EP1475596B1 - Plattenwärmeübertrager mit einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten - Google Patents

Plattenwärmeübertrager mit einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten Download PDF

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EP1475596B1
EP1475596B1 EP04009741A EP04009741A EP1475596B1 EP 1475596 B1 EP1475596 B1 EP 1475596B1 EP 04009741 A EP04009741 A EP 04009741A EP 04009741 A EP04009741 A EP 04009741A EP 1475596 B1 EP1475596 B1 EP 1475596B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
plate
walled
plates
heat
Prior art date
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EP04009741A
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English (en)
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EP1475596A3 (de
EP1475596A2 (de
Inventor
Peter Rehberg
Ralf Lauer
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Kelvion Brazed PHE GmbH
Original Assignee
GEA WTT GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/046—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being linear, e.g. corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

Definitions

  • the invention is in the field of plate heat exchangers.
  • a plate heat exchanger according to the preamble of claim 1 is for example from the JP 2000-266479 known.
  • Plate heat exchangers are used to transfer heat energy between heat exchanger fluids.
  • at least two heat exchanger fluids flow through separate flow spaces which are formed between heat exchanger plates in the plate heat exchanger.
  • the heat transfer plates are usually arranged in a stack, which is part of the plate heat exchanger.
  • the separate flow spaces are created by means of openings formed in the heat exchanger plates and spaces formed between the heat exchanger plates.
  • a heat transfer between the at least two heat exchanger fluids takes place substantially in the region of a central heat transfer section of the heat transfer plates.
  • one of the heat exchange fluids flows through a flow space on one side of a heat transfer plate and another heat exchange fluid through a flow space on the other side of the heat transfer plate. Heat is then exchanged between the two countercurrent heat exchanger fluids through the heat transfer plate.
  • plate heat exchangers are known in which all relevant for the heat transfer heat exchanger plates of the stack are designed as a double-walled heat exchanger plates. Double-walled heat exchanger plates are formed by means of two plate elements which come into close contact with each other at least in the region of the central heat transfer section.
  • plate heat exchangers with a stack of double-walled heat transfer plates can be used for applications where three separate flow spaces are formed for three heat exchange fluids by means of the apertures in the heat transfer plates and the spaces between the heat transfer plates in a plate heat exchanger.
  • the document WO 01/16544 A1 describes a plate heat exchanger for at least two heat exchange fluids.
  • the plate heat exchanger is formed of two single-walled heat exchanger plates, between which a double-walled heat exchanger plate is arranged.
  • the document US 5,307,869 describes a Plattcnkorschreiber.
  • the plate heat exchanger is formed with a stack of double-walled heat exchanger plates.
  • the object of the invention is to provide an improved plate heat exchanger, with which the potential applications for the use of Platten Vietnamese ceremonies enjoyedtragern be extended.
  • the invention includes the idea of providing a plate heat exchanger with a stack of heat exchanger plates arranged between two outer plates which are permanently connected to one another and between which separate flow spaces are formed for at least two heat exchanger fluids, in which part of the heat transfer plates usable for the heat transfer each designed as a single-walled heat transfer plate with a plate member and another part of the usable heat transfer for the heat transfer plates each as a double-walled heat transfer plate with two plate elements.
  • plate heat exchangers can be produced, which have sections as a single component in the stack of heat exchanger plates that meet various safety standards.
  • the combination of double-walled and single-walled heat exchanger plates has the additional advantage that in this way in a plate heat exchanger, which is usually performed with double-walled heat exchanger plates, in part, the more efficient heat transfer can be used in connection with the single-wall heat exchanger plates.
  • the manufacturing costs are reduced in comparison with the known plate heat exchangers equipped exclusively with double-walled heat exchanger plates.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an arrangement with a plurality of single-wall heat exchanger plates 1 and a plurality of double-walled heat exchanger plates 2. Both types of heat exchanger plates each have a central heat transfer section 3 and openings 4 in corner regions 5. In the area outside the openings 4 embossments 6 are provided for forming surface structures. The embossments 6 support the spaced arrangement of the single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 for forming the flow-through spaces when using the single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 in a plate heat exchanger.
