[0001] Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für im Gleichstrom oder Gegenstrom
geführte Medien.
[0002] Derartige Plattenwärmetauscher sind bekannt, sie bestehen aus formgeprägten Einzelplatten,
die miteinander zu einen Strömungskanal für das eine Medium bildenden Plattenpaaren
verbunden sind, die ihrerseits zu einem Plattenstapel zusammengefügt sind und zwischen
sich jeweils einen Strömungskanal für das andere Medium bilden. Hierbei sind der Zu-
und Abströmquerschnitt jedes Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung diagonal zueinander
versetzt. Die Zu- und Abströmquerschnitte der Kanäle für die beiden Medien liegen
nebeneinander, sind jedoch um die halbe Höhe des Zu- bzw. Abströmquerschnittes der
Kanäle zueinander versetzt.
[0003] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der voranstehend beschriebenen Art derart weiterzubilden,
daß sich bei vollständiger Trennung der am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien und
bei druckverlustarmer Führung der Medien eine platzsparende und kompakte Bauweise
ergibt, die weiterhin die Verwendung gleichartiger Module zur individuellen Anpassung
der Wärmetauschflächen und der Materialien an die jeweiligen Einsatzbedingungen ermöglicht
und neben einer guten Zugänglichkeit zu Wartungszwecken eine einfache Austauschmöglichkeit
der Module zu Reparaturzwecken schafft.
[0004] Die
Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Mehrzahl gleichartiger Plattenstapel unmittelbar nebeneinander angeordnet ist, daß
die Zu- und Abströmquerschnitte jedes Plattenstapels durch eine über die gesamte Stapellänge
verlaufende Mittelwand voneinander getrennt sind, daß die Mittelwände benachbarter
Plattenstapel jeweils durch eine Deckenwand zu einem gemeinsamen Sammelkanal verbunden
sind und daß diese Sammelkanäle abwechselnd und unter Einbeziehung der Zu- bzw. Abströmquerschnitte
der beiden endseitigen Plattenstapel mit einem gemeinsamen Zuström- bzw. Abströmstutzen
für jeweils eines der beiden Medien verbunden sind.
[0005] Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung eines im Gleich- oder Gegenstrom betreibbaren
Plattenwärmetauschers ergibt sich eine sehr platzsparende und kompakte Bauweise, da
die Wärmetauschfläche durch mehrere gleichartige Plattenstapel gebildet wird, die
unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich für den erfindungsgemäßen
Plattenwärmetauscher die geringstmögliche Grundfläche, weil Zwischenräume zwischen
den einzelnen Plattenstapeln zur Zufuhr bzw. Abfuhr der am Wärmeaustausch teilnehmenden
Medien entfallen. Durch die Anzahl der jeweils nebeneinander in der Art von Modulen
angeordneten Plattenstapel läßt sich die Größe der Wärmetauschfläche auf einfache
Weise an den jeweiligen Bedarf anpassen.
[0006] Da jeder Plattenstapel aus formgeprägten Einzelplatten besteht, die zueinander zu
Plattenpaaren verbunden sind, die ihrerseits zum Plattenstapel zusammengefügt werden,
läßt sich durch die Verwendung entsprechender Materialien bzw. Beschichtung der Einzelplatten
der erfindungsgemäße Wärmetauscher auf einfache und kostengünstige Weise an die Einsatzbedingungen
anpassen, so daß der Plattenwärmetauscher der Erfindung beispielsweise auch für aggressive
oder mit Feststoffpartikeln beladene Medien verwendet werden kann. Da das eine Medium
in den Strömungskanälen geführt wird, die durch die Bildung von Plattenpaaren entstehen,
und die Kanäle für das andere Medium durch die Verbindung der Plattenpaare zu einem
Plattenstapel entstehen, ergibt sich eine schlupffreie Trennung der am Wärmeaustausch
teilnehmenden Medien, wodurch insbesondere Schadstoffemissionen infolge von Leckagen
oder Feststoffübertragungen ausgeschlossen werden.
