DE19832164C2

DE19832164C2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE19832164C2
Application number: DE19832164A
Authority: DE
Inventors: Miroslav Podhorsky; Heinz-Willi Rickers; Horst Daschmann
Original assignee: Balcke Duerr GmbH
Current assignee: Kelvion PHE GmbH
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: DE19832164A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit im Gleichstrom oder Gegenstrom von gasförmigen Medien, von denen mindestens eines ein unbeladenes Reingas ist, durchströmten Kanälen, die für das eine Medium zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten und für das andere Medium zwischen den zu einem Plattenstapel zusammengefügten Plattenpaaren gebildet sind, wobei die Zu- und Abströmquerschnitte jedes Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung diagonal zueinander angeordnet und die unmittelbar aneinanderliegenden Zuström- bzw. Abströmquerschnitte für das eine Medium zu den benachbarten Abström- bzw. Zuströmquerschnitten für das andere Medium jeweils um die halbe Höhe der Zu- bzw. Abströmquerschnitte versetzt sind und jede Einzelplatte mit einem sich über die gesamte Kanalbreite und nahezu die gesamte Kanallänge verlaufenden Noppenfeld mit abwechselnd zu der einen oder der anderen der beiden Seiten der Einzelplatten ausgeprägten Einzelnoppen versehen ist, wobei einzelne Noppen derart als Abstandshalter für benachbarte Einzelplatten ausgebildet sind, daß diese an den Abstandshaltern einer benachbarten Einzelplatte anliegen.

Plattenwärmetauscher der voranstehend beschriebenen Art mit im Gegenstrom durchströmten Kanälen sind beispielsweise aus der EP 0 548 602 B1 bekannt. Diese Plattenwärmetauscher haben bei äußerst kompakter Bauweise einen hohen Wärmetauscherwirkungsgrad und können preisgünstig auch für aggressive Medien hergestellt werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Platten dieser bekannten Plattenwärmetauscher unter ungünstigen Bedingungen aufgrund der Druckunterschiede zwischen den einzelnen Strömungskanälen zu schwingen beginnen können. Diese Schwingungen der nur entlang der Längsränder miteinander verbundenen Einzelplatten können dazu führen, daß die als Abstandshalter ausgebildeten Noppen flachgedrückt werden und im Falle emaillierter Flächen die Emaillebeschichtung im Bereich der aufgrund der Schwingungen aufeinandertreffenden Abstandshalter abplatzt und somit die Wärmetauscherplatte im Bereich dieser Schadstelle nicht mehr gegen aggressive Medien geschützt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Gefahr der Schwingungserregung der Wärmetauscherplatten minimiert wird.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Abstandshalter dienenden Noppen ausschließlich in die dem Reingas zugeordneten Strömungskanäle hineinragen und daß die jeweils ein Plattenpaar bildenden Einzelplatten über diese Abstandshalter der Einzelplatten fest miteinander verbunden sind.

Da die die Plattenpaare bildenden Einzelplatten erfindungsgemäß über die aneinander anliegenden Abstandshalter miteinander verbunden werden, ergeben sich gegenüber Schwingungen unempfindliche Plattenpaare. Da die als Abstandshalter dienenden Noppen ausschließlich in die dem Reingas zugeordneten Strömungskanäle hineinragen, wird sichergestellt, daß sich keine Schmutzpartikel im Bereich dieser miteinander verbundenen Abstandshalter absetzen können. Dagegen sind die von den beladenen Abgasen durchströmten Strömungskanäle frei durchströmbar und auch einfach und problemlos zu reinigen, weil in diesen Strömungskanälen keine die freie Durchströmung behindernden Abstandshalter angeordnet sind.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Plattenpaaren, bei denen die Einzelplatten nur entlang der Längsränder miteinander verbunden sind, können die erfindungsgemäß über die Abstandshalter miteinander zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten nicht separat in Schwingungen versetzt werden, so daß ein solchermaßen hergestellter Plattenwärmetauscherstapel auch bei großen Druckunterschieden zwischen den einzelnen Strömungskanälen nahezu unempfindlich gegenüber Schwingungen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die aneinander anliegenden Abstandshalter miteinander verschweißt. Zum Verschweißen eignet sich insbesondere ein Punktverschweißen der Abstandshalter miteinander, wobei zum Verschweißen die Schweißelektroden jeweils von den Außenseiten der miteinander zu verbindenden Einzelplatten im Bereich der Abstandshalter an die Einzelplatten angelegt werden und so die Abstandshalter miteinander verschweißen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauschers dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines aus mehreren Einzelplatten gebildeten Plattenstapels, wobei jedoch wegen der besseren Übersicht die Einzelnoppen und Abstandshalter nicht dargestellt sind;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine mit einem Noppenfeld und Abstandshaltern versehene Einzelplatte;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Unterseite einer mit der in Fig. 2 dargestellten Einzelplatte zu verbindenden Einzelplatte und

