EP4660565A1

EP4660565A1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: EP4660565A1
Application number: EP25180061.1A
Authority: EP
Inventors: Stefan Dr. Ziegler
Original assignee: Kelvion PHE GmbH
Current assignee: Kelvion Phe Ii GmbH
Priority date: 2024-06-05
Filing date: 2025-06-02
Publication date: 2025-12-10
Also published as: DE102024115589A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit mehreren Wärmetauscherplatten (4) zwischen denen zumindest zwei Kanäle jeweils für den Durchtritt eines Wärmetauschermediums gebildet sind,
wobei das jeweilige Wärmetauschermedium über Einlass-Durchlässe und Auslass-Durchlässe in den jeweiligen Kanal eingeleitet und aus diesem abgeleitet werden kann, wobei zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten (4) mindestens eine Dichtung (6) verläuft, um die jeweiligen Kanäle und/oder die Öffnungen gegenüber einer Umgebung (U) und/oder gegeneinander abzudichten, wobei die mindestens eine Dichtung (6) einen Hauptkörper (9) aus einem elastischen Dichtungs-Material (MD) und mit einer ersten Permeabilität (P9) aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtung (6) ferner mindestens eine Barriereschicht (B) aus einem Barriere-Material (MB) und mit einer zweiten Permeabilität (PB) aufweist, wobei die erste Permeabilität (P9) des Hauptkörpers (9) größer ist als die zweite Permeabilität (PB) der Barriereschicht (B) und wobei die Barriereschicht (B) eine Barrieredicke (DB) von maximal 50µm aufweist, vorzugsweise maximal 25µm, insbesondere maximal 10µm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannte Plattenwärmetauscher weisen eine Vielzahl an geprägten Wärmetauscherplatten auf, die aufeinanderliegend mehrere Kanäle zwischen sich einschließen, um zwei unterschiedliche Wärmetauschermedien zwischen Einlässen und Auslässen in bekannter Weise transportieren zu können. Zwischen den Wärmetauscherplatten, die allesamt oder zumindest paarweise durch Löten oder Schweißen zusammengefügt sind, sind schlaufenförmig langgezogene Dichtungen und/oder Ringdichtungen angeordnet, die verhindern, dass sich die beiden Wärmetauschermedien vermischen oder in die Umgebung austreten können. Beispielhaft sind derartige Plattenwärmetauscher unter anderem in EP 2 017 562 A1 , WO 2012041287 A2 , EP 1 001 240 A1 , DE 699 19 540 T2 beschrieben.
Die Dichtungen sind derartig aus einem elastischen Dichtungs-Material ausgeführt, dass sich die jeweilige Dichtung beim Zusammendrücken der Wärmetauscherplatten verformt und dabei flächig und damit abdichtend an die beiden benachbarten Wärmetauscherplatten anlegt. Eine Leckage kann dadurch in der Regel auch bei hohen Drücken und hohen Temperaturen des jeweiligen Wärmetauschermediums zuverlässig verhindert werden. Nachteilig bei derartigen Dichtungen ist jedoch, dass je nach Art des Wärmetauschermediums ein Durchdringen des elastischen Dichtungs-Materials nicht immer verhindert werden kann, da es bei einem elastischen Material automatisch auch zu einer erhöhten Permeabilität kommt. Ein Austreten von Gasen mit erhöhtem Gefährdungspotential aus dem Wärmetauschermedium durch die Dichtung in die Umgebung kann daher bei bisherigen Dichtungen zumindest nicht zuverlässig verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher einen Plattenwärmetauscher bereitzustellen, der zuverlässig mit einem geringen Gefährdungspotential betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Plattenwärmetauscher gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die Unteransprüche geben dabei bevorzugte Weiterbildungen an.
