DE102010036664B4

DE102010036664B4 - Plattenwärmeübertrager

Info

Publication number: DE102010036664B4
Application number: DE102010036664.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Rehberg; Michael Rehberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: DE102010036664A1

Abstract

Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von jeweils um 180° zueinander gedreht übereinander gestapelten und an den Kontaktstellen miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten (1) mit fischgrätmusterartigem Wellenfeld (3) und in den Eckbereichen ausgebildeten ersten und zweiten Durchbrüchen (4, 5) umfasst, die in Längsrichtung gegenüberliegend jeweils in einer oberen Plattenebene (6) in Höhe der Wellenberge und in einer unteren Plattenebene (7) in Höhe der Wellentäler ausgebildet sind, wobei die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen (6, 7) jeweils einen Eintrittsbereich (8) und einen Austrittsbereich (9) für ein Wärmeübertragungsmedium bilden, in dem die Wärmeübertragungsplatten (1) über von den Plattenebenen vorspringende Stützelemente verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente als am inneren Umfangsrand der oberen und unteren Plattenebene (6, 7) aufeinanderfolgende, in Strömungsrichtung im Ein- und Austrittsbereich (8, 9) beidseitig offene, im Wesentlichen U-förmige und von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Stützlaschen (10) ausgebildet sind, die jeweils über einem unmittelbar vom Umfangsrand ausgehenden Ausschnitt (13) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von jeweils um 180° zueinander gedreht übereinander gestapelten und an den Kontaktstellen miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten mit fischgrätmusterartigem Wellenfeld und in den Eckbereichen ausgebildeten ersten und zweiten Durchbrüchen umfasst, die in Längsrichtung gegenüberliegend jeweils in einer oberen Plattenebene in Höhe der Wellenberge und in einer unteren Plattenebene in Höhe der Wellentäler ausgebildet sind, wobei die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen jeweils einen Eintrittsbereich und einen Austrittsbereich für ein Wärmeübertragungsmedium bilden, in dem die Wärmeübertragungsplatten über von den Plattenebenen vorspringende Stützelemente verbunden sind.
Plattenwärmeübertrager der eingangs erwähnten Art werden zur Wärmeübertragung von einem meist flüssigen Medium auf ein anderes meist flüssiges Medium, die jeweils in benachbarten, zwischen aneinandergrenzenden Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungskanälen fließen, genutzt. Ein derartiger Plattenwärmeübertrager ist beispielsweise aus der DE 199 59 780 A1 bekannt. Die aneinandergrenzenden, jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelten Platten sind an den Kontaktflächen zwischen ihren hochgezogenen Rändern, an den Berührungspunkten zwischen den sich kreuzenden Wellenbergen und an den jeweils aneinanderstoßenden oberen und unteren Plattenebenen im Bereich der Durchbrüche fest und abdichtend miteinander verbunden. Zur besseren gegenseitigen Abstützung der Wärmeübertragungsplatten im Eintritts- und Austrittsbereich wird in der DE 199 59 780 A1 die Ausbildung von sich im Eckbereich der Wärmeübertragungsplatten erstreckenden, an den hochgezogenen Rand angrenzenden Vertiefungen vorgeschlagen. Im Ein- und Austrittsbereich des zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten bestehenden Strömungskanals sind die einander berührenden Vertiefungen miteinander verlötet, so dass in diesem Eckbereich eine höhere Stabilität gewährleistet ist.
Aufgrund der im Plattenwärmeübertrager herrschenden hohen Drücke werden die Wärmeübertragungsplatten im Bereich der voneinander beabstandeten, nicht miteinander verbundenen oberen und unteren Plattenebene zur Bildung der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung des jeweiligen Strömungskanals auseinandergedrückt und derart verformt, dass es im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen und der anschließenden Wellen zur Rissbildung kommt und der Wärmeübertrager undicht und mithin unbrauchbar wird.
Bei einem aus der DE 199 17 761 C1 bekannten Plattenwärmeübertrager sind in die den jeweiligen Durchbruch umgebende Plattenebene Zähne eingeprägt, die sich radial zu den Wellenbergen hin erstrecken und die so hoch wie die Wellenberge sind. An den Eintritts- und Austrittsbereichen des Strömungskanals stoßen die Zähne aufeinander und sind miteinander verlötet, so dass auch in diesem Teil des Plattenwärmeübertragers eine ausreichende Stabilität gewährleistet ist. Nachteilig ist der durch die geschlossenen Zähne verringerte und nicht für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Wärmeaustauschbereich. Die erforderliche Dichtfläche zwischen Mediendurchtritt und den auf einem Kreisbogen angeordneten Zähnen verringert die freie Strömungsfläche im Mediendurchtritt.
Aus der EP 1 083 398 A1 ist ferner bekannt, dass zwischen benachbarten Einlass-/Auslassöffnungen jedes Wärmetauscherelements ein im Wesentlichen ebenes und ringförmig gewelltes Abstandselement eingeschoben sein kann, um das Paar der gestreckten Platten jedes Wärmetauscherelements in Umfangskantenabschnitten der Einlass-/Auslassöffnungen durch Hart- oder Weichlöten zu verbinden. Das gewellte Abstandselement besteht aus einem gewellten Metallblech, bei dem die Richtung der Wellenamplitude mit der Dicke jedes Wärmetauscherelements übereinstimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Plattenwärmeübertrager so auszubilden, dass bei möglichst großer Fläche im Mediendurchtritt und optimaler Wärmeübertragungseffizienz die Stabilität im Ein- und Austrittsbereich der zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungskanäle verbessert wird und die Lebensdauer erhöht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Plattenwärmeübertrager gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich des zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten vorhandenen Strömungskanals gegenüberstehende Stützelemente als am inneren Umfangsrand der oberen und unteren Plattenebene aufeinanderfolgende, in Strömungsrichtung beidseitig offene, im Wesentlichen U-förmige und von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Stützlaschen ausgebildet sind. Die so ausgebildeten Stützlaschen sorgen im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen des jeweiligen Strömungskanals für eine hohe Stabilität des Wärmeübertragers aufgrund der Verringerung der durch Innendruck erzeugten Zugkräfte und ermöglichen insbesondere, dass der Mediendurchtritt vergrößert und auch dieser Bereich für den Wärmeaustausch genutzt werden kann. Die Lebensdauer und der Wirkungsgrad des Plattenwärmeübertragers werden verbessert. Der Herstellungsaufwand wird verringert.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung haben die Stützlaschen einen trapezförmigen oder rechteckigen Durchströmungsquerschnitt.
