WO2011003496A2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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WO2011003496A2
WO2011003496A2 PCT/EP2010/003490 EP2010003490W WO2011003496A2 WO 2011003496 A2 WO2011003496 A2 WO 2011003496A2 EP 2010003490 W EP2010003490 W EP 2010003490W WO 2011003496 A2 WO2011003496 A2 WO 2011003496A2
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plates
plate heat
plate
exchanger according
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Oscar-Werner Reif
Jürgen VAN DEN BOOGAARD
Stefan Weisshaar
Original Assignee
Sartorius Stedim Biotech Gmbh
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Publication of WO2011003496A3 publication Critical patent/WO2011003496A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/06—Adapter frames, e.g. for mounting heat exchanger cores on other structure and for allowing fluidic connections

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger having a plurality of flow channels having plates, wherein a first plate has a front side with at least one
  • Heat exchangers that are very inexpensive in terms of material and manufacturing. From DE 10 2006 013 503 Al a plate heat exchanger with a plurality of flow channels having plates is known. A first plate has at least one flow channel for a first fluid and a second plate has at least one flow channel for a second fluid. The plates have fürgangso réelleen via which the flow channels for the same fluid are each connected together.
  • EP 0 038 454 A2 discloses a plate heat exchanger consisting of a multiplicity of extruded individual plates
  • Object of the present invention is therefore, a
  • the task is combined with the preamble of
  • Claim 1 characterized in that a front plate, which is upstream of the front of the first plate having connections for the first fluid and for the second fluid, that a closure plate forms the conclusion of the juxtaposed plates, that the plates and terminals are made of plastic, and that the plates are tightly glued or welded together.
  • the plate heat exchanger according to the invention is simple
  • Plastic welding process can be dispensed with seals.
  • the plate heat exchangers can be so cheap
  • the inventive plate heat exchanger for applications in the pharmaceutical, biotechnology and
  • the plates are flat on their sides facing away from the front sides. This has the advantage that the plates can be strung together in any order.
  • the plates have, on their back sides facing away from the front sides, mirror-symmetrical flow channels corresponding to the flow channels of the adjacent front sides.
  • the flow channels of the plates each have flow direction.
  • the flow straightener are designed as arranged in the flow ducts barriers or partitions.
  • Partitions of flow channels for the first fluid and flow channels for the second fluid are preferably arranged perpendicular to each other. This contributes to a better heat exchange.
  • the plates have a collecting space.
  • the plenum is located in the vertical direction below. As far as a gas is passed through the first flow channel, which condenses due to cooling, collects in the plenum Condensate, which has a condensate connection in the
  • Front panel is derived.
  • Invention are the plates and connections from a
  • the plates and terminals are made of polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyphenylene ether (PPE) or polyphenylene sulfide (PPS), the plate heat exchangers are
  • the plate heat exchanger is connected to a bioreactor, which is preferably also sterilizable.
  • connection for the output of the first fluid connectable to an input of a sterile filter, while the connections for the second fluid can be connected to a Kuhlniklauf.
  • Liquid vapors taken up during the gassing of the bioreactor are condensed and the condensate is returned to the bioreactor.
  • the dried waste gas can now be discharged via a sterile filter without blocking it with condensed liquid.
  • the inlet for the first fluid is connected to a medium supply line for supplying the medium and the exit point for the first fluid is connected to an inflow port of the bioreactor the second fluid is connected to a temperature control circuit.
  • Figure 1 a spatial representation of a
  • Figure 2 a front view of a plate of a
  • FIG. 3 is a rear view of the plate of FIG. 2;
  • Figure 4 a front view of a front panel of a
  • FIG. 5 shows a rear view of the front plate of FIG. 4 with a flow channel for a first fluid, which is designed mirror-symmetrically to the flow channel of FIG. 2, FIG.
  • FIG. 6 a front view of a closure plate of a
  • Figure 7 a schematic representation of a
  • FIG. 8 a process diagram of a bioreactor in conjunction with a plate heat exchanger as
  • a plate heat exchanger 1 consists essentially of a plurality of first plates 40 and second plates 50 with flow channels 4, 5, a front plate 6 and a
  • the first plate 40 has a front side 2 and a
  • the first plate 40 has in its lower left and upper left corners
  • a flat depression is arranged, which forms the flow channel 4 and extends into the fürgangso réelleen 8, 9.
  • the flow channel 4 points in the horizontal direction from the side walls
  • the maanderformigen flow channel 4 form The rear side 41 is flat, that is without a flow channel, formed.