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 durch einen aus mehreren Plattenpaaren gebildeten Plattenstapel.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Plattenwärmetauschers zeigt perspektivisch einen Plattenstapel S aus einer Mehrzahl formgeprägter Einzelplatten 1, die jeweils miteinander zu einem Plattenpaar P verbunden sind.

Jede Einzelplatte umfaßt einen Boden 11, der in einer anderen Ebene liegt als die Längsränder 12. Im Anschluß und parallel zu diesen Längsrändern 12 ist jede Einzelplatte 1 mit einer Anlagefläche 13 ausgebildet, die gegenüber den Längsrändern 12 in der Höhe versetzt ist. Der Versatz zwischen der Anlagefläche 13 und dem zugehörigen Längsrand 12 ist doppelt so groß wie der Versatz zwischen den Längsrändern 12 und dem Boden 11. Der Boden 11 liegt demzufolge höhenmäßig in der Mitte zwischen der Ebene der Längsränder 12 und der Ebene der Anlageflächen 13.

Die quer zu den Längsrändern 12 der Einzelplatte 1 verlaufenden Ränder liegen beim Ausführungsbeispiel etwa zur Hälfte in der Ebene der Längsränder 12 bzw. in der Ebene der Anlageflächen 13. Auf diese Weise ergeben sich Querränder 14a und 14b, die in der Höhe, das heißt senkrecht zur Fläche des Bodens 11 um den selben Betrag zueinander versetzt sind wie die Ebene, in denen einerseits die Längsränder 12 und andererseits die Anlageflächen 13 liegen. Die Abbildung Fig. 1 läßt deutlich erkennen, daß hierbei die Querränder 14a bzw. 14b einander diagonal gegenüberliegen.

Jeweils zwei der in Fig. 1 als oberstes Teil dargestellten Einzelplatten 1 werden gemäß der unteren Darstellung in Fig. 1 zu Plattenpaaren P verbunden. In Fig. 1 sind fünf komplette Plattenpaare P dargestellt, wobei auf dem obersten Plattenpaar noch eine Einzelplatte 1 angeordnet ist, die mit der im Abstand dargestellten obersten Einzelplatte 1 ebenfalls zu einem Plattenpaar P verbunden wird.

Wenn die Plattenpaare P im Bereich der Anlageflächen 13 zum Plattenstapel S verbunden werden, ergeben sich übereinanderliegende Kanäle für die beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden gasförmigen Medien. Während das eine Medium in den Strömungskanälen strömt, die jeweils durch die Plattenpaare P gebildet werden, strömt das andere Medium in den Strömungskanälen, die sich durch das Zusammenfügen der Plattenpaare P zum Plattenstapel S ergeben. Die in der Ebene der Längsränder 12 liegenden Querränder 14a der Einzelplatten 1 bilden hierbei den Zuströmquerschnitt Z₁ bzw. den Abströmquerschnitt A₁ der Strömungskanäle für das zwischen den Plattenpaaren P strömende Medium. Die in der Ebene der Anlageflächen 13 verlaufenden Querränder 14b der Einzelplatten 1 bilden die Zuströmquerschnitte Z₂ bzw. Abströmquerschnitte A₂ für das andere Medium, das zwischen den Einzelplatten 1 jedes Plattenpaares P entweder in derselben oder in Gegenrichtung zum ersten Medium strömt. Die Abbildung Fig. 1, die einen Gegenstrom-Wärmetauscher zeigt, läßt erkennen, daß aufgrund der diagonalen Anordnung der Eintritts- und Austrittsöffnungen die Zuströmquerschnitte Z₁ bzw. Z₂ für das eine Medium neben den Abströmquerschnitten A₂ bzw. A₁ für das andere Medium liegen, und zwar jeweils um eine halbe Höhe des Plattenpaares P versetzt.

