EP0658735B1 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

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EP0658735B1
EP0658735B1 EP94119556A EP94119556A EP0658735B1 EP 0658735 B1 EP0658735 B1 EP 0658735B1 EP 94119556 A EP94119556 A EP 94119556A EP 94119556 A EP94119556 A EP 94119556A EP 0658735 B1 EP0658735 B1 EP 0658735B1
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EP
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plate
plates
channel
individual
heat exchanger
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Horst Wittig
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Balcke Duerr AG
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Balcke Duerr AG
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    • 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
    • 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
    • F28D9/0037—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 conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger with channels through which a cross flow flows, which are formed for the medium in a wave shape between individual plates each connected to a plate pair and for the other medium in a tube form between the plate pairs joined to form a plate stack, the individual plates having a plurality of parallel rows of in the flow direction of the medium-running, channel-shaped embossing sections are provided and the individual plates are connected to one another at the edges running transversely to the channel-shaped embossing sections to form pairs of plates and the plate pairs are connected to a stack of plates at the respective other edges of the individual plates (see, for example, DE-A-3 637 796) .
  • Such plate heat exchangers are known. Since the trough-shaped embossing sections run parallel next to one another over the entire surface of the single plate, rectangular support fields result over the entire length or over the entire width of the individual plates if the plates of the plate stack also coincide due to a pressure difference between the two media participating in the heat transfer Pressure. While the support field width of the corrugated channels running between individual plates connected to a pair of plates corresponds to the center distance between the rows of the parallel groove-shaped embossing sections and is therefore relatively small, support field widths result for the tubular channels that are formed between adjacent plate pairs correspond to the length of the groove-shaped embossing sections.
  • the invention has for its object to avoid the risk of such permanent deformations due to insufficient support of the individual plates against each other and to further develop a plate heat exchanger of the type described in the introduction in such a way that its individual plates are not subjected to inadmissibly high deformation forces even with larger pressure differences.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the groove-shaped embossing sections of adjacent rows are offset from one another in the longitudinal direction.
  • each individual plate with at least one characteristic formed between adjacent rows of channel-shaped embossed sections, and this is also reduced to zero and, as a result, the flow cross-section of the undulating channels decreases to zero.
  • each individual plate can be formed with at least one corresponding elevation and depression in the region of the groove-shaped embossing sections. These ridges and depressions interlock when plate pairs are joined to form the plate stack and in this way prevent the plate pairs from slipping transversely to the longitudinal direction of the channel-shaped embossed sections.
  • the plate heat exchanger shown in FIG. 1 on the basis of a plate stack formed by five plate pairs consists of identical individual plates 1, each of which is connected in mirror image to one another to form a plate pair P. This connection takes place at the longitudinal edges la of the individual plates 1, a corrugated channel K 1 for the medium 1 participating in the heat exchange being produced between the individual plates 1 forming a pair of plates P in each case. This undulating course of the channel K 1 can be seen in the sectional view of FIGS. 2 and 4.
  • tubular ducts K 2 for the other medium 2 participating in the heat exchange which is guided in cross flow to the medium 1, result between the adjacent individual plates 1 of adjacent plate pairs P.
  • the flow cross section of these rectilinear, tubular channels K 2 can also be seen in FIGS. 2 and 4. 1 shows that the individual plates 1 connected to form plate pairs P are connected to one another at their edges 1b running transversely to the longitudinal edges la to form the plate stack S.
  • each individual plate 1 is provided with a plurality of parallel rows of channel-shaped embossing sections 2 running in the flow direction of the medium 2, which can also be seen in the top view in FIG. 3 are.
  • These embossed sections 2 of adjacent rows are offset from one another in the longitudinal direction. This results in flat supports 3 between adjacent individual plates 1 between embossing sections 2 which follow one another and which are symbolized in FIG. 3 by dots.
  • These supports 3 form diamond-shaped, uniformly distributed support fields 4 of small dimensions over the entire surface of the individual plates 1, so that even with a higher overpressure in the tubular channels K 2 a reliable support of adjacent individual plates 1 is achieved and even at high differential pressures no permanent deformations of the Single plates 1 are to be feared.
  • a strip-shaped support field 5 is further characterized, which results when the individual plates 1 are loaded by overpressing in the undulating channels K 1 .
  • the small width of these strip-shaped support fields 5 shows that there is no fear of an inadmissibly high deformation of the individual plates 1 even if the corrugated channels K 1 are overpressed.
  • each individual plate 1 is channel-shaped with one between adjacent rows Embossing sections 2 formed expression 6 provided.