  • the second plate 50 has on its front side 3 a flat depression, which forms the flow channel 5 and extends into the right fürgangso réelleen 17, 18.
  • the flow channel 5 has vertically extending Stromungsbarrieren 15, which form a Stromungsrichter 16.
  • the plate 50 outside the flow channel 5 does not need to correspond.
  • the plate 50 has a rear side facing away from its front side 3 51, which is flat and thus has no flow channel.
  • the plate heat exchanger 1 has on its front side the front plate 6 with its connections 21, 22 for the first fluid and connections 23, 24 for the second fluid.
  • the connection 21 is in communication with the passage openings 8, 19 and serves to supply the first fluid, which is discharged again via the connection 22, which communicates with the passage openings 9, 20.
  • the front panel may optionally have a flow channel 4 'on its rear side, which is not shown in FIG.
  • the port 23 communicates with the passage openings 14 and 18 and serves to supply the second fluid, while the port 24 communicates with the fürgangso réelleen 13 and 17 in communication and is used for the discharge of the second fluid.
  • the plate heat exchanger 1 is closed at its end facing away from the front panel 6 by the end plate 7.
  • the end plate 7 may have a flow channel 4 in this embodiment and has no Mandarin in this embodiment. In an embodiment of the end plate 7, not shown, this is identical to the front panel 6 and is arranged in the plate heat exchanger 1 mirror-symmetrical to the front panel 6.
  • the front side of the end plate may have a flow channel 4 as shown in FIG. 1, but may also be planar and thus formed without a flow channel 4 and may furthermore not be represented through openings
  • the front plate 6 and the end plate 7 are each with
  • the plates 40 and 50 are at their backs, as explained above, each flat, while the back of the front panel 6 and / or the front of the
  • End plate 7 may be formed plan or alternatively a flow channel 4, 4 'may have.
  • the plates 40, 50, 6 and 7 are each glued to their adjacent plate.
  • the embodiment of Figure 2 shows a plate 40 'and 50' with a flow channel 4 'on its front side 2' for a first fluid, which is formed for example as a cooling medium.
  • the first plate 40 'and 50' in their lower left and upper left corners through openings 8 ', 9' for the first fluid.
  • the flow channel 4 ' is arranged, which is in communication with the passage openings 8', 9 '. Outside the flow channel 4 ', the side 2' in the vertical direction at the top and bottom right each of the through holes 13 ', 14'.
  • the rear side 41 'of the first plate 40' (see FIG. 3) has a flow channel 5 'for a second fluid.
  • the plate 40 'and the plate 50' are exactly identical.
  • the plates 40 'and 50' can be turned into a plate heat exchanger
  • Rear side of the composite plates 40 'and 50' each have a flow channel 4 'and 5'.
  • the flow channel 4 'and 5' In the lower vertical area, the
  • Stromungskanal 5 'a collecting space 25 which serves to receive condensate, which is discharged via a condensate connection 26 which is arranged on the front panel 6' (see Figure 4).
  • the passage openings 13 'and 14' for the second fluid of the plate 50 ' are elongated and correspond with fürgangso réelleen 13', 14 'of the plate 40' (see Figure 2).
  • the rear side 51 'of the plate 50' (see FIG. 3) has a flow channel 4 'of a further identical plate 40' or the flow channel 4 'of an end plate 7'.
  • the plate heat exchanger 1, 1 ' according to the exemplary embodiments of Figures 1 to 6 sxnd formed from polycarbonate (PC). They are readily gamma-irradiated and are for
  • Hot plate exchangers 1, 1 ' are sterilized with superheated steam.
  • Plate heat exchanger 1 ' connected to a bioreactor 27' and is used as Abgaskuhler.
  • the exhaust gas is discharged from the head space 28 of the bioreactor 27 'via an exhaust pipe 29, which is connected to the port 23' of the plate heat exchanger 1 ', into the top of the plate heat exchanger 1'.
  • the gas stream is split via the flow channel 5' over the individual front sides 3 'of the plates 50'.
  • the gas stream is cooled when flowing down to the plate wall and discharged via the port 24' and further via a sterile filter 30 to the
  • cooling medium is introduced from the primary cooler 33 from below via the connection 21 'into the plate heat exchanger 1'.
  • Kuhlmedium introduced into the individual flow channels 4 'and takes the heat from the plates 40' and 50 'on.
  • the cooling medium heats up.
  • the cooling medium is collected in the passage opening 9 'and is required via the connection 22' back into the primary cooler 33.
