DE3141161C2 - Plattenwärmeaustauscher - Google Patents

Abstract

Plattenwärmeaustauscher mit Wärmeaustauschplatten, die bei wenigstens einer Serie miteinander fluchtender Zu- oder Abflußöffnungen über einen Teil des Öffnungsrandes mit einem leicht schräg, stufenförmig oder schräg und stufenförmig gegenüber der Senkrechten zu den Platten angeordneten, mit den Platten einstückig verbundenen Kragen versehen sind, wobei die Kragen benachbarter Wärmeaustauschplatten bei Bildung des Plattenpaketes formschlüssig ineinander geschaltet werden, um so Querverschiebungen zwischen benachbarten Platten zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher mit in einem Rahmengestell miteinander fluchtend geführten und zwischen einer Gestellplatte und einer Deckelplatte des Rahmengestells flächig gegeneinander zu einem Stapel gespannten, aus Blechen gepreßten Wärmeaustauschplatten, zwischen denen durch auf einer Seite jeder Platte angeordnete Umfangsdichtungen geschlossene Plattenzwischenräume gebildet sind, die über von den Platten gebildete, miteinander fluchtende Zu- und Abströmöffnungen mit den am Wärmeaustausch beteiligten Medien beschickbar sind, wobei durch entsprechende Anordnung der Dichtungen jede Platte aul einer Seite mit einem Medium und auf der anderen Seite mit einem anderen Medium in Kontakt ist.

Derartige Plattenwärmeaustauscher, bei denen üblicherweise Umfangsdichtungen in Form von Flachdichtungen in geprägten Umfangsnuten der Platten angeordnet sind, sind z. B. durch die DE-OS 27 13 977 bekannt Sie bringen gerade für die Bewältigung höherer Drücke und Temperaturen das Problem mit sich, daß durch die für das dichte Zusammenpressen des Plattenpaketes erforderlichen hohen Spannkräfte einzelne Platten aus dem miteinander fluchtenden Verbund ausscheren wollen oder ausscheren. Die Ursache hierfür muß einmal darin gesehen werden, daß sich wegen der unvermeidlichen Fertigungstoleranzen sowohl hinsicht-Hch des Rahmengestells als auch hinsichtlich der Platten sowie der zwischen diesen angeordneten Dichtungen eine über den Umfang der Platten gleichmäßige Spannkrafteinleitung nicht erreichen läßt. Dadurch können sich auf einzelne Platten quer zur Spannrichtung wirkende Kräfte ergeben, die bei hohen Vorspannkräften so stark anwachsen können, daß die Platten unter Beschädigung oder Zerstörung ihrer Führung gegenüber den Führungsbalken des Rahmengestells seitlich ausbrechen. Erschwerend kommt hinzu, daß die den Querkräften entgegenwirkenden, von den Führungsbalken auf die Platten übertragenen Reaktionskräfte wiederum zwischen den einzelnen Platten und den Führungsbahn wirkende Reibungskräfte verursachen, welche das Verschieben der Platten auf den Führungsbalken beim Zusammenpressen des Plcttenpaketes behindern. Diese der Anspannkraft entgegengerichte-· ten Reibungskräfte summieren sich beim Zusammenpressen der Platten über die Länge des Plattenpaketes. Sie erhöhen dadurch noch die ohnehin erforderlichen

jo Spannkräfte und steigern damit wiederum die Gefahr des Ausscherens einzelner Platten. Schließlich werden vielfach die Oberfläche der Dichtungen und Dichtflächen zur Verhinderung eines Festklebens der Dichtungen mit einem die Reibung zwischen Dichtung und Dichtfläche vermindernden Trennmittel bestrichen. Dies begünstigt ein Ausscheren von Platten besonders dann, wenn zur Bewältigung höherer Drücke und Tempereturen entsprechend hohe Spannkräfte in das Plattenpaket eingeleitet werden.

Um dem vorstehend geschilderten Problem zu begegnen, ist es bereits durch die DE-OS 27 13 977 bekannt, die Platten im Bereich des Leckraumes neben den Ein- und Austrittsöffnungen mit sickenförmig hervorstehenden Nocken zu versehen, welche in die entsprechenden konkaven Ausnehmungen der Nachbarplatten formschlüssig eingreifen und so ein gegenseitiges seitliches Verschieben benachbarter Platten verhindern sollen.
Mit dieser Bauform verbindet sich jedoch einerseits

">o der Nachteil, daß die ineinandergreifenden Nocken und Ausnehmungen mit Rücksicht auf den für ihre Anordnung verfügbaren Raum nur relativ eng begrenzte Abmessungen haben können, so daß auch ihre Wirksamkeit beschränkt ist. Andererseits muß auch das Gestell mit den hervorstehenden Nocken entsprechenden Ausnehmungen versehen werden, was zu einer Verteuerung der Konstruktion führt.

