Plattenwärmetauscher

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, vorzugsweise der gehäuselosen Bauart, bestehend aus gestapelten Wärmetauscherplatten (1), die wenigstens einem Medium zugeordnete Öffnungen (2) aufweisen, wobei die Wärmetauscherplatten so gestapelt sind, dass die Öffnungen (2) übereinander liegen und vertikal durch den Stapel hindurch gehende Einlass - oder Auslasskanäle (3, 4) bilden, und mit zwischen den Wärmetauscherplatten ausgebildeten Strömungskanälen (5), wobei die Einlass - und Auslasskanäle (3, 4) mit dem Medium zugeordneten Strömungskanälen (5) fluidisch verbunden sind und wobei Ausformungen am Rand (11) der Öffnungen (2) angeordnet sind. Die Durchströmung der Strömungskanäle wird verbessert, wodurch sich die Effizienz des Wärmeaustausches erhöht, wenn sich erfindungsgemäß Ausformungen (10a, 10b) nach oberhalb und nach unterhalb der Ebene (15) der Wärmetauscherplatte (1) erstrecken, wobei die sich in die eine Richtung erstreckenden Ausformungen (10a), wie an sich bekannt, um die gesamte Öffnung (2) herum angeordnet sind und die sich in die andere Richtung erstreckenden Ausformungen (10b) nur um einen Teil des Umfangs der Öffnungen (2) angeordnet sind und strömungslenkende Eigenschaften besitzen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Plattenwärmetauscher, vorzugsweise solche in gehäuseloser Bauart, bestehend aus gestapelten Wärmetauscherplatten, die wenigstens einem Medium zugeordnete Öffnungen aufweisen, wobei die Wärmetauscherplatten so gestapelt sind, dass die Öffnungen übereinander liegen und vertikal durch den Stapel hindurchgehende Einlass - oder Auslasskanäle bilden, und mit zwischen den Wärmetauscherplatten ausgebildeten Strömungskanälen, wobei der Einlass - und der Auslasskanal mit den dem Medium zugeordneten Strömungskanälen fluidisch verbunden ist und wobei Ausformungen am Rand der Öffnungen angeordnet sind.

[0002] Ein gehäuseloser Plattenwärmetauscher mit diesen Merkmalen gehört gemäß US 4.708.199 zum Stand der Technik. In dieser Veröffentlichung wurde vorgesehen, manche der Ausformungen so auszubilden, dass die Durchströmung des zugeordneten Strömungskanals verbessert wird. (siehe bspw. die Fig. 25 und 26) Da Medien gewöhnlich in die Richtung des geringeren Strömungswiderstands strömen, sind manche Zonen der Wärmetauscherplatten nicht ausreichend am Wärmeaustausch beteiligt, wodurch die Effizienz beeinträchtigt ist. In den erwähnten Figuren hat man deshalb den ansonsten ebenen Rand der Öffnungen so ausgebildet, dass das Medium nicht direkt vom Einlass in den Strömungskanal zum zugeordneten Auslass strömt, sondern sich zunächst um den Einlass herum ausbreiten muss, bevor es zum Auslass strömen kann.
Auch bei von einem Gehäuse umgebenen Plattenwärmetauschem hat man solche Maßnahmen bereits getroffen, wie es aus der DE 38 24 073 A1 entnommen werden kann.
Die Anzahl von Veröffentlichungen auf dem oben beschriebenen Gebiet ist im übrigen kaum zu überblicken. Die Anmelderin nennt nur beispielsweise als weiteren Stand der Technik die DE 195 19 312 A1, das EP 418 227 B1, das EP 611 942 A und das EP 867 679 A.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher vorzuschlagen, der eine höhere Effizienz des Wärmetausches verspricht.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den Merkmalen aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Da sich Ausformungen nach oberhalb und nach unterhalb der Ebene der Wärmetauscherplatte erstrecken, wobei die sich in die eine Richtung erstreckenden Ausformungen, wie an sich bekannt, um die gesamte Öffnung herum angeordnet sind und die sich in die andere Richtung erstreckenden, mit strömungslenkenden Eigenschaften versehenen Ausformungen, nur um einen Teil des Umfangs der Öffnungen angeordnet sind, wird die Durchströmung der Strömungskanäle intensiviert, weshalb eine höhere Effizienz des Wärmeaustausches erreicht wird. Darüber hinaus ist die vorgeschlagene Ausbildung der Wärmetauscherplatten sehr herstellungsfreundlich und hilft demzufolge, die Kosten in einem sehr günstigen Rahmen zu halten. Ferner ist es durch die erfindungsgemäße Ausbildung, die es zulässt, die Ausformungen relativ dicht am Rand der Öffnungen anzuordnen, möglich geworden, in den Lamellen, die gewöhnlich in den Strömungskanälen liegen und den Wärmeaustausch befördern, relativ kleine Ausschnitte, um die Ausformungen herum, auszubilden. Das bedeutet, dass die nicht ausgeschnittenen Abschnitte der Lamellen vergleichsweise größer sind, wodurch ebenfalls der Wärmeaustausch verbessert wird.
Die sich um die gesamte Öffnung herum erstreckende Ausformung dient der Ausbildung des Einlass - bzw. Auslasskanals, indem sie entweder an einem unverformten Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte oder an einer identischen Ausformung am Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte anliegt. Die Ausformungen an den Öffnungen sind bei der zuletzt erwähnten Variante vorzugsweise halb so hoch wie die Höhe des Strömungskanals. Im ersten Fall müssen sie die gesamte Höhe des Strömungskanals überbrücken.
Gleiches trifft auf die sich nur um einen Teil der Öffnung erstreckende Ausformung zu, die entweder am unverformten Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte oder an einer identischen Ausformung am Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte anliegt.

