WO2018077481A1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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WO2018077481A1
WO2018077481A1 PCT/EP2017/025321 EP2017025321W WO2018077481A1 WO 2018077481 A1 WO2018077481 A1 WO 2018077481A1 EP 2017025321 W EP2017025321 W EP 2017025321W WO 2018077481 A1 WO2018077481 A1 WO 2018077481A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate
profiled
heat transfer
intermediate plate
heat exchanger
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/025321
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian KOCKISCH
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to CN201780066565.1A priority Critical patent/CN109891177A/zh
Priority to DE112017005454.0T priority patent/DE112017005454A5/de
Publication of WO2018077481A1 publication Critical patent/WO2018077481A1/de

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Classifications

    • 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
    • F28D9/0062—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 spaced plates with inserted elements

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger with a plate package, a
  • Heat exchangers can be used to transfer thermal energy from a warmer fluid to a colder fluid.
  • the term fluid here refers to a medium which is in a gaseous and / or liquid state.
  • a warmer exhaust gas which is produced during combustion in a burner, can be used to obtain the combustion required
  • So-called plate heat exchangers have for this purpose a plate pack of a plurality of heat transfer plates.
  • Heat transfer plates can be perforated in such a way that different channels are provided, through which different fluids to
  • Heat exchange can be performed.
  • a plate heat exchanger a method for producing such a plate heat exchanger, and a method for performing a heat exchange with the features of the independent claims
  • the plate heat exchanger comprises a plate pack with a plurality of planar, parallel heat transfer plates and with a plurality of profiled intermediate plates. Between two adjacent ones
  • Heat transfer plates of the plurality of heat transfer plates, an intermediate plate of the plurality of intermediate plates is arranged in each case.
  • a single intermediate plate is arranged between two adjacent heat transfer plates.
  • the plate pack thus preferably always alternately has a single heat transfer plate, followed by a single intermediate plate, thereafter again a single heat transfer plate, then again a single intermediate plate, etc. on
  • At least one of the intermediate plates is with at least one non-profiled area and at least two profiled areas in one
  • Main extension plane of the intermediate plate is formed. In the not profiled
  • Area is the respective intermediate plate flat or profileless, smooth and flat and extends substantially in a two-dimensional plane and has a comparatively very low height or extension in a direction perpendicular to this plane.
  • the at least one non-profiled area preferably defines the main plane of extension of the plate.
  • the intermediate plate is in one piece, in others Words, from a workpiece, formed and formed by folding a flat plate.
  • the at least one, non-profiled region forms the larger portion of the intermediate plate in comparison to the at least two profiled regions.
  • 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or 95% of the width of the intermediate plate may be formed by the at least one non-profiled region.
  • 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or 95% of the area of the intermediate plate may be formed by the at least one non-profiled area.
  • a "plane heat transfer plate” is to be understood as meaning that the heat transfer plate is profileless, smooth or flat.
  • Heat transfer plate thus extends substantially in one
  • this height or thickness of the heat transfer plates can each be between 0.5 mm and 2.0 mm, in particular between 0.8 mm and 1.5 mm.
  • Length and width of the heat transfer plates may each be, for example, up to several meters, for example, each between 1 m and 5 m.
  • the heat transfer plates are each of rectangular or substantially
  • heat transfer plates are identical or substantially identical in construction.
  • a “profiled intermediate plate” is to be understood in this context that the intermediate plate at least partially, i. in parts, as described above, folded, or in other words, is corrugated or ribbed.
  • the intermediate plate extends in particular substantially in one
  • Intermediate plate is formed from a flat plate, such as a flat sheet, by folding.
  • the folding may be accomplished by pressure forming, bend forming, draw-forming or draw-forming a flat sheet such as a flat sheet, or blending these methods.
  • the intermediate plates are each rectangular or in the
  • the height or thickness of the intermediate plates may each be between 0.5 mm and 2.0 mm, in particular between 0.8 mm and 1.5 mm. Length and width of the
  • intermediate plates can each also be between 1 m and 5 m.
  • the plate heat exchanger may have further expedient elements, in particular a frame or a frame construction in which the plate pack is arranged.
  • this frame may be formed from a variety of supports (e.g., steel, aluminum, plastic, or other suitable material) and act as a support for the plate pack.
  • the plate heat exchanger may further comprise elements for sealing the plate pack.
  • the plate heat exchanger is expediently adapted to pass a first fluid and a second fluid through the plate pack, between which a heat exchange can take place in the plate packet.
  • the specific values for length, width, height and thickness of the heat transfer and / or intermediate plates can be selected as a function of operating parameters of the plate heat exchanger, for example as a function of
  • Heat transfer and / or intermediate plates are made can also be selected depending on such operating parameters.
  • the heat exchange in the plate package is done in particular on the
  • the intermediate plates preferably do not or hardly contribute to the heat exchange, but are used in particular for structural or static purposes, expediently as a spacer and / or as a support for adjacent heat transfer plates.
  • the intermediate plates are provided as support plates or partition plates between the heat transfer plates.
  • the invention thus provides an innovative, simple construction of the
  • Plate heat exchanger allows.
  • the combination of flat and profiled plates allows a simple, inexpensive and fast production of the
  • Plate heat exchangers can be manufactured from simple, inexpensive standard items.
  • heat transfer plates for example, flat plates can be used, which can be obtained in a simple manner from corresponding suppliers.
  • intermediate plates for example, flat plates can be folded in a simple manner in order to profile these plates in a predetermined manner.
  • the intermediate plates are expediently folded in such a way that the heat transfer plates have a predetermined distance from each other. In particular, this distance is defined by the profile or by the height of the profile. In conventional plate heat exchangers are often pins as
  • Spacers used which are applied individually to heat transfer plates e.g. be welded.
  • a large number of pins is required (for example, up to several hundred pins), which must be applied individually to the heat transfer plate, which is associated with enormous design effort and a comparatively long time
  • Plate heat exchanger does not use such pins as spacers, but the intermediate plates act as spacers. Thus, only one
  • the profiled areas are each of two adjacent ones
  • Intermediate plates to each other rotated by a predetermined angle. Especially This angle is preferably 90 °.
  • adjacent intermediate plates are two intermediate plates to understand, which are arranged on opposite sides of the same heat transfer plate, ie in particular on the front and
  • the profiled areas of the intermediate plates are designed such that a rotation of 180 ° results in an identical profile.
  • the profiled portions of each second intermediate plate extend in particular in the same extension direction.
  • every other intermediate plate is identical or essentially identical.
  • two adjacent heat transfer plates and the intermediately arranged intermediate plate form a channel unit for the passage of a fluid.
  • channel unit is to be understood in particular a dense or sealed space between the two adjacent heat transfer plates, through which a fluid can be passed. Due to the special shape or the special profile of the intermediate plate, the channel unit may be divided into a plurality of individual channels or sub-channels, which extend parallel to one another and allow a flow of the same fluid in the same direction of flow.
  • the channel unit is between two adjacent ones
  • three adjacent heat transfer plates and the respective intermediate plates arranged between them form two adjacent heat transfer plates
  • a first of these two adjacent channel units preferably extends or defines a first flow direction.
  • the other of the two adjacent channel units preferably extends into or defines a second flow direction.
  • the first flow direction and the second flow direction are advantageously orthogonal to one another. Since the profiled areas of two adjacent intermediate plates, as explained above, are preferably twisted by 90 ° relative to one another, those are preferably also
  • the same fluid can thus be conducted in the same direction of flow through every second channel unit.
  • a heat transfer plate is thus used in particular for each two adjacent channel units. Along one side of the heat transfer plate is thus by one of these two
  • a first fluid in the first flow direction, along the other side of the heat transfer plate is passed through the second of these two channel units, a second fluid in the second flow direction.
  • a heat exchange of the two fluids in the two adjacent channel units can take place via the heat transfer plate.
  • the intermediate plates as explained above, preferably do not contribute or hardly contribute to the heat exchange, but function expediently both as spacers between adjacent heat transfer plates, as well as for sealing the channel units and for guiding the corresponding fluid conducted through the channel units.
  • the intermediate plate in each of the at least two profiled regions is in each case folded such that a first support region and a second support region are provided.
  • the at least a non-profiled area advantageously defines a main plane of extension of the panel.
  • the first edition area extends in one of the
  • Main extension plane parallel first plane and the second bearing area extends in a plane parallel to the main plane of extension second plane.
  • This first level and this second level lie respectively on opposite sides of the main extension plane, in each case at a predetermined distance from the
  • Heat transfer plates is preferably spaced. That between the non-profiled area of the intermediate plate and a first, adjacent one
  • Heat transfer plate is a first, preferably constant, distance and between the non-profiled portion of the intermediate plate and a second, adjacent heat transfer plate is a second, preferably constant distance.
  • Heat transfer plates are formed several channels and that
  • Intermediate plate can be anchored in a structurally simple way, without having to be materially connected to the heat transfer plates.
  • the first distance and the second distance are the same.
  • the respective intermediate plates are formed integrally profiled, i.
  • the intermediate plates are each made of a workpiece, which is profiled accordingly.
  • the support areas may be formed, for example, each as levels.
  • bearing areas serve to support the heat transfer plates or to fix the intermediate plate to the heat transfer plates.
  • Intermediate plates provided to allow a particularly high stability of the plate pack and to ensure the functions of the intermediate plates as spacers between adjacent heat transfer plates, for sealing the channel units and for guiding the corresponding fluid.
  • the plate may in particular be folded such that it is perpendicular to the first direction Main extension plane extends (for example, with respect to the main extension plane vertically upwards), to the first support area. From this first
  • the support surface may then extend in a second direction perpendicular to the main plane of extension to the second support region, which is opposite to the first direction (e.g., with respect to FIGS
  • Main extension plane vertically downwards).
  • the plate may extend from the second support area in the first direction.
  • the respective intermediate plate is planar in these non-profiled areas, extends substantially in a two-dimensional plane, has a comparatively very small height in a direction perpendicular to this plane, defines a main plane of extension of the plate and in this case preferably forms a first edition area.
  • the plate is preferably in each case folded in such a way that a second support region is provided which extends in a plane parallel to the main plane of extension at a predetermined distance from the main extension plane.
  • the respective intermediate plates are preferably formed profiled in one piece.
  • a first profiled region is arranged on a first edge region of the plate and a second profiled region on a second edge region.
  • the first edge region and the second edge region are preferably opposite.
  • an edge region is to be understood as an area in front of one of the four edges of the expediently rectangular plate.
  • the edges or edge regions of the intermediate plates are formed profiled. It is understood that the intermediate plate may have further profiled areas, which may lie between the first and the second edge region. profiled
  • a first is located on the first support area
  • Heat transfer plate on and on the second support portion is a second heat transfer plate, which is arranged in the plate pack adjacent to the first heat transfer plate.
  • the corresponding intermediate plate is, for example, at the respective support area with the respective
  • the channel unit is thus suitably sealed by this connection between the heat transfer plate and the intermediate plate.
  • the at least one intermediate plate and two adjacent heat transfer plates preferably form a channel unit.
  • This channel unit is preferably delimited by the first profiled area and the second profiled area of the at least one intermediate plate.
  • the flow direction of the channel unit is preferably defined by a main extension direction of the first profiled area and the second profiled area of the at least one intermediate plate.
  • the channel unit can be sealed in particular by the first and the second profiled region.
  • the channel unit is limited by profiled regions, which are arranged on two opposite edge regions of the corresponding intermediate plate.
  • the main direction of extension should be understood as a direction along which the profile essentially extends.
  • the corresponding plate in the profiled areas in particular has a profile which a height or extension perpendicular to the
  • Main extension level possesses. Without limiting the generality, the main extension plane is called the x-y plane. The profile thus has in the
  • a height or extension in the z direction In general, a height or extension in the z direction. This profile extends in particular either in the x-direction or in the y-direction, the
  • Main extension direction is thus in particular either the x-direction or the y-direction.
  • a distance between the first support region and the second support region preferably defines the distance between the two adjacent ones Heat transfer plates.
  • the respective distances of the support areas to the main extension plane are thus expediently designed such that the intermediate plate can act as a spacer between the heat transfer plates.
  • the intermediate plate may further comprise at least one unilaterally profiled area.
  • the plate in this single-sided profiled area is folded in such a way that another first
  • Support area or another second support area provided.
  • At least one flow guide element is introduced into at least one intermediate plate of the plurality of intermediate plates.
  • these flow guide elements form resistors which can change the flow of the fluid passed through the corresponding channel unit.
  • the fluid is brought by these flow guide from a laminar to a turbulent or at least partially turbulent flow.
  • Heat exchange process in particular the effectiveness of the heat transfer and heat transfer, and thus expediently the thermal efficiency of the plate heat exchanger in comparison to a laminar flow can be increased.
  • Arrangement, position, number, shape and / or size of the flow guide can be chosen in particular such that the flow can be influenced as desired.
  • the flow guide elements can additionally contribute to the stability of the plate pack and, in particular, in addition to the profile of the intermediate plate as a spacer between adjacent
  • Heat transfer plates serve.
  • the flow guide elements are introduced into the intermediate plate between the first and second profiled regions arranged on respectively opposite edge regions.
  • the intermediate plate in its non-profiled region preferably has a passage opening into which the
  • the respective intermediate plate may also have a plurality of passage openings for inserting a plurality of flow guide elements.
  • the at least one flow guide element is inserted into the respective opening.
  • These openings may be removed during the manufacturing process e.g. be machined into the corresponding intermediate plates.
  • the flow directors can be easily inserted into the openings, e.g. be plugged in.
  • the flow guide extends from one
  • the flow guide can also take over the additional function of spacers.
  • the at least one flow-guiding element is designed as a flow-guiding pin and / or a flow-guiding plate.
  • Strömungsleitplatte is to be understood in particular as a plate which has much smaller dimensions than the intermediate plate.
  • the flow baffle may for example be straight or curved or have another expedient shape.
  • Strömungsleitplatte may be formed as a sheet of a metallic material or made of another suitable material, for. made of plastic.
  • Weld in particular a fillet weld, are connected, in particular at first bearing areas and second bearing areas of the intermediate plate, which are formed by the profiled areas of the intermediate plates.
  • the operating method according to the invention prefers to use the plate heat exchanger for carrying out a heat exchange of fluids of a burner.
