläche der Wärmeaustausch platten ist, desto größer ist die Wärmeübertragungsleistung.
Erfindungsgemäß liegt das Kanalsystem zwischen zwei Wärmeaustauschplatten. Die beiden einander zugewandten Oberflächen benachbarter Wärmeaustauschplatten definieren Strömungskanäle des Kanalsystems. Dazu ist mindestens eine der beiden einander zugewandten Oberflächen profiliert. Graphitwärmeaustauschplatten und Siliciumcarbidwärmeaustauschplatten sind häufig einseitig fräsend bearbeitet, so dass nur eine der beiden einander zugewandten Oberflächen profiliert ist. Das Kanal system wird dann durch profilierte Oberfläche gegen glatte Oberfläche der im Stapel nächstfolgenden Platte erzeugt. Es können jedoch auch die beiden einander zuge wandten Oberflächen der beiden Wärmeaustauschplatten profiliert sein. Bevorzugt sind geprägte Platten an beiden Oberflächen profiliert, z.B. solche aus dem von SGL Carbon angebotenen F100-Material. F100-Material ist ein Material, das Graphitpar tikel und Fluorpolymer enthält.
Die Fügeverbindung zwischen den Platten wird durch eine lösbare Fügeverbindung realisiert. Unter lösbar ist zu verstehen, dass sich die Platten voneinander lösen lassen, ohne die Platten zu zerstören. Nicht zerstörungsfreie Fügeverbindungen wären z.B. stoffschlüssige Verbindungen wie Löten, Schweißen, Kleben.
Unter Dichtelement versteht man in vorliegender Erfindung Mittel, z.B. eine Dichtung, zum hermetischen Abdichten des Kanalsystems zu der umgebenden Atmosphäre
Unter Stützelement ist ein Element zu verstehen, dass zwischen den aufeinander lie genden Wärmeaustauschplatten liegt und diese gegeneinander stützt.
In vorliegender Erfindung ist das Stützelement vom Dichtelement beabstandet. Dies bedeutet, dass Stützelement und Dichtelement nicht ineinander übergehen, sondern voneinander abgesetzte Elemente sind.
Vorzugsweise ist das Stützelement eine Stützverbindung der zwei Wärmeaustausch platten. Das heißt, dass eine orthogonal zur Wärmeaustauschplattenebene auf eine der Wärmeaustauschplatten einwirkende Kraft über das Stützelement zum Teil auf die in Kraftrichtung nächstfolgende, andere Wärmeaustauschplatte übertragen wird.
Das Dichtelement kann einen umlaufenden Dichtelementbereich aufweisen. Ein solcher Dichtbereich findet sich zum Beispiel bei einer Rahmendichtung wie sie z.B. in DE102008048014 A1 in Abbildung 4 gezeigt ist. Das Dichtelement kann auch ein in sich geschlossenes, umlaufendes Band sein oder durch überlappende Band bereiche, z.B. Bandenden, eine ringsum geschlossene Bandkontur bilden. Dies bewirkt eine durchgehende, zuverlässige Abdichtung des Kanalsystems zu der Umgebung. Das Band kann in fester oder in pastenartiger Form vorliegen, wobei die Breite, Dicke und das Dichtelementmaterial bzw. die Dichtelementmaterialien immer so aufeinander abgestimmt werden, dass eine hinreichende Dichtwirkung und mög lichst geringe Kriechneigung erreicht und zugleich für die jeweiligen Medien eine aus reichende Korrosionsbeständigkeit des Dichtelements sichergestellt wird.
Mit dem Dichtelement und/oder dem Stützelement wird eine abgedichtete Verbin dung der Platten geschaffen, die ohne Erhitzen lösbar ist, so dass die Platten nicht zerstört oder beschädigt werden. Prinzipiell eignen sich viele verschiedene Materialien für das Dichtelement, sofern sich mit diesen für die jeweilige Wärmeübertragungsanwendung eine hinreichende Dichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielen lässt. Vorzugsweise umfasst das er findungsgemäße Dichtelement ein Fluorpolymer, z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE). Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Stützelement ein Fluorpoly mer umfasst, z.B. PTFE.
