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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, der aus mehreren Wärmetauschermodulen zusammengesetzt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers.
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Hartgelötete Plattenwärmetauscher aus Aluminium haben sich in zahlreichen Anlagen zur Wärmeübertragung bei verschiedensten Drücken und Temperaturen etabliert. So finden Sie beispielsweise Anwendung bei der Zerlegung von Luft, der Verflüssigung von Erdgas oder in Anlagen zur Herstellung von Ethylen.
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Ein derartiger Plattenwärmetauscher wird z. B. in „The standards of the brazed aluminium platefin heat exchanger manufactures association" ALPEMA report (2000) beschrieben. Eine daraus entnommene Abbildung wird in der 1 als Stand der Technik dargestellt und im Folgenden beschrieben.
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Mit dem in 1 dargestellten Plattenwärmetauscher 1 lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen fünf verschiedenen Prozessströmen A, B, C, D und E realisieren. Er ist blockförmig gestaltet und mit verschiedensten Mitteln 6 zur Zu- und Abführung der einzelnen Prozessmedien versehen. Diese Mittel 6 werden auch als Stutzen bezeichnet. Der Wärmetauscher weist ebenfalls mehrere Mittel 7 zum Verteilen und Sammeln der einzelnen Prozessströme A, B, C, D und E auf, welche auch als Header bezeichnet werden.
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Im Wesentlichen umfasst der Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl stapelförmig angeordneter Passagen 3, die durch Trennbleche 4 voneinander getrennt sind. In den einzelnen Passagen 3 können die verschiedenen Medien strömen. Der Wärmeaustausch erfolgt indirekt über den Wärmekontakt, der durch die Deckbleche 5 und durch die in den Passagen angeordnete wellenförmige Struktur (auch als Fins bezeichnet) realisiert wird. Über die Stutzen 6 werden die einzelnen Medien A, B, C, D und E in die Header 7 geführt und so auf die jeweils vorgesehenen, stapelförmig angeordneten Passagen 3 verteilt. Im Eingangsbereich der Passagen sind sogenannte Verteilerfins 2 angeordnet, die für eine gleichmäßige Verteilung des Mediums innerhalb der einzelnen Passagen 3 sorgen. Die Medien strömen somit quer zur Wellenrichtung der Fins 3 durch die Passagen 3. Die Fins 3 sind mit den Trennblechen 4 verbunden, wodurch ein intensiver Wärmeleitkontakt hergestellt wird. Dies ermöglicht einen Wärmeaustausch zwischen zwei verschiedenen Medien, die in benachbarten Passagen 3 strömen. In Strömungsrichtung gesehen am Ende der Passage befinden sich ähnliche Verteilerfins 2, die die Medien aus den Passagen in die Header 7 führen, wo sie gesammelt und über den Stutzen 6 abgezogen werden. Die einzelnen Passagen 3 sind durch sogenannte Sidebars 8 nach außen abgeschlossen. Die äußere Begrenzung des gesamten Wärmetauscherblockes wird durch Deckbleche 5 realisiert.
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Derartige Plattenwärmetauscher sind hervorragend zum Wärmeaustausch zwischen mindestens zwei Medien geeignet. Durch geeignete Konstruktion können jedoch, wie in 1 dargestellt, auch mehr als zwei Medien am Wärmeaustausch teilnehmen. Dies erlaubt eine sehr effiziente Prozessführung und effektive Wärme- bzw. Kälteausnutzung.
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Moderne Plattenwärmetauscher werden beispielsweise aus Aluminium hartgelötet. Die einzelnen Passagen mit den Fins, Verteilerfins, Deckblechen und Sidebars werden aufeinander gestapelt, mit Lot versehen und in einem Ofen hartgelötet. Auf den dadurch entstandenen Block werden dann Header und Stutzen aufgeschweißt.