  • a burner fuel gas or a gas mixture of fuel gas and
  • Combustion air burned to a combustion exhaust gas For example, natural gas or a natural gas-oxygen mixture can be used as fuel gas.
  • Fuel gas or combustion air or the gas mixture of fuel gas is
  • Combustion air is introduced as a first fluid through the plate pack of the
  • combustion exhaust gas is passed from the burner to the plate heat exchanger and passed as a second fluid through the plate pack of the plate heat exchanger. Since this combustion exhaust gas has a comparatively high temperature, it is particularly appropriate to the colder combustion air or the mixture of
  • the material from which the heat transfer and / or intermediate plates are made may conveniently be selected depending on a sulfur content and / or a sulfuric acid dew point of the fluids, in particular, generally an acid dew point, which applies to all acids in the first and second fluids, respectively refers.
  • the acid dew point of sulfur-containing fuel gases is
  • SO 2 and SO 3 are formed, which further react with water vapor in the exhaust gas to sulfuric acid and sulfuric acid.
  • sulfuric acid and sulfuric acid For example, highly corrosive sulfuric acid condenses when falling below the corresponding acid dew point. In such cases, in particular
  • corrosion-resistant material used for the heat transfer and / or intermediate plates such as stainless steel.
  • carbon steel can be used for the heat transfer and / or intermediate plates.
  • the burner may be used for a process furnace to cause a reaction or acceleration of a reaction therein.
  • the process furnace can be used in a synthesis gas plant (e.g., hydrogen or ammonia plant), Direct Reduced Iron (DRI) plant, incinerator (incinerator), fission gas furnace (ethylene cracker), EDC furnace (ethylene
  • a synthesis gas plant e.g., hydrogen or ammonia plant
  • DRI Direct Reduced Iron
  • incinerator incinerator
  • fission gas furnace ethylene cracker
  • EDC furnace ethylene
  • the burner may be used for syngas production.
  • Synthesis gas is a gas mixture of hydrogen and carbon monoxide to understand that can be used in a variety of industrial processes as a basic chemical.
  • the ratio of hydrogen to carbon monoxide of the synthesis gas can be adjusted in particular by synthesis gas production.
  • synthesis gas from coal, petroleum, natural gas, biomass or
  • the burner may be used to generate process temperatures needed for process stages of syngas production.
  • a carburetor or the combustion chamber of a carburetor can be heated.
  • Heating a process gas is used, e.g. during a
  • Synthesis gas production hydrogen synthesis, ammonia synthesis, etc.
  • a process gas which has been cooled by a preceding process section but requires a higher temperature for a subsequent process section can be heated by the plate heat exchanger.
  • Figure 1 shows schematically a preferred embodiment of a
  • Plate heat exchanger according to the invention in a perspective view and in an exploded view.
  • Figure 2 shows schematically a part of a plate pack of a preferred one
  • FIG. 3 shows schematically an intermediate plate of a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in one
  • FIG. 4 shows schematically intermediate plates according to preferred embodiments of a plate heat exchanger according to the invention in each case
  • Figure 5 shows schematically a channel unit according to a preferred
  • Embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in a cross-sectional view Embodiment of a plate heat exchanger according to the invention in a cross-sectional view.
  • Figure 6 shows schematically an intermediate plate and parts of an intermediate plate of a preferred embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention
  • Plate heat exchanger shown schematically and designated 100.
  • the plate heat exchanger 100 is shown in a perspective view, in Figure 1 b in an exploded view.
  • the plate heat exchanger 100 comprises a plate pack 1 10, which is arranged in a frame 101.
  • the frame 101 acts on the one hand as a holder for the plate pack 1 10 and also serves to seal the plate pack 1 10.
  • the frame 101 is composed of a plurality of steel beams, which are designated in Figure 1 b by way of example by the reference numerals 101 a, 101 b, 101 c.
  • the plate heat exchanger 100 has a reversing chamber 102.
  • a first fluid Fi and a second fluid F 2 may be passed through the plate pack 1 10 to allow heat exchange between these two fluids.
  • combustion air e.g natural gas
  • a fuel gas e. natural gas
  • This first fluid Fi is preheated in the heat exchanger and can then be supplied to a burner for combustion, whereby a
  • Combustion exhaust gas is generated.
  • This combustion exhaust gas can be passed through the plate pack 1 10 as the second fluid F 2 .
  • the combustion exhaust gas F 2 has a comparatively high temperature
  • the first fluid Fi has a comparatively low temperature, for example ambient temperature.
  • thermal energy from the combustion exhaust gas F 2 in the plate pack 1 10 can be transferred to the first fluid Fi and preheat this, and thus to increase the efficiency of the burner.
  • the first fluid Fi can be passed in a first flow direction through a first half 1 1 1 of the plate pack 1 10, in this example vertically downwards, ie in the negative x direction. After passing through this half 1 1 1 of the plate pack 1 10, the first fluid Fi flows through the reversing chamber 102. The flow direction of the first fluid Fi is then reversed and the first fluid Fi can flow through a second half 1 12 of the plate pack 1 10 in a second flow direction , which is parallel and opposite to the first flow direction, in this example vertically upwards, ie in the positive x direction.
  • the second fluid F 2 may be directed along a flow direction through the plate pack 1 10 which is perpendicular to the first and second flow directions, in this example in the positive y direction.
  • the flow directions of the first fluid Fi and the second fluid F 2 are thus always orthogonal to each other.
  • This reversal chamber 1 02 is used in particular to increase the thermal length of a channel.
  • the plate heat exchanger 100 can be manufactured with the plate package 1 10 and the frame 1 01 without this reversing chamber 1 02, as shown in Figure 1 c. In this case, in particular, a simple cross-flow is created.
  • the first fluid Fi is passed through both halves 1 1 1 and 1 12 of the plate pack 1 10 along the same direction of flow, in the example shown vertically downwards or in the negative x-direction.
  • the plate pack has a plurality of planar, parallel arranged
  • FIG. 2 a shows by way of example five heat transfer plates 201 to 205 and four intermediate plates 301 to 304.
  • FIG. 2b by way of example, two adjacent intermediate plates 301 and 302 are shown.
  • each is between two adjacent
  • Heat transfer plates each arranged an intermediate plate. Between the two adjacent heat transfer plates 201 and 202, the intermediate plate 301 is arranged. Between the heat transfer plates 202 and 203 is the
  • the individual heat transfer plates 200 are particularly identical
  • the heat transfer plates 200 each have a comparatively very small height or extent in a z-direction perpendicular to this x-y plane. For example, the
  • Heat transfer plates 200 each have a length, ie an extension in x-
  • the intermediate plates 300 are profiled in contrast to the heat transfer plates 200. As can be seen in Figure 2a, a first intermediate plate 301 has a profile which extends in the x direction. A second intermediate plate 302, however, has a profile which extends in the y-direction. The profile of the first
  • a third intermediate plate 303 is in turn rotated by 90 ° with respect to the profile of the second intermediate plate 302 and is identical to the profile of the first intermediate plate 301.
  • Each second intermediate plate is thus designed in particular identical.
  • FIG. 2a on the one hand, for example, the intermediate plates 301 and
  • the first intermediate plate 301 has five profiled regions 31 1 and four non-profiled regions 312.
  • the first intermediate plate 301 is planar and extends at least substantially in the x-y plane.
  • These non-profiled regions 312 thus define a main extension plane of the first intermediate plate 301, which in this example corresponds to the x-y plane without restriction of generality.
  • the first intermediate plate 301 is in each case folded in such a way that it has a profile which has an extension or height in z.
  • the x-direction thus corresponds to a main extension direction of the profiles of the first intermediate plate 301.
  • cross-sections through the intermediate plate in the z-y plane along this x-direction are always at least substantially identical.
  • the second intermediate plate 302 also has five profiled regions 321 and four non-profiled regions 322. Also, the second intermediate plate 302 is flat in these non-profiled areas 322, so that they do not profiled Areas 322 define the xy plane as the main extension plane of the second intermediate plate 302.
  • the second intermediate plate 302 is also folded in each of the profiled regions 321 such that it has a profile which has an extension or height in the z-direction perpendicular to the main extension plane.
  • these profiles do not extend in the x-direction, but in the y-direction, in contrast to the profiles of the first intermediate plate 301.
  • the y-direction thus corresponds to one
  • Heat transfer plates and the interposed intermediate plate a channel unit for the passage of a fluid.
  • the first heat transfer plate 201, the first intermediate plate 301, and the second heat transfer plate 202 thus form a first channel unit 401 having a flow direction identical to the first extension direction, that is, the x direction.
  • the first fluid Fi may flow in the positive or negative x direction.
  • the second heat transfer plate 202, the second intermediate plate 302 and the third heat transfer plate 203 form a second channel unit 402 having a
  • the second fluid F 2 can thus flow in the positive or negative y direction.
  • the second heat transfer plate 202 is thus provided for both the first channel unit 401 and the second channel unit 402. Along one side of the Heat transfer plate 202 thus flows the first fluid Fi and along the other side of the heat transfer plate 202, the second fluid flows F 2 , so that a
  • Heat exchange between the first fluid Fi and the second fluid F 2 can be done.
  • the third heat transfer plate 203, the third intermediate plate 303, and the fourth heat transfer plate 204 form a third channel unit 403.
  • this third channel unit 403 is again identical to the first extension direction, ie the x-direction.
  • the first fluid Fi can flow in the positive or negative x direction analogously to the first channel unit 401.
  • Heat transfer plate 203 is provided for both the second channel unit 402 and the third channel unit 403, so that at the third
  • Heat transfer plate 203 heat exchange can take place.
  • the fourth heat transfer plate 204, the fourth intermediate plate 304, and the fifth heat transfer plate 205 form a fourth passage unit 404 whose
  • Flow direction is analogous to the flow direction of the second channel unit 402 identical to the second direction of extent, ie to the y-direction.
  • the second fluid F 2 can flow in the positive or negative y direction analogously to the second channel unit 402.
  • Heat transfer plate 204 can thus also be carried out a heat exchange.
  • the fifth heat transfer plate 205 is in turn also provided for a fifth channel unit, which is no longer shown in FIG. 2a.
  • each second channel unit is accordingly identical.
  • Each second channel unit is thus provided for the flow of the same fluid.
  • Each of the two fluids flows on the opposite sides of the heat transfer plates, so that a heat exchange can take place on the heat transfer plates.
  • the intermediate plate 500 shown in a perspective view and in the lower half in a cross-sectional view. As can be seen in FIG. 3, the intermediate plate 500 has a non-profiled region 51 1 and two profiled regions 52 1 and 52 2. In the non-profiled region 51 1, the intermediate plate 500 extends flat between the x-coordinates xi and X4. This non-profiled area 51 1 thus defines the
  • Main extension plane E H of the intermediate plate 500 which corresponds to the xy plane in this example.
  • the profiled portions 521 and 522 are disposed on opposite edge portions of the intermediate plate 500.
  • the integrally formed intermediate plate 500 is folded in such a way that it has a profile there which has a height or extent in a direction perpendicular to the one
  • Main extension plane E H has, in this example in the z direction. These profiles extend or respectively extend in the y-direction, so that the y-direction in this example corresponds to the main extension direction of the profiles or the profiled regions 521 and 522.
  • the intermediate plate 500 is folded in each of the profiled regions 521 and 522, respectively, such that a first support region E A i, i or E A i, 2 and a second support region E A 2, i or E A 2,2 are provided , Each of these areas is in this
  • the first bearing areas ⁇ , ⁇ and EAI, 2 thus extend in a first plane parallel to the main plane of extent E H.
  • the second bearing areas E A 2, i and E A 2,2 extend in a plane parallel to the main plane E H second plane. This first level is at a first distance of ⁇ above the
  • Main extension level EH The second level lies at a second distance of ⁇ 2 below the main extension plane E H. These first and second planes are thus in each case at opposite sides of the main extension plane E H in each case at a predetermined distance from the main extension plane E H.
  • one of the distances Azi or Az 2 may also be zero.
  • the respective contact area E A2 , i or E A2 , 2 coincides with the
  • the intermediate plate 500 is folded at a coordinate xi such that it extends perpendicular to the main extension plane E H in the positive z-direction by the first distance Az ⁇ to the first bearing area ⁇ , ⁇ . Between the coordinates xi and x 2 , the intermediate plate 500 is flat and parallel to the
  • Main extension plane E H and thereby forms the first bearing areas E A i, i.
  • the first bearing areas E A i i, i has a width of ⁇ .
  • the intermediate plate 500 is folded such that it is perpendicular to the main extension plane E H in the negative z-direction by the distance ⁇ to the second support area E A 2, i.
  • the distance ⁇ corresponds to the sum of the first distance Az ⁇ and the second distance ⁇ 2 .
  • the intermediate plate 500 runs flat and parallel to the main extension plane E H and forms the second support region E A2 , i -
  • the second support regions E A 2, i thus has a width of ⁇ 2 .
  • the intermediate plate 500 is folded in the profiled region 522: at a coordinate XA, the intermediate plate is perpendicular to the
  • the intermediate plate 500 is perpendicular to the main extension plane E H in the negative z-direction by the distance ⁇ to the second support area EA2,2. Between the coordinates x 5 and xe, the intermediate plate 500 forms the second support region E A 2,2.
  • a first bearing area E A i, i and E A i i, 2 At the first bearing areas E A i, i and E A i i, 2, a first bearing areas E A i, i and E A i i, 2, a first bearing areas E A i, i and E A i i, 2, a first bearing areas E A i, i and E A i i, 2
  • Heat transfer plate can be attached, for example by welding.
  • At the second bearing areas E A 2, i and E A2 , 2 may be an adjacent second
  • Heat transfer plate attached e.g. be welded as shown in Fig. 5 for a further embodiment.
  • a weld of fillet welds Preferably, a weld of fillet welds.
  • the surface EBI of the intermediate plate 500 which runs at the x-coordinate X2 perpendicular to the main extension plane E H between the first support region E A i, 1 and the second support region E A2 , i, thus serves as a first boundary surface of the corresponding channel unit.
  • the area EB2 which when x 5 perpendicular to the main plane of extension H E between the first contact area E A i, 2 and the second bearing region E A2, 2 runs, serving as a second boundary surface of the corresponding channel unit.
  • the corresponding channel unit is between these two adjacent ones
  • Heat transfer plates defined by the first profiled portion 521 and the second profiled portion 522 of the intermediate plate 500 and the flow direction of the channel unit is defined by the main extension direction of the first profiled portion 521 and the second profiled portion 522 of the intermediate plate 500, that is through the y-direction.
