DE1751393A1 - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-INQ. FRITZ THIELEKE DR.-INQ. RUDOLF DÖRING DR. JOACHIM FRICKE

BRAUNSCHWEIG - MÜNCHEN

The A.P.V, Company Limited

Manor Royal
Crawley, Sussex, England

Plattenwärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem Stapel von Platten, die Fläche an Fläche in einem üahmen angeordnet sind und durch Umfangsdichtungen begrenzte Strömungsräume zwischen benachbarten Platten aufweisen, bei dem jede Platte wenigstens bereichsweise mit wellenförmigen Verformungen versehen ist, deren Längsrichtungen zu einer Normalen zur Plattenseitenkante geneigt verlaufen und die sich bei jeweils benachbarten Platten kreuzen und jeweils zwischen Kronenabschnitt und Bodenabschnitt der V/ellungen an Kreuzungspunkten zur gegenseitigen Abstützung in Berührung stehen.

Bei der Gestaltung von Platten zur Verwendung in Plattenwärme tauscher hat man unter anderem folgende Ziele im Auge:

a) innerhalb der Umfangsdichtung soll die Platte ausreichend steif sein, um Widerstand gegen Strömungsmitteldruck differenzen auf den beiden Seiten zu bieten. Durch entsprechende Verformung kann auf diese Weise dünnem Material die Fähigkeit gegeben werden, hohen Unterschiedsdrücken zu widerstehen, wobei zu beachten ist, daß je dünner das Material ist, umso geringer der Widerstand dee Materials gegenüber der Wärmeüberführung ist.

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b) Durch entsprechende Anwendung einer bestimmten Strömungsraumform oder eines entsprechenden %ndverlaufs soll der Wärmeübergang gefördert und gleichzeitig der Aufwand an Energie herabgesetzt werden, der erforderlich ist, um das Strömungsmittel durch den Strömungsraum hindurchzudrücken.

c) Die Plattenform soll so gewählt werden, daß sie mit Werkzeugen von sehr einfachem und wenig komplexem Aufbau und daher mit geringen Kosten gepreßt werden können.

Unter Beachtung des Punktes a) ist darauf hinzuweisen, daß man üblicherweise eine Reihe von identischen Wellungen in dem Plattenblech erzeugt. Bezüglich der Werkzeugherstellung erstrecken sich die Wellungen normalerweise kontinuierlich über die ganze Breite der Platte oder wenigstens kontinuierlich über eine merkliche Länge unter einem entsprechenden V/inkel, der von einem 9O°-Winkel gegenüber der Plattenkante abweicht. Auf diese Weise wird die Platte in einer Richtung senkrecht zu den Wellungen versteift, ist jedoch Entlang der Wellungen relativ schwach.

Bei einer besonderen Ausführungsfora eines Wärmetauschers sind die Wellungen der Platten gegen Senkrechten auf den Kanten der Platten geneigt, wobei einander abwechselnde Platten Wellungen aufweisen, die entgegengesetzte oder umgekehrte Neigung haben, so, daß sich die Wellungen kreuzen und an den Kreuzungspunkten eine gegenseitige Abetütsung zwischen den Platten bieten. Die

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Wellungeii können sich normalerweise vollständig quer über die Platte erstrecken, können jedoch falls erwünscht, auch ihre Richtung ändern, beispieisweise im Bereich der Mittellinie oder an einer vorbestimmten Anzahl von Zwischenstellen.

Bei einein solchen iVärinetauscher erfolgt die Strömung der Strömungsmittel durch die jeweiligen Strömungsräume in Form von Strömen, welche sich wiederholt unterteilen im Bereich der Kreuzungspunkte und hinter diesen Kreuzungspunkten wieder vermischen.

lis ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Flattenwärmetauscaoj der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die Steifigkeit der Y/ellungcn weiter erhöht wird und gleichzeitig ein Strömungsmuster erzeugt wird, welches das !.tischen der einzelnen und wiederholt unterteilten Ströme wesentlich erleichtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Kronenabschnitten und/oder den Bodenabschnitten der Wellungen begrenzte Bereiche verminderter Höhe bzw. verminderter Tiefe zwischen den ßeruhrungsstellen benachbarter Platten vorgesehen sind. Auf diese Weise wird der kontinuierliche Verlauf der einzelnen Wellungen unterbrochen, wodurch sich eine entsprechende Verbesserung im Widerstand gegen Biegen der Platte ergibt. Gleichzeitig wird der Strömungswegquerschnitt in den Bereichen geändert, in denen die Strömungsmittel der erneuten Vermischung unterworfen werden, wobei diese änderung dazu führt, daß die Vermischung be-

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nachbarter Ströme wesentlich rascher und inniger erfolgt.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß die begrenzten Bereiche verminderter Höhe bzw. verminderter Tiefe mittels Preßformen erzeugt sind, die in den die Wellungen erzeugenden Formabschnitten ausgeschnittene Bereiche aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine einzelne Platte eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung, der außerdem zwei Teile des Rahmens des Plattentauschers erkennen läßt.

