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DE102017002500A1 - "Plattenwärmetauscher" - Google Patents

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heat exchange
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Kai Klingenburg
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Klingenburg GmbH
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Abstract

Ein Plattenwärmetauscher (1) ist aus über- bzw. nebeneinander angeordneten Wärmeaustauschplatten (2) ausgebildet, die voneinander getrennte Strömungskanäle (3, 6) für ein erstes Fluid und für ein zweites Fluid ausbilden und durch die hindurch thermische Energie zwischen den beiden Fluiden austauschbar ist.
Um den für einen derartigen Plattenwärmetauscher (1) zur Verfügung stehenden Bauraum optimal für den Wärmeaustausch zwischen den beiden Fluiden zu nutzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Abmessungen der Wärmeaustauschplatten (2) nahezu oder genau entsprechend den Abmessungen des für den Plattenwärmetauscher (1) insgesamt vorgesehenen Bauraums gestaltbar sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher mit über- bzw. nebeneinander angeordneten Wärmeaustauschplatten, die voneinander getrennte Strömungskanäle für ein erstes Fluid und für ein zweites Fluid ausbilden und durch die hindurch thermische Energie zwischen den beiden Fluiden austauschbar ist. Derartige Plattenwärmetauscher werden in großen Variationen und vielfältig eingesetzt, um thermische Energie zwischen zwei Fluidströmen auszutauschen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Plattenwärmetauscher derart weiterzubilden, dass bei vorgegebenem Bauraum für den Plattenwärmetauscher der Austausch thermischer Energie zwischen den beiden den Plattenwärmetauscher durchströmenden Fluidströmen mit einem höheren Wirkungsgrad realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abmessungen der Wärmeaustauschplatten des Plattenwärmetauschers nahezu oder genau entsprechend den Abmessungen des für den Plattenwärmetauscher insgesamt vorgesehenen Bauraums gestaltbar sind. Dadurch, dass die Abmessungen der Wärmeaustauschplatten und damit die Wärmeaustauschflächen derselben quasi der entsprechenden Flächenabmessung des Bauraums entsprechen, wird mittels des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers die Möglichkeit geschaffen, thermische Energie zwischen den beiden den Plattenwärmetauscher durchströmenden Fluidströmen auf einer größeren Wärmeaustauschfläche und damit mit höherem Wirkungsgrad zu realisieren.
  • Zweckmäßigerweise ist der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher gehäuselos ausgebildet, so dass für irgendwelche Einhausungsmaßnahmen kein Bauraum erforderlich ist.
  • Um die Abdichtung des Plattenwärmetauschers hinsichtlich der dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zugeordneten Strömungskanäle zu bewerkstelligen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich des ersten Fluids einerseits und dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich des zweiten Fluids andererseits Folienblätter auf den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten angebracht sind. Mittels derartiger Folienblätter, die 140 bis 300 µm dick sein können, wird der Plattenwärmetauscher zwischen den Eintrittsbereichen und den Austrittsbereichen abgedichtet.
  • Vorteilhaft sind die Folienblätter mit den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten in den genannten Außenkantenbereichen der Wärmeaustauschplatten verschweißt.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers ist es möglich, zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich des ersten Fluids einerseits und dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich des zweiten Fluids andererseits an den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten sich etwa rechtwinklig zur Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschplatten erstreckende Kragen auszubilden, mittels denen benachbarte Wärmeaustauschplatten abdichtend aneinander verbindbar, vorzugsweise verschweißbar, sind.
  • Die aus den Wärmeaustauschplatten gebildete Matrix des Plattenwärmetauschers kann vorteilhaft selbsttragend ausgestaltet sein.
  • Sofern der Plattenwärmetauscher mit Folienblättern ausgestaltet ist, kann die Einheit aus der aus den Wärmeaustauschplatten gebildeten Matrix und den Folienblättern selbsttragend ausgestaltet sein.
