AT393162B - Plate heat exchanger with a special profile of the heat exchange (heat transfer) zone - Google Patents

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Abstract

The invention relates to the shaping of the corrugations of the region of heat exchange plates which effects the heat exchange (middle part), as they are used for the heat exchange of mostly fluid media. The juxtaposition of at least three heat exchange plates forms flow channels on both sides of the heat exchange plate located (enclosed) in the middle. The size of the channels is determined by the shaping of the corrugations. Through the shaping according to the invention of the corrugations 5A, 5A', 5B, 5B', 5, 5', 5C of the region of the heat exchange plates A, B which carries out the heat exchange, the present invention creates flow cross sections of different size for the two heat-exchanging media by virtue of the fact that two types of heat exchange plates are used which form large 12 and small 11 flow channels with the adjoining heat exchange plates. The channels are arranged in alternating sequence. <IMAGE>

Description

AT 393 162 BAT 393 162 B

Die Erfindung betrifft die Formgebung des Wärmeaustauschprofiles von Plattenwärmeaustauschem wie sie für den Wärmeaustausch zwischen meist flüssigen Medien Verwendung finden. Plattenwärmeaustauscher bestehen aus mindestens drei, meistens jedoch mehreren einzelnen voneinander lösbaren Plattenelementen aus gepreßtem Blech, deren flüssigkeitsberührter Mittelteil von einer Dichtung umgeben ist, die in einer Randnut sitzt. Die 5 einzelnen Wärmeaustauschplatten werden mittels zweier massiver Platten üblicherweise über Spannschrauben zusammengehalten.The invention relates to the shape of the heat exchange profile of plate heat exchangers as used for heat exchange between mostly liquid media. Plate heat exchangers consist of at least three, but mostly several separate plate elements made of pressed sheet metal, the middle part of which is in contact with liquid is surrounded by a seal which is seated in an edge groove. The 5 individual heat exchange plates are usually held together by means of two solid plates using clamping screws.

Der Wirkungsgrad eines Wärmeaustauschers wird in erster Linie durch die Gestaltung des Wärmeaustauschprofiles bestimmt. Dieses Profil soll idealerweise eine hohe Turbulenz erzeugen, um die Wärmeübertragung optimal zu gestalten, andererseits jedoch nur einen geringen Durchflußwiderstand erzeugen, um den Energiebedarf 10 der Förderpumpe niedrig zu halten.The efficiency of a heat exchanger is primarily determined by the design of the heat exchange profile. This profile should ideally generate a high level of turbulence in order to optimally design the heat transfer, but on the other hand only produce a low flow resistance in order to keep the energy requirement 10 of the feed pump low.

Eine weitere Anforderung an das Wärmeaustauschprofil ist jene der Abstützung zwischen den einzelnen Wärmeaustauschplatten, die dafür sorgt, daß der Plattenabstand bei Druckunterschieden in den einzelnen Strömungskanälen konstant bleibt.Another requirement for the heat exchange profile is that of the support between the individual heat exchange plates, which ensures that the plate spacing remains constant in the event of pressure differences in the individual flow channels.

Die Praxis hat bestätigt, daß eine sehr günstige Form des Wärmeaustauschprofiles jene von sich unter einem 15 bestimmten Winkel kreuzender Wellen darstellt. Diese Profilart ergibt eine gute Wärmeübertragung bei verhältnismäßig niedrigem Druckverlust. Die Neigung des Winkels gegen die Fließrichtung bestimmt das Verhältnis Wärmeübergang zu Druckverlust. Ferner stehen bei dieser Profilausführung genügend Abstützpunkte zur Verfügung, ohne daß die harmonische Strömung durch zusätzlich notwendige Abstützpunkte gestört wird.Practice has confirmed that a very favorable form of the heat exchange profile is that of waves crossing at a certain angle. This type of profile results in good heat transfer with a relatively low pressure drop. The inclination of the angle against the direction of flow determines the ratio of heat transfer to pressure loss. In addition, with this profile design there are enough support points available without the harmonic flow being disturbed by additional support points.

