DE19930398A1 - Plate heat exchanger, in particular plate reactor - Google Patents
Plate heat exchanger, in particular plate reactorInfo
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Abstract
Plattenwärmetauscher, insbesondere Plattenreaktor, mit übereinander angeordneten Wärmetauscherplatten, zwischen welchen primärseitige Strömungskanäle für ein erstes Wärmetauschermedium und sekundärseitige Strömungskanäle für ein zweites Wärmetauschermedium ausgebildet sind, wobei die primärseitigen Strömungskanäle mit wenigstens einem durch die Wärmetauscherplatten verlaufenden Einlaßkanal zur Zufuhr des ersten Wärmetauschermediums mit wenigstens zwei durch die Wärmetauscherplatten verlaufenden Auslaßkanälen zur Ausgabe des ersten Wärmetauschers kommunizieren, wobei ein Medienraum zur Aufnahme des ersten Wärmetauschermediums im wesentlichen zwischen den übereinanderliegenden Wärmetauscherplatten gebildet ist, und daß das zweite Wärmetauschermedium stirnseitig ohne Zwischenschaltung von Einlaß- bzw. Auslaßkanälen in die sekundärseitigen Strömungskanäle einführbar bzw. aus diesen abführbar ist.Plate heat exchangers, in particular plate reactors, with heat exchanger plates arranged one above the other, between which primary-side flow channels for a first heat exchanger medium and secondary-side flow channels for a second heat exchanger medium are formed, the primary-side flow channels having at least one inlet channel running through the heat exchanger plates for supplying the first heat exchanger medium with at least two through them Exhaust channels extending through heat exchanger plates communicate for outputting the first heat exchanger, a media space for receiving the first heat exchange medium being essentially formed between the superimposed heat exchanger plates, and that the second heat exchange medium can be inserted into and out of the front of the secondary flow channels without the intermediary of inlet or outlet channels is dissipatable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere einen Plattenreaktor, nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Herkömmliche Plattenwärmetauscher weisen eine Anzahl übereinander angeordneter Wärmetauscherplatten auf. Zur Zu- und Abfuhr der entsprechenden Wärmetauschermedien sind für jedes der Wärmetauschermedien Einlaß- und Auslaßkanäle vorgese hen, welche durch die übereinander angeordneten Wärmetauscher platten sich erstrecken, und mit primärseitigen bzw. sekundär seitigen Strömungskanälen zwischen den Wärmetauscherplatten kommunizieren. Die Wärmetauscherplatten und die Einlaß- bzw. Auslaßkanäle sind hierbei derart ausgebildet, daß die primär seitigen und die sekundärseitigen Strömungskanäle nicht mitein ander kommunizieren. Herkömmliche Wärmetauscherplatten weisen eine rechteckige Form auf, wobei zur Bildung der Ein- und Aus laßkanäle entsprechende Bohrungen in den Platten vorgesehen sind, welche bei Übereinanderanordnung der Platten miteinander fluchten. Zur Trennung der primärseitigen und sekundärseitigen Strömungskanäle sind sämtliche Wärmetauscherplatten, insbeson dere umfangsseitig, miteinander verbunden. Ferner ist die Grundfläche der für die Wärmetauschermedien zur Verfügung ste henden Räume durch die Plattenabmessungen vorgegeben.The present invention relates to a plate heat exchanger, in particular a plate reactor, according to the preamble of Pa Tent claims 1. Conventional plate heat exchangers have a Number of heat exchanger plates arranged one above the other. For The supply and removal of the corresponding heat exchange media are for each of the heat exchange media inlet and outlet channels vorese hen, which by the stacked heat exchanger plates extend, and with primary or secondary side flow channels between the heat exchanger plates communicate. The heat exchanger plates and the inlet or Outlet channels are designed such that the primary side and the secondary-side flow channels are not together communicate with others. Conventional heat exchanger plates have a rectangular shape, being used to form the on and off corresponding holes provided in the plates which are when the plates are arranged one above the other swear. To separate the primary and secondary sides Flow channels are all heat exchanger plates, in particular their circumference, connected to each other. Furthermore, the Base area available for the heat exchange media existing spaces given by the plate dimensions.