Das Fluorpolymer kann ausgewählt sein aus teilweise und vollständig fluorierten Polymeren. Als Fluorpolymer eignen sich z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen tetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Ethylenchlortrifluorethylene (ETCFE), Tetrafluorethylen-Flexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy- Polymere (PFA). Dies gilt sowohl im Hinblick auf Fluorpolymer des Dichtelements, wie auch im Hinblick auf Fluorpolymer des Stützelements. Besonders bevorzugt ist das Fluorpolymer PTFE. Fluorpolymere gewährleisten sowohl chemische und thermische Beständigkeit und Dichtheit, als auch mechanische Eigenschaften wie eine gute Kraftübertragung. Es versteht sich, dass dieses Eigenschaftsprofil von ver schiedenen Fluorpolymeren in unterschiedlichem Maße erfüllt wird, z.B. ist PTFE be sonders korrosionsfest. Dafür ist die Kriechneigung mancher anderer Fluorpolymere geringer.
Bevorzugterweise bestehen die Dichtelemente und die Stützelemente aus einem identischen Werkstoff. Die volle Biegebelastbarkeit der Wärmeaustauschplatten steht dann für Druckunterschiede und Druckschwankungen bzw. Drucksprünge der Me dien zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Stützelement und Dichtelement in besonders einfacher Weise aus beabstandeten Abschnitten eines Vorläuferma terials hersteilen lassen. Als Vorläufermaterial kommen z.B. in Betracht:
- eine Dichtpaste, wie z.B. die Fluorpolymer-Partikel enthaltende, handels übliche Paste Chesterton® GoldEnd® 900,
- ein PTFE-Dichtband (z.B. die handelsübliche GORE® Dichtungsband Serie 500) oder
- eine Fluorpolymer-enthaltende Dichtschnur mit rundem Querschnitt Die Stützelemente werden zwischen den Wärmeaustauschplatten verpresst. Im Allgemeinen beträgt die Dicke des Stützelements höchstens 10%, bevorzugt höchstens 4 % der Breite des Stützelements. Dies hat den Vorteil, dass der Platten wärmetauscher eine noch höhere Stabilität gegenüber Drucksprüngen aufweist.
Die erfindungsgemäßen Dichtelemente haben eine definierte Dicke. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Dichtelements höchstens 10%, bevorzugt höchstens 4 % der Breite des Dichtelements. Dies bewirkt, dass der Plattenwärmetauscher auch außer gewöhnlich hohen Betriebsdrücken dauerhaft standhält.
Vorzugsweise beträgt die Dicke des Stützelements und/oder des Dichtelements zwischen 0,01 und 0,5 mm. Vorzugsweise beträgt die Breite des Stützelements und/oder des Dichtelements mindestens 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 20 mm. Auch dies bewirkt eine optimale Dichtigkeit und Stabilität gegen hohe Druck unterschiede.
Das Stützelement kann streifenförmig vorliegen. Unter streifenförmig ist zu verste hen, dass das Stützelement eine definierte Breite und definierte Länge aufweist, wo bei die Länge z.B. mindestens das fünffache der Breite beträgt. Dabei muss das Stützelement nicht zwingend gerade verlaufen. Dies bewirkt, dass die Kraftüber tragung über die Fläche des streifenförmigen Stützelements auf die nächstliegende Wärmeaustauschplatte erfolgt.
Das Stützelement kann auch eine Stützscheibe sein. Eine Stützscheibe ist gemäß vorliegender Erfindung ein Stützelement, dessen Umriss höchstens 2-mal so lang ist, wie der Umriss eines Kreises gleich großer Fläche. Praktisch lassen sich Stützschei ben dadurch hersteilen, dass man als Vorläufermaterial eine Paste einsetzt und diese punktuell in Klecksen aufbringt. Beim Verpressen bildet sich aus dem Vor läufermaterial dann eine annähernd runde, flache Stützscheibe aus. Die so erfol gende, punktuelle Auftragung bewirkt, dass weniger Material für die Stützelemente benötigt wird und die Stützelemente in den Bereichen der Druckunterschiedsspitzen vereinzelt angebracht werden können. Es kann also mit minimalem Stützmaterial einsatz einer Durchbiegung der Wärmeaustauschplatten genau dort gezielt entge gengewirkt werden, wo das Risiko eines Materialversagens am größten ist.
