DE69614402T2

DE69614402T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69614402T2
Application number: DE69614402T
Authority: DE
Inventors: Sven Andersson; Tomas Dahlberg; Sven Karlsson; Veikko Pihlajaniemi
Original assignee: Swep International AB
Current assignee: Swep International AB
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: ATE204069T1; JPH11513785A; PT857288E; AU7354696A; US5988269A; KR19990066955A; DE69614402D1; WO1997015798A1; SE9503709D0; JP3958367B2; SE504868C2; EP0857288A1; EP0857288B1; KR100394609B1; DK0857288T3; ES2160259T3; SE9503709L; AU707014B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Plattenwärmetauscher, umfassend eine vordere Deckplatte, eine Mehrzahl von kanalbildenden Platten und eine hintere Deckplatte, wobei die Platten relativ zu einer Achse, die sich in Längsrichtung des Wärmetauschers erstreckt, grundsätzlich symmetrischer Form sind, wobei die vordere Deckplatte mit wenigstens vier Fittings für Verbindungen zu Einlass- und Auslassöffnungen für wärmetauschende Medien versehen ist und wobei die kanalbildenden Platten mit einem gepressten Muster versehen sind.
Ein Wärmetauscher sollte im Verhältnis zu seinen Herstellungskosten und seinem Volumen eine große Wärmetauschkapazität aufweisen. Die Herstellungskosten nehmen mit abnehmender Anzahl von Teilen und zuhnemender Wärmeaustauschkapazität pro kanalbildender Platte ab. Es ist gewöhnlich erwünscht, dass für die Wärmetauschmedien gleiche Verbindungshöhen an den Einlass-und Auslassöffnungen erreicht werden, und-falls O-Ring-Verbindungen verwendet werden - dass die Dichtungsoberflächen in einer gemeinsamen Ebene an der Endoberfläche des Tauschers angeordnet sind.
Als Stand der Technik kann z. B. die Druckschrift SE-B-458884 angesehen werden, die einen Wärmetauscher zeigt, dessen vordere und hintere Deckplatte dazu dienen, Wände vorzusehen, um der Konstruktion mechanische Stärke zu verleihen, und dessen Einlass- und Auslassrohre zum Tauscher mit der vorderen Deckplatte verbunden sind. Die Hohlräume zwischen den Deckplatten und den benachbarten kanalbildenden Platten werden nicht zum Wärmetausch verwendet.
Bei bestimmten Anwendungen, z. B. falls das Medium von empfindlicher Beschaffenheit ist, ist es zwingend erforderlich, dass der Wärmetauscher keinerlei blinde Kanäle oder Hohlräume aufweist, in denen ein Teil eines wärmetauschenden Mediums abgefangen werden und dem Rest der Strömung nicht folgen kann, oder in denen die Strömungsgeschwindigkeit sehr klein wird.
Ein Anhalten oder eine sehr geringe Strömung verursacht die Gefahr von Bruchkorrosion oder-gefrieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Plattenwärmetauscher vorzusehen, der diesen Wünschen besser entspricht, und dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass die vordere Deckplatte mit einem gepressten Muster versehen ist, dass die Bereiche der vorderen Deckplatte um die Einlass- und Auslassöffnungen herum in einer gemeinsasmen Ebene angeordnet sind und dass die vordere Deckplatte zusammen mit der benachbarten kanalbildenden Platte zwei Verteilerkanäle vorsieht, die die Richtungen zwischen benachbarten Einlass- und Auslassöffnungen und Randbereichen um diese Öffnungen herum kreuzen, in welcher sich ebene Teile der Deckplatte und der benachbarten kanalbildenden Platte einander berühren.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen nähererläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht, welche die Grundgestaltung eines Plattenwärmetauschers mit zwei Kreisen zeigt;
Fig. 2 einen Schnitt in Richtung der Pfeile II-II durch einen bekannten Wärmetauscher gemäß des Prinzips nach Fig. 1;
Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch einen anderen bekannten Plattenwärmetauscher;
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Plattenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Horizontalansicht einer kanalbildenden Platte gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 in einem größeren Maßstab;
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 5, gleichfalls in einem größeren Maßstab;
Fig. 8 eine Horizontalansicht der vorderen Deckplatte im Wärmetauscher nach Fig. 4;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8 in einem größeren Maßstab;
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 8 in einem größeren Maßstab;
Fig. 11 die Strömung zwischen der vorderen Deckplatte und einer benachbarten kanalbildenden Platte;
Fig. 12, 13 und 14 die hintere Deckplatte;
Fig. 15, 16 und 17 eine alternative Gestaltung der vorderen Deckplatte; und
Fig. 18 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt durch einen Wärmetauscher, der die alternative Gestaltung der vorderen Deckplatte, die in den Fig. 15-17 gezeigt ist, und kanalbildende Platten bekannter Gestaltung (Fig. 2 oder 3) und eine hintere Deckplatte gemäß den Fig. 12-14 aufweist.
