DE60109281T2

DE60109281T2 - Plattenpaket, strömungsverteilungsvorrichtung und plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE60109281T2
Application number: DE60109281T
Authority: DE
Inventors: Martin Karl HOLM; Berndt Tagesson; Inge Nils NILSSON
Original assignee: Alfa Laval Corporate AB
Current assignee: Alfa Laval Corporate AB
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2021-05-19
Also published as: SE0001887L; EP1282807B1; SE516537C2; EP1282807A1; WO2001090673A1; JP4584528B2; CN1283973C; US20040011514A1; ATE290680T1; JP2003534522A; US6702006B2; SE0001887D0; AU2001259002A1; DE60109281D1; CN1423742A

Description

Technisches Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plattenpaket für einen Plattenwärmetauscher, umfassend eine Anzahl von Wärmetauscherplatten, wobei jede davon einen Wärmeübertragungsteil und eine Zahl von Durchgangsöffnungen aufweist, dass ein erster Fließkanal zwischen ihnen in einer Vielzahl von ersten Plattenzwischenräumen gebildet wird und ein zweiter Fließkanal in einer Vielzahl von zweiten Plattenzwischenräumen gebildet wird und dass die Öffnungen wenigstens einen Einlasskanal und wenigstens einen Auslasskanal für jeden der Fließkanäle bilden, dass der Einlasskanal von wenigstens dem ersten Fließkanal wenigstens einen Primärkanal umfasst, der angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsfluss für den ersten Fließkanal aufzunehmen, und wenigstens einen Sekundärkanal, der mit dem Primärkanal und dem ersten Fließkanal in Verbindung steht und der angeordnet ist, um den Flüssigkeitsfluss aus dem Primärkanal aufzunehmen und den Flüssigkeitsfluss zum ersten Fließkanal zu befördern.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Flussverteilungsvorrichtung zur Verwendung in einem Auslasskanal eines Plattenwärmetauschers und einen Plattenwärmetauscher.
Fachlicher Hintergrund
Ein Plattenwärmetauscher kann eine „Rahmenplatte" und eine „Druckplatte" und eine Zahl von dazwischen befindlichen Wärmetauscherplatten umfassen, die in einem „Plattenpaket" eingespannt sind. Die Wärmetauscherplatten sind so angeordnet und entworfen, dass zwischen ihnen Fließpfade für wenigstens zwei Wärmetauschermedien ausgebildet werden. Jede Wärmetauscherplatte ist mit einer Zahl von Durchgangsöffnungen versehen, die zusammen wenigstens zwei Einlasskanäle und zwei Auslasskanäle bilden, die sich durch das Plattenpaket erstrecken. Einer der Einlasskanäle und einer der Auslasskanäle stehen miteinander über einige der Fließpfade in Verbindung, die einen Fließkanal für ein Wärmetauschermedium bilden, und die anderen Einlass- und Auslasskanäle stehen über die anderen Fließpfade miteinander in Verbindung, die einen Fließkanal für ein anderes Wärmetauschermedium bilden.
Der Plattenwärmetauscher funktioniert über zwei verschiedene Wärmetauschermedien, die jeweils über einen separaten Einlasskanal an zwei separate Fließkanäle zugeführt werden, wobei das wärmere Medium einen Teil seines Wärmeinhalts mittels Wärmetauscherplatten an das andere Medium überträgt. Die zwei Medien können unterschiedliche Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe oder Kombinationen davon, so genannte Zwei-Phasen-Medien, sein.
Das Konzept des Plattenwärmetauschers wird detaillierter in Verbindung mit einem Plattenwärmetauscher beschrieben werden, der für die so genannte Zwei-Phasen-Anwendung vorgesehen ist und in der Alfa-Laval-AB-Broschüre Der Plattenverdampfer von 1991 (IB 67068E) beschrieben wird (siehe 1).