Vorteilhafterweise können die Wärmeaustauschplatten Graphit und/oder Keramik und/oder Metall aufweisen. Als Material für die Platten können in Abhängigkeit von den Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, Metalle oder Metall legierungen wie Stahl oder bei besonders korrosiven Medien auch keramische Materialien wie Siliziumcarbid oder faserverstärkte Keramikmaterialien oder Graphit eingesetzt werden.
Ein Kanal im Kanalsystem kann weiterhin ein strömungsbrechendes Element umfassen. Unter strömungsbrechenden Elementen versteht man Elemente, die ver hindern, dass das Medium geradlinig in Kanalrichtung durchfließen kann. Dies be wirkt, eine Verwirbelung des durchfließenden Mediums und somit, dass die Effizienz der Wärmeübertragung erhöht wird. Es kommt also schon bei geringeren Strömungs geschwindigkeiten des Mediums zu einer turbulenten Strömung.
Vorteilhafterweise umfasst der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher drei Wär meaustauschplatten, die ein zwischen der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wärmeaustauschplatte liegendes erstes Kanalsystem und ein zwischen der zweiten Wärmeaustauschplatte und der dritten Wärmeaustauschplatte liegendes zweites Kanalsystem bilden, wobei das erste Kanalsystem durch ein erstes Dicht element abgedichtet ist und ein vom ersten Kanalsystem umfasstes erstes Stütz element fluchtend mit einem vom zweiten Kanalsystem umfassten zweiten Stütz element angeordnet ist. Fluchtend bedeutet hier, dass die Umrisse des ersten und zweiten Stützelements mindestens teilweise überlappen. Ein Überlappen liegt vor, wenn die Umrisse so verlaufen, dass mindestens eine orthogonal zu den Platten ebenen ausgerichtete Gerade durch beide Umrisse hindurchführt. Das bedeutet, dass die Stützelemente in einer Achse angeordnet sind, die senkrecht zu der Fläche der Wärmeaustauschplatten verläuft. Somit wird die Kraft, die entlang der Achse auf eine Wärmeaustauschplatte wirkt über das Stützelement auf eine andere Wärmeaus tauschplatte und von dieser wiederum über das weitere Stützelement weiter auf die in Kraftrichtung folgende Wärmeaustauschplatte übertragen.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Platten wärmetauschers zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei ein Medium korrosiv ist oder beide Medien korrosiv sind.
Unter korrosiv ist zu verstehen, dass das Medium eine Beeinträchtigung der Funktionen, durch chemische Reaktion, von Materialen, z.B. von Stählen oder an deren Konstruktionsmaterialen, hervorrufen kann, die mit dem Medium in Kontakt tre ten.
Diese korrosiven Medien können aus Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäure, Phos phorsäure und Monochloressigsäure ausgewählt sein.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Platten wärmetauschers zur Übertragung von Wärme, wobei der Druckunterschied zwischen einem Medium und der Umgebung und/oder der Druckunterschied zwischen zwei Medien, zwischen denen Wärme übertragen wird, mindestens 7 bar, bevorzugt min destens 9 bar, besonders bevorzugt mindestens 11 bar, ganz besonders bevorzugt mindestens 13 bar, äußerst bevorzugt mindestens 17 bar, z.B. mindestens 21 bar beträgt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren, bei dem in einem erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium über tragen wird, wobei mindestens eines der beiden Medien in physischen Kontakt mit einem Nahrungsmittel, einem pharmazeutischen Erzeugnis oder einem Halbleiter material oder in Kontakt mit einem Vorläufer des Nahrungsmittel, des pharma zeutischen Erzeugnisses oder des Flalbleitermaterials gebracht wird.
Die Erfindung wir durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele und Figuren ver anschaulicht, ohne auf diese beschränkt zu sein. Figuren
Figur 1 zeigt einen Bereich einer Wärmeaustauschplatte in perspektivischer Dar stellung
Figur 2 zeigt einen Bereich einer Wärmeaustauschplatte in perspektivischer Dar stellung mit aufgebrachten Abschnitten eines Vorläufermaterials für erfindungs gemäße Stützelemente
Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer Wärmeaustauschplatte mit aufgebrachtem Vor läufermaterialien für Dichtelemente und für erfindungsgemäße Stützelemente
Figur 1 zeigt einen Bereich einer typische Wärmeaustauschplatte 1 für einen Platten wärmetauscher. Die Wärmeaustauschplatte ist an der hier sichtbaren Oberfläche profiliert, so dass sich im Stapel mit einer darüber angeordneten, hier nicht gezeig ten, weiteren Wärmeaustauschplatte ein Kanalsystem 2 ergibt, in das ein Medium durch eine Durchgangsöffnung 3 eingeleitet werden kann. Die vom Kanalsystem um fassten Kanäle 5 sind von Stegen 4 begrenzt. In Figur 2 ist dieselbe Wärmeaus tauschplatte 1 in derselben Perspektive gezeigt, wobei auf den Stegen 4 zusätzlich Abschnitte eines Stützelement-Vorläufermaterials 6 angeordnet sind.