Durch die DE-PS 24 04 630 ist es bei einem Plattenwärmeaustauscher auch bekannt, an den Platten-

bo rändern gerade oder stufenförmig abgebogene Kragenstücke auszubilden. Hier dienen die Kragenstücke jedoch der Ausbildung der Dichtung zwischen benachbarten Platten, indem sie ein Lötmittel aufnehmen und für die erwünschte Lötverbindung hinreichend große,

h'i aneinanderliegende Flächen schaffen. Durch die Kragenstücke ergibt sich als Nebenwirkung eine Zentrierung der Platten gegeneinander in horizontaler und vertikaler Richtung, die jedoch bei der durch die

genannte Patentschrift bekannten Bauform nicht unter den Beanspruchungsbedingungen des eingangs genannten und vorstehend diskutierten Plattenwärmeaustauschers steht Außerdem erfordert die durch die DE-PS 24 04 630 bekannte Kragenausbildung einen zusätzlichen Materialaufwand einer den Flattenquerschnitt nennenswert überschreitenden Art

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Plattenwärmeaustauscher der eingangs genannten Art die Ausbildung der Platten so zu gestalten, daß sie untereinander eine formschlüssige, auftretende Querkräfte wirksam abstützende Verbindung haben, ohne daß dafür ein zusätzlicher Aufwand an Material- oder Fertigungskosten erforderlich ist

Diese Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs genannten Plattenwärmeaustauscher erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei wenigstens einer miteinander fluchtenden Serie der von den Platten gebildeten Zu- oder Abströmöffnungen der Öffnungsrand über einen Teil seines Umfanges mit wenigstens einem einstückig angeformten, gegenüber der Senkrechten zur Plattenfläche geringfügig schräg verlaufenden, gerade oder stufenförmig abgebogenen Kragenstück versehen ist und daß dessen äußere Kontur mit der inneren Kontur des Kragens der in seiner Richtung nächstfolgenden Platte in formschlüssigem Eingriff ist.

Es ist zweckmäßig, daß der Kragen sich im wesentlichen über den dem Plattenzwischenraum abgewandten Teil des Öffnungsrandes erstreckt. Hier liegt der Kragen zwischen Umfangsdichtung und Öffnung, so daß er der Strömung des jeweiligen Mediums von der öffnung in den Plattenzwischenraum nicht im Wege steht und somit auch kein Strömungshindernis darstellen kann.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es in äußerst einfacher und kostengünstiger Weise möglich, benachbarte Platten mit einem gegenseitigen Formschluß zu versehen, ohne daß hierfür ein zusätzlicher Aufwand an Material- und Fertigungskosten erforderlich ist. Denn der erfindungsgemäße Kragen läßt sich bei der Herstellung der Platten durch Pressen aus einem Blech bei entsprechender Gestaltung des Formwerkzeuges in einfacher Weise mitausbilden. Die so erzeugten, miteinander in formschlüssigem Eingriff stehenden Kragenflächen benachbarter Wärmeaustauscherplatten sind wegen der Größe der Zu- und Abflußöffnungen in den Platten mehrfach größer als die an den Führungsbalken anliegenden Führungsflächen der Platten, so daß sie auch große auf einzelne Platten wirkende Querkräfte unter Vermeidung hoher Flächen-Pressungen auf mehrere Platten verteilen und dadurch das Ausscheren einzelner Platten verhindern können.

Darüber hinaus ergibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Kragens eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes, ohne daß damit ein Stabilitätsverlust am Öffnungsrand in Kauf genommen werden müßte, der üblicherweise durch die Ausbildung von Wellen oder Sicken versteift ist.

Ferner lassen sich die Kragen der Wärmeaustauscherplatten und die im Gestell angeordneten Anschluß- ßo stutzen leicht so ausbilden, daß der oder die Kragen der unmittelbar an der Gestell- oder Druckplatte anliegenden Wärmeaustauschplatte in das Innere der Anschlußstutzen hineinragen, so daß die zusätzlichen Ausnehmungen im Gestell nicht erforderlich sind.

Schließlich kann auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kragens die Abdichtung zwischen benachbarten Platten nicht beeinträchtigen, da der Kragen nicht über den gesamten Öffnungsrand umlaufend ist und darum im notwendigen Rahmen geringfügig elastisch ausweichen kann.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß bei Ausstattung mehrerer Öffnungsserien mit Kragen diese Öffnungsserien entweder symmetrisch zu einer Symmetrieachse der Platten oder symmetrisch zum Mittelpunkt der Platten angeordnet sind. Dadurch ergeben sich entsprechend, auch bezüglich der den Querkräfte entgegenwirkenden Haltekräfte, symmetrische Verhältnisse, so daß ein einseitiges Verziehen des Plattenpaketes nicht stattfinden kann.