Ein wie oben beschriebener Plattenwärmetauscher ist beispiels weise aus der WO 91/16589 bekannt.A plate heat exchanger as described above is an example as known from WO 91/16589.
Aus der WO 8911627 ist es bekannt, anstelle der Auslaßkanäle eines zu verdampfenden Mediums die Kantenbereiche der Strö mungskanäle zwischen den Wärmetauscherplatten teilweise offen auszubilden. Durch diese Maßnahme kann ein verdampftes Medium, welches ein wesentlich größeres Volumen als die ursprünglich verdampfte Flüssigkeit einnimmt, in vorteilhafter Weise aus dem Plattenwärmetauscher abgeführt werden.It is known from WO 8911627 instead of the outlet channels of a medium to be evaporated, the edge areas of the streams channels between the heat exchanger plates partially open to train. With this measure, a vaporized medium, which is a much larger volume than that originally evaporates liquid, advantageously from the Plate heat exchangers are removed.
Als nachteilig bei herkömmlichen Plattenwärmetauschern erweist sich, daß aufgrund der räumlichen Nähe der Einlaßkanäle für die verschiedenen Wärmetauschermedien thermisch bedingte Spannungen in den Wärmetauscherplatten auftreten. Aufgrund der Thermospan nungen entsteht ein Kräftegleichgewicht, welches durch Platten bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen verursacht wird, wobei die Stärke der Spannungen beispielsweise von der Größe der Blechbereiche konstanter Temperatur abhängig ist.Has proven to be disadvantageous in conventional plate heat exchangers themselves that due to the spatial proximity of the inlet channels for the various heat exchange media thermally induced voltages occur in the heat exchanger plates. Because of the thermal chip This creates a balance of forces, which is achieved by plates areas with different temperatures, where the strength of the tensions depends, for example, on size the sheet metal areas is dependent on constant temperature.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Plattenwärmetau schers, mit dem auftretende Thermospannungen in einfacher Weise vermindert bzw. kompensiert werden können.The object of the invention is to create a plate heat rope schers, with the occurring thermal voltages in a simple manner can be reduced or compensated.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This task is solved by using a plate heat exchanger the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist nun ein Plattenwärmetauscher geschaffen, bei welchem im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wesentlich geringere thermisch bedingte Spannungen auftreten. Dadurch, daß auf Einlaßkanäle für eines der Wärmetauschermedien, insbesonde re das Wärmeträgermedium, verzichtet wird, und dieses Wärmetau schermedium stirnseitig in die sekundärseitigen Strömungskanäle eingeführt wird, ist eine räumliche Nähe von Einlaßkanälen, welche ein noch sehr kaltes bzw. ein noch sehr heißes Wärmetau schermedium zuführen, vermieden.According to the invention, a plate heat exchanger is now created, which is essential compared to conventional solutions lower thermal stresses occur. As a result of that on inlet channels for one of the heat exchange media, in particular re the heat transfer medium, is dispensed with, and this heat accumulation shear medium in the secondary flow channels is introduced is a spatial proximity of inlet channels, which is a very cold or a very hot heat rope Feed the cutting medium, avoided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Plattenwär metauschers sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the plate heat according to the invention Metauschers are the subject of the subclaims.
Zweckmäßigerweise ist der Einlaßkanal der primärseitigen Strö mungskanäle im Bereich der Mittelachse des Plattenwärmetau schers in Hauptströmungsrichtung des ersten Wärmetauschermedi ums an einem ersten Ende des Plattenwärmetauschers angeordnet, wobei die zwei Auslaßkanäle der primärseitigen Strömungskanäle an dem anderen Ende des Plattenwärmetauschers symmetrisch be züglich der Mittelachse angeordnet sind. Mit dieser Maßnahme ist eine im wesentlichen symmetrische bzw. Y-förmige Durchströ mung der primärseitigen Strömungskanäle des Plattenwärmetau schers realisierbar. Hierdurch kann die Thermobeanspruchung der einzelnen Wärmetauscherplatten des Plattenwärmetauschers weiter vermindert werden.The inlet channel of the primary-side stream is expediently channels in the area of the central axis of the plate heat exchanger shear in the main flow direction of the first heat exchanger medium arranged around a first end of the plate heat exchanger, the two outlet channels of the primary-side flow channels be symmetrical at the other end of the plate heat exchanger are arranged with respect to the central axis. With this measure is a substantially symmetrical or Y-shaped flow the primary flow channels of the plate heat exchanger feasible. As a result, the thermal stress on the individual heat exchanger plates of the plate heat exchanger can be reduced.