Auch in dem Schnitt, der in Figur 3 gezeigt ist, ist ein Stützelement-Vorläufermaterial 6 dargestellt. Die Wärmeaustauschplatte aus Figur 3 ähnelt den Wärmeaustausch platten aus Figuren 1 und 2, jedoch haben die Stege 4 hier einen trapezförmigen Querschnitt. In Figur 3 ist zusätzlich auch ein Dichtelement-Vorläufermaterial 7 dar gestellt, das am äußeren Rand der Oberfläche ringsum verläuft. Durch Stapeln und Verspannen einer Vielzahl der in Figur 3 gezeigten Wärmeaustauschplatten werden die zwischen den Platten angeordneten Stützelement-Vorläufer 6 und Dichtelement- Vorläufer 7 komprimiert, so dass ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher mit Dicht elementen sowie erfindungsgemäß angeordneten Stützelementen erhalten wird.
Ausführungsbeispiele Es wurden zwei kleine Test-Plattenwärmetauscher (SiC PHX P05) mit je 10 Sili- ciumcarbidwärmeaustauschplatten gebaut. Die Abmessungen der Platten betragen beim Typ P05 230 x 620 mm. Die Wärmeaustauschplatten wiesen jeweils eine eingearbeitete Profilierung sowie Öffnungen für die Medien auf. Die beiden Test- Plattenwärmetauscher unterschieden sich nur in zusätzlichen erfindungsgemäßen Stützelementen, die nur beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher eingefügt wurden.
Bei beiden Test-Plattenwärmetauschern wurde eine Dichtschnur (PTFE-basiert, ca. 4 mm dick) jeweils rings um die zwischen benachbarten Wärmeaustauschplatten lie genden Kanalsysteme und um die vom anderen Medium durchströmten Durchgangs öffnung appliziert. Die Dichtschnur diente zur Begrenzung der von den beiden Me dien durchströmten Bereiche gegeneinander und zur Begrenzung dieser Bereiche gegen die umgebende Atmosphäre.
Bei dem zweiten Test-Plattenwärmetauscher wurden zusätzliche Fluorpolymer-Stütz- elemente auf die Stege zwischen den Kühlkanälen appliziert. Die Fluorpolymer- Stützelemente wurden nach dem Verspannen des Wärmetauschers je ringsum von einem der beiden Medien umströmt, sie übernahmen also keine Dichtfunktion.
Bei dem ersten Test-Plattenwärmetauscher wurde ein Prüfdruck von 8 bar erreicht. Beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher wurde ein Prüfdruck von 12 bar erreicht. Erste Leckagen traten beim zweiten Test-Plattenwärmetauscher erst bei 13 bar Prüf druck auf.
Der Prüfdruck konnte damit in diesem ersten, sehr vereinfachten Versuchsaufbau bereits um 50 % gesteigert werden.
Im Lastfall wird die Plattenfläche durch Medienkontakt mit Druck beaufschlagt, dies führt zu einer Durchbiegung bzw. zu einem entsprechenden mechanischen Span nungszustand. Über die Stützelemente wird die mögliche Durchbiegung verringert bzw. die entsprechenden Spannungen werden verringert. Dies ermöglicht gegenüber dem Ausgangszustand höhere Druckbelastungen bis zum Erreichen eines möglichen kritischen Spannungszustandes hinsichtlich Belastung der Platte (Vermeidung Plat tenbruch) bzw. bzgl. der Belastung des Systems (Vermeidung von Leckagen).
