EP1936310A1 - Kompaktplattenwärmeübertrager - Google Patents

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Publication number
EP1936310A1
EP1936310A1 EP06026845A EP06026845A EP1936310A1 EP 1936310 A1 EP1936310 A1 EP 1936310A1 EP 06026845 A EP06026845 A EP 06026845A EP 06026845 A EP06026845 A EP 06026845A EP 1936310 A1 EP1936310 A1 EP 1936310A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
housing
welded
heat transfer
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06026845A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Schult
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP06026845A priority Critical patent/EP1936310A1/de
Publication of EP1936310A1 publication Critical patent/EP1936310A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/02—Reinforcing means for casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

Definitions

  • the invention relates to a compact plate heat exchanger with a plate pack of profiled heat transfer plates, which have a rectangular shape and are bounded on both sides by an arcuately shaped head with a centrally located in the head passage opening, each two heat transfer plates joined together, the plate gap for the flow of a first medium form over the passage openings, are gas-tight welded to each other at the periphery to a pair of plates and wherein at least two assembled plate pairs are gas-tight welded respectively to the circumference of the two openings to a plate package, which form a plate space for the flow of a second medium on the front side of the plate package, said the plate pack in a gas-tight and pressure-stable housing with a shell-side inlet and outlet ports for the first medium to flow through the Plattenzwisc henraums one or more pairs of plates and provided with frontal inlet and outlet nozzle for the second medium for flowing through the plate interspaces between two or more plate pairs on the front side of the plate pair.
  • a generic plate heat exchanger is out EP 697 09 719 T2 known.
  • This plate heat exchanger consists of a plate pack formed of a plurality of circumferentially welded plate pairs, which are formed of elongated heat transfer plates with a continuous herringbone pattern that extends into the head portions which arcuately define the heat transfer plate and formed with a central flow opening are, in each case the mutually joined plate pairs are welded to the periphery of the adjacent passage openings to form a compact plate package.
  • the heat transfer surface is formed with additional Presserhebisme which are slightly higher than the ribs and extending from the apex of a rib, thereby bridging the wave trough between the two ribs.
  • the heat transfer plate is bounded by a peripheral edge region, which is in a plane with the apex of the ribs, wherein the press elevations extend from this plane.
  • the joined heat transfer plates are brazed by the addition of brazing solder at the points of contact.
  • Such a trained plate package affected as a result of Presserhebungen the flow behavior of the media involved in the plate interspaces and has only low support points, which inevitably lead to reduce the pressure stability of the plate package.
  • the heat transfer plates do not have a uniform circumferential edge region, which considerably complicates a quality-compatible welding of two heat transfer plates to form a pair of plates.
  • Such a trained plate package is after the EP 697 09 719 T2 in a housing with a shell-side inlet and outlet to the plate interspaces of the plate pairs and with a frontal inlet and outlet for a second medium to the spaces between the plate pairs used.
  • a connecting piece is arranged with an opening between the uppermost plate pair and an upper wall of the housing, which extends coaxially with the shell-side inlet and outlet of the housing and the passage openings of the plate pair.
  • These connectors are each brazed to the adjacent passage openings of the uppermost plate pair and sealed against the inner surface of the upper wall of the housing with seals and each have two threaded bolts, which are carried sealed by holes in the upper wall of the housing. With these threaded bolts, the plate pack is then pulled on the inner surface of the housing. With the attachment of the plate pack against the inner surface of the upper wall of the housing, the inner surface of the lower wall of the housing remains meaningless as an abutment for the plate pack.
  • a plate heat exchanger of this type has only a very low pressure stability and thus is not available for use in the high pressure area. Irrespective of this, there is always the danger, even in the low-pressure range, that due to the prevailing pressure and the weight of the plate pack, in particular the solder joints between the connecting pieces and the openings of the uppermost plate pair will break off, which inevitably leads to a failure of the plate heat exchanger As a result, since it comes to mixing the two involved medium.
  • By attachment to the inner surface of the upper wall of the housing but also occurs between the inner surfaces under the wall and the adjacent heat transfer plate of the plate pack reinforced a bypass of the front side flowing through medium, which significantly reduces the efficiency of the plate heat exchanger.
  • a heat transfer plate for a welded plate heat exchanger of the generic type which has a rectangular shape, which is bounded at the two end faces with arcuate head parts, in each of which a centrally located flow opening is provided and, as in Fig.1 - 2 shown in the head portions and the rectangular portion of the heat transfer surface has a straight and transverse at an angle ⁇ to the longitudinal axis of the heat transfer plate extending wave structure, which forms in the edge region of the heat transfer surface and the head portions surrounding a peripheral profile-free welding edge of equal width.
  • Such a formed wave structure has when joining two heat transfer plates over the entire length of the gap formed on a high number of punctiform support points, which largely preclude occurrence of preferential flows in the space due to the punctiform support.
