DE3641404A1

DE3641404A1 - Profilierte waermeuebertragungsplatten

Info

Publication number: DE3641404A1
Application number: DE19863641404
Authority: DE
Inventors: Arnold Balla; Bernd Dr Rer Nat Rummler; Rudolf Dipl Ing Teubner
Original assignee: Nagema VEB
Current assignee: MASCHINENFABRIK KYFFHAEUSERHUETTE ARTERN GMBH, O-4
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1986-12-04
Publication date: 1987-07-02
Also published as: DD244191A1; DK162955C; DK162955B; CS267698B1; SE8605420D0; GB2184530A; SE463534B; DK601686A; GB8630221D0; CS929886A1; SE8605420L; DK601686D0; GB2184530B

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft profilierte Wärmeübertragungsplatten, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneten Vorrichtungen zu Wärmeübertragern derart zusammengefügt werden, daß zwischen den Wärmeübertragungsplatten Strömungskanäle gebildet werden, deren Höhe klein gegenüber ihrer Breite und Länge, jedoch wesentlich größer als die Dicke der Wärmeübertragungsplatten ist, wobei die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch wiederholenden Kanalabschnitten bestehen, in denen sich die Kanalhöhe über eine Kanalbreite, die ein Mehrfaches der in Strömungsrichtung gesehenen Länge der einen solchen Kanalabschnitt begrenzenden Profilelemente beträgt, in gleicher Weise in Strömungsrichtung ändert, und die Profilelemente entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Wärmeübertragungsplatten bekannt, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneter Weise zu Wärmeübertragern zusammengefügt werden, wobei zwischen den jeweils benachbarten Platten Strömungskanäle gebildet werden. Die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten sind mit wellenförmigen Profilen versehen, die entweder senkrecht oder unter einem bestimmten konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufen. Jedes Profilelement wird dabei entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein in zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet. Durch die Profilierung wird neben einer Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche eine periodische Änderung des Strömungsquerschnittes und damit der Strömungsgeschwindigkeit in den Strömungskanälen in Kanallängsrichtung bewirkt, was zu einer Erhöhung des Turbulenzgrades und damit zur Intensivierung des Wärmeüberganges führen soll. Bei paralleler Führung der wellenförmigen Profile der jeweils benachbarten Wärmeübertragungsplatten liegen zwischen den sich gegenüberliegenden Profilelementen gleichartige Kanalabschnitte, in denen sich der Strömungsquerschnitt stetig von einem Maximalwert auf einen Minimalwert und umgekehrt ändert. Die Querschnittsänderung ist über die gesamte Breite, über die die Parallelführung erfolgt, gleich. Kreuzen sich die wellenförmigen Profile der jeweils benachbarten Wärmeübertragungsplatten, so entstehen ebenfalls Kanalabschnitte, in denen sich der Strömungsquerschnitt ändert. Die dabei erreichten Verhältnisse von maximalem zu minimalem Querschnitt ändern sich jedoch periodisch über die Plattenbreite. Die Periodizität wird durch die Abstände der Punkte, auf denen sich die Profilelemente der benachbarten Platten gegenseitig abstützen, festgelegt.

