DE2343007B2

DE2343007B2 - Plattenwaermetauscher

Info

Publication number: DE2343007B2
Application number: DE19732343007
Authority: DE
Inventors: Wiktor Wasiliewitsch; Kusnetsow Ewgeny Fedorowitsch; Sudarew Anatoly Wladimirowitsch; Akodes Jury Grigoriewitsch Iwachnenko (verstorben); Leningrad (Sowjetunion)
Original assignee: Newskij Maschinostroitelnij Sawod Imeni W.I. Lenina, Leningrad (Sowjetunion)
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1976-11-04
Also published as: NL167025B; DE2343007C3; FR2242650B1; NL167025C; NL7312229A; US3931854A; GB1433379A; DE2343007A1; FR2242650A1

Description

40

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von in ihrem wärmetauschenden Bereich in Wellenform parallel zueinander verlaufenden Platten, zwischen denen abwechselnd die beiden am Wärmetausch beteiligten Fluide im Gegenstrom strömen und die durch eingeprägte Unterbrechungen der Wellenform in Abstand voneinander gehalten sind, und mit beidseits des wärmetauschenden Bereichs gelegenen Verteilungsabschnitten in Form von durch Ausprägung der Platten gebildeten Kanälen zur Verbindung der Sammelleitungen mit den Stromungsräumen. Ein solcher Plattenwärmetauscher ist aus der deutschen Patentschrift 8 63 816 bekannt.

Bei einer solchen Ausbildung werden die durchströmenden, am Wärmeaustausch beteiligten Fluide wellenförmig geführt, was zu einer Verwirbelung führt, wobei insbesondere durch die Turbulenz der Strömung in den wandnahen Bereichen die wärmetauschende Wirksamkeit gut ist.

Ein Problem ist bei Plattenwärmetauschern dieser Art die Fixierung der Platten. Bei der bekannten Ausbildung sind hierzu abstandshaltende Wülste quer zur Erstreckung der Wellen ausgeprägt, so daß der Plattenzwischenraum durch diese Wülste in einzelne nebeneinanderliegende Kanäle geteilt wird. Nachteilig ist hierbei, daß nicht unbeträchtliche Strömungsverluste durch Wandreibung auftreten, weil die einzelnen Kanäle einen relativ kleinen hydraulischen Durchmesser aufweisen, oder anders ausgedrückt, weil der freie Durchtrittsquerschnitt im Verhältnis zur den Strömungsquerschnitt umrandenden Fläche verhältnismäßig klein wird. Es ist in der bekannten Ausbildung zwar vorgesehen, in einem der Strömungsräume, der für den Durchtritt von Dampf vorgesehen ist, die abstandshaltenden Wülste jeweils im Wellenkamm abzuflachen, so daß eine Möglichkeit der Querströmung bzw. des Austauschs zwischen benachbarten Kanälen geschaffen wird, jedoch ändert dies nichts an den auftretenden Verlustea

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Ausbildung der vorausgesetzten Art eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die Platten auf vorteilhafte Weise auf Abstand gehalten werden können, wobei die abstandshaltenden Elemente einerseits positiv auf die Erzeugung turbulenter Strömung einwirken sollen, andererseits jedoch den Durchströmungswiderstand nicht wesentlich erhöhen sollen.

Ausgehend von einem Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß je zwei zusammengehörende Platten unter Bildung eines Heizelementes am Rand miteinander verbunden sind und voneinander durch Stege auf Abstand gehalten sind, die in einer der Platten in jedem zweiten Wellenkamm im Abstand zueinander eingeprägt sind, diesen unterbrechen und am Wellenkamm der zugehörigen anderen Platte zur Anlage kommen, und daß beide Platten eines Heizelementes Vorsprünge aufweisen, die vom Innenraum des Elements nach außen ragen und die in der einen Platte lediglich an den durchlaufenden Wellenkämmen und in der anderen Platte in jedem zweiten Wellental ausgebildet sind und an den Vorsprüngen der Platten der benachbarten Heizelemente abstandhaltend aufliegen.

Bei einer solchen Ausbildung der abstandhaltenden Elemente zwischen einerseits den Platten eines Heizelementes und andererseits den Platten benachbarter Heizelemente wird fast der gesamte Raum zwischen jeweils benachbarten Platten, also in den Strömungsräumen für beide beteiligten Fluide, frei durchströmbar. Die nur vereinzelt vorhandenen abstandshaltenden Elemente haben quer zur Strömungsrichtung keine wesentliche Erstreckung, so daß sie die Durchströmung kaum behindern und mithin nicht verlusterzeugend wirken, jedoch im Sinne einer Turbulenzerzeugung recht wirksam sind, so daß hierdurch die wärmetauschende Wirkung des Apparats gesteigert ist.