Das Medium, das vollständig oder teilweise verdampft werden soll, beispielsweise Saft, der konzentriert werden soll, wird an den Wärmetauscher durch einen Einlass zugeführt, der durch zwei Öffnungen in der Rahmenplatte ausgebildet wird. Diese zwei Öffnungen führen direkt zu einem allgemeinen ersten Einlasskanal, der sich durch die Packung der Wärmetauscherplatten erstreckt. Dampf wird den Fließkanälen, die zwischen den Wärmetauscherplatten ausgebildet und für diesen Zweck vorgesehen sind, durch einen zweiten Einlasskanal zugeführt. Dieser zweite Einlasskanal wird durch Öffnungen gebildet, die in einem oberen Eckenbereich der Platten angeordnet sind, und da der Dampf einen relativ großen Raum beansprucht, weist er eine relativ große Querschnittfläche auf.
Wenn sich der Plattenwärmetauscher in Betrieb befindet, strömt der Dampf nach unten in seine Zwischenräume und wird vollständig oder teilweise kondensiert. Das Kondensat wird durch zwei Auslasskanäle abgeführt, die durch Öffnungen in den zwei unteren Ecken der Platten definiert sind und die über zwei Verbindungsöffnungen in der Rahmenplatte aus dem Plattenwärmetauscher heraus führen. Das zweite Medium wird nach oben in seine Zwischenräume befördert und wird vollständig oder teilweise verdampft bevor es schließlich über einen Auslasskanal abgeführt wird, der durch Öffnungen gebildet wird, die im anderen oberen Eck der Platten angeordnet sind, und welcher über eine Verbindungsöffnung in der Rahmenplatte hinaus führt.
Ein mit dieser Technik zusammenhängendes Problem ist, dass bei langen Plattenwärmetauschern, d. h. Plattenwärmetauschern mit einer großen Zahl von Wärmetauscherplatten im Plattenpaket, die Fließmenge der zwei Medien in dem Plattenzwischenräumen dazu neigt, entlang der Länge des Plattenwärmetauschers zu variieren. Deshalb kann die maximale Kapazität des Plattenwärmetauschers nicht ausgeschöpft werden. Auch wenn ein oder mehrere Plattenzwischenräume bei maximaler Kapazität genutzt werden, gibt es eine ziemlich große Zahl von Plattenzwischenräumen, deren Nutzungsgrad beträchtlich unterhalb der maximalen Kapazität liegt. Dieses Problem verstärkt sich bei Zwei-Phasen-Anwendungen, da die. Dampfphase eines Mediums andere Eigenschaften aufweist als die flüssige Phase. Das bedeutet, dass sich die Dampfphase und die flüssige Phase im Wärmetauscher unterschiedlich verhalten werden und daher in den betreffenden Plattenzwischenräumen eine unterschiedliche Verteilung zeigen.
Ein anderes mit den meisten Plattenwärmetauschern zusammenhängendes Problem ist, dass es in vielen Fällen schwierig ist, eine gleichmäßige Verteilung des Flüssigkeitsflusses über die gesamte Breite einer jeden Platte zu erreichen, d. h. über den gesamten Wärmeübertragungsbereich. Ein Weg, zu versuchen, die Verteilung zu verbessern, ist, den Plattenöffnungen, die vorgesehen sind, um den Einlasskanal zu bilden, eine längliche Form zu geben, wie es in 1 gezeigt ist. Um die Verbindung des Wärmetauschers mit anderen Vorrichtungen zu erleichtern, ist es beispielsweise möglich, zwei Anschlussöffnungen in der Rahmenplatte zu verwenden, die direkt an den Einlasskanal anschließen, der einen länglichen Querschnitt aufweist. Im Allgemeinen ist es unerwünscht, solche abrupten Abmessungsschwankungen in einer Leitung zu haben. Wegen des toten Fließraums, der unmittelbar hinter den Verbindungsöffnungen der Rahmenplatte gebildet wird, erhalten die ersten Zwischenräume nicht die gewünschte Flüssigkeitsverteilung. Anstelle dessen haben irgendwelche vorhandenen Gase die Neigung, in diese Plattenzwischenräume zu fließen.
Die oben erläuterten Probleme treten auch auf, wenn der Plattenwärmetauscher nicht für Zwei-Phasen-Anwendungen genutzt wird, aber sie sind bei Zwei-Phasen-Anwendungen besonders ausgeprägt.
