DE2926126A1 - Platten-waermeaustauscher - Google Patents

Description

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Platten-Wärmeaustauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von Wärmeaustauscherplatten, die nebeneinander angeordnet sind und zwischen sich abyeschlossene Kanäle bilden, durch die zwei Wärmeaustauschmittel strömen können. Insbesondere betrifft die vorliegende I-Irf indüng einen P 1 attenwärmeaustauscher, in dem die Wärmeaustausch flächen der Platten mit Sicken oder Wellungen versehen s-ind, die auf In^-1Jden Seilen- der Platten ein wellenartiges Muster aus Kammrücken und Rillen bilden. Der Hauptzweck der Wellungen ist, die W:irmeaustauschmi ttel in kräftige Turbulenzen zu versetzen.

Die Platten sind gewöhnlich mit Dichtungen oder Verschlüssen versehen und in einer tragenden Konstruktion miteinander verspannt. Sie können jedoch auch permanent miteinander - beispielsweise durch Schweißen oder Löten - verbunden sein, in welchem" Fall die Dichtungen und die Tragkonstruktion entfallen.

Indem man die Wellungen nebeneinanderliegender Platten unter einem Winkel zueinander verlaufen läßt, erhält man" weiterhin, eine große Anzahl von Stützpunkten, in denen die Kammriücken der nebeneinanderliegenden Platten einander berühren. In bekannten Wärmeaustauschern dieser Art verlaufen die Wellungen unter einem festen Winkel zur Längsachse der Platte und der vorerwähnten Winkel zwischen den Wellungen nebeneinanderliegender Plätten wird erreicht, indem man jede zweite Platte um 180 in ihrer eigenen Ebene dreht. Weiterhin weiden die Wullungun oyiimietrisch zur Zentralebene der Platte ausgeführt und ist der Winkel der Wellung bezüglich der Längsachse der Platte auf beiden Seiten

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der Mittellinie der Platte gleich groß.

Infolge des symmetrischen Aufbaus der Platten der bekannten Wärmeaustauscher erhält man in allen Wärmeaustauschkanälen gleiche Wärmeeigenschaften, und zwar auch dann, wenn zwei Plattenarten abwechselnd angeordnet sind. Weiterhin entstehen Kanäle, die über ihre gesamte Fläche unveränderte Wärmeeigenschaften zeigen. Diese sogenannte Wärmelänge oder Wärmeübertragungsfälligkeit eines Elements eines Kanals ist also gleich der Wärme länge eines anderen Elements mit der gleichen Fläche, das m einem anderen Teil d^-s Kanals liegt.

Wie jedoch bekannt, j st, sind die unterschiedlichen !itrömungswege in einem Kanal nicht gleich lang, so daß derjenige Teil eines Wäremaustauschmittels, der einen längeren Strömungsweg durch den Kanal durchläuft, eine andere Wärmebehandlung erfährt als ein Teil des Mittels, der einen kürzeren Weg durch den gleichen Kanal strömt. Da die Teile des Strömungsmittels unabhängig vom Strömungsweg im Kanal die gleiche Wärmebehandlung erfahren sollten, ist dieser oben beschriebene Umstand nicht zufriedenstellend.

Um diesen Nachteil zu korrigieren, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Wäremaustauschkanäle zu konstruieren, in denen die an einem längeren Strömungsweg liegenden Elemente eine geringere Wärmelänge als die an einem kürzeren Strömungsweg liegenden Elemente aufweisen. Auf diese Weise erhält man "eltie Angleichung der gesamten Wärmelänge der Strömungswege unterschiedlicher Länge, so daß die Wärmebehandlung des Strömungsmittels unabhängig vom Strömungsweg zwischen dem Ein- und dem Auslaß des Warmeaustauschkanals gleich bleibt.

Weiterhin ist es oft ein Ziel, einen Wärmeaustauscher anzugeben, in dem die Kanäle für die beiden Wärmeaustauschmittel untereinander unterschiedliche Wärmelängen aufweisen.

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In dem Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung sind die obengenannten Ziele erreicht und gleichzeitig die genannten Nachteile der bekannten 'Wärme aus tau .sch er eliminiert worden. Der Plattenwärmeaustauscher der in der Einleitung erwähnten Art ist nach der Erfindung dadurcli gekennzeichnet, daß er Kanäle aufweist, die von Platten gebildet werden, die jeweils bezüglich der Zentralebene der Platte unsymmetrische Wellungen aufweisen, wobei die Wellungstäler beider Platten einen Kanal bilden, der in unterseil iedliclien Richtungen verläuft derart, daß der zwischen den WeI Lungstälorn und der Längsachse einer Platte liegende- Winkel kleiner ist als der entsprechende Winkel der anderen Platte.

