DE2805912A1 - Plate type heat exchanger - has folded rectangular sheet metal plates sealed at connecting edges - Google Patents
Plate type heat exchanger - has folded rectangular sheet metal plates sealed at connecting edgesInfo
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- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction
Abstract
Description
PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger
Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit Wärmetauschelementen, die jeweils aus zwei im wesentlichen ebenen, mit Abstand zueinander angeordneten und einen abgedichteten Strömungsraum bildenden Blechen aufgebaut sind, wobei die Wärmetausehelemente mit Abstand zueinander angeordnet sind.The invention relates to a plate heat exchanger with heat exchange elements, each of two essentially flat, spaced apart and one sealed Plates forming flow space are constructed, the heat exchange elements being arranged at a distance from one another.
Bei bekannten Plattenwärmetauschern dieser Art werden die Wärmetauschelemente aus .jeweils paarweise parallelen Blechen aufgebaut, die entlang ihrer Ränder miteinander abdichtend verbunden sind und zwischen sich Strömungskanäle für das Fluid bilden.In known plate heat exchangers of this type, the heat exchange elements are each paired in parallel Built up sheets, which are sealingly connected to each other along their edges and flow channels between them form for the fluid.
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Aus Gründen des Umweltschutzes und des Kühlwassermangels besteht der Wunsch, die Abwärme von Kraftwerken statt an Kühlwasser oder durch Verdunstungskühlung über Kühlflächen in Trockenkühltürmen direkt an atmosphärische luft ohne Wasserverdunstung abzugeben. EinTrockenkühlturm für ein 1000-MW-Kraftwerk benötigt eine Kühlfläche von einigen Millionen Quadratmetern. Es ist daher wichtig, durch konstruktive Maßnahmen an diesem sehr teueren Bauteil Einsparungen vorzunehmen-For reasons of environmental protection and the lack of cooling water there is a desire to take the waste heat from power stations to cooling water or through evaporative cooling via cooling surfaces in dry cooling towers directly to atmospheric air without water evaporation submit. A dry cooling tower for a 1000 MW power plant requires a cooling surface of several million Square meters. It is therefore important to make savings through design measures on this very expensive component.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, der bei guter Wärmeübertragung, geringem Druckabfall und niedrigen Herstellungskosten größte Sicherheit gegen Verschmutzung und Undichtheiten sowie leichte Zugänglichekeit zur Reinigung und bei Reparaturen bietet und dessen Platzbedarf gering sein soll.The invention is based on the object of a plate heat exchanger to develop the type described at the outset, with good heat transfer, low pressure drop and low Manufacturing costs greatest security against contamination and leaks as well as easy accessibility for cleaning and offers repairs and needs little space.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bleche der Wärmetauschelemente gegeneinander geneigt sind und einen im Querschnitt etwa keilförmigen Strömungsraum bilden*According to the invention, this object is achieved in that the metal sheets of the heat exchange elements are inclined towards one another and form a flow space approximately wedge-shaped in cross-section *
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Querschnitts der Wärmetausehelemente ergibt sich ein geringerer Druckabfall für das Fluid in den Elementen als bei bisher bekannten Wärmetauschelementen. Dadurch ist es möglich, bei vorgegebenem Druckabfall die Länge der Elemente zu vergrößern undThe design of the cross section of the heat exchanger elements according to the invention results in a lower pressure drop for the fluid in the elements than with previously known heat exchange elements. This makes it possible with a given Pressure drop to increase the length of the elements and
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und damit ihre Zahl, d.h. auch die Zahl der teueren Stirnschweißnähte zu vermindern. Darüberhinaus ergibt sich durch den keilförmigen Querschnitt der Wärmetausehelemente den Vorteil, daß an der Stelle der größten Temperaturdifferenz zwischen den beiden wärmetauschenden Fluiden, nämlich an der Eintrittseite der Kühlluft, wegen des großen hydraulischen Durchmessers in den Wärmetauschelementen eine maximale Fluidmenge strömt.and with it their number, i.e. also the number of expensive front welds to diminish. In addition, the wedge-shaped cross section of the heat exchanger elements results in the Advantage that at the point of greatest temperature difference between the two heat-exchanging fluids, namely at the Entry side of the cooling air, because of the large hydraulic diameter in the heat exchange elements, a maximum amount of fluid flows.
