DE10029999A1 - Plattenwärmeübertrager der gedichteten Bauart - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager der gedichteten Bauart, bestehend aus einer Anzahl von aneinandergefügten beabstandeten Wärmeübertragungsplatten zur Ausbildung eines Strömungsbereichs zwischen jeweils zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten, wobei jede Wärmeübertragungsplatte mit einer die Wärmeübertragungsfläche und die Ein- und Austrittsöffnungen umlaufenden Dichtungsnut versehen ist, in der eine Dichtung eingelegt ist, die jeweils einen gebildeten Strömungsbereich und die Ein- und Austrittsöffnungen gegen den gegenüberliegenden Nutengrund der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte nach dem Verspannen der Wärmeübertragungsplatten abdichtet. Dabei ist der Nutengrund der Dichtungsnut in einer geprägten und kontinuierlich längs über dem Nutengrund verlaufenden wellenartigen Form ausgebildet, die im Dichtungsboden einen Kamm und auf der abgewandten Seite eine Vertiefung bildet und in der Dichtungsnut ist eine Dichtung angeordnet, die eine Dichtungsfläche annähernd der Form des abgewandten Dichtungsnutenbodens und einen Dichtungsgrund, der annähernd die Form des Dichtungsnutenbodens aufweist, die beim Verspannen ineinander gleiten und eine formschlüssige Verbindung zwischen der Dichtung und den jeweils angrenzenden Wärmeübertragungsplatten bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager der gedichteten Bauart bestehend aus einer Anzahl von anein­ andergefügten beabstandeten Wärmeübertragungsplatten zur Ausbildung eines Strömungsbereichs zwischen jeweils zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten, wobei jede Wärme­ übertragungsplatte mit einer die Strömungsfläche und die Ein- und Austrittsöffnungen umlaufenden Dichtungsnut ver­ sehen ist, in der eine Dichtung eingelegt ist, die jeweils einen gebildeten Strömungsbereich und die Ein- und Aus­ trittsöffnungen gegen den gegenüberliegenden Nutengrund der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte nach dem Verspan­ nen der Wärmeübertragungsplatten abdichtet.

Bei derartigen Plattenwärmeübertragern sind die zwischen jeweils zwei Wärmeübertragungsplatten gebildeten Strömungs­ bereiche durch das erste und das zweite Medium druckbeauf­ schlagt. Dabei findet jedoch die Höhe der Druckbeaufschla­ gung durch die begrenzte Belastbarkeit der gegenwärtig be­ kannten Abdichtungsform der Strömungsbereiche eines gedich­ teten Plattenwärmeübertragers ihre Grenze. Folglich muß man bei Medien, die unter höherem Druck stehen, auf andere Formen von Wärmeübertragern ausweichen, beispielsweise auf Röhrenwärmeaustauscher. Röhrenwärmeaustauscher haben jedoch vergleichbar wesentlich höhere Gestehungskosten und sind unhandlicher als Plattenwärmeübertrager.

Um die Druckbelastbarkeit von Plattenwärmeübertragern zu erhöhen, wird nach der DE 32 39 004 C2 vorgeschlagen, den Boden der Dichtungsnut einer Wärmeübertragungsplatte für gedichtete Plattenwärmeübertrager mit einer im wesentlich in Längsrichtung der Dichtungsnut verlaufenden Reihe von geprägten, abwechselnd gegensinnig gerichteten Erhöhungen zu versehen, in die eine an sich bekannte Dichtungsform mit vorwiegend rechteckigem Querschnitt eingelegt wird. Mit einer derartig ausgebildeten Dichtungsnut und der darin an­ geordneten Dichtung kann möglicherweise die Wärmeübertra­ gungsplatte gegenüber den Dichtungsdrücken und den Diffe­ renzdrücken stabilisiert werden, andererseits kann nicht ausgeschlossen werden, daß es beim Verspannen des Platten­ paketes zu starken Verpressungen und damit Verquetschen der Dichtung kommt. Die Folge ist, daß Leckagen auftreten, die zur Undichtheit des Plattenwärmeübertragers führen.