WO97/15797 offenbart einen Plattenwärmetauscher, der zur Verdampfung einer Flüssigkeit vorgesehen ist, beispielsweise eines Kühlmittels. Dieser Plattenwärmetauscher weist einen Einlasskanal und einen Verteilungskanal auf, die sich durch den Plattenwärmetauscher erstrecken und die miteinander entlang der gesamten Länge des Plattenwärmetauschers in Verbindung stehen. Der Zweck des Verteilungskanals ist es, unter anderem, im Wesentlichen gleichmäßige Ströme in den unterschiedlichen Plattenzwischenräumen zu erzeugen, dadurch, dass er als eine Erweiterung oder Ausgleichskammer zwischen dem Einlasskanal und den Plattenzwischenräumen dient. Das vorgeschlagene Design bietet jedoch keine vollständig zufrieden stellende Lösung für alle Betriebszustände, in welchen herkömmliche Plattenwärmetauscher verwendet werden.
GB-A-2 052 723 und GB-A-2 054 124 offenbaren zwei Varianten eines Plattenwärmetauschers, der einen vorderen und einen hinteren Abschnitt von Plattenzwischenräumen aufweist. Um den Fluss zum Plattenwärmetauscher zu ermöglichen, um den hinteren Abschnitt zu erreichen, ist der Plattenwärmetauscher mit einem Nebenkanal ausgestattet, der aus einer Röhre besteht, die konzentrisch im Einlasskanal angeordnet ist. Der Zweck der konzentrischen Röhre ist es, einen Teil des Flusses in den hinteren Abschnitt zu befördern. Die Plattenzwischenräume des ersten Abschnitts stehen direkt mit dem vorderen Bereich des Einlasskanals in Verbindung. Die Plattenzwischenräume des zweiten Abschnitts stehen direkt mit dem hinteren Bereich des Einlasskanals in Verbindung.
Folglich gibt es nach dem Stand der Technik keine Konstruktionen, die eine zufrieden stellende Fließverteilung sowohl entlang der Länge des Plattenwärmetauschers als auch über die Breite der Platten bieten. Vor allem gibt es nach dem Stand der Technik keine Konstruktion, die diese Probleme bei Zwei-Phasen-Anwendungen löst.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu bieten, die eine zufrieden stellende Fließverteilung sowohl entlang der Länge des Plattenwärmetauschers als auch über die Breite der Platten ermöglicht und mittels derer es zudem möglich ist, die obigen Probleme bei Zwei-Phasen-Anwendungen zu vermeiden.
Die vorliegende Aufgabe wird mittels eines Plattenpakets vom Typ gelöst, wie er eingangs beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkanal und der Sekundärkanal miteinander über wenigstens einen Fließpassagenteil in Verbindung stehen, der eine Vielzahl von Plattenzwischenräumen überspannt, dass die Ausdehnung des Fließpassagenteils entlang dem Primärkanal wesentlich kleiner als die Ausdehnung des Primärkanals ist, und dass im Wesentlichen außerhalb des Fließpassagenteils keine Fließpassage zwischen den Primär- und Sekundärkanälen vorhanden ist.