Erfindungsgemäß ist demnach ein Plattenwärmetauscher mit mehreren aneinanderliegenden Wärmetauscherplatten vorgesehen, zwischen denen mindestens eine Dichtung verläuft, wobei die mindestens eine Dichtung einen Hauptkörper aus einem elastischen Dichtungs-Material, beispielsweise aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Kautschuk, insbesondere NBR, EPDM, FKM, CR, und mit einer ersten Permeabilität aufweist, und (ergänzend dazu) mindestens eine Barriereschicht aus einem Barriere-Material, das sich von dem Dichtungs-Material unterscheidet, und mit einer zweiten Permeabilität, wobei die erste Permeabilität des Hauptkörpers größer ist als die zweite Permeabilität der Barriereschicht zum Verringern einer Durchlässigkeit oder Durchdringbarkeit der Dichtung,
wobei die Barriereschicht eine Barrieredicke von maximal 50µm aufweist, vorzugsweise maximal 25µm, insbesondere maximal 10µm.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird bereits der Vorteil erreicht, dass durch die vollständig in Längsrichtung bzw. Ausdehnungsrichtung der Dichtung verlaufende Barriereschicht ein Durchdringen oder ein Durchlassen des Wärmetauschermediums aus den Kanälen oder den Öffnungen durch die Dichtung und in die Umgebung vermieden oder zumindest stark reduziert werden kann. Das Dichtungs-Material des Hauptkörpers selbst, das zum effizienten Verhindern einer Leckage aus einem elastischen Material zu fertigen ist, ist demnach nicht zu verändern oder anzupassen und kann auch weiterhin gezielt auf dieses Verhindern der Leckage ausgerichtet werden. Demgegenüber kann dann das Barriere-Material der Barriereschicht auf das Verhindern des Durchdringens der Dichtung durch das Wärmetauschermedium ausgelegt werden, vorzugsweise derartig, dass sich die elastischen Eigenschaften der Dichtung, wenn überhaupt, nur minimal verändern, so dass sich beide Effekte (Leckage verhindern und Durchlässigkeit reduzieren) nur minimal gegenseitig beeinflussen. Vorzugsweise sind dabei sowohl das Dichtungs-Material als auch das Barriere-Material derartig ausgelegt, dass sie in dem Plattenwärmetauscher bei einem Druck des Wärmetauschermediums ab 25bar, insbesondere ab 30bar, und/oder einer Temperatur des Wärmetauschermediums ab 100°C, insbesondere ab 140°C, betrieben werden können. Es werden also entsprechende temperaturbeständige Materialen ausgewählt.
Die Durchlässigkeit der Dichtung kann dabei insbesondere dann effizient reduziert werden, wenn die Barriereschicht zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, zwischen einer ersten Dichtungsfläche der Dichtung und einer zweiten Dichtungsfläche der Dichtung verläuft, d.h. senkrecht zur Ausdehnungsrichtung bzw. zur Längsrichtung der Dichtung. Die erste Dichtungsfläche liegt demnach an einer ersten Wärmetauscherplatte der mehreren Wärmetauscherplatten an, beispielsweise an einer unteren Plattenoberfläche der ersten Wärmetauscherplatte, und die zweite Dichtungsfläche liegt an einer zweiten Wärmetauscherplatte der mehreren Wärmetauscherplatten an, beispielsweise an einer oberen Plattenoberfläche der zweiten Wärmetauscherplatte. Auf diese Weise wird eine effiziente Permeabilitätsbarriere bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Barriereschicht als eine Beschichtung mit einer Beschichtungsdicke von zwischen 10nm und 10µm, bevorzugt zwischen 100nm und 2µm, bei einer metallischen Beschichtung und von zwischen 0,5 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1µm und 10 µm bei einer organischen Beschichtung ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine gut kontrollierbare und einfach herzustellende Ausbildung einer Permeabilitätsbarriere an der Dichtung. Demnach kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Beschichtung auf einer Oberfläche des Hauptkörpers der Dichtung aufgebracht ist, insbesondere auf einer inneren Dichtungsfläche der Dichtung, die dem Kanal und/oder der Öffnung zugewandt ist, und/oder einer äußeren Dichtungsfläche der Dichtung, die der Umgebung zugewandt ist. Der Hauptkörper der Dichtung kann also zu den Seiten bzw. zu den offenen unbedeckten Dichtungsflächen hin, die mit dem Wärmetauschermedium im Betrieb auch in Berührung kommen, mit einer dünnen Beschichtung versehen werden. Diese weist dann eine geringere zweite Permeabilität auf, so dass die Gesamtpermeabilität der Dichtung verringert wird.
In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung einseitig oder beidseitig auf einem Träger mit einer Trägerdicke von zwischen 5µm und 300µm, aufgebracht ist und der Träger in den Hauptkörper der Dichtung eingebettet ist. Auf diese Weise kann die Beschichtung insgesamt dünner ausgeführt und zusammen mit dem Träger bei der Herstellung der Dichtung in das entsprechende Werkzeug eingelegt werden, um die Barriereschicht in den Hauptkörper einzubetten und für eine effiziente Permeabilitätsbarriere zu sorgen. Der Träger kann dann aus einem elastischen Material gefertigt sein, um die Elastizitätseigenschaften des Hauptkörpers nicht zu stark zu beeinträchtigen.