An sich ist aus der britischen Patentschrift 5 62 465 bekannt, daß bei einem Plattenwärmetauscher abstandshaltende Ausprägungen nur in jedem zweiten Wellental ausgebildet sein können; jedoch handelt es sich hier von vornherein um eine Ausbildung, bei der die Platten eine spitzwinkelige Zickzackform aufweisen, so daß schon hierdurch ganz erhebliche Strömungswiderstände auftreten und zum Problem des Ausgleichs zwischen der Turbulenzerzeugung einerseits und der Vermeidung von Durchströmungswiderständen andererseits nichts entnommen werden kann, während durch die vorliegende erfindungsgemäße Ausbildung eine in diesem Sinne optimale Lösung gefunden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Wellen des wärmetauschenden Bereichs der Platten unter einem schrägen Winkel zu den Kanälen der Verteilungsabschnitte verlaufen, wie dies an sich aus der erwähnten deutschen Patentschrift

8 63 816 bekannt ist. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Zuströmung bzw. Abströmung der Fluide in bzw. aus den Zwischenplattenräumen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

Fig. 1 den erfindungsgemäflen Plattenwärmetauscher, teilweise ausgeschnitten, in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 die Wärmeaustauschplatte des Wärmetauschers mit den Reihen von flachen Stegen und Vorspringen teilweise ausgeschnitten,

F i g. 3 die Wärmeaustauschplatte des Plattenwärme tauschers mit den Vorsprungreihen, teilweise ausgeschnitten,

Fig.4 den Teil des Heizelementes des Wärmetauschers, bestehend aus zwei Wärmeaustauschplatten, in vergrößertem Maßstab und in Axonometrie,

Fig. 5 Schnitt durch ein Paket der Wärmeaustauschelemente des Wärmetauschers in Bewegungsrichtung der wärmeaustauschenden Fluide,

F i g. 6 Schnitt durch das Paket der Wärmeaustauschelemente des Plattenwärmeiauschers in Richtung VI-VI derFig. 5.

Der Plattenwärmetauscher enthält ein Paket von in ihrem Mittelteil in Längsrichtung gewellten Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. 1), die paarweise zu Heizelementen 3 vereint sind und im Inneren jedi-s Heizelementes Wellkanäle 4 für das eine wärmeaustauschende Fluid und zwischen den benachbarten Heizelementen 3 Wellenkanäle 5 für das andere Wärmeaustauschfluid bilden. Auf der einen Wärmeaustauschplatte 1 hat jede zweite der Wellen 6 (Fig. 2) in der Vereinigungsebene der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (F i g. 1) liegende Stege 7, und die anderen Wellen 6 sind an den Wellenkämmen 8 mit mehreren Vorsprüngen 9, beispielsweise in Form von Pyramidenstümpfen, die vom Innern aum des Heizelementes 3 nach außen gerichtet sind, versehen.

Auf der anderen gewellten Wärmeaustauschplaue 2 besitzt jedes zweite der Wellentäler 10 Vorsprünge 12, die ebenfalls vom Innenraum des Heizelementes 3 nach außen gerichtet sind. Bei Vereinigung der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 zu den Heizelementen 3 schließen sich die flachen Stege 7 der Platte 1 an die Wellenkämme 13 der Wellen 11 der Platte 2 an. Dadurch wird der erforderliche Zwischenabstand zwischen den Wärmeaustauschplatten 1 und 2 der Heizelemente 3 gesichert, und es bilden sich die Wellkanäle 4 (F i g. 5) im Innern der Heizelemente 3. Die benachbarten Heizelemente 3 berühren sich an den Vorsprüngen 9 der Platte 1 und an den Vorsprüngen 12 der Platte 2, die entgegengesetzt gerichtet sind. Somit wird auch der erforderliche Zwischenabstand zwischen den benachbarten Heizelemente 3 gewährleistet und zwischen diesen Elementen 3 entstehen die Wellenkanäle 5. Die Kanäle 4 und 5 weisen im Längsschnitt eine Wellform auf, und im Querschnitt die Form eines flachen Schlitzes, wie dies aus der F i g. 6 ersichtlich ist.

Die Form und Verteilung der für den Zwischenabstand zwischen den Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 sorgenden Vorsprünge 9 sowie die der für den Zwischenabstand zwischen den benachbarten Heizelementen 3 sorgenden Vorsprünge 12 können verschieden sein und werden von den Betriebsverhältnissen des Wärmeaustauschers und den physikalischen Eigenschaften der wärmetauschenden Fluide abhängig gewählt.

Die Wärmeausitauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 haben an den in Stromungsrichtung der wärmetauschenden Fluide gegenüberliegenden Enden gewellte Verteihmgsabschnitte 14 und 15 (F i g. 1), wo die Wellen 16 unter einem Winkel zu den Weilen 6 (Fig.2) und Wellen 11 (Fig.3) im Mittelteil der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 verlaufen und Kanäle 17 und 18 (F i g. 1) bilden, die mit ihrer einen Seile an die Verteilungs- und Sammelleitungen (in den Zeichnungen nicht mitabgebildet) der entsprechenden Wärmeaustauschfluide und mit der anderen Seite an die zugehörigen Wellkanäle 4 und 5 angeschlossen sind. Die Form der Wellen 16 auf den Verteilungsabschnitten 14,15 der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 kann auch verschieden sein und sich von der der Wellen 6 und 11 im Mittelteil der Platte 1 und 2 unterscheiden.