Durch Bereitstellung des Plattenpakets mit einem Primär- und einem Sekundärkanal und Ergänzung dieses Aufbaus durch die oben beschriebene Fließpassage wird ein Plattenpaket erhalten, in dem der Flüssigkeitsfluss zweckmäßigerweise sowohl entlang der Länge des Plattenpakets als auch über die Breite der Platten verteilt werden kann. Der Flüssigkeitsfluss, der aus dem Primärkanal durch die Fließpassage gelaufen ist, wird im Sekundärkanal herumwirbeln, hauptsächlich wegen der beschränkten Ausdehnung der Fließpassage, und wird daher gleichmäßig entlang der Länge des Plattenpakets verteilt. Durch Steuerung, in welchen Plattenzwischenraum die Flüssigkeit zwischen dem Primär- und Sekundärkanal fließen wird, kann der Fluss in den Sekundärkanal und daher die Fließverteilung über die Länge des Plattenpakets gesteuert werden. Zusätzlich bedeutet die beschränkte Ausdehnung des Fließpassagenteils entlang der Länge des Primärkanals, dass verschiedene Flüssigkeitsphasen nicht verschiedene Wege zwischen dem Primär- und Sekundärkanal bevorzugen, sondern dass im Wesentlichen die gleiche Phasenverteilung wie die der Zwei-Phasen-Flüssigkeit im Primärkanal zum Sekundärkanal fließen und durch dieses zwischen den unterschiedlichen Plattenzwischenräumen verteilt wird. Infolge der Verwendung eines Primärkanals und eines Sekundärkanals kann der Sekundärkanal darüber hinaus so entworfen sein, dass er den Flüssigkeitsfluss über die gesamte Breite einer jeden Platte verteilt, wohingegen der Primärkanal so entworfen sein kann, dass ermöglicht wird, herkömmliche runde Rohre an das Plattenpaket anzuschließen. Dadurch dass der Einlasskanal mit einem Primärkanal und einem Sekundärkanal versehen ist, kann die Übergangsstelle zwischen Kanal und Wärmetauscherfläche und die Übergangsstelle zwischen Kanal und äußeren Anschlüssen relativ unabhängig, voneinander entworfen werden. Das bedeutet, dass abrupte Abmessungsschwankungen in den Fließpfaden und demgemäß auch irgendwelche unerwünschte Turbulenzen vermieden werden können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steht der Primärkanal mit dem Sekundärkanal über wenigstens zwei Fließpassagenteile in Verbindung, die in einem Abstand voneinander entlang dem Primärkanal angeordnet sind. Das bedeutet, dass ein Flüssigkeitsfluss über lange Plattenpakete verteilt werden kann, während die oben beschriebenen positiven Verteilungseigenschaften beibehalten werden. Dieses Ausführungsbeispiel bietet zudem eine große Flexibilität, was verschiedene Formen der Aufteilung des Plattenpakets betrifft.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Primärkanal eine Flussverteilungsvorrichtung angeordnet zur Ableitung eines Teils des Flüssigkeitsflusses im Primärkanal über das Fließpassagenteil. Durch Anordnen einer Flussverteilungsvorrichtung im Primärkanal kann die Menge des Flüssigkeitsflusses, die vom Primärkanal in verschiedene Stellen entlang dem Primärkanal abgelenkt wird, auf eine einfache und zuverlässige Weise reguliert werden. Die Ablenkeigenschaft der Flussverteilungsvorrichtung stimuliert zudem den Ausgleich des Flüssigkeitsflusses im Sekundärkanal.
Der Primärkanal erstreckt sich zweckmäßigerweise durch das gesamte Plattenpaket, da das ein einfacher Weg ist, um das gesamte Plattenpaket mit Flüssigkeit zu versorgen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Sekundärkanal durch das gesamte Plattenpaket. Infolge dieses Designs wird lediglich ein Sekundärkanal für das gesamte Plattenpaket benötigt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sekundärkanal in eine Zahl von separaten Abschnitten unterteilt, von denen sich jeder lediglich durch einen Teil des Plattenpakets erstreckt. Dieses Design ist insbesondere geeignet bei Plattenpaketen, die aus einer großen Zahl von Platten bestehen und es macht es möglich, einen Ausgleich des Flüssigkeitsflusses für eine bestimmte Zahl von Plattenzwischenräumen in jedem Sekundärkanal zu erreichen. Durch Verteilung der Ausgleichsfunktion auf eine Zahl von separaten Sekundärkanälen kann ein leicht niedrigerer Ausgleichsgrad für jeden Sekundärkanalabschnitt toleriert werden, während noch eine zufrieden stellende Verteilung entlang der gesamten Länge des Plattenpakets erzielt wird, als mit einem. einzelnen langen Sekundärkanal mit dem gleichen Ausgleichsgrad möglich gewesen wäre. Diese Abteilung bedeutet, dass das Plattenpaket bei sich stärker ändernden Anwendungen ohne größere Leistungsverluste verwendet werden kann.