  • a plate heat exchanger 20 is shown in front or side view.
  • the plate heat exchanger comprises a stack 21 with the arrangement of the single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 after FIG. 1 , wherein the single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 are permanently connected to one another by means of soldering.
  • the plate heat exchanger 20 further comprises two outer plates 22, 23 with ports 24 for introducing and discharging the heat exchange fluids. Between the plurality of heat exchanger plates 1, 2 separate flow spaces for the introduced via the ports 24 / discharged heat exchanger fluids are formed.
  • the heat exchanger fluids are passed along the heat exchanger plates 1, 2 through the separate flow spaces in countercurrent.
  • the embossings 6 in the central heat transfer sections 3 of the single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 cause a highly turbulent flow of the heat exchanger fluids between the several heat exchanger plates 1, 2.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the plate heat exchanger 20 after FIG. 2 along a line AA 'in FIG. 2 , Between the outer plates 22, 23 of the stack 21 with the single-walled and the double-walled heat exchanger plates 1, 2 are arranged.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of an edge portion 25 of the cross-sectional view in FIG FIG.
  • the stack 21 comprises three double-walled heat exchanger plates 2a, 2b, 2c, each having two plate elements 2a ', 2a ", 2b', 2b" and 2c ', 2c "the single-walled as the double-walled heat exchanger plates 1, 2 have a raised edge 26 with respect to the plane of the central heat transfer section 3.
  • an optional outer edge 27 is formed, which is bent outwards, so that the outer edge 27 is substantially parallel to the plane of the central heat transfer section 3.
  • the outer edge 27 may be omitted.
  • the single-walled and double-walled heat exchanger plates 1, 2 are each combined in separate stacks 21a, 21b.
  • any combinations of single-walled and double-walled heat exchanger plates 1, 2 can be provided, for example with a plurality of stacks of single-walled / double-walled heat exchanger plates 1, 2 in a plate heat exchanger.

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Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Plattenwärmeübertragern. Ein Plattenwärmeübertrager gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z.B. aus der JP 2000-266479 bekannt.
  • Plattenwärmeübertrager werden genutzt, um Wärmeenergie zwischen Wärmetauscher-Fluiden zu übertragen. Hierbei durchströmen wenigstens zwei Wärmetauscher-Fluide getrennte Durchflußräume, die zwischen Wärmeübertragerplatten in dem Plattenwärmeübertrager gebildet sind. Die Wärmeübertragerplatten sind üblicherweise in einem Stapel angeordnet, welcher Teil des Plattenwärmeübertragers ist. Die getrennten Durchflußräume werden mit Hilfe von in den Wärmeübertragerplatten gebildeten Durchbrüchen und zwischen den Wärmeübertragerplatten ausgebildeten Zwischenräumen geschaffen. Eine Wärmeübertragung zwischen den wenigstens zwei Wärmetauscher-Fluiden findet hierbei im wesentlichen im Bereich eines zentralen Wärmeübergangsabschnitts der Wärmeübertragerplatten statt. Zur Übertragung der Wärmeenergie strömt eines der Wärmetauscher-Fluide durch einen Durchflußraum auf einer Seite einer Wärmeübertragerplatte und ein anderes Wärmetauscher-Fluid durch einen Durchflußraum auf der anderen Seite der Wärmeübertragerplatte. Durch die Wärmeübertragerplatte hindurch wird dann Wärme zwischen den beiden im Gegenstrom fließenden Wärmetauscher-Fluiden ausgetauscht.