Das realisierte Verhältnis von maximalem zu minimalem Strömungsquerschnitt in den einzelnen Kanalabschnitten und die Art und Weise der Gestaltung des Überganges zwischen diesen Strömungsquerschnitten bestimmen maßgeblich das erreichbare Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung. So wird durch relativ große Änderungen der Strömungsquerschnitte bei den bekannten wellenförmigen Profilen eine hohe Wärmeübertragungsleistung erreicht, die jedoch gleichzeitig eine hohe Förderleistung bedingt, wobei ein Teil der aufzubringenden Förderleistung nicht mehr für die Wärmeübertragung genutzt werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung gegenüber den bekannten Ausführungen von aus mit wellenförmigen Profilen versehenen Wärmeübertragungsplatten zusammengefügten Plattenwärmeübertragern zu erhöhen. Es wurde gefunden, daß in von wellenförmigen Profilen begrenzten Kanälen sowohl die Wärmeübertragungsleistung als auch die erforderliche Pumpenleistung sehr stark vom Differentialquotienten der Länge der Äquipotentiallinien nach der Strömungsweglänge abhängt. Oberhalb eines bestimmten Grenzwertes dieses Differentialquotienten, der durch die die Profilelemente bildenden Kurvenstücke charakterisierenden Parameter festgelegt wird, steigt die erforderliche Förderleistung ohne wesentliche Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung erheblich an.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Profilelemente von an sich bekannten Wärmeübertragungsplatten, deren die Strömungskanäle begrenzenden Flächen mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel versehen ist, so zu gestalten, daß in den von den jeweils gegenüberliegenden Profilelementen benachbarter Wärmeübertragungsplatten gebildeten Kanalabschnitten die Strömungsgeschwindigkeitsänderungen nur bis zu dem Maße erfolgen, bis zu dem sie zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung beitragen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß werden die durch Projektion der Profilelemente der Wärmeübertragungsplatte auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene gebildeten Profilkurven so gestaltet, daß sich die Krümmung der sie bildenden Kurvenstücke sich mit ihrer Länge stetig und monoton ändert, wobei diese Kurvenstücke in den Punkten, in denen sie entweder stetig ineinander oder stetig in das sie verbindende Geradenstück übergehen, betragsmäßig ihre größte Krümmung besitzen und in den Punkten, in denen sie in die Kurvenstücke der Profilkurven der benachbarten Profilelemente übergehen, ihre dem Betrage nach kleinste Krümmung besitzen.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der wellenförmigen Profile der Wärmeübertragungsplatten wird erreicht, daß der Anstieg des Differentialquotienten der Länge der Äquipotentiallinien in den von den sich gegenüberliegenden Profilelementen der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten gebildeten Kanalabschnitten nach der Strömungsweglänge so gestaltet werden kann, daß nicht für die Wärmeübertragung nutzbare Druckverluste vermieden werden, und damit das Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung erheblich gesteigert werden kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Durch Projektion der gegenüberliegenden Profilelemente der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene entstehende Profilkurven, die aus zwei Kurvenstücken gebildet werden.

Fig. 2 Durch Projektion der gegenüberliegenden Profilelemente der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene entstehende Profilkurven, die aus zwei Kurvenstücken und einem sie verbindenden Geradenstück gebildet werden.

Die Wärmeübertragungsplatten sind auf den bei ihrem Zusammenfügen zu Plattenwärmeübertragern die Strömungskanäle begrenzenden Flächen mit wellenförmigen Profilen versehen. Werden die einzelnen Profilelemente 1 a bzw. 1 b auf eine senkrecht zur Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene projiziert, so ergeben sich entweder nach Fig. 1 Profilkurven 2 a, 2 b, die aus zwei Kurvenstücken 3 a und 4 a bzw. 3 b und 4 b oder nach Fig. 2 Profilkurven 2 c, 2 d, die aus zwei Kurvenstücken 13 a und 14 a bzw. 13 b und 14 b und einem sie verbindendem Geradenstück 12 a bzw. 12 b bestehen. Besteht die Profilkurve nach Fig. 1 nur aus zwei Kurvenstücken 3 a und 4 a bzw. 3 b und 4 b, gehen diese in einem Punkt gleichen Anstiegs 5 a bzw. 5 b ineinander über. In den Punkten 8 a bzw. 8 b und in den Punkten 9 a bzw. 9 b erfolgt der stetige Übergang zu den Profilkurven der beiden benachbarten Profilelemente. Die Krümmung des Kurvenstückes 3 a bzw. 3 b ändert sich jeweils vom Punkt 8 a bzw. 8 b zum Punkt 5 a bzw. 5 b monoton. Im Punkt 8 a bzw. 8 b hat sie betragsmäßig jeweils ihren kleinsten und im Punkt 5 a bzw. 5 b ihren größten Wert. Dabei kann der Krümmungsverlauf des Kurvenstückes 3 a vom Punkt 8 a zum Punkt 5 a betragsmäßig dem Krümmungsverlauf des Kurvenstückes 4 a vom Punkt 9 a zum Punkt 5 a gleich oder unterschiedlich sein. Ebenso können die Verläufe der Krümmung bei den entsprechenden Kurvenstücken der Profilkurven bei den benachbarten Profilementen gleich oder unterschiedlich sein, wodurch beim Aneinanderfügen der Wärmeübertragungsplatten die gegenüberliegenden Kurvenstücke 3 a und 3 b sowie 4 a und 4 b entweder einen gleichen oder unterschiedlichen Verlauf haben. Wird die Profilkurve nach Fig. 2 aus zwei Kurvenstücken 13 a und 14 a bzw. 13 b und 14 b und einem sie in Punkten jeweils gleichen Anstiegs 6 a und 7 a bzw. 6 b und 7 b verbindenden Geradenstück 12 a bzw. 12 b gebildet, so ergeben sich analoge Verhältnisse. Die Kurvenstücke 13 a und 14 a bzw. 13 b und 14 b haben in den Punkten 10 a, 11 a bzw. 10 b, 11 b ihre betragsmäßig kleinste Krümmung, die zu den Punkten 6 a und 7 a bzw. 6 b und 7 b längs der Kurvenstücke monoton zunimmt. In diesem Fall können die entsprechenden Kurvenstücke der benachbarten Profilelemente in ihrem Krümmungsverlauf ebenfalls gleich oder unterschiedlich sein, so daß die gegenüberliegenden Kurvenstücke 13 a, 13 b und 14 a, 14 b der Profilelemente zweier im Plattenwärmeübertrager benachbarter Wärmeübertragungsplatten einen gleichen oder unterschiedlichen Krümmungsverlauf haben.