  • the cooling medium is circulated.
  • the medium to be heated is introduced from a Vorratsbehalter not shown in the plate heat exchanger 1 from above via the terminal 23.
  • the material flow over the resulting from the fürgangso réelleen 14 and 18 flow distributor in the individual channels 5 distributed.
  • the media stream is warmed up when flowing down the plate wall. The media streams are merged and sent to the output or
  • heating medium is introduced from below by a thermostat 32 via the connection 21 into the plate heat exchanger 1.
  • the heating medium is introduced into the individual channels 4 and gives the heat to the plates 40 and 50 from.
  • the heating medium is conveyed from the outlet or from the connection 22 back into the thermostat 32.
  • the heating medium is circulated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einer Mehrzahl von Strömungskanäle aufweisenden Platten, wobei eine erste Platte eine Vorderseite mit mindestens einem Strömungskanal für ein erstes Fluid und eine zweite Platte eine Vorderseite mit mindestens einem Strömungskanal für ein zweites Fluid aufweist, und wobei die Platten Durchgangsöffnungen aufweisen, über die die Strömungskanäle für das gleiche Fluid jeweils miteinander verbunden sind, wobei eine Frontplatte, die der Vorderseite der ersten Platte vorgelagert ist, Anschlüsse für das erste Fluid und für das zweite Fluid aufweist, wobei eine Abschlussplatte den Abschluss der aneinandergereihten Platten bildet, wobei die Platten und Anschlüsse aus Kunststoff ausgebildet sind, und wobei die Platten dicht miteinander verklebt oder verschweißt sind.

Description

Plattenwärmetauscher
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Plattenwarmetauscher mit einer Mehrzahl von Stromungskanale aufweisenden Platten, wobei eine erste Platte eine Vorderseite mit mindestens einem
Stromungskanal für ein erstes Fluid und eine zweite Platte eine Vorderseite mit mindestens einem Stromungskanal für ein zweites Fluid aufweist, und wobei die Platten
Durchgangsoffnungen aufweisen, über die die Stromungskanale für das gleiche Fluid jeweils miteinander verbunden sind.
Stand der Technik
In der Pharmazie, Biotechnologie und in der
Lebensmittelindustrie müssen häufig gasformige oder auch flussige Medien erwärmt oder gekühlt werden. Um solche thermischen Vorgange durchzufuhren, werden üblicherweise Wärmetauscher verwendet. Dabei wird Warme vom wärmeren Medium zum kälteren Medium transportiert. Die Medien sind dabei voneinander getrennt. Dabei besteht der Bedarf nach
Wärmetauschern, die im Hinblick auf Material und Herstellung sehr preiswert sind. Aus der DE 10 2006 013 503 Al ist ein Plattenwarmetauscher mit einer eine Mehrzahl von Stromungskanale aufweisenden Platten bekannt. Eine erste Platte weist dabei mindestens einen Stromungskanal für ein erstes Fluid und eine zweite Platte weist dabei mindestens einen Stromungskanal für ein zweites Fluid auf. Die Platten weisen Durchgangsoffnungen auf, über die die Stromungskanale für das gleiche Fluid jeweils miteinander verbunden sind.
Nachteilig dabei ist, dass die Platten über Dichtungen relativ aufwendig gegeneinander abgedichtet werden oder, soweit sie aus einem Keramikmaterial ausgebildet sind, ist es bekannt, sie in einem aufwendigen Verfahren stoffschlussig zu einem monolithischen Block zu fugen. Beide nach diesem
Verfahren hergestellten Vorrichtungen sind entsprechend aufwendig und teuer in der Herstellung .
Aus EP 0 038 454 A2 ist ein Plattenwarmetauscher bestehend aus einer Vielzahl extrudierter Einzelplatten aus
Polycarbonat bekannt.
Nachteilig dabei ist, dass die Platten keinen internen
Stromungsverteiler bzw. Stromungsrichter besitzen. Somit müssen weitere aufwendige Bauteile zur Fluidverteilung bereitgestellt werden. Beim Zusammensetzen ergeben sich
Schwierigkeiten, eine für Sterilanwendungen notwendige
Dichtigkeit zu gewahrleisten. Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
Plattenwarmetauscher zur Verfugung zu stellen, der im
Hinblick auf Material und Herstellung einfach und
kostengünstig ausgebildet ist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des
Anspruches 1 dadurch gelost, dass eine Frontplatte, die der Vorderseite der ersten Platte vorgelagert ist, Anschlüsse für das erste Fluid und für das zweite Fluid aufweist, dass eine Abschlussplatte den Abschluss der aneinandergereihten Platten bildet, dass die Platten und Anschlüsse aus Kunststoff ausgebildet sind, und dass die Platten dicht miteinander verklebt oder verschweißt sind .