  • Neben Plattenwärmeübertragern, bei denen die gestapelten Wärmeübertragerplatten jeweils als einwandige Wärmeübertragerplatten mit einem einzelnen Plattenelement ausgebildet sind, sind Plattenwärmeübertrager bekannt, bei denen sämtliche für die Wärmeübertragung relevanten Wärmeübertragerplatten des Stapels als doppelwandige Wärmeübertragerplatten ausgeführt sind. Doppelwandige Wärmeübertragerplatten werden mit Hilfe von zwei Plattenelementen gebildet, die mindestens im Bereich des zentralen Wärmeübergangsabschnitts eng aneinander zur Anlage kommen. Mit Hilfe doppelwandiger Wärmeübertragerplatten kann ein im Vergleich zu einwandigen Wärmeübertragerplatten höherer Sicherheitsstandard gewährleistet werden, indem bei einem Leck in einer der beiden Plattenelemente der doppelwandigen Wärmeübertragerplatte die beiden Wärmetauscher-Fluide nicht vermischt werden, da die Leckflüssigkeit lcdiglich in den Zwischenraum zwischen den beiden Plattenelementen und dort in den Randbereich nach außen gelangt, aber nicht auf die andere Seite der Wärmcübertragerplatte. Insbesondere Plattenwärmeübertrager mit einem Stapel doppelwandiger Warmeübertragerplatten können für Anwendungen genutzt werden, bei denen drei getrennte Durchflußräume für drei Wärmetauscher-Fluide mit Hilfe der Durchbrüche in den Wärmeübertragerplatten und den Zwischenräumen zwischen den Wärmcübcrtragcrplattcn in einem Plattenwärmeübcrtrager gebildet sind.
  • Das Dokument WO 01/16544 A1 beschreibt einen Plattenwärmeübertrager für wenigstens zwei Wärmetauscherfluide. Der Plattenwärmeübertrager ist aus zwei einwandigen Wärmeübertragerplatten, zwischen denen eine doppelwandige Wärmeübertragerplatte angeordnet ist, gebildet.
  • In dem Dokument JP 2000-266479 wird ein Plattenwärmeübertrager für zwei Wärmetauscherfluide beschrieben, bei dem zwischen zwei äußeren Wärmeübertragerplatten ein Stapel von einwandigen Wärmeübertragerplatten gebildet ist.
  • Das Dokument US 3,537,513 beschreibt einen Plattenwärmeübertrager für drei Wärmetauschcrfluidc. In dem Plattenwärmeübertrager ist ein Stapel von einwandigen Wärmeübertragcrplattcn gebildet.
  • Das Dokument US 5,913,3G1 beschreibt einen Plattenwärmeübertrager, der mit einem Stapel von doppelwandigen Wärmeübertragerplatten gebildet ist.
  • In dem Dokument US 5,178,207 wird ein Plattenwärmeübertrager beschrieben, der mit einem Stapel von doppelwandigen Wärmeübertragerplatten gebildet ist.
  • Das Dokument US 5,307,869 beschreibt einen Plattcnwärmeübertrager. Der Plattenwärmeübertrager ist mit einem Stapel von doppelwandigen Wärmeübertragerplatten gebildet.
  • Das Dokument US 4,976,313 beschreibt einen Plattenwärmeübertrager, der mit einem Stapel von doppelwandigen Wärmeübertragerplatten gebildet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Plattenwärmeübertrager anzugeben, mit dem die Anwendungsmöglichkeiten zur Nutzung von Plattenwärmeübertragern erweitert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Plattenwärmeübertrager nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfindung umfaßt den Gedanken, einen Plattenwärmeübertrager mit einem zwischen zwei äußeren Platten angeordnetem Stapel von Wärmeübertragerplatten, die dauerhaft miteinander verbunden sind und zwischen denen getrennte Durchflußräume für wenigstens zwei Wärmetauscher-Fluide gebildet sind, vorzusehen, bei dem ein Teil der für die Wärmeübertragung nutzbaren Wärmeübertragerplatten jeweils als eine einwandige Wärmeübertragerplatte mit einem Plattenelement und ein anderer Teil der für die Wärmeübertragung nutzbaren Wärmeübertragerplatten jeweils als eine doppelwandige Wärmeübertragerplatte mit zwei Plattenelementen ausgeführt ist. Auf diese Weise können Plattenwärmeübertrager hergestellt werden, die als einzelnes Bauteil Abschnitte im Stapel der Wärmeübertragerplatten aufweisen, die verschiedene Sicherheitsstandards erfüllen. Mit Hilfe der Kombination von einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten in einen Plattenwärmeübertrager wird es ermöglicht, Plattenwärmeübertrager für Anwendungen herzustellen, in denen zwar in gewissem Umfang die Nutzung der teureren doppelwandigen Wärmeübertragerplatten zu Zwecken