  • the intermediate plate 500 thus serves both to limit and seal the channel unit, as well as a spacer between the adjacent
  • Heat transfer plates is defined by the distance ⁇ between the first Support area E A i, 1 or E A i i, 2 and the second support area E A 2, i and E A 2,2 defined.
  • FIG. 4 schematically shows further preferred embodiments of the intermediate plate analogous to FIG. 3, each in a cross-sectional view.
  • the intermediate plate 500a in FIG. 4a analogously to the intermediate plate 500 from FIG. 3, has at its edge regions a first profiled region 521a and a second profiled region 522a. Furthermore, the intermediate plate 500a still has a third profiled area 523a. Thus, the intermediate plate 500a has two non-profiled portions 51 1 a and 512 a.
  • the profiled regions 521a and 522a at the edge regions of the intermediate plate 500a are formed, for example, analogously to the profiled regions 521 and 522 of the intermediate plate 500 according to FIG.
  • the intermediate plate 500a is first folded from the main extension plane in the positive z-direction to a first one
  • Bearing surface Ai a From the first bearing surface Ai a , the intermediate plate 500a is folded in the negative z-direction up to a second bearing surface A 2a . From the second bearing surface A 2a , the intermediate plate 500a is again folded in the positive z-direction to a third bearing surface A 3a . From the third bearing surface A 3a , the intermediate plate 500a is again in the negative z-direction up to the
  • the distances between the main extension plane and the bearing surfaces Ai a and A 3a is in each case identical in each case.
  • the distance between the support surfaces Ai a and A 2a is in particular identical to the distance between the
  • FIG. 4b shows a further preferred embodiment of an intermediate plate and designated 500b. Analogous to the intermediate plates 500 and 500a, the intermediate plate 500b also has two non-profiled regions 521b and 522b at its edge regions. Analogous to the intermediate plate 500a, the intermediate plate 500b also has a third profiled region 523b and two non-profiled regions 51 1 b and 512b.
  • the intermediate plate 500b is first folded from the main extension plane in the negative z-direction to a first bearing surface Ai b . From this, the intermediate plate 500b is folded in the positive z-direction up to a second bearing surface A 2 b. From this second bearing surface A 2 b, the intermediate plate 500b is folded back in the negative z-direction to a third bearing surface A 3 b. On this basis, the intermediate plate 500b is again folded in the positive z direction up to a fourth bearing surface A 4 b and from there again in the negative z direction up to a fifth bearing surface A 5 b. From this fifth
  • Support surface A 5 b out of the intermediate plate 500 b is folded to the main extension plane in the positive z-direction.
  • the first support region E A i, 3 b of the third profiled portion 523b is thus formed in this example by the second bearing surface A 2 b and through the fourth bearing surface A 4 b.
  • the second bearing area E A 2,3,3 b of the third profiled area 523b is formed by the first bearing surface Ai b , by the third bearing surface A 3 b and by the fifth bearing surface A 5 b.
  • FIG. 4c shows schematically a further preferred embodiment of an intermediate plate 500c, which likewise has two profiled regions 521c and 522c at its edge regions, and two non-profiled regions 51 1c and 51 2c.
  • the intermediate plate 500 c has no third profiled area in this example, but a region 523 c profiled on one side.
  • the intermediate plate 500c is folded in the negative z-direction from the main plane of extent to a first bearing surface Ai c and from this in the positive z-direction back to the first Main plane.
  • This first bearing surface Ai c thus forms a further second bearing area EA2, 3, c .
  • a further second support area E A 2, 3, C is thus provided, but no further first support area.
  • FIG. 4d A further preferred embodiment of an intermediate plate 500d is shown schematically in FIG. 4d.
  • the intermediate plate 500d also has two profiled regions 521d and 522d at its edge regions. Furthermore, the intermediate plate 500d has three further profiled regions 523d, 524d and 525d and four non-profiled regions 51 1 d, 512d, 513d and 514d.
  • Areas 523d, 524d and 525d correspond to the shape of the profile of the profiled area 523a of the intermediate plate 500a of FIG. 4a, but mirrored on the x-axis.
  • the profiled areas 523d, 524d and 525d are in the x direction
  • the widths of the non-profiled regions 51 1 d, 512 d, 513 d and 514 d are in each case identical in each case.
  • this intermediate plate 500e Analogous to the intermediate plate 500a from FIG. 2a, this intermediate plate 500e also has at its edge regions two profiled regions 521e and 522e and a third profiled region 523d and two non-profiled regions 51e and 512e.
  • the intermediate plate 500e is not folded at right angles, but the profile of the intermediate plate 500e has a sinusoidal shape in each of the three profiled regions.
  • the first support areas E A i, i, e and e A i, 2, e of the first profiled portion 521 e and the second profiled portion 522e and the second bearing regions E A2, i, e and E A2, 2, e of the first profiled Area 521 e and the second profiled area 522 e are each not formed as a flat surface, but as support points on rounded areas.
  • the intermediate plate 500e is similar to the intermediate plate 500a of Figure 4a first from the main plane of extension in the positive z-direction sinusoidal to a first rounded portion Ai e folded, from there sinusoidal in the negative z-direction to a second rounded portion A 2e , from there again in a positive z-direction sinusoidal to a third rounded portion A 3e and from there back to the
  • a channel unit according to a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention is shown schematically in a cross-sectional view and denoted by 401 a.
  • the intermediate plate 500a is arranged, as shown in Figure 4a. At the first bearing portions of the three profiled portions 521a, 522a and 523a, the intermediate plate 500a is respectively connected to the first one
  • Heat transfer plate 201 a welded and with the second bearing portions of the profiled portions 521 a, 522 a and 523 a, the intermediate plate 500 a each welded to the second heat transfer plate 202 a as shown in Fig. 5.
  • the channel unit is divided by the special shape of the intermediate plate 500a into five channels Ki to K 5th
  • These five sub-channels Ki to K 5 extend parallel to each other and each allow a passage of a fluid in the same flow direction, which corresponds to the y-direction in the example of Figure 5.
  • FIG. 6 an intermediate plate according to a preferred embodiment of a plate heat exchanger according to the invention is shown schematically in a perspective view and designated 600.
  • the intermediate plate 600 has a first profiled area 621, a second profiled area 622 and a third profiled area 623 and two non-profiled areas 61 1 and 612.
  • flow-guiding elements 630 are introduced into the intermediate plate 600.
  • flow-conducting pins 631 are introduced as flow-guiding elements in the non-profiled region 61 1 and flow-guiding plates 632 in the non-profiled region 612, which are in particular formed as bent sheets.
  • a section of the intermediate plate 600 is shown enlarged. It can be seen that corresponding openings 631a and 632a are provided in the intermediate plate in the form of passage openings for the flow guide elements 630 designed as flow guide pins 631 or flow guide plates 632, into which the respective flow guide elements 630 can be inserted, in particular inserted.
  • the through holes 631 a and 632 a allow a structurally simple fixation of flow guide within the channels formed between the adjacent heat conducting plates.
  • Flow guide elements preferably extend from the lower heat transfer plate (not numbered) shown in FIG. 6a to that in FIG
  • FIG. 1 A first figure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Plattenpaket (110) aufweisend eine Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten Wärmeübertragungsplatten (200, 201, 202, 203, 204, 205), wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten jeweils eine Zwischenplatte (300, 301, 302, 303, 304) angeordnet ist, wobei die Zwischenplatte mit mindestens einem nicht profilierten Bereich und mit mindestens zwei profilierten Bereichen in einer Haupterstreckungsebene (EH) der Zwischenplatte ausgebildet ist, und wobei die Zwischenplatte einstückig ausgebildet ist, und wobei die Zwischenplatte durch Falten einer ebenen Platte gebildet ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Plattenwärmetauschers sowie ein Verfahren zum Wärmetausch unter Verwendung des Plattenwärmetauschers.

Description

Beschreibung
Plattenwärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Plattenpaket, ein
Verfahren zum Herstellen des Plattenwärmetauschers und ein Verfahren zum
Durchführen eines Wärmetauschs von Fluiden eines Brenners unter Verwendung eines derartigen Plattenwärmetauschers.
Stand der Technik Wärmetauscher können verwendet werden, um thermische Energie von einem wärmeren Fluid auf ein kälteres Fluid zu übertragen. Als Fluid wird hierbei ein Medium bezeichnet, das sich in einem gasförmigen und/oder flüssigen Zustand befindet.
Beispielsweise kann ein wärmeres Abgas, welches bei der Verbrennung in einem Brenner entsteht, verwendet werden, um die für die Verbrennung benötigte
Verbrennungsluft, ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas oder Brenngas vorzuwärmen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Verbrennung gesteigert.
Sogenannte Plattenwärmetauscher weisen zu diesem Zweck ein Plattenpaket aus einer Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten auf. Diese einzelnen
Wärmeübertragungsplatten können dabei derartig perforiert sein, dass unterschiedliche Kanäle bereitgestellt werden, durch welche unterschiedliche Fluide zum
Wärmeaustausch geführt werden können.
Ein Beispiel eines derartigen Plattenwärmetauschers ist beispielsweise in der
US 201 1 /0017436 A1 dargestellt. Zwischen den einzelnen Wärmeübertragungsplatten ist jeweils eine Vielzahl von Pins angeordnet, welche als Abstandshalter fungieren, um einen konstanten Abstand zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten gewährleisten zu können und um ein Verbiegen bzw. Durchhängen benachbarter Wärmeübertragungsplatten zu vermeiden.
Derartige Plattenwärmetauscher, wie sie beispielsweise in der US 201 1 /0017436 A1 dargestellt sind, sind jedoch zumeist sehr aufwändig herzustellen. Insbesondere bedarf es eines hohen konstruktiven Aufwands, um die Vielzahl von einzelnen Pins als Abstandshalter auf die einzelnen Wärmeübertragungsplatten aufzubringen.
Es ist wünschenswert, einen verbesserten Plattenwärmetauscher bereitzustellen, welcher auf einfache, kostengünstige und schnelle Weise hergestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Plattenwärmetauscher, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Plattenwärmetauschers, sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Wärmetauschs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche
vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers sowie des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in analoger Weise.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher weist ein Plattenpaket mit einer Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten Wärmeübertragungsplatten und mit einer Vielzahl von profilierten Zwischenplatten auf. Zwischen zwei benachbarten
Wärmeübertragungsplatten der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten ist jeweils eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten jeweils nur eine einzige Zwischenplatte angeordnet. Das Plattenpaket weist somit vorzugsweise immer abwechselnd eine einzige Wärmeübertragungsplatte, darauf folgend eine einzige Zwischenplatte, darauf folgend wieder eine einzige Wärmeübertragungsplatte, darauf folgend wieder eine einzige Zwischenplatte, usw. auf
Wenigstens eine der Zwischenplatten ist mit mindestens einem nicht profilierten Bereich und mit mindestens zwei profilierten Bereichen in einer
Haupterstreckungsebene der Zwischenplatte ausgebildet. In dem nicht profilierten
Bereich ist die jeweilige Zwischenplatte eben bzw. profillos, glatt und flach ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene und besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe bzw. Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene. Der mindestens eine, nicht profilierte Bereich definiert vorzugsweise die Haupterstreckungsebene der Platte. Die Zwischenplatte ist einstückig, in anderen Worten, aus einem Werkstück, ausgebildet und durch Falten einer ebenen Platte gebildet.
Insbesondere bildet der mindestens eine, nicht profilierte Bereich den größeren Anteil der Zwischenplatte im Vergleich zu den mindestens zwei profilierten Bereichen.
Insbesondere kann 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% der Breite der Zwischenplatte durch den mindestens einen nicht profilierten Bereich gebildet sein. Zweckmäßigerweise kann 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% der Fläche der Zwischenplatte durch den mindestens einen nicht profilierten Bereich gebildet sein.
Unter einer "ebenen Wärmeübertragungsplatte" sei in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Wärmeübertragungsplatte profillos, glatt bzw. flach ist. Die
Wärmeübertragungsplatte erstreckt sich somit im Wesentlichen in einer
zweidimensionalen Ebene und besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe, Dicke bzw. Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene. Beispielsweise kann diese Höhe bzw. Dicke der Wärmeübertragungsplatten jeweils zwischen 0,5 mm und 2,0 mm betragen, insbesondere zwischen 0,8 mm und 1 ,5 mm. Länge und Breite der Wärmeübertragungsplatten können jeweils beispielsweise bis zu mehreren Metern betragen, beispielsweise jeweils zwischen 1 m und 5 m. Zweckmäßigerweise sind die Wärmeübertragungsplatten jeweils von rechteckiger bzw. im Wesentlichen
rechteckiger Form. Insbesondere sind alle Wärmeübertragungsplatten baugleich bzw. im Wesentlichen baugleich ausgebildet. Unter einer "profilierten Zwischenplatte" sei in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Zwischenplatte zumindest teilweise , d.h. in Teilbereichen, wie oben beschrieben, gefaltet, oder in anderen Worten ausgedrückt, gewellt bzw. gerippt ist. Die Zwischenplatte erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen in einer
zweidimensionalen Ebene und weist wenigstens in zwei Teilbereichen ein Profil auf, welches eine Höhe in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene besitzt. Die
Zwischenplatte ist aus einer ebenen Platten, wie einem ebenen Blech, durch Falten gebildet. Das Falten kann durch Druckumformen, Biegeumformen, Zugdruckumformen oder Zugumformen einer ebenen Platte, wie eines ebenen Bleches, oder Mischformen dieser Verfahren erfolgen. Zweckmäßigerweise sind die Zwischenplatten jeweils von rechteckiger bzw. im
Wesentlichen rechteckiger Form. Analog zu den Wärmeübertragungsplatten kann auch die Höhe bzw. Dicke der Zwischenplatten jeweils zwischen 0,5 mm und 2,0 mm betragen, insbesondere zwischen 0,8 mm und 1 ,5 mm. Länge und Breite der
Zwischenplatten können jeweils insbesondere ebenfalls zwischen 1 m und 5 m betragen.
