EP1176381B1

EP1176381B1 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: EP1176381B1
Application number: EP01250256A
Authority: EP
Inventors: Reinhard Lehmann; Uwe Hachmeister
Original assignee: GEA Ecoflex GmbH
Current assignee: Kelvion PHE GmbH
Priority date: 2000-07-22
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: US20020074112A1; DK2045557T3; KR20080036969A; DE10035776C1; EP2045557A1; ATE423953T1; US6513584B2; ES2321909T3; EP1176381A3; ES2352532T3; EP2045557B1; KR20020009421A; CN1249397C; KR100850622B1; CN1334434A; ATE487914T1; EP1176381A2; DE50114721D1; KR100868853B1; DE50115706D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus hintereinander angeordneten, zu einem Paket verbundenen Platten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Plattenwärmetauscher is z.B. in der EP 0 123 379-B1 beschrieben.
Bevor die Platten eines Plattenwärmetauschers in einem Gestell aufgehängt und zu einem Paket zusammengepreßt werden, werden die Dichtungen in den Nuten festgelegt, was das Handling der Platten während der Montage erleichtert. Eine bekannte Art und Weise der Befestigung der Dichtungen besteht darin, daß diese in die Nut eingeklebt werden, wobei der Klebstoff für die Dichtwirkung selbst keine Rolle spielt, sondern der lagegerechten Fixierung auf den Platten dient. Diese Klebetechnik hat einige Nachteile. So müssen die Nuten vor dem Auftragen des Klebstoffs z. B. von Öl- und Fettrückständen gereinigt werden, um die Klebewirkung nicht zu beeinträchtigen. Anschließend muß dann der Klebstoff selbst aufgetragen werden. Das alles ist recht zeitintensiv. Probleme treten auch bei der Instandhaltung von Plattenwärmetauschern auf, wenn eine Dichtung ausgewechselt werden muß. Dazu muß die alte Dichtung entfernt und dann die Nut vom Klebstoff gesäubert werden. Auch eine Inspektion des Nutengrundes und der Dichtung, z. B. nach Reinigungsarbeiten am demontierten Wärmetauscher, ist nur möglich, wenn zuvor die Klebeverbindung zerstört wird.
Aufgrund dieser Nachteile und der Tatsache, daß in einigen technischen Gebieten, wie z. B. der Medizin- und Lebensmittelbranche Klebstoffe möglichst zu vermeiden sind, sind Plattenwärmetauscher entwickelt worden, bei denen die Dichtungen mechanisch, also ohne Klebstoff an den Platten befestigt werden. Eine in der einschlägigen Technik bekannte Möglichkeit zur kleberlosen Dichtungsbefestigung besteht darin, daß einstückig mit den Dichtungen ausgebildete, elastische Nippel oder Vorsprünge in Preßsitz mit zugeordneten Löchern oder Öffnungen in den Platten gebracht werden.
Nach GB 2 071 303 A , GB 2 075 656 A und EP 0 134 155 A1 sollen die Nippel gegenüber den Löchern ein derartiges Übermaß haben, daß sie sich leicht in die Löcher eindrücken und wieder herausziehen lassen. Dabei soll gewährleistet sein, daß die Dichtung sicher an Ort und Stelle fixiert wird. Diese Lösung bringt Probleme mit sich, da die Nippel sowie die Dichtung als Formgußteile Toleranzschwankungen unterliegen. Bei zu großem radialen Übermaß der Nippel können diese nur sehr schwer oder gar nicht in die Löcher hineingedrückt werden. Wenn das dennoch gelingt, reißen die Nippel beim Entfernen der Dichtung, z. B. bei Inspektions- oder Reinigungsarbeiten, ab, so daß die Dichtung durch eine neue Dichtung ersetzt werden muß.