Die Flussverteilungsvorrichtung grenzt zweckmäßigerweise einen Abschnitt der Querschnittfläche des Primärkanals ab, wobei der Abschnitt entlang dem Primärkanal in der Fließrichtung des Flüssigkeitsflusses reduziert verringert wird. Der vom Primärkanal abgelenkte Fluss wird dadurch dem Sekundärkanal in einer Weise zugeführt, die mit der Strömungstechnologie in Einklang steht.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Flussverteilungsvorrichtung einen röhrenförmigen Körper, der eine geneigte Rampe umgibt. Die röhrenförmige Gestalt des Körpers ermöglicht es, leicht im Einlasskanal des Plattenpakets angeordnet und fixiert zu werden. Die geneigte Rampe bietet eine gute Ablenkungswirkung, da sie es der Flüssigkeit ermöglicht, entlang der Rampe auf solche Art und Weise zu fließen, dass ihre Fließrichtung graduell umgelenkt wird.
Der vordere Teil der geneigten Rampe ist zweckmäßigerweise in einem Abstand von der Kanalwand des Primärkanals angeordnet. Das stellt sicher, dass sich die Rampe in den Flüssigkeitsstrom des Kanals erstreckt und einen Teil des Stroms ablenkt.
Der hintere Teil der geneigten Rampe schließt zweckmäßigerweise angrenzend an die Fließpassage zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal an die Kanalwand des Primärkanals an. Das führt dazu, dass der abgelenkte Flüssigkeitsstrom direkt zum Sekundärkanal befördert wird.
Ein geeigneter Weg, zuverlässig einen korrekten Anteil des Flüssigkeitsstroms abzulenken, besteht darin, die geneigte Rampe der Flussverteilungsvorrichtung mit einer Ableitungskante versehen ist, die in einer Richtung entgegengesetzt dem Fluss der Flüssigkeit orientiert ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Ableitungskante im Wesentlichen vertikal. Diese Orientierung ist insofern zweckmäßig, dass auch Zwei-Phasen-Ströme, wie etwa Ring- oder Schichtströme, in ungefähr gleiche Anteile der unterschiedlichen Phasen aufgeteilt werden. Das ist wichtig, da eine ungleichmäßige Verteilung von Dampf bzw. Flüssigkeit sowohl die Kapazität des Plattenwärmetauschers verringert als auch die Gefahr erhöht, dass der Plattenwärmetauscher „trocken läuft", d. h. dass der Flüssigkeitsstrom zwischen einer oder mehreren Platten nicht ausreichend ist, was dazu führen kann, dass feste Partikel im Flüssigkeitsstrom anbrennen und an den Platten haften bleiben.
Die geneigte Rampe umfasst zweckmäßigerweise ein im Wesentlichen flaches, halb-elliptisches Blech. Das ist ein einfacher Weg, die Ableitwirkung der Flussverieilungsvorrichtung sicherzustellen.
Die Ausdehnung der geneigten Rampe entlang dem Primärkanal ist zweckmäßigerweise größer als seine größte Ausdehnung quer zum Primärkanal. Im Ergebnis verursacht die erhaltene Ableitung keine ausgeprägte Turbulenz.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Flussverteilungsvorrichtung eine Zahl von sich nach außen erstreckenden Verbindungsmitteln, die angeordnet sind, um zwischen den Platten in ihrem gegeneinander Anliegen um den Primärkanal fixiert zu werden. Durch Fixieren der Flussverteilungsvorrichtung auf diese Weise wird kein zusätzliches Mittel zum Fixieren der Flussverteilungsvorrichtung im Kanal benötigt. Die Kräfte der Zugstange, die so wirken, dass das Plattenpaket zusammengepresst wird, werden dadurch auch dazu genutzt, die Flussverteilungsvorrichtung zu fixieren.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Körpers umfasst er eine offene, röhrenförmige Käfigstruktur, die die geneigte Rampe umgibt und trägt. Der Körper, der die geneigte Rampe derart umgibt, erleichtert eine korrekte Positionierung der Rampe im Kanal.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Körper ein Rohr, das die geneigte Rampe umgibt und das in seiner Umfangsoberfläche mit einer Öffnung versehen ist, wobei die geneigte Rampe mit der Öffnung verbunden ist. Dieses Körperdesign ist sehr robust und beeinträchtigt den Flüssigkeitsstrom im Kanal nicht sehr stark. Es stellt auch sicher, dass korrekte Anteile der Flüssigkeit zum Sekundärkanal befördert werden. Die röhrenförmige Gestalt stellt sicher, dass unerwünschte Lecks zwischen Primär- und Sekundärkanälen vermieden werden.
