Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager bestehend aus einem Plattenstapel und einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse, wobei die Platten in dem Plattenstapel derart miteinander verbunden sind, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind, wobei das eine Medium dem Plattenstapel über in Stapelrichtung verlaufende Durchströmkanäle zu- bzw. davon abführbar ist, während das andere Medium über einen Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenstapel am äußeren Umfang den ihm zugeordneten Plattenzwischenräumen zu- bzw. davon abführbar ist.

Derartige Plattenwärmeübertrager sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf solche Bauformen, bei denen die Platten an ihrem Rand und um einen Teil ihrer Durchströmöffnungen Dichtungen aufweisen und in Stapelrichtung dicht zusammengepresst werden. Diese Bauform hat den Vorteil, dass der Plattenstapel in einfacher Weise geöffnet, inspiziert und gereinigt werden kann.

Daneben bezieht sich die vorliegende Erfindung aber auch auf vollverschweißte Plattenwärmeübertrager gemäß den US 6, 158,238, US 2005/0039896,

WO 2008/046952 und WO 2010/149858, deren Inhalt zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Dabei besteht der Plattenstapel aus einer Vielzahl von Plattenpaaren, wobei jedes Plattenpaar durch zwei Platten gebildet wird, die zumindest entlang ihrem äußeren Umfang miteinander verschweißt sind. Jede Platte hat zumindest zwei Öffnungen für den Durchfluss des einen Mediums, wobei benachbarte Plattenpaare durch Verschweißung entlang dieser Öffnungen miteinander verbunden sind, so dass das genannte Medium durch diese Öffnungen von einem Plattenpaar zum nächsten gelangt. Demgegenüber durchströmt das andere Medium den Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenstapel und gelangt über den

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BESTÄTIGUNGSKOPIE äußeren Umfang des Plattenstapels in die Zwischenräume zwischen benachbarten Plattenpaaren.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf Mischformen zwischen den beiden vorgenannten Plattenwärmeübertrager-Bauarten, also auf teilgeschweißte Wärmeübertrager, bei denen miteinander verschweißte Plattenpaare über Dichtungen aneinander gepresst werden, also immer nur die Zwischenräume zwischen benachbarten Plattenpaaren geöffnet werden können.

Selbstverständlich können diese Plattenwärmeübertrager auch so konfiguriert werden, dass mehr als zwei Medien an der Wärmeübertragung teilnehmen oder dass wärmeübertragende Plattenzwischenräume nicht direkt aufeinanderfolgen, sondern ein inaktiver Plattenzwischenraum zwischengeschaltet ist, der beispielsweise als Sicherheitspolster fungiert.

Soweit eingangs davon gesprochen wird, dass benachbarte Plattenzwischenräume abwechselnd von einem ersten und zumindest einem weiteren Medium durchströmbar sind, bedeutet dies also nicht, dass es sich dabei stets um unmittelbar benachbarte Zwischenräume handeln muss; vielmehr kann im unmittelbar benachbarten Zwischenraum ein drittes Medium untergebracht sein, sei es stationär, sei es als durchströmendes Medium.

Hinsichtlich des Werkstoffes für die Plattenwärmeübertrager ist es üblich, rostfreie Stähle zu verwenden, die mit Chrom und Nickel legiert sind. Zur Korrosionsbeständigkeit z. B. gegenüber Säuren ist es außerdem bekannt, Molybdän als weitere Legierungskomponente zuzufügen oder Platten aus Titan, Nickel oder deren Legierungen zu verwenden. Allerdings haben diese Werkstoffe den Nachteil, dass sie sehr kostenintensiv sind. Es ist daher durch die

WO 2008/046952 bekannt geworden, die Platten und das Gehäuse des Wärmeübertragers aus Kohlenstoffstahl mit 0,05 % bis 2, 1 % Kohlenstoffgehalt herzustellen, woraus eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Korrosionsbeständigkeit resultieren soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmeübertrager der eingangs beschriebenen Bauformen dahingehend zu verbessern, dass einer- seits hervorragende Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist, andererseits die Herstellungskosten erheblich günstiger als bisher sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass folgende Werkstoffkombination gewählt wird: Die Platten des Plattenstapels bestehen in an sich bekannter Weise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, insbesondere Edelstahl, wogegen das Gehäuse aus einem nicht korrosionsbeständigen Werkstoff besteht, der an seiner von Medium beaufschlagten Innenseite eine Emaille- Beschichtung aufweist.

Durch diese Werkstoffkombination verringern sich die Materialkosten des Gehäuses erheblich, ohne dass seine Korrosionsbeständigkeit leidet. Man erreicht also hohe Korrosionsbeständigkeit bei geringeren Kosten.