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Bei diesem Herstellungsverfahren wird durch die Größe und Geometrie des Lötofens auch die maximale Größe eines darin aufzunehmenden Plattenwärmetauscherblockes vorgegeben. Oft erfordern jedoch die Prozesserfordernisse eine größere Wärmeaustauschfläche und somit größere Wärmetauscherblöcke. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, umfassen einige Plattenwärmetauscher mindestens zwei Module. Unter einem Modul ist dabei ein Wärmetauscherblock zu verstehen, der in einem Lötofen wie zuvor beschrieben hergestellt wird. Mehrere derartige Module werden nach dem Stand der Technik miteinander verbunden und mit gemeinsamen Headern zur Verteilung und Sammlung der am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien ausgestattet. Die Verbindung zwischen zwei verschiedenen Modulen eines Plattenwärmetauschers erfolgt dabei über Sidebars.
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Der in 1 dargestellte herkömmliche Plattenwärmetauscher umfasst lediglich ein Modul. Um einen Plattenwärmetauscher mit mehreren Modulen herzustellen, wird ein erstes Wärmetauschermodul 10 bzw. ein erster Wärmetauscherblock wie er in 1 dargestellt ist, d. h. zunächst ohne Header und Stutzen, mit einem zweiten derartigen Wärmetauschermodul 20 bzw. Wärmetauscherblock verschweißt, so wie in 2 angedeutet. Auf dem Deckblech 100 werden entlang der Kanten 110 des Deckbleches 100 Sidebars 8 aufgeschweißt. Das zweite Wärmetauschermodul 20, das mit dem ersten Wärmetauschermodul 10 verbunden werden soll, wird derart angeordnet, dass die beiden unmittelbar benachbarten Seiten der beiden Module 10, 20 im Wesentlichen planparallel zueinander verlaufen. Die Fläche, die durch ein Deckblech 100 gebildet wird, das einem weiteren Modul 10, 20 unmittelbar benachbart ist, wird auch als Kontaktfläche bezeichnet. Zur Verbindung der Module 10, 20 wird das Deckblech 100 mit den Sidebars 8 auf dem Deckblech 100 des unmittelbar benachbarten Moduls 10, 20 verschweißt. Die Sidebars 8 bilden daher quasi einen Rahmen auf dem Deckblech 100. Dieser Rahmen wird mit dem Deckblech 100 des benachbarten Moduls 10, 20 verschweißt und derart eine Verbindung zwischen zwei Modulen 10, 20 hergestellt. Die beiden verbundenen Module 10, 20 bilden dadurch einen Wärmetauscherblock, welcher größer ist als die eigentliche Geometrie des Lötofens erlaubt. Auf diese Weise können beliebig viele Module 10, 20 miteinander zu einem beliebig großen Wärmetauscherblock bzw. Plattenwärmetauscher verbunden werden. Dabei weisen zwei benachbarte Module 10, 20 mindestens einen gemeinsamen Header 7 auf.
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Zwischen zwei Modulen
10,
20 eines derartigen Plattenwärmetauschers
1 bildet sich somit zwischen den Deckblechen
100 ein nicht-durchströmter und nicht am Wärmeaustausch teilnehmender sowie nicht drucktragender luftgefüllter Raum aus. Entsprechend ist der thermische Kontakt zwischen zwei Modulen
10,
20 deutlich schlechter als der thermische Kontakt innerhalb eines Moduls. Dies führt zu thermisch induzierten Spannungen in Plattenwärmetauschern
1 mit mindestens zwei Modulen
10,
20 in verschiedenen Anwendungen. Ein solcher Raum zwischen Modulen ist ebenso der
EP 2 645 038 A1 entnehmbar. Hier sind die Module mittels Formteilen miteinander verbunden und zueinander beabstandet.
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Aufgrund dieser thermisch induzierten Spannungen und den damit einhergehenden Gefahren der Festigkeitsminderung, werden Verbindungsschweißnähte zur Verbindung der einzelnen Module oftmals nicht mehr vollständig um den jeweiligen Block herumgeführt, sondern unterbrochen. Dabei kann es jedoch an den Schweißnahtenden zu Spannungsspitzen kommen, die über den zulässigen Spannungen liegen. Nicht auszuschließende Wanddickensprünge sowie Spalte in der Schweißnahtwurzel können außerdem zu Gestaltkerben führen, die sich ebenfalls spannungserhöhend auswirken, ebenso wie Gefügekerben, die sich durch die Verbindung unterschiedlicher Materialien des Moduls sowie des Schweißzusatzwerkstoffes ergeben. Das bedeutet, dass an den Schweißnahtenden ein erhöhtes Risiko der Rissbildung besteht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher, der mehrere Module umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Plattenwärmetauschers zur Verfügung zu stellen, die eine lange Lebensdauer des Plattenwärmetauschers mit effizienter und kostengünstiger Herstellung verbinden.