Vielmehr, durch die wechselseitigen Erhöhungen in der Dich­ tungsnut ist eine sehr hohe Vorspannung zwischen Gestelltei­ len erforderlich, um die Erhöhungen im Boden der Dichtungs­ nut dichtend in die angrenzenden Flächen der Dichtung einzudrücken.

Aus der EP 0487 931 B1 ist eine Wärmeübertragungsplatte für gedichtete Plattenwärmeübertrager bekannt, bei dem der ge­ bildete Strömungsbereich zwischen zwei Wärmeübertragungs­ platten durch eine Mehrfachdichtung abgedichtet wird, die aus mit räumlichem Abstand unter Belassung eines dichtungs­ materialfreien Zwischenraums zueinander angeordnete Dich­ tungsprofilen besteht und den Zwischenraum eines abgedich­ teten Kanals ausbildet. Diese Mehrfachdichtungen sind in bekannter Weise geprägt und in die Strömungsfläche der Wärmeübertragungsplatte umlaufende Dichtungsnuten einge­ setzt.

Eine derartige Dichtungsausführung eines Strömungsbereichs zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten hat einerseits sehr hohe Gestehungskosten und erfordert andererseits einen hö­ heren Materialeinsatz oder führt zu einem verringerten Strö­ mungsbereich und damit einer verringert wirksamen Wärmeüber­ tragungsfläche.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die ein­ gangs genannten Plattenwärmeübertrager durch ein neues Dich­ tungskonzept dadurch zu verbessern, daß die Leckagesicher­ heit bei höherer Druckbeaufschlagung und Einhaltung der Ge­ stehungskosten wesentlich erhöht und die Stabilität der Wär­ meübertragungsplatte sowie die Druck- und Lagestabilität der Dichtung in der Dichtungsnut verbessert wird und die Dich­ tung hilfsmittelfrei in die Dichtungsnut einlegbar und be­ festigt ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Plattenwärmeübertra­ ger der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Nu­ tengrund der Dichtungsnut in einer geprägten und kontinuier­ lich längs über den Nutengrund verlaufenden wellenartigen Form ausgebildet ist, die in der Dichtungsnut einen Kamm und auf der abgewandten Seite des Dichtungsbodens eine Ver­ tiefung ausbildet, deren größte Breite kleiner als die Dich­ tungsnutbreite ist und in der Dichtungsnut eine Dichtung angeordnet ist, die einen Dichtungsboden aufweist, der an­ nähernd gleich der Form des Dichtungsnutbodens ist und eine Dichtfläche, die annähernd gleich der Form des Nutengrunds der angrenzenden Wärmeübertragungsplatte ist.

Diese erfinderische Maßnahme hat die Wirkung, daß jeweils die benachbarten Wärmeübertragungsplatten eines Plattenwär­ meübertragers und die in der Dichtungsnut liegende Dichtung zueinander eindeutig beim Zusammenfügen arretiert sind und nach dem Verspannen zwischen der Dichtung, die den gesamten Strömungsbereich umläuft, und den benachbarten Wärmeüber­ tragungsplatten ein Formschluß sich ausbildet. Auf diese Weise sind die Dichtungen und die Wärmeübertragungsplatten nach dem Verspannen eindeutig zueinander lagestabilisiert und auch bei höherem Betriebsdrücken druckstabil.

Darüber hinaus wird mit dieser Ausführungsform eine laby­ rinthähnliche Abdichtung des gesamten Strömungsbereichs er­ reicht, die dazu führt, daß zwischen der Dichtung und der Dichtungsnut sowie dem Dichtungsgrund der angrenzenden Wär­ meübertragungsplatte sich mehrfach voneinander unabhängige Abdichtungspunkte mit unterschiedlichen Höhen ausbilden, die den Plattenwärmeübertrager gegen eine mögliche Leckage mehrfach absichern.

