DE1601216A1

DE1601216A1 - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE1601216A1
Application number: DE19671601216
Authority: DE
Inventors: Johann Huber; Leonhard Poth
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1967-11-03
Filing date: 1967-11-03
Publication date: 1970-03-26
Also published as: FR1590755A; GB1238491A; DE1601216B2; BE723137A; US3590917A

Description

• ZENTRALE PATENTABTEILUNG -8021 HÖLLRIEGELSKREUTH LINDE AKTIENGESELLSCHAFT_^~ ~ - . -_: :..;. ■- ~~

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Plattenwärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher mit mehreren, für mindestens zwei Medien als Wärmeaustauschflächen dienenden Platten, die parallele Wellungen besitzen und mindestens an den Berührungsflächen der Randzcmen gasdicht miteinander verbunden sind. '

Plattenwärmeaustauscher dieser Art sind bekannt. So 1st in der deutschen Patentschrlft"837^Ä5 ein Viärmeaustauscher der Plattenbauart gezeigt, der

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT Zentrale Patentabteilung

Blatt zum Schreiben vom

aus gleichen Platten aufgebaut ist. Jede Platte ist in der Längsrichtung so gewellt, daß parallele Rillen mit trapezförmigem Querschnitt entstehen. Jeweils zwei Platten sind R'ieken an Rücken aufeinandergelegt und bilden zwischen sich getrennte sechseckige Kanäle von einheitlicher Größe für das eine der Wärmeaustauschmittel- Diese Platten sind an den Berührungsflächen zwischen benachbarten Kanälen durch Widerstandsschweißung und an den beiden sich berührenden Längsrändern durch Lichtbogenschweißung zu Doppelplatten verbunden. Aufeinanderfolgende Doppelplatten sind räumlich so angeordnet, daß zwischen ihnen durchlaufende Leitungsräume für ein anderes Wärmeaustauschmittel verbleiben, wobei die Kanäle von benachbarten Doppelplatten um die halbe Rillenbreite gegeneinander versetzt sind. Dabei werden benachbarte Doppelplatten durch Kämme oder Leisten, die zwischen die Längsränder der Doppelplatten eingeschweißt sind, in Abstand voneinander gehalten. An ihren beiden Querrändern sind die einander zugewandten Platten von benachbarten Doppelplatten miteinander verschweißt, so daß die Leitungsräume für das andere Wärmeaustauschmittel dort abgedichtet sind. An den beiden Längsrändern sind diese Leitungsräume durch die Abstandsleisten begrenzt, welche sich nur über den Mittelteil der Längsränder erstrecken, so daß an den Seiten dieser Ränder je eine Einlaß- und Auslaßöffnung für das andere Wärmeaustauschmittel gebildet werden.

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LlNDE AKTIENGESELLSCHAFT Zenfale Patentabteilung -

Blau zum Schreiben Vom

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Zwei poppelpl.ilti'ns.ita· diest-τ Art sind-- nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse antjeirduPt Dab«i strömt das eine Wärmeaustauschmittel geradlinig durch die von den Doppelplatten gebildeten Kanäle von unten nach oben, wahrend du·*· andere Wärmeaustausehniittel durch vier obere, seitliche Einlässt der /.wpx. Plattensätze in die zwischen den Doppelplatten vei-liU-il^ndeu Lcitungsräume einströmt und durch vier untere Auslässe ausströmt

Dieser bekannte Wärmeaustauscher weist jedoch wesentliche Ifaehteile auf. Γη der beschriebenen und dargestellten Ausfuhrungsform können nur zwei Medien in Wärmeaustausch gebracht werden. Nachdem die einzelnen Doppelplatten in Abstand voneinander gehalten werden müssen, um überhaupt zwischen den benachbarten Doppelplatten von den Längsrändern der Platten aus zugängliche t/eitungsräume zu schaffen, sind Abstandshalter erforderlich Dabei berühren sich die einander zugewandten Platten von benachbarten Doppelpiatten nur an ihrem Rand und nicht an ihrer mittleren Fläche, so daß bei einer großen Druckdifferenz der wärmeaustauschenden Medien eine Verformungsgefahr der Platten besteht. Bei Druckstößen der Wärmeaustauschmittel können die in der Mitte nicht abgestützten Doppelplatten in schädliche Schwingungen geraten. Außerdem ist ein besonderes Merkmal des Plattenwärmeaustauschers gemäß der deutschen Patentschrift, daß die Strömungsquerschnitte

für die beiden wärmeaustauschenden Medien verschieden groß sind. Das ist dann sehr ungünstig, wenn die Querschnitte dieses Wärmeaustauschers bei einem sogenannten Umkehrbetrieb (in der angelsächsischen Literatur mit "reversing" bezeichnet) vertauscht werden sollen. Dieser Nachteil macht sich besonders in der Tieftemperatur-Gaszerlegungstechnik bemerkbar, in der Gas verunreinigungen an wechselweise beaufschlagten Wärmeübertragungsflächen ausgefroren und sublimiert werden müssen.