Der erfindungsgemaße Plattenwarmetauscher ist einfach
aufgebaut und lasst sich durch einfache Herstellung seiner Platten aus Kunststoff, zum Beispiel durch Spritzguss der Platten, kostengünstig herstellen. Durch das Verkleben bzw. durch das Verbinden der Platten in einem
Kunststoffschweißverfahren kann auf Dichtungen verzichtet werden. Die Plattenwarmetauscher können so gunstig
hergestellt werden, dass sie als Einwegwarmetauscher
verwendet werden können. Dadurch kann auf eine aufwendige Reinigung oder gar Demontage verzichtet werden. Durch ihren Aufbau sind die erfindungsgemaßen Plattenwarmetauscher für Anwendungen aus dem Pharma-, Biotechnologie- und
Lebensmittelbereich geeignet. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Platten an ihren den Vorderseiten abgewandten Ruckseiten eben ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Platten in beliebiger Reihenfolge aneinandergereiht werden können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weisen die Platten an ihren den Vorderseiten abgewandten Ruckseiten den Stromungskanalen der benachbarten Vorderseiten entsprechende spiegelsymmetrische Stromungskanale auf.
Dadurch ist es insbesondere möglich, die ersten Platten und die zweiten Platten baugleich auszubilden, wobei die zweiten Platten gegenüber den ersten Platten entsprechend um 180° gewendet montiert werden. Hierdurch wird für die erste und zweite Platte nur eine Form benotigt, was die Herstellung erheblich vereinfacht.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weisen die Stromungskanale der Platten jeweils Stromungsrichter auf. Die Stromungsrichter sind dabei als in den Stromungskanalen angeordnete Barrieren bzw. Trennwände ausgebildet. Die
Trennwände von Stromungskanalen für das erste Fluid und von Stromungskanalen für das zweite Fluid sind vorzugsweise senkrecht zueinander angeordnet. Dies tragt zu einem besseren Wärmeaustausch bei.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weisen die Platten einen Sammelraum auf. Der Sammelraum befindet sich in vertikaler Richtung unten. Soweit durch den ersten Stromungskanal ein Gas geleitet wird, das aufgrund von Kühlung kondensiert, sammelt sich in dem Sammelraum das Kondensat, das über einen Kondensatanschluss in der
Frontplatte abgeleitet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der
Erfindung sind die Platten und Anschlüsse aus einem
sterilisierbaren Kunststoff ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die Plattenwarmetauscher steril verpackt zu liefern.
Soweit die Platten und Anschlüsse aus Polycarbonat (PC) , Polyethylenterephthalat (PET) , Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyphenylenether (PPE) oder Polyphenylensulfid (PPS) hergestellt sind, sind die Plattenwarmetauscher
sterilisierbar, indem sie mit Gamma- oder Betastrahlen bestrahlt werden. Auch ist es möglich, die
Plattenwarmetauscher durch Autoklavieren mit Heißdampf zu sterilisieren .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Plattenwarmetauscher mit einem Bioreaktor verbunden, der vorzugsweise ebenfalls sterilisierbar ist.
So ist zur Abgaskuhlung eines aus dem Bioreaktor
abzuführenden Gases der Anschluss für den Eingang des ersten Fluids mit einer Abgasleitung des Bioreaktors und der
Anschluss für den Ausgang des ersten Fluids mit einem Eingang eines Sterilfilters verbindbar, wahrend die Anschlüsse für das zweite Fluid mit einem Kuhlkreislauf verbunden werden können. Beim Begasen des Bioreaktors aufgenommene Flϋssigkeitsdämpfe werden kondensiert und das Kondensat dem Bioreaktor wieder zugeführt, das getrocknete Abgas kann nun problemlos über einen Sterilfilter abgeführt werden, ohne diesen durch kondensierte Flüssigkeit zu verblocken.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Vorwärmung eines dem Bioreaktor zuzuführenden Mediums der Anschluss für den Eingang des ersten Fluids mit einer Medienzuleitung zur Zuführung des Mediums und der Anschluss für den Ausgang des ersten Fluids mit einem Zuflussanschluss des Bioreaktors verbunden, wobei die Anschlüsse für das zweite Fluid mit einem Temperierkreislauf verbunden sind.
