DE69808766T2

DE69808766T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69808766T2
Application number: DE69808766T
Authority: DE
Inventors: Ralf Blomgren; Anders Knutsson
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: EP0991904A1; WO1998059208A1; JP3916262B2; DE69808766D1; AU7950298A; SE9702420L; SE9702420D0; US6247528B1; CN1261431A; CN1218158C; DK0991904T3; JP2002505734A; EP0991904B1

Description

PLATTENWÄRMETAUSCHER

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauscherfluide, der permanent zusammengefügt ist und mindestens einen Plattenkern aus gewellten Wärmetauscherplatten, zwischen denen Zwischenräume bestehen, mindestens zwei Endplatten sowie Zu- und Ablaufeinrichtungen für die Wärmetauscherfluide sowie die Merkmale im Oberbegriff des Anspruchs aufweist. Ein solcher Wärmetauscher ist aus der WO-A-95/00810 bekannt.

TECHNISCHES GEBIET

Permanent zusammengesetzte Plattenwärmetauscher werden zunehmend eingesetzt. Das Zusammenfügen kann durch Hartlöten geschehen; sie werden aber auch geschweißt und geklebt. Bei Drucküberlastung eines permanent zusammengefügten Wärmetauschers treten Leckagen auf; die Undichtigkeiten liegen im allgemeinen in den Anschluss- und/oder den Umfangsbereichen der Wärmetauscherplatten, wo diese mit den Zu- und Ablaufkanälen verbunden sind. Der Plattenevärmetauscher hat in den Anschlussbereichen der Platten verhältnismäßig große geschützte Flächen ohne Verbindungen zwischen den Wärmetauscherplatten. Auf diesen Flächen lasten Kräfte aus den Rohrlasten und dem Fluiddruck. Die Plattenverbindungen, die den Anschlussbereichen der Platten am nächsten liegen, unterliegen der Gefahr, überlastet und aufgerissen zu werden.

STAND DER TECHNIK

Die US-A-5 462 113 zeigt einen Plattenwärmetauscher für drei Fluide. Dieser Wärmetauscher hat einen Plattenkern mit Wärmetauscherplatten, Endplatten · sowie Zu- und Ablaufeinrichtungen für die Wärmetauscherfluide. Die Befestigung der Endplatte 12 an der zusätzlichen Dichtungsplatte 16 ist großflächig im Vergleich zum Anschlusskanal für das Wärmetauscherfluid R1 und trägt wahrscheinlich zu einem erhöhten Widerstand gegen Drucklasten bei. Der Widerstand kann weiter verbessert werden.
Die WO-A-95/00810 offenbart einen permanent zusammengefügten Plattenwärmetauscher mit einem Kern aus Wärmetauscherplatten zwischen einem Paar Endplatten. Die Wärmetauscherplatten enthalten miteinander ausgerichtete Anschlussöffnungen, die Zu- und Ablaufkanäle für das erste und das zweite Wärmetauscherfluid bilden, wobei die Plattenzwischenräume abwechselnd mit den Kanälen für ein zugeordnetes der Fluide in Strömungsverbindung stehen. Eine Endplatte hat Anschlusslöcher mit größerem Durchmesser als die der Wärmetauscherplatten; an diesen Öffnungen sind Zu- und Ablaufrohrleitungen mit der Endplatte verbunden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, permanent zusammengefügte Plattenwärmetauscher höherer Festigkeit für mindestens zwei Wärmetauscherfluide zu schaffen. Sie stellt einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauscherfluide bereit, der permanent zusammengefügt ist und mindestens einen Plattenkern mit gewellten Wärmetauscherplatten, die zwischen sich Zwischenräume belassen, mindestens zwei Endplatten sowie Zu- und Ablaufeinrichtungen für die Wärmetauscherfluide aufweist, wobei
jede der Wärmetauscherplatten mindestens vier Anschlusslöcher enthält, die so ausgerichtet sind, dass sie für jedes der Fluide einen Zu- und einen Ablaufkanal bilden, die durch den Plattenkern verlaufen,
mindestens eine der Endplatten mindestens ein Anschlussloch enthält, das in Strömungsverbindung mit einem Zu = oder einem Ablaufkanal steht, und die Zu- und die Ablaufkanäle für ein erstes und ein zweites Fluid in Strömungsverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen stehen, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Zu- und der Ablaufeinrichtungen sowohl einen Verbindungsteil, durch den ein Kanal verläuft, als auch einen Übergangsteil mit einer Hüllfläche hat, durch den ein Kanal verläuft, wobei der Kanal im Übergangsteil den Kanal im Verbindungsteil fluiddicht mit einem der Anschlusslöcher in einer der Endplatten verbindet und der Übergangsteil einteilig mit der Endplatte ausgeführt ist und eine Schnittlinie zwischen einer gedachten Verlängerung der Hülliläche in Richtung von deren Generatrix in jedem Berührungspunkt zwischen der Hüllfläche und den Endplatten einerseits sowie andererseits einer Ebene, die Berührungsbereiche im Plattenzwischenraum zwischen den beiden dem Übergangsteil im Plattenkern nächstliegenden Wärmetauscherplatten enthält, eine Vielzahl von Verbindungspunkten zwischen den beiden Wärmetauscherplatten umschreibt, und dass
die Zulaufeinrichtung für das erste Fluid und die Ablaufeinrichtung für das zweite Fluid an eine erste Endplatte und die Zulaufeinrichtung für das zweite Fluid und die Ablaufeinrichtung für das erste Fluid an eine zweite Endplatte angeschlossen sind, wobei der Flächeninhalt jeder. Endplatte weniger als die Hälfte des Flächeninhalts einer der Wärmetauscherplatten im Plattenkern beträgt.
Infolge der - im Vergleich zum Anschlusskanal - großflächigen Befestigung des Übergangsteils an der Endplatte erzielt ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eine verbesserte Druckfestigkeit.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt als Perspektive einen permanent zusammengefügten Plattenwärmetauscher herkömmlicher Art für zwei Wärmetauscherfluide;
Fig. 2 zeigt als Perspektive einen Teil eines erfindungsgemäßen, permanent zusammengefügten Plattenwärmetauschers, wobei jedoch nur eine Zu- oder Ablaufeinrichtung und der dieser nächstliegende Teil des Wärmetauschers dargestellt sind; und
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Zu- oder Ablaufeinrichtung, die Endplatte und vier der Wärmetauscherplatten im. Plattenkern nach Fig. 2.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSARTEN

Der Plattenwärmetauscher in Fig. 1 ist von herkömmlicher Art und weist einen Plattenkern mit Wärmetauscherplatten 1, Endplatten 5 sowie Zulaufeinrichtungen 6 und Ablaufeinrichtungen 6 für zwei Wärmetauscherfluide auf. Die Fig. 2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers. Die Figur zeigt einen Plattenkern mit Wärmetauscherplatten 1, Endplatten 5 sowie einer Zu- oder Ablaufeinrichtung für ein Wärmetauscherfluid, wobei die Zu- oder Ablaufeinrichtung einen Verbindungsteil 7 und einen Übergangsteil 8 hat.
Aus der Fig. 3 ergibt sich ein Schnitt durch den Aufbau; zu Vereinfachung sind nur drei Wärmetauscherplatten 1-3 gezeigt. Der Plattenkern kann natürlich beliebig dick sein, wobei die Anzahl der Wärmetauscherplatten nach dem gewünschten Effekt, dem für die Montage verfügbaren Raum usw. gewählt wird. Erfindungsgemäß ist der Übergangsteil 8 einteilig mit der Endplatte 5 ausgebildet; der Übergangsteil 8 kann jedoch der Endplatte später hinzugefügt werden.
Der Verbindungsteil 7 ist mit einem inneren Kanal versehen und zur Verbindung mit einem Leitungssystem in einer Anlage irgendeiner Art gedacht.
Ebenfalls mit einem inneren Kanal versehen verbindet der Übergangsteil 8 den Kanal im Verbindungsteil fluiddicht mit einem Anschlussloch in einer Endplatte 5. Der Übergangsteil 8 kann einteilig mit dem Verbindungssteil 7 ausgeführt sein.
Eine Schnittlinie zwischen einer gedachten Verlängerung der Hüllfläche des Übergangsteils 8 in der Richtung von dessen Hülliläche in jedem Berührungspunkt zwischen der Hüllfläche und der Endplatte 5 einerseits und andererseits einer Ebene, die im Plattenzwischenraum die Berührungsbereiche zwischen den beiden im Plattenkern dem Übergangsteil 8 nächstliegenden Wärmetauscherplatten 1, 2 enthält, umschreibt eine Vielzahl von Verbindungspukten 10 zwischen den beiden erwähnten Wärmetauscherplatten 1, 2. Zur weiteren Betonung der Bestimmungen: Eine Schnittlinie zwischen einer gedachten Verlängerung der Hüllfläche rechtwinklig zu den Platten 1-5 für den Übergangsteil Seinerseits und der erwähnten Ebene mit Kontaktbereichen im Plattenzwischenraum zwischen den beiden dem Übergangsteil nächstliegenden Wärmetauscherplatten 1, 2 im Plattenkern andererseits kann eine Vielzahl von Berührungspunkten 10 zwischen den erwähnten Wärmetauscherplatten 1, 2 umschreiben. Bezüglich der Hüllfläche benutzt man als Ausgangspunkt eine Kontaktlinie zwischen der erwähnten Hüllfläche und der Endplatte 5.
Abhängig von der Plattengröße kann die erwähnte Schnittlinie 2-200, besser 3 100 und bevorzugt 5-50 Verbindungspunkte 10 umschreiben. Die umschriebenen Verbindungspunkte 10 liegen um den Zu- oder Ablaufkanal herum angeordnet und im wesentlichen gleichmäßig verteilt in einem nicht unterteilten Kreissektor der Plattenfläche mit einem Zentralwinkel von mindestens 90 Grad, besser mehr als 225 Grad und bevorzugt 360 Grad, wobei der Kreissektor auf die Achse des Zu- oder Ablaufkanals zentriert ist. Die erwähnten Verbindungspunkte 10 können Hartlötungen, aber, wie bereits festgestellt, auch Schweißungen oder Klebungen sein.