Es ergibt sich somit, daß es bisher noch nicht gelungen ist, einen Plattenwärmeaustauscher zu konstruieren, der auch bei einem großen Druckunterschied der wärmeaustauschenden Medien einfach und stabil hergestellt werden kann und der gleichzeitig für einen Umkehrbetrieb geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckfesten Plattenwärmeaustauscher zu schaffen, der aus im wesentlichen einheitlichen Einzelelementen zusammengesetzt ist und bei dem eine Mehrzahl von Medien in Wärmeaustausch gebracht werden kann, wobei die einzelnen Strömungsquerschnitte beliebig vertauschbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche Platten einheitlich mit gleichmäßigen Wellungen versehen und unmittelbar aufeinandergelegt sind, wobei die Wellung jeder Platte gegenüber

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jeder benachbarten um eine halbe Wellenlänge verschoben ist, so daß zwischen sämtlichen Platten gleichförmige Strömiingsquerschintie gebildet werden. ·

Der erfindungsgemäße Plattenwärmeaustauscher besteht, demnach aus Platten, die alle einheitlich mit gleichmäßigen Wellungen versehen sind. Sämtliche Platten sind unmittelbar ohne Abstandselemente zu einem Plattenstapel aufeinandergelegt, so daß sich immer Wellenberge und Wellentäler von benachbarten Platten berühren. Diese Anordnung wird auch erreicht, wenn die Wellung jeder Platte gegenüber jeder benachbarten um eine halbe Wellenlänge verschoben wird. Mindestens an den Berührungsflächen der Randzonen sind die Platten gasdicht miteinander verbunden. Nachdem sich die Platten an allen Weilenbergen und Wellentälern gegenseitig berühren, stützt eine Platte die andere in dem Plattenstapel ab, wobei keine Abstandshalter zwischen den Platten erforderlich sind. Auch bei einem großen Druckunterschied der wärmeaustauschenden Medien können daher die Platten nicht deformiert werden. Außerdem ist ein Schwingen der Platten im Plattenstapel auch bei einem Druckstoß nicht möglich.

Erfindungsgemäß werden zwischen -.sämtlichen Plattengleichförmige Strömungsquerschnitte gebildet, so daß die Strömuhgsquerschhitte der

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einzelnen wärmeausbiuscheuden Medien bei einem Umkehr betrieb, !>·■ t-oiulers bei der Gasiviiiieuiiii durch: tiefe -Temperaturen, bt-üt-big ■-■* ι tauscht, werden können.

Die Wellungen der Platten können sinusförmig-ausgebildet sein, wtht j die WeÜung jeder Platte gegenüber jeder benachbarten um eint¹ ha Ibt Wellenlänge verschoben ist. Da die Berührung benachbarter,, srniib förmiger Plattenwellungen linienförmig ist, kann bei ein.-r großen Druck differenz der wärmeaustauschenden Medien eine Verfnrinun^sgefahr elf r einzelnen Platten bestehen, besonders dann, wenn diese nur an den Ht rührungsflachen der Randzonen miteinander verbünden sind.

Vorteilhafterweise haben daher die Wellungen einen Querschnitt in-Form eines an der breiten Basis offenen Trapezes. Die Berührungsflächen benachbarter Plattenwellungen werden dabei durch die schmale Basis der Trapeze gebildet, so daß sich jede Platte gut an jeder benachbarten Platte abstützen kann» Außerdem bieten die relativ breiten Berührungsflächen eine gute Möglichkeit einer Lot- bzw. Klebverbindung der Plattenwellungen. Platten mit trapezförmig ausgebildeten Wellungen ergeben aufeinandergelegt einen Plattenstapel mit sechseckigen Waben, wobei zwischen sämtlichen Platten gleich große bienenwabenf örmige

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Si rnmun^squersfhiviilf gebildet werden, wenn die von je ?.\W- ι rrapi·/·· -, AUh^mnii'tigt'Kct/.ion Sef'hsecke gleichseitig ausgeführt sind;

'Mveikmaßigerweise sind die Platten nicht nur an den der Rand/.onen, sondern an sämtlichen Berührungsflächen'mil ilen -.ben^chb.Trlen Platten gasdicht, verbunden. Durch diese Mäßnährtu \\ivd ■ erreicht;- daß sieh die einzelnen Platten des Plattenstapels■-nieIvI. hifht bewegen und kaum mehr durchbiegen können» was die Bfuekfeshalu ii des PlatteiiAvärmeaiistauschers erhöht. Außerdem werden dadurch du-Stromungsquerschnitte zwischen den Platten* in abgedichtete Langskanüle unterteilt, so daß eine Strömung schräg oder quer zu den WeI-lungen zwischen den Berührungsflächen der Platten 'hindurch· axi-s-μ-.Γ-schlossen ist.