Es erweist sich als günstig, wenn die Neigung der Platten der Wärmetauschelemente gegeneinander so gering ist, daß die Änderung des Plattenabstandes in der Richtung der Neigung der Platten klein ist im Verhältnis zur Plattenbreite.It turns out to be favorable if the inclination of the plates of the heat exchange elements against one another is so low that that the change in the plate spacing in the direction of inclination of the plates is small in relation to the plate width.
Neben dem Vorteil des geringeren Druckabfalls ist es darüberhinaus auch möglich, die erfindungsgemäßen Wärmetauschelemente in rationeller Weise herzustellen, dadurch daß nämlich jedes Wärmetausehelement aus einer einzigen länglichen, entlang ihrer Mittellinie in Längsrichtung umgebogenen rechteckigen Blechtafel besteht, wobei die aufeinanderstoßenden Längskanten der Blechtafel abdichtend miteinander verbunden sind. Dazu können die Bleche mit billigen, sehne!laufenden Prägewalzen hergestellt werden anstelle der bisher üblichen langsamen Herstellungsmethode mit Prägepressen, da die Anforderungen an Genauigkeit und Verformungen gering sind. Es treten daher auch keine Risse beim Verformen auf. Außerdem kann die Zahl der Schweißnähte, verglichen mit bisher bekannten Plattenwärmetauschern, um die Hälfte gesenkt werden.In addition to the advantage of the lower pressure drop, it is also possible to use the heat exchange elements according to the invention produce in a rational manner, namely that each heat exchange element consists of a single elongated, consists of a rectangular sheet metal sheet bent in the longitudinal direction along its center line, the abutting Longitudinal edges of the sheet metal connected to one another in a sealing manner are. In addition, the sheets can be made with cheap, sinew! Embossing rollers are produced instead of the previously usual slow production method with embossing presses, as the requirements accuracy and deformations are low. Therefore, there are also no cracks during deformation. aside from that the number of weld seams can be reduced by half compared to previously known plate heat exchangers.
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Zweckmäßigerweise ist die Blechtafel so umgebogen, daß der Strömungsquerscnitt innerhalb der Wärmetauschelemente näherungsweise die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, in dessen Spitze die Kanten der Blechtafel zusammenstoßen.The sheet metal is expediently bent so that the flow cross section within the heat exchange elements is approximately has the shape of an isosceles triangle, at the tip of which the edges of the metal sheet meet.
Die Abdichtung entlang der Längskanten der Blechtafeln ist gemäß der vorliegenden Erfindung mit Vorteil durch Schweißen oder Kleben gebildet. Für die stirnseitige Abdichtung der Wärmetauschelemente kommt außer den beiden genannten Methoden auch ein Ausgießen der Spalte mit Kunstharz in Frage.According to the present invention, the sealing along the longitudinal edges of the metal sheets is advantageously carried out by welding or gluing. In addition to the two methods mentioned, the frontal sealing of the heat exchange elements is also used a filling of the column with synthetic resin in question.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind Wärmetauschelemente derart angeordnet, daß jeweils die aneinandergrenzenden Bleche zweier benachbarter Wärmetauschelemente parallel sind. Oft erweist es sich dagegen als zweckmäßig, benachbarte Wärmetauschelemente derart anzuordnen, daß der Strömungsweg zwischen je zwei Wärmetauschelementen sich entsprechend der mit der Erwärmung des in diesem Strömungsweg strömenden Fluids verbundenen Volumenvergrößerung in Strömungsrichtung erweitert.Bei beiden Ausführungsformen können die Wärmetauschelemente mit ihren spitzzulaufenden Enden nach innen ringförmig angeordnet sein, beispielsweise um einen Kamin oder jeweils benachbarte Wärmetauschelemente um l80° gegeneinander gedreht sein, derart, daß die spitz zulaufenden Enden der Elemente in entgegengesetzte Richtung weisen. Soll sich der Strömungsweg zwischen den Warmetauschelementen erweitern, so weisen im letzten Fall die Bleche der Wärmetauschelemente an der Eintrittsseite der Kühlluft einen größeren Biegeradius auf als an der Austrittsseite.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, heat exchange elements are arranged in such a way that that in each case the adjacent sheets of two adjacent heat exchange elements are parallel. Often times it turns out on the other hand, it is expedient to arrange adjacent heat exchange elements in such a way that the flow path between each two heat exchange elements corresponding to the increase in volume associated with the heating of the fluid flowing in this flow path expanded in the direction of flow. In both embodiments, the heat exchange elements with their pointed Ends inwardly arranged in a ring, for example around a chimney or respectively adjacent heat exchange elements 180 ° in relation to one another, in such a way that the tapered ends of the elements point in opposite directions. If the flow path between the heat exchange elements is to widen, then in the latter case the plates of the heat exchange elements face a larger bending radius on the inlet side of the cooling air than on the outlet side.