  • Embossing sections 2 formed expression 6 provided.
  • This form-fitting engagement of the expression 6 between the embossing sections 2 prevents adjacent plate pairs P from slipping transversely to the longitudinal direction of the channel-shaped embossing sections 2, so that a reduction in the flow cross section of the tubular channels K 2 is reliably prevented.
  • each individual plate 1 is provided with at least one elevation 7 in the region of a groove-shaped embossing section 2, which interacts with a corresponding depression 8 when the individual plates 1 of adjacent plate pairs P touching one another are joined, as shown in FIG. 4.
  • This engagement of the corresponding elevations 7 and depressions 8 in the region of the trough-shaped embossing sections 2 likewise results in a positive connection of these individual plates 1, so that slipping of the plate pairs P transverse to the longitudinal direction of the trough-shaped embossing sections 2 is prevented.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit im Kreuzstrom durchströmten Kanälen, die für das eine Medium wellenförmig zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten und für das andere Medium rohrförmig zwischen den zu einem Plattenstapel zusammengefügten Plattenpaaren gebildet sind, wobei die Einzelplatten mit mehreren parallelen Reihen von in Strömungsrichtung des einen Mediums verlaufenden, rinnenförmigen Prägungsabschnitten versehen sind und die Einzelplatten an ihren quer zu den rinnenförmigen Prägungsabschnitten verlaufenden Rändern miteinander zu Plattenpaaren und die Plattenpaare an den jeweils anderen Rändern der Einzelplatten zu einem Plattenstapel verbunden sind (siehe z.B. DE-A-3 637 796).
  • Derartige Plattenwärmetauscher sind bekannt. Da die rinnenförmigen Prägungsabschnitte über die gesamte Fläche der Einzelplatte parallel nebeneinander verlaufen, ergeben sich über die gesamte Länge bzw. über die gesamte Breite der Einzelplatten verlaufende, rechteckige Stützfelder, wenn die Platten des Plattenstapels infolge einer Druckdifferenz zwischen den an der Wärmeübertragung teilnehmenden beiden Medien mit Druck beaufschlagt werden. Während die Stützfeldbreite der wellenförmig zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten verlaufenden Kanäle dem Mittenabstand zwischen den Reihen der parallel zueinander verlaufenden rinnenförmigen Prägungsabschnitte entspricht und damit verhältnismäßig klein ist, ergeben sich für die rohrförmig verlaufenden Kanäle, die zwischen benachbarten Plattenpaaren gebildet sind, Stützfeldbreiten, die der Länge der rinnenförmigen Prägungsabschnitte entsprechen. In Abhängigkeit von der Länge dieser rinnenförmigen Prägungsabschnitte entstehen somit größere Stützfeldbreiten, die zu einer bleibenden Verformung der Einzelplatten führen können, wenn das in den rohrförmigen Kanälen strömende Medium einen erheblich höheren Druck hat als das die wellenförmig verlaufenden Kanäle durchströmende Medium.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gefahr derartiger bleibender Verformungen aufgrund mangelnder Abstützung der Einzelplatten gegeneinander zu vermeiden und durch einfache konstruktive Maßnahmen einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß seine Einzelplatten auch bei größeren Druckdifferenzen keinen unzulässig hohen Verformungskräften ausgesetzt sind.
  • Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die rinnenförmigen Prägungsabschnitte benachbarter Reihen in Längsrichtung zueinander versetzt sind.
  • Durch diesen Versatz der rinnenförmigen Prägungsabschnitte benachbarter Reihen in Längsrichtung zueinander ergeben sich bei einem Überdruck in den rohrförmigen Kanälen des Plattenwärmetauschers versetzt zueinander liegende Abstützungen zwischen den Einzelplatten, die zu rautenförmigen, über die gesamte Oberfläche der Einzelplatten gleichmäßig verteilten Stützfeldern geringer Abmessung führen, so daß auch bei hohen Differenzdrücken keine bleibenden Verformungen der Einzelplatten auftreten. Der erfindungsgemäß weitergebildete Plattenwärmetauscher ist somit hinsichtlich seiner Einzelplatten erheblich steifer, so daß er trotz der nur geringfügigen konstruktiven Unterschiede erheblich höheren Druckdifferenzen ausgesetzt werden kann.
