DE69906931T2

DE69906931T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69906931T2
Application number: DE69906931T
Authority: DE
Inventors: Lennart Edsoe; Ingvar Lindholm
Original assignee: Alfa Laval Corporate AB
Current assignee: Alfa Laval Corporate AB
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2019-01-16
Also published as: AU2304399A; EP1047912B1; KR20010052143A; SE511270C2; SE9800099D0; KR100560031B1; DE69906931D1; WO1999036740A1; CN1262811C; CN1288512A; SE9800099L; EP1047912A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschfluide, wobei der Wärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von inneren Wärmetauschplatten umfaßt sowie mindestens zwei äußere Wärmetauschplatten und mindestens zwei Endplatten, wobei die Wärmetauschplatten zwischen einander Plattenzwischenräume erzeugen und wobei jede der äußeren Wärmetauschplatten zwischen den inneren Wärmetauschplatten auf der einen Seite und einer der Endplatten auf der anderen Seite angeordnet ist.

Stand der Technik

Die WO 88/09473 zeigt einen dauerhaft verbundenen Plattenwärmetauscher. Jede Wärmetauschplatte im Kern der Platten weist vier Durchgangsabschnitte auf. Um ein reibungsloses Zusammensetzen der Kernplatten zu ermöglichen, befinden sich zwei dieser vier Durchgangsabschnitte vornehmlich in einer Ebene und zwei vornehmlich in einer anderen. Dadurch entsteht ein Problem an den Enden des Kernes von Platten, wenn es um das Verbindung davon mit ebenen Endplatten geht. Es entsteht ein Abstand zwischen einer äußeren Wärmetauschplatte und einer Endplatte um zwei der Durchgangsabschnitte herum. Der Abstand wird überbrückt mittels eines Abstandsringes 20, der sich im Verbindungsbereich 12a bzw. 12b der Wärmetauschplatte 2 befindet. Der Abstandsring 20 dient auch zum Abdichten zwischen der Wärmetauschplatte 2 und der Endplatte 4a. Eine derartige Lösung für das Abdichtungsproblem ist teuer.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigeren Plattenwärmetauscher mit in anderer Hinsicht vergleichbaren Leistungsdaten im Vergleich zur beschriebenen Konstruktion bereitzustellen. Die Erfindung umfaßt daher einen Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschfluide, wobei der Wärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von inneren Wärmetauschplatten umfaßt sowie mindestens zwei äußere Wärmetauschplatten und mindestens zwei Endplatten, wobei die Wärmetauschplatten zwischen einander Plattenzwischenräume erzeugen und wobei jede der äußeren Wärmetauschplatten zwischen den inneren Wärmetauschplatten auf der einen Seite und einer der Endplatten auf der anderen Seite angeordnet ist.
Jede der Wärmetauschplatten ist mit einer oder mehreren Rippen versehen, die sich vertikal innerhalb eines Bereiches erstrecken, der durch zwei voneinander beabstandete und parallel angeordnete erste bzw. zweite Ebenen begrenzt wird, die beide vorwiegend parallel zu allen Wärmetauschplatten und den Endplatten des Wärmeplattentauschers verlaufen. Dabei liegt die erste Ebene näher an der ersten Endplatte an einem Ende des Wärmetauschers als die zweite Ebene und die zweite Ebene näher an einer zweiten Endplatte am zweiten Ende des Wärmetauschers als die erste Ebene.
Jede der Wärmetauschplatten ist mit mindestens vier Durchgangslöchern versehen, die Teile eines Einlaßkanals und eines Auslaßkanals durch den Kern der Platten für jedes der Fluide sind. Dabei ist jedes Durchgangsloch von einem ersten Abdichtbereich umgeben, der in der Nähe des Randes des Durchgangsloches angeordnet ist, wobei jede Wärmetauschplatte mindestens vier solcher ersten Abdichtbereiche aufweist.
Mindestens eine der Endplatten weist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, die jeweils mit einem der Einlaßkanäle oder einem der Auslaßkanäle verbunden sind, und die Einlaßkanäle und die Auslaßkanäle stehen für ein erstes bzw. zweites Fluidum in Strömungsverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen.
Mindestens alle bis auf einen der erwähnten ersten Abdichtbereiche an einer ersten äußeren Wärmetauschplatte sind in der erwähnten ersten Ebene angeordnet und lagern auf der erwähnten ersten Endplatte, die sich in dieser Ebene erstreckt, und dichten dagegen ab.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Patentansprüchen deutlich.
Der Plattenwärmetauscher wird nun näher beschrieben in Verbindung mit den Ausführungsformen der Erfindung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Liste der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt, im Querschnitt durch zwei Durchgangskanäle, einen Teil eines Plattenwärmetauschers nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt, im Querschnitt durch zwei Durchgangskanäle, einen Teil eines Plattenwärmetauschers nach der Erfindung.
Fig. 3 zeigt in einer Vorderansicht einen Teil einer äußeren Wärmetauschplatte als Teil eines Plattenwärmetauschers nach Fig. 2.
Fig. 4 zeigt, im Querschnitt durch zwei Durchgangskanäle, einen Plattenwärmetauscher nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen

Aus Fig. 1 ergibt sich ein Teil eines Plattenwärmetauschers nach dem Stand der Technik, wobei der Wärmetauscher eine ebene Endplatte 1 sowie eine äußere Wärmetauschplatte 2a und zwei innere Wärmetauschplatten 2b und 2c aufweist, wobei die Platten 2a und 2c identisch und damit von einem Typ sind und die Platte 2b von einem anderen Typ. Gewöhnlich werden sowohl mehr Wärmetauschplatten als auch eine weitere Endplatte verwendet. Aus der Figur ergeben sich weiterhin zwei Kanäle 3, 4 für zwei Wärmetauschfluide, wobei klar ist, daß zwei weitere Kanäle für diese Fluide benötigt werden.
Jede der Wärmetauschplatten ist so gepreßt, daß sich die Bereiche, die am nächsten um die Durchgangslöcher herumliegen, in jeweils unterschiedlichen Ebenen befinden. Für die äußere Wärmeübertragungsplatte 2a ist der Bereich, der am nächsten um das Durchgangsloch liegt, das Teil des Kanales 3 ist, in einer unteren Ebene angeordnet und der Bereich, der am nächsten um das Durchgangsloch liegt, das Teil des Kanales 4 ist, ist in einer oberen Ebene angeordnet. Das führt zu Problemen beim Verbinden des Kernes von Platten mit einer ebenen Endplatte 1. Nach dem Stand der Technik wird eine Dichtungsscheibe/ein Abstandsring 5 verwendet, um den Abstand zwischen der äußeren Wärmetauschplatte und der Endplatte innerhalb des Kanals 3 zu überbrücken.
Aus Fig. 2 ergibt sich ein Teil des Plattenwärmetauschers nach der Erfindung, wobei der Wärmetauscher eine ebene Endplatte 1 sowie eine äußere Wärmetauschplatte 12a (siehe auch Fig. 3) und zwei innere Wärmetauschplatten 12b und 12c aufweist, wobei alle Platten von einem unterschiedlichen Typ sein können. Gewöhnlich werden auch hier mehr Wärmetauschplatten und eine weitere Endplatte verwendet. Die zwei Kanäle 13, 14 für zwei Wärmetauschfluide sind aus der Figur zu entnehmen, aber es werden zwei weitere Kanäle durch den Kern von Platten für diese Fluide benötigt.
Die äußere Wärmetauschplatte 12a weist Unterschiede im Vergleich zur inneren Wärmetauschplatte 12c auf. Für mindestens drei und vorzugsweise alle Durchgangslöcher sind in deren Nähe und um sie herum Bereiche zum Lagern und Abdichten zwischen der äußeren Wärmetauschplatte 12a und der Endplatte 11 in der gleichen Ebene angeordnet. Das kann erreicht werden, ohne daß beim Pressen der Wärmetauschplatten die Platten, die für die Position 12a einerseits und für die Position 12c andererseits vorgesehen sind, unterschiedlich behandelt werden müssen. Die Platten werden eben geformt mit zwei konzentrischen Abdichtbereichen in unterschiedlichen Ebenen um mindestens eines und vorzugsweise jedes kritische Durchgangsloch herum, d. h. solche Durchgangslöcher, wo die Vorgaben je nach Ebene des Abdichtbereiches mit der Verwendung der Platte variieren. Die Durchgangslöcher werden dann in die Platten in einem darauffolgenden Prozeß gestanzt oder ausgeschnitten. (Es könnte in der Tat daran gedacht werden, daß die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte umgedreht wird, d. h. daß das Stanzen oder Herausschneiden dem Pressen der Platte vorausgeht.)
Durch das Variieren der Größe der ausgeschnittenen Löcher wird auch die Position der Ebene der Abdichtbereiche variiert. Schneidet man z. B. ein Loch mit dem Durchmesser C in Fig. 2, erhält man ein Durchgangsloch für den Kanal 13 in einer niedrigeren Ebene, und die Platte eignet sich zur Verwendung in der Position 12c (oder in der Position 12a zusammen mit einem Dichtungsring oder ähnlichem). Schneidet man jedoch ein kleineres Loch - mit Durchmesser A -, erhält man ein Durchgangsloch für den Kanal 13 in einer oberen Ebene, die daher direkt mit der Endplatte 11 ohne den Bedarf eines Dichtungsringes oder ähnlichem verbunden ist, und die Platte eignet sich direkt für die Verwendung in Position 12a.
Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, wie die Situation in einem Fall mit zwei Endplatten 21 und 22, zwei äußeren Wärmetauschplatten 22a und 22d sowie zwei inneren Wärmetauschplatten 22b und 22c aussieht. Die Anzahl von inneren Wärmetauschplatten ist gewöhnlich größer. Die äußere Wärmetauschplatte 22a und die innere Wärmetauschplatte 22c sind nach dem Pressen identisch - der Unterschied entsteht durch das Schneiden des Durchgangsloches für den Kanal 23 in der jeweiligen Platte mit unterschiedlichen Größen. Die innere Wärmetauschplatte 22b und die äußere Wärmetauschplatte 22d sind nach dem Pressen ebenfalls identisch - der Unterschied entsteht auch in diesem Fall durch das Schneiden des Durchgangsloches für den Kanal 23 der jeweiligen Platte mit unterschiedlichen Größen. Da am anderen Ende des Kernes von Platten analoge Bedingungen herrschen, stimmen alle Abdichtbereiche um die Durchgangslöcher in den äußeren Wärmetauschplatten gut mit der jeweiligen Endplatte überein. (Auch in dieser Hinsicht können die Verrarbeitungsschritte in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden.)
Falls gewünscht, kann eine Wärmetauschplatte vom Typ 12c oder 22c mit existierenden Durchgangslöchern danach in eine Wärmetauschplatte vom Typ 12a oder 22a umgewandelt werden (ohne daß irgendein Dichtungsring oder ähnliches benötigt wird). In gleicher Weise kann eine Wärmetauschplatte vom Typ 22b mit existierenden Durchgangslöchern danach in eine Wärmetauschplatte vom Typ 22d umgewandelt werden. Die Umwandlung erfolgt einfach durch Abkanten des Durchgangsloches für den Kanal 13, 23 auf dieselbe Höhe wie das Durchgangsloch für den Kanal 14, 24, so daß die Abdichtbereiche dementsprechend in derselben Ebene liegen. Das Abkanten kann auf irgendeine geeignete Weise erfolgen, z. B. mit einem Transferwerkzeug oder ähnlichem.
Die Durchgangslöcher in einer äußeren Wärmetauschplatte können unterschiedliche Größen haben. Die häufigste Situation besteht wahrscheinlich in der Verwendung von zwei Wärmetauschfluiden und vier Kanälen durch den Kern von Platten, wobei die Durchgangslöcher in einer äußeren Wärmetauschplatte paarweise dieselbe Größe haben können. In diesem Fall können zwei der Durchgangslöcher in jeder äußeren Wärmetauschplatte nach dem Zusammensetzen des Plattenwärmetauschers immer noch jeweils von zwei konzentrischen Abdichtbereichen umgeben sein, wobei dann eine von ihnen umfangsmäßig außerhalb der anderen angeordnet ist.
Jede oder alle Wärmetauschplatten, unabhängig vom Typ der Ausführungsform, kann mit einem flanschartigen Kantenabschnitt um den gesamten Umfang der Platte herum versehen sein, wobei der Kantenabschnitt einen Winkel mit der Haupterstreckungsebene der Platte bildet und auf den entsprechenden Kantenabschnitten auf benachbarten Platten im lern der Platten lagert. Auf jeder anderen Lageroberfläche im Kern der Platten, d. h. Bereichen der gerade erwähnten flanschartigen Kantenabschnitte, kann eine fluiddichte Verbindung durch Löten bestehen.
Die Platten werden oft aus einer dünnen Stahlplatte hergestellt, es sind aber auch andere Materialien denkbar, wie z. B. Titan.
Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in Übereinstimmung mit den folgenden Patentansprüchen variiert werden.

