Plattenwärmetauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Plattenwärmetauschern bilden eine Anzahl von profilgeprägten dünnen Platten mit Durchlassöffnungen aneinander gereiht ein Paket von Fließspalten, die wechselseitig von den wärmetauschenden Medien durchflössen werden. Zwischen die Platten eingelegte Umfangsdichtungen gewährleisten, dass die gewünschte Durchströmung des Pakets erreicht wird, und dass dieses nach außen dicht ist. Dabei sollen Plattenwärmetauscher bei kompakter Bauweise eine große Wärmetauschfläche bei möglichst gerin- gern Druckverlusten zur Verfügung stellen.

Häufig ist es erforderlich, dass zumindest eines der Wärmetauschmedien, z.B. Kühlwasser, gereinigt werden muss, bevor es in die engen Fliesspalten zwischen den Wärmetauscherplatten eintritt. Dazu ist es be- kannt, den Plattenwärmetauschern separate Filter vorzuschalten, was die kompakte Bauweise der Plattenwärmetauscher konterkariert, da die separaten Filter einen erhöhten Platzbedarf benötigen, was insbesondere unter beengten Raumverhältnissen kritisch ist und auch zu erhöhten Kosten führt.

Als separate Filter kommen z.B. Automatikfilter F 450 der Firma Schü- nemann GmbH, Bremen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um selbstreinigende und im Wesentlichen wartungsfreie Filter. Diese besitzen ein zylindrisches Gehäuse mit einem darin koaxial angeordneten Filterkorb. Die zu reinigende Flüssigkeit wird über einen Einlassstutzen dem Innenraum des FiI- terkorbs zugeführt. Das zu reinigende Medium durchströmt den Filterkorb von innen nach außen und wird in gereinigter Form über einen radialen Aus-

lassstutzen aus dem Filtergehäuse abgeführt. Der Filterkorb setzt sich im Betrieb von hinten nach vorn immer mehr zu, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Siebkorb nach und nach geringer wird. Das hat nach Bernoulli zur Folge, dass der Druck im Siebkorb ansteigt. Nach dem Erreichen eines gewissen Differenzdruckes zwischen dem Siebkorbinnen- raum und dem den Siebkorb umgebenen Raum löst ein Differenzdruckschalter eine Selbstreinigung des Filters aus. Diese verläuft in zwei Phasen. Zunächst wird ein Spülventil geöffnet, welches in einer Spülleitung angeordnet ist, die von einer Spülkammer abgeht. Diese ist an dem dem Eingang des Filters abgewandten Ende angeordnet und mit dem Innenraum des Siebkorbes hydraulisch verbunden. Durch öffnen des Spülventils erfolgt eine öffnung gegenüber dem Atmosphärendruck, wodurch ein Spülstrom durch den Innenraum des Filterkorbes ausgelöst wird. Aufgrund dieses Spülstroms lösen sich grobe Partikel von der Innenfläche des Siebkorbs ab und verlassen den Filter über die Abflussleitung.

In Phase 2 der Selbstreinigung des Filters werden auch die in der perforierten Filterfläche des Filters festsitzenden Ablagerungen ausgespült. In dieser Phase der Selbstreinigung wird ebenfalls das Bemoulli-Prinzip ausge- nutzt. Dazu wird aus dem Spülkasten eine Spülscheibe in den Filterkorb eingeführt, die auf einer Kolbenstange sitzt, welche pneumatisch angetrieben wird. Zwischen der Peripherie dieser Spülscheibe und der Innenseite des Filterkorbs besteht nur ein geringer Spalt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des zu filternden Mediums in diesem Bereich stark erhöht wird. Dar- aus resultiert ein Druckabfall im Innenraum des Filterkorbs an dieser Stelle und damit eine Strömungsumkehr von der Außenseite des Filterkorbs in dessen Innenraum. Dadurch werden die Ablagerungen aus den Perforationen des Filterkorbs entfernt und über die Spülleitung abgeführt. Nach dem der Siebkorb abgereinigt ist, wird das Spülventil geschlossen und die Spülschei- be nimmt durch Zurückfahren der Kolbenstange wieder eine Position im Spülkasten ein.

Die oben kurz beschriebenen automatischen Rückspülfilter der Firma Georg Schünemann GmbH haben neben dem Selbstreinigungseffekt u.a. folgende Vorteile: Fortsetzung der Filtration während der Selbstreinigung, geringer Druckabfall, Filterfeinheiten von ca. 0,1 bis 10 mm, geringe Spülmengen und Medienverluste, Einbaulage beliebig variierbar.