Dadurch können insbesondere lange Aufheizzeiten des befüllten Bioreaktors vermieden werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibungen der Zeichnungen In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1: eine raumliche Darstellung eines
Plattenwarmetauschers als Explosionszeichnung,
Figur 2: eine Vorderansicht einer Platte eines
Plattenwarmetauschers in einer weiteren
bevorzugten Ausfuhrungsform mit einem Stromungskanal für ein erstes Fluid,
Figur 3: eine Ruckansicht der Platte von Figur 2,
Figur 4 : eine Vorderansicht einer Frontplatte eines
Plattenwarmetauschers mit Anschlüssen für ein erstes Fluid, für ein zweites Fluid sowie einem KondensatanSchluss,
Figur 5: eine Ruckansicht der Frontplatte von Figur 4 mit einem Stromungskanal für ein erstes Fluid, der spiegelsymmetrisch zu dem Stromungskanal von Fig 2 ausgebildet ist,
Figur 6: eine Vorderansicht einer Abschlussplatte eines
Plattenwarmetauschers mit einem Stromungskanal für ein erstes Fluid,
Figur 7: eine schematische Darstellung eines
Prozessschemas eines Bioreaktors in Verbindung mit einem Wärmeplattentauscher, der als
Abgaskühler ausgebildet ist, und
Figur 8: ein Prozessschema eines Bioreaktors in Verbindung mit einem Plattenwärmetauscher als
Medienbeheizung zur Vorwärmung beim Befüllen des Bioreaktors .
Beschreibung der Ausfuhrunqsbeispiele
Ein Plattenwarmetauscher 1 besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von ersten Platten 40 und zweiten Platten 50 mit Stromungskanalen 4, 5, einer Frontplatte 6 und einer
Abschlussplatte 7.
Die erste Platte 40 weist eine Vorderseite 2 und eine
Ruckseite 41 auf. In vertikaler Richtung weist die erste Platte 40 in ihren Ecken unten links und oben links
Durchgangsoffnungen 8, 9 für ein erstes Fluid auf. Auf der Vorderseite 2 der Platte 40 ist eine flachige Vertiefung angeordnet, die den Stromungskanal 4 bildet und sich bis in die Durchgangsoffnungen 8, 9 erstreckt. Der Stromungskanal 4 weist in horizontaler Richtung von den Seitenwanden her
Stromungsbarrieren 10, 11 eines Stromungsrichters 12 auf, die sich in horizontaler Richtung überlappen und so einen
maanderformigen Stromungskanal 4 bilden. Die Ruckseite 41 ist eben, das heißt ohne Stromungskanal, ausgebildet.
Außerhalb des Stromungskanals 4 weist die erste Platte 40 in vertikaler Richtung oben rechts und unten rechts jeweils Durchgangsoffnungen 13, 14 auf.
Die zweite Platte 50 weist an ihrer Vorderseite 3 eine flachige Vertiefung auf, die den Stromungskanal 5 bildet und sich bis in die rechten Durchgangsoffnungen 17, 18 erstreckt. Der Stromungskanal 5 weist in vertikaler Richtung verlaufende Stromungsbarrieren 15 auf, die einen Stromungsrichter 16 bilden. In den linken Ecken weist die Platte 50 außerhalb des Stromungskanals 5 Durchgangsoffnungen 19, 20 auf, die mit den Durchgangsoffnungen 8, 9 der Platte 40 korrespondieren.
Entsprechend korrespondieren die Durchgangsoffnungen 17, 18 der Platte 50 mit den Durchgangsoffnungen 13, 14 der Platte 40. Die Platte 50 weist eine ihrer Vorderseite 3 abgewandte Ruckseite 51 auf, die eben ausgebildet ist und somit keinen Stromungskanal aufweist.
Der Plattenwarmetauscher 1 weist an seiner Vorderseite die Frontplatte 6 mit ihren Anschlüssen 21, 22 für das erste Fluid und Anschlüssen 23, 24 für das zweite Fluid auf. Dabei steht der Anschluss 21 mit den Durchgangsoffnungen 8, 19 in Verbindung und dient zur Zufuhrung des ersten Fluids, das über den Anschluss 22, der mit den Durchgangsoffnungen 9, 20 in Verbindung steht, wieder abgeführt wird.
Die Frontplatte kann optional auf ihrer in Figur 1 nicht gezeigten Ruckseite einen Stromungskanal 4' aufweisen.