Claims

1. Plattenwärmetauscher für mindestens zwei Wärmetauschfluide, wobei der Wärmetauscher dauerhaft verbunden ist und mindestens einen Kern von Platten mit einer Mehrzahl von inneren Wärmetauschplatten (12b, 12c, 22b, 22c) umfaßt sowie mindestens zwei äußere Wärmetauschplatten (12a, 22a, 22d) und mindestens zwei Endplatten (11, 21, 22), wobei die Wärmetauschplatten (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, 22d) zwischen einander Plattenzwischenräume erzeugen und wobei jede der äußeren Wärmetauschplatten (12a, 22a, 22d) zwischen den inneren Wärmetauschplatten (12a, 12c, 22b, 22c) auf der einen Seite und einer der Endplatten (11, 21, 22) auf der anderen Seite angeordnet ist und wobei

jede der Wärmetauschplatten (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, 22d) mit einer oder mehreren Rippen versehen ist, die sich vertikal innerhalb eines Bereiches erstrecken, der durch zwei voneinander beabstandete und parallel angeordnete erste bzw. zweite Ebenen begrenzt wird, die beide vorwiegend parallel zu allen Wärmetauschplatten (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, 22d) und den Endplatten (11, 21, 22) des Plattenwärmetauschers verlaufen, wobei die erste Ebene näher an der ersten Endplatte (11, 21) an einem Ende des Wärmetauschers liegt als die zweite Ebene und die zweite Ebene näher an einer zweiten Endplatte (22) am zweiten Ende des Wärmetauschers als die erste Ebene, wobei

jede der Wärmetauschplatten (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, 22d) mit mindestens vier Durchgangslöchern versehen ist, die Teile eines Einlaßkanals (13, 14, 23, 24) und eines Auslaßkanals (13, 14, 23, 24) durch den Kern der Platten für jedes der Fluide sind, wobei jedes Durchgangsloch von einem ersten Abdichtbereich umgeben ist, der in der Nähe des Randes des Durchgangsloches angeordnet ist, wobei jede Wärmetauschplatte (12a, 12b, 12c, 22a, 22b, 22c, 22d) mindestens vier solcher ersten Abdichtbereiche aufweist, wobei mindestens eine der Endplatten (11, 21, 22) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, die jeweils mit einem der Einlaßkanäle (13, 14, 23, 24) oder einem der Auslaßkanäle (13, 14, 23, 24) verbunden sind, und wobei

die Einlaßkanäle (13, 14, 23, 24) und die Auslaßkanäle (13, 14, 23, 24) für ein erstes bzw. zweites Fluidum in Strömungsverbindung mit einem ersten bzw. einem zweiten Satz von Plattenzwischenräumen stehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

mindestens alle bis auf einen der erwähnten ersten Abdichtbereiche an einer ersten äußeren Wärmetauschplatte (12a, 22a) in der erwähnten ersten Ebene angeordnet sind und auf der erwähnten ersten Endplatte (11, 21), die sich in dieser Ebene erstreckt, lagern und dagegen abdichten.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Durchgangslöcher in der erwähnten ersten äußeren Wärmetauschplatte (12a, 22a) unterschiedliche Größen haben.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Durchgangslöcher in der erwähnten ersten äußeren Wärmetauschplatte (12a, 22a) paarweise dieselbe Größe haben.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens eines der Durchgangslöcher in der erwähnten ersten äußeren Wärmetauschplatte (12a, 22a) von einem zweiten Abdichtbereich umgeben ist, der sich umfangsmäßig außerhalb des ersten Abdichtbereiches befindet, wobei die erwähnte erste äußere Wärmetauschplatte (12a, 22a) mindestens einen solchen zweiten Abdichtbereich aufweist.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der erwähnte zweite Abdichtbereich in der erwähnten zweiten Ebene angeordnet ist.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens alle bis auf einen der erwähnten ersten Abdichtbereiche an einer zweiten äußeren Wärmetauschplatte (22d) in der erwähnten zweiten Ebene angeordnet sind und gegen die erwähnte zweite Endplatte (22), die sich in dieser Ebene erstreckt, lagern und gegen sie abdichten.

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Durchgangslöcher in der erwähnten zweiten äußeren Wärmetauschplatte (22d) unterschiedliche Größen haben.

8. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Durchgangslöcher in der erwähnten zweiten äußeren Wärmeübertragungsplatte (22d) paarweise die gleiche Größe haben.

9. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 6-8, wobei mindestens eines der Durchgangslöcher in der erwähnten zweiten äußeren Wärmetauschplatte (22d) von einem zweiten Abdichtbereich umgeben ist, der sich umfangsmäßig außerhalb des ersten Abdichtbereiches befindet, wobei die erwähnte zweite äußere Wärmetauschplatte (22d) mindestens einen solchen zweiten Abdichtbereich aufweist.

10. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 9, wobei der erwähnte zweite Abdichtbereich in der erwähnten ersten Ebene angeordnet ist.