Zweckmäßigerweise sind die Wärmetauscherplatten im Bereich der Einlaß- bzw. Auslaßkanäle mit einer gegenüber herkömmlichen rechteckigen Wärmetauscherplatten verringerten Grundfläche aus gebildet. Das heißt, die Kanten der einzelnen Wärmetauscher platten, welche herkömmlicherweise zur Bildung einer rechtecki gen Platte senkrecht zueinander verlaufen, können im Bereich des Einlaßkanals aufeinander zulaufen. Zwischen den symmetrisch um die Mittelachse ausgebildeten Auslaßkanälen kann eine Ein buchtung der Wärmetauscherplatten vorgesehen sein. Diese Form gebungen sind möglich, da erfindungsgemäß auf die Ein- bzw. Auslaßkanäle für das zweite Wärmetauschermedium verzichtet wird.The heat exchanger plates are expediently in the region of Inlet and outlet channels with a conventional one rectangular heat exchanger plates from reduced footprint educated. That is, the edges of the individual heat exchangers plates, which traditionally form a rectangle The plate can run perpendicular to each other in the area of the inlet channel converge. Between the symmetrical around the central axis formed an outlet the heat exchanger plates should be provided. This shape conditions are possible because according to the invention Outlet channels for the second heat exchanger medium are dispensed with becomes.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers wird nun anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In dieser zeigt:A particularly preferred embodiment of the invention Plate heat exchanger is now based on the attached drawing explained in detail. In this shows:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer bevor zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Platten wärmetauschers, und Fig. 1 is a schematic perspective view of a preferred embodiment of the plate heat exchanger according to the invention, and
Fig. 2 einen bevorzugten Aufbau übereinanderliegender Wärme tauscherplatten, welche bei dem Plattenwärmetauscher gemäß der Fig. 1 verwendbar sind. Fig. 2 shows a preferred structure of superimposed heat exchanger plates, which can be used in the plate heat exchanger according to FIG. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Plattenwärmetauscher ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Er weist eine Anzahl übereinander angeordne ter Wärmetauscherplatten 2 auf. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung sind hierbei lediglich die obere und die untere Platte 2 mit einer fischgrätenmusterartigen Strukturierung dar gestellt. Es ist möglich, auch einige oder alle der zwischen der oberen und der unteren Platte liegenden Wärmetauscherplat ten mit einer derartigen Strukturierung auszubilden.The plate heat exchanger shown in Fig. 1 is designated by 1 in total. It has a number of superposed heat exchanger plates 2 . For the sake of simplicity of presentation, only the upper and lower plates 2 are shown with a herringbone-like structure. It is also possible to design some or all of the heat exchanger plates lying between the upper and lower plates with such a structuring.
Die Zwischenräume zwischen den Platten 2 bilden primärseitige bzw. sekundärseitige Strömungskanäle für mittels des Platten wärmetauschers zu beaufschlagende Wärmetauschermedien. Es ist beispielsweise denkbar, abwechselnd übereinander primärseitige und sekundärseitige Strömungskanäle vorzusehen. Die primärsei tigen und sekundärseitigen Strömungskanäle kommunizieren nicht miteinander.The spaces between the plates 2 form primary-side or secondary-side flow channels for heat exchanger media to be acted on by means of the plate heat exchanger. For example, it is conceivable to provide flow channels on the primary and secondary sides alternately one above the other. The primary-side and secondary-side flow channels do not communicate with each other.
