DE2639788C3 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches.

Ein solcher Plattenwärmetauscher ist aus der GB-PS 46 311 bekannt

Plattenwärmetauscher sind seit langem bekannt. Es ist auch seit langem üblich, solche Plattenwärmetauscher so zu betreiben, daß die zwischen den Platten gebildeten Strömungsräume bezüglich eines oder beider so Fluids in wenigstens zwei Gruppen unterteilt sind, die von den Fluids nacheinander durchströmt werden. Der Übergang zwischen den beiden Gruppen wird an einer Stelle erreicht, in der die normale Fluidströmung dadurch unterbrochen wird, daß an dieser Stelle der Ausnehmungsbereich einer oder mehrerer Wärmetauscherplatten geschlossen bleibt. Bei einer solchen Betriebsweise treten beiderseits des verschlossenen Ausnehmungsbereiches erhebliche Druckunterschiede auf, durch den die Platten belastet sind. Die betroffenen, w> dem Druckunterschied ausgesetzten Plattenbereiche werden infolge der Druckdifferenz erheblich verformt. Die Verformung ist dabei um so größer, je dünner das verwendete Plattenmaterial, je höher der Arbeitsdruck der Wärmetauschfluide und je größer die Flächenaus- »■ dehnung der Platten ist.

Um diesen Problemen entgegenzutreten ist es seit längerem bekannt, die verschlossen gebliebenen Ausnehmungsbereiche der im Obergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen zugeordneten Platten mit Hilfe von Versteifungsplatten auszusteifen, die auf die Wärmetauschplatten aufgespannt oder aufgeschweißt sind (vergl. GB-PS

12 07 016). Diese Aussteifungen haben zwar im gewissen Umfange Hilfe gebracht, haben sich jedoch für eine Lösung der bestehenden Probleme doch nicht als ausreichend erwiesen. Es wurde daher vorgesehen, den Ringflächenbereich zwischen dem Rand der Aussteifungsplatte und der dem Ausnehmungsbereich zugewandten Begrenzungswand einer den ausgesteiften Bereich umgebenden Dichtungsnut nach einem vorbeptiminten unregelmäßigen Muster zu gestalten, um membranartige Verformungen dieser Ringbereiche zu vermeiden (vergl GB-PS 13 46 312). Hierbei ist die einzige Versteifungsplatte zwischen zwei Wärmetauscherplatten im Bereich des Oberganges zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen eingeschlossen und somit gegenüber dem betreffenden Fluid abgeschirmt oder isoliert Solche die Ringzonen versteifenden Verformungen oder Umrißgestaltungen sind jedoch nicht bei allen Materialien, die zur Herstellung von Wärmetauscherplatten Verwendung finden, in ökonomisch vernünftiger Weise herzustellen.

Man hat daher «-ersucht, die nicht ausreichende Versteifung durch nur eine Versteifungsplatte an der Übergangsstelle dadurch zu verbessern, daß man dem Übergang zwei Wärmetauscherplatten mit geschlossenen Ausnehmungsbereichen sowie drei Versteifungsplatten zugeordnet hat, von denen eine zwischen den beiden geschlossenen Ausnehmungsbereichen eingeschlossen und durch eine Dichtung gegenüber dem durch die betreffenden beiden Wärmetauscherplatten begrenzten und von einem Fluid durchströmten Strömungsraum abgedichtet ist (vergl. GB-PS

13 46 311). Die beiden äußeren Versteifungsplatten sind dabei jedoch direkt der Einwirkung des einen Wärmetauscherfluids ausgesetzt Dies bedeutet daß für die Versteifungsplatten ebenfalls Materialien verwendet werden müssen, die gegenüber den Wärmetauscherfluids neutral sind und dem Einfluß beider Wärmetauscherfluids ohne Schaden auch über längere Zeit ausgesetzt sein können. Dadurcn wird diese Lösung ebenfalls sehr teuer und bleibt auf bestimmte Materialien und Einsätze beschränkt.

Die aufgezeigten Probleme werden um so gravierender, je größer die Fiächenausdehnung der Wärmetauscherplatten wird, da mit zunehmender Größe der Wärmetauscherplatten auch die Ausnehmungsbereiche an Flächenausdehnung zunehmen. Dies führt bei den bekannten Lösungen zu sehr hohen Aufwendungen. Hinzu kommt daß die dem Übergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen zugeordneten Wärmetauscherplatten und Versteifungsplatten nur in relativ geringer Stückzahl benötigt werden im Vergleich zu den üblichen Wärmetauscherplatten, die einen gemeinsamen Stapel bilden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Probleme auf besonders einfache und insgesamt auch billigere Weise zuverlässig überwunden werden können und wobei insbesondere auch bei großflächigen Wärmetauscherplatten eine sichere Aussteifung erhalten wird, ohne daß man bei den Aussteifungsplatten an besondere Materialien gebunden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches gelöst.