[0007] Da die im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander geführten Medien ohne Umlenkung
den nebeneinander angeordneten Plattenstapeln zugeführt werden, arbeitet der erfindungsgemäße
Plattenwärmetauscher mit niedrigen Druckverlusten und mit relativ niedrigen Gasgeschwindigkeiten
sowie ohne Antriebe und bewegliche Teile, so daß keine zusätzlichen Geräuschemissionen
erzeugt werden. Selbst bei Einbau einer eventuell erforderlichen Reinigungsanlage
reicht somit eine normale Schallisolierung ohne eine aufwendige Einhausung des Plattenwärmetauschers
aus.
[0008] Die Verwendung gleichartiger Module und maximal zweier unterschiedlicher Einzelplatten
ermöglicht eine preisgünstige Herstellung und einfache Montage; außerdem erleichtert
sie die Anpassung der Wärmetauschfläche an die jeweiligen Einsatzbedingungen, weil
der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher einerseits durch Veränderung der Anzahl
der zu einem Plattenstapel zusammengefügten Einzelplatten und andererseits durch Veränderung
der Anzahl der nebeneinander angeordneten Plattenstapel hinsichtlich seiner Wärmetauschleistung
besonders einfach variiert werden kann.
[0009] Durch die Trennung der Zuström- und Abströmquerschnitte jedes Plattenstapels durch
eine über die gesamte Stapellänge verlaufende Mittelwand und die Verbindung dieser
Mittelwände benachbarter Plattenstapel mittels einer Deckenwand zu einem gemeinsamen
Sammelkanal ergeben sich bei einfachster Konstruktion günstige Zu- und Abströmverhältnisse
der am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien zu der durch die Plattenstapel gebildeten
Wärmeaustauschfläche. Da die zu gemeinsamen Sammelkanälen verbundenen Mittel- und
Deckenwände problemlos entfernt werden können, ergibt sich eine gute Zugänglichkeit
zu den Plattenstapeln zu Wartungs- und Reparaturzwecken, wobei eine Reparatur dadurch
erleichtert wird, daß komplette Module ausgetauscht werden können. Die durch Mittel-
und Deckenwände gebildeten Sammelkanäle ergeben neben einer verlustfreien Strömungsführung
und guter Zugänglichkeit auch die Möglichkeit zur Installation einer ggf. benötigten
Reinigungseinrichtung. Hierbei ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß der Reinigungsvorgang
in Strömungsrichtung verlaufen kann und daß die Möglichkeit besteht, das Reinigungsmittel,
beispielsweise Luft, Heißdampf oder Wasser senkrecht von oben durch die Plattenstapel
zu führen, so daß keine Probleme beim Auffangen des mit Rückständen belasteten Reinigungsmediums
entstehen.
[0010] Da die Sammelkanäle abwechselnd und unter Einbeziehung der Zu- und Abströmquerschnitte
der beiden endseitigen Plattenstapel mit einem gemeinsamen Zuström- bzw. Abströmstutzen
für jeweils eines der beiden Medien verbunden sind, läßt der erfindungsgemäß ausgebildete
Plattenwärmetauscher mehrere Möglichkeiten für die Zu- und Abfuhr der am Wärmeaustausch
teilnehmenden Medien zu. Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung können der Zuströmstutzen
und der Abströmstutzen für jedes Medium entweder an dem selben Ende der nebeneinanderliegenden
Plattenstapel oder jeweils am anderen Ende der nebeneinanderliegenden Plattenstapel
angeordnet sein. Die Zu- und Abfuhr jedes Mediums kann somit entweder auf derselben
Seite des Plattenwärmetauschers erfolgen oder innerhalb des Plattenwärmetauschers
zu einer Kreuzung der Medien führen, und zwar unabhängig davon, ob die beiden Medien
im Gleichstrom oder Gegenstrom zueinander geführt werden und ob die Zufuhr von unten
oder oben erfolgt.
