DE1551430A1 - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 15514?Π

DIPL.-INQ. F. THlELEKE D.PL.-PHYS. DR. J. FRiCKE DR.-ING. R. DÖRING

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

P 15 51 430.4 uns.Z.: 1041 14. Juli 1969

The A.P.V. Company, Limited Manor Royal, Crawley, Sussex, England

Plattenwärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem zerlegbaren Stapel von im wesentlichen flachen, im gegenseitigen Abstand gehaltenen Platten, insbesondere aus schwer verformbarem Metall wie Titan, mit in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtungen und einem maschenbildenden Element zwxsehen benachbarten Platten zur Steuerung der Strömung in dem zwischen den Platten gebildeten Strömungsraum.

Wärmetauschplatten für Wärmetauscher dieser Art werden für gewöhnlich durch Einpressen eines gewellten Musters in Bleche hergestellt, so daß in den Strömungsmitteln, welche über die Wellungen fließen, eine Turbulenz erzeugt wird, die ihrerseits den Wärmetransport zwischen den Strömungsmitteln auf beiden Seiten der Platte erhöht. Die Einpressungen liefern gleichzeitig Berührungspunkte zwischen benachbarten Platten und dienen dazu, diese im gegenseitigen Abstand zu halten.

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Diese Ausbildung von Wärmetauscherplatten findet da ihre Grenze, wo schwer verformbare Metalle verwendet werden müssen, beispielsweise Titan od.dgl. Bei diesen lassen sich die notwendigen Verformungen nur mit einem unwirtschaftlichen Aufwand oder gar nicht erzeugen.

Es ist auch bereits ein Plattenwärmetauscher bekannt, bei dem zwischen den ebenen Platten jeweils ein gitterförmiges oder maschenbildendes Element eingebaut ist. Dieses Element besteht aus schmalen langgestreckten Streifen, die sich im wesentlichen parallel zu den Seitenkanten und der Strömungsrichtung der Strömungsmedien erstrecken und welche die volle Höhe des Raumes zwischen benachbarten Platten einnehmen. Die Mehrzahl der Streifen ragt nicht über die ganze Länge des Strömungsraumes sondern enden sowohl bei der Einströmseite als auch bei der Ausströmseite im Abstand vor den zugehörigen Zuführungs- bzw. Abführungsöffnungen. Diese Streifen haben in erster Linie den Zweck, die Strömung innerhalb des Raumes zwischen benachbarten Platten in eine Mehrzahl von parallelen Einzelströmen zu unterteilen. Einige wenige Streifen ragen bis in den Bereich der Öffnungen, um eine Vergleichmäßigung der Strömung über den ganzen Querschnitt zu erzielen. Wenn auch eine Querströaung erwünscht ist, müssen die Streifen mit eingestanzten Löchern versehen sein, die bei schwer verformbarem Material ebenfalls nur schwierig herzustellen sind· Durch die parallel verlaufenden Streifen, welche die ganze Höhe des Strönungsrauma ein»

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nehmen, erfolgt eine relativ starke Beruhigung der Strömung, welche für den Wärmetausch hinderlich ist. Außerdem ist die Stützwirkung der schmalen Streifen auf die benachbarten Platten nur gering,,

tts ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plattenwärmetauscher der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß einerseits eine wesentlich stärkere gegenseitige Abstützung der benachbarten Platten ermöglicht wird, während gleichzeitig andererseits mit einfachen Mitteln, die eine erhebliche Verformungs- oder Bearbeitungsarbeit bei schwer verformbaren Metallen verhindert, eine intensive und über den ganzen Strömungsraum gleichmäßig verbreitete Wirbelbildung in der Strömung verursacht wird, so daß die Wärmetauschwirkung wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das maschenbildende Element aus einzelnen langgestreckten Bauelementen besteht, die schräg zur allgemeinen Strömungsrichtung durch den Strömungsraum angeordnet sind, und eine Dicke besitzen, die geringer als die Höhe des Strömungsraumes ist und sich an Kreuzungspunkten schneiden, an denen jedes Bauelement mit einer Platte und mit dem anderen der beiden sich kreuzenden Bauelemente in Berührung steht, wobei die Kreuzungspunkte in den verschiedenen Ströraungsräumen über den ganzen Stapel jeweils in gegenseitiger Fluchtung stehen.

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Durch die große Vielzahl von Kreuzungspunkten der starren Stäbe wird eine gleichförmige sichere Abstützung der benachbarten Platten über den ganzen Stapel gewährleistet, wobei wesentlich ist, daß sich die Kreuzungspunkte über den ganzen Stapel in gegenseitiger Fluchtung befinden, so daß über die Kreuzungspunkte die Abstützkräfte über den ganzen Stapel übertragen werden können. Dadurch daß die einzelnen Bauelemente eine Dicke besitzen, die merklich geringer als die Höhe des Strömungsraumes ist und sich die Bauelemente kreuzen, können die Flüssigkeiten nur auf außerordentlich kurzen Wegen geradlinig strömen und werden sofort wieder gezwungen, nach oben oder nach unten über oder unter einem Bauelement hindurchzutauchen, um in Strömungsrichtung weiterzugelangen. Dadurch ergibt sich eine laufende Umlenkung der Strömung und damit die Bildung von gleichförmigen intensiven Wirbeln, die einen ständigen intensiven Wärmeaustausch zwischen den Flüssigkeiten und den Platten begünstigt.

Das maschenbildende Element kann als Gitter ausgebildet sein, welches den Vorteil hat, daß die langgestreckten Bauelemente gerade Stangen od.dgl. sein können, die keiner Verformung bedürfen, so daß sich eine besonders einfache Bauform ergibt, die vor allem für schwer verformbare Metalle geeignet ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Drähte oder Stangen sich unter einem rechten Winkel kreuzen und Maschenöffnungen von quadratischer Form begrenzen. Dadurch ergibt

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sich noch eine weitere Steigerung der Gleichförmigkeit der Abstützung der Platten und der Verteilung der den Wärmetausch unterstützenden Wirbelbildung.

Um bei dieser Ausbildung eine einfache Abdichtungsmöglichkeit zwischen benachbarten Platten zu ermöglichen, ohne daß dazu die Platten einer starken Verformung unterworfen werden müssen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn am Umfang des Maschenelementes ein zur Unterstützung einer Dichtung dienendes Halteelement befestigt und in eine Abdichtung eingebettet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen naher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Wärmetauschplatte mit einem Maschenelement und einer Dichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Form des Maschenelementes für die Platte nach Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 1 und zeigt die Platte dieser Figur zusammen mit einer benachbarten Platte.

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 1 und zeigt die einander benachbarten Platten.

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Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Maschenelementes, das aus runden Drähten hergestellt ist.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Maschenelementes, das aus Stangenmaterial von quadratischem Querschnitt hergestellt ist.

Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anordnung nach Fig. 3.

Fig. 8 zeigt eine weitere Variante der Anordnung nach Fig. 5, während

die Fig. 9 und IO weiter abgewandelte Ausführungsformen der Wärmetauscherplatten nach Fig. 3 und Fig. 7 wiedergeben.

Die in Fig. 1 gezeigte Platte ist in Form einer flachen, rechteckförmigen Schale 1 mit nach oben stehendem Rand 2 um den Umfang dargestellt. In den ticken sind öffnungen 3 und 4 vorgesehen, welche Einlaß- und Auslaßöffnungen für die Strömungsmittel bilden beim Übergang der Strömung in den benachbarten Strömungsraum. Die öffnungen 3 dienen dazu, das Strömungsmittel in den Raum oberhalb der Platte zu leiten, während die Öffnung 4 dazu dient, das Strömungsmittel in die benachbarten Strömungsräuae zu leiten.

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Die Platte kann entsprechende Öffnungen jeweils an den sich diagonal gegenüberliegenden ticken aufweisen. Die Öffnungen, die der gleichen Aufgabe dienen, können aber auch jeweils an einer Seite der Platte angeordnet sein.