Durch die Zuordnung von vier Platten mit jeweils geschlossenen und ausgesteiften Ausnehmungsbereichen zu dem Obergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen erhält man eine überraschend gute Druckabstützung gegenüber den an der Trennstelle auftretenden Druckunterschieden, und zwar auch bei großflächigen Ausnehmungsbereichen. Zugleich wird auf diese Weise erreicht, daß alle Versteifungsplatten dem Zugriff bzw. dem Kontakt mit den beiden Wärmetauscherfluiden zuverlässig entzogen sind. Die Materialsauswahl für die Versteifungsplatten kann also ausschließlich nach den Gesichtspunkten ausreichender Versteifung und nach Kostengesichtspunkten ausgewählt werden. Eine Neutralität gegenüber den Wärmetauscherfluiden ist nicht erforderlich. Es ist aber auch nicht erforderlich, daß die Versteifungsplatten aus einem Material bestehen, das durch die Wärmetauscherfluide nicht angegriffen werden kann. Die Versteifungsplatten haben somit eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer. Membranartige Verformungen in den Ringzonen können auch bei von Verformungen freien verschlossenen Ausnehmungsbereichen und kreisförmigem Umriß der Versteifungsplatten nicht auftreten.

Zwar muß bei der neuen Lösung in Kauf genommen werden, daß im Bereich des Obergangs zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen wenigstens ein Strömungsraum weder für das eine noch für das andere Fluid benutzt werden kann. Da jedoch die Wärmetauscherplatten wegen der großen benötigten Zahl zum Herstellen von Plattenwärmetauscherstapeln mehr oder weniger Massenartikel sind, kann die Unbenutzbarkeit wenigstens eines Strömungsraumes ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sich insgesamt der Aufwand und die Kosten wesentlich niedriger stellen als bei den herkömmlichen Lösungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in auseinandergezogener Darstellung, mehrere Wärmetauscherplatten eines Stapels, und zwar die Platten, die nahe dem Obergang zwischen aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen angeordnet sind.

F i g. 2 in wesentlich vereinfachter Darstellung und im senkrechten Schnitt einen Plattenwärmetauscher.

F i g. 3 in größerer Darstellung und in ähnlicher Darstellung wie in F i g. 2 die Übergangsstelle.

Die Strömungswege der beiden Wärmetauscherfluids A und S sind durch entsprechende Pfeile in den Figuren dargestellt in den Figuren ist insbesondere jeweils die Übergangsstelle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen herausgegriffen. In Fig.2 ist angenommen, daß jede Strömungsraumgruppe durch je zwei Strömungsräume für jedes Wärmetauscherfluid gebildet sind. In der Praxis gehören zu jeder Strömungsraumgruppe eine wesentlich größere Anzahl von Strömungsräumen. In den Figuren ist mit 17 jeweils die letzte Wärmetauscherplatte der in den Zeichnungen linken Strömungsraumgruppe, mit 23 die erste Wärmetauscherplatte der rechten Strömungsraumgruppe wiedergegeben. Die beiden Platten 17 und 23 weisen in ihren vier Eckenbereichen jeweils in Fluchtung liegende Ausnehmungen auf, von denen zwei mit dem vor der Platte und zwei mit dem hinter der Platte liegenden Strömungsraum in Strör.Kjngsverbindung stehen. Die nicht mit einem Strömungsraum in Verbindung stehenden Ausnehmungen sind durch entsprechende Dichtungen gegenüber dem Strömungsraum abgedichtet

Die Platte 18, die der Platte 17 von links nach rechts in den Figuren folgt, weist einen Ausnehmungsbereich 4 auf, der verschlossen ist Dieser verschlossene Ausnehmungsbereich 4 bildet somit das Ende des Zuströmkanals für das Wärmetauscherfluid A in der ersten Strömungsraumgruppe. In ähnlicher Weise besitzt die Platte 22 einen verschlossenen Ausnehmungsbereich 12,

iü der seinerseits das Ende des Zuführungskanals für das zweite Wärmetauscherfluid β in der zweiten Strömungsraumgruppe bildet, wobei hinzuweisen ist daß die beiden Wärmetauscherfluide in dem gezeigten Beispiel den Wärmetauscherplattenstapel gegenläufig durchströmen.

Die Platte 19 weist an ihrem oberen Ende zwei verschlossene Ausnehmungsbereiche 5 und 9 auf. Das durch den unteren offenen Ausnehmungsbereich eintretende zweite Wärmetauscherfluid β strömt jedoch durch den Strömungsraum zwischen «Jen Platten 18 und 19 und gelangt auf diese Weise in die linke Strömungsraumgruppe.