Die Platten können zusammengeschweißt oder zusammengelöt<-i sein. Mit Vorteil sind sie jedoch zusammengeklebt, weil es sehr einfach ist. vor dem Aufeinanderlegen der Platten zu einem Platten stapel auf alle Berührungsflächen einen geeigneten Klebstoff, vorzugsweise ein wärme aushärtbares Harz, aufzutragen. Aus Sicherheitsgründen können die Berührungsflächen der Randzonen der_PJatten versehweißt sein.

Bei Verwendung von Klebstoffen bestimmter Zusammensetzung kann bei Berührung mit hohen. Sauerstoffkonzentrationen, insbesondere mit flüssigem Sauerstoff eine Oxydation des Klebstoffs auftreten. Es empfiehlt sich daher, in solchen Fällen die Platten durch

Ultraschallschweißung zu verbinden. ¹ 009813/09T5

Die Platten haben zweckuiaßigerweise eine Reehteckform, damit die Strömungskanäle zwischen den Platten und die Verweilzeit der wärmeaustauschenden Mtdim lang werden. Dabei weisen die Platten an ihren Schmalseiten einen nichUgewellten Ein- und Ausströmbereich und einen für sämtliche Platten gleichen, gewellten Mittelteil auf. Ein- und Ausströmbe reich können so angeordnet sein, daß sie die Strömung eines wärmeaustausehenden Mediums um 90 umlenken, d.h. daß zwischen den Platten ein U-förmiger Strömungsweg gebildet wird. Zuführung und Abführung, des Mediums befinden sich dann an einer Längsstirnseite des Plattenwärmeaustauschers. Ein- und Ausströmbereich können auch so angeordnet sein, daß sie die Strömung zweimal in der Art um 90 umlenken, daß zwischen den Platten ein Z-förmiger Strömungsweg entsteht. Zuführung und Abführung eines Mediums sind dabei an zwei gegenüberliegenden Längsstirnseiten des Plattenwärmeaustauschers. Schließlich können Ein- und Ausströmbereich noch so angeordnet sein, daß die Strömung nicht umgelenkt wird, d. h. daß zwischen den Platten ein geradliniger Strömungsweg gebildet wird. Zuführung und Abführung eines Mediums befinden sich dann an den zwei schmalen gegenüberliegenden Stirnseiten des Plattenwärmeaustauschers. Nachdem der gewellte Mittelteil für alle Plattenarlen gleich ist, besteht eine Kombinationsmöglichkeit der verschiedenen Plattenarten untereinander,

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wobei sieh die Zuführung«- und Abführungsleitungen der Medien mit ihren Sammelkammern an allen vier Stirnseiten des Plattenstapels befinden können, um in. einem "einzigen Plattenwärmeaustauscher möglichst viele Medien in Wärmeaustausch zu bringen.

Ein- und Ausst'römbereich der P Litt en sind nicht gewellt und bei einer großen Druckdifferenz der warmeaustauschenden Medien besonders einer Verformungsgefahr ausgesetzt Erfindungsgemäß sind daher diese an den Schmalseitender rechteckigen Platten gelegenen Zonen mit abgeplatteten Warzen versehen, die abwechselnd erhaben bzw. vertieft angeordnet sind, Die einander zugewandten Warzen benachbai?ter Platten stützen diese gegenseitig ab und werden an ihren durch die Abplattung relativ großen Berührungsflächen miteinander verklebt. Die miteinander verbundenen Warzen werden von der Strömung umspült und trägen durch Bildung von Turbulenz zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei.

Es besteht auch die Möglichkeit, daß Ein- und Ausströmbereich der Platten mit Bohrungen versehen sind, durch welche die Ein- und Ausströmung der wärmeaustauschenden Medien erfolgt. Dabei geschieht die Beschickung der Strömungskanäle in der Art, wie sie im Prinzip aus dem Heizkörper-Radiatorenbau bekannt ist.