Fig. 1 zeigt eine Anzahl von im Wesentlichen rechteckig geformten Platten, die hintereinander angeordnet sind. Die Platten haben eine im Wesentlichen längensymmetrische Form -d. h. hauptsächlich symmetrisch zu einer Ebene, die relativ zur Platte durch eine Mittellinie in der Platte vertikal verläuft. Die mit 1 bezeichnete Platte ist eine vordere Deckplatte, der eine Anzahl von kanalbildenden Platten 2-7 folgt, während die letzte Platte 8 eine hintere Deckplatte ist. Die kanalbildenden Platten 2-7 sind von identischer Form, wobei jedoch eine folgende kanalbildende Platte relativ zur jeweils vorhergehenden um 180º gedreht angeordnet ist. Sämtliche kanalbildenden Platten weisen ein gepresstes Pfeilrippenmuster auf, so dass sich zwischen ihnen Kanäle bilden, obwohl die Platten so geschichtet sind, dass sie einander berühren. Die Anzahl der kanalbildenden Platten könnte höher oder niedriger liegen als die sechs, die in Fig. 1 gezeigt sind.
Jede Platte weist vier Löcher auf, die mit 10, 11, 12 und 13 bezeichnet sind. Die Löcher 10 bilden eine Einlassöffnung für ein erstes wärmetauschendes Medium und die Löcher 11 bilden eine Auslassöffnung für das selbe erste Medium. Die Löcher 12 bilden eine Einlassöffnung für ein zweites wärmetauschendes Medium und die Löcher 13 bilden eine Auslassöffnung für dieses zweite Medium. Wie aus der folgenden Erklärung unter Bezugnahme auf Fig. 2 verständlich wird, wird nach dem Aufeinanderlegen und Verbinden der Platten, z. B. durch Löten, zwischen den kanalbildenden Platten 2 und 3 ein Kanal gebildet. Nur das zweite wärmetauschende Medium kann zwischen Platte 2 und 3 nach unten passieren. Ähnliche Kanäle für das zweite wärmetauschende Medium werden zwischen den kanalbildenden Platten 4-5 und 6-7 gebildet. Ebenso werden zwischen den kanalbildenden Platten 3-4 und 5-6 Känale gebildet, durch die nur das erste wärmetauschende Medium nach oben passieren kann. Sämtliche kanalbildende Platten sind aus dünnen Platten eines wärmeleitenden Materials, z. B. eines Metalls, hergestellt.
Die beiden wärmetauschenden Medien passieren die entsprechenden Kanalsysteme im Gegenstrom.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Fig. 1 in Richtung der Pfeile II-II in einem größeren Maßstab. Bei dieser bekannten Gestaltung wurde die vordere Deckplatte 1 direkt mit der ersten kanalbildenden Platte 2 verlötet, die, wie die verbleibenden kanalbildenden Platten 3-7, einen Bund 14 aufweist, der sich am Umfang erstreckt und nach unten und leicht nach außen gerichtet ist. Wenn die Platten aufeinander gelegt werden, liegen die Bünde 14 einander und ermöglichen die Bildung einer Dichtungsverbindung durch Löten. Die vordere Deckplatte 1 wurde mit einem gelöteten rohrförmigen Fitting 15 an der Einlassöffnung 10 für das erste wärmetauschende Medium und mit einem rohrförmigen Fitting 16 an der Auslassöffnung 13 für das zweite wärmetauschende Medium versehen. Da es erwünscht ist, dass die zwei Fittings 15 und 16 die gleiche Höhe haben sollten, sollten die Bereiche der Deckplatte 1 um die Öffnung 10 und 13 in der selben Ebene angeordnet sein. Dies ist auch eine Notwendigkeit, falls die Fittings durch O-Ring-Verbindungen direkt zur Deckplatte 1 ersetzt werden sollten. Folglich kann zwischen der Deckplatte 1 und Teilen der kanalbildenden Platte 2 kein Kanal für ein wärmetauschendes Medium hergestellt werden. Zum Abdichten gegen den Eintritt wärmetauschender Medien zwischen der Deckplatte 1 und der Kanalplatte 2 wurde ein Abstandsring 17 vorgesehen und zwischen ihnen durch Löten angebracht. Der Nachteil dieser bekannten Gestaltung ist, dass die vordere Deckplatte 1 keine kanalbildende Funktion hat und der Abstandsring 17 ein zusätzliches Element in dem Wärmetauscher darstellt. Außerdem wird die hintere Deckplatte nicht als Wand in einem Kanal für ein wärmetauschendes Medium verwendet.