  • the object of the invention is therefore to improve the plate heat exchanger mentioned above in that using a from the DE 10 2004 022 433 A1 known heat transfer plate, the thermal efficiency is increased by an improved flow characteristics, the plate heat exchanger sealless as a compact plate heat exchanger up in the high pressure range and also for a temperature range from -200 ° C to + 1200 ° can be used and manufactured more economically and can be operated service-free.
  • plate heat exchanger is a sealless and only metallic sealed pressure-stable and welded compact plate heat exchanger, which is suitable without further additional clamping means into the high pressure range and in a temperature range from -200 ° C to 1200 ° C.
  • the punctiform supports of a plate gap occupy in addition only a very small part of the flow area. Consequently, the thermal effective flow area of each plate gap is minimally affected by the support points.
  • the housing Due to the stiffening of the housing with circumferential ribs, the housing also has a very high pressure stability, so that the compact plate heat exchanger can be acted in conjunction with the pressure-stable plate package also with a media pressure in the absolute highest pressure range in the heat transfer of two media. Rather, by the stiffening of the housing with circumferential ribs, the material thickness of the upper and lower housing plate and the two parallel side parts of the housing depending on the number of circumferential ribs and the intended use of Kompaktplattenkorübertragers can be reduced.
  • a designed according to the inventive teaching compact plate heat exchanger is also, as usual with bolted plate heat exchangers, in the modular system but also suitable for the production of automated manufacturing equipment and thus very economical to produce.
  • the ribs are rib portions which are integral with the upper and lower housing plates and the side portions, wherein the respective adjacent ends of the individual rib portions after the clamping of the plate pack with the upper and lower housing plate and as the two parallel side parts are welded together.
  • the ribs can also be circumferential rib sections welded onto the housing jacket, wherein the ends of the adjacent ribs are welded.
  • the ribs can also be in the form of the housing shell prefabricated closed ribs, which are shrunk on the housing shell.
  • the end faces of the housing are gas-tight welded to the housing jacket.
  • Fig. 1 there is a compact plate heat exchanger from a housing 1, a in Fig. 1 unrecognizable plate pack 2, which is clamped metallically sealed over the axially extending inner surfaces of the housing 1, the shell side arranged inlet nozzle 13 (14) and outlet nozzle 14 (13), the frontal inlet nozzle 15 (16) and outlet nozzle 16 (15) and the ribs 16 - 16x, the spaced apart the housing shell of the housing 1 rotate in a closed form.
  • the housing 1 is composed of a separate upper and lower housing plate 21, 22 and separately parallel side parts 23, 23 a, which are gas-tight welded at the longitudinal sides to a housing jacket, on both sides by a front part 24; 24a with an inlet or outlet pipe 15; 16 is closed to a gas-tight fully welded housing 1.
  • the housing parts 21, 22 and side parts 23, 23a forming the housing 1 are designed in a dimension in which a inserted plate package 2 is clamped metallic sealed in the horizontal and in the vertical plane in the housing 1 and between the two end faces 12; 12a of the plate pack 2 and the end parts 24; 24a of the housing 1, a free inlet or outlet area remains.
  • the dimension of the free inlet and outlet area is preferably designed in such a size that the end face 12 (12a) of the plate pack 2 is always uniformly charged with the medium which flows into the compact plate heat exchanger via the inlet connection 15 (16) or evenly over on the outlet side the end face 12a (12) flows out of the plate pack 2 and the outlet nozzle 16 (15) out of the compact plate heat exchanger.
  • the shell-side inlet and outlet nozzles 12; 13 of the Kompaktplattenkorübertragers for the flow of a medium through the openings of the heat transfer plate are each at the periphery 27; 28 gas-tightly welded to the adjacent heat transfer plate 3 (4) and coaxially penetrate the upper and lower housing plates 21, respectively; 22 and are around the penetration area 25; 25a with the housing plate 21; 22 welded gas-tight.
  • the plate package 2 consists of pairs of plates 5 - 5x, the circumference 27; 28 of the passage openings 8; 9 gas-tight welded and form a plate interspace 10 for the flow of a medium over the end face 12, 12 a of the plate pack 2, wherein each pair of plates 5; 5x from two in Fig. 4 shown identical heat transfer plates 3, 4, which are rotated in its own plane by 180 ° relative to the other and along its peripheral edge region are gas-tight welded to a pair of plates 5 and thus form a plate gap 11 for the flow of a second medium via the passage openings 8, 9.
  • the heat transfer plates 3; 4 exist, as in Fig. 4 shown, of a rectangular heat transfer surface 17, which is bounded on both sides by arcuate head portions 6, 7, wherein the arc radius is preferably half the width of the heat transfer plate 3; 4 is.
