DE2926124A1

DE2926124A1 - Platten-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2926124A1
Application number: DE19792926124
Authority: DE
Inventors: Malte Skoog
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1980-02-21
Also published as: JPS5512398A; FR2431107A1; SE7807675L; IT1125418B; IT7923997A0; ES482379A1; US4303123A; GB2025024A; CA1115687A

Description

Platten-Wärmeaustauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von Wärmeaüstauschplatten, die nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich abgeschlossene Kanäle bilden, die zwei durch sie fließende Wärmeäustauschmittel aufnehmen können.

Wenn in solchen Fällen die zeitliche Strömungsmenge der beiden Wärmeaustauschmittel unterschiedlich ist, ist es erwünscht, für Wärmeaustauschkanäle zu sorgen, die bei gegebenem Druckabfall unterschiedliche Strömungsstärken zulassen, d.h. unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Dann läßt man das Strömungsmittel mit der stärkeren Strömung durch die Kanäle mit dem geringen Widerstand strömen, während man das Strömungsmittel mit der schwächeren Strömung durch die Kanäle mit dem höheren Widerstand schickt. Ein auf diese Weise aufgebauter Wärmeaustauscher ist geeignet für die Verwendung für ein vorbestimmtes Verhältnis der Strömungsstärken der beiden Wärmeaustauschmittel, ist jedoch nicht geeignet, wenn die Strömungsstärken von diesem vorgegebenen Verhältnis stark abweichen.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeaustauscher anzugeben, der sich mehreren unterschiedlichen Verhältnissen der Strömungsstärken der beiden Wärmeaustauschmitteln anpassen läßt.

Nach der vorliegenden Erfindung erreicht man dieses Ziel mit einem Wärmeaustauscher der oben erwähnten Art, der dadurch ge-

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kennzeichnet ist, daß er mindestens zwei Teile aus Wärmeaustauschkanälen aufweist, wobei in mindestens einem der Teile die Kanäle für die beiden Strömungsmittel wesentlich unterschiedliche Strömungswiderstände aufweist und das Verhältnis der Strömungswiderstände der Kanäle eines Teils sich wesentlich unterscheidet vom entsprechenden Verhältnis des mindestens einen anderen Teils.

In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "erheblich unterschiedliche Strömungswiderstände" ein Verhältnis zwischen den beiden Strömungen bezeichnen, das bei gleichem Druckabfall mindestens 1,2:1 beträgt.

Die Erfindung soll unten unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben werden, in der die Fig. 1 und 2 zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Wärmeaustauschers nach der Erfindung in schaubildlicher Form zeigen.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmeaustauscher weist zwei Teile 1, 2 aus jeweils einer Reihe von Wärmeaustauschplatten 1o auf. Die Platten 1o sind mit unterschiedlichen Zwischenräumen angeordnet gezeigt, so daß Wärmeaustauschkanäle 11 - 14 zwischen den Platten entstehen, die unterschiedlich breit sind und abwechselnd angeordnet sind. Die Kanäle 11, 13 sind breiter als die Kanäle 12, 14 dargestellt, was zeigen soll, daß die nebeneinanderliegenden Kanäle unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Die breiteren Kanäle 11, 13 können gleiche oder unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen und auch die Strömungswiderstände der schmaleren Kanäle 12, 14 können gleich oder unterschiedlich sein.

Die buiden Wäremaustausch-Strümungsmittel sind in Fig. 1 mit A

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und B bezeichnet und ihre Strömungswege sind gestrichelt gezeigt. Die schmaleren Kanäle 12 im Teil 1 sind parallel geschaltet mit den breiteren Kanälen 13 im Teil 2, und die breiteren Kanäle 11 im Teil 1 sind parallel geschaltet mit den schmaleren Kanälen 14 im Teil 2. Wie sich aus der Figur ergibt, strömt das Strömungsmittel A durch die schmaleren Kanäle 12 des Abschnitts 1 und durch die breiteren Kanäle 13 des Teils 2, Für die Strömungsmittel B sind die Bedingungen umgekehrt; das Strömungsmittel strömt also durch die breiteren Kanäle 11 des Teils 1 und durch die schmaleren Kanäle 14 des Teils 2. Die beiden Wärmeaustauscherteile 1, 2 werden von einem Kanal 15 voneinander getrennt, durch den keines der beiden Strömungsmittel fließt.