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Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 sowie durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers sind in den Unteransprüchen 2–8 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers sind in den Unteransprüchen 10 und 11 angegeben.
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Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher umfasst wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Wärmetauschermodul sowie mindestens eine Verbindungseinheit, wobei die Verbindungseinheit ein erstes Winkelelement am ersten Wärmetauschermodul und ein zweites Winkelelement am zweiten Wärmetauschermodul umfasst und die beiden Winkelelemente form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, sodass einem jeden der damit verbundenen Wärmetauschermodule zumindest der translatorische Freiheitsgrad in der Koordinatenrichtung genommen ist, in der das jeweils andere Wärmetauschermodul angeordnet ist. Das heißt, dass sich ein jedes Wärmetauschermodul in Richtung der Reihenanordnung weder vom anderen Wärmetauschermodul weg bewegen kann, noch auf das andere Wärmetauschermodul zu bewegen kann. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Winkelelemente am jeweiligen Wärmetauschermodul mittels Lochschweißung oder Lochlötung befestigt sind.
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Durch die Verbindungseinrichtung zwischen den Wärmetauschermodulen ist es möglich, eine feste mechanische Verbindung zwischen den Modulen herzustellen, sodass zwischen den Modulen wirkende Kräfte oder Momente nicht mehr alleine über die Schweißnaht an den Außenflächen der Module übertragen werden müssen. Der Anteil der Belastungskräfte bzw. -momente, der durch die Verbindungseinrichtung übertragen wird, verringern den Anteil an Belastungen, der von der Modulschweißnaht zu ertragen ist. Dadurch lassen sich Spannungsspitzen an den Modulschweißnahtenden und somit die Gefahr der Rissbildung verringern.
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Durch die Lochlötung bzw. Lochschweißung wird die Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen einem jeweiligen Winkelelement und dem dazugehörigen Wärmetauschermodul im Wesentlichen in der Mitte des Winkelelementes ermöglicht, und somit auch in der Nähe der Einleitung von vom gegenüberliegenden Winkelelement aufgebrachten Schubkräften und/oder Biegemomenten. Weiterhin wird beim Lochschweißen bzw. Lochlöten relativ wenig Wärme in das Winkelelement eingebracht, sodass weniger wärmebedingter Verzug zu befürchten ist. Zudem wird Wärme nur punktuell eingebracht. Aufgrund der im Wesentlichen mittigen Anordnung der Lochschweißungs- bzw. Lochlötungspunkte im Winkelelement und der optimalen Verteilbarkeit der Lochschweißungs- bzw. Lochlötungspositionen am Winkelelement, ist auch nur ein geringer belastungsbedingter Verzug des Winkelelementes zu verzeichnen, da das zur Schweißung bzw. Lötung genutzte Loch im Wesentlichen im Bereich der größten biegebelastungsbedingten Verformung die mechanische Verbindung herstellt.
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Daraus folgt, dass die in einer jeweiligen Verbindungseinheit zu kombinierenden Winkelelemente mit sehr geringen Toleranzen hergestellt und positioniert werden können, wodurch eine optimale Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen den Modulen über die Verbindungseinheit realisierbar ist. Dies wiederum bedeutet, dass der Kraft- bzw. Momentanteil, der von der Verbindungseinrichtung übertragbar ist, wesentlich größer sein kann als der Kraft- bzw. Momentanteil, der von der Modul-Verbindungsschweißnaht aufgenommen werden muss. Dadurch lässt sich die Gefahr der Rissbildung an der Modulschweißnaht eklatant verringern.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers weist dieser mehrere Verbindungseinheiten zwischen dem ersten Wärmetauschermodul und dem zweiten Wärmetauschermodul auf, wobei die Winkelelemente der Verbindungseinheiten jeweils einen Winkelschenkel aufweisen, der in einem Abstand zur Oberfläche des Wärmetauschermoduls, an dem das jeweilige Winkelelement angeordnet ist, verläuft, und die Winkelschenkel der Winkelelemente an einem Wärmetauschermodul in einer Richtung ausgerichtet sind. Ein derartiger Winkelschenkel kann zum Beispiel ein Schenkel eines typischen L-Profils, in dessen Form das Winkelelement ausgebildet sein kann, sein.