  • the rectangular heat transfer surface 17 and the head portions 6, 7 are provided with a corrugated profile 18 having a uniform wave structure which is straight at an equal angle ⁇ to the longitudinal axis and into the edge region 19 of the heat transfer plate 3; 4 runs and in the edge region 19 of the heat transfer plates forms a circumferential profile-free welding edge 20 of equal width.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kompaktplattenwärmeübertrager mit einem Plattenpaket (2) aus rechteckigen profilierten Wärmeübertragungsplatten (3,4), die durch bogenförmige Kopfteile (6,7) mit einer mittig liegenden Durchtrittsöffnung (8,9) begrenzt und am Umfang zu Plattenpaaren (5) verschweißt und die Plattenpaare (5-5x) an den Durchflussöffnungen (8;9) zu einem verschweißten Plattenpaket (2) verschweißt sind. Ein derartig ausgebildetes Plattenpaket (2) ist gemeinsam mit der oberen Gehäuseplatte (21) und der unteren Gehäuseplatte (22) sowie den parallel verlaufenden Seitenteilen (23,23a) zu einem Gehäusemantel metallisch gedichtet verspannt, der mit geschlossenen umlaufenden Rippen (26,26x) druckstabilisiert ist und der mit der Stirnseite (24;24a) mit oder ohne Anschlussstutzen (15;16) zu einem druckstabilen Gehäuse (1) verschlossen sind, wobei die mantelseitigen Ein- und Austrittsstutzen (13,14) koaxial die obere oder untere Gehäuse- platte (21;22) durchdringen und am Umfang (27,28) der Durchtrittsöffnungen (8;9) der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte (8;9) sowie im Durchdringungsbereich (32;32a) der Gehäuseplatte (21;22) gasdicht verschweißt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kompaktplattenwärmeübertrager mit einem Plattenpaket aus profilierten Wärmeübertragungsplatten, die eine rechteckige Form aufweisen und beiderseits durch ein bogenförmig ausgebildetes Kopfteil mit einer mittig im Kopfteil liegenden Durchtrittsöffnung begrenzt sind, wobei jeweils zwei aneinander gefügte Wärmeübertragungsplatten, die einen Plattenzwischenraum für den Durchfluss eines ersten Mediums über die Durchtrittsöffnungen bilden, miteinander am Umfang gasdicht zu einem Plattenpaar verschweißt sind und wobei mindestens zwei zusammengefügte Plattenpaare jeweils am Umfang der beiden Durchtrittsöffnungen gasdicht zu einem Plattenpaket verschweißt sind, die einen Plattenzwischenraum für den Durchfluss eines zweiten Mediums über die Stirnseite des Plattenpakets bilden, wobei das Plattenpaket in einem gasdicht und druckstabilen Gehäuse mit einem mantelseitigen Ein- und Austrittsstutzen für das erste Medium zum Durchströmen des Plattenzwischenraums eines oder mehrerer Plattenpaare und mit stirnseitigen Ein- und Austrittsstutzen für das zweite Medium zum Durchströmen der Plattenzwischenräume zwischen zwei oder mehreren Plattenpaaren über die Stirnseite des Plattenpaares versehen ist.
  • Ein gattungsgemäßer Plattenwärmeübertrager ist aus EP 697 09 719 T2 bekannt. Dieser Plattenwärmeübertrager besteht aus einem Plattenpaket, das aus einer Mehrzahl von am Umfang verschweißten Plattenpaaren gebildet wird, die aus länglichen Wärmeübertragungsplatten mit einem durchgehenden Fischgrätenmuster geprägt sind, das sich bis in die Kopfteile erstreckt, die bogenförmig die Wärmeübertragungsplatte begrenzen und mit einer mittig liegenden Durchflussöffnung ausgebildet sind, wobei jeweils die aneinander gefügten Plattenpaare am Umfang der angrenzenden Durchtrittsöffnungen zu einem kompakten Plattenpaket verschweißt sind. Die Wärmeübertragungsfläche ist dabei mit zusätzlichen Presserhebungen ausgebildet, die geringfügig höher als die Rippen sind und die vom Scheitel einer Rippe verlaufen und dabei das Wellental zwischen den beiden Rippen überbrückt. Dabei wird die Wärmeübertragungsplatte von einem umlaufenden Kantenbereich begrenzt, der mit dem Scheitel der Rippen in einer Ebene liegt, wobei die Presserhebungen von dieser Ebene ausgehen. Zur inneren Stabilität eines Plattenpaares bzw. des Plattenpakets sind die zusammengefügten Wärmeübertragungsplatten durch Zugabe von Hartlot an den Berührungspunkten hart verlötet. Ein derartig ausgebildetes Plattenpaket beeinträchtigt infolge der Presserhebungen das Strömungsverhalten der beteiligten Medien in den Plattenzwischenräumen und weist nur geringe Abstützpunkte auf, die zwangsläufig zur Verringerung der Druckstabilität des Plattenpakets führen. Darüber hinaus weisen die Wärmeübertragungsplatten infolge des Fischgrätenmusters keinen gleichmäßig umlaufenden Randbereich auf, was eine qualitätsgerechte Verschweißung zweier Wärmeübertragungsplatten zu einem Plattenpaar erheblich erschwert.