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Um die Strömungsquerschnitte des Plattenwärmeaustauschers nach außen abzudichten, sind die Platten mit-am Rand eingepreßten, sich berührenden breiten Dichtungsflächen miteinander verklebt bzw. verschweißt, In die Lücken zwischen je zwei verbundenen, aufeinanderfolgenden Platten rändern des Plattenstapels können Profilleisten eingelegt sein, die dem Profil der Stirnseiten des Plattenstapels angepaßt sind. Die Spalten zwischen den Profilleisten müssen dabei verschweißt bzw. verklebt werden. Die Stirnseiten des Plattenwärmeaustauschers können auch aus einem Kamm bestehen, dessen Zähne in die Lücken zwischen je zwei verbundenen, aufeinanderfolgenden Plattenrändern geschoben werden. Sowohl die Profilleisten als auch die Kämme tragen erheblich zur Festigkeit und Dichtheit des ganzen Wärmeaustauschers bei Die Profilleisten und Kämme überdecken nicht die stirnseitigen Öffnungen der Ein- und Ausströmbereiche der Platten, sondern sie sind zur Begrenzung dieser Öffnungen mit nach außen weisenden Ansätzen versehen, an welche die Sammelkammern für die wärmeaustauschenden Medien geschweißt sind. Die Sammelkammern überdecken dabei die Ein- und Austrittsöffnungen des Plattenstapels.

Zur Erhöhung der Druckfestigkeit des Plattenwärmeaustauschers ist er an seinen zwei flachen Seiten von zwei dickwandigen Deckplatten begrenzt, deren dem Plattenstapel zugewandte Seiten glatt oder gewellt

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und tier PlatUvnwellung ii.^i pAft s\ Λ u i irivn äußere Seiten eben sind.

Erfindungsgemäß'können /im Vi ruroßoruug der Wärtnt-austauschflacho in die StrömungskanäLe Wärmt übertragungselemente eingeklemmt sein ζ B. federnde, berippte Blechstreifen,, dir-außerdem durchErhöhung der Turbulenz der Strömung. ?.u einer Verbesserung des Wärmeüberganges im PlattenwärmeaustauHPüer beitragen, Statt Rippen können diese Blechstreifen auch ausgeprägte Taschen aufweisen oder in ihrer Längsachse verdrillt sein

Die Platten des Ptattenwarmeanstauschers bestehen aus einem gut wärme leitenden und preßbaren Material wie Kupfer und Messing, vorzugsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, Das Plattenmaterial kann jedoch auch- Chromnickelstahlblech sein. ■

Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert- Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht von zwei aufeinanderzulegenden Platten des erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauschers;

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Fig. 2 eine Schrägansicht eines Plattenstapels mit vier aufeinanderfolgenden Platten der Art von Fig* I;

Fig 3 eine Schrägansicht eines anderen Plattenstapels mit vier aufeinanderfolgenden Platten;

Fig. 4 eine Schrägansicht eines weiteren Plattenstapels mit vier aufeinanderfolgenden Platten;

Fig. 5 ausschnitte weise einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher und

Fig. 6 eine Schrägansicht von Wärmeübertragungselementen der Fig, 5 .

Nach Fig. 1 besteht eine Platte 1 des Plattenwärmeaustauschers aus einem gepreßten, rechteckigen Blech. Die Platte 1 besitzt an ihrem Mittelteil parallele Wellungen 2, die einen Querschnitt in Form eines an der breiten Basis offenen Trapezes haben. Die Wellenberge 3 dieser Wellungen treten aus der Papierebene heraus. Außerdem weist die Platte 1 einen nicht gewellten Einströmbereich 4 und einen nicht ge -

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wellten Ausströniberr-icli f> auf Diese Bereiche sind mit p

Warzen 6 verseilt¹]! In >Um Rt nd der Platte 1 sind Dichtungsilachtii Ί 8, 9, 10 fingt preist, <irr mit den erhabenen Wellenbergen 3 der-vV» 1 hingen 2 in einer Ebene liegen

PUite 11 stellt die Platte 1 dar, wenn diese in ihrer Ebene um 180" ν _t _L dreht wird. Wird nun die Platte 11 in der gezeichneten Lage-auf die Platte 1 gelegt, so bildet sich zwischen diesen Platten ei α St römnnghquerschnitt ^m^ Unförmigem Strömungsweg. Dabei kommen die erhab;■-·■ -t-;; Diehtungsflächen 7_r 8_? 9, 10 der Platte 1 mit entsprechend nicht erhaU-i--Dichtungsfiächen 12, 13, 14, 15 der Platte 11 in Berührung und werden miteinander gasdicht verbunden. Außerdem berühren die erhabenen Wellenberge 3 der Platte 1 die Wellentäler 16 der Platte 11, so,--daß sieh sechseckige Strömungskanäle bilden, die in Fig. 5 zu sehen sind. Die Warzen der Ein- bzw. Ausströmbereiche 4 bzw. 5 sind so angeordnet, daß immer eine erhabene Warze der Platte 1 mit einer vertieften Warne der Platte Il in Berührung kommt, Die Platten 1 und 11 werden an alleu Be rührungsflächen miteinander verklebt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Platten ist es möglich, diese unmittelbar ohne, Abstands halter aufeinander zu legen, wobei trotzdem alle Strömungskanäle zwischen den We Ilungen 2 mit einem wärmeaustauschenden Medium beschickt werden können.