Schließlich können die Kragen sickenförmige, zur Mitte der Öffnung offene Ausbuchtungen ihres Randes aufweisen.

Bei dieser Ausbildung berühren sich die Kragen benachbarter Platten dann nur noch im Bereich zwischen den Ausbuchtungen, während an den Ausbuchtungen Verbindungskanäle zwischen den öffnungen und den Hohlräumen zwischen Kragen und benachbarter Dichtung gebildet sind. Über diese Verbindungskanäle kann dauernd ein turbulenter Medienaustausch zu Hohlräumen stattfinden, so daß sich dort keine Schmutzablagerungen bilden können.

In der nachfolgenden Beschreibung werden an Hand der Zeichnungen einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen bekannten Plattenwärmeaustauscher in Explosionsdarstellung;

F i g. 2 einen Ausschnitt einer bekannten Wärmeaustauschplatte;

F i g. 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Ausschnitt gemäß Fig. 2 aus einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplatte;

F i g. 5 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie V-V in Fig.4;

F i g. 6 einen Ausschnitt gemäß F i g. 2 aus einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplatte nach einer anderen Ausführungsform und

Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VIl-VII in Fig.6.

Gemäß F i g. 1 besteht ein bekannter Plattenwärmeaustauscher aus einem Rahmengestell mit einer Gestellplatte 1 und einer Stütze 2, die in Längsrichtung oben und unten durch Führungsbalken 3 bzw. 4 über Muttern 5 miteinander verbunden sind. Zwischen die Führungsbalken 3 und 4 sind Wärmeaustauschplatten 6 eingesetzt, die durch eine Deckelplatte 7 bei fertigmontiertem Plattenwärmeaustauscher zu einem Paket zusammengespannt werden, wie dies teilweise bei 8 veranschaulicht ist. Zum Spannen dienen Spannschrauben 9 mit Muttern 10, die an den Wärmeaastauschplatten 6 vorbei durch öffnungen 11,12 der Gestellplatte 1 und der Deckelplatte 7 gesteckt werden.

Im dargestellten Beispiel hat die Gestellplatte 1 vier Anschlußstutzen 13, die mit entsprechenden Zu- und Abflußöffnungen der Wärmeaustauschplatten 6 fluchten, wobei die Anordnung der Dichtungen 14 abwechselnd so vorgenommen ist, daß ein Medium dem Wärmeaustauscher über einen Kanal 15 zuströmt, dann die ihm zugeordneten Plattenzwischenräume entlang dem Pfeil 16 bestreicht, um schließlich über den Kanal 17 wieder abzuströmen, während das andere Medium über den Kanal 18 zuströmt, die ihm zugeordneten Plattenzwischenräume entlang dem Pfeil 19 bestreicht, um schließlich über den Kanal 20 wieder abzuströmen.

Fig. 2 zeigt eine der Platten 6 gemäß F i g. 1

bezüglich ihres oberen rechten Endes in vergrößerter Ausschnittdarstellung. Bei dieser bekannten Wärmeaustauschplatte 6 ist die der Medienführung dienende Öffnung 21 durch die Umfangsdichtung 22 außen umgeben, so daß das über diese öffnung 21 kommende bzw. fortgehende Medium in Richtung des Pfeiles 23 Verbindung zu dem links unterhalb der Öffnung 21 liegenden Plattenzwischenraum hat. Der Rand der öffnung 21 ist durch Profilierungen 24 in bekannter Weise versteift. Auf die übrige Gestaltung bzw. Prägung der Platte soll nicht näher eingegangen werden, da diese bekannt ist. Lediglich sei darauf hingewiesen, daß teilweise eine Ausnehmung 25 ersichtlich ist, mit der die Platte 6 gemäß F i g. 2 formschlüssigen Eingriff mit dem Führungsbalken 3 gemäß F i g. 1 hat.

F i g. 3 zeigt die Schnittansicht gemäß der Schnittlinie 1I1-III in Fig. 2. Hier ist ersichtlich, wie mehrere Platten 6 nebeneinander angeordnet sind und die von diesen gebildeten Plattenzwischenräume 26 nach außen hin durch die in den Plattennuten 27 liegenden Umfangsdichtungen 22 nach unten abgeschlossen bzw. abgedichtet sind.

Die Fig.4 und 5 zeigen in der entsprechenden Darstellung gemäß F i g. 2 und 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplatte 33, auf deren Einzelheiten, soweit sie mit der bekannten Wärmeaustauschplatte übereinstimmen, nicht näher eingegangen werden soll.