Zur Zuleitung eines ersten Wärmetauschermediums, beispielsweise in die primärseitigen Strömungskanäle, ist ein Eingangskanal 3 vorgesehen, welcher ausschließlich mit den primärseitigen Strö mungskanälen kommuniziert. Zur Bildung des Eingangskanals 3 sind die übereinander angeordneten Wärmetauscherplatten 2 mit fluchtenden Bohrungen ausgebildet, wobei zwischen den einzelnen Platten, die Bohrungen jeweils umgebend, Beabstandungselemente 4 ausgebildet sind. Die Beabstandungselemente 4 dienen sowohl zur Einstellung eines gewünschten Abstandes zwischen den über einander angeordneten Wärmetauscherplatten, als auch zur Ge währleistung der gewünschten Kommunikation des Einlaßkanals 3 ausschließlich mit den primärseitigen Strömungskanälen. Zu die sem Zwecke in den Beabstandungselementen 4 vorgesehene Öffnun gen sind an sich bekannt und werden nicht im einzelnen be schrieben. Die primärseitigen Strömungskanäle kommunizieren ferner mit Auslaßkanälen 5, 6, welche bezüglich des Einlaßkanals 3 am entgegengesetzten Ende des Plattenwärmetauschers ausgebil det sind. Die Auslaßkanäle sind, analog zum Einlaßkanal, durch fluchtende Bohrungen in den Wärmetauscherplatten und Beabstan dungselemente mit entsprechenden Öffnungen gebildet. Man er kennt, daß die Auslaßkanäle 5, 6 bezüglich der Mittelachse M des Plattenwärmetauschers in der Hauptströmungsrichtung symme trisch angeordnet sind. Zusammen mit dem Einlaßkanal 3 bilden die Auslaßkanäle 5, 6 eine Y-förmige Anordnung, wodurch eine gleichmäßige und bezüglich der Mittelachse M symmetrische Strö mung des Wärmetauschermediums durch die primärseitigen Strö mungskanäle gewährleistet ist.To feed a first heat exchange medium, for example into the primary flow channels, an input channel 3 is provided which communicates exclusively with the primary flow channels. To form the inlet channel 3 , the heat exchanger plates 2 arranged one above the other are designed with aligned bores, spacing elements 4 being formed between the individual plates, each surrounding the bores. The spacing elements 4 are used both for setting a desired distance between the heat exchanger plates arranged one above the other, and for ensuring the desired communication of the inlet channel 3 exclusively with the primary-side flow channels. For the sem purposes in the spacing elements 4 provided openings are known per se and will not be described in detail. The primary-side flow channels also communicate with outlet channels 5 , 6 , which are ausgebil det with respect to the inlet channel 3 at the opposite end of the plate heat exchanger. The outlet channels are, analogous to the inlet channel, formed by aligned holes in the heat exchanger plates and Beabstan expansion elements with corresponding openings. It is known that the outlet channels 5 , 6 are arranged symmetrically with respect to the central axis M of the plate heat exchanger in the main flow direction. Together with the inlet channel 3 , the outlet channels 5 , 6 form a Y-shaped arrangement, whereby a uniform and symmetrical with respect to the central axis M flow of the heat exchange medium through the primary-side flow channels is ensured.
Zur Gewährleistung eines dichten Abschlusses der primärseitigen Strömungskanäle sind diese in den Randbereichen der Wärmetau scherplatten 2 durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Zusammenlöten übereinanderliegender Wärmetauscherplatten, fluiddicht abgeschlossen.To ensure a tight closure of the primary-side flow channels, these are in the edge regions of the Wärmetau shear plates 2 by suitable measures, for example by soldering superimposed heat exchanger plates, fluid-tight.
Die sekundärseitigen Strömungskanäle sind gemäß dem erfindungs gemäßen Plattenwärmetauscher nicht mit den beschriebenen Ein laß- bzw. Auslaßkanälen ausgebildet. Vielmehr strömt ein zwei tes Wärmetauschermedium in der mittels der Pfeile p dargestell ten Richtung auf den Plattenwärmetauscher zu und trifft stirn seitig auf der ersten Seite des Plattenwärmetauschers auf die sekundärseitigen Strömungskanäle. Die sekundärseitigen Strö mungskanäle sind hierzu, im Gegensatz zu den primärseitigen Strömungskanälen, in den Kantenbereichen der sie bildenden Wär metauscherplatten wenigstens teilweise offen ausgebildet.The secondary flow channels are according to the Invention according plate heat exchanger not with the described one lass- or outlet channels formed. Rather, one flows two tes heat exchange medium shown in the arrows p direction of the plate heat exchanger and hits forehead on the first side of the plate heat exchanger flow channels on the secondary side. The secondary currents In contrast to the primary side, there are channels for this Flow channels, in the edge areas of the heat forming them exchanger plates at least partially open.