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Im l·-iiipw.-'l ilt r Fit 1 .M. ι it i-aehdem Platte Il auf Pl.in»- 1 ^ it ι ·, ^; t in ι ι st>. - .Mi .IiUiU "'" in . "■· .-i.-n\st itige EintrittsnffnuKu 1ί.'- :-"-.« !. Platten fin, ιιηΐϊ-η nun unter F rhnhüng der Turbulenz, und de- VV .irine \, ganges die zusammengeklebten Warzen 6, durchströmt nach » ιiu r lan

lenkung um 90 -die" sechseckigen Kanäle zwischen den Welluii^tu 2 und str'unt nach einer noctnnalmHu Umlenkung um 90 aus c;iiier Mfirxi^f-iiu;· ·. Austritt soff mini: 19 > vusi tifii den Pl.itten aus. Ein zweites Mt-dnun 2'U k ,1. ζ B. im Gegenstrom zum Mtdium 17 strömen und durch die Pl ittf 11 hindurcli mit diesem im Wärmeaustausch stehen. Beim Mediiim'-2Ö \»: findtnsich die Eintrittsöffnung 21 und die Austrittsöffnung 22 an! ώ r μπ genüberliegenden Stirnseite der aufeinandergelegten Platten als» beim Medium 17.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie man durch Aufeinanderlegen vun Voltkuniiw· ι gleichen Platten 25, 26, 27, 28 einen Plattenstapel erhalten kann Dabei ist jede zweite Platte-in ihrer Ebene um 180 verdreht, so ddß die Platt S und 27 sowie die Platten 26 und 28 im Plattenstapel jeweils die gleiche Lage.einnehmen. Beim Aufeinanderlegen der Platten 25 und 26 kommen die Randflächen 29, 30_; 31, 32 der Platte 26 mit den Randflachen 33, 35, 36 der Platte 25 in Berührung. Die Wellentäler 16 der trapezfrrmiLf η Wellungen 2 von Platte 25 kommen mit den Wellenbergen 3 der Wellungt ri 2

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von Platte 26 zur Anlage, ."wodurch zwischen den Platten sechseckige Strömungskanäle gebildet werden. Die nicht gewellten Ein- und Ausslröm bereiche 4 und 5 der Platten sind bei einer großen Druckdifferenz der wärmeaustauschenden Medien besonders einer Verformungsgefahr aus ge- setzt und erfindungsgemäß mit Warzen versehen, die abgeplattet und abwechselnd erhaben bzw. vertieft angeordnet sind, wobei z. EL die erhabene Warze 37 der Platte 26 mit der vertieften Warze 38 der Platte 25 in Berührung kommt. Durch diese Ausbildung der Platten wird ermöglicht, daß jede Platte die benachbarte Platte an den vielen Berührungsstellen abstützt, wodurch sich in einfachster Weise ein druckfester Platt enstapel eines Plattenwärmeaustauschers ergibt. Dabei sind die Platten an sämtlichen Berührungsflächen, nämlich an den eingepreßten Randf lachen, Wellenbe rgen und Wellentälern und an den einander zugewandt en, abge platteten Warzen miteinander verklebt. .

Es kommen immer jeweils einander zugewandte Randflächen der Platten zur Anlage, z, B, Flächen 29 und 33 der Platten 26 und 25 und Flächen 39 und 40 der Platten 28 und 27. In die Lücken zwischen je zwei" verbundenen, aufeinanderfolgenden Plattenrändern des Plattenstapels, z. B, in die Lücke 41 zwischen den Platten 26 und 27, sind Profilieisten oder Kämme eingelegt, die dem Profil der Stirnseiten des Plattenstapels angepaßt sind,

BADORiQlNAL

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In Fig. 5 sind solche Profilleisten 91 dargestellt, die in die.Lücken r-iru r Längsstirnseite eines. Plattenstapels gelegt sind. Die SPaUe¹¹ZWiSChCIi d< i· Profilleisten sind dabei an der Außenfläche verklebt. Diese Profilierst en tragen erheblich zur Festigkeit und Dichtheit des ganzen Wärmeaustauschers bei.

Eine nicht dargestellte Profilleiste, die in die Lücke zwischen den linken Rändern der Platten 25 und 26 gelegt wird, laßt an der linken Stirnseite des Plattenstapels für das eine wärmeaustauschende Medium 42, das zwischen den Platten 25 und 26 strömt, eine Eintrittsöffnung 43 und eine Austrittsöffnung 44 frei. Das andere wärmeaustauschende Medium 45 strömt durch die an der rechten Stirnseite des Plattenstapels befindliche Eintrittsöffnung 46 und Austrittsöffnung 47 zwischen den Platten und 27 im Gegenstrom zum Medium 42. Diese Strömungswege wiederholen sich abwechselnd zwischen sämtlichen Platten des Plattenstapels. Die in Fig. 2 nicht dargestellten Profilleisten bzw. Kämme weisen zur Begrenzung der stirnseitigen Ein- und Austrittsöffnungen nach außen weisende Ansätze auf, an welche die Sammelkammern für die wärmeaustauschenden Medien geschweißt sind.