Vielmehr, durch den ausgeführten Formschluß zwischen den be­ nachbarten Wärmeübertragungsplatten und der Dichtung im Aus- und Eintrittsbereich der Wärmeübertragungsplatte kann auch mit Sicherheit bei höherem Mediendrücken eine Leckage im Ein- und Austrittsbereich der Wärmeübertragungsplatte aus­ geschlossen werden, die bekanntlich als kritische Dichtungs­ zonen bewertet werden, da die Wärmeübertragungsplatten auf der dichtungsabgewandten Seite in diesem Bereich in der Re­ gel keine Abstützung der Dichtungszone gegenüber der benach­ barten Wärmeübertragungsplatte hat, um den Strömungsbereich mit dem zugeordneten Medium zu beschicken bzw. das Medium wieder abzuführen.

Darüber hinaus wirkt die durchgängig ausgeführte Wellen­ form in der Dichtungsnut gleichzeitig als umlaufende Ver­ steifungssicke, so daß auf eine einfache Weise und ohne zusätzlichen technischen Aufwand eine sehr hohe Stabilität der Wärmeübertragungsplatte erreicht wird. Folglich kann bei gleichem aber auch bei höherem Betriebsdrücken die Plat­ tendicke einer Wärmeübertragungsplatte reduziert und damit der Materialeinsatz verringert werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die den Kamm bildende Form eine geprägte Welle, die beider­ seits in eine parallele Fläche übergeht. Dadurch können insbesondere die verfügbaren Dichtungsflächen der Dichtungs­ nut und am Nutengrund der angrenzenden Wärmeübertragungs­ platte zur Dichtung optimal ausgelegt werden.

Für Plattenwärmeübertrager, die für einen höheren Betriebs­ druck ausgelegt werden, kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die den Kamm bildende Form eine geprägte Welle ist, die beiderseits in eine entgegengesetzte Bogenform übergeht. Auf diese Weise kann bei einer entsprechenden Anpassung der Radien des Wellenverlaufs der Dichtung zu den Radien des Wellenverlaufs der geprägten Welle in der Dichtungsnut der Verspannungsdruck des Plattenwärmeübertragers erhöht werden, ohne das es zu Verquetschungen der Dichtung kommt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist die vom Strömungsbereich abgewandte Seitenfläche der Dichtungsnut mit über die Länge der Dichtungsnut beab­ standeten Durchbrüchen ausgebildet, in die einstückig mit der Dichtung verbundene Noppen, die korrespondierend zu den Durchbrüchen sind, eingreifen. Auf diese Weise kann die Dichtung hilfmittelfrei und kleberlos für die Montage des Plattenwärmeübertragers befestigt und bei einer Be­ schädigung auch ohne weitere Hilfsmittel ersetzt werden. Darüber hinaus sind die Noppen zur Befestigung zwischen den Rändern der jeweils angrenzenden Wärmeübertragungsplatten behinderungsfrei eingebettet und vor Beschädigung bei der Außenreinigung des Plattenwärmeübertragers, die beispiels­ weise beim Einsatz der Plattenwärmeübertrager im aseptischen Bereich zwingend erforderlich ist, geschützt.

Zweckmäßig ist, wenn sich die Durchbrüche vom Dichtungsnut­ boden bis in den Radius des angrenzenden Randes der Wärme­ übertragungsplatte erstrecken.

Mit dieser Ausdehnung der Durchbrüche wird gewährleistet, daß Dichtungen mit Noppen ausgeführt werden können, die sich über die Höhe der Dichtungsnut erstrecken und somit nach dem Verspannen des Plattenwärmeübertragers spaltfrei zwischen den Rändern der angrenzenden Wärmeübertragungsplat­ ten anliegen. Folglich werden einerseits Räume zwischen den Noppen und den angrenzenden Wärmeübertragungsplatten ver­ hindert, die von der geforderten Außenreinigung beim asep­ tischen Einsatz nur unzureichend erreicht werden und somit zur Ausbildung von Bakterienherden führen können, anderer­ seits werden die angrenzenden Wärmeübertragungsplatten des Plattenwärmeübertragers über den Rand zusätzlich stabili­ siert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefüg­ ten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Dichtungsnutprofil einer angedeuteten Wärmeübertragungsplatte im Bereich eines Durchbruchs in der Seitenwand der Dichtungs­ nut die vom Strömungsbereich abgewandt ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Dichtungsprofil im Bereich eines Noppens zur Befestigung,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Dichtungsnutprofil mit eingelegter Dichtung im Bereich eines Durchbruchs mit eingesetzten Noppen zur Befestigung der Dich­ tung,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Dichtungsbereich eines schematisch dargestellten Pakets von Wärmeübertra­ gungsplatten mit Dichtungen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Dichtungsnutprofil, einer an sich bekannten und nur angedeuteten Wärmeübertra­ gungsplatte 1, das die Wärmeübertragungsfläche 6, die eben­ falls nur angedeutet ist, einschließlich die nicht gezeigten Ein- und Austrittsbereiche der Wärmeübertragungsplatte 1, kontinuierlich umläuft.