Die Verteilungsabschnitte 14 und 15 an den Enden der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 haben eine Breite, die sich zwecks gleichmäßiger Verteilung des wärmetauschenden Fluids auf die Wellkanäle 4 in Richtung deren Anschlusses an die Sammel- bzw. Veneilungsleitungen vergrößert.

Der erfindungsgemäße Plattenwärmeaustauscher arbeitet wie folgt.

Das eine wärmetauschende Fluid wird aus der Verieilungsleitung kommend (in der Zeichnung nicht dargestellt), den Wellkanälen 17 der Verteilungsabschnitte 15 der Heizelemente 3 zugeführt und strömt in diesen unter schwingender Vorwärtsbewegung und verteilt sich auf die Wellkanäle 4 im Inneren der einzelnen Heizelemente 3. Innerhalb der Wellkanäle 4 am Mittelteil jeden Heizelementes 3 strömt das Wärmeaustauschmittel ebenfalls unter schwingender Vorwärtsbewegung.

Aus den Wellkanälen 4 des Mittelteils der Heizelemente 3 strömt das Wärmeaustauschmittel über die Wellkanäle 17 der Verteilungsabschniue 14 heraus, in welchen das Mittel auch eine schwingende Vorwärtsbewegung vollführt.

Das andere Wärmeaustauschfluid wird aus der Verteilerleitung (in der Zeichnung nicht dargestellt) den Wellkanäien 18 der Endabschnitte 14 zwischen den benachbarten Heizelementen 3 zugeführt, strömt in diesen unter translatorischer Bewegung, sich auf die Wellkanäle 5 zwischen den Mittelteilen der benachbarten Heizelemente 3 verteilend, in diesen Wellkanälen 5 strömt das Wärmeaustauschfluid unter schwingender Vorwärtsbewegung in GegenstromrL'htung bezüglich der Bewegungsrichtung des Wärmeaustauschfluids in den Wellkanälen 4.

Aus den Wellkanälen 5 wird das Wärmeaustauschfluid über die Kanäle 18 der Verteilungsabschnitte 15 abgeleitet, wo es sich translatorisch bewegt. Die Bewegungsrichtung des einen Wärmeaustauschfluids ist in Fig. 1 und 5 durch ausgezogene Pfeile und des anderen durch Pfeile mit Unterbrechungen gezeigt.

Während der Bewegung der Fluide im Plattenwärmeaustauscher erfolgt die Wärmeübertragung vom Wärmeaustauschfluid mit der höheren Temperatur zu dem mit der niedrigeren Temperatur.

Dabei sichert die gewellte Form der zum Durchfluß beider wärmeaustauschenden Fluide dienenden Kanäle, die eine schwingende Vorwärtsbewegung dieser Fluide hervorruft, eine gute Durchwirbelung der wandnahen Grenzschichten der wärmetauschenden Fluide und eine gute Durchmischung deren Schichten mit unterschiedlicher Temperatur in den Kanälen jedes Fluids, so daß die

Wärmeübertragung von einem Fluid zum anderen für die Förderung der Wärmeaustauschfluide verstärkt wird. Der Plattenwärmeaustauscher mit den gewellten Kanälen für beide Wärmeaustauschmittel weist eine hohe Wärmeaustauschwirksamkeit auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von in ihrem wärmetauschenden Bereich in Wellenform parallel zueinander verlaufenden Platten, zwischen denen abwechselnd die beiden am Wärmetausch beteiligten Fluide im Gegenstrom strömen und die durch eingeprägte Unterbrechungen der Wellenform in Abstand voneinander gehalten sind, und mit beidseits des wärmetauschenden Bereichs gelegenen Verteilungsabschnitten in Form von durch Ausprägung der Platten gebildeten Kanälen zur Verbindung der Sammelleitungen mit den Strömungsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei zusammengehörende Platten (1, 2) unter Bildung eines Heizelementes ^3) am Rand miteinander verbunden sind und voneinander durch Stege (7) auf Abstand gehalten sind, die in einer der Platten (1) in jedem zweiten Wellenkamm im Abstand zueinander eingeprägt sind, diesen unterbrechen und am Wcllenkamm der zugehörigen anderen Platte (2) zur Anlage kommen, und daß beide Platten (1, 2) eines Heizelementes Vorsprünge (9, 12) aufweisen, die vom Innenraum des Elements (3) nach außen ragen und die in der einen Platte (1) lediglich an den durchlaufenden Wellenkämmen und in der anderen Platte (2) in jedem zweiten Wellental (10) ausgebildet sind und an den Vorsprüngen der Platten der benachbarten Heizelemente abstandhaltend aufliegen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (6, 11) des wärmetauschenden Bereichs der Platten (1, 2) unter einem schrägen Winkel zu den Kanälen (17, 18) der Verteilungsabschnitte (14,15) verlaufen.