In den unten ausgeführten Beispielen 1 bis 3 ist angenommen, daß die Strömungswiderstände der breiteren Kanäle 11, 13 gleich sind und daß entsprechend die Strömungswiderstände der schmaleren Kanäle 12, 14 gleich sind. Es ist weiterhin angenommen, daß die Gesamtanzahl· der Wärmeaustauschkanäle für jedes der Strömungsmittel A, B gleich 1oo ist und daß unter bestimmten optimaien Arbeitsbedingungen die Strömung in jedem Kanal 11, 13 gleich 2 m³/h, die in jedem Kanal 12, 14 gleich 1 m³/h ist.

Beispiel 1

Wenn die beiden Strömungen der Strömungsmittel A und B 15o m³/h und somit gleich sind, ist der Wärmeaustauscher so angeordnet, daß jeder Teil 1 und 2 fünfzig Kanäle für jedes Strömungsmittel aufweist. Vom Strömungsmittel A strömen dann 5ö m³/h durch den Teil 1 und 1oo m³/h durch den Teil 2, zusammen also 15o m³/h. Für das Strömungsmittel B kehren sich die Zustände um, d.h. 1oo m³/h strömen durch den Teil 1 und 5o m³/h durch den Teil 2; die Gesamtströmung ist wieder 15o m³/h.

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Beispiel 2

Die Strömungen der Strömungsmittel A und B seien zu 175 m³/h bzw. 125m³/h angenommen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der Teil 1 mit 25 Kanälen und der Teil mit 75 Kanälen für jedes Strömungsmittel ausgeführt. Vom Strömungsmittel A strömen dann 25 m³/h durch den Teil 1 und 15a m³/h durch den Teil 2, zusammen also 175 m³/h. Vom Strömungsmittel B strömen 5o m³/h durch den Teil 1 und 75 m³/h durch den Teil 2, also zusammen 125 m³/h.

Beispiel 3

In diesem Fall sind die Strömungen A und B zu 2oo bzw. 1oo m³ /h angenommen. Das Verhältnis der Strömungen ist also das gleiche wie das der Strömungen in den Kanälen 11, 12. Dieses Ziel wird erreicht, indem man den Wärmeaustauscher so anordnet, daß die Anzahl der Kanäle jeder Art im Teil 1 und Teil 2 gleich null bzw. 1oo ist. Der Teil 1 entfällt also; das Strömungsmittel A strömt durch die Kanäle 13, das Strömungsmittel B durch die Kanäle 14.

Es ist aus diesen Beispielen zu ersehen, daß der Platten-Wärmeaustauscher sich auf Anwendungen einstellen läßt, in denen das Verhältnis der Strömungen der Wärmeaustauschmittel innerhalb breiter Grenzen variiert, die durch das Verhältnis der Strömungen in den beiden vorkommenden Arten von Wärmeaustauschkanälen bei gegebenen Arbeitsbedingungen vorgegeben sind. In den vorigen Beispielen kann also das Verhältnis der Strömungen A und B sich innerhalb der Grenzen 2:1 und 1:2 ändern.

Die Grenzen,innerhalb deren die Strömungen A und B unter optimalen Arbeitsbedingungen unterschiedlich sein können, lassen sich ändern, indem man die Strömungswiderstände der Wärmeaus-

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tauschkanäle in beiden Teilen 1 und 2 ändert. In den unten ausgeführten Beispielen sei angenommen, daß jeder der breiteren Kanäle TT, T3 bei optimalen Arbeitsbedingungen eine Strömung von 2,5 bzw. 2 m³/h, jeder der schmaleren Kanäle 12, 14 unter den gleichen Bedingungen eine Strömung von 1 bzw. 1,5 m³/h erlaubt. Die Gesamtanzahl der Kanäle für jedes Strömungsmittel sei 1oo.