Das Dichtungsnutprofil wird gebildet aus einer geprägten Dichtungsnut 7 mit einem eingezogenen wellenartigen Nuten­ grund 3, der einerseits im Dichtungsnutboden 4 der Dich­ tungsnut 7 einen Kamm 16 und auf der vom Dichtungsnutboden 4 abgewandten Seite 5 eine Vertiefung 17 ausbildet, die eine größte Breite 19 aufweisen, die kleiner als die Dichtungs­ nutbreite ist, so daß der Kamm 16 und die Vertiefung 17 durch beiderseits mit parallel zu den Seitenflächen 18a, 18b auslaufenden Stegen 14a, 14b oder, wie in Fig. 4 gezeigt, durch entgegengesetzte Bogenformen 15a, 15b begrenzt sind.

Wie weiter in Fig. 1 gezeigt wird, ist in der Seitenwand 18a der Dichtungsnut 7 ein Durchbruch 8 ausgebildet, der sich vorteilhafterweise vom Dichtungsnutboden 4 bis an oder in den Radius des umlaufenden Randes 10 der Wärmeübertragungs­ platte 1 erstreckt. Diese Durchbrüche 8, die zur Befestigung einer Dichtung 2 dienen, sind beabstandet mehrfach in der Seitenwand 18a der Dichtungsnut 7 ausgebildet, die um die Wärmeübertragungsfläche 6 und die nicht gezeigten Ein- und Austrittsbereiche umläuft.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Dichtung 2 deren Dicht­ fläche 12 annähernd gleich der Form der abgewandten Seite 5 . des Dichtungsnutbodens 4 ist und deren Dichtungsboden 13 an­ nähernd der Form des Dichtungsnutbodens 4 ist. An der zum Rand 10 der Wärmeübertragungsplatte 1 gerichteten Seite 21 sind längs der Dichtung 2 beabstandete einstückig mit der Dichtung 2 ausgebildete Noppen 11 vorgesehen, dessen Form und Lage an der Dichtung 2 korrespondierend mit den Durch­ brüchen 8 in der Dichtungsnut 7 sind, wie in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Fragment eines Dichtungsbereiches von übereinander geschichteten Wärmeüber­ tragungsplatten 1, 1a und dazwischen liegenden Dichtungen 2, 2a, mit einer Ausbildung des Dichtungsnutbodens 4, bei dem der Kamm 16 sowie die Vertiefungen 17 des eingezogenen Nu­ tengrundes 3 durch entgegengesetzte Bogenformen 15a, 15b beiderseits begrenzt ist.

Wie weiter aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Dichtung 2 und die beiderseits angrenzenden Wärmeübertragungsplatten 1, 1a nach dem vorgeschlagenen Dichtungskonzept durch den Kamm 16 und der Vertiefung 17 bereits beim Aneinanderfügen ein­ deutig fixiert und gleiten einerseits infolge der annähernd gleichen Ausbildung der Dichtfläche 12 und der Dichtung 2 zur abgewandten Seite 5 des Dichtungsnutbodens 4 und ande­ rerseits durch die annähernd gleiche Ausbildung des Dich­ tungsbodens 13 zum Dichtungsnutboden 4 beim Verspannen des Pakets der Wärmeübertragungsplatten 1 bis 1x mit den Dich­ tungen 2 bis 2x zwangsgeführt ineinander und bilden zuein­ ander eine formschlüssige Verbindung aus, die überaus druck­ stabil ist und die Dichtungen 1 bis 1x auch bei höherem Mediendruck in den jeweils zwischen zwei Wärmeübertragungs­ platten 1, 1a gebildeten Strömungsbereichen lagestabili­ siert.