  • Um den Plattenwärmetauscher in einfacher Weise recyclebar zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeaustauschplatten und ggf. die Folienblätter aus demselben Werkstoff, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Werkstoff, ausgebildet sind. Diese werkstoffmäßige Ausgestaltung der Wärmeaustauschplatten und ggf. der Folienblätter erleichtert auch die zwischen den Wärmeaustauschplatten bzw. zwischen den Wärmeaustauschplatten und den Folienblättern zu realisierende abdichtende Schweißverbindung.
  • Vorteilhaft können die Wärmeaustauschplatten und ggf. die Folienblätter aus Polyester ausgebildet sein.
  • Um den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher mit einer planen Ober- und/oder Unterfläche auszugestalten, ist es vorteilhaft, wenn der Plattenwärmetauscher eine obere und/oder eine untere plane Abschlussplatte aufweist.
  • Die Abschlussplatte kann vorteilhaft als Hohlraumplatte, vorzugsweise als Doppelstegplatte, ausgebildet sein.
  • Zweckmäßigerweise ist jede Abschlussplatte aus demselben Werkstoff wie die Wärmeaustauschplatten des Plattenwärmetauschers ausgebildet.
  • Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher kann als Gegenstromwärmetauscher oder als Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet sein. Die mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Plattenwärmetauschers einhergehenden Vorteile ergeben sich sowohl für seine Ausgestaltung als Gegenstromwärmetauscher als auch für seine Ausgestaltung als Kreuzstromwärmetauscher.
  • Um bei dem Betrieb derartiger Plattenwärmetauscher bei bestimmten Anforderungsprofilen unter Umständen auftretende thermische Risiken zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeaustauschplatten und ggf. die Folienblätter aus schwer entflammbarem Kunststoff ausgebildet sind.
  • Das genannte Risiko lässt sich weiter minimieren bzw. beseitigen, wenn die Wärmeaustauschplatten und ggf. die Folienblätter aus nicht brennbarem Kunststoff ausgebildet sind.
  • Bei bestimmten Anforderungsprofilen an die erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher kann es vorteilhaft sein, wenn die Wärmeaustauschplatten und ggf. die Folienblätter aus Aluminium ausgebildet sind.
  • Zweckmäßigerweise können bei derartigen aus Aluminium ausgebildeten Plattenwärmetauschern die Folienblätter mit den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten verfalzt sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;
    • 2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;
    • 3 eine Prinzipdarstellung eines Folienblatts der in 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers;
    • 4 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Folienblatts der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers; und
    • 5 eine Prinzipdarstellung eines Folienblatts der in 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers.
  • Eine in 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers 1 weist ein Paket aus übereinander angeordneten gleichartigen Wärmeaustauschplatten 2 auf, die zwischen sich voneinander getrennte Strömungskanäle 3 für ein erstes Fluid ausbilden. Die Strömungskanäle 3 für das erste Fluid verbinden einen Eintrittsbereich 4 des ersten Fluids mit einem Austrittsbereich 5 des ersten Fluids.
  • Im Wechsel zu den Strömungskanälen 3 für das erste Fluid bilden die Wärmeaustauschplatten 2 Strömungskanäle 6 für ein zweites Fluid aus. Die Strömungskanäle 6 für das zweite Fluid verbinden einen Eintrittsbereich 7 des zweiten Fluids mit einem Austrittsbereich 8 des zweiten Fluids.
  • Der in 1 gezeigte Plattenwärmetauscher 1 ist als Gegenstromwärmetauscher 1 ausgebildet. Der Eintrittsbereich 4 des ersten Fluids in den Gegenstromwärmetauscher 1 ist auf der in 1 linken Seite des Gegenstromwärmetauschers angeordnet, wohingegen der Austrittsbereich 5 des ersten Fluids auf der in 1 rechten Seite des Gegenstromwärmetauschers 1 angeordnet ist. Entsprechend ist der Eintrittsbereich 7 des zweiten Fluidstroms auf der in 1 rechten Seite des Gegenstromwärmetauschers 1 und der Austrittsbereich 8 des zweiten Fluids auf der in 1 linken Seite des Gegenstromwärmetauschers 1 angeordnet. Während des Durchtritts des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch die Strömungskanäle 3 bzw. 6 wird zwischen den beiden Fluiden thermische Energie ausgetauscht.