Neben Plattenwärmetauschern mit separaten Filtern sind aber auch schon Plattenwärmetauscher mit integrierten Filtern bekannt. Derartige gat- tungsgemäße Plattenwärmetauscher sind beispielsweise in GB-A 1 207 919 und WO 02/052 215 A1 offenbart.

Bei dem in der GB-A 1 207 919 beschriebenen Plattenwärmetauscher ist ein zylindrischer Hohlfilter in einen Einlasskanal des Wärmetauschers ein- geschoben, der mittels Abstandshaltern zentriert, d.h. konzentrisch im Einlasskanal angeordnet ist. Der dadurch zwischen der Außenseite des Filters und der lichten Weite des Einlasskanals gebildete Ringspalt ist dabei in seiner radialen Weite so gewählt, dass diese nicht größer als die Maschen- oder Lochweite des Filters ist. Damit sollen bei einwandfreier Ausfilterung der Feststoffe Strömungstoträume im Einlasskanal vermieden werden. In einer Ausführungsform der in GB-A 1 207 919 offenbarten Erfindung ist der Einlasskanal, in dem der Filter angeordnet ist, durch einen Rohrstutzen über das Ende des Plattenstapels hinaus verlängert. Der Filter ragt in diesen Rohrstutzen, der durch einen Blindflansch verschlossen ist, hinein. Nach dem Lösen des Blindflansches kann der Filter aus dem Einlasskanal zur Reinigung herausgezogen werden. In den Rohrstutzen ist eine Spülleitung eingebunden, die in eine der Abflussleitungen des Plattenwärmetauschers mündet. über die Spülleitung strömt ständig ein kleiner Bypassstrom des Wärme- tauschfluids, dessen Größe durch ein in die Spülleitung eingebundenes Ven- til einstellbar sein kann. Der Bypassstrom soll bewirken, dass sich im Filter abgesetzte Feststoffe lösen und in dem Bereich des Filters sammeln, der in

den Rohrstutzen hineinragt. Abgesehen davon, dass die sich im Rohrstutzen sammelnden Ablagerungen den Beipassstrom langsam zum Versiegen bringen, reicht dieser ohnehin nur aus, um sehr grobe Partikel vom Filter abzulösen. Insbesondere bei größerer Filterfeinheit setzt sich der Filter bei dieser Lösung schnell zu, so dass der Filter in Abhängigkeit von dem Verschmutzungsgrad des einströmenden Wärmetauschmediums von Zeit zu Zeit gereinigt werden muss. Dazu ist der Filter aus dem Plattenwärmetauscher auszubauen. Abgesehen von den Aufwendungen für das öffnen des Plattenwärmetauschers und das Reinigen des Filters wird dadurch der Prozess unter- brachen.

Der in der WO 02/052 215 A1 offenbarte Plattenwärmetauscher mit integriertem Filter weist die gleichen Nachteile auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Plattenwärmetauscher gattungsgemäßer Art zur Verfügung zu stellen, der auch bei großer Filterfeinheit eine Reinigung des Filters ohne Unterbrechung des Wärmetauschprozesses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Plattenwärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Der Filtereinsatz eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers ist also selbstreinigend, in dem eine Reinigungsvorrichtung in bestimmten Zei- tintervallen den Innenraum des Hohlfilters zumindest teilweise abfährt und die Ablagerungen am und aus dem Hohlfilter entfernt. Zur Auslösung des Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters sind in vorteilhafter Ausgestaltung Mittel zur Differenzdrucküberwachung bzw. zur Zeitintervallsteuerung vorgesehen. Zur Differenzdrucküberwachung sind am Eingang des Hohlfilters und zwar auf dessen Innenseite und Außenseite Drucksensoren angeordnet, die bei einem entsprechenden Differenzdruck den Selbstreinigungsmodus ein-