5> ämtliche Zu- und Ablaufeinrichtungen 6 können an die gleiche Endplatte 5 angesetzt sein. In der vorliegenden Erfindung sind jedoch bspw. die Zulaufeinrichtung 6 für ein erstes Fluid und die Ablaufeinrichtung 6 für ein zweites Fluid an eine erste Endplatte 5 und die Zulaufeinrichtung 6 für das erwähnte zweite Fluid und die Ablaufeinrichtung 6 für das erwähnte erste Fluid an eine zweite Endplatte 5 angesetzt.
Die vorliegenden Endplatten 5 haben jeweils einen Flächeninhalt, der kleiner ist als der halbe Flächeninhalt einer der Wärmetauscherplatten 1-4 im Plattenkern, wobei die Fläche ohne Berücksichtigung der Flächenvergrößerung · infolge der Wellungen gemeint ist. Zwei oder mehr derartige Endplatten können am gleichen Ende des Plattenkerns angeordnet sein, aber an verschiedenen Enden und/oder Ecken der nächstliegenden Wärmetauscherplatte. Die Endplatten 5 können fluiddicht mit dem Plattenkern verbunden und an den äußeren Kerngrenzen mit zur Hauptebene der Platten abgewinkelten Kantenbereichen 9 zur Kontaktierung von und Befestigung an ähnlichen Kantenbereichen der nächstliegenden Wärmetauscherplatte 1-4 im Plattenkern versehen sein.
Der Verbindungsteil 7 kann zylindrisch mit einer größeren Wanddicke als der zugehörige Übergangsteil 8 sein. Der Übergangsteil 8 kann als hohler Kegelstumpf oder Zylinder mit Durchgang, also als Hohlzylinder ausgebildet sein. Der Übergangsteil 8 braucht jedoch nicht rotationssymmetrisch zu sein. Der Ubergangsteil 8, die Endplatte 5 und folglich auch der flanschartige Kantenbereich 9 haben - insbesondere in einer Ecke des Plattenwärmetauschers - mit Vorteil im wesentlichen die gleiche Dicke.
Die Abmessungen der Rohre und Verbindungsstücke sind genormt. Das Vorliegen des Übergangsteils 8 ermöglicht das Beibehalten der bisher hauptsächlich benutzten Abmessungen und Orte der Verbindungsteile 7 und erlaubt gleichzeitig ein radial auswärts gerichtetes Versetzen des Kontaktbereichs für das Ansetzen von Zu- und/oder Ablaufeinrichtungen 6 an die Endplatte 5, d. h. "vorbei" an einer Anzahl von Verbindungspunkten 10 bezüglich der außen liegenden Anschlusskanäle. So nimmt die Belastung dieser frei liegenden Verbindungspunkte 10 zwischen Platten ab und werden die so genannten Reißkräfte neutralisiert. Gegenüber dem Stand der Technik kann für die gleichen Anforderungen an die Druckfestigkeit die Dicke des Materials der Endplatte 5 verringert werden. Dadurch verringert sich auch die Anfälligkeit des Aufbaus für Temperaturwechsel und Ermüdungserscheinungen.
Durch Aufteilender Zu- und der Ablaufeinrichtungen 6 zu einem Verbindungs- und einem Übergangsteil 7 bzw. 8 erreicht man auch den Vorteil, dass die Verbindungsteile 7 sich anbringen lassen, nachdem der Plattenwärmetauscher mit installiertem Übergangsteil 8 den Lötofen durchlaufen hat. So spart man Ofenraum, so dass der Ofen sich jedesmal effizienter, weil mit mehr Wärme tauscherkernen, beschicken lässt; es kann mit Induktionslötung gearbeitet werden und der Werkstoff der Verbindungsteile 7 ist danach frei wählbar.
Werden stattdessen der/die Verbindungsteil(e) 7, der/die Ubergangsteil(e) 8 und die Endplatte 5 einteilig durch Pressen eines flachen Blechs hergestellt, sind besonders niedrige Fertigungskosten erzielbar.
Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt; vielmehr lässt sie sich im Rahmen der folgenden Patentansprüche variieren.