  • Ein derartig ausgebildetes Plattenpaket ist nach der EP 697 09 719 T2 in einem Gehäuse mit einem mantelseitigen Zu- und Ablauf zu den Plattenzwischenräumen der Plattenpaare und mit einem stirnseitigen Zu- und Ablauf für ein zweites Medium zu den Zwischenräumen zwischen den Plattenpaaren eingesetzt. Dabei ist zwischen dem obersten Plattenpaar und einer oberen Wand des Gehäuses je ein Verbindungsstück mit einer Öffnung angeordnet, die koaxial mit dem mantelseitigen Zu- und Ablauf des Gehäuses und den Durchtrittsöffnungen des Plattenpaares verläuft.
  • Diese Verbindungsstücke sind jeweils an den angrenzenden Durchtrittsöffnungen des obersten Plattenpaares hart verlötet und gegen die Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses mit Dichtungen gedichtet und weisen jeweils zwei Gewindebolzen auf, die durch Löcher in der oberen Wand des Gehäuses gedichtet durchgeführt sind. Mit diesen Gewindebolzen wird dann das Plattenpaket an der Innenfläche des Gehäuses gezogen. Mit der Befestigung des Plattenpakets gegen die Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses bleibt die Innenfläche der unteren Wand des Gehäuses als Gegenlager für das Plattenpaket bedeutungslos.
  • Folglich wird der im Plattenpaket wirkende Druck über die Länge des Plattenpaketes und das Gewicht des Plattenpaketes nur über die Hartlötstellen zwischen den Wärmeübertragungsplatten der Verlötungen des mantelseitigen Zu- und Ablaufs aufgenommen.
  • Die Folge ist, dass ein Plattenwärmeübertrager dieser Art nur eine sehr geringe Druckstabilität aufweist und damit für den Einsatz im Hochdruckbereich nicht nutzbar ist. Unabhängig davon besteht auch im Niederdruckbereich immer die Gefahr, dass in Folge des vorherrschenden Drucks und des Gewichts des Plattenpaketes insbesondere die Lötstellen zwischen den Verbindungsstücken und den Öffnungen des obersten Plattenpaares abreissen, was zwangsläufig einen Ausfall des Plattenwärmeübertragers zur Folge hat, da es zum Vermischen der beiden beteiligten Medium kommt. Durch die Befestigung an der Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses tritt aber auch zwischen den Innenflächen unter der Wand und der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte des Plattenpaketes verstärkt ein Bypass des stirnseitig durchströmenden Mediums auf, der den Wirkungsgrad des Plattenwärmeübertragers erheblich verringert.
  • Darüber hinaus ist durch die Abdichtung der Verbindungsstücke zur Innenfläche der oberen Wand des Gehäuses und durch die notwendige Abdichtung der Schraubenbolzen im Durchdringungsbereich der oberen Wand des Gehäuses eine verschleißfreie Funktionsweise des Plattenwärmeübertragers im Hochdruckbereich sowie bei einem breit gefächerten Temperaturbereich nicht in jedem Fall gewährleistet.
  • Aus der DE 10 2004 022 433 A1 ist eine Wärmeübertragungsplatte für einen geschweißten Plattenwärmeübertrager der gattungsgemäßen Art bekannt, die eine rechteckige Form aufweist, die an den beiden Stirnseiten mit bogenförmigen Kopfteilen begrenzt ist, in denen je eine mittig liegende Durchflussöffnung vorgesehen ist und die, wie in Fig.1 - 2 gezeigt, in den Kopfteilen und dem rechteckigen Teil der Wärmeübertragungsfläche eine geradlinig und quer in einem Winkel α zur Längsachse der Wärmeübertragungsplatte verlaufende Wellenstruktur aufweist, die im Randbereich der Wärmeübertragungsfläche und der Kopfteile einen an der Peripherie umlaufenden profilfreien Schweißrand gleicher Breite bildet. Eine derart ausgebildete Wellenstruktur weist beim Zusammenfügen von zwei Wärmeübertragungsplatten über die gesamte Länge des gebildeten Zwischenraums eine hohe Anzahl punktförmiger Abstützpunkte auf, die infolge der punktförmigen Abstützung ein Auftreten von Vorzugsströmungen im Zwischenraum weitgehend ausschließen.