der Gewährleistung eines ausreichenden Sicherheitsstandards notwendig ist, darüber hinaus aber wenigstens ein Teil der Wärmeübertragerplatten auch einwandig ausgeführt werden kann, da für einen Teil der in dem Plattenwärmeübertrager gebildeten Durchflußräume ein geringerer Sicherheitsstandard ausreichend ist. Derartige Anwendungsfälle liegen insbesondere dann vor, wenn in dem Plattenwärmeübertrager Durchflußräume für mehr als zwei Wärmetauscher-Fluide gebildet sind. In diesem Fall kommt es häufig vor, daß bezüglich des Wärmeübergangs zwischen einem der Wärmetauscher-Fluide und einem anderen der Wärmetauscher-Fluide ein höherer Sicherheitsstandard zu gewährleisten ist, was die doppelwandige Ausbildung der Wärmeübertragerplatten voraussetzt. Bezüglich des Wärmeübergangs zwischen dem einen Wärmetauscher-Fluid und einem weiteren der Wärmetauscher-Fluide reicht jedoch ein niedriger Sicherheitsstandard aus, so daß die Wärmeübertragerplatten hier einwandig ausgebildet werden können.
  • Die Kombination von doppelwandigen und einwandigen Wärmeübertragerplatten hat darüber hinaus den Vorteil, daß auf diese Weise in einem Plattenwärmeübertrager, der üblicherweise mit doppelwandigen Wärmeübertragerplatten ausgeführt ist, zum Teil die effizientere Wärmeübertragung im Zusammenhang mit den einwandigen Wärmeübertragerplatten genutzt werden kann. Darüber hinaus werden mit Hilfe der Kombination der beiden Arten von Wärmeübertragerplatten die Herstellungskosten im Vergleich zu den bekannten, ausschließlich mit doppelwandigen Wärmeübertragerplatten ausgestatteten Plattenwärmeübertragern gesenkt.
  • Die Vorteile der kombinierten Nutzung von einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten in einem Plattenwärmeübertrager werden insbesondere dann wirksam genutzt, wenn zwischen den Wärmeübertragerplatten getrennte Durchflußräume für drei Wärmetauscher-Fluide gebildet sind.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    einen Stapel mit mehreren Wärmeübertragerplatten;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Plattenwärmeübertragers in Vorderansicht;
    Figur 3
    eine schematische Darstellung des Plattenwärmeübertragers nach Figur 2 in Seitenansicht;
    Figur 4
    eine Querschnittsdarstellung des Plattenwärmeübertragers nach Figur 2 entlang einer Linie AA' in Figur 2; und
    Figur 5
    eine vergrößerte Darstellung eines Randbereichs der Querschnittsdarstellung in Figur 4.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit mehreren einwandigen Wärmeübertragerplatten 1 und mehreren doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 2. Beide Arten von Wärmeübertragerplatten verfügen jeweils über einen zentralen Wärmeübergangsabschnitt 3 sowie Durchbrüche 4 in Eckbereichen 5. Im Bereich außerhalb der Durchbrüche 4 sind zum Ausbilden von Oberflächenstrukturen Prägungen 6 vorgesehen. Die Prägungen 6 unterstützen die beabstandete Anordnung der einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 zum Ausbilden der Durchflußräume bei der Nutzung der einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 in einem Plattenwärmeübertrager.
  • In den Figuren 2 und 3 ist ein Plattenwärmeübertrager 20 in Vorder- bzw. Seitenansicht gezeigt. Der Plattenwärmeübertrager umfaßt einen Stapel 21 mit der Anordnung der einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 nach Figur 1, wobei die einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 mittels Lötens dauerhaft miteinander verbunden sind. Der Plattenwärmeübertrager 20 umfaßt weiterhin zwei äußere Platten 22, 23 mit Anschlüssen 24 zum Einführen und Abführen der Wärmetauscher-Fluide. Zwischen den mehreren Wärmeübertragerplatten 1, 2 sind getrennte Durchflußräume für die über die Anschlüsse 24 eingeführten/abgeführten Wärmetauscher-Fluide gebildet. Die Wärmetauscher-Fluide werden entlang der Wärmeübertragerplatten 1, 2 durch die getrennten Durchflußräume im Gegenstrom geführt. Hierbei verursachen die Prägungen 6 in den zentralen Wärmeübergangsabschnitten 3 der einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 einen hochturbulenten Durchfluß der Wärmetauscher-Fluide zwischen den mehreren Wärmeübertragerplatten 1, 2.
