DE69520441T2

DE69520441T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69520441T2
Application number: DE69520441T
Authority: DE
Inventors: Mats Nilsson
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: CN1158656A; SE503391C2; EP0782688A1; US5778975A; WO1996009513A1; CN1083566C; BR9508845A; DE69520441D1; SE9403200L; EP0782688B1; SE9403200D0; JPH10513251A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Fluiden, wobei der Tauscher eine Mehrzahl von dauerhaft miteinander verbundenen Modulen umfaßt, wobei jedes Modul zwei äußere Wärmeübertragungsplatten mit einer Vielzahl von dazwischen befindlichen prinzipiell rechtwinkligen inneren Wärmeübertragungsplatten umfaßt, und wobei die Eckabschnitte jeder der inneren und äußeren Wärmeübertragungsplatten eine Öffnung für die jeweiligen Fluide aufweisen, so daß Strömungswege durch den Wärmetauscher entstehen, wobei die Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten für mindestens eines des Fluide kleiner sind als die Öffnungen in den inneren Wärmeübertragungsplatten und wobei die Module um die Öffnungen in den jeweiligen äußeren Wärmeübertragungsplatten herum miteinander verbunden sind.
Es ist bisher nicht möglich gewesen, das Fluidum in mehreren Durchgängen durch einen dauerhaft verbundenen aus Modulen bestehenden Wärmeplattentauscher strömen zu lassen. Eine Strömung in mehreren Durchgängen kann dadurch erreicht werden, daß einige Abschnitte der Wärmeübertragungsplatten voneinander abgegrenzt werden, wobei das Fluidum zuerst durch einen Abschnitt strömt und dann nacheinander durch die verbleibenden Abschnitte. Die Definition eines Durchgangs umfaßt einen Strömungsweg von einem der Strömungsdurchlässe durch mehrere parallele Plattenzwischenräume zum anderen Strömungsdurchlaß. In mehreren Durchgängen strömt das Fluidum daher hin und zurück durch die Strömungsdurchlässe.
Es ist bei einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher, der mit Dichtungen versehen ist, jedoch bekannt, eines der Fluide in mehreren Durchgängen durch den Plattenwärmetauscher strömen zu lassen. Die GB-1 522 369 zeigt z. B. einen solchen Plattenwärmetauscher, in dem zwei Durchgänge vorgesehen sind, indem eine oder mehrere Wärmeübertragungsplatten nicht perforiert sind, d. h. der Abschnitt einer Wärmeübertragungsplatte, der normalerweise weggeschnitten ist, um eine Einlaßöffnung zu bilden, ist beibehalten worden. Der Plattenwärmetauscher, der von herkömmlicher Art ist, umfaßt Dichtungen zwischen jedem Paar von Wärmeübertragungsplatten und kann daher auseinandergenommen werden. Die Wärmeübertragungsplatten können wahlweise durch nicht perforierte Platten ersetzt werden.
Solche Vieldurchgangs- ("multi pass") Plattenwärmetauscher, bei denen die Durchgänge gebildet werden, indem mindestens ein Abschnitt einer oder mehrerer Wärmeübertragungsplatten unperforiert belassen wird, um den Strömungsweg des Fluidums zu begrenzen, sind auch bekannt aus der DE-A 2209 395, der EP-A 0 514 248 und der SE-A 116 000.
Diese bekannten Vieldurchgangs-Plattenwärmetauscher haben jedoch das Problem, daß sie nicht zur Verwendung in modularen Vieldurchgangssystemen geeignet sind, in denen die Module dauerhaft um die Öffnungen in den jeweiligen äußeren Wärmeübertragungsplatten herum miteinander verbunden sind, da die unperforierten Abschnitte in einigen der Wärmeübertragungsplatten einen Zugang z. B. zum Schweißen zu einigen - wenn nicht zu allen - der Verbindungen zwischen den Modulen verhindern.
Ein Einzeldurchgangs-Plattenwärmetauscher ist in der EP-A 0 766 00 78 - ein Dokument im Rahmen von Art. 54 Abs. 3 EPÜ - offenbart und umfaßt eine Mehrzahl von dauerhaft miteinander verbundenen Modulen, wobei jedes Modul zwei äußere Wärmeübertragungsplatten mit einer Mehrzahl von dazwischen angeordneten prinzipiell rechtwinkligen inneren Wärmeübertragungsplatten umfaßt, wobei die Eckabschnitte jeder der inneren und äußeren Wärmeübertragungsplatten eine Öffnung für die jeweiligen Fluide aufweisen, so daß Strömungsdurchlässe durch den Wärmetauscher gebildet werden, wobei die Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten für mindestens eines der Fluide kleiner sind als die Öffnungen in den inneren Wärmeübertragungsplatten und wobei die Module miteinander um die Öffnungen in den jeweiligen Wärmeübertragungsplatten herum verbunden sind.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen darin, es zu ermöglichen, daß die Module in einem Plattenwärmetauscher der obengenannten Art sicher und effektiv miteinander verbunden werden können, wobei gleichzeitig ein Plattenwärmetauscher bereitgestellt werden soll, der für eine Strömung in mehreren Durchgängen angepaßt ist.