Wie die Platte 19 weisen auch die Platten 20 und 21 jeweils am oberen Ende verschlossene Ausnehmungsbereiche 6 und 10 auf, während die Ausnehmungsbereiche am unteren Ende dieser Platten offen sind, so daß das Wärmetauscherfluid A aus der linken Strömungsraumgruppe nach Durchströmung des Strömungsraumes zwischen den Platten 17 und 18 durch die in Fluchtung liegenden Ausnehmungen am unteren Ende der Platten 18, 19, 20 und 21 den Übergang passieren und in den Strömungsraum zwischen den Platten 21 und 22 eintreten und nach oben strömen kann. Entsprechend gelangt das Wärmetauscherfluid B nach Durchströmen des Strömungsraumes zwischen den Platten 22 und 23 durch die in Fluchtung liegenden unteren Ausnehmungen unter Passieren des Überganges durch die Platten 22, 21, 20 und 19 in den Strömungsraum zwischen den Platten 18 und 19.

Bei den Platten 20 und 21 sind jeweils alle vier Ausnehmungsbereiche durch Dichtungen von den zugehörigen Strömungsräumen getrennt. Die beiden Strömungsräume auf der Vorderseite und der Rückseite der Wärmetauscherplatte 20 bleiben somit von beiden

4~> Wärmetauscherfluiden A und dungenutzt.

In den Bereichen zwischen den Platten 18 und 19,19 und 20, 20 und 21 sowie 21 und 22 sind zwischen den jeweils verschlossenen Ausnehmungsbereichen Versteifungsplatten 1, 2, 3 bzw. 13, 14 und 15 eingelegt. In

>« üblicher Weise kennen diese Versteifungsplatten jeweils an einem der zugehörigen verschlosseneti

Ausnehmungsbereiche befestigt, z. B. festgeschweißt

sein.

Wie Fig.3 zeigt, können die Umfangr.ränder der

^r>3 Versteifungsplatten in der dargestellten Weise abgeschrägt sein, was die Befestigung der Scheiben erleichtert Die die Scheiben umgebenden ringförmigen Zonen der verschlissenen Ausnehmungsbereiche sind zwar besonders gegen Verformungen gefährdet, durch

<' die paketartige Zusammenfassung von drei hintereinanderliegenden Versteifungsplatten wird jedoch jede Gefahr einer Verformung zuverlässig gebannt Aus den Figuren ist außerdem ersichtlich, daß sämtliche Versteifungsplatten 1 bis 3 und 13 bis 15 von den beiden Wärmetauscherfluiden isoliert sind. Abgesehen von den verschlossen gebliebenen Ausnehmungen sind die dem Übergang zugeordneten Platten 18 bis 22 Standardplatten, die im gleichen Wege und den gleichen Werkzeu-

gen gepreßt werden können, wie die den Strömungsraumgruppen zugeordneten Wärmetauscherplatten 17 und 23.

Die Anordnung eignet sich auch für den Fall, daß nur das eine Wärmetauscherfluid in dem dargestellten Strömungsmuster geleitet wird, während das andere Wärmetauscherfluid nach einem anderen Muster geführt ist, z. B. zwei getrennte Wärmetauscher^ für die beiden Strömungsraumgruppen. Daraus wi ersichtlich, daß für die Umleitung wenigstens eines d beiden Wärmetauscherfluide in der dargestellten Wei vier Wärmetauscherplatten mit verschlossenen ui versteiften Ausnehmungsbereichen für den Übergai erforderlich sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem in einem Gestell angeordneten Siapel von unter Zwischenschaltung von Dichtungen abdichtend s zusammengespannten Platten, die jeweils zwischen den einander zugewandten Flächen Strömungsräume begrenzen und jeweils in Fluchtung liegende Ausnehmungen als Zu- und Abfluß für die Wärmetauschfluids aufweisen, deren Verbindung ι ο mit ausgewählten Strömungsräumen durch die Ausnehmungen umgebende Dichtungen unterbunden ist, bei dem die Strömungsräume zu wenigstens zwei, von dem gleichen Fluid nacheinander durchströmbaren Gruppen zusammengefaßt sind und an jedem Obergang zwischen den Gruppen wenigstens ein Ausnehmungsbereich, unter gleichzeitiger Aussteifung mittels Versteifungsplatten, verschlossen ist, von denen einer in einem gegen die Wärmetauscherfluide abgelichteten Bereich liest, dadurch gekennzeichnet, daß dem übergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen ein Satz von vier Platten (18—21) mit jeweils geschlossenen und durch Aussteifungsplatten (1—3) ausgesteiften Ausnehmungsbereichen (4—6) zugeordnet ist, wobei die Strömungsräume zwischen jeweils der ersten bzw. der letzten Platte dieses Satzes und den diesen zugewandten, jeweils dem Plattensatz zunächst liegenden Wärmetauscherplatten bezüglich des durch die beiden Gruppen fließenden Wärmetauscherfluids hintereinander geschaltet sind, während wenigstens ein Strömungsraum, der von zivei der vier Platten des Plattensatzes (18—21) begrenzt ist, gegenüber den Wärmetauschfluids abgedichtet ist, und daß alle Versteifungsplatten in gegenüber den beiden Wärmetauschfluiden abgedichteten Bereichen angeordnet sind.