Prinzipiell kann das Gehäuse des Wärmeübertragers aus nahezu beliebigem Material bestehen, solange es ausreichend stabil und fest ist und als Träger für die Emaille-Beschichtung geeignet ist. Besonders zweckmäßig ist es, das Gehäuse aus emailliertem Schwarzstahl herzustellen.

Für die Emaille-Beschichtung wird zweckmäßig eine mehrlagige Emaille- Beschichtung verwendet, bestehend aus Grund-Emaille, das sich durch gute Haftung auf dem metallischen Trägermaterial des Gehäuses und durch Glättung desselben auszeichnet und aus Deck-Emaille, das hohe chemische Beständigkeit aufweist, insbesondere säurefest ist.

Für die stoffliche Zusammensetzung der Emaille-Beschichtung, zumindest hinsichtlich ihrer Deckschicht, empfiehlt es sich, dass sie über 50 %, vorzugsweise über 60 % Si0 ₂ und/oder über 3,5 %, vorzugsweise über 4,5 % Ti0 ₂ und/oder über 12 %, vorzugsweise über 15 % Na ₂ 0 enthält.

Des Weiteren empfiehlt es sich, dass die Emaille-Beschichtung zumindest in ihrer Deckschicht B ₂ 0 ₃ und/oder Ka ₂ 0 und/oder Li ₂ 0 und/oder Mo0 ₃ und/oder MnO und/oder Zr0 ₂ und/oder F, bevorzugt jeweils im einstelligen Prozentbereich enthält. Zusätzlich empfiehlt sich die Zugabe von BaO und/oder CoO und/oder V ₂ 0 ₅ , bevorzugt jeweils im Promillebereich. Die Dicke der Emaille-Beschichtung beträgt etwa 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm.

Für die üblicherweise am Gehäuse angeschweißten Anschlussstutzen bieten sich dem Fachmann die bekannten Alternativen, insbesondere also die Verwendung von Edelstahl. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, diese Anschlussstutzen, insbesondere soweit sie für das den Zwischenraum zwischen Gehäuse und Plattenpaket durchströmende Medium vorgesehen sind, ebenfalls emailliertes Schwarzblech einzusetzen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der Zeichnung; dabei zeigt Figur 1 : einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager quer zu den Platten;

Figur 2: eine Draufsicht auf die Außenseite und die Innenseite eines

Plattenpaares;

Man erkennt in der Zeichnung ein Gehäuse 1 , das in an sich bekannter Weise ein Plattenpaket 2 umgibt. Das Gehäuse wie auch das Plattenpaket können eine rechteckige, ebenso aber auch eine kreisförmige oder sonstige Kontur aufweisen.

Das Plattenpaket 2 besteht aus paarweise miteinander verschweißten Platten 2a, wobei jedes Plattenpaar von einem Medium durchströmt wird, das über zumindest einen Anschlussstutzen 3 im oberen Bereich des Plattenpaketes zugeführt und über mindestens einen Anschlussstutzen 4 am unteren Bereich des Plattenpaketes abgeführt wird. Die Platten 2a weisen hierzu in an sich bekannter Weise Durchströmöffnungen auf, die mit den Anschlussstutzen 3 und 4 fluchten.

Zumindest entlang dieser Durchströmöffnungen sind benachbarte Plattenpaare miteinander verschweißt, so dass zwischen allen benachbarten Plattenpaaren Durchströmspalte für das andere Medium entstehen. Dieses andere Medium wird über einen Anschlussstutzen 5 dem oberen Umfang des Plattenpaketes 2 zugeführt, verlässt das Plattenpaket am unteren Rand und wird durch einen Anschlussstutzen 6 abgeleitet. Dabei stellen an sich bekannte Einbauten 1 a im Gehäuse 1 sicher, dass das letztgenannte Medium nicht außen um das Plattenpaket herum strömen kann, sondern durch die Spalte zwischen den Plattenpaaren hindurchfließen muss.

Der beschriebene Wärmeübertrager ist vollverschweißt und dichtungslos ausgeführt. Er kann je nach gewählter Strömungsrichtung im Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom betrieben werden.

Wesentlich ist nun, dass das Gehäuse 1 aus nicht korrosionsbeständigem Werkstoff besteht und an all seinen Innenwänden - zumindest soweit sie von seinem zugeordneten Medium beaufschlagt werden - eine technische Emaille- Beschichtung aufweist, die etwa 2 mm stark ist. Dagegen besteht das Plattenpaket 2 und seine Anschlussstutzen 3 und 4 aus korrosionsbeständigem Edelstahl.

Soweit vorstehend von der Innenbeschichtung des Gehäuses 1 mit Emaille gesprochen worden ist, bezieht sich dies selbstverständlich auch auf die zur Strömungsführung dienenden Einbauten 1 a, die nicht nur an den Stirnseiten des Plattenstapels 2, sondern auch in Umfangsbereichen des Plattenstapels angeordnet sind.