Diese Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die einen Plattenwärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten vorsieht, wobei der Tauscher eine Mehrzahl von dauerhaft miteinander verbundenen Modulen umfaßt, wobei jedes Modul zwei äußere Wärmeübertragungsplatten mit einer Vielzahl von dazwischen befindlichen prinzipiell rechtwinkligen inneren Wärmeübertragungsplatten umfaßt, und wobei die Eckabschnitte jeder der inneren und äußeren Wärmeübertragungsplatten eine Öffnung für die jeweiligen Flüssigkeiten aufweisen, so daß Strömungsdurchlässe durch den Wärmetauscher entstehen, wobei die Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten für mindestens eines der Fluide kleiner sind als die Öffnungen in den inneren Wärmeübertragungsplatten und wobei die Module miteinander um die Öffnungen in den jeweiligen äußeren Wärmeübertragungsplatten herum miteinander verbunden sind, wobei eine Scheibe in mindestens einem Strömungsdurchlaß des Tauschers gegen die Öffnung in einer der beiden miteinander verbundenen äußeren Wärmeübertragungsplatten benachbarte Module gesichert ist, so daß diese Öffnung im wesentlichen geschlossen wird, wobei das Fluidum in diesem mindestens einem Strömungsweg so gerichtet wird, daß es durch den Wärmetauscher in mehr als einem Durchgang strömt.
Zur Anordnung der Scheibe sollte eine imaginäre gerade Linie vom Rand der Scheibe durch ihren Mittelpunkt eine Länge haben, die kürzer ist als der Durchmesser der Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten in mindestens einer Richtung. Das kann dadurch erzielt werden, daß die Scheibe im wesentlichen kreisförmig ist und einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten und daß die Scheibe eine Vertiefung hat, in die eine äußere Wärmeübertragungsplatte teilweise eingesetzt werden kann, und daß der Abstand vom Boden der Vertiefung zum Rand der Scheibe in allen Richtungen kürzer ist als der Durchmesser der Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten.
Damit eine Luftansammmlung nicht verhindert, daß das Fluidum die Plattenzwischenräume erreicht, die der Durchgangsscheibe am nächsten sind, kann sie in einem oberen Strömungsdurchlaß auf solche Weise ausgerichtet werden, daß die Vertiefung nach oben gedreht wird, wodurch ein oberer Schlitz zur Belüftung des Strömungsdurchlasses gebildet wird.
Außerdem sollte das Fluidum bei der Drainage nicht im Wärmeplattentauscher verbleiben, daher kann die Durchgangsscheibe in einem unteren Strömungsdurchlaß so ausgerichtet werden, daß die Vertiefung nach unten zeigt, wodurch ein unterer Schlitz zur Drainage des Strömungsdurchlasses gebildet wird.
Alternativ kann die Scheibe, die im folgenden als Durchgangsscheibe bezeichnet wird, womit eine Scheibe gemeint ist, die einen Durchgang von einem anderen trennt, im wesentlichen oval sein, wobei der kürzere Durchmesser kürzer ist als der Durchmesser der Öffnungen in den äußeren Wärmeübertragungsplatten. Diese Art von Durchgangsscheibe deckt die Öffnungen nicht vollständig ab und manchmal werden viel zu große Schlitze gebildet, durch die das Fluidum hinter die Durchgangsscheibe leckt. Das kann dadurch gelöst werden, daß einige Durchgangsscheiben miteinander ausgerichtet und in Bezug aufeinander gedreht werden.
Die durch die Erfindung vorgeschlagene Durchgangsscheibe wird mit mindestens einer oder zwei äußeren miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten durch Schweißen, Löten, Kleben, Nieten oder auf ähnliche Weise verbunden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun beispielartig einige ihrer Ausführungsformen beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Plattenwärmetauschers mit mehreren Durchgängen nach der Erfindung;