Die Strömungsquerschnitte der Medien 42 und 45 können ohne weiteres

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bei einem Umkehrbetrieb .vertauscht werden, da die Querschnitte zwi.sc-li* η sämtlichen Platten gleich groß sind. In dem in Fig. 2 dargestellten Pl ^m- = stapel können vorzugsweise zwei Medien in Wärmeaustausch gebracht werden, wobei der Plattenwärmeaustauscher an der Iitikeh Stirnseite zwei Samnielkammern für das Medium 42 und an der rechten Stirnseite ebenfalls zweiJSammelkanimern für das Medium 45 erhalten muß

In Fig. 3 ist ein Plattenstapel der Platten 50, 51, 52, 53 gezeigt, die zusammengesetzt einen Plattenwärmeaustauscher ergeben, mit dem drei verschiedene Medien in Wärmeaustausch stehen können. Die Platten bestehen dabei grundsätzlich wie die Platten der Fig. 1 und 2 aus einem trapezförmig gewellten Mittelteil und einem nicht gewellten, mit Warzen versehenen Ein- und Ausströmbereich. Beim Aufeinanderlegen der Platten 50 und 51 kommen die eingepreßten Handflächen 54, 55, 56, 57 der Platte 50 mit den Randflächen 58, 59, 60, 61 der Platte 51 in Berührung} ebenso berühren sich die Wellungen und Warzen in derselben Weise wie bei den Platten der Fig. 1 und 2. Nach dem Zusammenkleben der Platten 50 und 51 bildet sich zwischen den.Platten ein U-fÖrmiger Strömungsweg für ein erstes Medium 62, das in eine Eintrittsöffnung einströmt und aus einer Austrittsöffnung 64 ausströmt. Die Randflächen der Platte 51 sind so ausgebildet, daß sich zwischen den Platten 5,1 und

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nach dem Aufeinanderlegen ein geradliniger Strömungsweg.ergibt-. Di bei kann ein zweites Medium 65 in eine Eintrittsöffnung 66 einsU-ome-n., welche sich an der unteren, schmalen Stirnseite der Plattenstapel befinde^ und im Gegenstrom zum Medium 62 den Strömungsraum zwischen Platte 51 und 52 durch eine gegenüberliegende Austrittsöffnung 67 wieder verlassen. Die Platte 50 entspricht der Platte 25 bzw. 27 der Fig. 2, während die Platte 53 im Vergleich zurr Platte 52 im Plattenstapel in ihrer Ebene um 180° verdreht ist. Der sich zwischen den Platten 52 und 53 bildende Strömungsquerschnitt kann von einem dritten Medium im Gleichstrom zum Medium 65 durchströmt werden. Zwischen der Platte 53 und einer im Plattenstapel folgenden, nicht mehr gezeichneten Platte, die wie Platte 52 bzw, 50 ausgebildet ist und deren Lage hat, ergibt sich ein Strömungsquerschnitt wieder für das erste Medium 62

Ein aus dem Plattenstapel der Fig. 3 aufgebauter Plattenwärmeaustau scher kann z. B-. bei der Luftzerlegung zum Wärmeaustausch von Luft, Sickstöff und Sauerstoff verwendet werden, wobei zweckmäßigerweise das erste Medium 62 Luft, das zweite Medium 65 Sauerstoff und das dritte Medium 68 Stickstoff ist. Nachdem die Strömungsquerschnitte zwischen sämtlichen Platten erfindungsgemäß gleich groß sind, können Medium 62, z.B. Luft, und Medium 68, z.B. Stickstoff, bei einem Umkehrbetrieb ohne weiteres vertauscht werden. ^₁.,.,,.

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Das Einlegen νοίί Profilieisten in-die"Lücken·"der Stirnseiten des RIaUr⁵H-Stapels* geschieht in der gleichen Weise und zum gleichen· Zwerte wie beim beschriebenen PlaUenstapel der Fig. 2. Der Plattenst«ipel:clei·. . Fig. 3 benötigt je zwei Sänttneikainmerft fur die Medien 62 bzw, 68 an seiner rechten bzw; linken Stirnseite und für das Medium 65 je eine μ , Sammelkammer an seiner untereiiund oberen Stirnseite, Wenö diese.r; ■- ■ PlattenstapM'PlatteneMhSit, die im Gegensatz zur Platte 51 di^ Ein- .