Um das über die Zuströmquerschnitte Z₂ in die Strömungskanäle eintretende Medium, dessen Zuströmquerschnitt sich bei der Ausführungsform gemäß Abbildung Fig. 1 über die halbe Breite des Strömungskanals erstreckt und sich bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Einzelplatten über 1/3 der Breite des Strömungskanals erstreckt, innerhalb eines möglichst kurzen axialen Eintrittsbereiches E auf die volle Breite des Kanalquerschnitts zu verteilen, sind gemäß den in den Abbildungen Fig. 2 und 3 dargestellten Einzelplatten 1 im Eintrittsbereich E Erhebungen 2 ausgebildet, die in den Strömungskanal hineinragen und das durch den Zuströmquerschnitt Z₂ eintretende Medium auf die volle Kanalbreite des Strömungskanals verteilen. Der Zuströmquerschnitt Z₁, der sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ebenfalls über die halbe Breite des Strömungskanals erstreckt, erstreckt sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 über 2/3 der Breite des Strömungskanals. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, weisen die Zuströmquerschnitte Z₁ keinen mit Erhebungen 2 versehenen Eintrittsbereich E auf.

Die Wärmeaustauschleistung des mit den Einzelplatten 1 nach Fig. 2 und 3 ausgestatteten Plattenwärmetauschers wird dadurch erhöht, daß jede Einzelplatte 1 mit einem sich an den Eintrittsbereich E anschließenden, über die gesamte Kanalbreite und nahezu die gesamte Kanallänge verlaufenden Noppenfeld aus einer Vielzahl von in den Strömungskanal hineinragenden Einzelnoppen 31 und 32 versehen ist. Diese Einzelnoppen 31 und 32 sind abwechselnd zu einer der beiden Seiten der Einzelplatten 1 ausgeprägt. Die in der Draufsicht in Fig. 2 und 3 erkennbaren Einzelnoppen 31 sind jeweils durch einen Kreis die auf der abgewandten Seite ausgebildeten Einzelnoppen 32 durch ein Kreuz dargestellt. Das durch die Einzelnoppen 31 und 32 in den beiden benachbarten Strömungskanälen ausgebildete Noppenfeld schafft mittels der hierdurch erzeugten Profilierungen eine turbulente Strömung über die volle Länge und Breite der Strömungskanäle, wodurch sich die Wärmeaustauschleistung des Plattenwärmetauschers erhöht.

Durch in Kreisen angeordnete größere Kreuze sind als Abstandshalter 33 ausgebildete Noppen für benachbarte Einzelplatten 1 dargestellt. Diese Abstandshalter 33 sind auch im Bereich der Erhebungen 2 im Eintrittsbereich E vorgesehen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, liegen die Abstandshalter 33 der zu einem Plattenpaar P zusammenzufügenden Einzelplatten 1 aufeinander und sind die Einzelplatten 1 über diese Abstandshalter 33 beispielsweise durch Punktverschweißen miteinander verbunden. Durch dieses Verbinden der Einzelplatten 1 über die Abstandshalter 33 zu Plattenpaaren P ergeben sich stabile Plattenpaare P, die hohen Druckbelastungen standhalten.