Die Öffnungen 3 sind mit einem Rand auf zwei Seiten versehen, während die Öffnungen 4 mit einem über alle drei Seiten verlaufenden Rand 6 versehen sind.

tiin Maschenelement 7 ist zwischen benachbarten Platten angeordnet und erstreckt sich im wesentlichen über den ganzen Strömungsraum zwischen den Öffnungen 3.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der tirfindung wird als Abdichtungsmaterial ein elastomeres Material, z.B. Gummi, verwendet .

Ein die Dichtung in ihrer Lage haltender Draht 8 ist am Umfang des Maschenelementes angeordnet und erstreckt sich außerhalb der Öffnungen 3, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Eine Rohgummidichtung 9 nimmt den Draht 8 in ihrem Inneren auf und legt sich gegen die Randabschnitte 2 oder 5. uine zweite Dichtung 10, die mit der Dichtung θ verbunden oder einstückig ausgebildet ist, weist einen eingebetteten Haltedraht 11 auf und ist jeweils um jede Öffnung 4 herumgelegt, um die Umfangsdichtung der Platte zu vollenden und die Öffnungen 4 vom Strömungsraum abzudichten.

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üiese Dichtungen 9 und 10 können schnappartig über die Haltedrähte 8 und 11 geschoben sein oder sie können auch um die Drähte herumgeformt sein, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das Dichtungsmaterial aus dem gleichen Material besteht, mit dem das Maschenelement überzogen ist. Alternativ dazu können die Drähte 8 und 11 auch durch uünne flexible Streifen 15 eines Materials ersetzt sein, wie dies in Fig. 8 angedeutet ist. ^s können auch getrennte Dichtungen in geeigneter Weise auf jeder Seite des Streifens befestigt sein oder man kann ein Klemmelement in Form einer Dichtung 16 gemäß Fig. 7 verwenden. Im zuletzt genannten Fall werden gute Haltekräfte erreicht, ohne daß ein Klebstoff verwendet wird, wenn der Streifen 15 perforiert wird oder die Streifenoberfläche in anderer Weise aufgerauht oder verändert ist.

Die Gummidichtung kann ein relativ großes Verhältnis, von Breite zu Dicke aufweisen, um ein Herausschieben oder Verformen der Plattenkanten unter Druck zu verhindern.

Fig. 4 zeigt die obere der beiden Platten im Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV nach Fig. 2, während die untere Platte entlang der Linie entsprechend IVA-IVA geschnitten ist. Das Maschenelement ist aus runden Drähten hergestellt.

Wenn man ein festeres Abdichtungsmaterial verwendet, könnten in bestimmten Fällen die Drähte 8 und 11 oder der flexible

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Streifen 15 entfallen, wobei das Maschenelement und die Abdichtung als getrennte Teile zusammengesetzt werden.

In den Beispielen einer Abdichtung in der zuvor beschriebenen Weise, dient der Rand 2, der nach oben ragt, in der Hauptsache zum Ausrichten der Teile. Wenn jedoch der aufrechtstehende Rand gemäß Fig. 9 bei 17 oder 18 doppelt gefaltet wird, kann der Rand auch dazu verwendet werden, eine elastomere Dichtung in ihrer Stellung zu halten, um dabei die Notwendigkeit von Haltedrähten oder -streifen zu eliminieren. Bei innerem Druck wird die Dichtung gegen Verschieben durch die Kraft der Kante der Falte 17 oder 18 gehalten, welche sich gegen die benachbarte Platte legt. Eine solche Falte, die dem Rand Steifigkeit verleiht, könnte auch alternativ dazu verwendet werden, eine Dichtung 19 gemäß Fig· IO aufzunehmen.

Aus den Fig. 3 und 4 wird deutlich, daß die Schnittpunkte der Drähte oder Stäbe des Maschenelementes über den ganzen Plattenstapel in gegenseitiger Fluchtung stehen.