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Zur gegenseitigen Abstützung der Wände könnnen in den Blechen der Wärmetauschelemente nach innen und/oder nach außen gerichtete Einprägungen angebracht sein, so wie es die Festigkeit sbedingungen und die in den beiden Strömungsquerschnitten herrschenden Drücke erfordern.For mutual support of the walls you can use the Sheets of the heat exchange elements inwards and / or outwards directional impressions must be attached, as is the strength and conditions in the two flow cross-sections the prevailing pressures.
Mit Vorteil werden beim erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher die Wärmetauschelemente durch eingelegte Flachprofile auf Distanz gehalten.In the plate heat exchanger according to the invention, the heat exchange elements are advantageously provided by inserted flat profiles kept at a distance.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:Further details of the invention are described with the aid of schematically illustrated exemplary embodiments. Show it:
einen Querschnitt durch ein Element eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers,
schematische Darstellungen möglicher Anordnungen der Wärmetauschelemente eines erfindungsgemäßen
Plattenwärmetauschers Schnittbilder einer weiteren Ausführungsform
eines Elements eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers
einen Kompressor-Nachkühler ein Diagramma cross section through an element of a plate heat exchanger according to the invention, schematic representations of possible arrangements of the heat exchange elements of a plate heat exchanger according to the invention, sectional images of a further embodiment of an element of a plate heat exchanger according to the invention
a compressor aftercooler diagram
Figur 1Figure 1
Figuren 2a und 2bFigures 2a and 2b
Figuren 3a, 3b u.Figures 3a, 3b u.
Figuren 4 und 4a
Figur 5Figures 4 and 4a
Figure 5
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Plattenwärmetauschelement 1, das gemäß der Erfindung aus einer einzigenFigure 1 shows a cross section through a plate heat exchange element 1, according to the invention from a single
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Blechtafel 2 besteht, die derart umgebogen ist, daß sie einen im Querschnitt etwa keilförmigen Strömungsraum 3 bildet. Die Kanten der Blechtafel 2 sind bei 4 abdichtend miteinander verbunden. Der Winkel an der Spitze des keilförmigen Strömungsraumes beträgt vorzugsweise weniger als 1°. Sheet metal 2 is made, which is bent so that they one forms approximately wedge-shaped flow space 3 in cross section. The edges of the metal sheet 2 are connected to one another in a sealing manner at 4. The angle at the tip of the wedge-shaped flow space is preferably less than 1 °.
Figur 2a zeigt eine mögliche Form der Anordnung der erfindungsgemäßen Plattenwarmetauschelemente 1. Die Plattenwärraetauschelemente 1 sind dabei mit ihren spitz zulaufenden Enden nach innen ringförmig angeordnet, wobei jeweils die angrenzenden Platten zweier benachbarter Wärmetauscheleraente 1, die zwischen sich Strömungskanäle 5 für das zweite Fluid bilden, parallel sind.FIG. 2a shows a possible form of the arrangement of the plate heat exchange elements 1 according to the invention. The plate heat exchange elements 1 are arranged in a ring with their tapered ends inward, with the adjacent Plates of two adjacent heat exchanger elements 1, which form flow channels 5 between them for the second fluid, are parallel.