  • Da trotz des Versatzes der rinnenförmigen Prägungsabschnitte benachbarter Reihen die Gefahr besteht, daß sich insbesondere bei der Montage des Plattenwärmetauschers aber auch beim Betrieb bei der Bildung des Plattenstapels benachbarte Plattenpaare quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte verschieben, so daß sich der Strömungsquerschnitt der rohrförmig verlaufenden Kanäle gegen Null verringert und als Folge sich auch der Strömungsquerschnitt der wellenförmigen Kanäle gegen Null verringert, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, jede Einzelplatte mit mindestens einer zwischen benachbarten Reihen rinnenförmiger Prägungsabschnitte ausgebildeten Ausprägung zu versehen. Beim Zusammenfügen der Plattenpaare zu einem Plattenstapel gelangen diese Ausprägungen in den Zwischenraum zwischen den rinnenförmigen Prägungsabschnitten benachbarter Reihen. Dieser formschlüssige Eingriff der Ausprägungen verhindert ein Verrutschen benachbarter Plattenpaare quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte. Damit wird zuverlässig eine Verringerung des Strömungsquerschnittes der rohrförmig verlaufenden Kanäle verhindert, die durch das Zusammenfügen benachbarter Plattenpaare zum Plattenstapel entstehen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann jede Einzelplatte mit mindestens je einer korrespondierenden Erhöhung und Vertiefung im Bereich der rinnenförmigen Prägungsabschnitte ausgebildet sein. Diese Erhöhungen und Vertiefungen greifen beim Zusammenfügen von Plattenpaaren zum Plattenstapel ineinander und verhindern auf diese Weise ein Verrutschen der Plattenpaare quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte.
  • Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers dargestellt, und zwar zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines aus fünf Plattenpaaren gebildeten Plattenstapels eines ersten Ausführungsbeispiels,
    Fig. 2
    eine vergrößert gezeichnete perspektivische Darstellung eines Ausschnittes des Plattenwärmetauschers nach Fig. 1,
    Fig. 3
    eine schematische Draufsicht auf einen Plattenwärmetauscherstapel und
    Fig. 4
    eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Der in Fig. 1 anhand eines durch fünf Plattenpaare gebildeten Plattenstapels dargestellte Plattenwärmetauscher besteht aus identischen Einzelplatten 1, die jeweils spiegelbildlich zueinander zu einem Plattenpaar P verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt an den Längsrändern la der Einzelplatten 1, wobei sich zwischen den jeweils ein Plattenpaar P bildenden Einzelplatten 1 ein wellenförmig verlaufender Kanal K1 für das eine am Wärmeaustausch teilnehmende Medium 1 ergibt. Dieser wellenförmige Verlauf des Kanales K1 ist in der Schnittdarstellung der Fig. 2 und 4 zu erkennen.
  • Durch Zusammenfügen der Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S ergeben sich zwischen den aneinanderliegenden Einzelplatten 1 benachbarter Plattenpaare P rohrförmige Kanäle K2 für das andere am Wärmeaustausch teilnehmende Medium 2, das im Kreuzstrom zum Medium 1 geführt ist. Der Strömungsquerschnitt dieser geradlinig durchlaufenden, rohrförmigen Kanäle K2 ist ebenfalls in den Fig. 2 und 4 zu erkennen. Die Fig. 1 zeigt, daß die zu Plattenpaaren P verbundenen Einzelplatten 1 zur Bildung des Plattenstapels S an ihren quer zu den Längsrändern la verlaufenden Rändern 1b miteinander verbunden sind.
  • Wie die Zeichnungen insgesamt zeigen, ist jede Einzelplatte 1 mit mehreren parallelen Reihen von in Strömungsrichtung des Mediums 2 verlaufenden, rinnenförmigen Prägungsabschnitten 2 versehen, die ebenfalls in der Draufsicht in Fig. 3 zu erkennen sind. Diese Prägungsabschnitte 2 benachbarter Reihen sind in Längsrichtung zueinander versetzt. Hierdurch ergeben sich zwischen aneinanderliegenden Einzelplatten 1 flächige Abstützungen 3 zwischen in einer Reihe aufeinanderfolgenden Prägungsabschnitten 2, die in Fig. 3 durch Punkte symbolisiert sind. Diese Abstützungen 3 bilden rautenförmige, über die gesamte Oberfläche der Einzelplatten 1 gleichmäßig verteilte Stützfelder 4 geringer Abmessung, so daß auch bei einem höheren Überdruck in den rohrförmigen Kanälen K2 eine zuverlässige Abstützung benachbarter Einzelplatten 1 erzielt wird und auch bei hohen Differenzdrücken keine bleibenden Verformungen der Einzelplatten 1 zu befürchten sind.