Die äußere Form der Flussverteilungsvorrichtung entspricht zweckmäßigerweise der inneren Form des Primärkanals. Das bedeutet, dass der Flussverteiler den Flüssigkeitsfluss lediglich in einem geringen Ausmaß beeinträchtigt, und dass es leichter ist, eine korrekte Positionierung zu erreichen, weil mehr oder weniger zusammenfallende Oberflächen genutzt werden können.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Fließpassage zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal entlang dem Primär- und Sekundärkanal eine Ausdehnung auf, die kleiner ist als die Ausdehnung jeder der Kanäle entlang einander. Dieser Aufbau verstärkt die Neigung des Flüssigkeitsflusses, einen ausgleichenden, zirkulierenden Strom im Sekundärkanal zu zeigen, was zu einer ausgezeichneten Verteilung über die verchiedenen Plattenzwischenräume führt, die mit dem Sekundärkanal in Verbindung stehen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht lediglich eine Fließpassage zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal. Das verstärkt die Neigung des Flüssigkeitsflusses, eine ausgleichende, zirkulierende Strömung im Sekundärkanal zu zeigen.
Durch Verwendung eines Plattenpakets der oben beschriebenen Art in einem Plattenwärmetauscher wird ein Plattenwärmetauscher erhalten, in dem der Flüssigkeitsstrom gleichmäßig über die verschiedenen Plattenzwischenräume verteilt ist. Die gleichmäßige Verteilung wird auch bei Zwei-Phasen-Anwendungen erhalten, d. h. wenn das Fluidum sowohl flüssige als auch gasförmige Phasen aufweist. Der Primärkanal mit seiner Flussverteilungsvorrichtung befördert den Flüssigkeitsfluss zum Sekundärkanal, wo der Flüssigkeitsfluss ausgeglichen wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Plattenwärmetauscher wenigstens zwei Plattenpakete, wobei der Primärkanal des ersten Plattenpakets mit dem Primärkanal des zweiten Plattenpakets verbunden ist und im Wesentlichen mit diesem zusammenfällt, und der Sekundärkanal des ersten Plattenpakets vom Sekundärkanal des zweiten Plattenpakets getrennt ist. Dieser Aufbau ergibt eine äußerst bevorzugte Verteilung des Flüssigkeitsstroms entlang der Länge des Plattenwärmetauschers, auch wenn lokal eine etwas weniger zufrieden stellende Verteilung in einem Plattenpaket erhalten werden würde.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird unten detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung beschrieben werden, die beispielhaft derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß ihrer unterschiedlichen Gesichtspunkte zeigt.
1 ist eine schematische Darstellung der Funktion eines Plattenwärmetauschers nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Wärmetauscherplatte zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Plattenpaket.
3 zeigt eine Wärmetauscherplatte und schlägt schematisch die Anordnung und Orientierung einer Flussverteilungsvorrichtung im Primärkanal vor.
4 ist eine Explosionsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers.
5 zeigt eine Flussverteilungsvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Variante der Flussverteilungsvorrichtung, die in 5 gezeigt ist.
7 zeigt eine Flussverteilungsvorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt einen Teil der Flussverteilungsvorrichtung in 7.
Die 9 bis 11 veranschaulichen die Funktion der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Flussverteilungsvorrichtung bei unterschiedlichen Zwei-Phasen-Strömen.
Die 12 bis 15 veranschaulichen, wie der Fluss entlang der Länge des Plattenwärmetauschers nach dem Stand der Technik verteilt wird (12 bis 13) und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung (14 bis 15).
16 ist eine Draufsicht, die veranschaulicht, wie Flussverteilungsvorrichtungen in den Primärkanälen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet werden.
17 ist eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einem alternativen Aufbau des Primär- und Sekundärkanals.