Dadurch, daß das zweite Wärmetauschermedium, insbesondere das Wärmeträgermedium, nicht "lokalisiert" über Einlaßkanäle zuge führt wird, können die thermischen Spannungen innerhalb der Wärmetauscherplatten 2 gegenüber herkömmlichen Lösungen be trächtlich vermindert werden. Insbesondere kann vermieden wer den, daß Einlaß- bzw. Auslaßkanäle der ersten und zweiten Wär metauschermedien in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander an geordnet werden müssen, so daß starke Temperaturgradienten in der Umgebung benachbarter Einlaß- bzw. Auslaßkanäle für ver schiedene Wärmetauschermedien vermieden werden können. Durch die Verminderung der thermomechanischen Beanspruchung der Wär metauscherplatten 2 kann die Lebensdauer des Plattenwärmetau schers 1 insgesamt verlängert werden. Characterized in that the second heat exchanger medium, in particular the heat transfer medium, is not "localized" supplied via inlet channels, the thermal stresses within the heat exchanger plates 2 can be reduced considerably compared to conventional solutions. In particular, who can avoid that the inlet and outlet channels of the first and second heat exchange media must be arranged in the immediate vicinity of each other, so that strong temperature gradients in the vicinity of adjacent inlet and outlet channels for different heat exchange media can be avoided. By reducing the thermomechanical stress on the heat exchanger plates 2 , the life of the plate heat exchanger 1 can be extended overall.
Ferner können die Herstellungskosten, welche zur Befestigung bzw. Verbindung der Wärmetauscherplatten 2 aneinander anfallen, verringert werden, da herkömmlicherweise notwendige Fügestellen zum fluiddichten Abschluß der sekundärseitigen Strömungskanäle nicht notwendig sind.Furthermore, the manufacturing costs incurred for fastening or connecting the heat exchanger plates 2 to one another can be reduced, since conventionally necessary joints for the fluid-tight closure of the flow channels on the secondary side are not necessary.
Es sei angemerkt, daß der dargestellte Plattenwärmetauscher 1 innerhalb eines Kastens angeordnet ist, von dem nur die Grund fläche 10 dargestellt ist. Das zweite Wärmetauschermedium wird zur Beaufschlagung der stirnseitigen Enden der sekundärseitigen Strömungskanäle entsprechend in den nicht dargestellten Kasten eingeführt.It should be noted that the plate heat exchanger 1 shown is arranged within a box, of which only the base surface 10 is shown. The second heat exchanger medium is accordingly introduced into the box (not shown) in order to act on the front ends of the flow channels on the secondary side.