  • Figur 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Plattenwärmeübertragers 20 nach Figur 2 entlang einer Linie AA' in Figur 2. Zwischen den äußeren Platten 22, 23 ist der Stapel 21 mit den einwandigen und den doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 angeordnet. Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Randbereichs 25 der Querschnittsdarstellung in Figur 4. Hieraus ergibt sich, daß der Stapel 21 bei der dargestellten Ausrührungsform des Plattenwärmeübertragers 20 drei doppelwandige Wärmeübertragerplatten 2a, 2b, 2c umfaßt, die jeweils zwei Plattenelemente 2a', 2a", 2b', 2b" bzw. 2c', 2c" aufweisen. Sowohl die einwandigen als die doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 weisen einen gegenüber der Ebene des zentralen Wärmeübergangsabschnitts 3 hochgestellten Rand 26 auf. An dem Rand 26 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein optionaler äußerer Rand 27 angeformt, welcher nach außen gebogen ist, so daß der äußere Rand 27 im wesentlichen parallel zur Ebene des zentralen Wärmeübergangsabschnitts 3 verläuft. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der äußere Rand 27 weggelassen werden.
  • Gemäß der Darstellung in Figur 5 sind die äußeren Ränder 27 der beiden Plattenelemente 2a', 2a", 2b', 2b" bzw. 2c', 2c" der doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 2a, 2b, 2c voneinander beabstandet, wohingegen die äußeren Ränder 27 der benachbarten doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 2a und 2b sowie 2b und 2c eng aneinander zur Anlage kommen. Auf diese Weise wird Wärmetauscher-Fluid, was aufgrund eines Lecks in einer der zwei Plattenelemente 2a', 2a", 2b', 2b" bzw. 2c', 2c"zwischen die Plattenelemente 2a', 2a", 2b', 2b" bzw. 2c', 2c" gelangt und aufgrund von Kapillarwirkung in den Bereich des Rands 26 gelangt, bereits in einem Bereich 28 von außen sichtbar.
  • Bei der beschriebenen Ausführungsform des Plattenwärmeübertragers 20 sind die einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 jeweils in separaten Stapeln 21a, 21b zusammengefaßt. Es können jedoch beliebige Kombinationen von einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 vorgesehen sein, beispielsweise mit mehreren Stapeln von einwandigen/doppelwandigen Wärmeübertragerplatten 1, 2 in einem Plattenwärmeübertrager.

Claims (2)

  1. Plattenwärmeübertrager (20) mit einem zwischen zwei äußeren Platten (22, 23) angeordneten Stapel (21) von Wärmeübertragerplatten (1, 2), die dauerhaft miteinander verbunden sind und zwischen denen getrennte Durchflußräume für wenigstens zwei Wärmetauschcr-Fluidc gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Wänneübertragerplatten (1, 2) jeweils als eine einwandige Wärmeübertragerplatte (1) mit einem Plattenelement und ein anderer Teil der Wärmeüberiragerplatten (1, 2) jeweils als eine doppelwandige Wärmeübertragerplätte (2) mit zwei Plattenelementen ausgeführt ist.
  2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wärmeübertragerplatten (1, 2) getrennte Durchflußräume für drei Wärmetauscher-Fluide gebildet sind.
EP04009741A 2003-05-08 2004-04-23 Plattenwärmeübertrager mit einwandigen und doppelwandigen Wärmeübertragerplatten Expired - Lifetime EP1475596B1 (de)

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EP1475596A2 EP1475596A2 (de) 2004-11-10
EP1475596A3 EP1475596A3 (de) 2005-10-19
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