Das Problem der Toleranzen in den radialen Nippelabmessungen wird durch einen in der EP 0 039 229 A2 vorgeschlagenen Plattenwärmetauscher gelöst. Hier sind die Nippel an seitlich von der Dichtung angeordneten, einstückig mit dieser ausgebildeten Stegen vorgesehen, von denen die Nippel nach unten abragen. Durch die Stege hindurch führt ein Sackloch in die Nippel. Zur Befestigung der Dichtung werden die Nippel über ihnen zugeordnete Löcher an den Platten positioniert. Dann wird ein Stift oder ähnliches Werkzeug in das Sackloch eingeführt und die Nippel werden dann durch Druck auf den Stift gestreckt, so daß sie wesentlich dünner werden und problemlos in die Löcher eingesteckt werden können. Nach dem Entfernen des Stiftes ziehen sich die Nippel wieder auf ihr ursprüngliches Maß zusammen, wodurch sich die durch Löcher gesteckten Enden der Nippel zu einem das Loch von unten überdeckenden Kopf erweitern. Die Dichtungen sind somit sicher an den Platten befestigt. Nachteilig an dieser Technik ist, daß zum Eindrücken der Nippel Werkzeug erforderlich ist. Des weiteren treten bei Inspektionen oder Wartungsarbeiten, die ein Abnehmen der Dichtung erfordern, die oben beschriebenen Folgen ein.
Aus der EP 0 123 379 B1 ist schließlich ein Plattenwärmetauscher bekannt, bei dem die Dichtung mittels von einstückig mit ihr ausgebildeten elastischen Vorsprüngen, die in zugeordnete Öffnungen im Nutengrund eingreifen, an der Platte befestigt ist. Die Öffnungen sind so ausgebildet, daß sie einen Einsteck- und Herausziehbereich aufweisen, in den die Vorsprünge ohne Zwängung mit dem Rand der Öffnungen frei in diese hinein- und herausbewegbar sind. Aus diesem Bereich sind die Vorsprünge in einen Sperrbereich der Öffnungen überführbar, in dem der Bewegung der Vorsprünge in die Öffnungen hinein bzw. wieder aus diesen heraus starker Widerstand durch Pressung zwischen den Vorsprüngen und den Rändern der Öffnungen entgegengesetzt wird, wobei die Überführbarkeit der Vorsprünge aus der Einsteck- und Herausziehstellung in die Sperrstellung und umgekehrt aufgrund der Elastizität (Nachgiebigkeit) der Dichtung möglich ist. Allerdings gestaltet sich die Montage und vor allem die Demontage der Dichtungen bei derartigen Plattenwärmetauschern aufgrund der erforderlichen axialen und seitlichen Bewegungen der Nippel schwierig. Wenn auch die Elastizität der Dichtungen beim Einbau ausreichend ist, so lässt diese während des Einsatzes der Plattenwärmetauscher nach, so dass eine Demontage der Dichtungen meist nur durch Abschneiden mindestens einiger der Nippel möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Plattenwärmetauscher gattungsgemäßer Art eine einfache Lösung für die mechanische Befestigung der Dichtungen an den Platten zur Verfügung zu stellen, die dennoch einen sicheren Halt und ein problemloses Entfernen der Dichtungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Anspruch 1 werden die Nippel bei ihrem Einstecken in die Löcher nicht auf ihrem gesamten Umfang gepreßt, sondern nur örtlich an den Stellen, an denen sie den Rand der Löcher überragen. Da ihr Querschnitt kleiner als die Durchtrittsfläche der Löcher ist, ist an den anderen Stellen noch Spiel zwischen dem Umfang der Nippel und dem Rand der Löcher. Aufgrund der Elastizität der Nippel kann deren gepreßtes Material in diese freien Räume ausweichen, was zu einer Verringerung der Pressung führt und damit das Einpressen der Nippel in die Löcher erleichtert. Durch diesen Verdrängungsmechanismus werden Übertoleranzen in den radialen Abmessungen der Nippel sehr gut kompensiert, mit anderen Worten, es kann mit größeren radialen Übermaßen gearbeitet werden, als noch dem Stand der Technik möglich ist.