Um dabei zu vermeiden, dass sich die elastischen Eigenschaften des Hauptkörpers und damit der Dichtung an sich zu stark verschlechtern, kann der Träger auch geschwungen, insbesondere C-förmig oder S-förmig geschwungen, ausgeführt sein. Auf diese Weise kann sich der Träger zusammen mit der Beschichtung innerhalb des Hauptkörpers einfacher verformen bzw. sich an die Verformung des Hauptkörpers einfacher anpassen, ohne dabei ein Anpressen des Hauptkörpers an die benachbarten Wärmetauscherplatten und damit eine leckagefreie Abdichtung zu stark zu beeinträchtigen.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Barriereschicht als eine Einlage mit einer Einlagedicke von maximal 50µm, vorzugsweise maximal 25µm, insbesondere maximal 10µm, ausgeführt ist, wobei die Einlage in den Hauptkörper der Dichtung eingebettet ist. Gegenüber einem beschichteten Träger ist also auch eine Einlage möglich, die durch das Barriere-Material als Vollmaterial ausgebildet ist, wobei diese Einlage bei der Herstellung der Dichtung in das entsprechende Werkzeug eingelegt werden kann, um die Barriereschicht in den Hauptkörper einzubetten und für eine effiziente Permeabilitätsbarriere zu sorgen. Auf eine Beschichtung kann in dem Fall verzichtet und eine entsprechend flexibel anpassbare Einlage gewählt werden, vorzugsweise mit einem geringen Einfluss auf die Elastizitätseigenschaften des Hauptkörpers. Dazu kann ergänzend vorgesehen sein, dass die Einlage geschwungen, insbesondere C-förmig oder S-förmig geschwungen, ausgeführt ist, um auch bei dieser Ausführung ein Anpressen des Hauptkörpers an die benachbarten Wärmetauscherplatten und damit eine leckagefreie Abdichtung nicht zu stark zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Barriere-Material der Barriereschicht ein Metall oder ein organisches Material, beispielsweise auf PTFE-Basis, oder ein fluorartiges Material ist oder aufweist. Derartige Materialien weisen dicht gepackte Atome auf, die zu einer geringen zweiten Permeabilität führen und die zudem auch einfach in den oder an den Hauptkörper anbringbar sind.
Vorzugsweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die mindestens eine Dichtung mehrere Barriereschichten aufweist, die nebeneinander oder versetzt zueinander an der Dichtung angeordnet sind. Je nach Ausführung und Auslegung können also die unterschiedlichen Ausführungen auch miteinander kombiniert werden, um einen flexibleren Aufbau und/oder eine bessere Wirksamkeit zu erreichen.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die mehreren Wärmetauscherplatten jeweils paarweise zu einer Kassette zusammengefügt sind, wobei die erste Wärmetauscherplatte und die zweite Wärmetauscherplatte, zwischen denen die mindestens eine Dichtung mit dem Hauptkörper und der mindestens einen Barriereschicht angeordnet ist, jeweils zu einer anderen Kassette gehören. Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Dichtung mit der Barriereschicht also bei einer halb-verschweißten (semi-welded) Ausführung des Plattenwärmetauschers eingesetzt, bei der zwischen den Kassetten in der Regel eine leckagefreie und durchdringungsfreie oder durchdringungsreduzierte Abdichtung besonders entscheidend ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: perspektivische Ansicht eines Plattenwärmetauschers mit mehreren Wärmetauscherplatten innerhalb eines Gestells;
Fig. 2: eine Schnittansicht zweier aufeinanderliegender Wärmetauscherplatten aus Fig. 1;
Fig. 3: eine Schnittansicht von Dichtungen in Nuten zwischen aufeinanderliegenden Wärmetauscherplatten;
Fig. 4: eine schematische Querschnittsansicht einer Dichtung zwischen zwei aufeinanderliegenden Wärmetauscherplatten; und
Fig. 5A, 5B, 5C: unterschiedliche Ausführungen der Dichtung gemäß Fig. 4 im Querschnitt.

In Figur 1 ist beispielhaft ein Plattenwärmetauscher 1 gezeigt, der innerhalb eines Gestells 2 zwischen zwei Gestell-Endplatten 3 mehrere Wärmetauscherplatten 4 aufweist, die im fertigen Plattenwärmetauscher 1 ein zusammengesetztes Plattenpaket ausbilden. In dem Plattenpaket sind die einzelnen Wärmetauscherplatten 4 übereinandergestapelt, wobei die Wärmetauscherplatten 4 in einer halb-verschweißten Ausführung paarweise zu einer Kassette 5 zusammengefügt und die Kassetten 5 übereinandergelegt sind oder in einer voll-verschweißten Ausführung allesamt zusammengefügt werden. Die Schweißverbindung kann beispielsweise durch Laserschweißen, o.ä. ausgebildet werden.