Die meisten Plattenwärmeaustauscher besitzen die Eigenschaft, daß die Strömungsmerkmale zweier 20 benachbarter Plattenzwischenräume gleichartig sind, das heißt es treten auf beiden Seiten der Wärmeaustauschplatte gleich hohe Wärmeübergangszahlen auf sofeme man voraussetzt, daß die beiden Medien gleiche physikalische Daten besitzen und in gleichen Mengen durch beide Plattenzwischemäume strömen. Auch die Druckverluste sind unter diesen Voraussetzungen gleich hoch.Most plate heat exchangers have the property that the flow characteristics of two 20 adjacent plate interspaces are of the same type, i.e. the same heat transfer coefficients occur on both sides of the heat exchange plate, provided that the two media have the same physical data and flow through both plate spaces in equal quantities . The pressure losses are equally high under these conditions.

Es ist hinlänglich bekannt, daß bei stark unterschiedlichen Flüssigkeitsmengen, bzw. bei unterschiedlicher 25 Viskosität der im Wärmeaustausch stehenden Medien es ein großer Vorteil ist, die FUeßkanäle den jeweiligen Medien anzupassen, um nicht den Nachteil hoher Durchflußwiderstände in Kauf nehmen zu müssen, bzw. den Durchflußwiderstand niedrig zu halten, ohne unnötig viele Strömungswege parallel schalten zu müssen.It is well known that with very different amounts of liquid, or with different viscosity of the media in heat exchange, it is a great advantage to adapt the flow channels to the respective media in order not to have to accept the disadvantage of high flow resistances, or the Keeping the flow resistance low without having to connect many unnecessary flow paths in parallel.

Um die Strömungskanäle den oben angeführten Erfordernissen anzupassen, sind einige Ausführungsformen bekannt, zum Beispiel eine Lösung bei der jeder zweite Fließweg mit einer überhöhten Dichtung versehen wird, 30 um damit einen größeren Plattenabstand und somit auch einen größeren Durchflußquerschnitt zu erzielen. Diese Lösung weist den Nachteil auf, dann nicht anwendbar zu sein, wenn der mit der normal hohen Dichtung versehene Fließkanal einen höheren Druck auf weist als der benachbarte, da in diesem Fall die für die Abstützung notwendigen Punkte nicht aufliegen. Einen weiteren Nachteil stellt die geringere Turbulenz dar, die im erweiterten Fließkanal entsteht. 35 Weiters sind Lösungsbeispiele bekannt, bei denen die unterschiedlichen Strömungsmerkmale bei gleichbleibenden Strömungsquerschnitten dadurch erreicht werden sollen, daß bei den Strömungskanälen für das eine Medium die Wellen einander kreuzen, während sie beim zweiten Medium, für welches ein geringerer Durchflußwiderstand erzielt werden soll, parallel zueinander stehen.In order to adapt the flow channels to the requirements mentioned above, some embodiments are known, for example a solution in which every second flow path is provided with an inflated seal 30 in order to achieve a larger plate spacing and thus also a larger flow cross section. This solution has the disadvantage that it cannot be used if the flow channel provided with the normal high seal has a higher pressure than the adjacent one, since in this case the points necessary for the support do not lie. Another disadvantage is the lower turbulence that arises in the expanded flow channel. 35 Furthermore, examples of solutions are known in which the different flow characteristics are to be achieved with constant flow cross-sections by crossing the waves in the flow channels for one medium, while in the second medium, for which a lower flow resistance is to be achieved, they are parallel to one another .

Als nachteilig bei dieser Ausführung ist es anzusehen, daß sich die Abstützpunkte, die man bei den 40 Fließkanälen mit den parallelen Wellen benötigt, um die notwendige Druckfestigkeit zu erreichen, bei der Schaltung mit den sich kreuzenden Wellen als Wirkungsgrad mindernd erweisen, da sie die angestrebte Turbulenz, wie sie bei reinen, sich nur kreuzenden Wellen auftritt, verringern.A disadvantage of this design is that the support points that are required for the 40 flow channels with the parallel shafts in order to achieve the necessary compressive strength prove to be inefficient in the circuit with the intersecting shafts because they are the desired Reduce turbulence, as occurs with pure, only crossing waves.

Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung ist die Anfälligkeit der Strömungskanäle, sich bei Anwesenheit größerer Feststoffanteile im fließenden Medium zu verlegen, da die Strömungsquerschnitte gleich groß sind, 45 sowie die hohen Herstellungskosten der Preßwerkzeuge.A further disadvantage of this embodiment is the susceptibility of the flow channels to relocating in the presence of large amounts of solids in the flowing medium, since the flow cross sections are the same, 45 and the high manufacturing costs of the pressing tools.

Außerdem sind infolge der vorhandenen gleichen mittleren Strömungsquerschnitte für die beiden Medien dem Unterschiedsgrad in der Strömungscharakteristik enge Grenzen gesetzt.In addition, due to the existence of the same mean flow cross-sections for the two media, the degree of difference in the flow characteristics is strictly limited.

Der Erfindungsgegenstand weist hier einen völlig neuen Weg: Bei ihm werden Wärmeaustauschplatten gleich«: Schichtstärke mit einander kreuzenden Wellen verwendet, die sich beidseitig gegeneinander äbstützen und 50 dennoch unterschiedliche Strömungsquerschnitte und damit unterschiedliche Strömungsmerkmale für die im Wärmeaustausch stehenden Medien bilden.The subject of the invention shows a completely new way here: heat exchange plates are used in the same way: layer thickness with mutually intersecting shafts that are supported on both sides and yet form different flow cross sections and thus different flow characteristics for the media in heat exchange.

Beim erfindungsgemäßen Gegenstand werden unter Verwendung von zwei Arten von Wärmeaustauschplatten Fließkanäle mit unterschiedlichen Strömungsmerkmalen gebildet. Die Platten sind in bekannter Weise mit zahlreichen, schräg zur Fließrichtung verlaufenden, wellenförmigen Auspressungen versehen, deren Höhe gleich 55 dem Plattenabstand istIn the subject of the invention, flow channels with different flow characteristics are formed using two types of heat exchange plates. The plates are provided in a known manner with numerous, oblique to the direction of flow, wave-shaped expressions, the height of which is 55 the distance between the plates

Die zwei Wärmeaustauschplattentypen unterscheiden sich dadurch, daß die Platte (A) (Fig. 1) auf der Dichtungsseite mehr Strömungsquerschnitt aufweist als auf der der Dichtung gegenüberliegenden Seite. Die Platte der Type (B) (Fig. 2) weist auf der Dichtungsseite einen kleineren Strömungsquerschnitt auf, als auf der der Dichtung gegenüberliegenden Seite. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht es, dem 60 Wärmeaustauscher für das 1. Medium eine wesentlich andere Strömungscharakteristik zu geben, als für das 2. Medium, in dem abwechselnd die Plattentypen (A) und (B) aneinander gereiht werden.The two types of heat exchange plates differ in that the plate (A) (FIG. 1) has more flow cross section on the seal side than on the side opposite the seal. The plate of type (B) (Fig. 2) has a smaller flow cross-section on the seal side than on the side opposite the seal. The embodiment according to the invention makes it possible to give the 60 heat exchanger for the 1st medium a significantly different flow characteristic than for the 2nd medium, in which the plate types (A) and (B) are alternately strung together.

Der Gegenstand der Erfindung weist weiters den Vorteil auf, eine reine, Wirkungsgrad begünstigende -2-The object of the invention also has the advantage of a pure, favoring efficiency

Claims (4)