Dabei können in Ausgestaltung der Erfindung entweder die Löcher einen polygonalen Durchtrittsquerschnitt und die Nippel einen kreisrunden Querschnitt oder umgekehrt die Nippel einen polygonalen und die Löcher einen kreisrunden Querschnitt besitzen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rand der Löcher als ein in Einsteckrichtung der Nippel weisender Durchzug ausgebildet. Diese Gestaltung der Löcher hat verschiedene Vorteile. So wird gegenüber dem Stand der Technik die Kontaktfläche zwischen Nippel und Loch erhöht. Das schafft mehr Gestaltungsspielraum bei der Optimierung der erfindungswesentlichen Merkmale in ihrem Wechselverhältnis. Des weiteren wird dadurch das Eintauchen der Nippel in die Löcher erleichtert, da die Enden der Nippel beim Einstecken in die Löcher gegen einen umlaufenden Radius am Lochrand laufen, der sich beim Herstellen des Durchzuges automatisch ergibt. Dieser Radius gestattet es auch, am Übergang vom Nippel zur Dichtung einen Radius vorzusehen. Das hat zum einen fertigungstechnische Vorteile beim Herstellen der Dichtung und zum anderen vermindert es die Gefahr, daß die Nippel bei Plattenbewegungen an dieser Stelle abgeschert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist es zur Erleichterung des Einsteckens der Nippel in die Löcher von Vorteil, wenn die Enden der Nippel konisch gestaltet sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer dazugehörigen Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine schematische Draufsicht auf eine Platte eines Platten- wärmetauschers,
Fig. 2: einen ausschnittsweisen perspektivischen Blick auf den Randbereich einer Platte mit eingelegter Dichtung,
Fig. 3: eine Schnitt A-A gemäß Fig. 2 im vergrößerten Maßstab mit zusätzlicher Darstellung einer aufgelegten, zweiten Platte mit eingelegter Dichtung,
Fig. 4: einen Schnitt B-B gemäß Fig. 2 im vergrößerten Maßstab, ebenfalls mit zusätzlicher Darstel- lung einer aufgelegten zweiten Platte mit ein- gelegter Dichtung,
Fig. 5: einen Schnitt C-C gemäß Fig. 2 im vergrößerten Maßstab, ebenfalls mit zusätzlicher Darstel- lung einer aufgelegten zweiten Platte mit ein- gelegter Dichtung,
Fig. 6: einen Schnitt D-D gemäß Fig. 5 im vergrößerten Maßstab, und
Fig. 7: einen Schnitt E-E gemäß Fig. 5 im vergrößerten Maßstab.

Fig. 1 zeigt eine Platte 1 eines Plattenwärmetauschers mit einer Wärmeaustauschfläche 2 die von einer in eine periphere Nut 3 eingelegten Dichtung 4 aus synthetischem Gummi oder einem anderen elastischen Dichtungsmaterial eingerahmt ist. An den Ecken der Platte 1 sind Ein- und Austrittsöffnungen 5-8 für die Wärmeaustauschmedien vorgesehen. Während in der gezeigten Platte 1 die Ein- und Austrittsöffnungen 5, 6 von der Dichtung 4 eingeschlossen sind, umgibt die Dichtung in den vor und hinter der Platte 1 angeordneten, in Fig. 1 nicht dargestellten Platten die Ein- und Austrittsöffnungen 7 und 8. Auf diese Weise werden zwischen den zu einem Paket gebündelten Platten abwechselnd Strömungskanäle für ein wärmeabgebendes und ein wärmeaufnehmendes Medien gebildet. Insofern entspricht der Plattenwärmetauscher dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau, so daß hierzu keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind.
Die Dichtung 4 ist ohne Verwendung irgendeines Klebstoffes in der Nut 3 fixiert. Dazu sind auf der der Wärmetauscherfläche 2 abgewandten Seite einstückig mit der Nut ausgebildete Halteteile 9 vorgesehen, die in geeigneten Abständen voneinander auf dem Umfang der Dichtung 4 angeordnet sind und seitlich von dieser abragen.
Ein solches Halteteil 9 ist in Fig. 2 perspektivisch dargestellt, die einen Randausschnitt der Platte 1 zeigt. An dieser Stelle soll erwähnt werden, daß in der Darstellung gemäß Fig. 2 eine zweite Platte 1', die in den Schnittdarstellungen gemäß den Fig. 3-5 ersichtlich ist, aus Gründen der Übersicht weggelassen worden ist.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Nut 3 aus einer vom Niveau der Wärmeaustauschfläche 2 abfallenden inneren Seitenwand 10, einem Nutenboden 11 und einer wieder auf das Niveau der Wärmeaustauschfläche 2 ansteigenden äußeren Seitenwand 12 gebildet ist, wobei sich an letztere ein Plattenrand 13 anschließt. Dieser Plattenrand 13 ist nicht eben, sondern durch sich abwechselnd nach oben und unten sowie nach außen öffnende im Querschnitt trapezförmige Kanäle 14 und 15 gebildet. Dabei liegen die Böden 16 der Kanäle 14 auf dem Niveau des Nutenbodens 11 und die Böden 17 der Kanäle 15 auf dem Niveau der Wärmeaustauschfläche 2. Diese "Wellung" des Plattenrandes 13 ist dadurch gebildet, daß die Kanäle 14 aus der Blechplatine der Platte 1 als zur Nut 3 hin geschlossene Tröge nach unten gedrückt sind. Dadurch bleiben zwischen den Stirnwänden 18 der Kanäle 14 und der äußeren Seitenwand 12 der Nut 3 Brücken 19 stehen. Die unterhalb dieser Brücken 19 gebildeten Hohlräume 20 verbinden die Kanäle 15, die bis zur äußeren Seitenwand 12 der Nut 3 durchlaufen, auf der Unterseite der Platte 1.