Der Anschluss 23 steht mit den Durchgangsoffnungen 14 und 18 in Verbindung und dient zur Zufuhrung des zweiten Fluids, wahrend der Anschluss 24 mit den Durchgangsoffnungen 13 und 17 in Verbindung steht und zur Ableitung des zweiten Fluids genutzt wird.
Der Plattenwarmetauscher 1 wird an seinem der Frontplatte 6 abgewandten Ende durch die Abschlussplatte 7 abgeschlossen. Die Abschlussplatte 7 kann bei dieser Ausfuhrungsform einen Stromungskanal 4 aufweisen und hat in dieser Ausfuhrungsform keine Durchgangsoffnungen. In einer nicht dargestellten Ausfuhrungsform der Abschlussplatte 7 ist diese baugleich zu der Frontplatte 6 und ist in dem Plattenwarmetauscher 1 spiegelsymmetrisch zur Frontplatte 6 angeordnet.
Die Vorderseite der Abschlussplatte kann wie in der Figur 1 gezeigt einen Stromungskanal 4 aufweisen, kann jedoch auch eben und somit ohne Stromungskanal 4 ausgebildet sein und kann weiterhin nicht dargestellte Durchgangsoffnungen
aufweisen, die mit den Durchgangsoffnungen der Platten 40 und 50 korrespondieren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform sind die Frontplatte 6 und die Abschlussplatte 7 jeweils mit
Durchgangsoffnungen versehen, um den Querschnitt der
Fluidversorgung zu vergrößern, ohne die Dimensionierung der Anschlüsse 21, 22, 23 und 24 verandern zu müssen. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft der Druckverlust beim Ein- und Ausstromen der Fluide in den und aus dem Wärmetauscher 1 minimiert werden.
Die Platten 40 und 50 sind an ihren Ruckseiten, wie oben erläutert, jeweils eben ausgebildet, wahrend die Ruckseite der Frontplatte 6 und/oder die Vorderseite der
Abschlussplatte 7 plan ausgebildet sein kann oder alternativ einen Stromungskanal 4, 4' aufweisen kann. Die Platten 40, 50, 6 und 7 sind jeweils mit der ihnen benachbarten Platte verklebt . Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt eine Platte 40' bzw. 50' mit einem Strömungskanal 4' auf ihrer Vorderseite 2' für ein erstes Fluid, das beispielsweise als Kühlmedium ausgebildet ist.
In vertikaler Richtung weist die erste Platte 40' bzw. 50' in ihren Ecken unten links und oben links Durchgangsöffnungen 8', 9' für das erste Fluid auf. Auf der Vorderseite 2' der Platte 40' ist der Strömungskanal 4' angeordnet, der mit den Durchgangsöffnungen 8', 9' in Verbindung steht. Außerhalb des Strömungskanals 4' weist die Seite 2' in vertikaler Richtung oben und unten rechts jeweils die Durchgangsöffnungen 13', 14' auf.
Die Rückseite 41' der ersten Platte 40' (siehe Figur 3) weist einen Strömungskanal 5' für ein zweites Fluid auf.
Die Platte 40' und die Platte 50' sind exakt baugleich.
Analog zu der in Figur 1 gezeigten Plattenabfolge können die Platten 40' und 50' zu einem Plattenwärmetauscher
zusammengesetzt werden, wobei die Platten 50' gegenüber den baugleichen Platten 40' entsprechend um 180° gewendet
montiert werden. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 1, bei welcher die Rückseiten der Platten 40 und 50 jeweils eben sind, resultiert aus dieser Montage ein
Plattenwärmetauscher 1, bei welchem die Vorder- und die
Rückseite der zusammengesetzten Platten 40' und 50' jeweils einen Strömungskanal 4' bzw. 5' aufweisen. Im in vertikaler Richtung unteren Bereich weist der
Stromungskanal 5' einen Sammelraum 25 auf, der zur Aufnahme von Kondensat dient, das über einen Kondensatanschluss 26, der an der Frontplatte 6' (siehe Figur 4) angeordnet ist, abgeführt wird. Die Durchgangsoffnungen 13' und 14' für das zweite Fluid der Platte 50' sind länglich ausgebildet und korrespondieren mit Durchgangsoffnungen 13', 14' der Platte 40' (siehe Figur 2) .
Die Ruckseite 51' der Platte 50' (siehe Figur 3) weist einen dem Stromungskanal 4' einer weiteren baugleichen Platte 40' oder dem Stromungskanal 4' einer Abschlussplatte 7'
entsprechenden Stromungskanal für ein erstes Fluid auf.
