DE2926125A1

DE2926125A1 - Platten-waermetauscher

Info

Publication number: DE2926125A1
Application number: DE19792926125
Authority: DE
Inventors: Toeivelemb Kivikas; Kaj Rissler; Dag Rynell; Malte Skoog
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1980-01-24
Also published as: JPS5514497A; GB2025025A; US4301864A; SE412284B; SE7807676L; FR2431104A1

Description

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Platten-Wärmeaustauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher aus einer Vielzahl allgemein rechteckiger Platten, die nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich parallelgeschaltete Kanäle·bilden, die die Wärmeaustauschströmungsmittel aufnehmen, die zum Wärmeaustauscher hin und von ihm weg durch Ein- und Auslässe an einem Ende desselben geleitet werden, wobei die Platten an ihren Ecken mit Ein- und Auslaßleitungen_zwischen den Wärmeaustauschkanälen und den Ein- bzw. Auslassen versehen sind.

Bei herkömmlichen Plattenwärmeaustauschern dieser Art, bei denen die Kanäle für mindestens ein Wärmeaustauschströmungsmittel den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, ist die Verteilung der Strömungsmengen unter den Kanälen ungleich, da eine stärkere Strömung durch die näher an den Ein- und Auslässen des Wärmeaustauschers als durch die Kanäle strömt, die weiter von den Aus- und Einlassen entfernt liegen. Dies liegt an dem Druckabfall in den durch das Plattenpaket verlaufenden Ein- und Auslaßleitungen, die von den öffnungen an den Plattenecken gebildet werden. Dieser Druckabfall bewirkt, daß der treibende Druckunterschied zwischen dem Ein- und Auslaß der Wärmeaustauscherkanäle in den näher an den Ein- und Auslassen liegenden Kanälen höher ist als in den Kanälen, die weiter von den Ein- und AuslMeeen entfernt liegen, so daß in ersteren die Strömung stärker als in letzteren ist.

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Besonders in Wärmeaustauschern mit einer großen Anzahl von parallelgeschalteten Wärmeaustauschkanälen kann der oben beschriebene Umstand zu einer erheblich ungleichmäßigen Verteilung der Strömung im Plattenpaket führen, so daß dessen Wirkungsgrad sinkt, da die von den Ein- und den Auslässen entfernt liegenden Kanäle nicht maximal genutzt werden.

Um dieses Problem zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, Strömungsverteiler in den durch das Plattenpaket verlaufenden Ein- und Auslaßleitungen einzusetzen; auf diese Weise hat man eine ziemlich gleiche Differenz des Antriebsdrucks für die den Ein- und Auslässen naheligenden und die von ihnen entfernter liegenden Kanäle erhalten. Diese Lösung führt jedoch zu einem unerwünschten Anstieg des Gesamtdruckabfalls im Wärmeaustauscher.

Mit einem Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung erhält man eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Strömung im Plattenpaket ohne Einfluß auf den antreibenden Druckunterschied, so daß die Strömung durch alle parallelgeschalteten Wärmeaustauschkanäle unabhängig von der Entfernung von den Ein- und Auslassen des Wärmeaustauschers im allgemeinen gleich ist. Dies läßt sich erreichen bei einem Wärmeaustauscher der oben erläuterten Art, indem man die Kanäle mit Mitteln zum Beeinflussen des Strömungswiderstandes versieht, die so angeordnet sind, daß der Strömungswiderstand der Wärmeaustauschkanäle für mindestens eines der Strömungsmittel in Abhängigkeit von der Entfernung von den Ein- und Auslässen sich so ändert, daß die von den Ein- und Auslässen weiter entfernt liegenden Kanäle einen geringeren Strömungswiderstand als die Kanäle haben/ die näher an den Ein- und Auslässen liegen.

Bei einem auf diese Weise hergestellten Wärmeaustauscher ist es möglich, gleiche oder fast gleiche Strömungen in sämtlichen

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Wärineaustauschkanälen zu erreichen, wobei der verhältnismäßig hohe Druckabfall in den den Ein- und Auslassen am nächsten liegenden Kanälen dazu benutzt wird, dem Wärmeaustausch-Strömungsmittel eine stärkere Turbulenz zu erteilen, was zu einem verbesserten Wärmeübergang führt.

Soll in den parallelgeschalteten Kanälen eine genau gleiche Strömung erreicht werden, muß jeder Kanal einen geringfügig geringeren Strömungswiderstand als der dem Ein- und Auslaß näherliegende angrenzende Kanal haben. Aus praktischen Gründen muß die Anzahl der Kanäle mit unterschiedlichen Strömungswiderständen oft eingeschränkt werden. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, Kanäle mit gleichem Strömungswiderstand zu Gruppen anzuordnen, die entweder gleich- oder unterschiedlich groß sein können, wobei der Strömungswiderstand in jedem separaten Kanal in einer von den Ein- und Auslassen entfernt liegenden Gruppe geringer als in einer Gruppe ist, die näher an den Ein- und Auslässen liegt. Was die Strömungsverteilung anbetrifft, lassen sich um so bessere Ergebnisse erzielen, je größer die Anzahl der Gruppen ist. Bereits zwei Gruppen ergeben jedoch eine erhebliche Verbesserung.

Die Erfindung soll nun ausführlich unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden, die schaubildlich eine bevorzugte Ausführungsform des Wärmeaustauschers nach der Erfindung zeigt.