Die Erfindung soll unten unter Bezug au ί. die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, in der die

Fig. 1 schaubildlich eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Reihe herkömmlicher Wärmeaustauschplätten, die

Fig. 2 bis 4 schaubildLieh Draufsichten unterschiedlicher Ausführungsformen von Wärmeaustauschplatten nach der vorliegenden Erfindung und die

Fig. 5 eine perspektivische Explosionstelldarstellung einer Reihe von Wärmeaustauschplatten nach der vorliegenden Erfindung zeigen. -. .-

Die in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Wärmeaustau5cherpT.atten sind mit Wellungen 2 versehen, die schaubildlich dargestellt und in einem songenannten "Fischgräten"- oder Pfeil-Muster angeordnet sind. Die We llungen liegen unter einem Winkel (a) zur Längsachse J der Platten. Dieser Winkel ist beiderseits der Mittellinie gleich, wie in der Zeichnung angedeutet. Um einen Winkel zwischen den Wellungen nebeneinandorlregender Platten

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zu erreichen, sind die Platten abwechselnd um 18o° in ihrer eigenen Ebene gegeneinander verdreht. In einem aus solchen Platten zusammengesetzten Wärmeaustauscher, bei dem die Wellungen in jeder Hinsicht vollständig symmetrisch sind, sind die Wärmeeigenschaften aller Wärmeaustausehkanüle gleich; die Wärmeeigenschaften sind ebenfalls auf beiden Seiten der Plattenmittellinie gleich.

üie Fig. 2 zeigt zwei Platten 1o, 11 nach der vor liegenden Erfindung. Die Platten lo, 11, die abwechselnd in einem Wärmeaustauscher angeordnet werden sollen, .sind unterschiedlich ausgeführt, und zwar dahingehend, daii die· WeI hingen 12 unter verschiedenen Winkeln (a) bzw. (b) zur Längsachse IJ vei 1 au heu. Die Platten sind auf herkömmliche Weise mil den üt inungeii 14 und der Dichtung 15 versehen.

Die in der Fig. 3 gezeigten Platten 2o sind identisch, wobei eine von ihnen in ihrer eigenen Ebene um 18o" gedreht ist. Die Platten 2o sind mit Wellungen 22 versehen, die auf einer Seite unter einem ersten Winkel (d) zur Längsachse 23, auf der anderen Seite unter einem zweiten Winkel (e) zur gleichen Längsachse verlaufen.

Die Fig. 4 zeigt zwei Platten 3o, 3 1 mit einer Weilung 32 mit unterschiedlichen Winkel, «sowohl be iderau its der Mittellinie der Platten als auch zwischen den Platten selbst. Die Wellung der Platte 3o vorläuft also unter den Winkeln (f) bzw._(-g) zur Längsachse 33; die entsprechenden Winkel der Platte 3T sind mit (h) und (i) bezeichnet.

In der Fig. 5 sind drei Teile 4o, 41, 42 des Wärmeaustauschteils von Wärmeaustauschplatten nach einer der Fig. 2 und 4 gezeigt. Die Figur zeigt die Queriichni ttagoa tu 1L dur Platten, und wie ersichtlich, ist das Wellungsmuster unsymmetrisch derart, daß die Kämme auf einer Seite der Platte scharfe Knicke 44,

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auf der anderen Seite ebene Teile 45 aufweisen. Wie ersichtlich, sind alle Platten in die gleiche Richtung gewandt, wobei die scharfen Knicke-44 aus der Figur herausweisen und die Knicke 44 einer Platte auf den ebenen Flächen 45 der angrenzenden Platte aufliegen. In der Figur verlaufen die Wellungstäler nebeneinanderliegender Platten rechtwinklig zueinander, aber es sind natürlich auch andere Winkel möglich.

Obgleich das Volumen der Kanäle zwischen den Platten 4o - 42 im wesentlichen gleich ist, können ihre WärmeeigeriHchaf ten infolge der Strömungsrichtungon dennoch verschieden sein, da die unsymmetrische Wellung der Platten infoige der Richtung bezüglich der Wellungstäler in den Platten die Strömung mehr oder weniger beeinflußt. Wenn beispielsweise die Ströinungsrichtung im Kanal zwischen den Platten 4o, 41 parallel zu den Tälern dar Platte 41 verläuft, unterliegt das Strömungsmittel einem höheren Strömungswiderstand und stärkerer Turbulenz, als wenn die Strömungsrichtung parallel zu den Tälern der Platte 4o verläuft. Dieser Umstand liegt im wesentlichen an der Tatsache, daß die Volumina der Kanalteile beiderseits einer durch die Berührungspunkte der Platten verlaufenden Ebene infolge des unsymmetrischen tvellungsmusters unterschiedlich sind.

In der Fig. 5 sind, wenn man annimmt, daß beide Medien unter dem gleichen Winkel zu den Tälern aller Platten fließen, d.h. 45 , die viärmeeigenschaften sämtlicher Kanäle gleich.

Wie sich aus dieser Darlegung ergibt, ist as möglich, die Wärmeeigenschaften der Wärmeaustauschkanäle den Forderungen anzupassen, indem man Platten mit einem unsymmetrischen Wellungsmuster beispielsweise der in der Fig. 5 gezeigten Art versieht und dio Wellungstüler unter einem geeigneten Winkel-zur allgemeinen Strömungsrichtung des Wärmeaustausch-Ströinungsmtttels legt.

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Auf diese Weise kann man Wäremaustauschkanüle erreichen, in denen ein an einem kürzeren Strömungsweg liegendes Element eine größere Wärmelänge als ein Element gleicher Fläche hat, das an einem längeren Strömungsweg im gleichen Kanal liegt.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 oder 4 kann man, indem man geeignete Winkel (d) bis (i) wählt, einen Wärmeaustauscher aufbauen, in dem die Kanäle auf der den Ein- und Auslässen näherliegenden Seiten der Mittellinie eine größere Wärmelänge pro Flächeneinheit als auf der anderen Seite der Mittellinie haben. In einer AusfUhrungsform nach den Fig. 2 oder 4 ist es weiterhin möglich, einen Wärmeaustauscher zu erreichen, bei dem Wärmeeigenschaf Lon der Kanäle für die beiden Wärmeaustausch-Strömungsmittel verschieden sind.

über die in der Zeichnung dargestellten sind weitere Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich. So kann beispieslweise die Unsymmetrie des Wellungsmusters auf zwei aufeinanderfolgenden Platten unterschiedlich gewählt sein. Weiterhin brauchen die Täler der Wellung nicht entlang der Mittellinie der Platten gebrochen zu sein; sie können beispielsweise auch an mehreren Linien gebrochen sein.

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ORIGINAL INSPECTED

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Zusammenfassung der Offenbarung

In einem Plattenwärmeaustauscher, in dem die Platten mit einem Turbulenz erzeugenden Muster aus Kämmen und Tälern versehen
sind, die auch Stützpunkte für die nebeneinander angeordneten
Platten bilden, ist die Wärmebehandlung eines Strömungsmittels in unterschiedlichen Teilen eines und desselben Kanals unterschiedlich infolge der unterschiedlichen Länge der verschiedenen Strömungswege im Kanal. Um die Unterschiede der Wärmebehandlung in ein und demselben Kanal auszugleichen und/oder eine unterschiedliehe Behandlung der Wärineaustausch-Strömungsmittel zu erreichen, ist jeder Kanal aus Platten gebildet, in die ein Muster eingeprägt ist, das bezüglich der Mittelebene der Platte unsymmetrisch ist, wobei die Kämme und Täler (12, 22,32) der
nebeneinanderliegenden Platten in unterschiedlichen Richtungen bezüglich der Längsachse (13, 23, 33) verlaufen.

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Claims (4)

ΐ BERLIN 33 8 MÜNCHEN Augusta-Viktoria-StraBa 65 Π, DIICPUl/C Jl P4DTMPP Plenzenauer.lraBa P.IL-Anw. Dr. Ing. Rusct.ke Dr. RUSCHKh & PAK I NbK Pat.-Anw. Dipl.-Ine· P«t.-Anw. Dipl.-Ing. PATENTANWÄLTE """* E' Ru>cllke Olaf Ru.dikS !"Al LIN IMWVVALI Π τ.ΐβίοη· 089 / 0B 03 BERLIN -MÜNCHEN Τ<"°'ϋη· 089/087258 Tölegramm-AdretB·: Tetegramm-ΑοιββΒβ: Quadratur Berlin , ■ ο , · ln-,Q Quadratur München TELEX: 183788 München, den Z'· JUni 13/3 TELEX: 522767 Λ 177o ALFA-LAVAL Ali, Postfach U-147 oo Tuiu]>a, Schweden Patentansprüche

1. Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl' von nebenei nander angeordneten Wärmeaustauschplatlon, die zwischen sich abgeschlossene Kanäle bilden, durch die zwo i Wärmeaus tiiusch-Ströniungsmi ttel strömen können, dadurch gokonnze lehnet, daß die Kanäle aus Platten gebildet sind, die jeweils eine WeJlunq (12, 22, 32) enthalten, die bezüglich dor Mittelebene der Platte unsymmetrisch ist, wobei die We1lungstälor beider Platten einen.Kanal bilden, der in unterschiedlichen Richtungen so "verläuft, daß der Winkel zwischen den Tälern und der Längsachse einer Platte kleiner als der entsprechende Winkel der anderen Platte ist. ..."."-

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die WeI lungstäler jeder Platte (4o, 41, 42) auf einer .Seite der Platte ein größeres VoIumηη als auf der anderen Seite-haben.

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3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungstälur entlang der Mittellinie (13, 23, 33) der Platten gebrochen sind.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den WoI lung's tälern und der Mittellinie auf den beiden Seiten der Mitteillinie unterschiedlich ist,

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