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Vorzugsweise verläuft ein derartiger Winkelschenkel parallel zur Oberfläche des Wärmetauschermoduls, an welchem das jeweilige Winkelelement angeordnet ist. Die Winkelschenkel der an einem Wärmetauschermodul angeordneten Verbindungseinheiten weisen alle in eine Laufrichtung einer Koordinatenachse. In alternativer Ausgestaltung zeigen die Winkelschenkel der Verbindungselemente an einem Wärmetauschermodul in entgegengesetzte Laufrichtungen einer Koordinatenachse, wobei sie einander zu- oder abgewandt sein können. In einer Anordnung, in der die Winkelschenkel zueinander weisen, wird eine T-Nut oder – bei winkligem Verlauf der Winkelschenkel – ein Schwalbenschwanzprofil ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf die Anordnung von L-förmigen Winkelelementen eingeschränkt, sondern die Winkelelemente können alternativ auch mit U-förmigem Querschnitt realisiert sein, so wie in der
EP 2 645 038 A1 widergegeben.
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Bei der bevorzugten Ausrichtung der Winkelschenkel in einer Richtung lässt sich der Winkelschenkel des zweiten Winkelelementes zwischen das erste Wärmetauschermodul und den Winkelschenkel des ersten Winkelelementes in der Richtung der Längserstreckung der vorzugsweise schienenartig ausgestalteten Winkelelemente und somit senkrecht zur Erstreckung der Winkelschenkel am Winkelelement einschieben, und/oder gleichzeitig parallel zur Richtung der Erstreckung der Winkelschenkel einschieben.
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Wie erwähnt, ist eine mögliche Anordnung der Winkelschenkel der Winkelelemente derart ausgeführt, dass die Winkelschenkel der Winkelelemente im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des jeweiligen Wärmetauschermoduls verlaufen, an dem das Winkelelement angeordnet ist. Vorzugsweise verlaufen die Winkelschenkel genau parallel zu der Oberfläche des Wärmetauschermoduls.
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Zur Sicherstellung der Kraftübertragung zwischen den Winkelschenkeln einer Verbindungseinheit ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Abstand eines Winkelschenkels des ersten Winkelelementes zur Oberfläche des ersten Wärmetauschermoduls, an dem das erste Winkelelement angeordnet ist, so groß ist wie die Dicke eines Winkelschenkels des zweiten Winkelelementes derselben Verbindungseinheit, und dass der Winkelschenkel des zweiten Winkelelementes zwischen den Winkelschenkel des ersten Winkelelementes und das erste Wärmetauschermodul geschoben ist. Der Abstand eines Winkelschenkels des zweiten Winkelelementes zur Oberfläche des zweiten Wärmetauschermoduls, an dem das zweite Winkelelement angeordnet ist, ist so groß ist wie die Dicke eines Winkelschenkels des ersten Winkelelementes derselben Verbindungseinheit, wobei der Winkelschenkel des ersten Winkelelementes zwischen den Winkelschenkel des zweiten Winkelelementes und das zweite Wärmetauschermodul geschoben ist. Derart ergänzen die Zwischenräume zwischen den Winkelschenkeln und den jeweiligen Oberflächen der Wärmetauschermodule sowie die Schenkel der dazugehörigen gegenüberliegenden Winkelelemente einander formmäßig komplementär. Insbesondere dadurch wird ermöglicht, dass eine Druckkraft von einem Modul auf das benachbarte Modul über die Verbindungseinheit spielfrei übertragen werden kann.
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Vorteilhafterweise sind dabei die Winkelschenkel sowie die Abstände eines jeweiligen Winkelschenkels zur Oberfläche des Wärmetauschermoduls, an dem das jeweilige Winkelelement angeordnet ist, flach ausgeführt, so dass der Zwischenraum bzw. Spalt zwischen den Wärmetauschermodulen gering dimensioniert ist. Vorzugsweise sollte die Dicke eines Winkelschenkels maximal die Hälfte, besonders bevorzugt maximal ein Drittel der Winkelschenkellänge betragen.