Eine andere mögliche Form der Anordnung der Plattenwarmetauschelemente 1 zeigt die Figur 2b. Auch hier sind die Strömungskanäle 5 für das zweite Fluid wieder von parallelen Platten begrenzt, Jedoch sind hier benachbarte Wärmetauschelemente 1 um l80° gegeneinander gedreht, derart, daß die spitz zulaufenden Enden 4 der Elemente in entgegengesetzte Richtung weisen.Another possible form of arrangement of the plate heat exchange elements 1 shows the figure 2b. Here, too, the flow channels 5 for the second fluid are again parallel Plates limited, but here adjacent heat exchange elements 1 are rotated by 180 ° against each other, so that the pointed ends 4 of the elements in opposite directions.
Die Figuren J>a, 3b und 3o zeigen in verschiedenen Schritten ein erfindungsgemäßes Wärmetauschelement 1, dessen Wände mit Einprägungen 6 versehen sind.Figures J> a, 3b and 3o show, in different steps, a heat exchange element 1 according to the invention, the walls of which are provided with impressions 6.
Als mögliches Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher zeigt die Figur 4 einen Korapressor-Nachkühler. Innerhalb eines Mantels 10 sind Wärmetauschelemente 1 ringförmig angeordnet. Von oben wird komprimierte Luft 7 in die Wärmetauschelemente eingeblasen. Die abgekühlte Luft verläßt den Kühler beim Pfeil 8. Kühlluft 9 wird von der Unterseite her in den Kühler eingeblasen. Mit Umlenkblechen 11 wird dieAs a possible application example for a plate heat exchanger according to the invention, FIG. 4 shows a Korapressor aftercooler. Heat exchange elements 1 are arranged in a ring within a jacket 10. From the top, compressed air is 7 in blown in the heat exchange elements. The cooled air leaves the cooler at arrow 8. Cooling air 9 is from the bottom blown into the cooler. With baffles 11 is the
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Kühlluft an den Wärmetauschelementen vorbei aus dem Inneraum in den Raum zwischen den Wärmetauschelementen 1 und Außenmantel 10 geleitet. In der Figur ist nur ein Umlenkblech 11 eingezeichnet , jedoch ist selbstverständlich eine größere Anzahl von Umlenkblechen denkbar, so daß der Kühler den jeweiligen Verfahrensbedingungen optimal angepaßt werden kann. Mit wachsender Zahl der Umlenkungen der Kühlluft nimmt die Wärmeübertragung zu, weil die mittlere Temperaturdifferenz zwischen Heißluft und Kühlluft bei einer derartigen Strömungsform größer wird. Da sich zugleich der Weg, auf dem der Wärmetausche stattfindet, verlängert, kann die Zahl der Wärmetauschelemente reduziert werden wodurch wiederum Kosten eingespart werden können.Cooling air past the heat exchange elements from the interior into the space between the heat exchange elements 1 and the outer jacket 10 headed. In the figure, only one baffle 11 is shown, but of course a larger number of baffles is conceivable, so that the cooler can be optimally adapted to the respective process conditions. With increasing numbers the deflections of the cooling air, the heat transfer increases because the mean temperature difference between hot air and cooling air becomes larger with such a flow shape. Since the path on which the heat exchange takes place is lengthened at the same time, can the number of heat exchange elements can be reduced, which in turn can save costs.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher ist ein Trockenkühlturm, wobei Dampf unter Unterdruck im Inneren der Wärmetauschelemente fließt, kondensiert und die Kondensationswärme an die kühlende im Außenraum geführte Luft abgibt.Another application example for one according to the invention Plate heat exchanger is a dry cooling tower where Steam under negative pressure inside the heat exchange elements flows, condenses and the condensation heat to the cooling in the outside space releases guided air.
In Figur 5 ist in Form eines Diagramms die erforderliche Kühlfläche K und der erforderliche Luftweg L, der in den hier diskutierten Fall gleich der Plattenbreite der Wärmetauschelemente ist, für die Kühlung der Abwärme eines Kraftwerkes in einem Trockenkühlturm über dem hydraulischen Durchmesser dh sowohl für laminare als auch für turbulente Strömungsverhältnisse in den Plattenwarmetauschelementen dargestellt.In Figure 5, in the form of a diagram, the required cooling surface K and the required air path L, which in the case discussed here is equal to the plate width of the heat exchange elements, for cooling the waste heat of a power plant in a dry cooling tower over the hydraulic diameter d h for both laminar as well as for turbulent flow conditions in the plate heat exchange elements.