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil eines Plattenwärmetauschers nach Fig. 1 mit einer Endplatte und zwei benachbarten Modulen;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht einer Durchgangsscheibe, wie sie im Plattenwärmetauscher nach Fig. 1 enthalten ist; und
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt der Durchgangsscheibe, die in Richtung der äußeren Wärmeübertragungsplatten von zwei miteinander verbunden Modulen anstößt.
Fig. 1 zeigt einen Plattenwärmetauscher 1 zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluiden, umfassend mehrere dauerhaft miteinander verbundene Module 2, von denen jedes zwei äußere Wärmeübertragungsplatten 3 und zwischen diesen mehrere prinzipiell rechtwinklige Wärmeübertragungsplatten 4 hat. Die Module 2 sind in einem Rahmen 5 herkömmlicher Art angeordnet, der eine Vorderendplatte 6 und eine Hinterendplatte 7 und mehrere Befestigungsbolzen 8 umfaßt. Die Endplatten 6 und 7 haben Verbindungen 9, die mit einem Strömungsdurchlaß für ein erstes Fluidum in Verbindung stehen. Die Verbindungen mit dem Strömungsdurchlaß für das andere Fluidum sind nicht gezeigt.
Die Wärmeübertragungsplatten 3 und 4 sind durch Pressen mit einem Muster in Form von Graten und Rillen versehen und die Grate der ersten und zweiten Wärmeübertragungsplatten stoßen aneinander an. Die Wärmeübertragungsplatten sind durch Schweißen oder auf eine andere Art dauerhaft miteinander verbunden, z. B. durch Kleben, Löten oder eine Kombination daraus. Die Wärmeübertragungsplatten begrenzen in jedem anderen Plattenzwischenraum einen Strömungsraum für ein erstes Fluidum und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für das zweite Fluidum.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil der Vorderendplatte 6 (ohne die Verbindung) und durch zwei benachbarte Module 2. Die äußeren und inneren Wärmeübertragungsplatten 3 und 4 sind länglich und hauptsächlich rechtwinklig, obwohl andere Formen wie abgerundete auch denkbar sind, und sind aus dünnen Metallplatten hergestellt, die durch Pressen mit einem herkömmlichen Rillenmuster versehen sind.
Die äußeren und inneren Wärmeübertragungsplatten 3 und 4 haben Durchgangsöffnungen 10, die in den Eckabschnitten der Wärmeübertragungsplatten angeordnet sind. Die Öffnungen 10 sind im allgemeinen kreisförmig, andere Formen wie dreieckige oder rechtwinklige sind jedoch auch denkbar, die Form der Öffnungen begrenzt also nicht die Erfindung.
Die äußeren Wärmeübertragungsplatten 3 haben kleinere Öffnungen 10 als die inneren Wärmeübertragungsplatten 4. Dadurch erstreckt sich die Kante 11 der Öffnungen der äußeren Wärmeübertragungsplatten 3 weiter in die Strömungsdurchlässe als die Kante 12 der inneren Wärmeübertragungsplatten 4.
Da sich die Kante 11 der Module 2 der äußeren Wärmeübertragungsplatten 3 in die Kante 12 der verbleibenden Wärmeübertragungsplatten 4 erstreckt, ist es einfach, ein Schweißwerkzeug in den Strömungsdurchgang in einer richtigen Position einzusetzen - sowohl im Hinblick auf axiale als auch auf radiale Positionen - damit die Module 2 miteinander verschweißt werden können.
Nach der vorliegenden Erfindung strömt mindestens eines der Fluide durch den Plattenwärmetauscher 1 in mehreren Durchgängen und mindestens eine Durchgangsscheibe 13 wird in mindestens einen Strömungsdurchgang eingeführt. Die Durchgangsscheibe 13 ist zwischen zwei äußeren Wärmeübertragungsplatten 3 angeordnet, die miteinander verbunden sind, wodurch die Öffnung 10 im wesentlichen abgedichtet wird.
Fig. 3 und 4 zeigen eine runde Durchgangsscheibe 13, die mit einer Vertiefung 14 versehen ist und einen abgerundeten Boden 15 hat.