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Abweichend vom parallelen Verlauf der Winkelschenkel zur Oberfläche der Wärmetauschermodule können die Winkelschenkel der Winkelelemente, die zusammen eine Verbindungseinheit ausbilden, jeweils in einem Winkel von 10–45° zur Oberfläche des Wärmetauschermoduls, an dem das jeweilige Winkelelement angeordnet ist, verlaufen, wobei sie zueinander im Wesentlichen und vorzugsweise genau parallel verlaufen. Auch in dieser Ausführungsform werden die Winkelschenkel in den Zwischenräumen der gegenüberliegenden Winkelelemente, mit denen sie jeweils eine Verbindungseinheit ausbilden, angeordnet.
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In günstiger Ausführungsform weist der Winkelschenkel wenigstens eines Winkelelementes einer Verbindungseinheit an seinem Schenkelende an der Seite, die dem mit dem Winkelelement mittels Lochschweißung oder Lochlötung verbundenen Wärmetauschermodul zugewandt ist, eine konvexe Rundung auf. Diese konvexe Rundung macht sich insbesondere dann vorteilhaft bemerkbar, wenn die einer Verbindungseinheit zugehörigen Winkelelemente nicht nur ineinander geschoben werden, sondern in einer kombinatorischen Bewegung aus Rotation und Translation ineinander bewegt werden. Der Radius der konvexen Rundung sollte vorzugsweise das 0,3...0,8-fache der Dicke des Winkelschenkels, an dem die konvexe Rundung angeordnet ist, betragen.
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In weiterer vorteilhafter Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Winkelelement einer Verbindungseinheit einen Winkelsteg aufweist, welcher mittels Lochschweißung oder Lochlötung mit einem Wärmetauschermodul verbunden ist, wobei an den Winkelsteg der jeweilige Winkelschenkel angeschlossen ist und der von Winkelschenkel und Winkelsteg eingeschlossene Bereich eine konkave Rundung zwischen Winkelschenkel und Winkelsteg aufweist. Mit dieser konkaven Rundung lässt sich im Bereich des Winkelfußes bzw. Winkelsteges eine komplementäre Form zur Abrundung des Winkelschenkels des eingreifenden Winkelelementes erzielen, und somit ebenfalls eine sichere Kraft- bzw. Momentübertragung gewährleisten. Auch hier sollte der Radius der konkaven Rundung das 0,3...0,8-fache der Dicke des Winkelschenkels dieses Winkelelementes, welches die konkave Rundung aufweist, betragen.
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Um Wärmeverluste zu vermeiden sowie um die insgesamte Stabilität bzw. Festigkeit des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers zu erhöhen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wärmetauschermodule zumindest partiell mittels eines Deckbleches äußerlich verkleidet sind, wobei Deckbleche benachbarter Wärmetauschermodule miteinander verschweißt oder verlötet sind.
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Es wird somit ein Plattenwärmetauscher zur Verfügung gestellt, der in einfacher und zuverlässiger Weise eine sichere Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen einzelnen Wärmetauschermodulen ermöglicht, ohne dass dabei eine Schweißnaht an der Außenhaut der miteinander verbundenen Module überlastet wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers zur Verfügung gestellt, bei dem an die Wärmetauschermodule des Plattenwärmetauschers die Winkelelemente der Verbindungseinheit am jeweiligen Wärmetauschermodul mittels Lochschweißung oder Lochlötung befestigt werden, und die Wärmetauschermodule mittels form- und/oder kraftschlüssiger Verbindung der beiden Winkelelemente der Verbindungseinheit verbunden werden.
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Dabei können nach Befestigung der Winkelelemente der Verbindungseinheit am jeweiligen Wärmetauschermodul die beiden Wärmetauschermodule zueinander derart positioniert werden, dass die Winkelschenkel der Winkelelemente der Verbindungseinheit parallel zueinander verlaufen, und die Wärmetauschermodule dann translatorisch relativ zueinander verschoben werden, sodass sich der Winkelschenkel des ersten Winkelelementes in den Zwischenraum zwischen dem Winkelschenkel des zweiten Winkelelementes und dem zweiten Wärmetauschermodul bewegt.