Es versteht sich, dass der Plattenwärmetauscher noch weitere zweckmäßige Elemente aufweisen kann, insbesondere einen Rahmen bzw. eine Rahmenkonstruktion, in welchem das Plattenpaket angeordnet ist. Beispielsweise kann dieser Rahmen aus einer Vielzahl von Trägern (z.B. aus Stahl, Aluminium, Kunststoff oder einem anderen zweckmäßigen Werkstoff) ausgebildet sein und als Halterung des Plattenpakets fungieren. Der Plattenwärmetauscher kann weiterhin auch Elemente zum Abdichten des Plattenpakets aufweisen.
Der Plattenwärmetauscher ist zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durch das Plattenpaket zu leiten, zwischen welchen in dem Plattenpaket ein Wärmeaustausch erfolgen kann. Die spezifischen Werte für Länge, Breite, Höhe und Dicke der Wärmeübertragungsund/oder Zwischenplatten können in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Plattenwärmetauschers gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von
Temperatur und/oder Druck und/oder Zusammensetzung der durch den
Plattenwärmetauscher geleiteten Fluide. Das Material, aus welchem die
Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten gefertigt sind, kann ebenfalls in Abhängigkeit derartiger Betriebsparameter gewählt werden.
Der Wärmeaustausch in dem Plattenpaket erfolgt insbesondere über die
Wärmeübertragungsplatten. Die Zwischenplatten tragen vorzugsweise nicht oder kaum zu dem Wärmeaustausch bei, sondern dienen insbesondere zu konstruktiven bzw. statischen Zwecken, zweckmäßigerweise als Abstandshalter und/oder als Stütze für benachbarte Wärmeübertragungsplatten. Insbesondere sind die Zwischenplatten als Stützplatten bzw. Trennplatten zwischen den Wärmeübertragungsplatten vorgesehen. Durch die Kombination aus ebenen und profilierten Platten kann eine besonders hohe Stabilität des Plattenpakets auf konstruktiv aufwandsarme Weise erreicht werden. Der Plattenwärmetauscher ist ausfallsicher, wartungsarm und besitzt eine lange
Lebensdauer.
Durch die Erfindung wird somit eine innovative, einfache Konstruktion des
Plattenwärmetauschers ermöglicht. Die Kombination aus ebenen und profilierten Platten erlaubt eine einfache, kostengünstige und schnelle Herstellung des
Plattenwärmetauschers. Insbesondere sind für den Plattenwärmetauscher keine speziellen, aufwändig angefertigten Zusatzelemente vorgesehen. Der
Plattenwärmetauscher kann aus einfachen, kostengünstigen Standardeinzelteilen gefertigt werden. Als Wärmeübertragungsplatten können beispielsweise ebene Platten verwendet werden, welche auf einfache Weise von entsprechenden Zulieferern bezogen werden können. Für die Zwischenplatten können beispielsweise ebene Platten auf einfache Weise gefaltet werden, um diesen Platten in vorgegebener Weise zu profilieren.
Vorteilhafterweise ist ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten
Wärmeübertragungsplatten durch die jeweilige dazwischen angeordnete
Zwischenplatte definiert. Die Zwischenplatten sind zweckmäßigerweise derart gefaltet, dass die Wärmeübertragungsplatten einen vorbestimmten Abstand zueinander haben. Insbesondere ist dieser Abstand durch das Profil bzw. durch die Höhe des Profils definiert. In herkömmlichen Plattenwärmetauschern werden oftmals Pins als
Abstandshalter verwendet, welche einzeln auf Wärmeübertragungsplatten aufgebracht, z.B. aufgeschweißt werden. Pro Wärmeübertragungsplatte wird dabei zumeist eine Vielzahl von Pins benötigt (z.B. bis zu mehreren hundert Pins), welche einzeln auf die Wärmeübertragungsplatte aufgebracht werden müssen, was mit einem enormen konstruktiven Aufwand verbunden ist und einer vergleichsweise langen
Herstellungszeit bedarf. Vorteilhafterweise werden für den erfindungsgemäßen
Plattenwärmetauscher keine derartigen Pins als Abstandshalter verwendet, sondern die Zwischenplatten fungieren als Abstandshalter. Somit wird lediglich eine
Zwischenplatte anstatt einer Vielzahl von Pins pro Wärmeübertragungsplatte als
Abstandshalter verwendet, wodurch eine schnelle und aufwandsarme Fertigung des Wärmetauschers ermöglicht wird.
Vorzugsweise sind die profilierten Bereiche von jeweils zwei benachbarten
Zwischenplatten zueinander um einen vorgegebenen Winkel verdreht. Besonders bevorzugt beträgt dieser Winkel 90°. Als benachbarte Zwischenplatten seien zwei Zwischenplatten zu verstehen, welche an gegenüberliegenden Seiten derselben Wärmeübertragungsplatte angeordnet sind, also insbesondere an Vorder- und
Rückseite derselben Wärmeübertragungsplatte. Insbesondere sind die profilierten Bereiche der Zwischenplatten derart ausgebildet, dass eine Verdrehung um 180° ein identisches Profil ergibt. Somit erstrecken sich die profilierten Bereiche von jeder zweiten Zwischenplatte insbesondere in derselben Erstreckungsrichtung. Insbesondere ist jede zweite Zwischenplatte baugleich bzw. im Wesentlichen baugleich. Diese Ausgestaltung der Zwischenplatten ermöglicht es, auf konstruktiv einfache Weise zwei Fluide insbesondere in zueinander gekreuzten Flüssen zum Wärmeaustausch durch das Plattenpaket zu führen.
Bevorzugt bilden jeweils zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten und die dazwischen angeordnete Zwischenplatte eine Kanaleinheit zum Durchfluss eines Fluids. Als derartige Kanaleinheit sei insbesondere ein dichter bzw. abgedichteter Zwischenraum zwischen den zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten zu verstehen, durch welchen ein Fluid geleitet werden kann. Durch die spezielle Form bzw. das spezielle Profil der Zwischenplatte kann die Kanaleinheit in eine Vielzahl einzelner Kanäle bzw. Teilkanäle unterteilt sein, welche sich parallel zueinander erstrecken und einen Durchfluss desselben Fluids in dieselbe Durchflussrichtung ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Kanaleinheit zwischen zwei benachbarten
Wärmeübertragungsplatten durch einen profilierten Bereich der entsprechenden dazwischen angeordneten Zwischenplatte lateral und/oder axial begrenzt und eine Durchflussrichtung der Kanaleinheit ist durch eine Haupterstreckungsrichtung des Profils der entsprechenden Zwischenplatte definiert. Durch die profilierten Bereiche oder zumindest durch einen Teil der profilierten Bereiche wird es insbesondere ermöglicht, die Zwischenplatte derart mit den angrenzenden
Wärmeübertragungsplatten zu verbinden, dass der Zwischenraum zwischen den Wärmeübertragungsplatten abgeschlossen und abgedichtet werden kann. Das Profil begrenzt somit die Kanaleinheit. Das jeweilige Fluid kann somit in einer Strömung durch die Kanaleinheit geführt werden, welche parallel oder zumindest im
Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung des profilierten Bereichs verläuft, so dass diese Haupterstreckungsrichtung die Durchflussrichtung der
Kanaleinheit definiert.
Bevorzugt bilden jeweils drei benachbarte Wärmeübertragungsplatten und die jeweiligen dazwischen angeordneten Zwischenplatten zwei benachbarte
Kanaleinheiten. Eine erste dieser beiden benachbarten Kanaleinheiten erstreckt sich vorzugsweise in eine erste Durchflussrichtung bzw. definiert eine solche. Die andere der beiden benachbarten Kanaleinheiten erstreckt sich bevorzugt in eine zweite Durchflussrichtung bzw. definiert eine solche. Die erste Durchflussrichtung und die zweite Durchflussrichtung sind vorteilhafterweise orthogonal zueinander. Da die profilierten Bereiche zweier benachbarter Zwischenplatten wie oben erläutert bevorzugt um 90° verdreht zueinander sind, sind vorzugsweise auch die
Haupterstreckungsrichtungen der profilierten Bereiche zweier benachbarter
Zwischenplatten zueinander um 90° verdreht und somit orthogonal zueinander. Da die Durchflussrichtungen der Kanaleinheiten durch diese Haupterstreckungsrichtungen definiert sind, sind somit auch die Durchflussrichtungen benachbarter Kanäle orthogonal.
Insbesondere kann somit durch jede zweite Kanaleinheit dasselbe Fluid in dieselbe Durchflussrichtung geleitet werden. Eine Wärmeübertragungsplatte wird somit insbesondere für jeweils zwei benachbarte Kanaleinheiten verwendet. Entlang einer Seite der Wärmeübertragungsplatte wird somit durch die eine dieser beiden
Kanaleinheiten ein erstes Fluid in der ersten Durchflussrichtung geleitet, entlang der anderen Seite der Wärmeübertragungsplatte wird durch die zweite dieser beiden Kanaleinheiten ein zweites Fluid in der zweiten Durchflussrichtung geleitet. Über die Wärmeübertragungsplatte kann somit ein Wärmeaustausch der beiden Fluide in den beiden benachbarten Kanaleinheiten erfolgen. Die Zwischenplatten tragen, wie oben bereits erläutert, vorzugsweise nicht oder kaum zu dem Wärmeaustausch bei, sondern fungieren zweckmäßigerweise sowohl als Abstandshalter zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten, als auch zum Abdichten der Kanaleinheiten und zur Führung des entsprechenden durch die Kanaleinheiten geleiteten Fluids.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Zwischenplatte in jedem der wenigstens zwei profilierten Bereiche jeweils derart gefaltet, dass ein erster Auflagebereich und ein zweiter Auflagebereich bereitgestellt werden. Der mindestens eine, nicht profilierte Bereich definiert vorteilhafterweise eine Haupterstreckungsebene der Platte. Der erste Auflagebereich erstreckt sich in einer zu der
Haupterstreckungsebene parallelen ersten Ebene und der zweite Auflagebereich erstreckt sich in einer zu der Haupterstreckungsebene parallelen zweiten Ebene. Diese erste Ebene und diese zweite Ebene liegen jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Haupterstreckungsebene, jeweils in einem vorgegebenen Abstand zu der
Haupterstreckungsebene. In anderen Worten bedeutet dies, dass der mindestens eine, nicht profilierte Bereich der Zwischenplatte von den jeweils benachbarten
Wärmeübertragungsplatten vorzugsweise beabstandet ist. D.h. zwischen dem nicht profilierten Bereich der Zwischenplatte und einer ersten, benachbarten
Wärmeübertragungsplatte besteht ein erster, vorzugsweise konstanter, Abstand und zwischen dem nicht profilierten Bereich der Zwischenplatte und einer zweiten, benachbarten Wärmeübertragungsplatte besteht ein zweiter, vorzugsweise konstanter Abstand. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zwischen den
Wärmeübertragungsplatten mehrere Kanäle ausgebildet werden und dass
Strömungsleitelemente, wie nachfolgend noch beschrieben, in Öffnungen der
Zwischenplatte auf konstruktiv einfache Weise verankert werden können, ohne dass diese stoffschlüssig mit den Wärmeübertragungsplatten verbunden werden müssen. Vorzugsweise sind der erste Abstand und der zweite Abstand gleich.
Die jeweiligen Zwischenplatten sind dabei einstückig profiliert ausgebildet, d.h. die Zwischenplatten sind jeweils aus einem Werkstück gefertigt, welches entsprechend profiliert ist. Die Auflagebereiche können beispielsweise jeweils als Ebenen ausgebildet sein.
Insbesondere dienen die Auflagebereiche zur Auflage der Wärmeübertragungsplatten bzw. dazu, die Zwischenplatte an den Wärmeübertragungsplatten zu befestigen. Durch diese spezielle Ausgestaltung wird ein konstruktiv einfaches Design der
Zwischenplatten bereitgestellt, um eine besonders hohe Stabilität des Plattenpakets zu ermöglichen und um die Funktionen der Zwischenplatten als Abstandshalter zwischen benachbarten Wärmeübertragungsplatten, zum Abdichten der Kanaleinheiten und zur Führung des entsprechenden Fluids zu gewährleisten.
In jedem dieser profilierten Bereiche kann die Platte beispielsweise insbesondere derart gefaltet sein, dass sie sich in eine erste Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene erstreckt (z.B. in Bezug auf die Haupterstreckungsebene senkrecht nach oben), bis zu dem ersten Auflagebereich. Von diesem ersten
Auflagebereich aus kann sich die Platte daraufhin in eine zweite Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene bis zu dem zweiten Auflagebereich erstrecken, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist (z.B. in Bezug auf die
Haupterstreckungsebene senkrecht nach unten). Von dem zweiten Auflagebereich kann sich die Platte beispielsweise wieder in die erste Richtung erstrecken.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein Abstand einer der Auflagebereiche
zweckmäßigerweise auch null sein kann. In diesem Fall fällt der jeweilige
Auflagebereich mit der Haupterstreckungsebene zusammen. Analog zu obiger Beschreibung ist die jeweilige Zwischenplatte in diesem nicht profilierten Bereichen eben ausgebildet, erstreckt sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene, besitzt eine vergleichsweise sehr geringe Höhe in einer Richtung senkrecht zu dieser Ebene, definiert eine Haupterstreckungsebene der Platte und bildet in diesem Fall vorzugsweise einen ersten Auflagebereich. In jedem der wenigstens zwei profilierten Bereiche ist die Platte in diesem Fall bevorzugt jeweils derart gefaltet, dass ein zweiter Auflagebereich bereitgestellt wird, der sich in einer zu der Haupterstreckungsebene parallelen Ebene in einem vorgegebenen Abstand zu der Haupterstreckungsebene erstreckt. Die jeweiligen Zwischenplatten sind dabei vorzugsweise einstückig profiliert ausgebildet.