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Werden die für die Berechnung von Kühlern üblichen Formeln für Wärmeübergang und Druckabfall ausgewertet, so kommt man zu dem auf den ersten Blick überraschenden Ergebnis, daß der erforderliche Strömungsweg der Luft bei vorgegebenem Druckabfall etwas stärker als proportional mit einem hydraulischen Durchmesser dh der Kühlerkonstruktion zunimmt. Mit wachsendem dh wird die Wärmeübergangszahl kleiner. Die Folge ist schließlich, daß mehr Kühlfläche gebraucht wird. Beispielsweise bedeutet eine Vergrößerung von ^j1 = 6 mm auf ^j1 = 8 mm eine Zunahme der Wärmetauschfläche um etwa 15/6· Für sehr kleine dh ist die Luftströmung laminar, die Wärmeübergangszahlen werden sehr groß. Die Schwierigkeiten, einen solchen Wärmetauscher mit dk kleiner als ca. 2 mm mit genügender Genauigkeit zu bauen^ sind jedoch ebenso wie die Verschmutzungsgefahr sehr erheblich.If the formulas for heat transfer and pressure drop that are usual for calculating coolers are evaluated, the result, surprising at first glance, is that the required air flow path for a given pressure drop increases somewhat more than proportionally with a hydraulic diameter d h of the cooler construction. With increasing d h, the heat transfer coefficient becomes smaller. Ultimately, the result is that more cooling surface is required. For example, an increase from ^ j 1 = 6 mm to ^ j 1 = 8 mm means an increase in the heat exchange surface of about 15/6 · For very small d h the air flow is laminar, the heat transfer coefficients are very large. The difficulties in building such a heat exchanger with d k smaller than approx. 2 mm with sufficient accuracy, however, as well as the risk of contamination, are very considerable.
Innerhalb der Wärmetauschelemente ist mit laminarer Strömung zu rechnen. Für einen Druckabfall ρ bei laminarer Strömung läßt sich aus bekannten Gleichungen die FormelA laminar flow is to be expected within the heat exchange elements. For a pressure drop ρ at laminar Flow can be derived from known equations using the formula
ρ - C χ L2 / d h 3 ρ - C χ L 2 / d h 3
herleiten, wobei L die Länge des Strömungsweges und C eine Konstante ist.derive, where L is the length of the flow path and C is a Is constant.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Querschnitts der Wärmetauschelemente bleibt gegenüber der bisher verwendeten rechteckigen Querschnittsform der Mittelwert von d n und damit die Wärmeübergangszahl gleich groß, der MittelwertIn the inventive design of the cross-section of the heat exchange elements, the mean value of d n and thus the heat transfer coefficient remains the same, the mean value, compared to the previously used rectangular cross-sectional shape
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von ^yP jedoch ist bei einer trapez- oder dreiecksförmigen Querschnittsfläche größer als bei einer rechteckigen. Berücksichtigt man diese Tatsache in der oben angeführten Formel für den Druckabfall, so ergibt sich, daß der Druckabfall bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Plattenwärmetauschers geringer ist.However, von ^ yP is larger for a trapezoidal or triangular cross-sectional area than for a rectangular one. If this fact is taken into account in the above formula for the pressure drop, it follows that the pressure drop is lower when the plate heat exchanger is designed according to the invention.
Die erfindungsgemäße Form der Wärmeaustauschelemente ist auch für andere Kühlaufgaben vorteilhaft, z.B. für die Rückkühlung von Kühlwasser durch Luft, wobei das Wasser in den Wärmeaustauschelementen strömt. Auch für Kompressorzwischenkühler kommt sie in Frage. The form of the heat exchange elements according to the invention is also advantageous for other cooling tasks, e.g. for recooling cooling water with air, whereby the water is in flows through the heat exchange elements. It can also be used for compressor intercoolers.
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Claims (1)
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| DE19782805912 DE2805912A1 (en) | 1978-02-13 | 1978-02-13 | Plate type heat exchanger - has folded rectangular sheet metal plates sealed at connecting edges |
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|---|---|
| DE (1) | DE2805912A1 (en) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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- 1978-02-13 DE DE19782805912 patent/DE2805912A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |