DE2029781C3

DE2029781C3 - Heat exchangers made from sheet metal

Info

Publication number: DE2029781C3
Application number: DE2029781A
Authority: DE
Inventors: Gamal El Din 8033 Planegg Nasser; Hans Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Waldmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1974-07-18
Also published as: DE2029781A1; DE2029781B2

Description

, g,, g,

innersten Paar von Profilblechtafeln (31, 32; 33, 34) eine zumindest annähernd ebene Tafel geringer Stärke, wie in der Stärke einer Folie ange-. bracht ist. ■innermost pair of profiled sheet metal panels (31, 32; 33, 34) one at least approximately flat panel less Thickness as indicated in the thickness of a film. is brought. ■

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher aus im wesentlichen in gleicher Weise wellenähnlich verformten Blechtafeln, deren Ränder abwechselnd mit demThe invention relates to heat exchangers made of substantially similarly shaped waves Sheet metal, the edges of which alternate with the

dcnc Fluide in einer verfahrenstechnisch sehr günsti- 14, 15 der Blechtafel 3 sind mit den Rändern 16, 17 gen Weise miteinander in unmittelbaren Wärme- der Blechtafel 4 abdichtend verbunden. Der Abstand tausch zu bringen. In baulicher Hinsicht st dabei zwischen den Blechtafeln benachbarter P'attcnvon besonderem Vorteil, daß die einzelnen BIcchta- paare 2 und 3 bzw. 4 und 5 bzw. 6 und 7 ist durch fein im wesentlichen nur längs ihrer Ränder mitein- 5 zwischen ihre Ränder 12 und 14 bzw. 13 und 15 einander dichtend verbunden sein können, was für die gelegte Randdichtlcisten 18 bzw. 19 festgelegt und Herstellung des Stapels und für die Erhaltung sejner mittels in den Blechtafeln vorgesehener Sicken 20, inneren Dichtheit eine große Erleichterung darstellt. 21, 22, 23 über die gesamte Blechtafelfläche auf-Bci einer vorteilhaften Weitergcstallung sind die rechterhalten, indem sich z.B. die Wellenberge 24 eingelegten Blcchpaare in Strömungsrichtung an bei- io der Blechtafel 2 auf der Sicke 21 der benachbarten den Enden länger als die sie umgebenden Platten- Blechtafel 3 abstützen. Zwischen den Blechtafeln 2 paare und reichen bis zu stirnseitig angeordneten und 3 bzw. 4 und 5 entstehen durch diese Anordnung Verteil- und Sammelkasten für die mittigen Strö- wellenähnliche Strömungsquerschnittee 25, 25 a, 26, mungskanäle, und die Verteil- und Sammelkasten der 26 a. Mittels der Breite der Randdichtleisten 18, 19 peripheren Strömungskanäle Hegen zwischen diesen 15 und Höhe der Sicken 20, 21, 22, 23 ist die Breite der stirnseitigen Verteil- und Sammelkästen und breitsei- wellenähnlichen Strömungsquerschnittee festlegbar, tig angeordneten Verteil- und Sammelkasten für die Zwischen die spiegelbildlich zueinander angeordne-Strömungswege mit gewelltem Strömungsquer- ten Blechtafeln 1 und 2 bzw. 3 und 4 bzw. 5 und 6 schnitt. Damit isteine günstige und raumsparende ' bzw. 7 und 8 ist ein weiteres Plattenpaar aus in glei-Anordnung der an sich notwendigen Verteil- und »o ehe,- Weise wellenähnlich verformten Blechtafeln 31, Sammclräume möglich, ohne die Strörnungsverhält- 32 bzw. 33, 34 bzw. 35, 36 bzw. 37, 38 derart spienissc in den anderen Strömungswegen zu beeinflus- gelbildlich eingelegt, daß die parallelen, hier bislang sen. etwa rund fläch igen Strömungskanäle in je einen mit-Bci einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind tigen, hier etwa rundflächigen Strömungskanal kleidie mit Abstand benachbarten Blechtafeln gegensei- »5 neren Außmaßes 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 und tig auf zur Strömungsrichtung der mittigen Strö- in zwei dazu periphere, hier etwa halbringförmige mungskanäle quer verlaufenden Sicken abgestützt. Strömur.gskanäle 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 aufgeteilt Die Sicken haben dabei die Aufgabe, die mit Ab- sind, woraus drei verschiedene Strömungswege resulstand und um eine halbe Wellenlänge versetzt gegen- tieren.dcnc fluids in a process-technically very favorable 14, 15 of the sheet metal 3 are with the edges 16, 17 gen way with each other in direct heat of the sheet metal 4 sealingly connected. The distance to bring exchange. From a structural point of view, there are adjacent panels between the metal sheets particular advantage that the individual pocket pairs 2 and 3 or 4 and 5 or 6 and 7 is through fine essentially only along their edges with one another between their edges 12 and 14 or 13 and 15 with one another can be connected in a sealing manner, which is established for the laid edge sealing strips 18 and 19, respectively Production of the stack and for the maintenance of it by means of beads 20 provided in the metal sheets, inner tightness is a great relief. 21, 22, 23 over the entire sheet metal surface on-Bci In an advantageous further development, they are retained in that, for example, the wave crests 24 inserted pairs of blocks in the direction of flow on both the sheet metal 2 on the bead 21 of the adjacent one Support the ends longer than the sheet metal sheet 3 surrounding them. Between the metal sheets 2 pairs and extend up to those arranged at the front and 3 or 4 and 5 are created by this arrangement Distribution and collecting box for the central stream-wave-like flow cross-sections 25, 25 a, 26, flow channels, and the distribution and collecting box of 26 a. By means of the width of the edge sealing strips 18, 19 peripheral flow channels between these 15 and height of the beads 20, 21, 22, 23 is the width of the frontal distribution and collecting boxes and broad-wave-like flow cross-sections can be fixed, tig arranged distribution and collecting box for the flow paths arranged in mirror image to one another with corrugated cross-flow sheet metal sheets 1 and 2 or 3 and 4 or 5 and 6 cut. This is a cheap and space-saving 'or 7 and 8 is a further pair of plates in sliding arrangement the necessary distribution and »oehe, - way wave-like deformed metal sheets 31, Collecting spaces possible without the disruption of 32 or 33, 34 or 35, 36 or 37, 38 in such a way spienissc in the other flow paths inserted too influencingly that the parallel ones, here so far sen. approximately round flat flow channels in each one with-Bci Another advantageous development are term, here approximately circular flow channel clothes spaced apart metal sheets of opposite dimensions 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 and tig up to the direction of flow of the central stream in two peripheral, here approximately semicircular channels supported by transverse beads. Flow channels 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 are divided The corrugations have the task, which are with ab-, from which three different flow paths result and offset by half a wavelength.

überliegend angeordneten Blechtafeln in Lage zu 30 Damit eignet sich dieser Plattenwärmetauscher bei halten, so daß der gegenseitige Abstand benachbarter Beibehaltung aller dieser Wärmetauscherbauart cige-Blechtafein festgelegt ist. Bei dieser Anordnung ist es nen'Vorteile in besonders günstiger Weise als ummöglich, die einzelnen Strömungswege für Fluide mit tausch- und umkehrbarer Gegenströmer für Gasverschieden hohen Drücken vorzusehen. · oder Luftzerlegungsanlagen, bekannt unter dem Na-Bci einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist 35 men »reversing exchanger«, in dem die wellenähnlizwischen dem innersten Paar von Profilblechtafeln chen Strömungsquerschnitte 25, 25 a, 26, 26 a, in eine zumindest annähernd ebene Tafel geringer umschalt- und umkehrbarer Weise als Strömungs-Stärke, wie in der Stärke einer Folie, angebracht. Das wege für ein Rohgas oder Luft und für ein Restgas bringt eine Vergrößerung der Wärmetauschfläche mit oder ein Zerlcgungsprodukt, wie unreiner Stickstoff, sich und damit eine Intensivierung des Wärmeüber- 40 vorgesehen sind, während die rundflächigen Strögangs. Außerdem wirkt eine derartige Tafel ais eine mungskanäle 41 bis 48 als stetig in gleicher Richtung wie ein Zuganker wirkende Verfestigung eines aus gebrauchte Strömungswege für ein weiteres Zerleden spiegelbildlich einander zugeordneten BIcchta- gungsprodukt, wie reiner Sauerstoff vorgesehen sind, fein bestehenden Wärmetauschers. Auch können Die rundflächigen Strömungskanäle 41 bis 48 köneventuell zwei verschiedene Medien durch den nun- 45 nen auch bei Bedarf in einzelne Gruppen wie z.B. -mehr geteilten mittigen Strömungskanal strömen. 41, 42, 43, 44 bzw. 45, 46 bzw. 47, 48, für verschie-In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel eines dene Fluide, wie reiner Sauerstoff, reiner Stickstoff erfindungsgemäßen Wärmetauschers schematisch usw. unterteilt und wieder zusammengefaßt sein.
• dargestellt. Der wellenähnliche Ström'ingsquerschnitt 25 ist F i g. 1 und 2 zeigen im Querschnitt und im Seiten- 50 an einem seiner Enden durch eine Strömungsöffnung riß einen Ausschnitt aus dem Plattenstapel einqs er- 61 mit einem an der Breitseite des Plattenstapels anfindungsgemäßen Wärmetauschers mit der Anbrin- geordneten Sammelkasten 62 in Verbindung, in den gung von Sammelkasten für verschiedene Fluide an auch dem wellenähnlichen Strömungsquerschnitt 25 einem Ende des Plattenstapels. .gleichartige wellenähnliche Strömungsquerschnitte In F i g. 1 und 2 ist der Plattenstapel des Wärme- 55 25 α durch die Strömungsöffnungen 61 α und 61 b. tauschers gemäß der Erfindung aus in gleicher Weise einmünden. Der wellenähnliche Strömungsquerwellenähnlich verformten Blechtafeln 1,2, 3,4, 5,6, schnitt 26 ist durch eine Strömungsöffnung 63 an 7,8 zusammengesetzt. Dabei sind abwechselnd zwei der anderen Seite des Plattenstapels mit einem Sambenachbartc Blechtafeln 1,2 bzw. 3,4 bzw. 5,6 usw. melkasten 64 verbunden, in den auch weitere Ströspiegelbildlich zur gemeinsamen Berührungsebene 60 mungsöffnungcn 63 a aus gleichartigen wellenähnliaufeinandcrliegend und Plattenpaare bildend angcord- chen Strömungsquerschnilten 26a einmünden. Die net. Sie bilden zwischen sich einzelne parallele peripheren Strömungskanäle 52 und 53 vereinigen Strömungskanäle. Die benachbarten Blechtafeln bc- sich in einem Raum 65 und können wie die diesen nachbarter Plattenpaare 2 und 3 bzw. 4 und 5 gleichartigen peripheren Strömungskanäle 56, 57, die bzw. 6 und 7 usw. sind einander mit Absland und um 65 sich in einem Raum 58 vereinigen, durch Strömungscine halbe Länge versetzt gegenüberliegend angcord- öffnungen 59 bzw. 59 a in einen Sammelkasten 60 net. Die Ränder 10, 11 der Blechtafel 1 sind mit den führen. Die peripheren Strömungskanäle 54 und 55 Rändern 12 bzw. 13 der Blechtafel 2 und die Ränder vereinigen sich in einem Raum 66, der durch eineOverlying sheet metal sheets in a position of 30 This plate heat exchanger is therefore suitable for hold, so that the mutual distance between adjacent maintenance of all this heat exchanger design cige sheet metal sheet is fixed. With this arrangement, it is advantageous in a particularly favorable manner than impossible to provide the individual flow paths for fluids with exchangeable and reversible countercurrents for gas at different pressures. · Or air separation plants, known under the Na-Bci another advantageous embodiment is 35 men "reversing exchanger", in which the wave-like flow cross-sections 25, 25 a, 26, 26 a, between the innermost pair of profiled sheet metal sheets, are reduced to an at least approximately flat sheet switchable and reversible manner as flow strength, as in the strength of a film, attached. The path for a raw gas or air and for a residual gas brings an enlargement of the heat exchange surface or a decomposition product such as impure nitrogen itself and thus an intensification of the heat transfer is provided during the round-surface flow. In addition, such a panel acts as a flow ducts 41 to 48 as a solidification, continuously acting in the same direction as a tie rod, of a heat exchanger consisting of used flow paths for further dismantling that are mirror images of one another, such as pure oxygen. The round-surface flow channels 41 to 48 can possibly flow two different media through the central flow channel, which is now also if necessary in individual groups such as, for example, more divided. 41, 42, 43, 44 or 45, 46 or 47, 48, for various- In the figures, an embodiment of one of the fluids, such as pure oxygen, pure nitrogen, heat exchanger according to the invention is schematically divided, etc., and can be summarized again.
• shown. The wave-like flow cross section 25 is F i g. 1 and 2 show in cross section and in the side 50 at one of its ends through a flow opening torn a section from the stack of plates in connection with a heat exchanger arranged on the broad side of the stack of plates in connection with the collecting tank 62 arranged in the connection of collecting box for various fluids at also the wave-like flow cross section 25 at one end of the plate stack. Similar wave-like flow cross-sections in FIG. 1 and 2 is the plate stack of the heat 55 25 α through the flow openings 61 α and 61 b. Exchange according to the invention open out in the same way. The wave-like flow cross-wave-like deformed sheet metal sheets 1, 2, 3, 4, 5, 6, section 26 is put together by a flow opening 63 at 7, 8. Two of the other side of the stack of plates are alternately connected to a Sambenachbartc sheet metal panels 1, 2 or 3, 4 or 5, 6, etc. Angled flow cross-sections 26a open out. The net. They form between them individual parallel peripheral flow channels 52 and 53 combine flow channels. The adjacent metal sheets are located in a space 65 and, like the adjacent pairs of plates 2 and 3 or 4 and 5, similar peripheral flow channels 56, 57, the or 6 and 7, etc. are with each other and around 65 in one Combine space 58, offset angcord openings 59 or 59 a in a collecting tank 60 net, offset by flow cine half a length. The edges 10, 11 of the sheet metal 1 are with the lead. The peripheral flow channels 54 and 55 edges 12 and 13 of the metal sheet 2 and the edges unite in a space 66, which is through a

der Slrömungsöffining 67 entsprechende Strömlings- Schaltpcriodc gleichartig sind, so daß sich jederzeit Öffnung mit einem diesen Strömungsöffnungen 67 genau gleiche Strömungsbedingungen einstellen. In usw. gemeinsamen Sammelkasten 68 in Verbindung diesem Fall können die Strömungsöffnungen 59, 59 a steht. Die rundflächigen Stiömungskanälc 44 und der peripheren Slrömungskanälc 52, 53, 56, 57 und auch Ή und z. B. 47 und 48 und z. B. 71, 72, 73 sie- 5 die Strömungsöffnungen 63, 63 a der wcllcnähnlihen durch Strömungsöffnungcn 74 bzw. 75 mit chen Strömungsqucrscliniltc 26, 26a in einen gceiiiein Sammelkasten 76 und die rundflächigen Strö- meinsamen Sammelkasten münden oder die Sammclniiiugskanälc 41, 42 und 45, 46 und 81, 82 stehen kästen 60 und 64 miteinander in Verbindung stehen, mit SlrömungsölTiHingcn wie 83 mit einem weiteren Ebenso können die Strömungsöffnungen 67 der peri-Samnielkastcn 84 in Verbindung. io pheren Strömungskanälc 51, 54, 55 und die Strö-Dndurch ist es möglich, die benachbarten, wellen- mungsöffnungen 61, 61«, 61 b der wellenähnlichen ähnliehen Strömungsqucrschnitte 25, 25a, 26, 26« Strömungsqucrschnitlc 25, 25a in einen gemeinsajcweils von verschiedenen Fluiden in umschalt- und men Sammelkasten münden oder die Sammelkästen umkehrbarer Weise durchströmen zu lassen und da- 62 und 68 miteinander in Verbindung stehen. Dabei durch die peripheren Strömungskanäle 52 und 53 15 durch vereinfacht sich die Anordnung, insbesondere jeweils das Fluid zu führen, das in derselben Schalt- auch hinsichtlich der erforderlichen Schaltventil,
periode auch durch die wellenähnlichen Strömungs- Die Figuren zeigen ausschnittweise das eine Ende querschnitte 26, 26α strömt und in den peripheren des Wärmetauschers; das andere Ende kann sinnge-Strömungskanälen 54 und 55 das Fluid strömen zu maß ausgeführt sein. Dabei ist es zweckmäßig, den lassen, das in derselben Schaltperiode auch durch die ao Strömungswegen für die umschalt- und umkehrbaren weHenähnlichen Strömungsquerschnitte25, 25a, gc- Fluide, insbesondere wegen der gleichmäßigen Verführt ist. Diese Schaltart hat den Vorteil, daß die teilung über die gesamte Blechlafelbreite, einen Strömungsverhältnisse für beide Fluide in jeder Z-förmigen Verlauf zu geben.the stream switching periodc corresponding to the flow opening 67 are of the same type, so that exactly the same flow conditions are established at any time with an opening with one of these flow openings 67. In etc. common collecting tank 68 in connection with this case, the flow openings 59, 59 a can stand. The round-surface Stiömungskanälc 44 and the peripheral Slrömungskanälc 52, 53, 56, 57 and also Ή and z. B. 47 and 48 and z. B. 71, 72, 73 they- 5 the flow openings 63, 63 a of the wcllcnähnlihen through flow openings 74 and 75 with small flow cross-lines 26, 26a open into a whole collection box 76 and the round-surface flow common collection box or the collecting ducts 41, 42 and 45, 46 and 81, 82 are boxes 60 and 64 are in connection with each other, with flow oil tiHingcn like 83 with another one. The flow openings 67 of the peri-Samnielkastcn 84 can also be connected. io eral Strömungskanälc 51, 54, 55 and the Strö-Dndurch it is possible that adjacent wavy mung openings 61, 61 ', 61 b of the wave-like ähnliehen Strömungsqucrschnitte 25, 25a, 26, 26' Strömungsqucrschnitlc 25, 25a in a gemeinsajcweils of different fluids open into switchover and men collecting boxes or to allow the collecting boxes to flow through in a reversible manner and therewith 62 and 68 are connected to one another. The arrangement is simplified by the peripheral flow channels 52 and 53, in particular to guide the fluid in the same switching valve, also with regard to the switching valve required,
period also through the wave-like flow. the other end can be made to measure the flow channels 54 and 55 to allow the fluid to flow. It is expedient to leave that in the same switching period is also seduced by the ao flow paths for the switchable and reversible weHen-like flow cross-sections25, 25a, gc fluids, in particular because of the uniformity. This type of switching has the advantage that the division over the entire width of the sheet metal provides a flow ratio for both fluids in each Z-shaped course.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

"7 Claims: The edge of one or the other adjacent sheet metal is connected in a sealing manner, with two adjacent sheet-metal panels alternating in mirror-image form as plate pairs lying on top of each other as pairs of plates and thereby forming individual parallel flow channels between them and neighboring plate pairs with one another They are spaced apart and offset by half a wavelength and form weJiea-like flow crosshairs between them

1.Heat exchangers made of metal sheets essentially shaped in a similar manner in a similar manner,
whose edges alternate with the edge of the
cincn or the other neighboring sheet metal
are sealingly connected, alternately
two adjacent blackboards mirror-inverted to the
common contact plane as pairs of plates io section image *.
lie on top of one another and thereby heat exchangers of this type between them are known. One of the-

Form individual parallel flow channels and such a heat exchanger is described, for example, in the adjacent pairs of plates to one another with Ab-USA.-Patent 2,877,000. A stack stood and offset by half a wavelength on metal sheets deformed as mentioned above are arranged and between them wave-like 15 are surrounded by a housing which form inlet and outlet flow cross-sections, thereby opening openings on the end faces of the stack Indicates that in each case a further platinum, and those on the broad sides for a second pair of surfaces, have essentially the same medium. The first medium flows through the wave-like deformed sheet metal sheets (31, 32; 33, through the parallel flow channels, the second 34) also in a mirror image between the sheet metal sheets, which are arranged in a mirror image through the wave-like flow cross-sections. 2; 3, 4) is inserted, which describes the flow channels patent specification 678 100, whereby different one central (41, 42; 43, 44) and one sheet metal sheet formations can be possible, two peripheral ones (51, 52; 53, 54 ) divides and the fluids can flow with the mentioned heat dimension the one (25) of the wave-like flow exchangers both in cocurrent and in countercurrent flow cross-sections adjacent peripheral.

Flow channels (52, 53) with the following one another principle of a heat exchanger US Pat. No. 2,979,310. Instead of a ten (26, 26 α) to envelop common flow paths for the inner pipe by an outer pipe Form a fluid, with the wave-like currents flowing through each medium, the pipes become junction cross-sections (25, 25 «, 26, 26a) sometimes formed by a pair of metal sheets,

in which the corresponding embossing is pressed. The medium in the outer »pipe« can now be deflected once and close to the entry point 35 on one side of the heat exchanger on the other side exit again.

However, these known heat exchangers have considerable disadvantages. Because they're only for two

g g p fluids useful that exchange heat with one another

3, 4) and should step up to 40 arranged on the front.
Distribution and collecting box (76) for the central object of the invention is therefore to provide a heat

Flow channels (41, 42) are sufficient and to create the exchangers of the type described, the partial and collecting tanks (60) of the peripheral flow an exchange of heat between more than two fluid channels (51, 52) between these frontal enables every fluid with every fluid should enter the distribution and collecting box and the broad side 45 rectal heat exchange,
arranged distribution and collecting box (62) for this object is achieved according to the invention

the flow paths with wave-like flow in that a further pair of plates from im tion cross-section (25) lie. '' essentially in the same way wave-like

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, there- formed sheet metal panels also in mirror image between them characterized in that the spaced 50 see those arranged in mirror image to one another neighboring metal sheets (2,3; 4,5) is mutually inserted on metal sheets, which jezur the flow channels Direction of flow of the central flow path in one central and two peripheral to it channels transverse corrugations (20, 21, 22, 23) and that one of the wave-like currents is supported are. ming cross-sections of adjacent peripheral Sirö-

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 55 flow channels with the wellenbis following this next 3, characterized in that common streams between the similar flow cross-sections Pfilblhfl (31 32 33 flow paths for a fluid, whereby the wave

Similar flow cross-sections in alternating order · Flow paths for two different ones

^6o switchable and reversible fluids and the central flow channels form flow paths for further fluids.

With this arrangement, the number of duct cross-sections increases. so that the

65 The number of possible flow paths is growing, for each pair of inserted profiled sheets at two. This means that in a heat exchanger made of sheet metal it is possible to use several different

alternating sequence of flow paths for two different switchable and reversible fluids and the central flow channels (41, 42; 43, 44) form flow paths for further fluids.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the inserted plate pairs (31, 32) longer in the direction of flow at both ends than the pairs of plates (1, 2; ) i