Fig. 2 zeigt im vergrößerten Maßstabe und schematischer Darstellung die Draufsicht auf zwei Abschnitte von zwei übereinanderliegenden Teilen, die teilweise weggebrochen dargestellt sind, um die Verhältnisse besser zu veranschaulichen.

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie IH-III nach Fig. Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV derFig. 2.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der beiden Platten nach Fig. 2.

Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie VI-VI der Fig.2.

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- 5 Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII der Fig.

Fig. 8 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie VIII-VIII nach Fig. 2, wobei die zusätzlichen Wellungen weggelassen sind.

Fig. 9 ist ein Schnitt ähnlich dem nach Fig. 8, wobei die zusätzlichen Wellungen eingefügt sind.

Fig. 10 und 11 sind schließlich gegeneinander versetzte Querschnitte durch die Platten während der Pressung.

Fig. 1 zeigt eine einzelne Platte 1 mit Ausnehmungen 2 an den Ecken, welche in Fluchtung mit ähnlichen Ausnehmungen in entsprechenden Platten stehen, um Durchgänge oder Kanäle für den Eintritt und den Austritt der Strömungsmedien zu bilden. Eine Umfangsdichtung 3 begrenzt die Kanten der Strömungsräume zwischen benachbarten Platten und überwacht außerdem die Strömung zwischen den Öffnungen. Es ist ersichtlich, daß der Strömungsmittelbereich mit Wellungen 4 ausgebildet ist, die unter einem Winkel von annähernd 30° gegenüber der Seitenrichtung und um etwa 60° gegenüber der Längsrichtung der Platten geneigt sind. Es ist weiterhin von Fig. I zu entnehmen, daß die Platte an einer oberen Stange 6 aufgehängt und am Boden durch eine Bodenstange 7 unterstützt wird, welche Stangen Teil eines Rahmens bilden, der einen Plattenstapel unterstützt.

Aus den Fig. 2 bis 5, in denen Teile von zwei benachbarten Platten 8 und 9 gezeigt sind, wird deutlich, daß diese Platten mehr schematisch wiedergegeben sind, wobei scharfe Winkel angedeutet sind, ins-

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besondere in den Fig. 3 und 4, welche in der Praxis selbstverständlich stärker gerundet sind. Ähnliche Bemerkungen treffen auch auf die Fig. 6 bis 11 zu.

Aus den Fig. 2 bis 5 wird deutlich, daß die Platten 8 und 9 mit Wellungen ausgebildet sind, in denen Vertiefungen 8a und 9a sowie Erhebungen 8b und 9b ausgebildet sind. Ls ist weiterhin ersichtlich, daß die Erhebungen 8b die Vertiefungen 9a an Punkten berühren, die in Fig. 2 mit 0 bezeichnet sind· Weiterhin ist ersichtlich, daß an den Stellen, die mit X bezeichnet sind, die Vertiefungen 8a und die Erhöhungen 9b jeweils die Erhöhungen bzw. Vertiefungen der benachbarten Platten berühren, die in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 wird deutlich, daß die Punkte 0 eine Berührung zwischen den benachbarten Platten 8 und 9 gleichzeitig eine Unterteilung des Stromes des Strömungsmittels ergeben, welcher zwischen den Platten fließt, wobei die sich ergebenden beiden Teilströme in der Fig. 6 als P und Q bezeichnet sind. Es wird angenommen, daß das Strömungsmittel in der Richtung über das Blech fließt, wie sie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Die Flüssigkeit gelangt damit nachdem sie den Abschnitt in Fig. 6 passiert hat, durch den Abschnitt, wie er in Fig. 7 angedeutet ist und gelangt dann in den Querschnitt des Strömungsraumes, wie er in Fig. 8 wiedergegeben ist. Es ist ersichtlich, daß die Wirkung des geneigten Verlaufs der Wellungen darin besteht, daß die Plattenverformungen sich gegenüber der

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Flüssigkeitsströmung in Strömungsrichtung seitlich verschieben, wobei in dem Querschnittsbereich, der in Fig. 7 wiedergegeben ist, die Teilströme P und Q noch getrennt sind, aber unmittelbar vor einer Vermischung stehen. Während der Zeit, die verstreicht, bis der Querschnitt nach Fig. 8 erreicht ist, wird die Vermischung vervollständigt und von diesem Funkt geht die Querschnittsveränderung wieder über in einen Querschnitt ähnlich dem nach Fig. 7, in welchem die Flüssigkeitsströme wieder erneut unterteilt werden, bis sie in einen Querschnitt ähnlich dem nach Fig. 6 wieder vollständig voneinander getrennt sind.