Die Wärmetauscherplatten 4 weisen in der Regel jeweils nicht-planare, strukturierte Bereiche 4a (Verteilbereich und Wärmeübertragungsfläche) und Öffnungen 4b für den Eintritt und Austritt des Wärmetauschermediums auf. Wie aus Figur 2 ersichtlich, werden die nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a der Wärmetauscherplatten 4 jeweils durch Erhebungen 4e und Vertiefungen 4f gebildet, beispielsweise durch Verprägung, wobei im übereinandergestapelten Zustand in üblicher Weise eine Erhebung 4e der einen Wärmetauscherplatte 4 an einer Vertiefung 4f der unmittelbar angrenzenden Wärmetauscherplatte 4 anliegt. Dadurch werden zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten 4 Kanäle 7 ausgebildet, durch die das Wärmetauschermedium strömen kann.
Auf bzw. zwischen ausgewählten Wärmetauscherplatten 4 sind ferner Dichtungen 6 vorgesehen, welche die Kanäle 7 zwischen zwei Wärmetauscherplatten 4 (bzw. innerhalb einer Kassette 5) abdichten und die Wärmetauschermedien in wechselnde Kanäle 7 leiten. Das jeweilige Wärmetauschermedium wird dabei über Einlass-Stutzen 10 (s. Fig. 1) in einer der Gestell-Endplatten 3 in darunterliegende Einlass-Durchgänge 11 in dem Plattenpaket bzw. den Wärmetauscherplatten 4 bzw. den Kassetten 5 eingeleitet, wobei die Einlass-Durchgänge 11 durch diejenigen übereinanderliegenden Öffnungen 4b in den Wärmetauscherplatten 4 ausgebildet werden, die unmittelbar unterhalb der Einlass-Stutzen 10 liegen. Die Einlass-Durchgänge 11 sind durch eine entsprechende Ausbildung der nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a und der Öffnungen 4b mit einem Teil der Kanäle 7 strömungsverbunden, um einen Eintritt des Wärmetauschermediums zu ermöglichen.
In analoger Weise bilden übereinanderliegende Öffnungen 4b in den Wärmetauscherplatten 4, die unterhalb von Auslass-Stutzen 12 in der jeweiligen Gestell-Endplatte 3 liegen, Auslass-Durchgänge 13, die mit den Auslass-Stutzen 12 strömungsverbunden sind. Die Auslass-Durchgänge 13 sind durch eine entsprechende Ausbildung der nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a und der Öffnungen 4b mit einem Teil der Kanäle 7 strömungsverbunden. Darüber kann das Wärmetauschermedium austreten, so dass im Betrieb ein beständiges Durchströmen des jeweiligen Wärmetauschermediums ermöglicht wird.
Um das Wärmetauschemedium kontrolliert im System zu halten und Leckagen zu vermeiden, verlaufen die Dichtungen 6 randseitig der jeweiligen Wärmetauscherplatten 4 um die nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a sowie um Leckageräume 4c und um die Öffnungen 4b. Um die jeweilige Dichtung 6 in ihrer gewünschten Position zu halten, sind in den jeweiligen Wärmetauscherplatten 4 Dichtungsnuten 4d eingeformt, in denen die Dichtungen 6 entsprechend ausgerichtet eingelegt sind, wie beispielhaft in Fig. 3 für mehrere übereinandergestapelte Wärmetauscherplatten 4 dargestellt.
Je nach Ausführung kann als Dichtung 6 eine (einteilige oder segmentierte) schleifenförmige bzw. langgezogene Dichtung 6a zum Einsatz kommen, die in eine um die nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a sowie um die Leckageräume 4c und um die Öffnungen 4b durchgängig verlaufende Dichtungsnut 4d eingelegt ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine langgezogene Dichtung 6a, die beispielsweise durchgängig zumindest die nicht-planaren, strukturierten Bereiche 4a umgibt, mit einer separaten Ringdichtung 6b, die die Öffnungen 4b umgibt und abdichtet, kombiniert ist.
Eine solche Dichtung 6 hat in dem betreffenden Plattenwärmetauscher 1 die Funktionen,

einen ungewollten Austritt des Wärmetauschermediums aus den Kanälen 7 und/oder den Öffnungen 4b durch Zwischenräume zwischen der Dichtung 6 und den Wärmetauscherplatten 4 in eine Umgebung U auch bei höheren Drücken und höheren Temperaturen zu verhindern, d.h. durchgängig einen leckagefreien Transport des Wärmetauschermediums zu ermöglichen, sowie
eine sog. Permeabilitätsbarriere bereitzustellen, so dass das Wärmetauschermedium daran gehindert wird, das Material der Dichtung 6 zu durchdringen.