  • Versuche haben aber auch überraschend gezeigt, dass durch einen gleich breiten profilfrei umlaufenden Schweißrand und durch eine Vielzahl von punktförmigen Abstützpunkten, die sich gleichmäßig über die Länge und Breite bis zum profilfreien Schweißrand eines Zwischenraums von zwei zusammengefügten länglichen Wärmeübertragungsplatten erstrecken, wie es bei einer Wärmeübertragungsplatte nach der DE 10 2004 022 433 A1 der Fall ist, eine sehr hohe Druckbeständigkeit und auch eine gute Strömungscharakteristik erreicht werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, den eingangs genannten Plattenwärmeübertrager dadurch zu verbessern, dass unter Verwendung einer aus der DE 10 2004 022 433 A1 bekannten Wärmeübertragungsplatte, der thermische Wirkungsgrad durch eine verbesserte Strömungscharakteristik erhöht wird, der Plattenwärmeübertrager dichtungslos als Kompaktplattenwärmeübertrager bis in den Hochdruckbereich und auch für einen Temperaturbereich von -200°C bis +1200° einsetzbar ist sowie wirtschaftlicher hergestellt und servicefrei betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kompaktplattenwärmeübertrager gelöst, bei dem
    • die Wärmeübertragungsplatte in der rechteckigen Wärmeübertragungsfläche und der Kopfteile mit einem Wellenprofil versehen ist, das eine durchgehend einheitliche Wellenstruktur aufweist, die im Randbereich der rechteckigen Wärmeübertragungsfläche und der Kopfteile einen an der Peripherie der Wärmeübertragungsplatte umlaufenden profilfreien Schweißrand gleicher Breite ausbildet,
    • die Ein- und Austrittsstutzen zu den Plattenzwischenräumen der Plattenpaare am Umfang der Durchtrittsöffnung der Wärmeübertragungsplatte des angrenzenden Plattenpaares sowie im Durchdringungsbereich der oberen bzw. unteren Gehäuseplatte des Gehäuse gasdicht verschweißt sind,
    • das aus verschweißten Plattenpaaren gebildete Plattenpaket zwischen der oberen und der unteren Gehäuseplatte und den beiden parallel verlaufenden Seitenteilen des Gehäuses metallisch gedichtet im Gehäuse verspannt ist,
    • die obere und untere Gehäuseplatte mit den parallel verlaufenden Seitenteilen des Gehäuses zu einem Gehäusemantel verschweißt sind, der beiderseits durch ein Stirnteil mit oder ohne Anschlussstutzen zu einem druckstabilen und gasdichten Gehäuse (1) verschlossen ist und
    • einem Gehäuse, das mit mindestens zwei versetzt angeordneten und um den Gehäusemantel umlaufenden Rippen versteift ist.
  • Ein nach diesen Kombinationsmerkmalen hergestellter Plattenwärmeübertrager ist ein dichtungsloser und nur metallisch gedichteter druckstabiler und verschweißter Kompaktplattenwärmeübertrager, der ohne weitere zusätzliche Spannmittel bis in den Hochdruckbereich und in einem Temperaturbereich von -200°C bis 1200°C geeignet ist.
  • Durch den Einsatz der.aus der DE 10 2004 022 433 A1 bekannten Wärmeübertragungsplatte kreuzen sich die Wellenkämme beim Aneinanderfügen zweier gegeneinander um 180° gedrehten Wärmeübertragungsplatten bis an den umlaufenden profilfreien Schweißrand regelmäßig und bilden somit über die gesamte Breite und Länge des Plattenzwischenraums sich regelmäßig wiederholende Abstützpunkte. Damit erhält jeder Plattenzwischenraum über die Länge und Breite eine sehr hohe Druckstabilität und auf zusätzliche Verbindungen der jeweils angrenzenden Abstützpunkte kann auch dann verzichtet werden, wenn die Plattenzwischenräume zwischen den verschweißten Plattenpaaren und den zusammengefügten Plattenpaaren mit Medien beaufschlagt werden, die den Kompaktplattenwärmeübertrager mit einer sehr hohen Druckdifferenz durchströmen.
  • Durch die annähernd punktförmige Überschneidung der Wellenkämme, die gleichzeitig die Abstützpunkte ausbilden, kann auch ausgeschlossen werden, dass sich beim Durchströmen der Medien unerwünschte Vorzugsströmungen im Plattenzwischenraum ausbilden, die wie bekannt, die Strömungscharakteristik eines Plattenzwischenraums beeinträchtigen und damit den thermischen Wirkungsgrad des Kompaktplattenwärmeübertragers verringern.
  • Die punktförmigen Abstützungen eines Plattenzwischenraums belegen in der Addition auch nur einen sehr geringen Teil der Durchströmungsfläche. Folglich wird die thermisch wirksame Durchströmungsfläche eines jeden Plattenzwischenraums nur minimal durch die Abstützpunkte beeinträchtigt.
  • Mit der Verspannung des Plattenpakets durch die obere und untere Deckplatte des Gehäuses sowie der parallel verlaufenden Seitenteile des Gehäuses, die nach dem Verspannen zu einem Gehäusemantel gasdicht verschweißt werden, kann zum einen gewährleistet werden, dass jeder Abstützpunkt im Plattenzwischenraum mit einer einheitlichen Spannkraft beaufschlagt ist und damit der Plattenzwischenraum über die Länge und Breite eine gleiche Druckstabilität aufweist und zum anderen wird das Plattenpaket über die obere und untere Deckplatte und die beiden parallel verlaufenden Seitenteile metallisch so gedichtet, dass eine Bypassströmung zwischen dem Plattenpaket und dem Gehäuse durch das Medium, welches das Plattenpaket stirnseitig durchströmt, zwar nicht ganz ausgeschlossen aber erheblich minimiert ist.