[0011] Um innerhalb der durch die Mittel- und Deckenwände gebildeten Sammelkanäle Toträume
zu vermeiden und auch insoweit eine raumsparende Konstruktion zu schaffen, wird mit
der Erfindung schließlich vorgeschlagen, die Deckenwände der Sammelkanäle schräg verlaufend
auszubilden.
[0012] Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
dargestellt, und zwar zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines Teil eines aus mehreren Einzelplatten gebildeten
Plattenstapels,
- Fig. 2
- eine perspektivische Ansicht eines unter Verwendung von Plattenstapeln gemäß Fig.
1 hergestellten Plattenwärmetauschers, der im Gleichstrom von den am Wärmeaustausch
teilnehmenden Medien durchströmt wird, und
- Fig. 3
- eine der Fig. 2 entsprechende perspektivische Darstellung eines weiteren Plattenwärmetauschers
für im Gegenstrom geführte Medien.
[0013] 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.
[0014] Jede Einzelplatte 1 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 jeweils 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.
[0015] 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, d.h. senkrecht zur Fläche des Bodens 11 um denselben Betrag zueinander versetzt
sind wie die Ebenen, in denen einerseits die Längsränder 12 und andererseits die Anlageflächen
13 liegen. Die Fig. 1 läßt deutlich erkennen, daß hierbei die Querränder 14a bzw.
14b einander diagonal gegenüberliegen.
[0016] 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.
[0017] Wenn die Plattenpaare P im Bereich der Anlageflächen 13 zum Plattenstapel S verbunden
werden, ergeben sich übereinanderliegende Kanäle für die beiden am Wärmeaustausch
teilnehmenden 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. die 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 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 eines Plattenpaares P versetzt.
[0018] Der in Fig. 2 perspektivisch dargestellte Plattenwärmetauscher wird im Gleichstrom
von zwei Medien I und II durchströmt, wobei das Medium I beispielsweise das wärmeabgebende
und das Medium II das wärmeaufnehmende Medium ist. Der Wärmeaustausch zwischen den
beiden Medien I und II findet in Plattenstapeln S statt, die gemäß Fig. 1 aus zu Plattenpaaren
zusammengefaßten Einzelplatten gebildet sind. Diese Plattenstapel S sind unmittelbar
nebeneinander derart angeordnet, daß ihre Zuströmquerschnitte Z₁,Z₂ senkrecht oberhalb
der Abströmquerschnitte A₁,A₂ liegen, wie der Ausschnitt in Fig. 2 deutlich zeigt.
Hierbei liegen die zu einem der beiden Medien I bzw. II gehörenden Zuström- und Abströmquerschnitte
diagonal versetzt zueinander, wie wiederum aus Fig. 1 hervorgeht.
[0019] Die Zu- und Abströmquerschnitte Z₁,Z₂ bzw. A₁,A₂ jedes Plattenstapels S sind durch
eine Mittelwand 21 voneinander getrennt, die über die gesamte Länge des Plattenstapels
S verläuft. Die Mittelwände 21 benachbarter Plattenstapel S sind jeweils durch eine
Deckenwand 22 zu einem gemeinsamen Sammelkanal 2 verbunden.
[0020] Diese Sammelkanäle 2 stellen auf diese Weise eine Zufuhr bzw. Abfuhr des Mediums
I bzw. II zu bzw. von jeweils benachbarten zwei Plattenstapeln S dar.
[0021] Dem als Gleichstromwärmetauscher ausgebildeten Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 2
wird das Medium I, das durch einen strichpunktierten Pfeil dargestellt ist, von oben
her zugeführt, und zwar durch einen Zuströmstutzen 3₁. Dieser Zuströmstutzen 3₁ steht
mit denjenigen Sammelkanälen 2 in Verbindung, die oberhalb der Zuströmquerschnitte
Z₁ der Plattenstapel S münden. Beim Durchströmen jeweils benachbarter Plattenstapel
S teilen sich die Ströme des Mediums I und gelangen in unterhalb der Plattenstapel
S ausgebildete Sammelkanäle 2, die das Medium I zum Abströmstutzen 4₁ führen, der
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterhalb des Zuströmstutzens 3₁ angeordnet ist.