leiten. Anstelle oder zusätzlich zur Differenzdrucküberwachung kann auch eine Zeitintervallsteuerung vorgesehen sein. Werden beide Steuerungsarten verwendet, so ist es zweckmäßig, wenn die Differenzdrucküberwachung Vorrang vor der Zeitintervallschaltung hat.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Reinigungsvorrichtung aus einem Spülkopf, der auf einer axial im Hohlfilter verschiebbaren Kolbenstange sitzt, sowie aus einer Spülarmatur, deren öffnen eine Spülströmung im Hohlfilter erzeugt.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spülkopf als Scheibe ausgebildet, die nach dem Bernoulli-Prinzip eine Geschwindigkeitserhöhung des den Hohlfilter durchströmenden Wärmetauschmediums zwischen ihrer Peripherie und der Innenseite des Hohlfilters und damit einen örtlichen Druckabfall im Hohlfilter hervorruft. Diese Arbeitsweise entspricht der des eingangs kurz beschriebenen selbstreinigenden Automatikfilters F 450 der Firma Georg Schünemann GmbH.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Spülkopf als Sprühkopf ausgeführt sein, über den Sprühstrahlen auf die Innenseite des Hohlfilters gerichtet werden können. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Spülkopf neben seiner axialen Beweglichkeit auch eine Drehbeweglichkeit um die Kolbenstange aufweist. Der Sprühkopf kann auch so ausgelegt sein, dass mit ihm zusätzlich auch das oben beschriebene Bernoulli-Prinzip ver- wirklicht werden kann.

Der Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters gestattet es, diesen mit einer großen Filterfeinheit von z.B. 0,1 mm auszustatten, so dass auch relativ feine Partikel aus dem Wärmetauschmedium ausgefiltert werden können, was die Standzeit des Plattenwärmetauschers erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt in rein schematischer Weise:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den unteren Bereich eines Plattenwärmetauschers mit einem selbstreinigenden Filtereinsatz nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den unteren Bereich eines Platten- Wärmetauschers mit einem selbstreinigenden Filtereinsatz nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Der in der Zeichnung gezeigte Plattenwärmetauscher 1 besitzt Wärmetauscherplatten 2, die in ein nicht dargestelltes Gestell eingehängt sind und mittels ebenfalls nicht dargestellter Spannschrauben zwischen zwei Spannplatten 3 und 4 verspannt werden, so dass die Wärmetauscherplatten 2 in einem Paket dicht aneinander liegen.

Jede Wärmetauscherplatte 2 weist vier aus der Darstellung nicht er- sichtliche Ein- bzw. Austrittsöffnung auf und ist in dem Bereich zwischen diesen öffnungen profiliert. Mit dieser Profilierung stützen sich die Wärmetauscherplatten 2 aneinander ab. Des Weiteren sorgt diese Profilierung für eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche und für die Erzeugung von dem Wärmeübergang förderlichen Turbulenzen der Strömung zwischen den Wärmetauscherplatten 2 sowie für eine bessere Verteilung der wärmetauschenden Medien über die Fläche der Wärmetauscherplatten 2. Zwischen den Wärmetauscherplatten 2 eingelegte Umfangsdichtungen sorgen zum einen dafür, dass die wärmetauschenden Medien nicht nach außen dringen können, insbesondere aber auch dafür, dass die Medien separiert voneinan- der jeweils jedes zweite Wärmetauscherplattenpaar durchströmen. Der Zu- bzw. Abfluss der wärmetauschenden Medien erfolgt über Rohrstutzen 5, von

denen aus der Zeichnung aufgrund der Darstellung nur ein Rohrstutzen 5 ersichtlich ist. Die Rohrstutzen 5 fluchten mit den Aus- und Eintrittsöffnungen der Wärmetauscherplatten 2, die bei zu einem Paket zusammengepressten Wärmetauscherplatten 2 Ein- und Auslasskanäle 6 für die Wärmetauschme- dien bilden.

Die oben stehend, kurz erläuterte Konstruktion eines Plattenwärmetauschers 1 ist allgemein bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterungen.

Neu an dem in Fig. 1 dargestellten Plattenwärmetauscher 1 ist ein in den Einlasskanal 6 eines der Wärmetauschmedien eingelassener Hohlfilter 7, der in Abpassung an die kreisrunden Ein- bzw. Austrittsöffnungen der Wärmetauscherplatten 2 einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und sich über die gesamte Länge des Pakets aus Wärmetauscherplatten 2 erstreckt. Das einlaufseitige Ende des Hohlfilters 7 ist in den Einlaufstutzen 5 und das auslaufseitige Ende in einen Spülkasten 8 eingebunden, und zwar derart, dass ein in Richtung des Pfeils 9 in den Plattenwärmetauscher 1 einströmende Wärmetauschmedium nicht unter Umgehung des Hohlfilters 7 in die zwischen den Wärmetauscherplatten 2 gebildeten Fließspalte 10 eintreten kann. Die Wärmetauscherplatten 2 sind durch die eingelegten Dichtungen so „geschaltet", dass das durch den Hohlfilter 7 gefilterte Wärmetauschmedium nur in jeden zweiten, zwischen den Wärmetauscherplatten 2 gebildeten Fließspalt 10 eintreten kann, wie durch die Pfeile 11 angedeutet ist. In die dazwischen liegenden Fließspalte 10 der Wärmetauscherplatten 2 tritt von oben im Gegenstrom ein anderes Wärmetauschmedium ein, welches nach dem Durchströmen der Fließspalte 10 in einen aus der Darstellung nicht ersichtlichen Auslasskanal einströmt und durch diesen den Plattenwärmetauscher 1 verlässt.