AT 393 162 B Wellenplatte darzustellen und auch bei gleicher Plattenschichtstärke große und kleine Fließkanäle zu eihalten, in denen verschieden große Fließgeschwindigkeiten und damit verschieden hohe Turbulenz herrschen. Die Anpassung an verschiedene Flüssigkeitsmengen bzw. verschiedene Viskositäten ist durch die in weiten Grenzen freie Wahl der Unterschiede der Strömungsquerschnitte auf der Dichtungsseite bzw. der der Dichtung abgekehrten Seite wesentlich besser möglich als durch die bisher bekannten Lösungen. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführung sind die einseitig großen Fließkanäle, die ein Durchströmen auch größerer Feststoffe im Medium ermöglichen - sowie die Einfachheit des Preßwerkzeuges. In der Zeichnung sind die beiden erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplattentypen (A) (Fig. 1) und (B) (Fig. 2) dargestellt. _ _ In Fig. 3 ist der Schnitt (I * II) durch die Platte (A) dargestellt. In der Fig. 4 ist der Schnitt (ΠΙ - IV) durch die Platte (B) dargestellt. Die Fig. 5 zeigt die verschieden großen Fließkanalquerschnitte eines Plattenwäimeaustauschers, bei der abwechselnden Anordnung von Platten der Typen (A) und (B). Die Fig. 6 zeigt die Aufeinanderfolge der Plattentypen (A) und (B), wobei die Wellen (SA) bzw. (5B) jeweils die Begrenzungsebenen (7) bzw. (8) oder (9) bzw. (10) erreichen, während die Wellen (5A') bzw. (5B') niedriger ausgebildet sind (siehe Lage der Begrenzungsebenen Fig. 3 bzw. Fig. 4). Die Fig. 7 zeigt eine Aufeinanderfolge von Plattentypen (A) und (B), wobei die Platten der Type (A) einen kleineren Abstand zwischen den Begienzungsebenen (7) bzw. (8) aufweisen als die Platten der Type (B) zwischen den Begrenzungsebenen (9) bzw. (10). Die Fig. 8 zeigt vier aufeinanderfolgende Platten der Typen (C)-(A)-(C)-(A), von denen die Platten der Type (A) das Profil gemäß Fig. 3 aufweisen, während die Platten der Type (C) ein Profil aufweisen, dessen Wellenform gleiche Flächenanteile oberhalb bzw. unterhalb bis zu den theoretischen Begrenzungsebenen (7) bzw. (8) oder (9) bzw. (10) aufweisen. Die Fig. 1 bzw. 2 zeigen die Platten (A) bzw. (B), deren flüssigkeitsberührenden Mittelteile (1) von einer Dichtung (2) umgeben sind. Die Dichtung liegt in einer Randnut (3), die in den Fig. 3,4 und 5 ersichtlich ist. In dem rechteckigen Mittelteil (1) sind schräg zur Längsachse (4) verlaufende Wellen (5A) bzw. (5B) angeordnet, die sich in einem Winkelmit der Querachse (6) kreuzen. Die Fig. 3 stellt den Schnitt (I-Π) durch das Wellenprofil der Plattentype (A) (Fig. 1) dar. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Flächen oberhalb der Wellen (5A) bis zur theoretischen Begrenzungsebene (7) größer sind als die Flächen unterhalb der Wellen bis zur theoretischen unteren Begrenzungsebene (8). Die Fig. 4 stellt den Schnitt (ΠΙ - IV) durch das Wellenprofil der Plattentype (B) (Fig. 2) dar. Es ist deutlich zu sehen, daß die Flächen oberhalb der Wellen (5B) bis zur theoretischen Begrenzungsebene (9) deutlich kleiner sind als die Flächen unterhalb da Wellen bis zur theoretischen Begrenzungsebene (10). Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Mittelteile eines Plattenwärmeaustauschers, gebildet durch die abwechselnde Reihenfolge der Plattentypen (A)-(B)-(A)-(B) usw., die übereinander gelegt montiert, abwechselnd für jedes der beiden Strömungsmedien, große Strömungskanäle (12) und kleine Strömungskanäle (11) ergeben. Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch vier Wärmeaustauschplatten (A)-(B)-(A)-(B), bei denen zwischen Wellen, deren Höhe gleich dem Plattenabstand ist, (die Wellen (5A) bzw. (5B) erreichen jeweils die Begrenzungsebenen (7) bzw. (8)) Wellen geringerer Höhe (5A') bzw. (5B') angeordnet sind, die die Begrenzungsebenen in ihrer Höhe nicht »reichen. Hiedurch kann der Unterschied der Strömungskanäle (11) und (12) noch größer ausgeführt werden als bei Fig. 5. Die Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch vier Wärmeaustauschplatten (A)-(B)-(A)-(B), bei denen die Platten der Type (A) mit den Wellen (5) eine kleinere Distanz zwischen den Begrenzungsebenen (7) bis (8) auf weisen als die Platten der Type (B) mit den Wellen (5) (Distanz