  • In Fig. 3 ist weiterhin ein streifenförmiges Stützfeld 5 gekennzeichnet, das sich bei einer Belastung der Einzelplatten 1 durch Überdrück in den wellenförmigen Kanälen K1 ergibt. Die geringe Breite dieser streifenförmigen Stützfelder 5 läßt erkennen, daß auch bei einem Überdrück in den wellenförmigen Kanälen K1 keine unzulässig hohe Verformung der Einzelplatten 1 zu befürchten ist.
  • Um eine Verschiebung der Einzelplatten 1 quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte 2 zu verhindern, wodurch sich der Strömungsquerschnitt der rohrförmig verlaufenden Kanäle K2 gegen Null verringern würde, ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 jede Einzelplatte 1 mit einer zwischen benachbarten Reihen rinnenförmiger Prägungsabschnitte 2 ausgebildeten Ausprägung 6 versehen. Beim Zusammenfügen der Plattenpaare P zu einem Plattenstapel S gelangen diese Ausprägungen 6 jeweils in einen Zwischenraum zwischen den rinnenförmigen Prägungsabschnitten 2 benachbarter Reihen. Dieser formschlüssige Eingriff der Ausprägung 6 zwischen die Prägungsabschnitte 2 verhindert ein Verrutschen benachbarter Plattenpaare P quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte 2, so daß zuverlässig eine Verringerung des Strömungsquerschnittes der rohrförmig verlaufenden Kanäle K2 verhindert wird.
  • Die Fig. 4 zeigt mit dem zweiten Ausführungsbeispiel eine alternative Ausgestaltung, um ein Verschieben der Einzelplatten 1 quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte 2 zu verhindern. Bei dieser Ausführungsform ist jede Einzelplatte 1 mit mindestens einer Erhöhung 7 im Bereich eines rinnenförmigen Prägungsabschnittes 2 versehen, die mit einer korrespondierenden Vertiefung 8 zusammenwirkt, wenn die einander berührenden Einzelplatten 1 benachbarter Plattenpaare P zusammengefügt werden, wie dies die Fig. 4 zeigt. Durch diesen Eingriff der korrespondierenden Erhöhungen 7 und Vertiefungen 8 im Bereich der rinnenförmigen Prägungsabschnitte 2 ergibt sich ebenfalls eine formschlüssige Verbindung dieser Einzelplatten 1, so daß ein Verrutschen der Plattenpaare P quer zur Längsrichtung der rinnenförmigen Prägungsabschnitte 2 verhindert wird.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Einzelplatte
    1a
    Längsrand
    1b
    Rand
    2
    rinnenförmiger Prägungsabschnitt
    3
    Abstützung
    4
    rautenförmiges Stützfeld
    5
    streifenförmiges Stützfeld
    6
    Ausprägung
    7
    Erhöhung
    8
    Vertiefung
    K1
    wellenförmiger Kanal
    K2
    rohrförmiger Kanal
    Medium 1
    Medium 2
    P
    Plattenpaar
    S
    Plattenstapel

Claims (3)

  1. Plattenwärmetauscher mit im Kreuzstrom durchströmten Kanälen, die für das eine Medium wellenförmig zwischen jeweils zu einem Plattenpaar verbundenen Einzelplatten und für das andere Medium rohrförmig zwischen den zu einem Plattenstapel zusammengefügten Plattenpaaren gebildet sind, wobei die Einzelplatten mit mehreren parallelen Reihen von in Strömungsrichtung des einen Mediums verlaufenden, rinnenförmigen Prägungsabschnitten versehen sind und die Einzelplatten an ihren quer zu den rinnenförmigen Prägungsabschnitten verlaufenden Rändern miteinander zu Plattenpaaren und die Plattenpaare an den jeweils anderen Rändern der Einzelplatten zu einem Plattenstapel verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Prägungsabschnitte (2) benachbarter Reihen in Längsrichtung zueinander versetzt sind.
  2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelplatte (1) mit mindestens einer zwischen benachbarten Reihen rinnenförmiger Prägungsabschnitte (2) ausgebildeten Ausprägung (6) versehen ist.
  3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelplatte (1) mit mindestens je einer korrespondierenden Erhöhung (7) und Vertiefung (8) im Bereich der rinnenförmigen Prägungsabschnitte (2) ausgebildet ist.
EP94119556A 1993-12-18 1994-12-10 Plattenwärmetauscher Expired - Lifetime EP0658735B1 (de)

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