[0004] Die sich um die gesamte Öffnung herum erstreckende Ausformung ist näher am Rand der Öffnung angeordnet als die andere Ausformung, die sich nur um einen Teil des Umfangs der Öffnung erstreckt.

[0005] Die Ausformungen gehen vorzugsweise ineinander über, derart, dass ein Schnitt durch beide Ausformungen eine etwa S-förmige Gestalt besitzt.

[0006] Eine vorteilhafte Alternative sieht vor, dass zwischen einer sich nur um einen Teil des Umfangs erstreckenden Ausformung und einer identischen Ausformung oder dem unverformten Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte ein Spalt angeordnet ist, der kleiner ist als die Höhe des zugeordneten Strömungskanals.

[0007] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn innerhalb der anliegenden strömungslenkenden Ausformungen zweier Wärmetauscherplatten eine oder mehrere Durchbrüche vorhanden sind.
Vorzugsweise soll sich die strömungslenkende Ausformung etwa über 1/3 bis 1/2 des Gesamtumfangs der Öffnung erstrecken, wobei diese Ausformungen so positioniert sind, dass ein wesentlicher Anteil der Strömung zunächst in einen Eckbereich des Plattenwärmetauschers gelenkt wird bevor sie zum zugeordneten Kanal gelangen kann.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden Abschnitt in Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die 8 Figuren zeigen verschiedene Ansichten eines gehäuselosen Plattenwärmetauschers für den Wärmeaustausch zwischen zwei Medien oder Details davon.
Die Fig. 1 und 2 unterscheiden sich lediglich bezüglich der Strömungen im Plattenwärmetauscher, deren Richtungen durch Strömungspfeile angezeigt sind. Dabei zeigt der durchgezogene Pfeil die Strömungsrichtung in dem abgebildeten Strömungskanal 5 und der gestrichelte Pfeil die Strömungsrichtung in dem darunter liegenden Strömungskanal 13. Die Strömungskanäle 5 für das eine Medium und 13 für das andere Medium wechseln sich im Ausführungsbeispiel ab. Im Ausführungsbeispiel wurden lediglich vier rechteckige Wärmetauscherplatten 1 verwendet, was zum Zweck der Erläuterung ausreichend ist, jedoch ansonsten eher kein praktisches Ausführungsbeispiel darstellt. Die Anzahl der Wärmetauscherplatten 1 wird dem vorgesehenen Anwendungsfall angepasst, und sie wird meistens größer als vier sein. Die Form der Wärmetauscherplatten 1 muss nicht unbedingt rechteckig sein.
Da es sich, wie bereits erwähnt, im Ausführungsbeispiel um einen gehäuselosen Plattenwärmetauscher für zwei Medien handelt, haben dessen Wärmetauscherplatten 1 vier Öffnungen 2, 6, 7, die entsprechend vier Eintritts - oder Austrittskanäle durch den Plattenwärmetauscher bilden, die mit den Bezugzeichen 3, 4, 8, 9 markiert worden sind. In der Fig. 1 ist beispielsweise der Eintrittskanal 3 für das eine Medium gedacht, dem der Austrittskanal 4 zugeordnet ist. Diese Kanäle 3, 4 kommunizieren mit den Strömungskanälen 5 zwischen den Wärmetauscherplatten 1. Für das andere Medium ist dementsprechend der Eintrittskanal 8 vorgesehen, der über die Strömungskanäle 13 mit dem Austrittskanal 9 strömungstechnisch verbunden ist. (Fig. 4) Es handelt sich vorzugsweise um identische Wärmetauscherplatten 1, die bekanntlich beim Zusammenbau des Plattenwärmetauschers so gedreht werden, dass die beschriebene Ausbildung zustande kommt. Um den korrekten Aufbau des Plattenwärmetauschers optisch kontrollieren zu können, sind am Rand 70 der Wärmetauscherplatten 1 entsprechende Markierungen 71 angebracht worden. (FIG. 1, 2) An den erwähnten Ein - und Austrittskanälen 3, 4, 8, 9 befinden sich entsprechende Anschlüsse für die Zu - bzw. Ableitung der Medien, die nicht gezeigt sind. Darüber hinaus sind in allen Strömungskanälen 5, 13 Lamellen 50 als Turbulatoren angeordnet, was im vorliegenden Zusammenhang durchaus kein notwendiges sondern vielmehr ein zweckmäßiges jedoch auswechselbares Merkmal ist. Die Lamellen 50 könnten anders als gezeigt ausgebildet sein oder sie könnten teilweise oder komplett durch in die Wärmetauscherplatten 1 eingeformte Vorsprünge oder dergleichen ersetzt werden. Ferner könnten auch nur einige Strömungskanäle 5 mit Lamellen 50 belegt sein und die anderen Strömungskanäle 13 könnten die erwähnten Vorsprünge (Noppen) aufweisen. (nicht gezeigt)