Die Plattenwarmetauscher 1, 1' nach den Ausfuhrungsbeispielen der Figuren 1 bis 6 sxnd aus Polycarbonat (PC) ausgebildet. Sie sind ohne weiteres Gamma-bestrahlbar und sind für
jegliche Sterilanwendung im Temperaturbereich bis 1100C, kurzzeitig sogar bis 125 C geeignet. Damit können die
Warmeplattentauscher 1, 1' auch mit Heißdampf sterilisiert werden .
Gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 7 ist der
Plattenwarmetauscher 1' mit einem Bioreaktor 27' verbunden und wird als Abgaskuhler genutzt. Das Abgas wird aus dem Kopfraum 28 des Bioreaktors 27' über eine Abgasleitung 29, die mit dem Anschluss 23' des Plattenwarmetauschers 1' verbunden ist, oben in den Plattenwarmetauscher 1'
eingeleitet. Im Plattenwarmetauscher 1' wird der Gasstrom über den Stromungskanal 5' über die einzelnen Vorderseiten 3' der Platten 50' aufgeteilt. An den Vorderseiten der Platten 3' der Platten 50" wird der Gasstrom beim Strömen nach unten an der Plattenwand abgekühlt und über den Anschluss 24' abgeführt und weiter über einen Sterilfilter 30 an die
Umgebung abgegeben. Durch die Abgaskuhlung im
Plattenwarmetauscher 1' wird die Luftfeuchte des Abgases abgesenkt, wobei im Bioreaktor aufgenommenes flussiges Medium kondensiert, über den Kondensatanschluss 26 abgeleitet und dem Bioreaktor 27' über eine Schlauchpumpe wieder zugeführt wird.
Im Gegenstrom dazu wird Kuhlmedium vom Primarkuhler 33 von unten über den Anschluss 21' in den Plattenwarmetauscher 1' eingeleitet. Aus den Durchgangsoffnungen 8' wird das
Kuhlmedium in die einzelnen Stromungskanale 4' eingeleitet und nimmt die Warme von den Platten 40' und 50' auf. Das Kuhlmedium erwärmt sich dabei. Das Kuhlmedium wird in der Durchgangsoffnung 9' gesammelt und über den Anschluss 22' zurück in den Primarkuhler 33 gefordert. Das Kuhlmedium wird im Kreislauf gefuhrt.
Nach dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur 8 ist der
Plattenwarmetauscher 1 mit dem Bioreaktor 27 über eine
Zuleitung 31 verbunden. Dabei wird der Plattenwarmetauscher 1 genutzt, um dem Bioreaktor 27 zuzuführendes Medium
vorzuwärmen .
Das zu beheizende Medium wird aus einem nicht dargestellten Vorratsbehalter in den Plattenwarmetauscher 1 von oben über den Anschluss 23 eingeleitet. Im Plattenwarmetauscher 1 wird der Stoffstrom über den sich aus den Durchgangsoffnungen 14 und 18 ergebenden Stromungsverteiler in die einzelnen Kanäle 5 verteilt. In den Strömungsrichtern 12 wird der Medienstrom beim Strömen nach unten an der Plattenwand aufgewärmt. Die Medienströme werden zusammengeführt und zum Ausgang bzw.
Anschluss 24 geleitet. Vom Anschluss 24 wird das vorgewärmte Medium in den Bioreaktor 27 gefördert.
Im Gegenstrom dazu wird Heizmedium von einem Thermostaten 32 von unten über den Anschluss 21 in den Plattenwärmetauscher 1 eingeleitet. Im sich aus den Durchgangsöffnungen 8 und 9 ergebenden Strömungsverteiler wird das Heizmedium in die einzelnen Kanäle 4 eingeleitet und gibt die Wärme an die Platten 40 und 50 ab. Das Heizmedium wird vom Ausgang bzw. vom Anschluss 22 zurück in den Thermostaten 32 gefördert. Das Heizmedium wird im Kreislauf geführt.