Vorzugsweise ist ein erster profilierter Bereich an einem ersten Randbereich der Platte angeordnet und ein zweiter profilierter Bereich an einem zweiten Randbereich. Der erste Randbereich und der zweite Randbereich liegen sich bevorzugt gegenüber. Als Randbereich sei in diesem Zusammenhang ein Bereich vor einer der vier Kanten der zweckmäßigerweise rechteckigen Platte zu verstehen. Somit sind insbesondere die Ränder bzw. Randbereiche der Zwischenplatten profiliert ausgebildet. Es versteht sich, dass die Zwischenplatte noch weitere profilierte Bereiche aufweisen kann, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Randbereich liegen können. Profilierte
Bereiche in den Randbereichen der Platte dienen zweckmäßigerweise zum Abdichten der Kanaleinheiten, profilierte Bereiche zwischen diesen Randbereichen fungieren insbesondere zur Stabilisierung von benachbarten Wärmeübertragungsplatten. Vorteilhafterweise liegt auf dem ersten Auflagebereich eine erste
Wärmeübertragungsplatte auf und auf dem zweiten Auflagebereich liegt eine zweite Wärmeübertragungsplatte auf, welche in dem Plattenpaket benachbart zu der ersten Wärmeübertragungsplatte angeordnet ist. Die entsprechende Zwischenplatte ist beispielsweise an dem jeweiligen Auflagebereich mit der jeweiligen
Wärmeübertragungsplatte verschweißt oder auf andere zweckmäßige Weise miteinander verbunden. Die Kanaleinheit wird somit zweckmäßigerweise durch diese Verbindung zwischen Wärmeübertragungsplatte und Zwischenplatte abgedichtet. Die wenigstens eine Zwischenplatte und zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten bilden vorzugsweise eine Kanaleinheit. Bevorzugt wird diese Kanaleinheit durch den ersten profilierten Bereich und den zweiten profilierten Bereich der wenigstens einen Zwischenplatte begrenzt. Die Durchflussrichtung der Kanaleinheit wird vorzugsweise durch eine Haupterstreckungsrichtung des ersten profilierten Bereichs und des zweiten profilierten Bereichs der wenigstens einen Zwischenplatte definiert. Weiterhin kann die Kanaleinheit durch den ersten und den zweiten profilierten Bereich insbesondere abgedichtet werden. Besonders bevorzugt wird die Kanaleinheit durch profilierte Bereiche begrenzt, welche an zwei gegenüberliegenden Randbereichen der entsprechenden Zwischenplatte angeordnet sind.
Als Haupterstreckungsrichtung sei in diesem Zusammenhang eine Richtung zu verstehen, entlang welcher sich das Profil im Wesentlichen erstreckt. Wie oben erläutert, besitzt die entsprechende Platte in den profilierten Bereichen insbesondere ein Profil, welches eine Höhe bzw. Ausdehnung senkrecht zu der
Haupterstreckungsebene besitzt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei die Haupterstreckungsebene als x-y-Ebene bezeichnet. Das Profil besitzt somit im
Allgemeinen eine Höhe bzw. Ausdehnung in z-Richtung. Dieses Profil erstreckt sich insbesondere entweder in x-Richtung oder in y-Richtung, die
Haupterstreckungsrichtung ist somit insbesondere entweder die x-Richtung oder die y- Richtung. Insbesondere sind somit Querschnitte durch die Zwischenplatte in z-
Richtung entlang der Haupterstreckungsrichtung stets identisch bzw. im Wesentlichen identisch.
Ein Abstand zwischen dem ersten Auflagebereich und dem zweiten Auflagebereich definiert vorzugsweise den Abstand zwischen den zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten. Die jeweiligen Abstände der Auflagebereiche zu der Haupterstreckungsebene sind somit zweckmäßigerweise derart konzipiert, dass die Zwischenplatte als Abstandshalter zwischen den Wärmeübertragungsplatten fungieren kann.
Vorzugsweise kann die Zwischenplatte des Weiteren mindestens einen einseitigprofilierten Bereich aufweisen. Im Gegensatz zu den profilierten Bereichen ist die Platte in diesem einseitig-profilierten Bereich derart gefaltet, dass ein weiterer erster
Auflagebereich oder ein weiterer zweiter Auflagebereich bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist in wenigstens eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten wenigstens ein Strömungsleitelement eingebracht.
Diese Strömungsleitelemente bilden insbesondere Widerstände, welche die Strömung des durch die entsprechende Kanaleinheit geführten Fluids ändern kann. Insbesondere wird das Fluid durch diese Strömungsleitelemente von einer laminaren in eine turbulente oder zumindest teilweise turbulente Strömung gebracht. Durch derartige (zumindest teilweise) turbulente Strömungen kann die Effektivität des
Wärmetauschprozesses, insbesondere die Effektivität des Wärmedurchgangs und Wärmeübergangs, und somit zweckmäßigerweise der thermische Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers im Vergleich zu einer laminaren Strömung erhöht werden. Anordnung, Lage, Anzahl, Form und/oder Größe der Strömungsleitelemente kann insbesondere derart gewählt werden, dass die Strömung wie gewünscht beeinflusst werden kann.
Zweckmäßigerweise können die Strömungsleitelemente zusätzlich auch zur Stabilität des Plattenpakets beitragen und können insbesondere zusätzlich zu dem Profil der Zwischenplatte auch als Abstandshalter zwischen benachbarten
Wärmeübertragungsplatten dienen. Insbesondere sind die Strömungsleitelemente zwischen dem ersten und zweiten an jeweils gegenüberliegenden Randbereichen angeordneten profilierten Bereichen in die Zwischenplatte eingebracht. Je nach speziellem Anwendungsfall kann es sich als zweckmäßig erweisen, zwischen dem ersten und dem zweiten profilierten Bereich noch weitere profilierte Bereiche anzuordnen, um als Abstandshalter und/oder zur Stabilität zu dienen, oder aber keine weiteren profilierten Bereiche anzuordnen, wenn die eingebrachten
Strömungsleitelemente ausreichend zur Stabilität bzw. als Abstandshalter dienen.
Zur Fixierung des Strömungsleitelements weist die Zwischenplatte in ihrem nicht profilierten Bereich vorzugsweise eine Durchgangsöffnung auf, in welche das
Strömungsleitelement eingesetzt ist. Die jeweilige Zwischenplatte kann auch mehrere Durchgangsöffnungen zum Einsetzen mehrerer Strömungsleitelemente aufweisen. Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Strömungsleitelement in die jeweilige Öffnung eingesteckt. Diese Öffnungen können im Zuge des Herstellungsprozesses z.B. maschinell in die entsprechenden Zwischenplatten eingebracht werden. Während der Fertigung des Plattenwärmetauschers können die Strömungsleitelemente auf einfache Weise in die Öffnungen eingesetzt, z.B. eingesteckt werden.
Vorzugsweise erstreckt sich das Strömungsleitelement von einer
Wärmeübertragungsplatte, die der jeweiligen Zwischenplatte benachbart ist, zu der anderen, benachbarten Wärmeübertragungsplatte. In dieser Ausführungsform können die Strömungsleitelemente auch die zusätzliche Funktion von Abstandshaltern übernehmen. Bevorzugt ist das wenigstens eine Strömungsleitelement als ein Strömungsleitpin und/oder eine Strömungsleitplatte ausgebildet. Eine derartige Strömungsleitplatte ist insbesondere als eine Platte zu verstehen, welche wesentlich geringere Ausmaße besitzt als die Zwischenplatte. Die Strömungsleitplatte kann beispielsweise gerade oder gebogen sein oder eine andere zweckmäßige Form aufweisen. Beispielsweise kann eine derartige Strömungsleitplatte als ein Blech aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein, z.B. aus Kunststoff.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt, bei welchem die Wärmeübertragungsplatten und die profilierten Zwischenplatten abwechselnd in einem Stapel aufeinander oder nebeneinander angeordnet werden und die jeweilig benachbarten Zwischenplatten und Wärmeübertragungsplatten über eine
Schweißnaht, insbesondere eine Kehlnaht, verbunden werden, und zwar insbesondere an ersten Auflagebereichen und zweiten Auflagebereichen der Zwischenplatte, die durch die profilierten Bereiche der Zwischenplatten gebildet sind.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren zieht vor, den Plattenwärmetauscher zum Durchführen eines Wärmetauschs von Fluiden eines Brenners zu verwenden. In einem derartigen Brenner wird Brenngas oder ein Gasgemisch aus Brenngas und
Verbrennungsluft zu einem Verbrennungsabgas verbrannt. Beispielsweise kann Erdgas oder ein Erdgas-Sauerstoff-Gemisch als Brenngas verwendet werden.
Brenngas oder Verbrennungsluft oder das Gasgemisch aus Brenngas und
Verbrennungsluft wird als ein erstes Fluid durch das Plattenpaket des
Plattenwärmetauschers geleitet und anschließend dem Brenner zugeführt. Das Verbrennungsabgas wird von dem Brenner zu dem Plattenwärmetauscher geführt und als ein zweites Fluid durch das Plattenpaket des Plattenwärmetauschers geleitet. Da dieses Verbrennungsabgas eine vergleichsweise hohe Temperatur besitzt, bietet es sich besonders an, um die kältere Verbrennungsluft bzw. das Gemisch aus
Verbrennungsluft und Brenngas oder das Brenngas mittels Wärmeaustausch vorzuwärmen. Durch dieses Vorwärmen kann ein Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht werden. Das Material, aus welchem die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten gefertigt sind, kann zweckmäßigerweise in Abhängigkeit eines Schwefelgehalts und/oder eines Schwefelsäuretaupunkts der Fluide gewählt werden, insbesondere im Allgemeinen von einem Säuretaupunkt, der sich auf alle Säuren in dem ersten bzw. zweiten Fluid bezieht. Der Säuretaupunkt schwefelhaltiger Brenngase liegt
beispielsweise in einem Bereich zwischen 120°C und 150°C. Beispielsweise kann bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brenngasen SO2 und SO3 entstehen, welche mit Wasserdampf im Abgas zu Schwefliger Säure und Schwefelsäure weiterreagieren. Beispielsweise kondensiert hochkorrosive Schwefelsäure beim Unterschreiten des entsprechenden Säuretaupunkts. In derartigen Fällen wird insbesondere
korrosionsbeständiges Material für die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten verwendet, beispielsweise nichtrostender Stahl. Bei sehr geringem Säuregehalt in den Fluiden kann beispielsweise Karbonstahl für die Wärmeübertragungs- und/oder Zwischenplatten verwendet werden. Der Brenner kann beispielsweise für einen Prozessofen verwendet werden, um in diesem eine Reaktion oder eine Beschleunigung einer Reaktion hervorzurufen.
Beispielsweise kann der Prozessofen in einer Synthesegasanlage (z.B. Wasserstoffoder Ammoniakanlage), DRI Anlage (Direct Reduced Iron), Verbrennungsanlage (Incineratoren), in einem Spaltgasofen (Ethylencracker), EDC Ofen (Ethylene
Dichloride Furnace) oder einem sog. "Hot Thermal Heater" verwendet werden.
Bevorzugt kann der Brenner für eine Synthesegasherstellung verwendet werden. Unter Synthesegas ist ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu verstehen, das in einer Vielzahl von industriellen Prozessen als Basischemikalie eingesetzt werden kann. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid des Synthesegases kann durch die Synthesegasherstellung insbesondere eingestellt werden.
Beispielsweis kann Synthesegas aus Kohle, Erdöl, Erdgas, Biomasse oder
organischen Abfällen hergestellt werden. Der Brenner kann zur Erzeugung von für Prozessabschnitte der Synthesegasherstellung benötigten Prozesstemperaturen verwendet werden. Beispielswiese kann mittels des Brenners zu diesem Zweck ein Vergaser bzw. die Brennkammer eines Vergasers erwärmt werden.
Es ist auch denkbar, dass der Plattenwärmetauscher zweckmäßigerweise zur
Erwärmung eines Prozessgases verwendet wird, z.B. im Zuge einer
Synthesegasherstellung, Wasserstoffsynthese, Ammoniaksynthese usw.
Beispielsweise kann durch den Plattenwärmetauscher ein Prozessgas erwärmt werden, welches durch einen vorangegangenen Prozessabschnitt abgekühlt wurde, aber für einen nachfolgenden Prozessabschnitt eine höhere Temperatur benötigt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer perspektivischen Ansicht und in einer Explosionsdarstellung.
Figur 2 zeigt schematisch einen Teil eines Plattenpakets einer bevorzugten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in Explosionsdarstellungen. Figur 3 zeigt schematisch eine Zwischenplatte einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer
perspektivischen Ansicht und in einer Querschnittansicht.
Figur 4 zeigt schematisch Zwischenplatten gemäß bevorzugten Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers jeweils in einer
Querschnittansicht.
Figur 5 zeigt schematisch eine Kanaleinheit gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer Querschnittansicht.
Figur 6 zeigt schematisch eine Zwischenplatte und Teile einer Zwischenplatte einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Plattenwärmetauschers jeweils in einer perspektivischen Ansicht.
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Plattenwärmetauschers schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. In Figur 1 a ist der Plattenwärmetauscher 100 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, in Figur 1 b in einer Explosionsdarstellung. Der Plattenwärmetauscher 100 umfasst ein Plattenpaket 1 10, welches in einem Rahmen 101 angeordnet ist. Der Rahmen 101 fungiert einerseits als Halterung für das Plattenpaket 1 10 und dient weiterhin dazu, das Plattenpaket 1 10 abzudichten. Der Rahmen 101 ist aus einer Vielzahl von Stahlträgern zusammengesetzt, welche in Figur 1 b beispielhaft mit den Bezugszeichen 101 a, 101 b, 101 c bezeichnet sind. Weiterhin weist der Plattenwärmetauscher 100 eine Umkehrkammer 102 auf.
Es können ein erstes Fluid Fi und ein zweites Fluid F2 durch das Plattenpaket 1 10 geleitet werden, um einen Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Fluiden zu ermöglichen. Beispielsweise kann Verbrennungsluft, ein Brenngas (z.B. Erdgas) oder eine Mischung aus Verbrennungsluft und Brenngas als erstes Fluid Fi verwendet werden. Dieses erste Fluid Fi wird in dem Wärmetauscher vorgewärmt und kann daraufhin einem Brenner zur Verbrennung zugeführt werden, wodurch ein
Verbrennungsabgas erzeugt wird. Dieses Verbrennungsabgas kann als zweites Fluid F2 durch das Plattenpaket 1 10 geleitet werden. Das Verbrennungsabgas F2 besitzt eine vergleichsweise hohe Temperatur, das erste Fluid Fi besitzt eine vergleichsweise geringe Temperatur, beispielsweise Umgebungstemperatur. Somit kann im Zuge des Wärmeaustauschs thermische Energie von dem Verbrennungsabgas F2 in dem Plattenpaket 1 10 auf das erste Fluid Fi übertragen werden und dieses vorwärmen und um somit den Wirkungsgrad des Brenners zu erhöhen.