Mit der labyrinthähnlichen Gestaltung der Abdichtung zwi­ schen jeweils einer Dichtung 2 und der jeweils daran angren­ zenden Wärmeübertragungsplatte 1, 1a ist die Abdichtung des gebildeten Strömungsbereichs mehrfach mit höher verlagerten Dichtebenen versehen. Auf diese Weise werden zusätzlich Barrieren in der Abdichtung geschaffen, die einer möglichen Leckage wirksam entgegenwirken.

Die Dichtungen 2 sind vorteilhafterweise mittels der Noppen 11 und den damit korrespondierenden Durchbrüchen 8 in der Seitenwand 18a der Dichtungsnut 7 festgelegt, können aber auch bei Bedarf mit anderen bekannten kleberlosen Befesti­ gungen oder auch durch Kleber in der Dichtungsnut 7 be­ festigt sein.

Bezugszeichen

1

,

1

a Wärmeübertragungsplatte

2

,

2

a Dichtung

3

Nutengrund

4

Dichtungsnutboden

5

abgewandte Seite des Dichtungsnutbodens

6

Wärmeübertragungsfläche

7

Dichtungsnut

8

Durchbruch

9

abgewandte Seite der Dichtungsnut vom Strömungsbereich

10

Rand

11

Noppen

12

Dichtungsfläche

13

Dichtungsboden

14

a,

14

b parallele Stege

15

a,

15

b Bogenform

16

Kamm

17

Vertiefung

18

a,

18

b Seiten der Dichtungsnut

19

Breite

20

Dichtungsnutbreite

21

Seite Dichtung

Claims (5)

1. Plattenwärmeübertrager der gedichteten Bauart be­ stehend aus einer Anzahl von aneinandergefügten beabstandeten Wärmeübertragungsplatten zur Ausbil­ dung eines Strömungsbereichs zwischen jeweils zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten, wobei jede Wärmeübertragungsplatte mit einer die Wärmeübertra­ gungsfläche und die Ein- und Austrittsöffnungen um­ laufenden Dichtungsnut versehen ist, in der eine Dichtung eingelegt ist, die jeweils einen gebildeten Strömungsbereich und die Ein- und Austrittsöffnungen gegen den gegenüberliegenden Nutengrund der angren­ zenden Wärmeübertragungsplatte nach dem Verspannen der Wärmeübertragungsplatten abdichtet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Nutengrund (3) der Dichtungs­ nut (7) in einer geprägten und kontinuierlich längs über den Nutengrund (3) verlaufenden wellenartigen Form ausgebildet ist, die in der Dichtungsnut (7) einen Kamm (16) und auf der abgewandten Seite (5) des Dichtungsnutbodens (4) eine Vertiefung (17) aus­ bildet, deren größte Breite (19) kleiner als die Dichtungsnutbreite (20) ist und in der Dichtungsnut (7) eine Dichtung (2) angeordnet ist, die einen Dichtungsboden (13) aufweist, der annähernd gleich der Form des Dichtungsnutbodens (4) ist und eine Dichtungsfläche (12), die annähernd gleich der Form des Nutengrunds (3) der angrenzenden Wärmeübertra­ gungsplatte (1a) ist.

2. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Kamm (16) bildende Form eine geprägte Welle ist, die beiderseits in einen parallelen Steg (14a, 14b) übergeht.

3. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kamm (16) bildende Form eine geprägte Welle ist, die beiderseits in eine entgegengerichtete Bogenform (15a, 15b) übergeht.

4. Plattenwärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wärmeübertragungsfläche (6) abgewandte Seitenfläche (18a) der Dichtungsnut (2) mit über die Länge der Dichtungsnut (2) beabstandeten Durchbrüchen (8) aus­ gebildet ist, in die einstückig mit der Dichtung (2) verbundene Noppen (11), die korrespondierend zu den Durchbrüchen (8) sind, eingreifen.

5. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchbrüche (8) vom Dichtungsnutboden (4) bis in den Radius des angren­ zenden Randes (10) der Wärmeübertragungsplatte (1) erstrecken.