Beispielhaft ist eine solche Dichtung 6 (langgezogene Dichtung 6a oder Ringdichtung 6b oder dergleichen), in Fig. 4 in einem stark schematisierten Querschnitt dargestellt. Ein leckagefreier Transport kann mit einer solchen Dichtung 6 im Wesentlichen dadurch erreicht werden, dass die Dichtung 6 in der Dichtungsnut 4d auch bei höheren Drücken und höheren Temperaturen des Wärmetauschermediums mit einer (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a an einer (unteren) ersten Plattenoberfläche 15a einer (oberen) ersten Wärmetauscherplatte 15 und mit einer (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b an einer (oberen) zweiten Plattenoberfläche 16a einer (unteren) zweiten Wärmetauscherplatte 16 durchgängig anliegt, so dass ein Bilden von Leckage-Zwischenräumen vermieden werden kann. Die Dichtung 6 wird dazu durch das Aneinanderdrücken der benachbarten (oberen und unteren) Wärmetauscherplatten 4; 15, 16 zumindest randseitig elastisch verformt und dadurch in der Dichtungsnut 4d großflächig gegen das Material der jeweiligen Wärmetauscherplatten 4; 15, 16 gedrückt.
Die elastische Verformbarkeit der jeweiligen Dichtung 6 wird dadurch erreicht, dass ein Hauptkörper 9 der Dichtung 6 aus einem elastischen Dichtungs-Material MD gefertigt ist, beispielsweise aus Kautschuk NBR, EPDM, FKM, CR, oder dergleichen. Die Elastizität wird dabei in der Regel durch die jeweilige Anordnung und die kettenartige oder vernetzte Verbindung der Atome innerhalb eines solchen Dichtungs-Materials MD der Dichtung 6 erreicht. Diese Anordnung der Atome in dem Hauptkörper 9 der Dichtung 6 hat jedoch zur Folge, dass auch eine gewisse Durchlässigkeit oder Durchdringbarkeit des Hauptkörpers 9, die durch eine erste Permeabilität P9 des Dichtungs-Materials MD quantifiziert werden kann, gegeben ist. Das Wärmetauschermedium kann den Hauptkörper 9 also ausgehend von einer inneren Dichtungsfläche 8c, die dem Kanal 7 oder der Öffnung 4b bzw. dem Wärmetauschermedium zugewandt ist, durchdringen und dadurch über eine äußere Dichtungsfläche 8d, die der Umgebung U zugewandt ist, in die Umgebung U gelangen, insofern keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden. Dies kann je nach Art des Wärmetauschermediums, insbesondere bei Ammoniak, zu einer Gefährdung der Umgebung U führen.
Um dies zu vermeiden, d.h. um eine effektive Permeabilitätsbarriere bereitzustellen, weist die Dichtung 6 wie in Fig. 4 und auch in Fig. 3 stark schematisiert dargestellt zusätzlich zu dem Hauptkörper 9 eine Barriereschicht B auf, die eine Barrieredicke DB von vorzugsweise maximal 50µm aufweist. Die Barriereschicht B verläuft dabei im Querschnitt vorzugsweise durchgängig zwischen der (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a und der (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b, die jeweils gegen die Wärmetauscherplatten 4; 15, 16 gedrückt werden und für einen leckagefreien Transport sorgen. Die Barriereschicht B weist dabei eine zweite Permeabilität PB auf, die geringer ist als die erste Permeabilität P9 des Hauptkörper 9, vorzugsweise um mindestens eine Größenordnung geringer.
Die Barriereschicht B weist dazu anteilig ein Barriere-Material MB auf oder ist vollständig aus einem solchen Barriere-Material MB gefertigt, wobei als Barriere-Material MB beispielsweise ein Metall oder ein organisches Material, beispielsweise auf PTFE-Basis, oder ein fluorartiges Material verwendet wird. Das Barriere-Material MB zeichnet sich dabei dadurch aus, dass es dicht gepackt ist, insbesondere dichter gepackt als das Dichtungs-Material MD des Hauptkörpers 9 der Dichtung 6. Durch diese dicht gepackte Materialwahl wird erreicht, dass das Wärmetauschermedium die gesamte Dichtung 6 nicht mehr von der inneren Dichtungsfläche 8c zu der äußeren Dichtungsfläche 8d durchdringen kann oder ein solcher Transport zumindest stark reduziert ist.