  • Durch die gasdichte Verschweißung der mantelseitig vorgesehenen Ein- und Austrittsstutzen am Umfang der Durchtrittsöffnung der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte und der anschließenden gasdichten Verschweißung der beiden Stutzen im Durchdringungsbereich sowie der gasdichten Verschweißung der Stirnteile des Gehäuses ist der Kompaktplattenwärmeübertrager völlig frei von Dichtungen und damit servicefrei nutzbar.
  • Durch die Versteifung des Gehäuses mit umlaufenden Rippen verfügt auch das Gehäuse über eine sehr hohe Druckstabilität, so dass der Kompaktplattenwärmeübertrager in Verbindung mit dem druckstabil ausgeführten Plattenpaket auch mit einem Mediendruck beaufschlagt werden kann, der im absoluten höchsten Druckbereich bei der Wärmeübertragung zweier Medien liegt. Vielmehr, durch die Versteifung des Gehäuses mit umlaufenden Rippen kann die Materialdicke der oberen und unteren Gehäuseplatte sowie der beiden parallel verlaufenden Seitenteile des Gehäuses in Abhängigkeit der Anzahl der umlaufenden Rippen und des vorgesehenen Einsatzzweckes des Kompaktplattenwärmeübertragers verringert werden.
  • Ein nach der erfinderischen Lehre ausgelegter Kompaktplattenwärmeübertrager ist auch, wie bei geschraubten Plattenwärmeübertragern üblich, im Baukastensystem aber auch zur Herstellung mit automatisierten Fertigungsanlagen geeignet und damit sehr wirtschaftlich herstellbar.
  • Die Anbringung der umlaufenden Rippen am Gehäuse kann in unterschiedlichen technologischen Schritten erfolgen, wobei folgende Ausführungsarten bevorzugt vorgeschlagen werden.
  • Die Rippen sind Rippenabschnitte, die einstückig mit der oberen und unteren Gehäuseplatte sowie den Seitenteile sind, wobei jeweils die angrenzenden Enden der einzelnen Rippenabschnitte nach dem Verspannen des Plattenpakets mit der oberen und unteren Gehäuseplatte und so wie der beiden parallel verlaufenden Seitenteilen mit einander verschweißt sind.
  • Die Rippen können aber auch umlaufende auf dem Gehäusemantel aufgeschweißte Rippenabschnitte sein, wobei die Enden der angrenzenden Rippen verschweißt sind.
  • Die Rippen können aber auch in Form des Gehäusemantels vorgefertigte geschlossene Rippen sein, die auf dem Gehäusemantel aufgeschrumpft sind.
  • Bevorzugt sind die Stirnseiten des Gehäuses gasdicht am Gehäusemantel angeschweißt.
  • Es kann aber auch für spezielle Einsatzzwecke von Kompaktplattenwärmeübertragern vorteilhaft sein, wenn eine oder beide Stirnseiten lösbar gasdicht und druckstabil am Gehäusemantel festgelegt sind. In diesen Fällen wird eine lösbare Verbindung zwischen Gehäusemantel und Stirnseite, die eine Schaubverbindung sein kann, über Stehbolzen empfohlen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform eines Kompaktplattenwärmeübertragers gezeigt sind.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    einen geschlossenen verschweißten Kompaktplattenwärmeübertrager,
    Fig. 2:
    einen Schnitt A-A von Fig. 1,
    Fig. 3:
    einen Schnitt B-B von Fig. 1,
    Fig. 4:
    eine Wärmeübertragungsplatte für einen Kompaktplattenwärmeübertrager von Fig. 1,
    Fig. 5:
    ein schematisch dargestelltes Plattenpaket mit Wärmeübertragungsplatten nach Fig. 4.
  • Wie in Fig. 1 ersichtlich, besteht ein Kompaktplattenwärmeübertrager aus einem Gehäuse 1, einem in Fig. 1 nicht erkennbaren Plattenpaket 2, das über die axial verlaufenden Innenflächen des Gehäuses 1 metallisch gedichtet verspannt ist, den mantelseitig angeordneten Eintrittsstutzen 13 (14) und Austrittsstutzen 14 (13), den stirnseitigen Eintrittsstutzen 15 (16) und Austrittsstutzen 16 (15) sowie den Rippen 16 - 16x, die zueinander beabstandet den Gehäusemantel des Gehäuses 1 in geschlossener Form umlaufen.