und Aust rittsöffnting statt auf der linken auf der rechten -Seite haben/ was'durch Verdrehen der Platte-51 in ihrer Ebene um 180 erreicljt wird, so lassen sich vier Medien in Wärmeaustausch bringen, z. B>. L.uft. Sticli stoff, Säuerstoff und arizuwärmendes Turbinengas für eine Tieftempera- tür-Expansionsturbine. Ein derartig-aufgebauter Plattenstapel benötigt . dann ächt'Sämnielkamnierii, je zwei an den beiden langen Stirnseiten und je zwei an den beiden schmalen Stirnseiten,

In Fig. 4 isfäin Plattenstapel mit den vier Platten 70, 71_r 72, -73. dargestelltjwobei die Platten 70und 72 und die Platten 71 und 73 in Form und Läge identisch sindw Bas unmittelbare Aufeinandelrlegen der Platten und die Bildung von Stfömüngsquerschnitten geschieht im Prinzip in derselben Art" wie bei dem in Fig. 2 beschriebenen PlattenstapeL Die trapezformigeri Wellungen; 2 sind aus der Papierebene erhaben gezeichnet,

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Ao

Die Randflächen 74, 75, 76, 77 der Platte 71 kommen mit entsprechenden Randflächen der Platte 70 in Berührung, so daß zwischen diesen Platten ein U-förmiger Strömungsweg gebildet wird, der eine Eintrittsöffnung 78 und eine Austrittsöffnung 79 für ein erstes Medium 80 hat. Zwischen den Platten 71 nid 72 entsteht beim Aufeinanderlegen ein geradliniger Strömungsquerschnitt, der nach außen durch die in Platte eingepreßten Randflächen 81 und 82 abgedichtet ist und in dem ein zweites Medium 83 von unten nach oben im Gegenstrom zu Medium 80 strömt. Zwischen den Platten 72 und 73 strömt wieder das erste Medium und zwischen der Platte 70 und einer davorliegenden, nicht gezeichneten Platte das zweite Medium 83.

Ein Plattenwärmeaustauscher, der aus dem in der Fig. 4 gekennzeichneten Plattenstapel besteht, ist gut als Verdampfer-Kondensator geeignet, der z.B. bei der Luftzerlegung in der Obersäule eines Doppelrektifikators angebracht ist. Dabei werden durch ein zentrisches Rohr aus der Untersäule aufsteigende Stickstoffdämpfe dem einen Querschnitt des Plattenwärmeaustauschers zugeleitet und als erstes Medium 80 kondensiert und im anderen Querschnitt, der an der unteren und oberen Stirnseite des Wärmeaustauschers offen ist, flüssiger Sauerstoff als zweites Medium 83 verdampft.

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Bei Verwendung eines Klebstoffes,,. der teei Beruhrang:mit flüssigem Sauerstoff zu.einer- Oxydation neigt, sind immer die zwei Flat ten. durch Ul tra-söteallschweißiang miteinander verbunden, welche zwischen sich einen Sferömxingsquerschnltt für Sauerstoff einsehlieSeni im Beispiel' der· Figur ^ alte:o die Platten 71 und 72. Die Platten 70 und 71 bzw. 72 und 73 können dagegen mit herk-ömmlichen Methoden lriiteinahder verbunden werden. "'-"■■-

Fig. 5 zeigt aussehnittsweise den erfindungsgemäßen Platte'nwärnieaustauscher im Schnitt, der durch den geweillten Mittelteil der Plattem; gelegt ist. Die Wellungen haben einen Querschnitt in Form eines an der breiten Basis offenen Trapezes^ wobei immer die Wellenberge einer unteren Platte mit den Wellentälern einer: darüber liegenden: Platte in Berührung kommen und an diesen Stellen zusammengeklebt sind. Die Strömungsquerschnitte zwischen den Platten setzen sich aus sechseckigen Kanälen 90 zusammen, wobei das Sechseck auch gleichseitig sein kann mit einer "Seitenlange- von vorzugsweise 3 mm. In die Lücken zwischen je zwei verklebten, aufeinanderfolgenden Plattenrändern des Plattenstapels sind Profilleisten 91 eingelegt, die dem Profil der Stirnseite des Plattenstapels angepaßt sind und dem ganzen Wärmeaustauscher Festigkeit und absolute Dichtheit verleihen. Der Plattenstapel ist an jeder der beiden flachen Seiten von einer dickwandigen Deckplatte 92 begrenzt, deren dem Plattenstapel zugewandte Seite der Wellung der anschließenden Platte angepaßt ist.

Zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche können in die sechseckigen Strömungskanäle 90 Wärmeübertragungselemente 93, 94 eingeklemmt sein, welche in Fig. 6 groß dargestellt sind. Diese Elemente bestehen aus federndem Blech, deren Höhe der lichten Weite der Kanäle 90 der

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Fig. 5 entspricht. Zur Erhöhung der Turbulenz der Strömung und Verbesserung des Wärmeüberganges besitzen die Wärmeübertragungselemente 93, 94 aus ihren Blechwänden ausgeprägt^ Taschen 95, 96.

Der Fortschritt durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher sei an Hand von Z ahlenbeispielen weiter erläutert.

Bei einem Plattenwärmeaustauscher mit Strömungskanälen, welche die Form von gleichseitigen Sechsecken haben, ergeben sich beispielsweise bei einer Sechseckkantenlänge c von 3 mm und bei einer Wandstärke s der Platten von 0,3 mm,, bzw. bei c = 2 mm und s = 0,2 mm folgende Werte:

c = 3 mm c«2 mm

s = Ο, 3 mm s = 0,2 mm

Passagenhöhe

Zahl der Rippen pro m Plattenbreite hydraulischer Durchmesser relatives Leervolumen _t

freier Durchflußquerschnitt pro m Platteribreite und pro Passage

2, 6 mm 111

5,2 mm 86,2%

0,00215 m'

1, 73 mm 166

3,5 mm 86,2%

. 0,^0102, m²

BAP ORlQINAL

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primäre Oberfläche pro m Platten- ₁ „„ 2 , „2

ι. ·χ "tu Lt ι·· j 1,33 m 1,33 m

breite, pro Plattenlange und ' '

pro Passage

Rippenoberfläche pro m Plattenbreite, _{n ß7} 2 _{n ß}„ 2

_,,,,,.. j „ υ, ο ι m υ, ο ι m

pro m Plattenlange und pro Passage ' '

2 3 2 3

Raumvolumen pro 1 m Heizfläche 0, 00145 m /m 0, 00097 m /m

2 2

Gewicht pro 1 m . Heizfläche 0,54 kg/m 0,36 kg/m

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Claims

2. Nov. 1967 H 383

Patent ansprüche

1.) Plattenwärmeaustauscher mit mehreren, für mindestens zwei Medien als Wärmeaustauschflächen dienenden Platten, die parallele Wellungen besitzen und mindestens an den Berührungsflächen der Randzonen gasdicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Platten einheitlich mit gleichmäßigen Wellungen (2) versehen und unmittelbar aufeinandergelegt sind, wobei die Wellung jeder Platte gegenüber jeder benachbarten um eine halbe Wellenlänge verschoben ist, so daß zwischen sämtlichen Platten gleichförmige Strömungsquerschnitte gebildet werden.

2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen sinusförmig ausgebildet sind.

Dr. Seh/Je

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3.Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (2) einen Querschnitt in Form eines an eier breiten Basis offenen Trapezes haben.

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4. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte an sämtlichen Berührungsflächen mit jeder benachbarten Platte gasdicht verbunden ist.

5. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daL a,, , i: ten zusammengeklebt sind.

6. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge- , kennzeichnet, daß die Platten einen nicht gewellten Ein- und Ausström bereich (4, 5) und einen für sämtliche Platten gleichen, gewellten Mittelteil aufweisen.

7. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Ausströmbereich so angeordnet sind, daß zwischen den Platten ein U-förmiger Strömungsweg gebildet wird.

BAD H 383

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8. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Ausströmbereich so angeordnet sind, daß zwischen den Platten ein Z-förmiger Strömungsweg entsteht!

9. PlattenwärmeäusVaüseher nach Anspruch 6; dadurcfi gekennzeichnet, daß Ein- und Ausströmbereich so angeordnet sind, daß zwischen den Platten ein geradliniger Strömungsweg gebildet wird.

10. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ein-und Ausströmbereich der Platten mit abgeplatteten Warzen (6, 37, 38) versehen sind.

11. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Äüsströmbereich der Platten mit Bohrungen versehen sind, durch welche die Ein-und Ausströmung der wärmeaustauschenden Medien erfolgt.

12. Platteriwärmeaustauscher nach den Ansprüchen Ibis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich zwischen den Platten Profilleisten (91) eingelegt sind.

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13. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seine Stirnseiten aus einem Kamm bestehen.

14. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in die Strömungskanäle (90) zwischen den Platten Wärmeübertragungselemente (93, 94) eingeklemmt sind.

15. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungselemente (93, 94) aus federndem Blech bestehen, deren Höhe der lichten Weite der Kanäle (90) entspricht.

16. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungselement (93) trapezförmig ausgebildet ist.

17. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungselement (94) wellenförmig ist.

18. Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet,, daß die Blechwände der Wärmeübertragungselemente (93, 94) ausgeprägte Taschen (95, 96) aufweisen.

19. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet daß Je zwei Platten durch Ultraschallschweißung miteinander

Verbunden sind.
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