Dazu verläuft die Barriereschicht B im Querschnitt vorzugsweise durchgängig, d.h. zu 100%, zwischen der (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a und der (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b. In weiteren Ausführungsformen kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Barriereschicht B nur anteilig zu mindestens 80%, insbesondere zu mindestens 90% zwischen der (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a und der (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b verläuft. Es ist auch möglich, dass mehr als eine Barriereschicht B in oder an der Dichtung 6 angeordnet sind, beispielsweise übereinander bzw. nebeneinander oder versetzt zueinander, wobei dann alle vorhandenen Barriereschichten B in Kombination (überdeckend) die (obere) erste Dichtungsfläche 8a und die (untere) zweite Dichtungsfläche 8b vorzugsweise vollständig überbrücken.
Zusammenfassend ist die Dichtung 6 also aus zwei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Permeabilitäten P9, PB gefertigt, wobei das Dichtungs-Material MD durch das Verpressen bzw. Verformen für eine leckagefreie Abdichtung sorgen kann und das Barriere-Material MB durch seine dicht gepackten Atome für eine Reduzierung einer Gesamtpermeabilität P6 der Dichtung 6. Die Barriereschicht B kann gemäß der Figuren 5A, 5B, 5C auf unterschiedliche Weise an oder in der Dichtung 6 relativ zum Hauptkörper 9 angeordnet sein:
Wie in Fig. 5A dargestellt, kann die Barriereschicht B beispielsweise als eine Beschichtung 17 ausgeführt sein, die auf einer Oberfläche 9a des Hauptkörpers 9 im Bereich der inneren Dichtungsfläche 8c und/oder der äußeren Dichtungsfläche 8d zwischen der (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a und der (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b verläuft. Eine derartige Beschichtung 17 an einer oder an beiden (innere und äußere) Dichtungsflächen 8c, 8d kann dabei bereits bewirken, dass das Wärmetauschermedium die Dichtung 6 nicht vollständig durchdringen und damit in die Umgebung U gelangen kann.
Die Beschichtung 17 weist dabei eine gleichmäßige Beschichtungsdicke D17 von zwischen 10nm und 10µm, bevorzugt zwischen 100nm und 2µm bei metallischen Beschichtungen und von zwischen 0,5 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1µm und 10 µm bei organischen Beschichtungen auf, wobei die Beschichtung 17 beispielsweise durch ein beliebiges Aufdampfverfahren aufgebracht werden kann. Die Beschichtungsdicke D17 kann dabei in Abhängigkeit des Barriere-Materials MB gewählt werden, d.h. insbesondere in Abhängigkeit der dichten Packung der Atome der Beschichtung 17. So kann bei einem Barriere-Material MB mit einer dichteren Packung der Atome grundsätzlich eine geringere Beschichtungsdicke D17 gewählt werden als bei einem Barriere-Material MB mit einer weniger dichten Packung der Atome. Bei einer Beschichtung 17 aus einem Metall kann beispielsweise auch eine Beschichtungsdicke D17 von weniger als 10µm gewählt werden, da metallische Materialien in der Regel eine sehr dichte Packung aufweisen.
Die Beschichtungsdicke D17 und/oder die Dichte (in der Fläche) der Beschichtung 17 kann/können ergänzend derartig gewählt werden, dass die Beschichtung 17 die elastischen Eigenschaften des Hauptkörpers 9 nur in geringem Maße beeinflusst. Dazu können gezielt auch Freistellen oder Löcher in der Beschichtung 17 gelassen werden, um die Elastizität nicht zu stark zu beeinträchtigen. Denn eine geringere Elastizität kann ansonsten dazu führen, dass die ersten und zweiten Dichtflächen 8a, 8b der Dichtung 6 nicht durchgängig auch bei hohen Drücken und höheren Temperaturen abdichtend gegen die Wärmetauscherplatten 4 gedrückt werden können, wodurch es zu Leckagen kommen kann. Die Reduzierung der Permeabilität kann also wechselseitig mit der Reduzierung der Leckagefähigkeit der Dichtung 6 abgestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 5B dargestellt ist, kann die Barriereschicht B durch eine Einlage 18 gebildet werden, die eine Einlagedicke D18 von maximal 50µm aufweist und die vollständig aus dem Barriere-Material B gefertigt ist. Die Einlage 18 ist in den Hauptkörper 9 eingebettet, verläuft also innerhalb des Hauptkörpers 9 der Dichtung 6 (vorzugsweise vollständig) zwischen der (oberen) ersten Dichtungsfläche 8a und der (unteren) zweiten Dichtungsfläche 8b. Die Einlagedicke D18 kann wie auch die Beschichtungsdicke D17 der Beschichtung 17 in Abhängigkeit des Barriere-Materials MB gewählt werden, d.h. insbesondere in Abhängigkeit der dichten Packung der Atome der Einlage 18, wobei beispielsweise bei einer Einlage 18 aus einem Metall auch Einlagedicken D18 von weniger als 10µm gewählt werden können. Auch eine solche Einlage 18 kann bewirken, dass das Wärmetauschermedium die Dichtung 6 nicht vollständig durchdringen und damit in die Umgebung U gelangen kann.