Die Durchgangsscheibe 13 muß größer sein als die Kante 11 der Öffnung, um die Öffnung 10 im wesentlichen abzudichten. Das führt zu Problemen beim Einbau der Durchgangsscheibe 13, da die Module 2 zuerst miteinander verbunden werden müssen. Danach sollte die Durchgangsscheibe 13 durch eine Öffnung 10 in die andere Wärmeübertragungsplatte 3 eingesetzt werden und durch das Modul 2 zur anderen äußeren Wärmeübertragungsplatte 3. Das kann erreicht werden, wenn eine imaginäre gerade Linie vom Rand der Durchgangsscheibe durch ihren Mittelpunkt wenigstens in einer Richtung eine Länge hat, die kürzer ist als der Durchmesser der Öffnungen 10 in den äußeren Wärmeübertragungsplatten 3. Durch diese Anordnungen kann die Durchgangsscheibe 13 koaxial hinter die erste äußere Wärmeübertragungsplatte 3 geführt werden, natürlich unter der Annahme, daß die Durchgangsscheibe 13 kleiner ist als die Öffnung in den unteren Wärmeübertragungsplatten und daß das Modul 2 so groß ist, daß die Durchgangsscheibe 13 genügend Raum im Strömungsdurchlaß hat, um in einem bestimmten Grad geneigt werden zu können.
Dadurch, daß die Durchgangsscheibe 13 im wesentlichen kreisförmig ist, einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Öffnungen 10 in den äußeren Wärmeübertragungsplatten 3, und eine Vertiefung 14 aufweist, in der die Kante 11 einer äußeren Wärmeübertragungsplatte 3 teilweise eingesetzt werden kann, kann die Durchgangsscheibe 13, wenn der Abstand vom Boden der Vertiefung 14 zum Rand der Durchgangsscheibe in allen Richtungen kleiner ist als der Durchmesser der Öffnungen 10 in den äußeren Wärmeübertragungsplatten 3, hinter die Kante 11 in den äußeren Wärmeübertragungsplatten 3 gebracht werden. Die Größe der Vertiefung 14 ist so gewählt, daß die Durchgangsscheibe 13 senkrecht zum Modul 2 liegen kann, wodurch die Kante 11 der äußeren Wärmeübertragungsplatte 3 in die Vertiefung 14 eingesetzt werden kann. Die Durchgangsscheibe 13 wird danach in den Strömungsdurchlaß und hinter die gegenüberliegende Kante 11 der äußeren Wärmeübertragungsplatte 3 gedreht. Die Breite der Vertiefung 14 erlaubt eine solche Drehung und der Boden 15 ist vorzugsweise abgerundet.
Befindet sich die Durchgangsscheibe 13 in einem oberen Strömungsdurchlaß, ist sie geeigneterweise so ausgerichtet, daß die Vertiefung 14 nach oben zeigt, wodurch ein oberer Schlitz zur Belüftung des Strömungsdurchlasses gebildet wird. Dadurch wird verhindert, daß im Strömungsdurchlaß befindliche Luft sich in der Nähe der Durchgangsscheibe 13 ansammelt. Auf dieselbe Weise wird die Durchgangsscheibe 13 in einem unteren Strömungsdurchlaß so ausgerichtet, daß die Vertiefung 14 nach unten zeigt, wodurch ein unterer Schlitz zur Drainage des Strömungsdurchlasses gebildet wird.
Alternativ kann die Durchgangsscheibe 13 im wesentlichen oval sein, wobei der kürzere Durchmesser kürzer ist als die Durchmesser der Öffnungen 10 in den äußeren Wärmeübertragungsplatten 3. Um die Öffnung 10 im wesentlichen abzudichten, können mehrere Durchgangsscheiben 13 miteinander angeordnet und in Bezug aufeinander gedreht werden. Dadurch können mögliche Schlitze auf jeder Seite einer ovalen Durchgangsscheibe 13 durch die nächste Durchgangsscheibe 13 abgedeckt werden, die z. B. durch Pressen geeignet geformt sind, um gegen die äußere Wärmeübertragungsplatte 3 abzudichten. Die Durchgangsscheibe 13 in einem oberen Strömungsdurchlaß ist geeigneterweise so ausgerichtet, daß ein oberer Schlitz zur Belüftung des Strömungsdurchganges gebildet wird, und entsprechend sind die Scheiben des Durchgangs 13 in einem unteren Strömungsdurchlaß so ausgerichtet, daß ein unterer Schlitz zur Drainage des Strömungsdurchlasses gebildet wird.
Die oben beschriebenen Durchgangsscheiben 13 sind mit mindestens einer der beiden äußeren miteinander verbundenen Wärmeübertragungsplatten 3 oder miteinander durch Schweißen, Löten, Kleben, Nieten oder ähnliche bekannte Methoden verbunden.
Natürlich können die Durchgangsscheiben auch mit einem separaten Loch zur Belüftung oder Drainage versehen sein. Die Durchgangsscheiben 13 können aus einer dickeren Platte gebildet werden als die Wärmeübertragungsplatten 3 und können auch mit einer Verstärkung in Form von gepressten Rillen oder ähnlichem versehen sein. Die Durchgangsscheiben 13 können auch aus zwei oder mehreren Teilen gebildet sein, die nach dem Einführen in den Strömungsdurchlaß miteinander verschweißt werden.