Beispiel 4 -

Die Strömungen A und B sind zu 15o bzw. 2oo m³/h angenommen. Zu diesem Zweck sind die Teile 1 und 2 mit je 5o Kanälen für jedes Strömungsmittel ausgeführt. Vom Strömungsmittel A strömen 5o m³/h durch den Teil 1 und 1oo ni³ /h durch den Teil 2, was zusammen To5 m³/h ergibt. Vom Strömungsmittel B strömen 125 m³/h durch den Teil 1 und 75 m³/h durch den Teil 2, also zusammen 2oo m³/h.

Beispiel 5

Die Strömungen A und B sind zu 125 bzw- 225 m³/h angenommen. Die Teile 1 und 2 sind mit 75 bzw. 2 5 Kanälen pro Strömungsmittel versehen. Vom Strömungsmittel A strömen 75 m³/h durch den Teil 1 und 5o m³/h durch den Teil 2, d.h. zusammen 125 iti³/h. Vom Strömungsmittel B strömen 187,5 m³/h durch den Teil 1 und 37,5 m³/h durch den Teil 2, d.h. zusammen 225 m³/h.

Mit den in den Beispielen 4 und 5 angenommenen Strömungswiderständen der Kanäle sind die Grenzen für das Verhältnis der Strömungen A und B 1:2,5 und 2:1,5. Diese Grenzen entsprechen dem Verhältnis der Strömungen in den Kanälen 11, 12 im Teil 1 bzw. den Kanälen 13, 14 im Teil 2.

Der in der Fig.^-2 schaubildlich dargestellte Wärmeaustauscher weist zwei Teile 21, 22 auf, die jeweils eine Anzahl von Wärme austauscherplatten 3o enthalten. Die Teile 21, 22 sind von

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einem Leerkanal 3 5 getrennt. Die Platten 3o sind auf einer Seite mit den Vorsprüngen 3oa ausgeführt, die Turbulenz erzeugen. Wie sich aus der Figur ergibt, sind alle Platten des Teils 21 in die gleiche Richtung gewandt, während im Teil 22 die Platten abwechselnd entgegengesetzt gerichtet sind. Die Wärmeaustauschkanäle 31, 32 des Teils 21 sind also untereinander identisch, während die Kanäle 33, 34 des Teils 22 untereinander unterschiedliche Volumina und Strömungswiderstände aufweisen.

Auch diese Ausführungsform des Wärmeaustauschers läßt sich auf unterschiedliche Strömungsstärken der Wärmeaustausch-Strömungsmittel anpassen, wie mit den folgenden Beispielen belegt, für die angenommen sei, daß der Wärmeaustauscher insgesamt 1oo Kanäle pro Strömungsmittel aufweist und die Strömung durch jeden Kanal 31, 32 gleich 1,5 m³/h, die Strömung durch die Kanäle 33, 34 jeweils 2 bzw. 1 m³/h unter den gleichen Arbeitsbedingungen wie in den vorgehenden Beispielen beträgt.

Beispiel 6

Die Strömungen sind zu 175 m³/h für das Strömungsmittel A und 125 m³/h für das Strömungsmittel B angesetzt. Jeder der beiden Teile 21, 22 ist mit 5o Kanälen pro Strömungsmittel versehen. Von jedem Strömungsmittel strömen 75 m³/h durch den Teil 21; diese Strömungen sind natürlich gleich stark, da alle Kanäle des Teils 21 gleich ausgeführt sind. Durch den Teil 22 strömen 1oo m³/h des Strömungsmittels A und 5o m³/h des Strömungsmittels B; die Summe der Strömungen A und B ist also 175 bzw. 125 m³/h.

Beispiel 7

Die Strömungen A und B sind zu 16o bzw. 14o m³/h angesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Teile 21, 22 mit 8o

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bzw. 2ο Kanälen ausgeführt. Von jedem Strömungsmittel strömen T2o m³/h durch den Teil 21 und im Teil 22 betragen die Strömungen von A und B 4o bzw. 2o m³/h. Der Wärmeaustauscher ist also Strömungen von 16o bzw. 14ö m³/h genau angepaßt.