Aufstellung der Bezugszeichen der Erfindung "Profilierte Wärmeübertragungsplatten" 1 a; 1 b Profilelement
2 a; 2 b Profilkurve
2 c; 2 d Profilkurve
3 a; 3 b Kurvenstück
4 a; 4 b Kurvenstück
5 a; 5 b Anstieg
6 a; 6 b Anstieg
7 a; 7 b Anstieg
8 a; 8 b Punkt
9 a; 9 b Punkt
10 a; 10 b Punkt
11 a; 11 b Punkt
12 a; 12 b Geradenstück
13 a; 13 b Kurvenstück
14 a; 14 b Kurvenstück

Claims

1. Profilierte Wärmeübertragungsplatten, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneten Vorrichtungen zu Wärmeübertragern derart zusammengefügt werden, daß zwischen den Wärmeübertragungsplatten Strömungskanäle gebildet werden, deren Höhe klein gegenüber ihrer Breite und Länge, jedoch wesentlich größer als die Dicke der Wärmeübertragungsplatten ist, wobei die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden wellenförmigen Profilen so versehen sind, daß die Strömungskanäle aus einer Anzahl von sich in Strömungsrichtung periodisch wiederholenden Kanalabschnitten bestehen, in denen sich die Kanalhöhe über eine Kanalbreite, die ein Mehrfaches der in Strömungsrichtung gesehenen Länge der einen solchen Kanalabschnitt begrenzenden Profilelemente beträgt, in gleicher Weise in Strömungsrichtung ändert, und die Profilelemente entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der die einen Kanalabschnitt (1 a, 1 b) begrenzenden Profilkurven (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) bildenden und auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsplatte und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene projizierten Kurvenstücke (3 a, 3 b, 4 a, 4 b, 13 a, 13 b, 14 a, 14 b) sich mit der Länge dieser Kurvenstücke derart ändert, daß die Kurvenstücke jeweils an dem dem Punkt (5 a, 5 b), in dem sie stetig ineinander übergehen, benachbarten Punkt oder an dem Punkt (6 a, 6 b, 7 a, 7 b), den sie mit dem sie verbindenden Geradenstück (12 a, 12 b) gemeinsam haben, ihre dem Betrage nach größte und an dem Punkt (8 a, 8 b, 9 a, 9 b, 10 a, 10 b, 11 a, 11 b), wo die Kurvenstücke stetig in die Profilkurven der die benachbarten Kanalabschnitte begrenzenden Profilelemente übergehen, ihre dem Betrage nach kleinste Krümmung besitzen.

2. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenstücke (3 a, 3 b, 4 a, 4 b) und die Kurvenstücke (13 a, 13 b, 14 a, 14 b) jeweils dem Betrage nach die gleiche mittlere Krümmung besitzen.

3. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betrage nach die mittlere Krümmung der Kurvenstücke (3 a, 4 b, 13 a, 14 b) und der Kurvenstücke (3 b, 4 a, 13 b, 14 a) jeweils gleich, jedoch die der Kurvenstücke (3 a, 4 b, 13 a, 14 b) eine andere als die der Kurvenstücke (3 b, 4 a, 13 b, 14 a) ist.

4. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Krümmung der Kurvenstücke (3 a, 13 a, 4 a, 14 a) dem Betrage nach verschieden von der der Kurvenstücke (3 b, 13 b, 4 b, 14 b) ist.