Die Querschnittsform der Einlage 18 ist dabei derartig gewählt, dass die Einlage 18 bei einer Verformung der Dichtung 6 durch Ausüben einer Kraft auf die erste und zweite Dichtungsfläche 8a, 8b beim Zusammenpressen der beiden angrenzenden Wärmetauscherplatten 4; 15, 16 nachgibt bzw. sich ebenfalls verformt, so dass die Elastizitätseigenschaft der Dichtung 6 nicht negativ beeinträchtigt wird. Dazu ist die Einlage 18 wie in Fig. 5B als durchgezogene Linie dargestellt im Querschnitt C-förmig oder als gestrichelte Linie dargestellt S-förmig ausgeführt. Es sind auch weitere Formen denkbar, mit denen eine solche Nachgiebigkeit erreicht werden kann.
Im Übrigen könnte eine solche Einlage 18 auch auf die Oberfläche 9a des Hauptkörpers 9 im Bereich der inneren Dichtungsfläche 8c und/oder der äußeren Dichtungsfläche 8d aufgebracht werden, insofern ein entsprechender dauerhaltbarer Haftvermittler verwendet wird.
In der Ausführung in Fig. 5C sind die beiden vorangehend beschriebenen Ausführungen quasi miteinander kombiniert, d.h. es ist ein Träger 19 vorgesehen, der einseitig oder beidseitig mit einer Beschichtung 17 versehen ist. Die Beschichtung 17 kann eine Beschichtungsdicke D17 von zwischen 10nm und 10µm, bevorzugt zwischen 100nm und 2µm, bei einer metallischen Beschichtung und von zwischen 0,5 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1µm und 10 µm, bei einer organischen Beschichtung aufweisen, und der Träger 19 eine Trägerdicke D19 von beispielsweise zwischen 5µm und 300µm, vorzugsweise mit einer nachgiebigen C-Form oder S-Form oder dergleichen. Der Träger 19 kann beispielsweise aus einem elastischen Material gefertigt sein, so dass lediglich die Beschichtung 17 aus dem Barriere-Material MB besteht. Demnach sorgt lediglich die Beschichtung 17 für eine Reduzierung der Permeabilität der Dichtung 6 und der Träger 19 ermöglicht eine einfachere Einbettung einer sehr dünnen Beschichtung 17 in den Hauptkörper 9. Damit kann die Menge an Barriere-Material MB gespart werden, wodurch die Elastizitätseigenschaften verbessert und die Kosten verringert werden können.

Bezugszeichenliste

1: Plattenwärmetauscher
2: Gestell
3: Gestell-Endplatte
4: Wärmetauscherplatte
4a: strukturierter Bereich der Wärmetauscherplatte 4
4b: Öffnungen in der Wärmetauscherplatte 4
4c: Leckageraum in der Wärmetauscherplatte 4
4d: Dichtungsnuten in der Wärmetauscherplatte 4
4e: Erhebung im jeweiligen strukturierten Bereich 4a
4f: Vertiefung im jeweiligen strukturierten Bereich 4a
5: Kassette
6: Dichtung
6a: langgezogene Dichtung
6b: Ringdichtung
7: Kanal
8a: ersten Dichtungsfläche der Dichtung 6
8b: zweite Dichtungsfläche der Dichtung 6
8c: innere Dichtungsfläche der Dichtung 6
8d: äußere Dichtungsfläche der Dichtung 6
9: Hauptkörper der Dichtung 6
9a: Oberfläche des Hauptkörpers 9
10: Einlass-Stutzen
11: Einlass-Durchgang
12: Auslass-Stutzen
13: Auslass-Durchgang
15: erste Wärmetauscherplatte
15a: erste Plattenoberfläche der ersten Wärmetauscherplatte 9
16: zweite Wärmetauscherplatte
16a: zweite Plattenoberfläche der zweiten Wärmetauscherplatte 10
17: Beschichtung
18: Einlage
19: Träger

B: Barriereschicht
DB: Barrieredicke
D17: Beschichtungsdicke
D18: Einlagedicke
D19: Trägerdicke
MB: Barriere-Material der Barriereschicht B der Dichtung 6
MD: Dichtungs-Material des Hauptkörpers 9 der Dichtung 6
PB: zweite Permeabilität der Barriereschicht B
P6: Gesamtpermeabilität der Dichtung 6
P9: erste Permeabilität des Hauptkörpers 9
U: Umgebung

Claims

Plattenwärmetauscher (1) mit mehreren aneinanderliegenden Wärmetauscherplatten (4) und einem Gestell (2), in dem die mehreren Wärmetauscherplatten (4) eingespannt sind, wobei zwischen benachbarten Wärmetauscherplatten (4) zumindest zwei Kanäle (7) jeweils für den Durchtritt eines Wärmetauschermediums gebildet sind, wobei das jeweilige Wärmetauschermedium über Einlass-Durchlässe (11) und Auslass-Durchlässe (13), die durch miteinander fluchtende Öffnungen (4b) in den übereinanderliegenden Wärmetauscherplatten (4) gebildet sind, in den jeweiligen Kanal (7) eingeleitet und aus diesem abgeleitet werden kann,