  • Die Abmessungen der Wärmeaustauschplatten 2 des in 1 gezeigten Gegenstromwärmetauschers 1 können in ihren Abmessungen so gewählt werden, dass sie exakt oder nahezu exakt dem für den Gegenstromwärmetauscher 1 zur Verfügung stehenden Bauraum entsprechen. Ein Gehäuse, mittels dem der Gegenstromwärmetauscher 1 eingehaust wäre, ist bei dem in 1 gezeigten Gegenstromwärmetauscher 1 nicht vorgesehen. Entsprechend wird kein Bauraum für ein Gehäuse benötigt.
  • Die Wärmeaustauschplatten 2 des Gegenstromwärmetauschers 1 sind aus demselben Werkstoff, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, z.B. aus Polyester, ausgebildet.
  • Zur Abdichtung des aus den Wärmeaustauschplatten 2 bestehenden Gegenstromwärmetauschers 1 zwischen dem Eintrittsbereich 4 des ersten Fluids und dem Austrittsbereich 8 des zweiten Fluids sowie zwischen dem Eintrittsbereich 7 des zweiten Fluids und dem Austrittsbereich 5 des ersten Fluids sind die Wärmeaustauschplatten 2 des Gegenstromwärmetauschers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels an den Eckbereichen der Wärmeaustauschplatten 2, die zwischen dem Eintrittsbereich 4 des ersten Fluids und dem Austrittsbereich 8 des zweiten Fluids sowie dem Austrittsbereich 5 des ersten Fluids und dem Eintrittsbereich 7 des zweiten Fluids angeordnet sind, abdichtend miteinander verbunden. Hierzu sind die Wärmeaustauschplatten 2 an ihren den Eckbereichen 9, 10 entsprechenden Abschnitten ihrer Außenkanten 11 mit etwa senkrecht zur Plattenebene der Wärmeaustauschplatten 2 angeordneten Kragen versehen, wobei mittels dieser Kragen benachbarte Wärmeaustauschplatten 2 an den genannten Eckbereichen 9, 10 abdichtend miteinander verbunden sind. Da die Wärmeaustauschplatten 2 sämtlich aus demselben Werkstoff bestehen, kann als Verbindungsart vorzugsweise eine Verschweißung eingesetzt werden.
  • Die Wärmeaustauschplatten 2 des Gegenstromwärmetauschers 1 bilden eine selbsttragende Matrix.
  • An den Abschnitten der Außenkanten 11 der Wärmeaustauschplatten 2, die sich zwischen dem Eintrittsbereich 4 des ersten Fluids und dem Eintrittsbereich 7 des zweiten Fluids bzw. zwischen dem Austrittsbereich 5 des ersten Fluids und dem Austrittsbereich 8 des zweiten Fluids erstrecken, sind die Wärmeaustauschplatten 2 ebenfalls mit entsprechenden etwa in Vertikalrichtung aus der Hauptebene der Wärmeaustauschplatten 2 vorstehenden Kragen versehen. Zur Abdichtung der Wärmeaustauschplatten an den durch die genannten Abschnitte der Außenkanten 11 gebildeten Seitenbereichen 12, 13 sind die dort angeordneten Außenkanten der Wärmeaustauschplatten 2 mittels der genannten Kragen abdichtend miteinander verbunden, wobei aus den bereits angeführten Gründen eine Verschweißung als Verbindungsart zweckmäßig ist.