Claims

1. Plattenwärmetauscher (1) zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten, wobei der Tauscher eine Mehrzahl von dauerhaft miteinander verbundenen Modulen (2) umfaßt, wobei jedes Modul zwei äußere Wärmeübertragungsplatten (3) mit einer Mehrzahl von dazwischen befindlichen prinzipiell rechtwinkligen inneren Wärmeübertragungsplatten umfaßt, und wobei die Eckabschnitte jeder der inneren (4) und äußeren (3) Wärmeübertragungsplatten eine Öffnung (10) für die jeweiligen Fluide aufweisen, so daß Strömungsdurchlässe durch den Wärmetauscher (1) entstehen, wobei die Öffnungen (10) in den äußeren Wärmeübertragungsplatten für mindestens eins des Fluide kleiner sind als die Öffnungen in den inneren Wärmeübertragungsplatten (4) und wobei die Module (2) miteinander um die Öffnungen in den jeweiligen äußeren Wärmeübertragungsplatten herum miteinander verbunden sind, wobei eine Scheibe (13) in mindestens einem Strömungsdurchlaß des Tauschers (1) gegen die Öffnung (10) in einer der beiden miteinander verbundenen äußeren Wärmeübertragungsplatten (3) benachbarter Module gesichert ist, so daß diese Öffnung im wesentlichen geschlossen wird, wobei das Fluidum in diesem mindestens einen Strömungsdurchlaß so gerichtet wird, daß es durch den Wärmetauscher (1) in mehr als einem Durchgang strömt.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine imaginäre gerade Linie vom Rand der Scheibe (13) durch ihren Mittelpunkt in mindestens einer Richtung eine Länge hat, die kürzer ist als der Durchmesser der kleineren Öffnungen (10) in den äußeren Wärmeübertragungsplatten (3).

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Scheibe (13) im wesentlichen kreisförmig ist, einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der kleineren Öffnungen (10) der äußeren Wärmeübertragungsplatten (3), und eine Vertiefung (14) aufweist, in die eine äußere Wärmeübertragungsplatte (3) im wesentlichen einsetzbar ist, wobei der Abstand vom Boden (15) der Vertiefung (14) zum Rand der Scheibe (13) in allen Richtungen kürzer ist als der Durchmesser der kleineren Öffnungen (10) in den äußeren Wärmeübertragungsplatten (3).

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die Scheibe (13), wenn sie in einem oberen Strömungsdurchlaß angeordnet ist, in einer solchen Weise orientiert ist, daß die Vertiefung (14) nach oben gedreht ist, wodurch ein oberer Schlitz zur Belüftung des Strömungsdurchlasses gebildet wird.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, wobei die Scheibe (13), wenn sie in einem unteren Strömungsdurchlaß angeordnet ist, in einer solchen Weise orientiert ist, daß die Vertiefung (14) nach unten dreht wird, wodurch ein unterer Schlitz zur Drainage des Strömungdurchlasses gebildet wird.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Scheibe (13) im wesentlichen oval ist, wobei die kleine Achse kürzer ist als der Durchmesser in den äußeren Wärmeübertragungsplatten.

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von Scheiben (13) nebeneinander angeordnet sind und in Bezug aufeinander gedreht werden.

8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die Scheiben, wenn sie in einem oberen Strömungsdurchlaß angeordnet sind, so orientiert sind, daß ein oberer Schlitz zur Belüftung des Strömungsdurchlasses gebildet wird.

9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 7, wobei die Scheiben, wenn sie in einem unteren Strömungsdurchlaß angeordnet sind, so orientiert sind, daß ein unterer Schlitz zur Drainage des Strömungsdurchlasses gebildet wird.

10. Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Scheibe (13) mit mindestens einer der beiden miteinander verbundenen äußeren Wärmeübertragungsplatten (3) benachbarter Module durch Schweißen, Löten, Kleben, Nieten oder auf ähnliche Weise verbunden ist.