Claims

1. Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauscherfluide, der permanent zusammengefügt ist und mindestens einen Plattenkern mit gewellten Wärmetauscherplatten (1-4), die zwischen sich Zwischenräume erzeugen, mindestens zwei Endplatten (5) sowie Zu- und Ablaufeinrichtungen (6) für die Wärmetauscherfluide aufweist, wobei

jede der Wärmetauscherplatten (1-4) mindestens vier Anschlusslöcher hat, die so ausgerichtet sind, dass sie für jedes der Fluide einen Zu- und einen Ablaufkanal bilden, die durch den Plattenkern verlaufen,

mindestens eine der Endplatten (5) mindestens ein Anschlussloch hat, das in Strömungsverbindung mit einem Zu- oder einem Ablaufkanal steht, und die Zu- und die Ablaufkanäle für ein erstes und ein zweites Fluid in Strömungsverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen stehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine der Zu- und der Ablaufeinrichtungen (6) sowohl einen Verbindungsteil (7), durch den ein Kanal verläuft, als auch einen Übergangsteil (8) mit einer Hüllfläche hat, durch den ein Kanal verläuft, wobei der Kanal im Übergangsteil (8) den Kanal im Verbindungsteil (7) fluiddicht mit einem der Anschlusslöcher in einer der Endplatten (5) verbindet, und der Übergangsteil (8) einteilig mit der Endplatte (5) ausgeführt ist und eine Schnittlinie zwischen einer gedachten Verlängerung der Hüllfläche in Richtung von deren Generatrix in jedem Berührungspunkt zwischen der Hüllfläche und den Endplatten einerseits sowie andererseits einer Ebene, die Berührungsbereiche im Plattenzwischenraum zwischen den beiden dem Übergangsteil (8) im Plattenkern nächstliegenden Wärmetauscherplatten (1, 2) enthält, eine Vielzahl von Verbindungspunkten (10) zwischen den beiden Wärmetauscherplatten (1, 2) umschreibt, und dass

die Zulaufeinrichtung (6) für das erste Fluid und die Ablaufeinrichtung (6) für das zweite Fluid an eine erste Endplatte (5) und die Zulaufeinrichtung (6) für das zweite Fluid und die Ablaufeinrichtung (6) für das erste Fluid an eine zweite Endplatte (5) angeschlossen sind, wobei der Flächeninhalt jeder Endplatte (5) weniger als die Hälfte des Flächeninhalts einer der Wärmetauscherplatten (1-4) im Plattenkern beträgt.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Schnittlinie 2-200, besser 3-100 und bevorzugt 5-50 Verbindungspunkte (10) umschreibt.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schnittlinie Verbindungspunkte (10) umschreibt, die im wesentlichen gleichmäßig verteilt und in einem nicht unterteilten Kreissektor der Plattenbereiche um den jeweiligen Zu- oder Ablaufkanal herum enthalten sind, wobei der nicht unterteilte Kreissektor einen Zentralwinkel von mindestens 90 Grad, besser mehr als 225 Grad und bevorzugt 360 Grad aufspannt und auf die Achse des Zu- oder Ablaufkanals zentriert ist.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Verbindungspunkte (10) hart gelötete Verbindungen sind.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Übergangsteil (8) einteilig mit dem Verbindungsteil (7) ausgeführt ist.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem beide Endplatten (5) am gleichen Ende des Plattenkerns, aber an unterschiedlichen Enden der nächstliegenden Wärmetauscherplatte (1) angeordnet sind.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Endplatten (5) fluiddicht mit dem Plattenkern verbunden sind und an ihren Außenkanten Bereiche (9) haben, die aus der Hauptebene der Platten (1-5) abgewinkelt sind zum Kontaktieren von und permanenten Befestigen an ähnli chen Kantenbereichen auf der nächstliegenden Wärmetauscherplatte (1) im Plattenkern.

8. . Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungsteil (7) zylindrisch ist und eine größere Wanddicke hat als der Übergangsteil (8).

9. Plattenwärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem de Übergangsteil (8) die Form eines hohlen Kegelstumpfs hat.

10. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Übergangsteil (8) die Form eines Hohlzylinders hat.