  • Das Gehäuse 1 setzt sich aus einer getrennten oberen und unteren Gehäuseplatte 21, 22 und getrennt parallel verlaufenden Seitenteilen 23, 23a zusammen, die an den Längsseiten zu einem Gehäusemantel gasdicht verschweißt sind, der beiderseits durch ein Stirnteil 24; 24a mit einem Ein- bzw. Austrittsstutzen 15; 16 zu einem gasdicht voll verschweißten Gehäuse 1 verschlossen ist.
  • Die das Gehäuse 1 ausbildenden Gehäuseteile 21, 22 und Seitenteile 23, 23a sind in einer Abmessung ausgelegt, in der ein eingesetztes Plattenpaket 2 in der horizontalen und in der vertikalen Ebene metallisch gedichtet im Gehäuse 1 verspannt ist und zwischen den beiden Stirnseiten 12; 12a des Plattenpakets 2 und den Stirnteilen 24; 24a des Gehäuses 1 ein freier Ein- bzw. Austrittsbereich verbleibt.
  • Die Abmessung des freien Ein- und Austrittsbereichs ist bevorzugt in einer Größe ausgelegt, dass die Stirnseite 12(12a) des Plattenpakets 2 stets gleichmäßig mit dem Medium beaufschlagt ist, das über den Eintrittsstutzen 15(16) in den Kompaktplattenwärmeübertrager einströmt bzw. austrittsseitig gleichmäßig über die Stirnseite 12a(12) aus dem Plattenpaket 2 und den Austrittsstutzen 16(15) aus dem Kompaktplattenwärmübertrager ausströmt.
  • Die mantelseitig gelegten Ein- und Austrittsstutzen 12; 13 des Kompaktplattenwärmeübertragers für den Durchfluss eines Mediums über die Durchtrittsöffnungen der Wärmeübertragungsplatte sind jeweils am Umfang 27; 28 mit der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte 3(4) gasdicht verschweißt und durchdringen koaxial die obere bzw. untere Gehäuseplatte 21; 22 und sind rund um den Durchdringungsbereich 25; 25a mit der Gehäuseplatte 21; 22 gasdicht verschweißt.
  • Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht das Plattenpaket 2 aus Plattenpaaren 5 - 5x, die am Umfang 27; 28 der Durchtrittsöffnungen 8; 9 gasdicht verschweißt sind und einen Plattenzwischenraum 10 für den Durchfluss eines Mediums über die Stirnseite 12, 12a des Plattenpakets 2 bilden, wobei jedes Plattenpaar 5; 5x aus zwei in Fig. 4 gezeigten identischen Wärmeübertragungsplatten 3, 4 bestehen, die in der eigenen Ebene um 180° relativ zur anderen gedreht und entlang ihren umlaufenden Randbereichs gasdicht zu einem Plattenpaar 5 verschweißt sind und somit einen Plattenzwischenraum 11 für den Durchfluss eines zweiten Mediums über die Durchtrittsöffnungen 8, 9 ausbilden.
  • Die Wärmeübertragungsplatten 3; 4 bestehen, wie in Fig. 4 gezeigt, aus einer rechteckigen Wärmeübertragungsfläche 17, die beiderseits durch bogenförmig verlaufende Kopfteile 6, 7 begrenzt ist, wobei der Bogenradius bevorzugt der halben Breite der Wärmeübertragungsplatte 3; 4 beträgt. Die rechteckige Wärmeübertragungsfläche 17 und die Kopfteile 6, 7 sind mit einem Wellenprofil 18 versehen, das eine einheitliche Wellenstruktur aufweist, die geradlinig in einen gleichen Winkel α zur Längsachse und bis in den Randbereich 19 der Wärmeübertragungsplatte 3; 4 verläuft und im Randbereich 19 der Wärmeübertragungsplatten einen umlaufenden profilfreien Schweißrand 20 gleicher Breite ausbildet.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Gehäuse
    2
    Plattenpaket
    3
    Wärmeübertragungsplatte
    4
    Wärmeübertragungsplatte
    5 - 5x
    Plattenpaar
    6
    Kopfteil
    7
    Kopfteil
    8
    Durchtrittsöffnung
    9
    Durchtrittsöffnung
    10
    Plattenzwischenraum zwischen 2 Plattenpaaren
    11
    Plattenzwischenraum im Plattenpaar
    12, 12a
    Stirnseite
    13
    Eintrittsstutzen
    14
    Austrittsstutzen
    15
    stirnseitige Eintrittsstutzen
    16
    stirnseitige Austrittsstutzen
    17
    rechteckige Wärmeübertragungsfläche
    18
    Wellenprofil
    19
    Randbereich
    20
    profilfreier Schweißrand
    21
    obere Gehäuseplatte
    22
    untere Gehäuseplatte
    23, 23a
    Seitenteile
    24, 24a
    Stirnteil
    25, 25a
    Durchdringungsbereich - Gehäuse
    26, 26x
    Rippen
    27
    Umfang der Durchtrittsöffnungen
    28
    Umfang der Durchtrittsöffnungen

Claims (7)

  1. Kompaktplattenwärmeübertrager mit