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In alternativer Ausführung des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass nach Befestigung der Winkelelemente der Verbindungseinheit am jeweiligen Wärmetauschermodul die beiden Wärmetauschermodule derart zueinander positioniert werden, dass die Winkelschenkel der Winkelelemente der Verbindungseinheit winklig zueinander verlaufen, wobei der Winkel bis zu 25° groß sein kann, vorzugsweise jedoch kleiner gewählt sein sollte. Die Wärmetauschermodule werden dann translatorisch und rotatorisch relativ zueinander bewegt, sodass sich der Winkelschenkel des ersten Winkelelementes in den Zwischenraum zwischen dem Winkelschenkel des zweiten Winkelelementes und dem zweiten Wärmetauschermodul bewegt. Eine solche Bewegung ist insbesondere dann ausführbar, wenn wenigstens ein Winkelschenkel eines Winkelelementes der Verbindungseinheit die konvexe Rundung aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigt
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1 einen herkömmlichen Plattenwärmetauscher gemäß des Standes der Technik,
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2 zwei zu einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher zusammengefügten Wärmetauschermodule,
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3 ein erstes Winkelelement,
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4 den Ausschnitt A des in 3 dargestellten Winkelelementes,
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5 ein angedeutetes erstes Wärmetauschermodul mit daran angeordneten Winkelelementen,
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6 ein angedeutetes erstes Wärmetauschermodul mit daran angeordneten ersten Winkelelementen in einer alternativen Ausführungsform,
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7 einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher ohne Schweißnaht,
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8 einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher mit Schweißnaht.
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Auf die 1 und 2 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik Bezug genommen.
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In 3 ist in perspektivischer Ansicht ein erstes Winkelelement 41 dargestellt. Dieses erste Winkelelement 41 weist im Wesentlichen die Form eines L-Profiles auf. Es umfasst einen Winkelsteg 50, von dem sich hier beispielhaft ein Winkelschenkel 60 senkrecht erstreckt. Im Bereich des Winkelsteges sind mehrere Löcher 61 eingearbeitet, die zur Ausführung der erfindungsgemäßen Lochschweißung oder Lochlötung dienen. Es ist ersichtlich, dass sich die Löcher 61 relativ dicht an den Bereich der Kerbe bzw. des Winkels zwischen Winkelsteg 50 und Winkelschenkel 60 erstrecken, sodass eine in den Löchern 61 vorgenommene Schweißung bzw. Lötung und die dadurch hergestellte mechanische Verbindung ebenfalls relativ dicht an der den Winkelsteg 50 begrenzenden Kante ausführbar ist.
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In 4 ist in vergrößerter Darstellung der Ausschnitt A aus 3 dargestellt. Deutlich erkennbar ist hier eine konvexe Rundung 81 am Schenkelende 80 des Winkelschenkels 60. Weiterhin ersichtlich ist eine konkave Rundung 91 im vom Winkelsteg 50 und Winkelschenkel 60 eingeschlossenen Bereich 90.
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Der Radius r der konvexen Rundung 81 beträgt vorzugweise das 0,3...0,8-fache der Dicke des Winkelschenkels 60. Der Radius R der konkaven Rundung 91 beträgt vorzugsweise das 0,3...0,8-fache der Dicke des Winkelschenkels 60.
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Insbesondere bei relativ flach ausgeführten Winkelelementen ermöglicht die konvexe Rundung 81 eine kombinatorische Bewegung aus Rotation und Translation der Winkelelemente ineinander, ohne dass es dabei zu einer Verkantung der Winkelelemente kommt. Dadurch lässt sich die Montage wesentlich erleichtern bzw. in kürzerer Zeit und/oder mit kostengünstigeren Hilfsmitteln realisieren.