Für die Ausbildung des Gehäuses 1 empfiehlt es sich, dass es zumindest von der einen Stirnseite her zu öffnen ist, indem dort ein lösbarer Deckel vorgesehen ist. Selbstverständlich kann dieser Deckel an seiner von Medium beaufschlagten Seite ebenfalls die vorbeschriebene Emaille-Beschichtung aufweisen. Falls es beim Festschrauben des Deckels zum direkten Kontakt gegenüberliegender Emaille-Schichten kommt, wird dies vorzugsweise vermieden, indem eine elastische Dichtung aus korrosionsbeständigem Kunststoff zwischengelegt wird.

Eine besonders zweckmäßige Zusammensetzung der Emaille-Beschichtung, zumindest ihrer äußeren Deckschicht lässt sich wie folgt definieren: 65 % Si0 ₂ , 15 % Na ₂ 0, 5 % Ti0 ₂ , 3,5 Zr0 ₂ , 2,5 % B ₂ 0 ₃ ,

1 ,8 % F, 1 ,7 % Li ₂ 0, 1 ,4 % MnO, 1 , 1 % Mo0 ₃ , 1 % Ka ₂ 0,

0,3 % BaO, 0,25 % V ₂ 0 ₅ und 0, 1 % CoO; dabei liegt es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die vorgenannten Prozentangaben nach oben oder unten um jeweils 5 % bis 10 % vom Ausgangswert zu verändern.

Figur 2 verdeutlicht die Möglichkeiten, wie benachbarte Plattenpaare und wie die Platten eines Plattenpaares miteinander verbunden oder lösbar aneinander angeschlossen werden, wobei ersteres in der linken Hälfte, die andere Ansicht in der rechten Hälfte von Figur 2 dargestellt ist.

In Anlehnung an die in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen für die Anschlussstutzen ist die dem oberen Anschlussstutzen 3 zugeordnete Durchströmöffnung in der Platte 2a mit dem Bezugszeichen 3a, die dem unteren Anschlussstutzen 4 zugeordnete Durchströmöffnung mit dem Bezugszeichen 4a markiert.

Bei der links dargestellten Draufsicht auf die Außenseite eines Plattenpaares erfolgt die Verbindung mit dem benachbarten Plattenpaar - sei sie lösbar oder unlösbar - entlang dem Umfang der Durchströmöffnungen 3a und 4a, also in dem geschwärzten Bereich 13a bzw. 14a. An diesen Bereichen, die man sich in Praxis nicht mit den gezeichneten Umfangsbereichen von 180°, sondern mit den vollen Umfangsbereichen von 360° vorzustellen hat, können benachbarte Plattenpaare miteinander verschweißt sein.

Ebenso ist es möglich, anstelle einer Schweißverbindung eine lösbare Verbindung vorzusehen; dann ist an den geschwärzten Bereichen, selbstverständlich wieder über den gesamten Öffnungsumfang, eine Dichtung angeordnet und die Plattenpaare werden von außen axial zusammengedrückt, so dass benachbarte Plattenpaare im Umfangsbereich der Durchströmöffnungen 3a und 4a abgedichtet aufeinanderfolgen.

In beiden Fällen wird der außerhalb der Schweißnähte bzw. Dichtungen 1 3a und 14a liegende Zwischenraum zwischen benachbarten Plattenpaaren von dem an- deren Medium durchströmt, das über die Anschlussstutzen 5 und 6 zugeleitet bzw. abgeleitet wird.

In der rechten Hälfte von Figur 2 ist die Verbindung zweier Platten desselben Plattenpaares dargestellt, und zwar mit Sicht aus dem Innenraum des Plattenpaares. Hier sind die Platten jeweils längs ihres äußeren Umfanges miteinander verschweißt oder lösbar gegen eine Zwischendichtung gepresst. Dieser

Schweiß- oder Dichtungsbereich ist durch das Bezugszeichen 15 markiert, wobei man sich auch hier zu vergegenwärtigen hat, dass der Schweiß- oder Dichtungsbereich über den gesamten Umfang, also über 360°, geht.

Die Durchströmöffnungen 3a und 4a sind zum Innenraum des Plattenpaares hin offen, damit das Medium von der Durchströmöffnung 3a durch den Innenraum des Plattenpaares zur Durchströmöffnung 4a fließen kann.

Der Wärmeübertrager ist in Figur 1 und 2 nur schematisch dargestellt, weil es vorliegend nur um die spezielle Werkstoff-Kombination geht und die Fließschemata und die Verschweißungsvarianten der Platten dem bekannten Stand der Technik entsprechen.

Im Ergebnis kann festgestellt werden, dass sich die vorliegende Erfindung durch die dargestellte Werkstoffkombination durch exzellente Korrosionsbeständigkeit bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten auszeichnet.