Da es gegenüber herkömmlichen Lösungen zu geringeren Tempera turgradienten kommt, und ferner eine geringere Anzahl von Ein laß- bzw. Auslaßkanälen vorzusehen ist, können die Flächen der Wärmetauscherplatten insbesondere im Einlaßbereich der Wärme tauschermedien verkleinert werden. Man erkennt in der Fig. 1, daß entsprechend dieser konstruktiven Möglichkeit die Seiten kanten 2a der Wärmetauscherplatten im Bereich des Einlaßkanals 3 aufeinander zulaufend ausgebildet sind, das heißt unter Be zugnahme auf eine herkömmliche rechteckige Form der Wärmetau scherplatten sind deren Ecken im Einlaßbereich weggeschnitten. Entsprechend sind im Bereich der Auslaßkanäle die einzelnen Wärmetauscherplatten 2 mit einer Einbuchtung 11 ausgebildet. Durch diese Formgebung kann das Gewicht des Plattenwärmetau schers gegenüber herkömmlichen Lösungen verringert werden. Die Formgebung wird dadurch ermöglicht, daß insgesamt lediglich drei Einlaß- bzw. Auslaßkanäle 3, 5, 6 vorgesehen sind, so daß Bereiche, in denen herkömmlicherweise Einlaß- bzw. Auslaßkanäle für ein zweites Wärmetauschermedium vorgesehen waren, ausge spart werden können. Wie erläutert, ergeben sich aufgrund der gleichmäßigeren Wärmebeaufschlagung durch das zweite Wärmetau schermedium geringere Temperaturgradienten im Bereich der Ein laß- bzw. der Auslaßkanäle. Since there are lower temperature gradients compared to conventional solutions, and furthermore a smaller number of inlet or outlet channels is to be provided, the areas of the heat exchanger plates can be reduced, in particular in the inlet region of the heat exchange media. It can be seen in Fig. 1 that according to this constructive possibility, the sides edges 2 a of the heat exchanger plates in the area of the inlet channel 3 are tapered, that is, with reference to a conventional rectangular shape of the heat exchanger shear plates, the corners of which are cut away in the inlet area. Accordingly, the individual heat exchanger plates 2 are formed with an indentation 11 in the region of the outlet channels. This shape allows the weight of the plate heat exchanger to be reduced compared to conventional solutions. The shape is made possible by the fact that only three inlet or outlet channels 3 , 5 , 6 are provided, so that areas in which inlet or outlet channels were conventionally provided for a second heat exchanger medium can be saved. As explained, there are lower temperature gradients in the area of the inlet or outlet channels due to the more uniform application of heat by the second heat exchanger medium.
Dadurch, daß erfindungsgemäß nur drei Einlaß- bzw. Auslaßkanäle 3, 5, 6 vorgesehen sind, ist es in einfacher Weise möglich, den Plattenwärmetauscher 1 derart an der Grundplatte 10 zu befesti gen, daß keine Zwängung der einzelnen Wärmetauscherplatten 2 bei auftretenden Temperaturgradienten auftritt. Es ist bei spielsweise möglich, sämtliche der drei Kanäle 3, 5, 6, oder auch beispielsweise nur die zwei Auslaßkanäle 5, 6 flexibel, das heißt nicht-statisch zu lagern, so daß sie innerhalb ihrer jeweiligen Lagerungen entsprechend einer thermisch bedingten Ausdehnung der einzelnen Wärmetauscherplatten verschiebbar sind. Zur Kompensation von thermisch bedingten Spannungen ist es beispielsweise auch möglich, Entlastungsdurchbrüche in den Wärmetauscherplatten 2 auszubilden. Plattenbereiche, in welchen hohe thermisch bedingte Spannungen auftreten, können dicker ausgebildet sein als Bereiche, in denen nur geringere Spannun gen auftreten bzw. zu erwarten sind.The fact that according to the invention only three inlet or outlet channels 3 , 5 , 6 are provided, it is possible in a simple manner to fasten the plate heat exchanger 1 to the base plate 10 in such a way that no constraint of the individual heat exchanger plates 2 occurs when temperature gradients occur. It is possible, for example, to store all of the three channels 3 , 5 , 6 , or, for example, only the two outlet channels 5 , 6 flexibly, that is to say non-statically, so that they are within their respective supports in accordance with a thermal expansion of the individual Heat exchanger plates are slidable. To compensate for thermally induced stresses, it is also possible, for example, to form relief openings in the heat exchanger plates 2 . Plate areas in which high thermal stresses occur can be made thicker than areas in which only lower stresses occur or are to be expected.
Es ist ferner möglich, die Wärmetauscherplatten 2 wenigstens zum Teil in Form gelochter Bleche vorzusehen, wie weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert wird.It is also possible to provide the heat exchanger plates 2 at least partly in the form of perforated plates, as will be explained below with reference to FIG. 2.