Fig. 5 zeigt ein Maschenelement nach Fig. 2 in Form eines Gitters aus runden Drähten, wobei der Draht 8 an den freien Enden der Gitterdrähte befestigt ist. Die Drähte können an den Kreuzungspunkten durch Schweißen, Hartlöten oder Kleben oder in anderer Weise miteinander fest verbunden werden, und zwar je nach den für welchen besonderen Zweck der Wärmetauscher be-

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stimmt ist. Der Draht 8 kann in ähnlicher Weise befestigt sein. Das Gitter kann zweckmäßigerweise mit einem anderen Material überzogen werden, falls dies gewünscht wird.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform eines Maschenelementes in Form eines Gitters aus Stangen von quadratischem Querschnitt gezeigt. £is können auch andere Querschnittsformen verwendet werden. In Fig. 6 deuten die Pfeile 12 an, wie das Strömungsmittel über die allgemein diagonal laufenden Strömungslinien hinwegfließt und dabei teilweise über und unter den Drähten hinwegfließt und dabei häufig seine Richtung wechselt, wodurch die gewünschte Turbulenz sichergestellt ist. tiinen ähnlichen Strömungsweg nimmt die Flüssigkeit zwischen einem Gitter an, das in Fig. 5 gezeigt ist. Das Gitter kann so hergestellt werden, daß die Stäbe oder Drähte in jeder gewünschten Richtung in Bezug auf die Orientierung der Platten ausgerichtet sind. Anstelle eines zusammengesetzten Gitters der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Art, können auch Gitter verwendet werden, welche durch Weben oder Knüpfen der Drähte hergestellt sind. Die Maschen bei einem zusammengesetzten Gitter können auch von rhombischer oder anderer Form als der quadratischen Form, die dargestellt ist, hergestellt sein. Weiter kann in bestimmten Fällen, in denen für die Platten ein preßbares Material verwendet wird, die Dichtung auch in einer in entsprechender Weise eingepreßten Dichtungsnut in der Platte selbst aufge-

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neuronen sein, während die Wärmetauschoberfläche im wesentlichen im flachen Zustand, also unverformt bleibt.

Patentansprüche

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Claims (8)

Γ "1 PATENTANWÄLTE 155143Ω DIPL.-.NQ. F. THIELEKE D,PL..PHYS. DR. J. FRICKE DR.-INQ. R. DORINQ BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN P 15 51 430.4 The A.P.V.Company uns.Z.: 1041 14. Juli 1969 Patentansprü ehe

1.) Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem zerlegbaren Stapel von im wesentlichen flachen, im gegenseitigen Abstand gehaltenen Platten, insbesondere aus schwer verformbarem Metall wie Titan, mit in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtungen und einem maschenbildenden Element zwisenen benachbarten Platter zur Steuerung der Strömung in dem zwischexi den Platten gebildeten Strömungsraum, dadurch gekennzeichnet , daß das maschenbildende Element aus einzelnen langgestreckten Bauelementen (7, 12) besteht, die schräg zur allgemeinen Strömungsrichtung durch den Strömimgsraum angeordnet sind, eine Dicke besitzen, dre geringer als die rtöhe des Strömungsraums ist und sich an Kreuzungspunkten schneiden, an denen ,jedes Bauelement mit einer Platte (1) und mit dem anderen der beiden sich kreuzenden Bauelemente in Berührung steht, wobei die Kreuzungspunkte in den verschiedenen Strömungsräumen über den ganzen Stapel jeweils in gegenseitiger Fluchtung stehen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das maschenbildende Element ein Gitter ist. ·

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3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das maschenbildende Element aus Drahtelementen gewebt oder geflochten ist.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte oder Stangen sich unter einem rechten Winkel kreuzen und Maschenöffnungen von quadratischer Form begrenzen.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß am Umfang des Maschenelementes ein zur Unterstützung einer Dichtung dienendes Halteelement (8, 11, 15) befestigt und in eine Abdichtung eingebettet ist.

6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Halteelement für die Dichtung als Draht ausgebildet ist.

7. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Halteelement für die Dichtung in Form eines flachen, biegsamen Streifens (15) ausgebildet ist.

8. Plattenwärmetauscher nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die

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Kanten bei jeder flachen Platte (1) nach oben und nach innen zur Bildung einer die Dichtung (19) aufnehmenden Tasche (17, 18) aufgebogen sind.

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