AT512795B1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher (1), mit im Gegenstrom von einem ersten und einem zweiten, insbesondere gasförmigem, Medium durchströmten zwischen aufeinandergestapelten und dicht, insbesondere gasdicht, verbundenen Platten (4) ausgebildeten ersten und zweiten Kanälen (7, 8), welche sich zwischen gegenüberliegenden, normal auf die Platten (4) ausgebildeten Stirnseiten (5, 6) erstrecken, wobei die Platten (4) in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, und wobei das Gehäuse (2) im Bereich jeder Stirnseite (5, 6) jeweils zumindest eine erste Durchtrittsöffnung für das erste Medium und zumindest eine zweite Durchtrittsöffnung für das zweite Medium aufweist. Zur Verminderung der Wärmespannungen ist vorgesehen, dass das Gehäuse (2) im Bereich der ersten Stirnseite (5) eine mittige erste Durchtrittsöffnung (9) aufweist, welche zwischen zwei peripheren zweiten Durchtrittsöffnungen (10, 10') angeordnet ist, und dass das Gehäuse (2) im Bereich der zweiten Stirnseite (6) eine mittige zweite Durchtrittsöffnung (11) aufweist, welche zwischen zwei peripheren ersten Durchtrittsöffnungen (12, 12') angeordnet ist.

Description

österreichisches Patentamt AT512 795B1 2013-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, mit im Gegenstrom von einem ersten und einem zweiten, insbesondere gasförmigem, Medium durchströmten zwischen aufeinander-gestapelten und dicht, insbesondere gasdicht, verbundenen Platten ausgebildeten ersten und zweiten Kanälen, welche sich zwischen gegenüberliegenden, normal auf die Platten ausgebildeten Stirnseiten erstrecken, wobei die Platten in einem Gehäuse angeordnet sind, und wobei das Gehäuse im Bereich jeder Stirnseite jeweils zumindest eine erste Durchtrittsöffnung für das erste Medium und zumindest eine zweite Durchtrittsöffnung für das zweite Medium aufweist.

[0002] Aus der AT 404.877 B ist ein Gegenstrom-Plattenwärmetauscher mit einem Stapel aus mehreren beabstandeten Platten bekannt, zwischen denen Fluide durchströmen, wobei die Platten in einer Ansicht senkrecht zur Plattenebene im Wesentlichen quadratisch sind.

[0003] Ein Plattenwärmetauscher aus einem von den im Wärmetausch stehenden Medien im Gegenstrom durchströmten Plattenstapel ist aus der DE 100 34 343 A1 bekannt. Die einzelnen Platten sind mit rinnenförmigen Prägungen versehen, wobei sich aufeinanderfolgende Platten unmittelbar gegeneinander abstützen.

[0004] Ein weiterer Plattenwärmetauscher mit im Gegenstrom von gasförmigen Medien durchströmten Kanälen, die für das eine Medium zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten und für das andere Medium zwischen den zu einem Plattenstapel zusammengefügten Plattenpaaren gebildet ist, ist aus der DE 198 32 164 A1 bekannt. Die Zu- und Abströmquerschnitte jedes Strömungskanals sind in Hauptströmungsrichtung diagonal zueinander angeordnet, wobei die unmittelbar aneinanderliegenden Zuström- bzw. Abströmquerschnitte für das eine Medium zu den benachbarten Abström- und Zuströmquerschnitten für das andere Medium jeweils um eine halbe Höhe der Zu- und Abströmquerschnitte versetzt sind.

[0005] Die DE 10 2008 003 060 A1 beschreibt einen Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung von Gasen und Gasgemischen, wobei alle Bauteile des Wärmetauschers einschließlich des Verteilerrohres und des Sammelrohres als aktive Wärmetauscherflächen am Wärmeaustausch beteiligt sind. Der Wärmetauscher besteht aus einzelnen mit Flüssigkeiten durchströmten Platten, und zwischen den Platten befindlichen Strömungskanälen für das im Gegenstrom geführte gasförmige Medium.

[0006] Weitere Plattenwärmetauscher, die im Gegenstrom betreibbar sind, sind aus den Veröffentlichungen DE 10 2007 029 753 A1, DE 10 2010 024 613 A1 oder EP 0 283 718 A1 bekannt.

[0007] Bekannte Wärmetauscher weisen eine kalten Bereich und einen heißen Bereich auf. Insbesondere bei großen Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Medien kommt es zu einer stark unsymmetrischen Temperaturverteilung, was zu starken Verspannungen und schließlich zu Rissen führen kann.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einem Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art die thermischen Spannungen zu vermindern.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Gehäuse im Bereich der ersten Stirnseite eine mittige erste Durchtrittsöffnung aufweist, welche zwischen zwei peripheren zweiten Durchtrittsöffnungen angeordnet ist, und dass das Gehäuse im Bereich der zweiten Stirnseite eine mittige zweite Durchtrittsöffnung aufweist, welche zwischen zwei peripheren ersten Durchtrittsöffnungen angeordnet ist.

[0010] Die mittigen Durchtrittsöffnungen können als Eintrittsöffnungen und die peripheren Durchtrittsöffnungen als Austrittsöffnungen ausgebildet sein. Für jedes Medium weist der Plattenwärmetauscher somit jeweils eine Eintrittsöffnung und zwei Austrittsöffnungen auf, wobei die Eintrittsströmung jedes Mediums innerhalb des Plattenwärmetauschers in zumindest zwei Teilströmungen aufgeteilt ist.

[0011] Die mittigen Durchtrittsöffnungen grenzen vorzugsweise jeweils an einen mittigen Sammelraum innerhalb des Gehäuses. Pro Durchtrittsöffnung kann das Gehäuse einen Anschluss- 1 /6 österreichisches Patentamt AT512 795B1 2013-11-15 stutzen aufweisen. Eine kompakte Ausführung ergibt sich, wenn jede Stirnseite konvex geformt, vorzugsweise gekrümmt ist.

[0012] Die Achsen aller Durchtrittsöffnungen können im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnungen symmetrisch zu zumindest zwei, vorzugsweise symmetrisch zu drei Symmetrieebenen im Gehäuse angeordnet sind.

[0013] Die eine Stirnseite, vorzugsweise die erste Stirnseite, bildet eine heißere Seite, die andere Stirnseite, vorzugsweise die zweite Stirnseite eine kühlere Seite aus. Der Plattenwärmetauscher weist somit eine zumindest zu einer Symmetrieebene, vorzugsweise zu zumindest zwei Symmetrieebenen symmetrische Temperaturverteilung auf. Dadurch können Wärmespannungen wesentlich vermindert werden.

[0014] Um eine einfache und kostengünstige Fertigung und Montage zu erreichen, können die Platten als Gleichteile ausgebildet sein, wobei jede Platte auf einer ersten Seite geformte erste Halbkanäle und auf einer zweiten Seite geformte zweite Halbkanäle aufweist, und wobei benachbarte Platten jeweils mit ihren gleichnamigen Seiten aufeinandergestapelt - und vorzugsweise gasdicht verschweißt, verlötet oder verklebt - sind, so dass einander zugewandte erste Halbkanäle erste Kanäle und einander zugewandte zweite Halbkanäle zweite Kanäle ausbilden. Zwischen zwei benachbarten Platten können jeweils mehrere gleichnamige Kanäle angeordnet sein, wobei zwischen zwei gleichnamigen Kanälen jeweils eine Trennwand oder Leitrippe angeordnet ist. Die Trennwände und Leitrippen vergrößern zudem die Oberfläche und begünstigen den Wärmeaustausch. Die gleichnamigen Kanäle sind zwischen den Platten von jeweils einem mittigen Sammelraum an einer gleichnamigen Stirnseite zu zumindest einem peripheren gleichnamigen Sammelraum an einer ungleichnamigen Stirnseite geführt.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.

[0016] Es zeigen [0017] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Platten Wärmetauscher in einer Draufsicht, [0018] Fig. 2 den Plattenwärmetauscher in einer Seitenansicht, [0019] Fig. 3 den Plattenwärmetauscher in einer Vorderansicht, [0020] Fig. 4 einen Plattenstapel in einer Vorderansicht, [0021] Fig. 5 eine Platte des Plattenwärmetauschers in einer Vorderansicht, [0022] Fig. 6 diese Platte in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 5, [0023] Fig. 7 die Platte in einem Schnitt gemäß der Linie VII -VII in Fig. 5 und [0024] Fig. 8 die Platte in einem Schnitt gemäß der Linie VIII -VIII in Fig. 5.

[0025] Der in den Fig. dargestellte Plattenwärmetauscher 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem ein Plattenstapel 3 an übereinander angeordneten Platten 4 angeordnet ist. Der Plattenstapel 3 weist eine erste und eine zweite Stirnseite 5, 6 auf, wobei sich zwischen den beiden Stirnseiten 5, 6 erste und zweite Kanäle 7, 8 erstrecken, die zwischen jeweils zwei aufeinander gestapelte Platten 4 gebildet werden.

[0026] Das Gehäuse 2 weist im Bereich der ersten Stirnseite 5 eine mittige erste Durchtrittsöffnung 9 auf, welche zwischen zwei peripheren zweiten Durchtrittsöffnung 10, 10' angeordnet ist. Weiters weist das Gehäuse 2 im Bereich der zweiten Stirnseite 5 eine mittige zweite Durchtrittsöffnung 11 auf, welche zwischen zwei peripheren ersten Durchtrittsöffnungen 12 angeordnet ist. Die mittigen Durchtrittsöffnungen 9, 11 bilden dabei Eintrittsöffnungen E1, E2 für das erste bzw. zweite Medium. Die peripheren Durchtrittsöffnungen 10, 10', 12, 12' sind im Ausführungsbeispiel als Austrittsöffnungen A1, A1', A2, A2' ausgebildet. Der Plattenwärmetauscher 1 weist somit für jedes Medium jeweils eine Eintrittsöffnung E1, E2 und zwei Austrittsöffnungen A1, A1', A2, A2' auf. 2/6 österreichisches Patentamt AT512 795B1 2013-11-15 [0027] Jede mittige Durchtrittsöffnung 9, 11 grenzt an einen mittigen Sammelraum 13, 14, jede periphere Durchtrittsöffnung 10, 10', 12, 12' an einen peripheren Sammelraum 15, 15', 16, 16'. Pro Durchtrittsöffnung 9, 10, 11, 12 ist somit ein Sammelraum 13, 14, 15, 15', 16, 16' vorgesehen.

[0028] Di Platten 4 sind als Gleichteile ausgebildet, wobei jede Platte eine erste Seite 4a und eine zweite Seite 4b aufweist. In die erste Seite sind erste Halbkanäle 7a, in die zweite Seite 4b zweite Halbkanäle 8a eingeformt. Die Platten 4 werden so angeordnet, dass gleichnamige Seiten 4a; 4b aufeinander - also erste Seite 4a der einen Platte 4 auf der ersten Seite 4a der benachbarten Platte 4, bzw. zweite Seite 4b der einen Platte 4 auf der zweiten Seite 4b der benachbarten Platte 4, -zuliegen kommen. Die Halbkanäle 7a; 8a von zwei benachbarten Platten 4 bilden jeweils mehrere nebeneinander angeordnete erste bzw. zweite Kanäle 7, 8, welche sich jeweils zwischen dem ersten bzw. zweiten mittigen Sammelraum 13, 14 zum ersten bzw. zweiten peripheren Sammelraum 15, 16 erstrecken. Die ersten bzw. zweiten Kanäle 7, 8 zwischen zwei benachbarte Platten 4 sind dabei durch in die Platten 4 eingeformte Trennwände 17, 18 oder Leitrippen voneinander getrennt, wobei die Eintrittsströmung jedes Mediums innerhalb des Plattenwärmetauschers 1 zwischen jedem Eintritt E1; E2 und jedem Austritt A1, AT, A2, A2' jeweils in zumindest zwei Teilströmungen aufgeteilt ist.

[0029] Die Durchtrittsöffnungen 9, 10, 10', 11, 12, 12' sind symmetrisch in Bezug auf erste, zweite und dritte Symmetrieebenen ει, ε2, ε3 ausgebildet. Die erste Symmetrieebene εΊ verläuft dabei durch die Mitten M aller Durchtrittsöffnungen 9, 10, 10', 11, 12, 12'. Die zweite Symmetrieebene ε2 wird durch eine Normalebene auf die erste Symmetrieebene ει durch die Mitten M der mittigen Durchtrittsöffnungen 9, 11 gebildet. Die dritte Symmetrieebene ε3 verläuft normal auf die erste und die zweite Symmetrieebene ει, ε2 durch die Mitte 1m des Plattenwärmetauschers 1.

[0030] Das erste Medium strömt gemäß den Pfeilen S1 über den mittigen ersten Anschlussstutzen 9a und die mittige erste Durchtrittsöffnung 9 in den mittigen ersten Sammelraum 13 in das Innere des Gehäuses 2 und gelangt von diesem mittigen ersten Sammelraum 13 in die ersten Kanäle 7 zwischen den Platten 4. Durch die Trennwände 17 wird die Strömung des ersten Mediums aufgeteilt und in mehreren Teilströmungen durch die ersten Kanäle 7 zu den peripheren ersten Sammelräumen 15, 15' geführt. Von diesen peripheren ersten Sammelräumen 15, 15' gelangt das erste Medium durch die peripheren ersten Durchtrittsöffnungen 10, 10' in die peripheren ersten Anschlussstutzen 10a, 10a' und verlässt den Plattenwärmetauscher 1.

[0031] Analog dazu strömt das zweite Medium entgegen der Strömung S1 des ersten Mediums gemäß den Pfeilen S2 über den mittigen zweiten Anschlussstutzen 11a und die mittige zweite Durchtrittsöffnung 11 in den mittigen zweiten Sammelraum 14 in das Innere des Gehäuses 2 und gelangt von diesem mittigen zweiten Sammelraum 14 in die zweiten Kanäle 8 zwischen den Platten 4. Durch die Trennwände 18 wird auch die Strömung des zweiten Mediums aufgeteilt und in mehreren Teilströmungen durch die zweiten Kanäle 8 zu den peripheren zweiten Sammelräumen 16, 16' geführt. Von diesen peripheren zweiten Sammelräumen 16, 16' gelangt das zweite Medium durch die peripheren zweiten Durchtrittsöffnungen 12, 12' in die peripheren ersten Anschlussstutzen 12a, 12a' und verlässt den Plattenwärmetauscher 1.

[0032] Die beschriebene Konfiguration ermöglicht eine zur ersten und zweiten Symmetrieebene ει, ε2symmetrisches Temperaturverteilungen, wodurch die Wärmespannungen sehr klein gehalten werden können. 3/6

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT512 795 B1 2013-11-15 Patentansprüche 1. Plattenwärmetauscher (1), mit im Gegenstrom von einem ersten und einem zweiten, insbesondere gasförmigem, Medium durchströmten zwischen aufeinandergestapelten und dicht, insbesondere gasdicht, verbundenen Platten (4) ausgebildeten ersten und zweiten Kanälen (7, 8), welche sich zwischen gegenüberliegenden, normal auf die Platten (4) ausgebildeten Stirnseiten (5, 6) erstrecken, wobei die Platten (4) in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, und wobei das Gehäuse (2) im Bereich jeder Stirnseite (5, 6) jeweils zumindest eine erste Durchtrittsöffnung für das erste Medium und zumindest eine zweite Durchtrittsöffnung für das zweite Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Bereich der ersten Stirnseite (5) eine mittige erste Durchtrittsöffnung (9) aufweist, welche zwischen zwei peripheren zweiten Durchtrittsöffnungen (10, 10') angeordnet ist, und dass das Gehäuse (2) im Bereich der zweiten Stirnseite (6) eine mittige zweite Durchtrittsöffnung (11) aufweist, welche zwischen zwei peripheren ersten Durchtrittsöffnungen (12, 12') angeordnet ist.
2. 2. Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittigen Durchtrittsöffnungen (9, 11) als Eintrittsöffnungen (E1, E2) und die peripheren Durchtrittsöffnungen (10, 10', 12, 12'), als Austrittsöffnungen (A1, A1', A2, A2') ausgebildet sind.
3. 3. Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Medium der Plattenwärmetauscher (1) jeweils eine Eintrittsöffnung (E1, E2) und zwei Austrittsöffnungen (A1, A1', A2, A2') aufweist, wobei die Eintrittsströmung jedes Mediums innerhalb des Plattenwärmetauschers (1) in zumindest zwei Teilströmungen aufgeteilt ist.
4. 4. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittigen Durchtrittsöffnungen (9, 11) jeweils an einen mittigen Sammelraum i(13, 14) innerhalb des Gehäuses (2) grenzen.
5. 5. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Durchtrittsöffnungen (10, 10', 12, 12') jeweils an einen peripheren Sammelraum (15, 15', 16, 16') innerhalb des Gehäuses (2) grenzen.
6. 6. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitten (M) aller Durchtrittsöffnungen (9, 10, 10', 11, 12, 12') im Wesentlichen in einer Ebene (ει) angeordnet sind.
7. 7. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (9, 10, 10', 11, 12, 12') symmetrisch zu zumindest zwei, vorzugsweise symmetrisch zu drei Symmetrieebenen (ε1; ε2, ε3) im Gehäuse (2) angeordnet sind.
8. 8. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) pro Durchtrittsöffnung (9, 10, 10', 11, 12, 12') einen Anschlussstutzen (9a, 10a, 10a', 11a, 12a, 12a') aufweist.
9. 9. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stirnseite (5, 6) konvex geformt, vorzugsweise gekrümmt ist.
10. 10. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (4) als Gleichteile ausgebildet sind.
11. 11. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte (4) auf einer ersten Seite (4a) geformte erste Halbkanäle (7a) und auf einer zweiten Seite (4b) geformte zweite Halbkanäle (8a) aufweist, wobei benachbarte Platten (4) jeweils mit ihren gleichnamigen Seiten (4a, 4b) aufeinandergestapelt - und vorzugsweise gasdicht verschweißt, verlötet oder verklebt - sind, so dass einander zugewandte erste Halbkanäle (7a) erste Kanäle (7) und einander zugewandte zweite Halbkanäle (8a) zweite Kanäle (8) ausbilden. 4/6 österreichisches Patentamt AT512 795 B1 2013-11-15
12. 12. Plattenwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Platten (4) jeweils mehrere gleichnamige Kanäle (7, 8) angeordnet sind, wobei zwischen zwei gleichnamigen Kanälen (7, 8) jeweils eine Trennwand (17, 18) oder Leitrippe angeordnet ist.
13. 13. Plattenwärmetauscher (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichnamigen Kanäle (7, 8) zwischen den Platten (4) von jeweils einem mittigen gleichnamigen Sammelraum (13; 14) an einer gleichnamigen Stirnseite (5; 6) zu zumindest einem peripheren gleichnamigen Sammelraum (15, 15'; 16, 16') an einer ungleichnamigen Stirnseite (6; 5) geführt sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6