Das erste Fluid Fi kann in eine erste Durchflussrichtung durch eine erste Hälfte 1 1 1 des Plattenpakets 1 10 geleitet werden, in diesem Beispiel vertikal nach unten, also in negativer x-Richtung. Nach Durchlauf durch diese Hälfte 1 1 1 des Plattenpakets 1 10 durchfließt das erste Fluid Fi die Umkehrkammer 102. Die Durchflussrichtung des ersten Fluids Fi wird daraufhin umgekehrt und das erste Fluid Fi kann eine zweite Hälfte 1 12 des Plattenpakets 1 10 in eine zweite Durchflussrichtung durchfließen, welcher parallel und entgegengesetzt zu der ersten Durchflussrichtung ist, in diesem Beispiel vertikal nach oben, also in positiver x-Richtung. Das zweites Fluid F2 kann entlang einer Durchflussrichtung durch das Plattenpaket 1 10 geleitet werden, welche senkrecht zu der ersten und der zweiten Durchflussrichtung ist, in diesem Beispiel in positiver y-Richtung. Die Durchflussrichtungen des ersten Fluids Fi und des zweiten Fluids F2 sind somit stets orthogonal zueinander. Diese Umkehrkammer 1 02 dient insbesondere zur Erhöhung der thermischen Länge eines Kanals. Der Plattenwärmetauscher 100 kann mit dem Plattenpaket 1 10 und dem Rahmen 1 01 auch ohne diese Umkehrkammer 1 02 gefertigt werden, wie es in Figur 1 c dargestellt ist. In diesem Fall entsteht insbesondere ein einfacher Kreuzstrom. Das erste Fluid Fi wird dabei durch beide Hälften 1 1 1 und 1 12 des Plattenpakets 1 10 entlang derselben Durchflussrichtung geleitet, im dargestellten Beispiel vertikal nach unten bzw. in negativer x-Richtung.
In Figur 2 ist ein Teil des Plattenpakets 1 1 0 des Plattenwärmetauschers 1 00 aus Figur 1 schematisch in einer Explosionsdarstellung dargestellt.
Das Plattenpaket weist eine Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten
Wärmeübertragungsplatten 200 und eine Vielzahl von profilierten Zwischenplatten 300 auf. In Figur 2a sind beispielhaft fünf Wärmeübertragungsplatten 201 bis 205 und vier Zwischenplatten 301 bis 304 dargestellt. In Figur 2b sind beispielhaft zwei benachbarte Zwischenplatten 301 und 302 dargestellt.
Wie in Figur 2a zu erkennen ist, ist jeweils zwischen zwei benachbarten
Wärmeübertragungsplatten jeweils eine Zwischenplatte angeordnet. Zwischen den zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten 201 und 202 ist die Zwischenplatte 301 angeordnet. Zwischen den Wärmeübertragungsplatten 202 und 203 ist die
Zwischenplatte 302 angeordnet, usw.
Die einzelnen Wärmeübertragungsplatten 200 sind insbesondere baugleich
ausgebildet, jeweils als profillose, ebene Platte, welche sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene erstrecken. Diese Ebene ist in Figur 2a ohne Beschränkung der Allgemeinheit als x-y-Ebene bezeichnet. Die Wärmeübertragungsplatten 200 besitzen jeweils eine vergleichsweise sehr geringe Höhe bzw. Ausdehnung in einer z- Richtung senkrecht zu dieser x-y-Ebene. Beispielsweise können die
Wärmeübertragungsplatten 200 jeweils eine Länge, also eine Ausdehnung in x-
Richtung, von 2,5 m besitzen, eine Breite, also eine Ausdehnung in y-Richtung, von 1 ,0 m und eine Höhe bzw. Dicke von 1 ,5 mm.
Die Zwischenplatten 300 sind im Gegensatz zu den Wärmeübertragungsplatten 200 profiliert. Wie in Figur 2a zu erkennen ist, weist eine erste Zwischenplatte 301 ein Profil auf, welches sich in x-Richtung erstreckt. Eine zweite Zwischenplatte 302 hingegen weist ein Profil auf, welches sich in y-Richtung erstreckt. Das Profil der ersten
Zwischenplatte 301 ist somit um 90° gegenüber dem Profil der zweiten Zwischenplatte
302 verdreht. Eine Haupterstreckungsrichtung des Profils der ersten Zwischenplatte 301 , also die x-Richtung, ist somit um 90° gegenüber einer Haupterstreckungsrichtung des Profils der zweiten Zwischenplatte 302, also die y-Richtung, verdreht.
Das Profil einer dritten Zwischenplatte 303 ist wiederum um 90° gegenüber dem Profil der zweiten Zwischenplatte 302 verdreht und ist identisch mit dem Profil der ersten Zwischenplatte 301 . Jede zweite Zwischenplatte ist somit insbesondere baugleich ausgebildet. In Figur 2a sind einerseits beispielsweise die Zwischenplatten 301 und
303 jeweils baugleich ausgebildet sowie anderseits die Zwischenplatten 302 und 304.
Zur Verdeutlichung sind in Figur 2b zwei der Zwischenplatten 300 schematisch dargestellt, beispielsweise die erste Zwischenplatte 301 und die zweite Zwischenplatte 302. Wie in Figur 2b zu erkennen ist, weist die erste Zwischenplatte 301 fünf profilierte Bereiche 31 1 und vier nicht profilierte Bereiche 312 auf. In diesen nicht profilierten Bereichen 312 ist die erste Zwischenplatte 301 eben ausgebildet und erstreckt sich jeweils zumindest im Wesentlichen in der x-y-Ebene. Diese nicht profilierten Bereiche 312 definieren somit eine Haupterstreckungsebene der ersten Zwischenplatte 301 , welche in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit der x-y-Ebene entspricht.
In den profilierten Bereichen 31 1 ist die erste Zwischenplatte 301 jeweils derart gefaltet, dass sie ein Profil aufweist, welches eine Ausdehnung bzw. Höhe in z-
Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene besitzt. Diese Profile verlaufen bzw. erstrecken sich jeweils in x-Richtung. Die x-Richtung entspricht somit einer Haupterstreckungsrichtung der Profile der ersten Zwischenplatte 301 . Insbesondere sind Querschnitte durch die Zwischenplatte in der z-y-Ebene entlang dieser x-Richtung stets zumindest im Wesentlichen identisch.
Analog weist auch die zweite Zwischenplatte 302 fünf profilierte Bereiche 321 und vier nicht profilierte Bereiche 322 auf. Auch die zweite Zwischenplatte 302 ist in diesen nicht profilierten Bereichen 322 eben ausgebildet, so dass auch diese nicht profilierten Bereiche 322 die x-y-Ebene als Haupterstreckungsebene der zweiten Zwischenplatte 302 definieren.
Die zweite Zwischenplatte 302 ist in den profilierten Bereichen 321 ebenfalls jeweils derart gefaltet, dass sie ein Profil aufweist, welches eine Ausdehnung bzw. Höhe in z- Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene besitzt. Diese Profile erstrecken sich jedoch im Gegensatz zu den Profilen der ersten Zwischenplatte 301 jeweils nicht in x-Richtung, sondern in y-Richtung. Die y-Richtung entspricht somit einer
Haupterstreckungsrichtung der Profile der zweiten Zwischenplatte 302. Die
Haupterstreckungsrichtungen der Profile der benachbarten Zwischenplatten 301 und 302 sind somit um 90° gegeneinander verdreht.
Durch diese spezielle Profilierung der Vielzahl von Zwischenplatten 300 und durch die spezielle Kombination von Zwischenplatten 300 und Wärmeübertragungsplatten 200 kann in dem Plattenpaket 1 10 eine Vielzahl von Kanaleinheiten 400 realisiert werden. Wie in Figur 2a zu erkennen ist, bilden jeweils zwei benachbarte
Wärmeübertragungsplatten und die dazwischen angeordnete Zwischenplatte eine Kanaleinheit zum Durchfluss eines Fluids. Die erste Wärmeübertragungsplatte 201 , die erste Zwischenplatte 301 und die zweite Wärmeübertragungsplatte 202 bilden somit eine erste Kanaleinheit 401 mit einer Durchflussrichtung identisch zu der ersten Erstreckungsrichtung, also der x-Richtung. Somit kann durch den Zwischenraum zwischen erster Wärmeübertragungsplatte 201 und zweiter Wärmeübertragungsplatte 202 das erste Fluid Fi in positiver oder negativer x-Richtung fließen.
Die zweite Wärmeübertragungsplatte 202, die zweite Zwischenplatte 302 und die dritte Wärmeübertragungsplatte 203 bilden eine zweite Kanaleinheit 402 mit einer
Durchflussrichtung identisch zu der zweiten Erstreckungsrichtung, also der y-Richtung. Durch den Zwischenraum zwischen zweiter Wärmeübertragungsplatte 202 und dritter Wärmeübertragungsplatte 203 kann somit das zweite Fluid F2 in positiver oder negativer y-Richtung fließen.
Die zweite Wärmeübertragungsplatte 202 ist somit sowohl für die erste Kanaleinheit 401 als auch für die zweite Kanaleinheit 402 vorgesehen. Entlang der einen Seite der Wärmeübertragungsplatte 202 fließt somit das erste Fluid Fi und entlang der anderen Seite der Wärmeübertragungsplatte 202 fließt das zweite Fluid F2, so dass ein
Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid Fi und dem zweiten Fluid F2 erfolgen kann.
Die dritte Wärmeübertragungsplatte 203, die dritte Zwischenplatte 303 und die vierte Wärmeübertragungsplatte 204 bilden eine dritte Kanaleinheit 403. Die
Durchflussrichtung dieser dritten Kanaleinheit 403 ist wiederum identisch zu der ersten Erstreckungsrichtung, also der x-Richtung. Durch diese dritte Kanaleinheit 403, also durch den Zwischenraum zwischen dritter Wärmeübertragungsplatte 203 und vierter Wärmeübertragungsplatte 204, kann analog zu der ersten Kanaleinheit 401 das erste Fluid Fi in positiver oder negativer x-Richtung fließen. Die dritte
Wärmeübertragungsplatte 203 ist sowohl für die zweite Kanaleinheit 402 als auch für die dritte Kanaleinheit 403 vorgesehen, so dass an der dritten
Wärmeübertragungsplatte 203 ein Wärmeaustausch erfolgen kann.
Die vierte Wärmeübertragungsplatte 204, die vierte Zwischenplatte 304 und die fünfte Wärmeübertragungsplatte 205 bilden eine vierte Kanaleinheit 404, deren
Durchflussrichtung analog zu der Durchflussrichtung der zweiten Kanaleinheit 402 identisch zu der zweiten Erstreckungsrichtung ist, also zu der y-Richtung. Durch die vierte Kanaleinheit 404 kann analog zu der zweiten Kanaleinheit 402 das zweite Fluid F2 in positiver oder negativer y-Richtung fließen. An der vierten
Wärmeübertragungsplatte 204 kann somit ebenfalls ein Wärmeaustausch erfolgen. Die fünfte Wärmeübertragungsplatte 205 ist wiederum weiterhin ebenso für eine fünfte Kanaleinheit vorgesehen, welche in Figur 2a nicht mehr dargestellt ist.
Dieses Konzept von benachbarten Zwischenplatten mit um 90° verdrehten Profilen und von Kanaleinheiten 400 setzt somit durch das Plattenpaket 1 10 fort. In dieser Vielzahl von Kanaleinheiten 400 sind somit die Durchflussrichtungen benachbarten
Kanaleinheiten jeweils orthogonal zueinander. Die Durchflussrichtung jeder zweiten Kanaleinheit ist demgemäß identisch. Jede zweite Kanaleinheit ist somit für den Durchfluss desselben Fluids vorgesehen. An den gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten fließt jeweils eines der beiden Fluide, so dass an den Wärmeübertragungsplatten ein Wärmeaustausch erfolgen kann. Im Folgenden werden unter Bezug auf die Figuren 3 und 4 unterschiedliche
Ausgestaltungen für die Zwischenplatten gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung erläutert. In Figur 3 ist eine Zwischenplatte 500 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt. In der oberen Hälfte von Figur 3 ist die
Zwischenplatte 500 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt und in der unteren Hälfte in einer Querschnittansicht. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, weist die Zwischenplatte 500 einen nicht profilierten Bereich 51 1 und zwei profilierte Bereiche 521 und 522 auf. In dem nicht profilierten Bereich 51 1 erstreckt sich die Zwischenplatte 500 zwischen den x-Koordinaten xi und X4 eben bzw. flach. Dieser nicht profilierte Bereich 51 1 definiert somit die
Haupterstreckungsebene EH der Zwischenplatte 500, welche in diesem Beispiel der x- y-Ebene entspricht.
Die profilierten Bereiche 521 und 522 sind an gegenüberliegenden Randbereichen der der Zwischenplatte 500 angeordnet. In den Randbereichen ist die einstückig ausgebildete Zwischenplatte 500 dabei derart gefaltet, dass sie dort jeweils ein Profil aufweist, welches eine Höhe bzw. Ausdehnung in einer Richtung senkrecht zu der
Haupterstreckungsebene EH besitzt, in diesem Beispiel in der z-Richtung. Diese Profile verlaufen bzw. erstrecken sich jeweils in y-Richtung, so dass die y-Richtung in diesem Beispiel der Haupterstreckungsrichtung der Profile bzw. der profilierten Bereiche 521 und 522 entspricht.
Die Zwischenplatte 500 ist in jedem der profilierten Bereiche 521 und 522 jeweils derart gefaltet, dass ein erster Auflagebereich EAi ,i bzw. EAi ,2 und ein zweiter Auflagebereich EA2,i bzw. EA2,2 bereitgestellt werden. Jede dieser Auflagebereiche ist in diesem
Beispiel jeweils als ebene Fläche ausgebildet.
Die ersten Auflagebereiche ΕΑΙ ,Ι und EAI ,2 erstrecken sich somit in einer zu der Haupterstreckungsebene EH parallelen ersten Ebene. Die zweiten Auflagebereiche EA2,i und EA2,2 erstrecken sich in einer zu der Haupterstreckungsebene EH parallelen zweiten Ebene. Diese erste Ebene liegt dabei in einem ersten Abstand von Δζι oberhalb der
Haupterstreckungsebene EH. Die zweite Ebene liegt in einem zweiten Abstand von Δζ2 unterhalb der Haupterstreckungsebene EH. Diese erste und zweite Ebene liegen somit jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Haupterstreckungsebene EH jeweils in einem vorgegebenen Abstand zu der Haupterstreckungsebene EH.