wobei zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten (4) mindestens eine Dichtung (6) verläuft, um die jeweiligen Kanäle (7) und/oder die Öffnungen (4b) gegenüber einer Umgebung (U) und/oder gegeneinander abzudichten, wobei die mindestens eine Dichtung (6) einen Hauptkörper (9) aus einem elastischen Dichtungs-Material (MD) und mit einer ersten Permeabilität (P9) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die mindestens eine Dichtung (6) ferner mindestens eine Barriereschicht (B) aus einem Barriere-Material (MB) und mit einer zweiten Permeabilität (PB) aufweist, wobei die erste Permeabilität (P9) des Hauptkörpers (9) größer ist als die zweite Permeabilität (PB) der Barriereschicht (B) und wobei die Barriereschicht (B) eine Barrieredicke (DB) von maximal 50µm aufweist, vorzugsweise maximal 25µm, insbesondere maximal 10µm.
Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (B) als eine Beschichtung (17) mit einer Beschichtungsdicke (D17) von zwischen 10nm und 10µm, bevorzugt zwischen 100nm und 2µm, bei einer metallischen Beschichtung (17) und von zwischen 0,5 µm und 50 µm, bevorzugt zwischen 1µm und 10 µm bei einer organischen Beschichtung (17) ausgeführt ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (17) auf einer Oberfläche (9a) des Hauptkörpers (9) der Dichtung (6) aufgebracht ist, insbesondere auf einer inneren Dichtungsfläche (8c) der Dichtung (6), die dem Kanal (7) und/oder der Öffnung (4b) zugewandt ist, und/oder einer äußeren Dichtungsfläche (8d) der Dichtung (6), die der Umgebung (U) zugewandt ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (17) einseitig oder beidseitig auf einem Träger (19) mit einer Trägerdicke (D19) von zwischen 5µm und 300µm, aufgebracht ist und der Träger (19) in den Hauptkörper (9) der Dichtung (6) eingebettet ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (19) geschwungen, insbesondere C-förmig oder S-förmig geschwungen, ausgeführt ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (B) als eine Einlage (18) mit einer Einlagedicke (D18) von maximal 50µm, vorzugsweise maximal 25µm, insbesondere maximal 10µm, ausgeführt ist, wobei die Einlage (18) in den Hauptkörper (9) der Dichtung (6) eingebettet ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (18) geschwungen, insbesondere C-förmig oder S-förmig geschwungen, ausgeführt ist.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Barriere-Material (MB) der Barriereschicht (B) ein Metall oder ein organisches Material, beispielsweise auf PTFE-Basis, oder ein fluorartiges Material ist oder aufweist.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungs-Material (MD) des Hauptkörpers (9) aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Kautschuk, insbesondere aus NBR, EPDM, FKM, CR, gefertigt ist oder dieses aufweist.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (B) zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, zwischen einer ersten Dichtungsfläche (8a) der Dichtung (6), die an einer ersten Wärmetauscherplatte (15) der mehreren Wärmetauscherplatten (4) anliegt, und einer zweiten Dichtungsfläche (8b), die an einer zweiten Wärmetauscherplatte (16) der mehreren Wärmetauscherplatten (4) anliegt, verläuft.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtung (6) mehrere Barriereschichten (B) aufweist, die nebeneinander oder versetzt zueinander an der Dichtung (6) angeordnet sind.
Plattenwärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Wärmetauscherplatten (4) jeweils paarweise zu einer Kassette (5) zusammengefügt sind, wobei die erste Wärmetauscherplatte (15) und die zweite Wärmetauscherplatte (16), zwischen denen die mindestens eine Dichtung (6) mit dem Hauptkörper (9) und der mindestens einen Barriereschicht (B) angeordnet ist, jeweils zu einer anderen Kassette (5) gehören.