In weiteren Versuchen konnte mit erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher mit Si- liciumcarbidwärmeaustauschplatten eine Druckbeständigkeit von 23,0bar und mit Graphitwärmeaustauschplatten eine Druckbeständigkeit von 25 bis 26 bar realisiert werden. Dies impliziert, dass die Erfindung nicht auf Plattenwärmetauscher mit kera mischen Wärmeaustauschplatten beschränkt ist, sondern mit anderen korrosions beständigen Plattenmaterialien ebenfalls sehr gut umsetzbar ist.
Mit den erzielten 23 bis 26 bar traten die Leckagen sowohl mit Siliciumcarbidwär- meaustauschplatten, als auch mit Graphitwärmeaustauschplatten im gleichen Be reich auf. Mit der Erfindung scheinen die Grenzen der Druckbeständigkeit eher in Richtung Ausführung der Spannplatten aus Stahl (Ebenheit) und das Prüfequipment verschoben zu werden. Wenn überhaupt treten Leckagen im Bereich der Zu- und Ab leitungen bzw. Schlauchkupplungen auf.

Claims

Patentansprüche
1. Plattenwärmetauscher in abgedichteter Bauform, umfassend zwei Wärmeaus tauschplatten, die ein zwischen den Wärmeaustauschplatten liegendes Kanalsystem bilden, das durch ein Dichtelement abgedichtet ist, wobei das Kanalsystem ein Stütz element umfasst und wobei das Stützelement vom Dichtelement beabstandet ist und ein Stützelementmaterial von einem Material einer Wärmeaustauschplatte verschie den ist.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei das Stützelement eine Stütz verbindung der zwei Wärmeaustauschplatten ist.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei das Dichtelement einen um laufenden Dichtelementbereich aufweist, ein in sich geschlossenes umlaufendes Band ist oder durch überlappende Bandbereiche eine ringsum geschlossene Band kontur bildet.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei das Dichtelement und/oder das Stützelement ein Fluorpolymer umfasst.
5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, wobei das Fluorpolymer ausgewählt ist aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Poly- vinylidendifluorid (PVDF), Ethylenchlortrifluorethylene (ETCFE), Tetrafluorethylen- Flexafluorpropylen-Copolymer (FEP) und Perfluoralkoxy-Polymeren (PFA)
6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei die Dicke des Stützelements höchstens 10% der Breite des Stützelements beträgt.
7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Dicke des Dichtelements höchstens 10% der Breite des Dichtelements beträgt.
8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei die Dicke des Stützelements und/oder des Dichtelements zwischen 0,01 und 0,5 mm beträgt.
9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei die Breite des Stützelements und/oder des Dichtelements mindestens 3 mm beträgt.
10. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 , wobei die Wärmeaustauschplatten
Graphit und/oder Keramik und/oder Metall aufweisen.
11. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 umfassend drei Wärmeaustausch platten, die ein zwischen der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wär- meaustauschplatte liegendes erstes Kanalsystem und ein zwischen der zweiten
Wärmeaustauschplatte und der dritten Wärmeaustauschplatte liegendes zweites Ka nalsystem bilden, wobei das erste Kanalsystem durch ein erstes Dichtelement ab gedichtet ist und ein vom ersten Kanalsystem umfasstes, erstes Stützelement fluchtend mit einem vom zweiten Kanalsystem umfassten zweiten Stützelement an- geordnet ist.
12. Verwendung des Plattenwärmetauschers nach einem der vorhergehenden An sprüche zur Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium, wobei ein Medium korrosiv ist oder beide Medien korrosiv sind.
13. Verwendung des Plattenwärmetauschers nach Anspruch 12, wobei die korro siven Medien aus Salzsäure, Flusssäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Mono chloressigsäure ausgewählt sind.
14. Verwendung des Plattenwärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Übertragung von Wärme, wobei der Druckunterschied zwischen einem Medium und der Umgebung oder der Druckunterschied zwischen zwei Medien, zwischen denen Wärme übertragen wird, mindestens 7 bar beträgt.
15. Verfahren, bei dem in einem Plattenwärmetauscher nach einem der An sprüche 1 bis 11 Wärme von einem Medium auf ein anderes Medium übertragen wird, wobei mindestens eines der beiden Medien in physischen Kontakt mit einem Nahrungsmittel, einem pharmazeutischen Erzeugnis oder einem Halbleitermaterial oder in Kontakt mit einem Vorläufer des Nahrungsmittel, des pharmazeutischen Er zeugnisses oder des Halbleitermaterials gebracht wird.
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