Es sei darauf hingewiesen, dass einer der Abstände Azi oder Az2 auch null sein kann. In diesem Fall fällt der jeweilige Auflagebereich EA2,i bzw. EA2,2 mit der
Haupterstreckungsebene EH zusammen.
Im Folgenden wird die spezielle Form des Profils der Zwischenplatte 500 in dem profilierten Bereich 521 beschrieben :
Beispielsweise ist die Zwischenplatte 500 bei einer Koordinate xi derart gefaltet, dass sie senkrecht zu der Haupterstreckungsebene EH in positiver z-Richtung um den ersten Abstand Az^ bis zu dem ersten Auflagebereich ΕΑΙ ,Ι verläuft. Zwischen den Koordinaten xi und x2 verläuft die Zwischenplatte 500 eben und parallel zu der
Haupterstreckungsebene EH und bildet dabei den ersten Auflagebereiche EAi ,i . Der erste Auflagebereiche EAi ,i besitzt eine Breite von Δχι .
Bei der Koordinate x2 ist die Zwischenplatte 500 derart gefaltet, dass sie senkrecht zu der Haupterstreckungsebene EH in negativer z-Richtung um den Abstand Δζ bis zu dem zweiten Auflagebereich EA2,i verläuft. Der Abstand Δζ entspricht der Summe des ersten Abstands Az^ und des zweiten Abstands Δζ2.
Zwischen den Koordinaten x2 und x3 verläuft die Zwischenplatte 500 eben und parallel zu der Haupterstreckungsebene EH und bildet dabei den zweiten Auflagebereich EA2,i - Der zweite Auflagebereiche EA2,i besitzt somit eine Breite von Δχ2. Auf analoge Weise ist die Zwischenplatte 500 in dem profilierten Bereich 522 gefaltet: Bei einer Koordinate XA verläuft die Zwischenplatte senkrecht zu der
Haupterstreckungsebene EH in positiver z-Richtung um den ersten Abstand Δζι bis zu dem ersten Auflagebereich EAI ,2. Zwischen den XA und xs verläuft die Zwischenplatte 500 parallel zu der Haupterstreckungsebene EH und bildet dabei den ersten
Auflagebereiche EA2,i . Bei der Koordinate x5 verläuft die Zwischenplatte 500 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene EH in negativer z-Richtung um den Abstand Δζ bis zu dem zweiten Auflagebereich EA2,2. Zwischen den Koordinaten x5 und xe bildet die Zwischenplatte 500 den zweiten Auflagebereich EA2,2. An den ersten Auflagebereichen EAi ,i und EAi ,2 kann eine erste
Wärmeübertragungsplatte befestigt werden, beispielsweise durch Schweißen. An den zweiten Auflagebereichen EA2,i und EA2,2 kann eine benachbarte zweite
Wärmeübertragungsplatte befestigt, z.B. angeschweißt werden wie in Fig. 5 für ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Vorzugsweise erfolgt eine Schweißung von Kehlnähten.
Durch diese insbesondere stoffschlüssige Verbindung zwischen Auflagebereich und entsprechender Wärmeübertragungsplatte kann der Zwischenraum zwischen diesen benachbarten Wärmeübertragungsplatten und somit die entsprechende Kanaleinheit abgedichtet werden.
Die Fläche EBI der Zwischenplatte 500, welche bei der x-Koordinate X2 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene EH zwischen dem ersten Auflagebereich EAi ,1 und dem zweiten Auflagebereich EA2,i verläuft, dient somit als eine erste Begrenzungsfläche der entsprechenden Kanaleinheit. Die Fläche EB2, welche bei der x5 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene EH zwischen dem ersten Auflagebereich EAi ,2 und dem zweiten Auflagebereich EA2,2 verläuft, dient als zweite Begrenzungsfläche der entsprechenden Kanaleinheit. Somit ist die entsprechende Kanaleinheit zwischen diesen zwei benachbarten
Wärmeübertragungsplatten durch den ersten profilierten Bereich 521 und den zweiten profilierten Bereich 522 der Zwischenplatte 500 begrenzt und die Durchflussrichtung der Kanaleinheit ist durch die Haupterstreckungsrichtung des ersten profilierten Bereichs 521 und des zweiten profilierten Bereichs 522 der Zwischenplatte 500, also durch die y-Richtung, definiert.
Die Zwischenplatte 500 dient somit sowohl zur Begrenzung und Abdichtung der Kanaleinheit, als auch als Abstandshalter zwischen den benachbarten
Wärmeübertagungsplatten. Ein Abstand zwischen den entsprechenden
Wärmeübertragungsplatten ist durch den Abstand Δζ zwischen dem ersten Auflagebereich EAi ,1 bzw. EAi ,2 und dem zweiten Auflagebereich EA2,i bzw. EA2,2 definiert.
In Figur 4 sind schematisch weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Zwischenplatte analog zu Figur 3 jeweils in einer Querschnittansicht dargestellt.
Die Zwischenplatte 500a in Figur 4a weist dabei analog zu der Zwischenplatte 500 aus Figur 3 an ihren Randbereichen einen ersten profilierten Bereich 521 a und einen zweiten profilierten Bereich 522a auf. Weiterhin weist die Zwischenplatte 500a noch einen dritten profilierten Bereich 523a auf. Somit weist die Zwischenplatte 500a zwei nicht profilierte Bereiche 51 1 a und 512a auf.
Die profilierten Bereiche 521 a und 522a an den Randbereichen der Zwischenplatte 500a sind dabei beispielsweise analog zu den profilierten Bereiche 521 und 522 der Zwischenplatte 500 gemäß Figur 3 ausgebildet.
In dem dritten profilierten Bereich 523a ist die Zwischenplatte 500a zunächst von der Haupterstreckungsebene in positiver z-Richtung gefaltet bis zu einer ersten
Auflagefläche Aia. Von der ersten Auflagefläche Aia aus ist die Zwischenplatte 500a in negativer z-Richtung bis zu einer zweiten Auflagefläche A2a gefaltet. Von der zweiten Auflagefläche A2a aus ist die Zwischenplatte 500a wieder in positiver z-Richtung bis einer dritten Auflagefläche A3a gefaltet. Von der dritten Auflagefläche A3a aus ist die Zwischenplatte 500a wieder in negativer z-Richtung bis zu der
Haupterstreckungsebene gefaltet.
Die Abstände zwischen der Haupterstreckungsebene und den Auflageflächen Aia und A3a ist dabei insbesondere jeweils identisch. Der Abstand zwischen den Auflageflächen Aia und A2a ist dabei insbesondere identisch zu dem Abstand zwischen den
Auflageflächen A3a und A2a.
Der erste Auflagebereich EA-i,3,a dieses dritten profilierten Bereichs 523a wird in diesem Beispiel durch die erste Auflagefläche Aia und durch die dritte Auflagefläche A3a gebildet und der zweite Auflagebereich EA2,3a dieses dritten profilierten Bereichs 523a wird durch die zweite Auflagefläche A2a gebildet. In Figur 4b ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Zwischenplatte dargestellt und mit 500b bezeichnet. Analog zu den Zwischenplatten 500 und 500a weist auch die Zwischenplatte 500b an ihren Randbereichen zwei nicht profilierte Bereiche 521 b und 522b auf. Analog zu der Zwischenplatte 500a weist die Zwischenplatte 500b ebenfalls einen dritten profilierten Bereich 523b und zwei nicht profilierte Bereiche 51 1 b und 512b auf.
In dem dritten profilierten Bereich ist die Zwischenplatte 500b zunächst von der Haupterstreckungsebene in negativer z-Richtung bis zu einer ersten Auflagefläche Ai b gefaltet. Von dieser aus ist die Zwischenplatte 500b in positiver z-Richtung bis zu einer zweiten Auflagefläche A2b gefaltet. Von dieser zweiten Auflagefläche A2b ist die Zwischenplatte 500b wieder in negativer z-Richtung bis zu einer dritten Auflagefläche A3b gefaltet. Davon ausgehend ist die die Zwischenplatte 500b erneut in positiver z- Richtung bis zu einer vierten Auflagefläche A4b gefaltet und von dort aus erneut in negativer z-Richtung bis zu einer fünften Auflagefläche A5b. Von dieser fünften
Auflagefläche A5b aus ist die Zwischenplatte 500b bis zu der Haupterstreckungsebene in positiver z-Richtung gefaltet.
Der erste Auflagebereich EAi ,3,b des dritten profilierten Bereichs 523b wird in diesem Beispiel somit durch die zweite Auflagefläche A2b und durch die vierte Auflagefläche A4b gebildet. Der zweite Auflagebereich EA2,3,b des dritten profilierten Bereichs 523b wird dabei durch die erste Auflagefläche Ai b, durch die dritte Auflagefläche A3b und durch die fünfte Auflagefläche A5b gebildet. In Figur 4c ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Zwischenplatte 500c schematisch dargestellt, welche ebenfalls an ihren Randbereichen zwei profilierte Bereiche 521 c und 522c aufweist sowie zwei nicht profilierte Bereiche 51 1 c und 51 2c.
Zwischen diesen nicht profilierten Bereichen 51 1 c und 51 2c weist die Zwischenplatte 500c jedoch in diesem Beispiel keinen dritten profilierten Bereich, sondern einen einseitig profilierten Bereich 523c auf.
In diesem einseitig profilierten Bereich 523c ist die Zwischenplatte 500c in negativer z- Richtung von der Haupterstreckungsebene bis zu einer ersten Auflagefläche Aic gefaltet und von dieser aus in positiver z-Richtung wieder bis zu der Haupterstreckungsebene. Dies erste Auflagefläche Aic bildet somit einen weiteren zweiten Auflagebereich EA2,3,c. Von diesem einseitig profilierten Bereiche 523c wird somit nur ein weiterer zweiter Auflagebereich EA2,3,C bereitgestellt, aber kein weiterer erster Auflagebereich.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Zwischenplatte 500d ist in Figur 4d schematisch dargestellt. Auch die Zwischenplatte 500d weist an ihren Randbereichen zwei profilierte Bereiche 521 d und 522d auf. Weiterhin weist die Zwischenplatte 500d noch drei weitere profilierte Bereiche 523d, 524d und 525d und vier nicht profilierte Bereiche 51 1 d, 512d, 513d und 514d auf. Die Form der Profile in den profilierten
Bereichen 523d, 524d und 525d entspricht dabei der Form des Profils des profilierten Bereichs 523a der Zwischenplatte 500a aus Figur 4a, jedoch gespiegelt an der x- Achse. Die profilierten Bereichen 523d, 524d und 525d sind in x-Richtung
insbesondere in äquidistanten Abständen angeordnet, d.h. die Breiten der nicht profilierten Bereiche 51 1 d, 512d, 513d und 514d ist insbesondere jeweils identisch.
In Figur 4e ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer Zwischenplatte
schematisch dargestellt und mit 500e bezeichnet. Analog zu der Zwischenplatte 500a aus Figur 2a weist auch diese Zwischenplatte 500e an ihren Randbereichen zwei profilierte Bereiche 521 e und 522e auf sowie einen dritten profilierten Bereiche 523d und zwei nicht profilierte Bereiche 51 1 e und 512e.
Im Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausgestaltungen ist die Zwischenplatte 500e nicht rechtwinklig gefaltet, sondern das Profil der Zwischenplatte 500e weist in den drei profilierten Bereichen jeweils eine Sinus-Form auf.
Die ersten Auflagebereiche EAi ,i,e und EAi ,2,e des ersten profilierten Bereichs 521 e und des zweiten profilierten Bereichs 522e sowie die zweiten Auflagebereiche EA2,i,e und EA2,2,e des ersten profilierten Bereichs 521 e und des zweiten profilierten Bereichs 522e sind dabei jeweils nicht als ebene Fläche ausgebildet, sondern als Auflagepunkte auf abgerundeten Bereichen.
In dem dritten profilierten Bereich 523e ist die Zwischenplatte 500e ähnlich zu der Zwischenplatte 500a aus Figur 4a zunächst von der Haupterstreckungsebene aus in positiver z-Richtung sinusförmig bis zu einem ersten abgerundeten Bereich Aie gefaltet, von da aus sinusförmig in negativer z-Richtung bis zu einem zweiten abgerundeten Bereich A2e, von dort aus wieder in positiver z-Richtung sinusförmig bis zu einem dritten abgerundeten Bereich A3e und von dort aus wieder bis zu der
Haupterstreckungsebene. Die abgerundeten Bereiche Aie und A3e bzw. deren
Extrempunkte bilden dabei den ersten Auflagebereich EAi,3,e des dritten profilierten Bereichs 523e und der zweite Auflagebereich EA2,3,e des dritten profilierten Bereichs 523e wird durch den abgerundeten Bereich A2e bzw. dessen Extrempunkt gebildet.
In Figur 5 ist eine Kanaleinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer Querschnittansicht schematisch dargestellt und mit 401 a bezeichnet.
Zwischen einer ersten Wärmeübertragungsplatte 201 a und einer zweiten
Wärmeübertragungsplatte 202a ist die Zwischenplatte 500a angeordnet, wie sie in Figur 4a dargestellt ist. An dem ersten Auflagebereiche der drei profilierten Bereiche 521 a, 522a und 523a ist die Zwischenplatte 500a jeweils mit der ersten
Wärmeübertragungsplatte 201 a verschweißt und mit den zweiten Auflagebereichen der profilierten Bereiche 521 a, 522a und 523a ist die Zwischenplatte 500a jeweils mit der zweiten Wärmeübertragungsplatte 202a verschweißt wie in Fig. 5 dargestellt.
Wie in Figur 5 zu erkennen ist, ist die Kanaleinheit durch die spezielle Form der Zwischenplatte 500a in fünf Teilkanäle Ki bis K5 unterteilt. Diese fünf Teilkanäle Ki bis K5 erstrecken sich parallel zueinander und erlauben jeweils einen Durchlass eines Fluids in dieselbe Durchflussrichtung, welche in dem Beispiel von Figur 5 der y- Richtung entspricht.
In Figur 6 ist eine Zwischenplatte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt und mit 600 bezeichnet.