  • Um eine plane untere und obere Abschlussfläche des Gegenstromwärmetauschers 1 vorzusehen, können die untere bzw. die obere Wärmeaustauschplatte jeweils als untere bzw. obere Abschlussplatte ausgebildet sein. Die Abschlussplatten bestehen ebenfalls aus demselben Werkstoff wie die Wärmeaustauschplatten 2, wobei sowohl die untere Abschlussplatte als auch die obere Abschlussplatte als Hohlraumplatte, insbesondere als Doppelstegplatte, ausgebildet sein kann.
  • In einer abgewandelten Ausführungsform des vorstehend geschilderten Gegenstromwärmetauschers 1 wird auf eine Verschweißung der betreffenden Außenkantenabschnitte der Wärmeaustauschplatten an den Eckbereichen 9, 10 und den Seitenbereichen 12, 13 verzichtet.
  • Stattdessen ist an den Eckbereichen 9, 10 ein in 3 prinzipiell dargestelltes Folienblatt 14 abdichtend mit den den Eckbereichen 9, 10 zugeordneten Außenkantenabschnitten der Wärmeaustauschplatten 2 verbunden. Die beiden Folienblätter 14 sind ebenfalls aus demselben Werkstoff hergestellt wie die Wärmeaustauschplatten und entsprechend mit den genannten, den Eckbereichen 9, 10 zugeordneten Außenkantenbereichen der Wärmeaustauschplatten 2 verschweißt. Irgendwelche senkrecht aus der Hauptebene der Wärmeaustauschplatte 2 vorstehende Kragen od.dgl. sind bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
  • Entsprechend sind an den Seitenbereichen 12, 13 des in 1 gezeigten Gegenstromwärmetauschers 1 in 4 prinzipiell dargestellte Folienblätter 15 mit den den genannten Seitenbereichen 12, 13 zugeordneten Abschnitten der Außenkanten 11 der Wärmeaustauschplatten 2 verschweißt.
  • Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform des Gegenstromwärmetauschers mit den Folienblättern 14, 15 an den beiden Eckbereichen 9, 10 und den beiden Seitenbereichen 12, 13 können die selbsttragenden Eigenschaften der aus den Wärmeaustauschplatten 2 und den Folienblättern 14, 15 bestehenden Matrix des Gegenstromwärmetauschers 1 durch das Zusammenwirken zwischen den Wärmeaustauschplatten 2 und den Folienblättern 14, 15 realisiert werden.
  • Die in 2 gezeigte Ausführungsform des Plattenwärmetauschers 1 ist als Kreuzstromwärmetauscher 1 ausgebildet. Sie unterscheidet sich von dem vorstehend anhand der 1 beschriebenen Gegenstromwärmetauscher 1 durch die Ausgestaltung der Wärmeaustauschplatten 2. Zwischen den Wärmeaustauschplatten 2 sind die Strömungskanäle 3 bzw. 6 ausgebildet, wobei die Strömungsrichtung des ersten Fluids durch den Eintrittsbereich 4 zum Austrittsbereich 5 etwa senkrecht zur Strömungsrichtung des zweiten Fluids vom Eintrittsbereich 7 zum Austrittsbereich 8 verläuft.
  • Statt zweier Eckbereiche und zweier Seitenbereiche hat der in 2 gezeigte Kreuzstromwärmetauscher vier Eckbereiche 16, 17, 18, 19, in denen die diesen Eckbereichen 16, 17, 18, 19 zugeordneten Abschnitte der Außenkanten 11 der Wärmeaustauschplatten 2 abdichtend miteinander verbunden sind.
  • Wie im Falle des in 1 gezeigten Gegenstromwärmetauschers kann die abdichtende Verbindung in den Eckbereichen 16, 17, 18, 19 mittels aus der Hauptebene der Wärmeaustauschplatten 2 etwa in Vertikalrichtung vorstehender Kragen bewerkstelligt werden. Alternativ ist es möglich, an den Eckbereichen 16, 17, 18, 19 jeweils ein in 5 im Prinzip dargestelltes Folienblatt 20 vorzusehen.