Wie weiterhin aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Abstandshalter 33 nur in den Strömungskanälen der jeweils zu einem Plattenpaar P zusammengefügten Einzelplatten 1 ausgebildet. In den Strömungskanälen, die durch Zusammenfügen zweier Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S ausgebildet sind, sind dahingegen keine die Höhe des Strömungskanals überbrückenden Abstandshalter 33 ausgebildet. Für den praktischen Betrieb eines solchermaßen ausgebildeten Plattenwärmetauschers mit über Abstandshalter 33 zu Plattenpaaren P verbundenen Einzelplatten 1 bedeutet dies, daß die mit den Abstandshaltern 33 durchsetzten Strömungskanäle für ein Reingas verwendet werden, wohingegen die ohne Abstandshalter 33 zwischen einzelnen zu einem Plattenstapel S zusammengefügten Plattenpaaren P ausgebildeten Strömungskanäle auch für mit Festpartikeln versehene gasförmige Medien verwendet werden können. Diese ohne Abstandshalter 33 ausgebildeten Strömungskanäle lassen sich im Falle von Ablagerungen der aus dem beladenen Medium stammenden Festpartikel leicht reinigen. Im Falle der über die Abstandshalter 33 miteinander verbundenen Einzelplatten 1 wäre eine solche Reinigung von sich im Strömungskanal abgesetzten Festpartikeln nicht oder nur sehr schwierig möglich, weshalb diese Strömungskanäle nur für unbeladene Reingase verwendet werden.

Der Vorteil der Bildung der Plattenpaare P über die mittels der Abstandshalter 33 miteinander verbundenen Einzelplatten 1 besteht darin, daß durch die Verbindung der Einzelplatten 1 über die Abstandshalter 33, die über die gesamte Breite und die gesamte Länge des jeweiligen Strömungskanals ausgebildet sind, ein solchermaßen zusammengefügtes Plattenpaar viel stabiler ist als ein Plattenpaar, welches nur über die Längsränder 12 miteinander verbunden ist. Diese stabileren Plattenpaare P sind auch bei unterschiedlichen Druckbelastungen in den einzelnen Strömungskanälen unempfindlich gegen mögliche auftretende Schwingungen, da der Frequenzbereich für Schwingungen dieser Plattenpaare in einem Frequenzbereich liegt, der durch übliche Druckwechsel im normalen Betrieb oder im Reinigungsbetrieb nicht erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Einzelplatte

11

Boden

12

Längsrand

13

Anlagefläche

14

a Querrand

14

b Querrand

2

Erhebung

31

Einzelnoppen

32

Einzelnoppen

33

Abstandshalter
A₁

Abströmquerschnitt
A₂

Abströmquerschnitt
E Eintrittsbereich
P Plattenpaar
S Plattenstapel
Z₁

Zuströmquerschnitt
Z₂

Zuströmquerschnitt

Claims

1. Plattenwärmetauscher mit im Gleichstrom oder Gegenstrom von gasförmigen Medien, von denen mindestens eines ein unbeladenes Reingas ist, durchströmten Kanälen, die für das eine Medium zwischen jeweils zu einem Plattenpaar (P) verbundenen Einzelplatten (1) und für das andere Medium zwischen den zu einem Plattenstapel (S) zusammengefügten Plattenpaaren (P) gebildet sind, wobei die Zu- und Abströmquerschnitte (Z₁, Z₂, A₁, A₂) jedes Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung diagonal zueinander angeordnet und die unmittelbar aneinanderliegenden Zuström- bzw. Abströmquerschnitte (Z₁, Z₂, A₁, A₂) für das eine Medium zu den benachbarten Abström- bzw. Zuströmquerschnitten (A₁, A₂, Z₁, Z₂) für das andere Medium jeweils um die halbe Höhe der Zu- bzw. Abströmquerschnitte (Z₁, Z₂, A₁, A₂) versetzt sind und jede Einzelplatte (1) mit einem sich über die gesamte Kanalbreite und nahezu die gesamte Kanalfänge verlaufenden Noppenfeld mit abwechselnd zu der einen oder der anderen der beiden Seiten der Einzelplatten (1) ausgeprägten Einzelnoppen (31, 32) versehen ist, wobei einzelne Noppen derart als Abstandshalter (33) für benachbarte Einzelplatten (1) ausgebildet sind, daß diese an den Abstandshaltern (33) einer benachbarten Einzelplatte (1) anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die als Abstandshalter (33) dienenden Noppen ausschließlich in die dem Reingas zugeordneten Strömungskanäle hineinragen und daß die jeweils ein Plattenpaar (P) bildenden Einzelplatten (1) über diese Abstandshalter (33) der Einzelplatten (1) fest miteinander verbunden sind.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anliegenden Abstandshalter (33) vorzugsweise durch Punktschweißen miteinander verschweißt sind.