Wie in Figur 6a zu erkennen ist, weist die Zwischenplatte 600 einen ersten profilierten Bereich 621 , einen zweiten profilierten Bereich 622 und einen dritten profilierten Bereich 623 sowie zwei nicht profilierte Bereiche 61 1 und 612 auf. In den nicht profilierten Bereichen sind jeweils Strömungsleitelemente 630 in die Zwischenplatte 600 eingebracht. In diesem Beispiel sind in dem nicht profilierten Bereich 61 1 Strömungsleitpins 631 als Strömungsleitelemente eingebracht und in dem nicht profilierten Bereich 612 Strömungsleitplatten 632, welche insbesondere als gebogene Bleche ausgebildet sind. Durch derartige Strömungsleitelemente 630 kann die Strömung des durch die entsprechende Kanaleinheit geführten Fluids geändert werden und es kann insbesondere eine turbulente Strömung 601 , 602, 603 erzeugt werden. Durch diese turbulenten Strömungen 601 , 602, 603 kann der thermische Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers erhöht werden.
In den Figuren 6b und 6c ist jeweils ein Ausschnitt der Zwischenplatte 600 vergrößert dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass für die als Strömungsleitpins 631 bzw. als Strömungsleitplatte 632 ausgebildeten Strömungsleitelemente 630 entsprechende Öffnungen 631 a bzw. 632a in der Zwischenplatte in Form von Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, in welche das jeweilige Strömungsleitelemente 630 eingesetzt, insbesondere eingesteckt werden kann. Die Durchgangsöffnungen 631 a und 632a ermöglichen eine konstruktiv einfache Fixierung von Strömungsleitelementen innerhalb der zwischen den benachbarten Wärmeleitplatten gebildeten Kanäle. Die
Strömungsleitelemente erstrecken sich vorzugsweise von der in der Figur 6a dargestellten, unteren Wärmeübertragungsplatte (ohne Bezugsziffer) zu der in der
Figur 6a nicht dargestellten, oberen Wärmeübertragungsplatte. Aufgrund dessen, dass die nicht profilierten Bereiche 61 1 und 612 der Zwischenplatte 600 jeweils einen Abstand zu der unteren Wärmeübertragungsplatte und zu der oberen
Wärmeübertragungsplatte haben, der in beiden Fällen vorzugsweise der gleiche Abstand ist, sind die Strömungsleitelemente 631 , 632 sicher fixiert. Ein zusätzliches Befestigen der Strömungsleitelemente 631 , 632 an den Wärmeübertragungsplatten z.B. durch Löten oder Schweißen, ist nicht notwendig. Bezuqszeichenliste
Figur 1
100 Plattenwärmetauscher
101 Rahmen
101 a Stahlträger
101 b Stahlträger
101 c Stahlträger
102 Umkehrkammer
1 10 Plattenpaket
1 1 1 erste Hälfte des Plattenpakets
1 12 zweite Hälfte des Plattenpakets
Fi erstes Fluid
F2 zweites Fluid
Figur 2
200 Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten
201 erste Wärmeübertragungsplatte
202 zweite Wärmeübertragungsplatte
203 dritte Wärmeübertragungsplatte
204 vierte Wärmeübertragungsplatte
205 fünfte Wärmeübertragungsplatte
300 Vielzahl von profilierten Zwischenplatten 301 erste Zwischenplatte
302 zweite Zwischenplatte
303 dritte Zwischenplatte
304 vierte Zwischenplatte 31 1 profilierte Bereiche
312 nicht profilierte Bereiche
321 profilierte Bereiche
322 nicht profilierte Bereiche 400 Vielzahl von Kanaleinheiten 401 erste Kanaleinheit
402 zweite Kanaleinheit
403 dritte Kanaleinheit
404 vierte Kanaleinheit
Fiaur 3
500 Zwischenplatte
51 1 nicht profilierter Bereich
521 profilierter Bereich
522 profilierter Bereich
EH Haupterstreckungsebene
EAI ,I erster Auf lagebereich
EA1 ,2 erster Auf lagebereich
EA2,1 zweiter Auf lagebereich
EA2,2 zweiter Auflagebereich
EBI erste Begrenzungsfläche
Eß2 zweite Begrenzungsfläche Figur 4a
500a Zwischenplatte
51 1 a nicht profilierter Bereich
512a nicht profilierter Bereich
521 a erster profilierter Bereich
522a zweiter profilierter Bereich
523a dritter profilierter Bereich
EAI ,3 erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
EA2,3,a zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
Ai a erste Auflagefläche
A2a zweite Auflagefläche
A3a dritte Auflagefläche
Figur 4b
500b Zwischenplatte
51 1 b nicht profilierter Bereich 512b nicht profilierter Bereich
521 b erster profilierter Bereich
522b zweiter profilierter Bereich
523b dritter profilierter Bereich
EAi ,3,b erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
EA2,3,b zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
Ai b erste Auflagefläche
A2b zweite Auflagefläche
A3b dritte Auflagefläche
A4b vierte Auflagefläche
A5b fünfte Auflagefläche
Figur 4c
500c Zwischenplatte
51 1 c nicht profilierter Bereich
512c nicht profilierter Bereich
521 c erster profilierter Bereich
522c zweiter profilierter Bereich
523c einseitig profilierter Bereich
EA2,3,C zweiter Auflagebereich des einseitig profilierten Bereichs
Aic erste Auflagefläche
Figur 4d
500d Zwischenplatte
51 1 d nicht profilierter Bereich
512d nicht profilierter Bereich
513d nicht profilierter Bereich
513d nicht profilierter Bereich
521 d erster profilierter Bereich
522d zweiter profilierter Bereich
523d dritter profilierter Bereich
524d vierter profilierter Bereich
525d fünfter profilierter Bereich Figur 4e
500e Zwischenplatte
51 1 e nicht profilierter Bereich
512e nicht profilierter Bereich
521 e erster profilierter Bereich
522e zweiter profilierter Bereich
523e dritter profilierter Bereich
ΕΑΙ ,-Ι ,Θ erster Auflagebereich des ersten profilierten Bereichs
ΕΑ2,Ι ,Θ zweiter Auflagebereich des ersten profilierten Bereichs ΕΑΙ ,2,Θ erster Auflagebereich des zweiten profilierten Bereichs
EA2,2,E zweiter Auflagebereich des zweiten profilierten Bereichs
ΕΑΙ ,3,Θ erster Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
EA2,3,E zweiter Auflagebereich des dritten profilierten Bereichs
Aie erster abgerundeter Bereich
A2e zweiter abgerundeter Bereich
A3e dritter abgerundeter Bereich
Figur 5
201 a erste Wärmeübertragungsplatte
202a zweite Wärmeübertragungsplatte
401 a Kanaleinheit
Ki Teilkanal
K2 Teilkanal
K3 Teilkanal
K4 Teilkanal
K5 Teilkanal
Figur 6
600 Zwischenplatte
601 turbulente Strömung
602 turbulente Strömung
603 turbulente Strömung
61 1 nicht profilierter Bereich
612 nicht profilierter Bereich
621 erster profilierter Bereich zweiter profilierter Bereich dritter profilierter Bereich
Strömungsleitelement
Strömungsleitpin
a Öffnung für den Strömungsleitpin Strömungsleitplatte
a Öffnung für die Strömungsleitplatte

Claims

Patentansprüche
1 . Plattenwärmetauscher (100) mit einem Plattenpaket (1 10)
aufweisend eine Vielzahl von ebenen, parallel angeordneten
Wärmeübertragungsplatten (200, 201 , 202, 203, 204, 205, 201 a, 202a) und eine Vielzahl von profilierten Zwischenplatten (300, 301 , 302, 303, 304, 500, 500a,
500b, 500c, 500d, 500e, 600),
wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten der Vielzahl von Wärmeübertragungsplatten jeweils eine Zwischenplatte der Vielzahl von Zwischenplatten angeordnet ist,
wobei wenigstens eine der Zwischenplatten mit mindestens einem nicht profilierten Bereich (312, 322, 51 1 , 51 1 a, 51 2a, 51 1 b, 512b, 51 1 c, 512c, 51 1 d, 512d, 51 3d, 514d, 51 1 e, 51 2e, 61 1 , 61 2) und mit mindestens zwei profilierten Bereichen (31 1 , 321 , 521 , 522, 521 a, 522a, 523a, 521 b, 522b, 523b, 521 c, 522c, 521 d, 522d, 523d, 524d, 525d, 521 e, 522e, 523e, 621 , 622, 623) in einer
Haupterstreckungsebene (EH) der Zwischenplatte ausgebildet ist,
wobei die Zwischenplatte einstückig ausgebildet ist, und
wobei die Zwischenplatte durch Falten einer ebenen Platte gebildet ist.
2. Plattenwärmetauscher (1 00) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten jeweils nur eine einzige
Zwischenplatte angeordnet ist.
3. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine, nicht profilierte Bereich der Zwischenplatte von den jeweils benachbarten Wärmeübertragungsplatten beabstandet {Az^ , Az2) ist.
4. Plattenwärmetauscher (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die profilierten Bereiche von jeweils zwei benachbarten Zwischenplatten zueinander um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 90° verdreht sind.
5. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeweils zwei benachbarte Wärmeübertragungsplatten und die dazwischen angeordnete Zwischenplatte eine Kanaleinheit (400, 401 , 402, 403, 404, 401 a) zum Durchfluss eines Fluids (Fi , F2) bilden. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 5, wobei die Kanaleinheit durch einen profilierten Bereich der entsprechenden Zwischenplatte begrenzt ist und wobei eine Durchflussrichtung der Kanaleinheit durch eine Haupterstreckungsnchtung des profilierten Bereichs der entsprechenden Zwischenplatte definiert ist.
Plattenwärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der mindestens eine, nicht profilierte Bereich die
Haupterstreckungsebene (EH) der Zwischenplatte definiert,
wobei die Zwischenplatte in jedem der wenigstens zwei profilierten Bereiche derart gefaltet ist, dass jeweils ein erster Auflagebereich (EAi ,i , EAi ,2, EA-i ,3,a, EAi ,3,b, EAi ,3,e) und ein zweiter Auf lagebereich (EA2,i , EA2,2, EA2,3,a, EA2,3,b, EA2,3,e)
bereitgestellt werden,
wobei sich der erste Auf lagebereich (EAi ,1 , EAi ,2, EAi ,3,a, EAi ,3,b, EAi ,3,e) in einer zu der Haupterstreckungsebene (EH) parallelen ersten Ebene erstreckt und wobei sich der zweite Auflagebereich ( EA2ii , EA2i2, EA2i3 ia, EA2i3 ib, ΕΑ2ι3ιβ) in einer zu der Haupterstreckungsebene (EH) parallelen zweiten Ebene erstreckt,
wobei die erste Ebene und die zweite Ebene jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Haupterstreckungsebene (EH) jeweils in einem vorgegebenen Abstand (Δζι , Δζ2) zu der Haupterstreckungsebene (EH) liegen.
Plattenwärmetauscher (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein erster der profilierten Bereiche (521 , 521 a, 521 b, 521 c, 521 d, 521 e, 621 ) an einem ersten Randbereich der Zwischenplatte angeordnet ist und wobei ein zweiter der profilierten Bereiche (522, 522a, 522b, 522c, 522d, 522e, 622) an einem zweiten Randbereich der Zwischenplatte angeordnet ist, wobei sich der erste Randbereich und der zweite Randbereich gegenüberliegen.
Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei auf dem ersten Auf lagebereich (EAi ,i , EAi ,2, EAi ,3,a, EAi ,3,b, EAi ,3,e) eine erste
Wärmeübertragungsplatte aufliegt und wobei auf dem zweiten Auflagebereich (EA2,i , EA2,2, EA2,3,a, EA2,3,b, EA2,3,e) eine zweite Wärmeübertragungsplatte aufliegt, wobei die zweite Wärmeübertragungsplatte benachbart zu der ersten
Wärmeübertragungsplatte angeordnet ist.
10. Plattenwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die
Zwischenplatte (500c) des Weiteren mindestens einen einseitig-profilierten Bereich (523c) aufweiset, in welchem die Zwischenplatte derart gefaltet ist, dass ein weiterer erster Auflagebereich oder ein weiterer zweiter Auflagebereich (EA2,3,C) bereitgestellt wird.
1 1 . Plattenwärmetauscher (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenplatte (600) in ihrem mindestens einen, nicht profilierten Bereich (601 ) mindestens eine Durchgangsöffnung (631 a, 632a) aufweist, in welche ein
Strömungsleitelement (630, 631 , 632) eingesetzt ist.
12. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 1 1 , wobei sich das
Strömungsleitelement (630, 631 , 632) von einer Wärmeübertragungsplatte, die der jeweiligen Zwischenplatte benachbart ist, zu der anderen benachbarten
Wärmeübertragungsplatte erstreckt.
13. Plattenwärmetauscher (100) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (630, 631 , 632) als ein Strömungsleitpin (631 ) oder eine Strömungsleitplatte (632) ausgebildet ist
14. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeübertragungsplatten (200, 201 , 202, 203, 204, 205, 201 a, 202a) und die profilierten Zwischenplatten (300, 301 , 302, 303, 304, 500, 500a, 500b, 500c, 500d, 500e, 600) abwechselnd in einem Stapel aufeinander oder nebeneinander angeordnet werden und die jeweilig
benachbarten Zwischenplatten und Wärmeübertragungsplatten über eine
Schweißnaht, insbesondere eine Kehlnaht verbunden werden, und zwar vorzugsweise an ersten Auflagebereichen ( EA1 ,1 , EA1 ,2, EA1 ,3,a, EA1 ,3,b, EA1 ,3,e) Und zweiten Auflagebereichen ( EA2,I , EA2,2, EA2,3,a, EA2,3,b, ΕΑ2,3,Θ) der Zwischenplatten , die durch die profilierten Bereiche der Zwischenplatten gebildet sind.
15. Verfahren zum Durchführen eines Wärmetauschs von Fluiden eines Brenners, der insbesondere im Zuge einer Synthesegasherstellung verwendet wird, unter Verwendung eines Plattenwärmetauschers (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Brenngas oder Verbrennungsluft oder ein Gasgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft als ein erstes Fluid durch das Plattenpaket (1 10) des Plattenwärmetauschers (100) geleitet wird und anschließend dem Brenner zugeführt wird, und
wobei ein Verbrennungsabgas von dem Brenner zu dem Plattenwärmetauscher
(100) geführt und als ein zweites Fluid durch das Plattenpaket (1 10) des
Plattenwärmetauschers (100) geleitet wird.
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