Fig. 3 zeigt, wie die vordere Deckplatte 1 früher gebildet wurde, damit der Abstandsring vermieden werden kann. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird dies dadurch erreicht, dass die Bereiche der Deckplatte 1 um die Öffnungen 10 und 13 in verschiedenen Ebenen angeordnet wurden, und das macht die Verwendung von O-Ring-Dichtungen an den Rohrverbindungen zum Wärmetauscher schwierig. Auch sind die Rohrverbindungen komplizierter. Die Gestaltung gemäß Fig. 3 ermöglicht es außerdem nicht, die Deckplatte 1 als eine Wand zu verwenden, die einen Kanal für ein wärmetauschendes Medium begrenzt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Die vordere Deckplatte 1 weist das selbe pfeilförmige Muster 9 von Rippen und Vertiefungen wie die Kanalplatten 2-7 und auch den selben Bund 14, der sich am Umfang erstreckt, für eine Dichtungslötverbindung zur ersten kanalbildenden Platte 2 auf. Um die Einlassöffnung 10 weist die erste Kanalplatte 2 teilweise Vertiefungen 18 auf, die Verteilerkanäle zwischen der Deckplatte 1 und der Kanalplatte 2 bilden. Die verteilerkanalbildenden Vertiefungen 18 sind detaillierter mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben, die eine kanalbildende Platte gemäß der Erfindung in Drausicht zeigt. Fig. 4 zeigt auch die hintere Deckplatte 8-sogar diese ist mit einem gepressten Muster 9 und einem Bund 14 versehen.
Die Kanalplatte, die in Fig. 5 gezeigt ist, weist die vier oben besprochenen Öffnungen auf: die Einlassöffnungen 10 und 12 sowie die Auslassöffnungen 11 und 13. Wie zu sehen ist, wenn man dem Schnitt, der in Fig. 6 gezeigt ist entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 vom Bereich um die Auslassöffnung 10 in Richtung auf die Öffnung 13 folgt, trifft man zuerst auf den Verteilerkanal 18 als eine niedrige Vertiefung, nach der die selbe Ebene erreicht wird wie die um die Öffnung 10. Nach wenig mehr als dem halben Abstand zur Öffnung 13 nimmt die Höhe der Platte um etwa zweimal die Tiefe des Verteilerkanals 18 ab. Der Unterschied zwischen den Höhen der Plattenbereiche um die beiden Löcher 10 und 13 entspricht der Tiefe des gepressten, pfeilförmigen Musters 9, wie in Fig. 7 gezeigt. Der Schnitt VI-VI folgt dem Scheitelverlauf einer Rippe vom Verteilerkanal 18 zum ebenen Bereich 31 um die Öffnung 13.
Die kanalbildende Platte 3 weist die selbe äußere Erscheinung auf wie die Kanalplatte 2, sie wurde jedoch um 180º gedreht, so dass die Verteilerkanäle 18 in der Kanalplatte 3 um die Öffnungen 12 und 13 herum angeordnet sind.
Fig. 8 zeigt die vordere Deckplatte 1 von oben. Aus dem Schnitt nach Fig. 9 in Richtung der Pfeile IX-IX, die in Zeichnung 8 gezeigt sind, zeigt sich, dass die Plattenbereiche um alle Öffnungen 10-13 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Es ist außerdem das gepresste, pfeilförmige Muster 9 und der Bund 14 gezeigt.
Das Kanalsystem im Plattenwärmetauscher zwischen der vorderen Deckplatte 1 und der kanalbildenden Platte 2 ist mit Bezug auf Fig. 11 sowie Fig. 4 beschrieben. Die Strömung, die zwischen der Deckplatte 1 und der Kanalplatte 2 passiert, ist eine Strömung des zweiten wärmetauschenden Mediums und tritt durch Öffnung 12 ein und durch Öffnung 13 aus. Die Musterrippen der Kanalplatte 2 und Plattenbereiche, die auf der selben Höhe angeordnet sind, wurden mit 20 bezeichnet. Die vordere Deckplatte 1, die oben auf die Kanalplatte 2 platziert werden sollte, sollte 180º relativ zur Position in Fig. 8 gedreht werden, um entgegengesetzte Richtungen der einander berührenden, pfeilförmigen Muster zu erreichen.
Daher bedeckt der ebene Bereich 30 oben in Fig. 8 den Bereich um die Öffnungen 10 und 13 in Fig. 11. Der Bereich 20 in Fig. 11 um die Öffnung 10 berührt in ihrer Gesamtheit die Deckplatte 1 (und ist mit dieser Platte verlötet). Die Verteilerkanäle 18 leiten aus den Bereichen 31 ab (Fig. 5), welche sonst blinde Kanäle bilden würden, die stehendes wärmetauschendes Medium enthielten.