[0009] In den Ausführungsbeispielen wurden am Rand 11 sämtlicher Öffnungen 2, 6, 7 Ausformungen 10a, 10b vorgesehen, die sich nach oberhalb und nach unterhalb der Ebenen 15 (Fig. 4) der Wärmetauscherplatten 1 erstrecken. In der Fig. 1 ist die sich um die gesamte Öffnung erstreckende Ausformung 10a an den Öffnungen 6 und 7 nach oben aus der Ebene 15 heraus gepresst worden. Die nur um einen Teil des Umfangs der Öffnungen 6, 7 vorgesehene Ausformung 10b, ist nach unterhalb der Ebene 15 gerichtet. An den anderen Öffnungen 2 ist die Situation umgekehrt, wie die Abbildung zeigt. Die Ausformungen werden durch umformtechnische Operationen im Zuge der Plattenherstellung ausgebildet. Die Ausformungen 10b besitzen strömungslenkende Eigenschaften, da sie die in die Strömungskanäle 5 bzw. 13 eintretende Strömung zunächst in den jeweiligen Eckbereich lenken, in dem sich die Öffnung 2 oder 6 oder 7 befindet, die danach zum zugeordneten Austrittskanal strömen kann. Dies ist aus den Figuren erkennbar, die im übrigen wegen ihrer Detailtreue vom Fachmann auch ohne größere Erläuterungen verstanden werden. Die angesprochenen Eckbereiche sind selbstverständlich nur bei Ecken aufweisenden Wärmetauscherplatten vorhanden. Bei runden Wärmetauscherplatten bewirken die Ausformungen 10b, dass sich das Medium nicht direkt vom Einlasskanal zum Auslasskanal bewegen kann, sondern sich zunächst um den Einlasskanal herum ausbreitet, dann in Richtung Auslasskanal strömt, dort ebenfalls umgelenkt wird, bevor es in den Auslasskanal eintreten und den Plattenwärmetauscher verlassen kann.
Erwähnenswert sind die Figuren 5 und 6 vor allem deshalb, weil dort zwischen den strömungslenkenden Ausformungen 10b ein Spalt 20 belassen wurde. Der Spalt 20 hebt die strömungslenkende Eigenschaft der Ausformungen 10b nicht auf, sondern im Gegenteil, er gestattet durch die Möglichkeit seiner Dimensionierung eine ganz gezielte Aufteilung der Strömung. Im Gegensatz zu den Abbildungen, muss der Spalt 20 nicht unbedingt über den gesamten Bereich mit gleicher Höhe ausgebildet sein. Eine ähnliche Wirkung wie durch das Vorsehen eines Spaltes 20 wird durch Durchbrüche oder weitere Öffnungen 30 zwischen ansonsten aneinander anliegenden Ausformungen 10b erzielt, wobei deren Größe oder Anzahl entsprechend der gewünschten Aufteilung der Strömung wählbar ist. (Fig. 7 und 8) Insbesondere aus den Detaildarstellungen ist weiter erkennbar, dass die Ausformung 10a unmittelbar am Rand 11 der jeweiligen Öffnung 2, 6, 7 ausgebildet ist und die strömungslenkende Ausformung 10b sich daran nach außen hin anschließt. Diese hat also, da es sich vorliegend um kreisförmige Öffnungen handelt, einen größeren Radius als die Ausformung 10a. Um jedoch die Ausschnitte 60 in den Lamellen 50 so klein wie möglich zu gestalten, wurde darauf geachtet, dass sich die Ausformungen 10a, 10b so dicht wie möglich am Rand 11 der Öffnungen befinden. Wie beispielsweise die Fig. 3 zeigt, hat der Querschnitt durch die beiden Ausformungen 10a, 10b etwa S-förmige Gestalt, d. h. sie gehen ineinander über.
Die Ausformung 10a dient der Bildung des jeweiligen Eintritts - oder Austrittskanals, da sie mit einer identischen Ausformung 10a der benachbarten Wärmetauscherplatte 1 verbunden ist. In zweckmäßiger aber nicht notwendiger Weise beträgt die Höhe der Ausformungen 10a etwa die Hälfte der Höhe der Strömungskanäle 13.
Die gezeigte und beschriebene Grundidee ist modifizierbar, was jedoch in den Figuren nicht unmittelbar zum Ausdruck kommt. Beispielsweise könnte die Höhe h (Fig. 4) der Strömungskanäle 5, 13 durch nur an einer Wärmetauscherplatte 1 vorhandene Ausformungen 10a, 10b überbrückt werden, da die benachbarte Wärmetauscherplatte 1 keine Ausformungen 10a, 10b besitzt. Ferner ist diese Idee auch auf Plattenwärmetauscher, die in einem Gehäuse angeordnet sind, übertragbar.