In Fig. 2 ist schematisch ein bevorzugter Aufbau der Wärmetau scherplatten 2 eines Plattenwärmetauschers dargestellt. Die oberste Platte ist in der dargestellten Ausführungsform als Lochblech mit einer fischgrätenmusterartigen Strukturierung ausgebildet (Platte 2a). Unter dieser Platte ist ein Flachblech 2b vorgesehen, unterhalb welchem eine Platte 2c angeordnet ist, welche wenigstens einseitig eine Oberflächenstrukturierung 10 aufweist. Die Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise ei ne Ätzstruktur sein, und ist in der Fig. 2 rein schematisch dargestellt (Platte 2c). Unterhalb dieser Platte 2c ist wieder um ein Lochblech mit einer fischgrätenmusterartigen Strukturie rung ausgebildet (Platte 2a). Die Zwischenräume zwischen den dargestellten Wärmetauscherplatten bilden Strömungskanäle. Ein primärseitiger Strömungskanal, welcher zwischen den Platten 2b, 2c gebildet ist, ist mit I bezeichnet. Durch den primärseitigen Strömungskanal I strömt vorzugsweise, im Falle eines Verdamp fers, das zu verdampfende Medium.In Fig. 2 a preferred structure of the Wärmetau shear plates 2 of a plate heat exchanger is shown schematically. The top plate is in the illustrated embodiment as a perforated plate with a herringbone-like structure formed (plate 2 a). Under this plate, a flat sheet 2 b is provided, below which a plate 2 c is arranged, which has a surface structure 10 on at least one side. The surface structuring can be, for example, an etching structure and is shown purely schematically in FIG. 2 (plate 2 c). Below this plate 2 c is again formed around a perforated plate with a herringbone-like structure (plate 2 a). The spaces between the heat exchanger plates shown form flow channels. A primary-side flow channel, which is formed between the plates 2 b, 2 c, is denoted by I. Through the primary-side flow channel I preferably flows, in the case of an evaporator, the medium to be evaporated.
Zwischen der unstrukturierten Seite des Bleches 2c und einem . weiteren Blech 2b ist ein sekundärseitiger Strömungskanal aus gebildet, welcher mit II bezeichnet ist. Man erkennt, daß sich innerhalb dieses Strömungskanals II das fischgrätenmusterartig strukturierte Lochblech 2a erstreckt.Between the unstructured side of the sheet 2 c and one. another sheet 2 b is formed from a secondary-side flow channel, which is designated II. It can be seen that the herringbone patterned perforated plate 2 a extends within this flow channel II.
Aufgrund der Strukturierung des Bleches 2c bzw. der Wärmetau scherplatten 2a kommt es innerhalb der jeweiligen Strömungska näle zu Verwirbelungen der durchströmenden Medien, wodurch die Wärmeübertragung vorteilhaft beeinflußt ist.Due to the structuring of the sheet 2 c or the Wärmetau shear plates 2 a, there is swirling of the media flowing through the respective channels, whereby the heat transfer is advantageously influenced.
Es sei betont, daß es sich bei der dargestellten Anordnung der Wärmetauscherplatten 2a, 2b, 2c lediglich um eine bevorzugte Ausführungsform handelt. Es ist beispielsweise ebenfalls mög lich, die mit fischgrätenmusterartiger Strukturierung ausgebil deten Platten bzw. Bleche (Wellbleche) ungelocht auszubilden, wobei sich in diesem Fall Strömungskanäle zwischen einer derar tigen Wärmetauscherplatte und entsprechend darüber bzw. darun ter angeordneten weiteren Wärmetauscherplatten ergeben.It should be emphasized that the arrangement of the heat exchanger plates 2 a, 2 b, 2 c shown is merely a preferred embodiment. For example, it is also possible to design the plates or sheets (corrugated sheets) formed with herringbone-like structuring without perforation, in which case flow channels between a heat exchanger plate of this type and correspondingly above or below them further heat exchanger plates result.
In Fig. 2 ist ferner zu erkennen, daß ein Einlaßkanal 3 ledig lich mit den primärseitigen Strömungskanälen I kommuniziert. Sekundärseitige Strömungskanäle II werden, wie bereits erläu tert, stirnseitig durch ein Wärmetauschermedium beaufschlagt, wie wiederum mittels der Pfeile p angedeutet ist. Auf eine Dar stellung der Beabstandungselemente 4 ist in der Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.In Fig. 2 it can also be seen that an inlet channel 3 single Lich communicates with the primary-side flow channels I. Secondary-side flow channels II, as already explained, are acted upon by a heat exchange medium on the end face, as is again indicated by the arrows p. On a Dar position of the spacing elements 4 is omitted in FIG. 2 for reasons of clarity.