Jedes Halteteil 9 greift jeweils in zwei benachbarte Kanäle 14 und einen dazwischen liegenden Kanal 15 ein. Es ist über einen sich über seine gesamte Breite erstreckenden Steg 21 mit der Dichtung 4 verbunden, der in den oberen Rand der Dichtung 4 einbindet. Die Form dieses Steges 21 ist aus Fig. 2 nicht ersichtlich, erschließt sich aber aus einer Zusammenschau der Querschnittsdarstellungen gemäß den Fig. 3 und 4. Daraus ergibt sich, daß der Steg 21 im Bereich des Bodens 17 des Kanals 15 dünner ist, als im Bereich der Brücken zwischen den beiden Kanälen 14 und der äußeren Seitenwand 12 der Nut 3, d. h., der Steg 21 ist in diesen Bereichen verstärkt. Um diese verstärkten Bereiche des Steges 21 aufzunehmen, sind die Brücken der Kanäle 14, in die das Halteteil 9 eingreift, im Vergleich zu den übrigen Brücken 19 um den Betrag der Verstärkung nach unten eingedrückt, so daß die dadurch gebildeten Brücken 19.1 eine geringere Höhe haben als die Brücken 19. Diese Ausbildung ergibt sich wiederum aus einer Zusammenschau der Fig. 3 und 4.
An den Steg 21 schließen sich zwei Fortsätze 22 an, die an ihrem der Dichtung 4 zugewandten Ende durch ein Querglied 23 miteinander verbunden sind, an das sich, bezogen auf den Plattenrand 13, nach außen ein dünneres, die Fortsätze 22 ebenfalls verbindendes Zwischenteil 24 anschließt, dessen Unterseite eine Verlängerung des Steges 19 bildet.
Im eingebauten Zustand liegen die Fortsätze 22 in den zugeordneten Kanälen 14, während das Zwischenstück 24 auf dem Boden 17 des dazwischen angeordneten Kanals 15 ruht. Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Querschnitt der Fortsätze 22 so gewählt, daß sie den durch die Kanäle 14 der Platte 1 und die Kanäle 15 der dahinter angeordneten bzw., auf die Zeichnung bezogen, darüberliegende Platte 1' gebildeten, sechseckigen Querschnitt vollständig ausfüllen, mit anderen Worten, sie liegen formschlüssig in den zugeordneten, einander zugewandten Kanälen 14 und 15. Da die Kanäle 14, 15 nach außen, also zur Umgebung offen sind, können sich die Halteteile 9 in diese Richtung ausdehnen, wodurch thermische und mechanische Spannungen abgebaut, und damit Deformationen des Plattenrandes 13 vermieden werden.
Aus Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 3 geht hervor, daß der Boden 16 des Kanals 14 der Platte 1', der über dem Zwischenteil 24 liegt, im hinteren Bereich um die Stärke des Zwischenteils 24 angehoben ist, d. h., er schmiegt sich gewissermaßen von oben an das Zwischenteil 24 an. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß das Querglied 23 im montierten Zustand den unter der Brücke 19 gebildeten Hohlraum 20 im wesentlichen ausfüllt.
Die beschriebene formschlüssige Ausbildung der Halteteile 9 mit den sie abdeckenden Platten 1, 1' stabilisiert die Ausrichtung der Platten 1, 1' im Plattenpaket und verhindert bzw. vermindert im Zusammenwirken mit üblichen an den Platten ausgebildeten metallischen Führungselementen Bewegungen der Platten 1, 1' in der Plattenebene im Betrieb aufgrund des Innendruckes der Wärmeaustauschmedien.