Der in der Zeichnung schaubildlich gezeigte Wärmeaustauscher weist eine Reihe von Platten 1a~b auf, zwischen denen die Wärmeaustauschkanäle gebildet sind, die die Wärmeaustausch-Strömungsmittel aufnehmen. Die Strömungswege für eines der Strömungsmittel sind durch Pfeile gezeigt, wobei diese Strömungsmittel durch einen Einlaß 2 ein- und durch einen Auslaß 3

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ausströmt und auf die Wärmeaustauschkanäle mit den Ein- und Auslaßleitungen 4, 5 verteilt wird, die von den Öffnungen 6 in den Ecken der Platten gebildet werden. Die Platten sind zu einem "Fischgräten" bzw. Pfeil-Muster gewellt, wie die Figur zeigt. Die Wellung verläuft unter zwei unterschiedlichen Winkeln, wobei die Platten 1a einen größeren und die Platten 1b einen kleineren Wellungswinkel haben.

Abhängig vom gewählten Wellungswinkel sind die Strömungswiderstände der Kanäle unterschiedlich, und indem man die Platten auf die in der Figur gezeigte Weise zusammensetzt, lassen sich drei unterschiedliche Strömungswiderstände erreichen. Die den Ein- und Auslassen am nächsten liegenden Kanäle haben den höchsten Strömungswiderstand, da die Platten 1a, die dort liegen, den größten Wellungswinkel haben. In den Mittelkanälen, in denen Platten 1 ει, 1b mit großen bzw. kleinem Wellungswinkel abwechselnd angeordnet sind, ist der Strömungswiderstand etwas geringer. Schließlich haben die von den Ein- und Auslässen am weitesten entfernten Kanäle, die von den Platten 1b gebildet werden den kleinsten Wellungswinkel und damit den geringsten Strömungswiderstand. Die Wärmeaustauschkanäle sind also zu Gruppen angeordnet, deren Strömungswiderstände schrittweise geringer werden, wobei die den Ein- und Auslassen am nächsten liegenden Kanäle den höchsten und die Kanäle am anderen Ende des Wärmeaustauschers den niedrigsten Strömungswiderstand haben. Der Druckabfall in Strömungsrichtung in der Einlaßleitung 4 und der Auslaßleitung 5 des Wärmeaustauschers ist also kompensiert und die Strömung ist also in allen Wärmeaustauschkanälen im wesentlichen gleich.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Strömungswiderstand der Wärmeaustauschkanäle verändert, indem man den Wellungswinkel der Platten unterschiedlich wählt. Die Strö-

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mungswiderstände lassen sich jedoch auch innerhalb des Umfangs des vorliegenden Erfindung auf andere Weise ändern. Anstatt den Wellungswinkel zu ändern, erhält man das gleiche Ergebnis, indem man die Profiltiefe des Wellungsmusters in den Platten ändert. Platten mit geringerer Profiltiefe bilden Kanäle mit einem höheren Strömungswiderstand und sollten nahe den Ein- und Auslässen angeordnet werden_r während Platten mit größerer Profiltiefe Kanäle mit geringerem Strömungswiderstand bilden und daher weiter von den Ein- und Auslassen entfernt angeordnet werden sollten.

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Zusammenfassung der Offenbarung

In einem Plattenwärmeaustauscher mit einer großen Anzahl von parallelgeschalteten Wärmeaustauschkanälen entsteht eine ungleichmäßige Verteilung der Strömung unter den Kanälen, da die Strömung in den an den Ein- und Auslässen liegenden Kanälen stärker als in den von diesen weiter entfernt liegenden Kanälen ist. Um dieses Problem zu eliminieren, sind die Kanäle mit Mitteln zum Beeinflussen des Strömungswiderstandes versehen, die so angeordnet sind, daß von den Ein- und Auslässen weiter entfernt liegende Kanäle einen geringeren Strömungswiderstand als die näher an den Ein- und Auslässen liegenden Kanäle haben.

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Claims

Patenten sprüche

1. Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl allgemein rechteckiger Platten, die nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich Kanäle bilden, die parallel geschaltet sind und Wärmeaustausch-Strömungsmittel aufnehmen, die vom Wärmeaustauscher über an einem Ende desselben angeordnete Ein- und Auslässe zu- bzw. abgeführt werden, wobei die Platten an ihren Ecken mit Öffnungen versehen sind, die Ein- und Auslaßleitungen zwischen den Wärmeaustauschkanälen und den Ein- und Auslässen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle mit Mitteln zum Beeinflussen des Strömungswiderstands versehen sind, die so angeordnet sind, daß der Strömungswiderstand der Wärmeaüstauschkättäle für mtnäemfeens eines ügf wUtwe&usfcauäeh-SfcrömuntfBmlttel sich mit der Entfernung von den Ein- und Auslassen so ändert, daß von den Ein- und Auslassen weiter entfernte Kanäle einen geringeren Strömungswiderstand als die näher an den Ein- und Auslässen liegenden Kanäle haben.

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2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Beeinflussen des Strömungswiderstands Wellungen sind, die unter einem Winkel zur Längsachse der Platten (1a, 1b) liegen, wobei der Winkel sich mit der Entfernung der Platten von den Ein- und Auslässen (2, 3) ändert.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der näher an den Ein- und Auslässen liegenden Platten einen größeren Winkel zur Längsachse der Platten und die Wellungen der weiter entfernt von den Ein- und Auslässen liegenden Platten einen kleineren Winkel zur Achse bilden.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Beeinflussen des Strömungswiderstands Wellungen mit unterschiedlicher Profiltiefe sind, wobei Platten mit geringerer Profiltiefe näher an den Ein- und Auslässen und Platten mit größerer Profiltiefe weiter von den Ein- und Auslässen entfernt liegen.

5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei oder mehr Gruppen von Wärmeaustauschkanälen aufweist, die innerhalb ein und derselben Gruppe gleiche Strömungswiderstände aufweisen, wobei jedoch die Strömungswiderstände der Kanäle zwischen den Gruppen unterschiedlich sind.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens drei Gruppen von Kanälen mit unterschiedlichen Strömungswiderständen enthält.

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