zwischen den Begrenzungsebenen (9) und (10)). Die Fig. 8 zeigt vier aufeinanderfolgende Platten (C)-(A)-(C)-(A), wobei die Platten der Type (A) das Profil gemäß Fig. 3 aufweisen, während die dazwischenliegenden Platten der Type (C) ein Profil aufweisen, deren Querschnittsflächen oberhalb und unterhalb der Wellen bis hin zu den jeweiligen Begrenzungsebenen gleich sind. PATENTANSPRÜCHE 1. Plattenwärmeaustauscher bestehend aus zwei massiven Platten, zwischen denen drei oder mehrere aneinandergeieihte aus Blech gepreßte Wärmeaustauschplatten eingespannt sind, wobei mindestens zwei Plattenarten unterschiedlicher Formgebung des wärmeaustauschenden Mittelteils (der Plattenarten) verwendet -3- AT 393 162 B werden, deren flüssigkeitsberührter Mittelteil von einer Dichtung umgeben ist, welche in einer Randnut liegt und diese Platten in ihrem Mittelteil zahlreiche schräg zur Plattenachse verlaufende Wellenprofile besitzen, wobei sich diese im übereinandergelegten montierten Zustand kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschplatten der Type (A) ein Wellenprofil (5A) aufweisen, dessen Querschnittsfläche bis hin zur 5 oberen Begrenzungsebene (7) größer ist als die Querschnittsfläche unterhalb der Wellen bis hin zur gedachten Begrenzungsebene (8), während die Plattentype (B) ein Wellenprofil (5B) aufweist, welches eine kleinere Querschnittsfläche bis hin zur Begrenzungsebene (9) aufweist als hin zur Begrenzungsebene (10), sodaß bei abwechselndem Übereinanderlegen der Platten der Type (A) und (B) im Wärmeaustauscher verschieden große Strömungskanäle für die im Wärmeaustausch befindlichen Medien entstehen. 10AT 393 162 B wave plate and to maintain large and small flow channels even with the same plate layer thickness, in which flow velocities of different sizes and thus different levels of turbulence prevail. The adaptation to different amounts of liquid or different viscosities is much better possible due to the free choice of the differences in the flow cross sections on the seal side or the side facing away from the seal than by the previously known solutions. Further advantages of the embodiment according to the invention are the flow channels, which are large on one side and allow even large solids in the medium to flow through them - and the simplicity of the pressing tool. In the drawing, the two types of heat exchange plates according to the invention (A) (Fig. 1) and (B) (Fig. 2) are shown. 3 shows the section (I * II) through the plate (A). 4 shows the section (ΠΙ - IV) through the plate (B). Fig. 5 shows the different sized flow channel cross sections of a plate heat exchanger, with the alternating arrangement of plates of types (A) and (B). 6 shows the sequence of the plate types (A) and (B), the waves (SA) and (5B) respectively reaching the delimitation planes (7) or (8) or (9) or (10), while the shafts (5A ') and (5B') are formed lower (see position of the delimitation planes Fig. 3 and Fig. 4). Fig. 7 shows a succession of plate types (A) and (B), the plates of type (A) having a smaller distance between the Begienungsplanes (7) and (8) than the plates of type (B) between the Boundary levels (9) or (10). 8 shows four successive plates of the types (C) - (A) - (C) - (A), of which the type (A) plates have the profile according to FIG. 3, while the type (C ) have a profile, the wave form of which has the same area proportions above or below up to the theoretical boundary planes (7) or (8) or (9) or (10). 1 and 2 show the plates (A) and (B), the liquid-contacting middle parts (1) are surrounded by a seal (2). The seal lies in an edge groove (3), which can be seen in FIGS. 3, 4 and 5. Shafts (5A) and (5B), which run obliquely to the longitudinal axis (4) and intersect at an angle with the transverse axis (6), are arranged in the rectangular central part (1). Fig. 3 shows the section (I-Π) through the wave profile of the plate type (A) (Fig. 1). It is clearly evident that the areas above the waves (5A) up to the theoretical boundary plane (7) are larger than the areas below the waves up to the theoretical lower boundary plane (8). Fig. 4 shows the section (ΠΙ - IV) through the wave profile of the plate type (B) (Fig. 2). It can be clearly seen that the areas above the waves (5B) up to the theoretical boundary plane (9) clearly are smaller than the areas below there waves up to the theoretical limit plane (10). 