[0022] Das wärmeaufnehmende Medium II tritt von oben her in den Zuströmstutzen 3₂ ein und
gelangt von hier in Sammelkanäle 2, die zu den Zuströmquerschnitten Z₂ der Plattenstapel
S führen. Auch die Teilströme des Mediums 2 werden in den Plattenstapeln S geteilt
und gelangen in Sammelkanäle 2, die wiederum zu einem Abströmstutzen 4₂ führen, der
senkrecht unterhalb des Zuströmstutzens 3₂ ausgebildet ist. Um Totraumgebiete und
unerwünschte Verwirbelungen innerhalb des Plattenwärmetauschers zu vermeiden, sind
die Deckenwände 22 der Sammelkanäle 2 schräg verlaufend ausgebildet, wie deutlich
der obere Teil der Fig. 2 erkennen läßt.
[0023] Da die Teilströme der Medien I und II senkrecht von oben nach unten verlaufen, kann
die Abreinigung der die Plattenstapel S bildenden Einzelplatten in Strömungsrichtung
erfolgen, wodurch sich nicht nur eine gute Abreinigung, sondern auch eine einfache
Entsorgung des Reinigungsmediums ergibt. Die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
verwirklichte Gleichstromschaltung der beiden am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien
I und II ermöglicht die Erzeugung einer Oberflächentemperatur an den Einzelplatten,
die das Anbacken von Feststoffen beim Eintritt der Medien I und II in die Plattenstapel
S sowie Taupunktunterschreitungen vermeidet. Sollten doch Ablagerungsprodukte der
Medien entstehen, können sie über die untenliegenden Sammelkanäle 2 und die Abströmstutzen
4₁ und 4₂ gesammelt und ausgebracht werden. Die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene
Gleichstromschaltung hat weiterhin den Vorteil, daß sich an den Einzelplatten nicht
nur über die Plattenbreite, sondern auch über die Plattenlänge eine konstante Temperatur
einstellt, so daß durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Spannungen vermieden
werden. Der in Fig. 2 dargestellte Plattenwärmetauscher ist demgemäß besonders gut
für einen rekuperativen Wärmeaustausch im Zusammenhang mit Rauchgasreinigungsanlagen
geeignet.
[0024] Der Plattenwärmetauscher in Fig. 3 ist als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet,
bei dem das wärmeabgebende Medium I gemäß den strichpunktierten Pfeilen von oben her
in den Zuströmstutzen 3₁ eintritt und aus diesem Zuströmstutzen 3₁ in die mit diesem
verbundenen Sammelkanäle 2 gelangt. Diese Sammelkanäle 2, die jeweils durch eine Mittelwand
21 und eine Deckenwand 22 gebildet werden, liegen oberhalb der Zuströmquerschnitte
Z₁ der Plattenstapel S. Das wärmeabgebende Medium I teilt sich auch in diesem Fall
und tritt aus den im Abstand zueinanderliegenden Abströmquerschnitten A₁ der Plattenstapel
S aus, und zwar in darunter befindliche Sammelkanäle 2, die ihrerseits mit dem auf
der gegenüberliegenden Seite liegenden Abströmstutzen 4₁ verbunden sind.
[0025] Das wärmeaufnehmende Medium II tritt von unten her in den Zuströmstutzen 3₂ ein und
gelangt über die entsprechenden Sammelkanäle 2 zu den auf der Unterseite der Plattenstapel
S liegenden Zuströmquerschnitten Z₂. Nach der Aufheizung des Mediums II in den Plattenstapeln
S tritt es aus den Abströmquerschnitten A₂ aus; es gelangt in die oberhalb dieser
Abströmquerschnitte A₂ liegenden Sammelkanäle 2, die mit dem Abströmstutzen 4₂ verbunden
sind. Der Zu- und Abstrom des wärmeaufnehmenden Mediums II ist in Fig. 3 durch ausgezogene
Pfeile gekennzeichnet.