Claims

Patentansprüche
Plattenwarmetauscher (1, 1') mit einer Mehrzahl von Stromungskanale (4, 4', 5, 5') aufweisenden Platten (40, 40', 50, 50') wobei eine erste Platte (40, 40') eine Vorderseite (2, 2') mit mindestens einem Stromungskanal (4, 4') für ein erstes Fluid und eine zweite Platte (50, 50') eine Vorderseite (3, 3') mit mindestens einem
Stromungskanal (5, 5') für ein zweites Fluid aufweist, und wobei die Platten (40, 40', 50, 50')
Durchgangsoffnungen (8, 8', 9, 9', 13, 13', 14, 14', 19, 20) aufweisen, über die die Stromungskanale (4, 4', 5, 5' ) für das gleiche Fluid jeweils miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Frontplatte (6, 6'), die der Vorderseite (2, 2') der ersten Platte (40, 40') vorgelagert ist,
Anschlüsse (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24') für das erste Fluid und für das zweite Fluid aufweist,
dass eine Abschlussplatte (7, 7') den Abschluss der aneinandergereihten Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6') bildet,
dass die Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6', 7, 7') und Anschlüsse (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24') aus Kunststoff ausgebildet sind, und
dass die Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6', 7, 7') dicht miteinander verklebt oder verschweißt sind.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschlussplatte (7, 7') Durchgangsöffnungen hat, die mit den Durchgangsöffnungen (8, 8', 9, 9', 13, 13', 14, 14', 19, 20) der Platten (40, 40', 50, 50')
korrespondieren .
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückseite der Frontplatte (6, 6') einen
Strömungskanal (4, 4') aufweist.
4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorderseite der Abschlussplatte (7, 7' ) einen Strömungskanal (4, 4') aufweist.
5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückseite (61, 61') der Frontplatte (6, 6') eben ist .
6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3
oder Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorderseite der Abschlussplatte (7, 7') eben ist.
7. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (40, 50) an ihren den Vorderseiten (2,
3) abgewandten Ruckseiten (41, 51) eben ausgebildet sind.
8. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (40', 50', 6', 7') an ihren den
Vorderseiten (2', 3') abgewandten Ruckseiten (41', 51', 61') den Stromungskanalen (4', 5') der benachbarten
Vorderseiten (2', 3') entsprechende spiegelsymmetrische Stromungskanale (4', 5') aufweisen.
9. Plattenwarmetauscher nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Platten (40') und die zweiten Platten (50' ) baugleich ausgebildet sind und
dass die zweiten Platten (50' ) gegenüber den ersten
Platten (40' ) entsprechend um 180° gewendet montiert sind.
10. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromungskanale (4, 4', 5, 5') einen
Stromungsrichter (12, 16) aufweisen.
11. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorderseiten (3' ) der Platten (50' ) einen
Sammelraum (25) aufweisen .
12. Plattenwarmetauscher nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frontplatte (6') einen Kondensatanschluss (26) aufweist, der den Ausgang des Sammelraumes (25) bildet.
13. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6', 7, 7') und Anschlüsse (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24r 24', 26) aus einem sterilisierbaren Kunststoff ausgebildet sind.
14. Plattenwarmetauscher nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6', 7, 7') und Anschlüsse (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24', 26) aus PC, PET, ABS, PPE oder PPS hergestellt sind.
15. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (40, 40', 50, 50', 6, 6', 7, 7')und Anschlüsse (21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24', 26) mit Gamma- und/oder Betastrahlen bestrahlbar und/oder mit Heißdampf autoklavierbar sind.
16. Plattenwarmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass der Plattenwarmetauscher (1, 1') mit einem
Bioreaktor (27, 27') verbunden ist.
17. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Abgaskühlung eines aus dem Bioreaktor {21') abzuführenden Gases der Anschluss (23' ) für den Eingang des zweiten Fluids mit einer Abgasleitung (29) des
Bioreaktors (27') und der Anschluss (24') für den Ausgang des zweiten Fluids mit einem Eingang eines Sterilfilters (30) verbunden ist, und
dass die Anschlüsse (21', 22') für das erste Fluid mit einem Kühlkreislauf verbunden sind.
18. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kondensatanschluss (26) mit einem
Zuflussanschluss des Bioreaktors (27' ) verbunden ist.
19. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Vorwärmung eines dem Bioreaktor (27)
zuzuführenden Mediums der Anschluss (23) für den Eingang des zweiten Fluids mit einer Medienzuleitung (31) zur Zuführung des Mediums und der Anschluss (24) für den Ausgang des zweiten Fluids mit einem Zuflussanschluss des Bioreaktors (27) verbunden ist, und
dass die Anschlüsse (21, 22) für das erste Fluid mit einem Temperierkreislauf verbunden sind.
20. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass der Plattenwärmetauscher (1, 1') ein Einwegartikel ist.
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