5 shows a section through the middle parts of a plate heat exchanger, formed by the alternating sequence of plate types (A) - (B) - (A) - (B) etc., which are mounted one above the other, alternately for each of the two flow media, result in large flow channels (12) and small flow channels (11). Fig. 6 shows a section through four heat exchange plates (A) - (B) - (A) - (B), in which between waves, the height of which is equal to the distance between the plates, reach (waves (5A) and (5B)) in each case the delimitation planes (7) or (8)) waves of lower height (5A ') or (5B') are arranged which do not »extend the height of the delimitation planes. As a result, the difference between the flow channels (11) and (12) can be made even larger than in FIG. 5. FIG. 7 shows a section through four heat exchange plates (A) - (B) - (A) - (B) which the plates of type (A) with the shafts (5) have a smaller distance between the boundary planes (7) to (8) than the plates of type (B) with the shafts (5) (distance between the boundary planes (9 ) and (10)). FIG. 8 shows four successive plates (C) - (A) - (C) - (A), the plates of type (A) having the profile according to FIG. 3, while the plates in between of type (C) one Have profile, the cross-sectional areas above and below the waves up to the respective boundary planes are the same. PATENT CLAIMS 1. Plate heat exchanger consisting of two solid plates, between which three or more heat exchange plates pressed together from sheet metal are clamped, using at least two plate types with different shapes of the heat-exchanging middle part (the plate types) -3- AT 393 162 B, the liquid-contacting middle part of is surrounded by a seal which lies in an edge groove and these plates have in their central part numerous wave profiles which run obliquely to the plate axis, these cross in the assembled state when they are superimposed, characterized in that the heat exchange plates of type (A) have a wave profile (5A) , whose cross-sectional area up to the 5 upper boundary plane (7) is larger than the cross-sectional area below the waves up to the imaginary boundary plane (8), while the plate type (B) has a wave profile (5B), which has a smaller que Sectional surface up to the boundary plane (9) than towards the boundary plane (10), so that when the plates of type (A) and (B) are alternately superimposed in the heat exchanger, flow channels of different sizes are created for the media in heat exchange. 10th 2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wellenprofilen (5A) bzw. (SB), die die Höhe des Abstandes zwischen zwei benachbarten Begrenzungsebenen (7,8,9,10) anfweisen, Wellenprofile geringerer Höhe (5A') bzw. (5B') angeordnet sind (Fig. 6). IS2. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that between the wave profiles (5A) or (SB) which indicate the height of the distance between two adjacent boundary planes (7,8,9,10), wave profiles of lesser height (5A ') or (5B ') are arranged (Fig. 6). IS 3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenprofile (SA) und (SB) ungleiche Höhe aufweisen (Fig. 7).3. plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the two wave profiles (SA) and (SB) have different heights (Fig. 7). 4. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Platten mit dem gemäß Patentanspruch 1 beschriebenen Wellenprofil sich eine solche mit einem Wellenprofil befindet, 20 deren Querschnittsflächen oberhalb und unterhalb der Wellen bis hin zu den jeweiligen Begrenzungsebenen gleich sind (Fig. 8). 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-4. plate heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that between two plates with the wave profile described according to claim 1 there is one with a wave profile 20 whose cross-sectional areas above and below the waves are the same down to the respective boundary planes (Fig. 8th). 25 Including 2 sheets of drawings -4-
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