Fig. 12, 13 und 14 zeigen die hintere Deckplatte. Fig. 12 ist eine Horizontalansicht, während Fig. 13 und 14 Schnitte entlang der Linie XIII- XIII bzw. XIV-XIV sind. Die Bereiche um die Öffnungen 10-13 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, und die Bereiche 40, 41 an den kürzeren Seiten der Platte sind in einer tieferen Ebene angeordnet, wie in Fig. 13 zu sehen ist. Die zuletzt genannten Bereiche bilden zusammen mit der benachbarten kanalbildenden Platte Verteilerkanäle, welche die selben Ableitfunktionen wie die vorher beschriebenen Kanäle 18 aufweisen.
Fig. 15 zeigt eine alternative Gestaltung der vorderen Deckplatte 1. Fig. 16 und 17 sind Schnitte entlang der Linie XVI-XVI bzw. XVII-XVII. Hier wurden erhöhte Teile 50 zwischen den Öffnungen an den kürzeren Seiten der Deckplatte gepresst. Wie in Fig. 18 - die der Fig. 4 entspricht - gezeigt, haben die erhöhten Teile 50 die selbe ableitende Funktion wie die Verteilerkanäle 18 des Ausführungsbeispiels, welches in Fig. 4 gezeigt wird.
Im Vergleich mit den bekannten Gestaltungen, die in Fig. 2 und 3 gezeigt sind, wird eine Einsparung, die den Kosten von zwei kanalbildenden Platten (und in einigen Fällen sogar von zwei Abstandsringen) sowie der Kosten für Befestigung und Lagerung entspricht, erzielt. Diese Einsparung sollte jedoch durch die höheren Materialkosten für eine Deckplatte und die Kosten für die Bildung der Deckplatten vermindert werden.
Die hintere Deckplatte 8 kann mit Löchern für Rohrverbindungen versehen werden. Bei z. B. einem Wärmetauschsystem mit zwei oder drei Kreisen, in dem alle Rohrverbindungen an der vorderen Deckplatte 1 ausgebildet sind, sollten solche Löcher an den hinteren Deckplatten jedoch verdeckt bzw. verschlossen werden.

Claims

1. Plattenwärmetauscher, umfassend eine vordere Deckplatte (1), eine Mehrzahl von kanalbildenden Platten (2 bis 5) und eine hintere Deckplatte (8), wobei die Platten relativ zu einer Achse, die sich in Längsrichtung des Wärmetauschers erstreckt, von grundsätzlich symmetrischer Form sind, wobei die vordere Deckplatte (1) mit wenigstens vier Fittings für Verbindungen zu Einlass- und Auslassöffnungen (10, 12; 11, 13) für wärmetauschende Medien versehen ist und wobei die kanalbildenden Platten (2 bis 5) mit einem gepressten Muster (9) versehen sind, dadurch gekennzeichnet,

dass die vordere Deckplatte (1) mit einem gepressten Muster (9) versehen ist, dass die Bereiche (30) der vorderen Deckplatte (1) um die Einlass-und Auslassöffnungen (10 bis 13) herum in einergemeinsamen Ebene angeordnet sind und dass die vordere Deckplatte (1) zusammen mit der benachbarten kanalbildenden Platte (2) zwei Verteilerkanäle (18) vorsieht, die die Richtung zwischen benachbarten Einlass- und Auslassöffnungen (10, 13; 11, 12) und Randbereichen um diese Öffnungen herum kreuzen, in welcher sich ebene Teile der Deckplatte (1) und der benachbarten kanalbildende Platte (2) einander berühren.

2. Wärmeplattentauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalbildende Platte (2), die der vorderen Deckplatte(1) benachbart ist, in Bereichen um zwei (10, 11) der Einlass- und Auslassöffnungen mit nach unten gepressten Teilen (18) versehen ist, so dass der Verteilerkanal aufgrund des Kontaktes zwischen der vorderen Deckplatte (1) und der benachbarten kanalbildenden Platte (2) zum Ableiten eines wärmetauschenden Mediums aus Hohlräumen (31) ausgebildet ist, wobei die Hohlräume zwischen Einlass- und Ausslassöffnungen (10, 13; 11, 12) durch ein gepresstes Muster (9) zwischen der vorderen Deckplatte (1) und der benachbarten kanalbildenden Platte (2) gebildet sind.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Deckplatte (1) zwischen den Einlass- und Auslass- Öffnungen (10, 13; 11, 12) mit einem nach oben gepressten Teil (50) versehen ist, das angepasst ist, um zusammen mit der benachbarten kanalbildenden Platte (2) den Verteilerkanal (18) zu bilden.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfeilerkanal (18) eine Tiefe aufweist, die im Wesentlichen dem halben Maximalabstand zwischen der vorderen Deckplatte (1) und der benachbarten kanalbildenden Platte (2) entspricht.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Deckplatte (8) ebenfalls mit einem gepressten Muster (9) und einem einen Kanal (18) bildenden gepressten Teil (50) versehen ist.