Wie leicht einzusehen ist, läßt der Wärmeaustauscher nach den Beispielen 6 und 7 sich auf unterschiedliche Verhältnisse der Strömunen A und B innerhalb der Grenzen 1:1 und 2:1 auslegen. Erhöht man die Anzahl der Kanäle im Teil 21 auf Kosten der Anzahl der Kanäle im Teil 22, nähern die Strömungsverhältnisse sich der erstgenannten Grenze. Erhöht man stattdessen die Anzahl der Kanäle im Teil 22 auf Kosten der Anzahl der Kanäle im Teil 21, nähern die Verhältnisse sich dem letzteren Grenzwert von 2:1.

Es gilt also für sämtliche oben ausgeführten Beispiele, daß, wenn die Anzahl der Kanäle in einem Wärmeaustauscherteil auf Kosten der des anderen Teils erhöht wird, sich das Verhältnis der Strömungen der Grenze nähert, die bestimmt wird durch das Verhältnis der Strömungen in den einzelnen Kanälen dieses einen Teils. Diese Grenzen lassen sieh ihrerseits ändern, indem man für jedes Strömungsmittel in jedem der Wärmeaus- : tauscherteile geeignete Strömungswiderstände der Kanäle wählt.

Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich, ist der Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung unterschiedlichen Strömungen der Wärmeaustauschströmungsmittel genau anpaßbar, ohne daß man auf einen Betrieb der Anordnung unter optimalen Arbeitsbedingungen verzichten muß, um den Druckabfall maximal auszunutzen.

Falls erwünscht oder erforderlich, kann man den Wärmeaustauscher mit mehr als zwei Teilen mit untereinander untersehiedliahen Strömungsbedingungen ausführen. Weiterhin kann man zwischen den Teilen anstelle des Leerkanals 15 bzw. 35 eine Trennplatte herkömmlicher Art verwenden,

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Zusammenfassung der Offenbarung

Für einen Plattenwärmeaustauscher, in dem die Strömung der beiden Wärmeaustausch-Strömungsmittel unterschiedlich sind, ist das Ziel, eine Anpassung an unterschiedliche Verhältnisse der Strömungsstärken bei vorgegebenem Druckabfall zu erreichen. Zu diesem Zweck ist der Wärmeaustauscher mit mindestens zwei Teilen aus Wärmeaustauschplatten ausgeführt, wobei in mindestens einem der Teile die Kanäle für die beiden Strömungsmittel jeweils erheblich unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen. Weiterhin unterscheidet sich das Verhältnis der Strömungswiderstände der Kanäle in einem Teil erheblich von dem entsprechenden Verhältnis in dem mindestens einen anderen Teil.

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Claims

Patentansprüche

1.] Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschplatten, die nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich

abgeschlossene Kanäle bilden, die zwei Wärmeaustausch-Strömungsmittel aufnehmen können, die durch sie hindurchströmen sollen, dadurch gekennzeichnet, "daß der Wärmeaustauscher mindestens zwei Teile (1, 2; 21, 22) aus Wäremaustauschkanälen aufweist,daß in mindestens einem der Teile die Kanäle für die beiden Strömungsmittel jeweils untereinander erheblich unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen, und daß das Verhältnis der Strömungswiderstände der Kanäle eines Teils erheblich sich unterscheidet von dem entsprechenden Verhältnis des mindestens einen anderen Teils.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Teil (21) aus Wärmeaustauschkanälen, deren Strö-

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ORfGiNAL INSPECTED

mungswiderstände allgemein gleich sind, sowie einen anderen Teil (22) aufweist/ in dem die Kanäle für die beiden Strömungsmittel untereinander erheblich unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Teile (1, 2) aus Wärmeaustauschplatten aufweist, wobei in jedem der beiden Teile die Kanäle für die beiden jeweiligen Strömungsmittel untereinander erheblich unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Strömungswiderstände der Kanäle für die beiden jeweiligen Strömungsmittel in einem Teil gleich dem invertierten Wert des entsprechenden Verhältnisses im anderen Teil ist.

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