Erfindungsgemäß sind die Stützlaschen über unmittelbar am inneren Rand der Plattenebenen vorgesehenen Ausschnitten ausgebildet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stützlaschen jeweils durch zwei von dem Ausschnitt ausgehende, an den freien Enden durch einen Quersteg verbundene Längsstege gebildet, wobei die im Ein- und Austrittsbereich einander zugewandten Stützlaschen an den Querstegen miteinander verbunden sind.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Stützlaschen unmittelbar aus der Plattenebene ausgeformt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der
1 eine Mehrzahl übereinander angeordneter, jedoch in einer auseinandergezogenen Stellung dargestellter, identischer und jeweils um 180° gedrehter Wärmeübertragungsplatten;
2 eine detaillierte Draufsicht auf den Eckbereich einer Wärmeübertragungsplatte mit von der unteren, in Höhe der Wellentäler liegenden Plattenebene vorspringenden Stützlaschen; und
3 eine perspektivische Darstellung von am Rand eines Durchbruchs aus der unteren Plattenebene ausgeformten trapezförmigen Stützlaschen; zeigt, näher erläutert.
Wie 1 zeigt, umfasst ein Plattenwärmeübertrager eine Vielzahl von identisch ausgebildeten Wärmeübertragungsplatten 1, die einen hochgezogenen umlaufenden Rand 2, ein fischgrätmusterartig ausgebildetes, durch Wellentäler (unten) und Wellenberge (oben) bestimmtes Wellenfeld 3 und in den Eckbereichen jeweils erste zweite kreisförmige Durchbrüche 4, 5 aufweisen. Die an der einen Längsseite der Wärmeübertragungsplatte 1 vorgesehenen ersten Durchbrüche 4 befinden sich in einer dem Niveau der Wellenberge entsprechenden oberen Plattenebene 6, während die an der anderen Längsseite angeordneten zweiten Durchbrüche 5 in einer in Höhe der Wellentäler liegenden unteren Plattenebene 7 ausgebildet sind. Die Wärmeübertragungsplatten 1 sind jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelt und an den beiderseitigen Berührungsstellen, das heißt den umlaufenden Rändern 2, den Kreuzungspunkten der Wellenberge und den abwechselnd an der einen oder der anderen Längsseite einander berührenden oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 (geschlossener Durchbruch) miteinander verlötet. An der den verlöteten Plattenebenen 6, 7 gegenüberliegenden Längsseite besteht zwischen der oberen und der unteren Plattenebene 6, 7 ein Abstand, über den ein Wärmeübertragungsmedium in den zwischen zwei aneinandergrenzenden Wärmeübertragungsplatten 1 gebildeten Strömungskanal eintreten kann (Eintrittsbereich 8) und am anderen Ende wieder aus diesem austreten kann (Austrittsbereich 9).
In den oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 sind unmittelbar am Rand der ersten und zweiten Durchbrüche 4, 5 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Stützlaschen 10 ausgeformt. Die vom Innenrand der Plattenebenen 6, 7 von einem rechteckigen Ausschnitt 13 ausgehenden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel trapezförmigen Stützlaschen 10 erstrecken sich im Eintritts- und im Austrittsbereich 8, 9, in dem die obere und untere Plattenebene 6, 7 voneinander beabstandet sind, bis zur Höhe der beiderseitigen – an den Kreuzungspunkten aneinanderstoßenden – Wellenberge. Die aus den Plattenebenen 6, 7 ausgestanzten und ausgeformten Stützlaschen 10 umfassen zwei mit der jeweiligen Plattenebene verbundene Längsstege 11, die an den freien Enden durch einen parallel zur Plattenebene 6, 7 verlaufenden Quersteg 12 miteinander verbunden sind. An den Querstegen 12 sind die im Ein- und Austrittsbereich 8, 9 gegenüberliegenden Stützlaschen 10 und somit die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 miteinander verbunden, so dass die Wärmeübertragungsplatten 1 auch im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich 8, 9 nicht aufgrund hohen Innendrucks auseinandergedrückt und beschädigt werden können. Die Ausformung der in Umfangsrichtung regelmäßig verteilt angeordneten Stützlaschen 10 unmittelbar am Innenrand der oberen und unteren Plattenebenen 6, 7 benötigt keine Dichtfläche zum Mediendurchtritt, dessen freie Strömungsfläche deshalb größer wird und sorgt für eine hohe Stabilität im Ein- und Austrittsbereich. Diese Anordnung und die durch die beidseitig offenen Stützlaschen 10 gewährleistete uneingeschränkte radiale Durchströmung des Ein- und Austrittsbereichs 8, 9 sorgt zudem dafür, dass die obere und untere Plattenebene 6, 7 im Ein- und Austrittsbereich 8, 9 vollständig für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht und die Effizienz des Plattenwärmeübertragers verbessert wird. Die vorzugsweise trapezförmige Ausbildung der Stützlaschen 10 gewährleistet eine hohe Stabilität im Ein- und Austrittsbereich 8, 9. Die Stützlaschen 10 können aber auch einen im Wesentlichen U-förmigen oder rechteckigen Querschnitt haben. Die Ausbildung der durch einen Stanzschritt und anschließende Ausformung gefertigten Stützlaschen 10 ist mit geringem Aufwand möglich. Aufgrund der offenen Ausbildung der Stützlaschen können die in geschlossenen Durchbrüchen aneinanderstoßende obere und untere Plattenebene problemlos miteinander verbunden werden, da die an ihren offenen Ausschnitten 13 gegenüberliegenden Stützlaschen keinen geschlossenen Hohlraum bilden.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeübertragungsplatten
2: hochgezogener Rand
3: Wellenfeld
4: erster kreisförmiger Durchbruch
5: zweiter kreisförmiger Durchbruch
6: obere Plattenebene
7: untere Plattenebene
8: Eintrittsbereich
9: Austrittsbereich
10: trapezförmige Stützlasche
11: Längssteg
12: Quersteg
13: Ausschnitt

Claims

Plattenwärmeübertrager, der eine Mehrzahl von jeweils um 180° zueinander gedreht übereinander gestapelten und an den Kontaktstellen miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten (1) mit fischgrätmusterartigem Wellenfeld (3) und in den Eckbereichen ausgebildeten ersten und zweiten Durchbrüchen (4, 5) umfasst, die in Längsrichtung gegenüberliegend jeweils in einer oberen Plattenebene (6) in Höhe der Wellenberge und in einer unteren Plattenebene (7) in Höhe der Wellentäler ausgebildet sind, wobei die im Abstand gegenüberliegenden oberen und unteren Plattenebenen (6, 7) jeweils einen Eintrittsbereich (8) und einen Austrittsbereich (9) für ein Wärmeübertragungsmedium bilden, in dem die Wärmeübertragungsplatten (1) über von den Plattenebenen vorspringende Stützelemente verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente als am inneren Umfangsrand der oberen und unteren Plattenebene (6, 7) aufeinanderfolgende, in Strömungsrichtung im Ein- und Austrittsbereich (8, 9) beidseitig offene, im Wesentlichen U-förmige und von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Stützlaschen (10) ausgebildet sind, die jeweils über einem unmittelbar vom Umfangsrand ausgehenden Ausschnitt (13) angeordnet sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlaschen (10) einen trapezförmigen Durchströmungsquerschnitt haben.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dass die Stützlaschen (10) einen rechteckigen Durchströmungsquerschnitt haben.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlaschen (10) jeweils durch zwei von dem Ausschnitt (13) ausgehende, an den freien Enden durch einen Quersteg (12) verbundene Längsstege (11) gebildet sind, wobei die im Ein- und Austrittsbereich (8, 9) einander zugewandten Stützlaschen (10) an den Querstegen miteinander verbunden sind.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlaschen (10) unmittelbar aus der Plattenebene (6, 7) ausgeformt sind.