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In den 5 und 6 ist jeweils ein erstes Wärmetauschermodul 10 dargestellt, an dessen Moduloberfläche 30, welche durch ein Deckblech 100 ausgeführt ist, jeweils zwei erste Winkelelemente 41 angeordnet sind. Es ist ersichtlich, dass die Winkelelemente 41 in den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen jeweils in unterschiedliche Richtungen zeigen, wobei jedoch je Ausführungsform die Winkelschenkel 60 der ersten Winkelelemente 41 stets in dieselbe Richtung zeigen. Es ist erkennbar, dass zwischen den Winkelschenkeln 60 und der Moduloberfläche 30 jeweils ein Abstand 70 besteht, sodass zwischen Winkelschenkel 60 und Moduloberfläche 30 jeweils ein Zwischenraum 71 ausgebildet ist.
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In 7 ist ein erfindungsgemäßer Plattenwärmetauscher 1 in vereinfachter Darstellung ersichtlich, der ein erstes Wärmetauschermodul 10 und ein zweites Wärmetauschermodul 20 umfasst, wobei die beiden Wärmetauschermodule 10, 20 mittels hier beispielhaft dargestellter zwei Verbindungseinheiten 40 mechanisch miteinander verbunden sind. Die Verbindungseinheiten 40 umfassen jeweils ein erstes Winkelelement 41 und ein zweites Winkelelement 42. Die beiden Wärmetauschermodule 10, 20 sind dabei derart zueinander positioniert, dass die Winkelschenkel 60 der jeweiligen Winkelelemente einer Verbindungseinheit 40 in den Zwischenraum zwischen dem jeweils anderen Winkelelement und dem jeweils anderen Wärmetauschermodul eingreifen. Durch das Eingreifen in diesen Hinterschnitt lassen sich Zugkräfte zwischen den Wärmertauschermodulen 10, 20 optimal übertragen. Aufgrund einer bevorzugten Passgenauigkeit eines jeweiligen Winkelschenkels in dem Zwischenraum zwischen dem jeweiligen anderen Winkelschenkel und der jeweiligen Moduloberfläche 30 lassen sich Druckkräfte und/oder Biegemomente optimal zwischen den Wärmetauschermodulen 10, 20 übertragen.
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In
8 ist ein erfindungsgemäßer Plattenwärmetauscher
1 ersichtlich, bei dem die beiden Wärmetauschermodule
10,
20 mittels Schweißnähten
200, die zwischen Kanten
110 ihrer jeweiligen Deckbleche
100 ausgeführt sind, verbunden sind. Dabei wird im Sinne der Erfindung unter einem Deckblech jegliches Verkleidungsblech verstanden, welches zumindest einen Abschnitt der Außenwandung des jeweiligen Moduls
10,
20 definiert. Das heißt, dass ein mittels Schweißnaht
200 verbundenes Deckblech zumindest teilweise eine dem jeweiligen anderen Wärmetauschermodul zugewandte Moduloberfläche ausbildet, oder auch eine dazu senkrecht verlaufende, mit einer entsprechenden Oberfläche des benachbarten Wärmetauschermoduls fluchtende Oberfläche, ausbildet.
| 1 | Plattenwärmetauscher |
| 2 | Verteilerfin |
| 3 | Passage |
| 4 | Trennblech |
| 5 | Deckblech |
| 6 | Mittel zur Zu- und Abführung |
| 7 | Header |
| 8 | Sidebar |
| A, B, C, D, E | Prozessstrom |
| 10 | erstes Wärmetauschermodul |
| 20 | zweites Wärmetauschermodul |
| 30 | Moduloberfläche |
| 40 | Verbindungseinheit |
| 41 | erstes Winkelelement |
| 42 | zweites Winkelelement |
| 50 | Winkelsteg |
| 60 | Winkelschenkel |
| 61 | Loch |
| 70 | Abstand |
| 71 | Zwischenraum |
| 80 | Schenkelende |
| 81 | konvexe Rundung |
| r | Radius der konvexen Rundung |
| 90 | eingeschlossener Bereich |
| 91 | konkave Rundung |
| R | Radius der konkaven Rundung |
| 100 | Deckblech |
| 110 | Deckblechkante |
| 200 | Schweißnaht |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2645038 A1 [0010, 0020]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „The standards of the brazed aluminium platefin heat exchanger manufactures association” ALPEMA report (2000) [0003]