Am Eingang des Hohlfüters 7 sind in dessem Innenraum und im Außenraum zwei Drucksensoren 12 angeordnet, über die der Differenzdruck zwischen diesen beiden Messpunkten ermittelt wird. Nach Erreichen eines vorgegebenen Differenzdruckes wird über eine Steuerung ein Selbstreini- gungsmodus des Hohlfilters 7 eingeleitet. Dazu ist eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen. Diese besteht aus einer Spülscheibe 13, die am Ende einer Kolbenstange 14 angeordnet ist, welche über einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 15 axial in den Hohlfilter 7 ein- und ausfahrbar ist, wie durch einen Pfeil 16 angedeutet. Weiterhin gehört zur Reinigungsvorrichtung eine Spülleitung 17, die an den Spülkasten 8 angeflanscht ist, und ein Spülventil 18 aufweist.

Bei Auslösung des Selbstreinigungsmodus wird zunächst das Spülventil 18 geöffnet, wodurch eine geringe Spülströmung durch den Hohlfilter 7 ein- setzt. In dieser Phase des Selbstreinigungsmodus ist die Kolbenstange 14 vollständig eingefahren, so dass sich die Spülscheibe 13 im Spülkasten 8 befindet. Aufgrund der Spülströmung werden grobe Partikel, die sich auf der Filteroberfläche abgesetzt haben, von dieser abgehoben und in den Spülkasten 8 überführt, den sie über die Spülleitung 17 verlassen. Feine Partikel, die sich in der Perforation des Hohlfilters 7 festgesetzt haben, können durch diesen Spülvorgang nicht entfernt werden. Daher wird eine zweite Phase des Selbstreinigungsmodus eingeleitet. Dazu wird die Kolbenstange 14 und damit auch die Spülscheibe 13 in den Hohlfilter 7 eingefahren, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Zwischen der Peripherie der Spülscheibe 13 und der Innen- seite des Hohlfilters 7 besteht ein kleiner Ringspalt, in dem durch die Verringerung des Strömungsquerschnittes eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit herrscht. Diese bewirkt einen starken Abfall des statischen Drucks im Innenraum des Hohlfilters 7 der geringer ist als der statische Druck in den Fließspalten 10 zwischen den Wärmeübertragungsplatten 2. Das führt im Bereich der Spülscheibe 13 zu einer Strömungsumkehr, so dass die in der Perforation des Hohlfilters 7 festsitzenden Partikel gelöst und in den Innenraum des

Hohlfilters 7 gesaugt werden, den sie dann über die Spülleitung 17 verlassen. Der Kolben 14 und damit die Spülscheibe 13 kann gegebenenfalls mehrfach im Hohlfilter 7 hin und her bewegt werden, bis der gewünschte Reinigungseffekt erreicht ist. Während des Selbstreinigungsmodus des Hohl- filters 7 wird der Wärmeaustauschprozess im Plattenwärmetauscher 1 nicht unterbrochen.

Bei Beendigung des Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters 7 fährt die Kolbenstange 14 die Spülscheibe 13 in den Spülkasten 8 zurück und das Spülventil 18 wird geschlossen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1 dadurch, dass bei der Reinigungsvorrichtung anstelle der Spülscheibe 13 ein Sprühkopf 19 Anwendung findet. Dieser besitzt Sprühdüsen, über die Reinigungsstrahlen 20 auf die Filteroberfläche gerichtet werden können, die Verunreinigungen von und aus der Filteroberfläche entfernen. Neben der axialen Beweglichkeit des Sprühkopfes 19 kann dieser auch drehbar an der Kolbenstange 14 befestigt sein, wie durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Der Sprühkopf 19 kann ebenfalls mit einem geringen Abstand seiner Peripherie zur Innenseite des Hohlfilters 7 ausgeführt werden, so dass zusätzlich zu der Wirkung der Spülstrahlen 20 der zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erläuterte Bernoulli-Effekt ausgenutzt werden kann. Ansonsten verläuft der Selbstreinigungsmodus des Hohlfilters 7 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 in den zwei Phasen gemäß dem Ausführungsbeispiel zu Fig. 1.