[0026] Die Darstellungen beider Plattenwärmetauscher in den Fig. 2 und 3 lassen erkennen,
daß sich trotz einer sehr kompakten und raumsparenden Bauweise eine gute Zugänglichkeit
zu den Plattenstapeln S ergibt, die nicht nur den Einbau eventuell notwendig werdender
Reinigungsvorrichtungen erleichtert, sondern einen guten Zugriff zu Reparaturen oder
Wartungsarbeiten ermöglicht. Außerdem zeigen beide Darstellungen, daß die Strömungsführung
der beiden Medien I und II auf kürzestem Wege und ohne einen Druckverlust hervorrufende
Umlenkungen geschieht, so daß die beschriebenen Plattenwärmetauscher trotz ihrer Kompaktheit
einen hohen Wirkungsgrad haben.
Bezugszeichenliste:
[0027]
- A₁
- Abströmquerschnitt
- A₂
- Abströmquerschnitt
- P
- Plattenpaar
- S
- Plattenstapel
- Z₁
- Zuströmquerschnitt
- Z₂
- Zuströmquerschnitt
- 1
- Einzelplatte
- 11
- Boden
- 12
- Längsrand
- 13
- Anlagefläche
- 14
- Querrand
- 14b
- Querrand
- 2
- Sammelkanal
- 21
- Mittelwand
- 22
- Deckenwand
- 3₁
- Zuströmstutzen
- 3₂
- Zuströmstutzen
- 4₁
- Abströmstutzen
- 4₂
- Abströmstutzen
- I
- wärmeabgebendes Medium
- II
- wärmeaufnehmendes Medium
1. Plattenwärmetauscher für im Gleichstrom oder Gegenstrom geführte Medien, bestehend
aus formgeprägten Einzelplatten, die miteinander zu einen Strömungskanal für das eine
Medium bildenden Plattenpaaren verbunden sind, die ihrerseits zu einem Plattenstapel
zusammengefügt sind und zwischen sich jeweils einen Strömungskanal für das andere
Medium bilden, wobei der Zu- und Abströmquerschnitt jedes Strömungskanals in Hauptströmungsrichtung
diagonal zueinander versetzt sind und die Zu- und Abströmquerschnitte der Kanäle für
die beiden Medien nebeneinander liegen, jedoch um die halbe Höhe des Zu- bzw. Abströmquerschnittes
der Kanäle zueinander versetzt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl gleichartiger Plattenstapel (S) unmittelbar nebeneinander angeordnet
ist,
daß die Zu- und Abströmquerschnitte (Z₁,Z₂,A₁,A₂) jedes Plattenstapels (S) durch eine
über die gesamte Stapellänge verlaufende Mittelwand (21) voneinander getrennt sind,
daß die Mittelwände (21) benachbarter Plattenstapel (S) jeweils durch eine Deckenwand
(22) zu einem gemeinsamen Sammelkanal (2) verbunden sind
und daß diese Sammelkanäle (2) abwechselnd und unter Einbeziehung der Zu- bzw. Abströmquerschnitte
der beiden endseitigen Plattenstapel (S) mit einem gemeinsamen Zuström- bzw. Abströmstutzen
(3₁,4₁,3₂,4₂) für jeweils eines der beiden Medien (I,II) verbunden sind.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuströmstutzen
(3₁,3₂) und der Abströmstutzen (4₁,4₂) für jedes Medium (I,II) an dem selben Ende
der nebeneinanderliegenden Plattenstapel (S) angeordnet sind.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuströmstutzen
(3₁,3₂) und der Abströmstutzen (4₁,4₂) für jedes Medium (I,II) jeweils am anderen
Ende der nebeneinanderliegenden Plattenstapel (S) angeordnet sind.
4. Plattenwärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckenwände (22) der Sammelkanäle (2) schräg verlaufend ausgebildet sind.