Da die Halteteile 9 und damit auch die Dichtung 4 in der bisher beschriebenen Ausführung nur lose auf der Platte 1 aufliegen, müssen Vorkehrungen zur Befestigung getroffen werden, damit die Dichtung 4 während der Montage beim davorliegenden Handling sicher in der Nut drei fixiert ist. Hierzu ist ein einstückig mit dem Halteteil 9 ausgebildeter Nippel 25 vorgesehen, der von dem Zwischenteil 24 nach unten abragt und bei montierter Dichtung 4 ein kreisrundes Loch 26 in der Platte 1 durchragt. Der Rand dieses Loches 26 ist als ein in Einsteckrichtung des Nippels 25 weisender Durchzug 27 ausgebildet. Der aufgrund des Durchzuges 27 gebildete Radius am Lochrand erleichtert das Einstecken des Nippels 25 in das Loch 26. Gleichzeitig kann der Übergang des Nippels 25 an das Zwischenteil 24 ebenfalls mit diesem Radius ausgeführt werden. Diese Ausbildung vermindert zum einen die auf den Nippel 25 aus dem Rand des Loches 26 wirkenden Scherkräfte und erleichtert zum anderen die Herstellung, da Radien sich in einer Gußform besser realisieren lassen. Zur weiteren Erleichterung des Einsteckens in das Loch 26 ist die Spitze des Nippels 25 kegelstumpfartig ausgebildet.
Der Nippel 25 hat abweichend vom Kreisquerschnitt des Loches 26 einen trigonalen Querschnitt, wobei die Kanten 29 abgerundet sind. Diese Ausbildung geht am besten aus Fig. 6 hervor. In dieser Darstellung ist ein den Nippelquerschnitt umhüllender Kreis 28 eingezeichnet. Der Durchmesser D1 dieses Kreises 28 ist größer als der Innendurchmesser D2 des Loches 26. Gleichzeitig ist aber die Querschnittsfläche des Nippels 25 kleiner als der Durchtrittsquerschnitt des Loches 26.
Wird der Nippel 25 bei der Montage der Dichtung 4 in das Loch 26 eingedrückt, so zentriert er sich aufgrund seiner konischen Spitze und des Radius am Lochrand selbst. Gleichzeitig wird sein Eindringen in das Loch 26 erleichtert. Beim weiteren Eindrücken des Nippels 25 wird dessen Material an den über den Innendurchmesser des Loches 26 überstehenden Stellungen, das sind in diesem Falle die abgerundeten Kanten 29, zusammengedrückt. Es kann aber aufgrund seiner Elastizität in die freien Räume zwischen dem Querschnitt des Nippels 25 und der Lochinnenwandung ausweichen. In Fig. 7 sind diese freien Räume mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Da das Material des Nippels 25 somit radial und axial Fließfreiheit hat, wird das Eindrücken und Herausziehen des Nippels 25 in das bzw. aus dem Loch 26 erleichtert. Gleichzeitig ist für den erforderlichen Klemmsitz des Nippels 25 im Loch 26 gesorgt, der durch die mit dem Durchzug 27 geschaffene größere Innenwandfläche des Loches 26 noch verbessert wird.

Claims

Plattenwärmetauscher bestehend aus hinitereinander angeordneten, zu einem Paket verbundenen Platted (1), welche mittels einer jeweils zwischen zwei angrenzenden Platten in eine periphere Nut (3) eingelegten elastischen Dichtung (4) abwechselnd für ein wärmeabgebendes und ein wärmeaufnehmendes Medium geschlossene Kanäle bilden, die über miteinander fluchtenden Ein- und Austrittsöffnungen (5-8) der Platten (1) mit dem jeweiligen Medium beschickbar sind, wobei die Dichtungen (4) jeweils an einer der Platten, die sie gegeneinander abdichten, mechanisch dadurch befestigt sind, dass einstückig mit den Dichtungen (4) ausgebildete und in Abständen angeordnete elastische Nippel (25) in zugeordnete Löcher (26) der Platten eingepresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nippel (25) einen Querschnitt aufweisen, der kleiner als der Durchtrittsquerschnitt der Löcher (26) ist, diesen aber an mehreren Stellen am Umfang überragt, wobei die Nippel (25) in den Löchern (26) durch nur axiales Eindrücken festlegbar sind.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nippel (25) einen polygonalen und die Löcher (26) einen kreisrunden Querschnitt besitzen.
Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (26) einen polygonalen Durchtrittsquerschnitt und die Nippel (25) einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Löcher (26) als ein in Einsteckrichtung der Nippel (25) weisender Durchzug (27) ausgebildet ist.
Plattenwärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Nippel (25) konisch gestaltet ist.