  • Die Verbindung zwischen den den Eckbereichen 16, 17, 18, 19 zugeordneten Abschnitten der Außenkanten 11 der Wärmeaustauschplatten 2 erfolgt durch Verschweißung der betreffenden Außenkantenabschnitte oder durch die Folienblätter 20, die zur abdichtenden Verbindung mit den betreffenden Außenkantenabschnitten der Wärmeaustauschplatten ebenfalls mit diesen Außenkantenabschnitten verschweißt sind.

Claims (18)

  1. Plattenwärmetauscher, mit über- bzw. nebeneinander angeordneten Wärmeaustauschplatten (2), die voneinander getrennte Strömungskanäle (3, 6) für ein erstes Fluid und für ein zweites Fluid ausbilden und durch die hindurch thermische Energie zwischen den beiden Fluiden austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Wärmeaustauschplatten (2) nahezu oder genau entsprechend den Abmessungen des für den Plattenwärmetauscher (1) insgesamt vorgesehenen Bauraums gestaltbar sind.
  2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, der gehäuselos ausgebildet ist.
  3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen dem Eintrittsbereich (4) und dem Austrittsbereich (5) des ersten Fluids einerseits und dem Eintrittsbereich (7) und dem Austrittsbereich (8) des zweiten Fluids andererseits Folienblätter (14, 15; 20) auf den Außenkanten (11) der Wärmeaustauschplatten (2) angebracht sind.
  4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem die Folienblätter (14, 15; 20) mit den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten (2) verschweißt sind.
  5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen dem Eintrittsbereich (4) und dem Austrittsbereich (5) des ersten Fluids einerseits und dem Eintrittsbereich (7) und dem Austrittsbereich (8) des zweiten Fluids andererseits an den Außenkanten (11) der Wärmeaustauschplatten (2) sich etwa rechtwinklig zur Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschplatten (2) erstreckende Kragen ausgebildet sind, mittels denen benachbarte Wärmeaustauschplatten (2) abdichtend miteinander verbindbar, vorzugsweise verschweißbar, sind.
  6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen aus den Wärmeaustauschplatten (2) gebildete Matrix selbsttragend ausgestaltet ist.
  7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Einheit aus der aus den Wärmeaustauschplatten (2) gebildeten Matrix und den Folienblättern (14, 15; 20) selbsttragend ausgestaltet ist.
  8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmeaustauschplatten (2) und ggf. die Folienblätter (14, 15; 20) aus demselben Werkstoff, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, ausgebildet sind.
  9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 8, bei dem die Wärmeaustauschplatten (2) und ggf. die Folienblätter (14, 15; 20) aus Polyester ausgebildet sind.
  10. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der eine obere und/oder eine untere plane Abschlussplatte aufweist.
  11. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 10, bei dem jede Abschlussplatte als Hohlraumplatte, vorzugsweise als Doppelstegplatte, ausgebildet ist.
  12. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, bei dem jede Abschlussplatte aus demselben Werkstoff wie die Wärmeaustauschplatten (2) ausgebildet ist.
  13. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist.
  14. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der als Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet ist.
  15. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem die Wärmeaustauschplatten (2) und ggf. die Folienblätter (14, 15; 20) aus schwer entflammbarem Kunststoff ausgebildet sind.
  16. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem die Wärmeaustauschplatten (2) und ggf. die Folienblätter (14, 15; 20) aus nicht brennbarem Kunststoff ausgebildet sind.
  17. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Wärmeaustauschplatten (2) und ggf. die Folienblätter (14, 15; 20) aus Aluminium ausgebildet sind.
  18. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 17, bei dem die Folienblätter (14, 15; 20) mit den Außenkanten der Wärmeaustauschplatten (2) verfalzt sind.
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