    - einem Plattenpaket (2) aus profilierten Wärmeübertragungsplatten (3; 4), die eine rechteckige Form aufweisen und beiderseits durch ein bogenförmig ausgebildetes Kopfteil (6; 7) mit einer mittig im Kopfteil (6; 7) liegenden Durchtrittsöffnung (8; 9) begrenzt sind, wobei jeweils zwei aneinander gefügte Wärmeübertragungsplatten (3, 4), die einen Plattenzwischenraum (11) für den Durchfluss eines ersten Mediums über die Durchtrittsöffnungen (8, 9) bilden, miteinander am Umfang gasdicht zu einem Plattenpaar (5) verschweißt sind und wobei mindestens zwei zusammengefügte Plattenpaare (5, 5x) jeweils am Umfang (27; 28) der beiden Durchtrittsöffnungen (8; 9) gasdicht zu einem Plattenpaket (2) verschweißt sind, die einen Plattenzwischenraum (10) für den Durchfluss eines zweiten Mediums über die Stirnseiten (12, 12a) des Plattenpakets (2) bilden und
    - einem gasdicht und druckstabilen Gehäuse (1) mit einem mantelseitigen Ein- und Austrittsstutzen (13; 14) für das erste Medium zum Durchströmen des Plattenzwischenraums (11) eines oder mehrerer Plattenpaare (5 - 5x) und stirnseitige Ein- und Austrittsstutzen (15; 16) für das zweite Medium zum Durchströmen der Plattenzwischenräume (10) zwischen zwei oder mehreren Plattenpaaren (5 - 5x) über die Stirnseiten (12, 12a) des Plattenpakets 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Wärmeübertragungsplatte (3; 4) in der rechteckigen Wärmeübertragungsfläche (17) und der Kopfteile (6, 7) mit einem Wellenprofil (18) versehen ist, das eine durchgehend einheitliche Wellenstruktur aufweist, die im Randbereich (19) der rechteckigen Wärmeübertragungsfläche (17) und der Kopfteile (6, 7) einen an der Peripherie der Wärmeübertragungsplatte (3; 4) umlaufenden profilfreien Schweißrand (20) gleicher Breite ausbildet,
    - die Ein- und Austrittsstutzen (13; 14) zu den Plattenzwischenräumen (11) der Plattenpaare (5 - 5x) am Umfang (27; 28) der Durchtrittsöffnung (8; 9) der Wärmeübertragungsplatte (3; 4) des angrenzenden Plattenpaares (5; 5x) sowie im Durchdringungsbereich (25; 25a) der Gehäuseplatten (21; 22) des Gehäuses (1) gasdicht verschweißt sind,
    - das aus verschweißten Plattenpaaren (5 - 5x) gebildete Plattenpaket (2) zwischen der oberen und unteren Gehäuseplatte (21, 22) und den parallel verlaufenden Seitenteilen (23, 23a) des Gehäuses (1) metallisch gedichtet verspannt ist,
    - die obere und untere Gehäuseplatte (21, 22) mit den parallel verlaufenden Seitenteilen (23, 23a) des Gehäuses (1) zu einem Gehäusemantel verschweißt sind, der beiderseits mit einem Stirnteil (24; 24a) mit oder ohne Anschlussstutzen (15; 16) zu einem druckstabilen und gasdichten Gehäuse (1) verschlossen ist und
    - einem Gehäuse (1), das mit mindestens zwei versetzt angeordneten und um den Gehäusemantel umlaufenden Rippen (26 - 26x) versteift ist.
  2. Kompaktplattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (26 - 26x) Rippenabschnitte sind, die einstückig mit der unteren und oberen Gehäuseplatte (21, 22) sowie den Seitenteilen (23, 23a) sind, wobei jeweils die angrenzenden Enden der einzelnen Rippenabschnitte nach dem Verspannen des Plattenpakets (2) mit den Gehäuseplatten (21, 22) und den Seitenteilen (23, 23a) miteinander verschweißt sind.
  3. Kompaktplattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (26 - 26x) auf dem Gehäusemantel aufgeschweißte Rippenabschnitte sind, die jeweils an den angrenzenden Enden verschweißt sind.
  4. Kompaktplattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (26 - 26x) in Form des Gehäusemantels vorgefertigte geschlossene Rippen (26 - 26x) sind, die auf dem Gehäusemantel aufgeschrumpft sind.
  5. Kompaktplattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnteile (24; 24a) des Gehäuses (1) gasdicht am Gehäusemantel angeschweißt sind.
  6. Kompaktplattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnteile (24; 24a) des Gehäuses (1) lösbar gasdicht und druckstabil am Gehäusemantel festgelegt sind.
  7. Kompaktplattenwärmeübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung zwischen dem Gehäusemantel und den Stirnteilen (24 ,24a) eine Schraubverbindung über Stehbolzen ist.
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