Ansprüche

1. Plattenwärmetauscher, bestehend aus gestapelten Wärmetauscherplatten (1), die wenigstens einem Medium zugeordnete Öffnungen (2) aufweisen, wobei die Wärmetauscherplatten so gestapelt sind, dass die Öffnungen (2) übereinander liegen und vertikal durch den Stapel hindurchgehende Einlass - oder Auslasskanäle (3, 4) bilden, und mit zwischen den Wärmetauscherplatten ausgebildeten Strömungskanälen (5, 13), wobei der Einlass - und der Auslasskanal (3, 4) mit den dem Medium zugeordneten Strömungskanälen (5) fluidisch verbunden ist und wobei Ausformungen am Rand (11) der Öffnungen (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Ausformungen nach oberhalb und nach unterhalb der Ebene (15) der Wärmetauscherplatte (1) erstrecken, wobei die sich in die eine Richtung erstreckende Ausformung (10a), wie an sich bekannt, um die gesamte Öffnung (2) herum angeordnet ist und die sich in die andere Richtung erstreckende Ausformung (10b) nur um einen Teil des Umfangs der Öffnungen (2) angeordnet ist und strömungslenkende Eigenschaft besitzt.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich um die gesamte Öffnung (2) herum erstreckende Ausformung (10a) der Ausbildung des Einlass - bzw. Auslasskanals (3, 4) dient, indem sie am unverformten Rand (11) der Öffnung (2) der benachbarten Wärmetauscherplatte (1) oder an einer identischen Ausformung (10a) am Rand (11) der Öffnung (2) der benachbarten Wärmetauscherplatte (1) anliegt.

3. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich nur um einen Teil der Öffnung (2) erstreckende Ausformung (10b) entweder am unverformten Rand der Öffnung (2) der benachbarten Wärmetauscherplatte (1) oder an einer identischen Ausformung (10b) am Rand der Öffnung (2) der benachbarten Wärmetauscherplatte (1) anliegt.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich um die gesamte Öffnung (2) herum erstreckende Ausformung (10a) näher am Rand (11) der Öffnung (2) angeordnet ist als die andere Ausformung (10b), die sich nur um einen Teil des Umfangs der Öffnung (2) erstreckt.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformungen (10a und 10b) ineinander übergehen, derart, dass ein Schnitt durch beide Ausformungen (10a, 10b) eine etwa S-förmige Gestalt besitzt.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, außer dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich nur um einen Teil des Umfangs erstreckende Ausformung (10b) zwischen sich und der identischen Ausformung oder dem unverformten Rand der Öffnung der benachbarten Wärmetauscherplatte einen Spalt (20) belässt, der kleiner ist als die Höhe (h) des zugeordneten Strömungskanals (5).

7. Plattenwärmetauscher nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der anliegenden strömungslenkenden Ausformungen (10b) ein oder mehrere Durchbrüche (30) vorhanden sind.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die strömungslenkende Ausformung (10b) vorzugsweise etwa über 1/3 bis 1/2 des Gesamtumfangs der Öffnung erstreckt, wobei die Ausformungen (10b) so positioniert sind, dass ein wesentlicher Anteil der Strömung zunächst in einen Eckbereich des Plattenwärmetauschers gelenkt wird bevor sie zum zugeordneten Kanal (4) gelangen kann.

Zeichnung