Zur Vervollständigung der Darstellung werden im folgenden wei
tere Maßnahmen erläutert, mittels derer in Plattenwärmetau
schern auftretende Thermospannungen vermindert werden können.
Thermospannungen lassen sich (der Einfachheit halber hier in
eindimensionaler Form) gemäß der Gleichung
To complete the presentation, further measures are explained below, by means of which thermal stresses occurring in plate heat exchangers can be reduced. Thermal stresses can (according to the equation here in one-dimensional form for the sake of simplicity)
σ = E (ε - αTΔT)
σ = E (ε - α T ΔT)
beschreiben. Hierbei beschreibt σ die auftretende Spannung, E ist das Elastizitätsmodul des jeweiligen Werkstoffs bzw. Bau teils, ε die Dehnung des Bauteils, αT der Wärmeausdehnungs koeffizient des Bauteils und ΔT eine auftretende Temperatur differenz.describe. Here σ describes the stress occurring, E is the modulus of elasticity of the respective material or component, ε the elongation of the component, α T the thermal expansion coefficient of the component and ΔT an occurring temperature difference.
Zur Erhöhung zulässiger Spannungen eines Plattenwärmetauschers bzw. der Wärmetauscherplatten können geeignete Werkstoffe ver wendet werden, beispielsweise Superaustenite oder Nickelbasis werkstoffe. Zur Verminderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten αT eignen sich ebenfalls Nickelbasiswerkstoffe, beispielsweise Alloy 625.Suitable materials can be used to increase the permissible stresses of a plate heat exchanger or the heat exchanger plates, for example superaustenite or nickel-based materials. Nickel-based materials, for example Alloy 625, are also suitable for reducing the coefficient of thermal expansion α T.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher läßt sich in beson ders vorteilhafter Weise aus einzelnen Modulen zusammensetzen, die beispielsweise aus zwei oder drei Wärmetauscherplatten be stehen, welche jeweils die Medienräume bzw. Strömungskanäle bilden. Derartige Module lassen sich beispielsweise in dem Kas ten, in welchem der Wärmetauscher eingebracht ist, in einfa cher Weise aufeinanderstapeln, wobei die einzelnen Platten bzw. Module als End- bzw. Zugplatten ausbildbar sind. Hierbei kann eine äußere Zwängung der einzelnen Module bzw. Wärmetauscher platten durch eine geeignete Lagerung vermieden werden. Gegen über herkömmlichen Systemen erweist es sich als vorteilhaft, daß nur drei Verbindungen der einzelnen Platten bzw. Module ausgebildet sind, nämlich die Einlaß- bzw. Auslaßkanäle, so daß eine statische Lagerung vermieden werden kann. Es ist ferner möglich, thermische Spannung mittels variabler Blechdicken oder Entlastungsdurchbrüche zu verringern.The plate heat exchanger according to the invention can in particular which advantageously consist of individual modules, which, for example, be made up of two or three heat exchanger plates stand, each of the media rooms or flow channels form. Such modules can be found, for example, in the Kas in which the heat exchanger is installed, in simple stack on top of one another, the individual plates or Modules can be designed as end or tension plates. This can an external constraint of the individual modules or heat exchangers suitable storage can be avoided. Against over conventional systems, it proves to be advantageous that only three connections of the individual plates or modules are formed, namely the inlet and outlet channels, so that static storage can be avoided. It is further possible, thermal stress by means of variable sheet thicknesses or Reduce relief breakthroughs.
Eine Übertragung der auftretenden Druckkräfte kann mittels ge wellter oder gelochter Beabstandungselemente bzw. Spacer, so wie einer zweckmäßigen Anordnung von End- bzw. Zugplatten er reicht werden.A transmission of the pressure forces occurring can be by means of ge corrugated or perforated spacers, so as an appropriate arrangement of end or tension plates he be enough.
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