Um die Strömungseigenschaften zu verbessern, indem der Kontrast zwischen den Querschnittsformen nach Fig. 6 und 8 vermindert wird, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, Hilfswellungen einzuführen, welche die Hauptwellungen kreuzen, wie dies bei S und T in den Fig. 2,5 und 7 und 9 angedeutet ist. Die Hilfswellungen sind in Fig. 7 gestrichelt wiedergegeben, da sie in der Querschnittsebene nicht erscheinen, jedoch kurz hinter der Ebene beginnen. Die Wirkung dieser Hilfswellungen besteht darin, eine örtliche Verminderung in der Höhe der Erhebungen oder Kämme und der Tiefe der WeI-lungstäler zu erhalten. Die Folge davon ist, daß die Querschnittsänderungen, der die Strömung unterworfen ist, wenn sie durch den Strömungsraum zwischen den Platten strömt, nicht so ausgeprägt oder so abrupt sind, wie dies sonst der Fall sein würde.

Zusätzlich haben die Hilfswellungen S und T die Wirkung, daß sie die geraden Linien der Hauptwellungen unterbrechen, so daß sich der Widerstand der Platten gegen Biegen erhöht.

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Die Fig. 10 und 11 zeigen obere und untere Formen 10 und 11, zwischen denen die einzelnen Platten gepreßt werden. Fig. 10 veranschaulicht das Pressen der Hauptabschnitte der Wellungen einer einzelnen Platte 12, während Fig. 11 veranschaulicht, wie Teile der Formrippen der Formen 10 und 11 weggeschnitten sind, wie dies bei 13 angedeutet ist, um Bereiche von verminderter Höhe bzw. Tiefe im Bereich der Kronenabschnitte bzw. Täler der Hauptwellungen zu erzeugen. Diese Wirkung kann beispielsweise einfach dadurch erreicht werden, daß man die Formoberfläche entsprechend schlitzt, beispielsweise durch Verwendung eines geeigneten Schneidwerkzeuges, das quer über die Form geführt wird. Die Folge dieses Schlitzvorganges besteht darin, daß das Metall der Bleche durch die Werkzeuge in den geschlitzten oder genuteten Bereichen nicht voll verformt wird, sondern dazu neigt, einer mehr gekrümmten Verformung zwischen den Kanten der Schlitze zu folgen. Auf diese Weise werden Hilfswellungen ausgebildet, ohne daß es notwendig ist, komplexgeformte Stempel vorzusehen, um das Plattenmaterial in die Hilfsnuten zu pressen.

Ansprüche

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Claims (2)

1. Ansprüche

   l.J Plattenwärmetauscher mit einem Stapel von Platten, die Fläehe an Fläche in einem Rahmen angeordnet sind und durch Umfangsdichtungen begrenzte Strömungsräume zwischen benachbarten Platten aufweisen, bei dem jede Platte wenigstens bereichsweise mit wellenförmigen Verformungen versehen ist, deren Längsrichtungen zu einer Normalen zur Plattenseitenkante geneigt verlaufen und die sich bei jeweils benachbarten Platten kreuzen und jeweils zwischen Kronenabschnitt und Bodenabschnitt der Wellungen an Kreuzungspunkten zur gegenseitigen Abstützung in Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kronenabschnitten (8b,9b) und/oder den Bodenabschnitten (8a, 9a) der Hauptwellungen begrenzte Bereiche (T bzw. S) von verminderter Höhe bzw» verminderter Tiefe zwischen den Berührungsstellen (0,X) benachbarter Platten (8,9) vorgesehen sind.
2. 2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Platten mittels Preßformen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die begrenzten Bereiche verminderter Höhe bzw. Tiefe mittels Preßformen (10,11) erzeugt sind, die in den die Wellungen erzeugenden Formabschnitten eingeschnittene Bereiche (13) aufweisen.

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