Die Platte gemäß Fig.4 und 5 unterscheidet sich jedoch von den bekannten Platten dadurch, daß an die öffnung 28 bei der Herstellung der Platte durch Prägen bzw. Pressen ein Kragen 29 angeformt wurde, der sich im wesentlichen über den dem Plattenzwischenraum abgewandten Bogen der Öffnung 28 erstreckt und, wie insbesondere aus F i g. 5 ersichtlich, so stufenförmig und leicht schräg zur Senkrechten auf die Platte ausgebildet ist, daß die Kragen 29a bis 29c benachbarter Platten 33 formschlüssig ineinandergreifen, indem jeweils ihre Außenkontur 30a bis 30c in Anlage an die Innenkontur 31a bis 31cdes benachbarten Kragens kommt. Mit 32 ist wiederum die Umfangsdichtung bezeichnet, an der sich jedoch gegenüber dem Bekannten nichts geändert hat. Wie insbesondere F i g. 4 zeigt, ist verglichen mit der bekannten Platte gemäß Fig. 2 der Kragen 29 ohne zusätzlichen Materialaufwand aus dem Material gebildet, welches, dort die Profilierung 24 zur Versteifung des Öffnungsrandes bildet. Damit ist einerseits der Strö-

mungsquerschnitt für die öffnung 28 vergrößert und es ist andererseits bezüglich der Versteifung des Öffnungsrandes keine Einbuße in Kauf zu nehmen.

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine gegenüber den F i g. 4 und 5 abgewandelte Wärmeaustauschplatte 34. Hier ist der Kragen 35 mit in die öffnung 36 ragenden Sicken 37 versehen, durch die Kanäle 38 gebildet werden, über die die Hohlräume 39 zwischen den Platten 34 und den Dichtungen 40 vom Medium angeströmt werden können, so daß sich dort keine Ablagerungen bilden können.

Wie insbesondere aus den F i g. 5 und 7 ersichtlich, ist die schräg verlaufende Anordnung der Kragen 29,34 als stufenförmige Schrägstellung oder wellenförmige Abkröpfung zu verstehen. Wesentlich ist nur, daß sich benachbarte Kragen 29, 34 formschlüssig ineinanderschachteln lassen, ohne dadurch die Ausbildung der Abdichtung zwischen benachbarten Wärmeaustauschplatten 33 zu behindern.
Die im Zusammenhang mit den Fig.4 bis 7 anhand einer Plattenöffnung beschriebenen Kragen lassen sich auch an allen oder mehreren miteinander fluchtenden Plattenöffnungen anbringen, wobei jedoch eine symmetrische Ausbildung bezüglich einer Symmetrieachse der Wärmeaustauschplatten oder deren Mitte zweckmäßig ist. Dies gilt auch unabhängig von der in den Beispielen dargestellten Plattenform und der dortigen Lage der Öffnungen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmeaustauscher mit in einem Rahmengestell miteinander fluchtend geführten und zwischen einer Gestellplatte und einer Deckelplatte des Rahmengestells flächig gegeneinander zu einem Stapel gespannten, aus Blechen gepreßten Wärmeaustauschplatten, zwischen denen durch auf einer Seite jeder Platte angeordnete Umfangsdichtungen geschlossene Plattenzwischenräume gebildet sind, die über von den Platten gebildete, miteinander fluchtende Zu- und Abströmöffnungen mit den am Wärmeaustausch beteiligten Medien beschickbar sind, wobei durch entsprechende Anordnung der Dichtungen jede Platte auf einer Seite mit einem Medium und auf der anderen Seite mit einem anderen Medium in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer miteinander fluchtenden Serie der von den Platten (33, 34) gebildeten Zu- oder Abströmöffnungen (28, 36} der Öffnungsrand über einen Teil seines Umfanges mit wenigstens einem einstückig angeformten, gegenüber der Senkrechten zur Plattenfläche geringfügig schräg verlaufenden, gerade oder stufenförmig abgebogenen Kragenstück (29, 35) versehen ist und daß dessen äußere Kontur mit der inneren Kontur des Kragens der in seiner Richtung nächstfolgenden Platte in formschlüssigem Eingriff ist.

2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (29, 35) sich im wesentlichen über der. dem Plattenzwischenraum abgewandten Teil des Öffnungsrandes erstreckt.

3. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausstattung mehrerer Öffnungsserien mit Kragen diese Öffnungsserien entweder symmetrisch zu einer Symmetrieachse der Platten oder symmetrisch zum Mittelpunkt der Platten angeordnet sind.

4. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kragen (35) sickenförmige, zur Mitte der öffnung (36) offene Ausbuchtungen (37) ihres Randes aufweisen.