Die 18 und 19 sind zwei schematische Darstellungen von verschiedenen Dichtungskonfigurationen zwischen einem Primärkanal und einem Sekundärkanal.
20 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Neigung der Ablenkrampen variiert werden kann.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst jede Wärmetauscherplatte 100 einen oberen Öffnungsteil A, einen unteren Öffnungsteil B und einen dazwischen befindlichen Wärmeübertragungsteil C.
In seinem unteren Öffnungsteil weist die Platte 100 zwei Primäreinlassöffnungen 110a-b und eine Sekundäreinlassöffnung 110c für eine erste Flüssigkeit sowie zwei Auslassöffnungen 120e–f für eine zweite Flüssigkeit. Die zwei Auslassöffnungen 120e–f sind in den Plattenecken angeordnet. Die zwei Primäreinlassöffnungen 110a–b sind nach innen von den Auslassöffnungen 120e–fangeordnet. Die Sekundäreinlassöffnung 110c weist eine längliche Form auf und ist teilweise zwischen den zwei Primäreinlassöffnungen 110a–b und zwischen den Primäreinlassöffnungen 110a–b und dem Wärmeübertragungsteil C angeordnet. Die Sekundäreinlassöffnung 110c weist eine längliche Form auf und erstreckt sich über den Hauptteil der Breite des Wärmeübertragungsteils C.
Im oberen Öffnungsteil weist die Platte 100 zwei doppelte Einlassöffnungen 120a–b, 120c–d auf, die in den zwei Ecken angeordnet sind, wobei die Öffnungen einen durchgehenden Einlasskanal in jeder der zwei Ecken für die zweite Flüssigkeit bilden, und ferner eine zentrale Auslassöffnung 110d für die erste Flüssigkeit.
Die Platte 100 ist dazu vorgesehen, in einem Plattenwärmetauscher auf solche Art und Weise angeordnet zu werden, wie es in 4 dargestellt ist. Der Plattenwärmetauscher umfasst eine Rahmenplatte 210, eine Druckplatte 220 und eine Zahl von dazwischen befindlichen Wärmetauscherplatten 100, die so angeordnet sind, dass sie mittels herkömmlicher Zugstangen (siehe 1) zusammengespannt werden können, die mit der Rahmenplatte 210 und der Druckplatte 220 in Eingriff kommen und sie zueinander hin ziehen. Die Öffnungen 110a–d, 120a–f der verschiedenen Wärmetauscherplatten 100 fallen zusammen, so dass sie Einlass- und Auslasskanäle bilden, die sich durch den Plattenwärmetauscher erstrecken.
Die Wärmetauscherplatten 100 weisen Dichtungen 131 in Dichtungshohlkehlen 130 oder (nicht gezeigte) erhabene Wulste auf, die dazu vorgesehen sind, gegen die angrenzende Wärmetauscherplatte 100 zu stoßen, wodurch die Plattenzwischenräume 250 relativ zur Umgebung abgegrenzt werden. Die Wärmetauscherplatten 100 weisen zudem Dichtungen oder dergleichen auf, die sich um einige der oben beschriebenen Öffnungen 110a–d, 120a–f erstrecken. Die Dichtungen um die Öffnungen 110a–d, 120a–f weisen auf den entsprechenden Seiten 100a–b der Platten 100 verschiedene Gestalt auf, um zu ermöglichen, dass einige der Öffnungen miteinander entlang einer ersten Seite 100a des Wärmeübertragungsteils C der Platten 100 in Verbindung stehen, während die anderen Öffnungen 120a–f miteinander entlang der anderen Seite 100b des Wärmeübertragungsteils C der Platten in Verbindung stehen.
Zusätzlich weisen die Platten 100 eine Art von (nicht gezeigter) Riffelung auf, die es ihnen erlaubt, an einer großen Zahl von Punkten aneinander zu stoßen, so dass ein Zwischenraum zwischen den Platten 100 gebildet wird, auch wenn sie zwischen der Rahmenplatte 210 und der Druckplatte 220 zusammengepresst werden.
Wie es in 4 gezeigt ist, wird die erste Flüssigkeit dem Plattenwärmetauscher über zwei Verbindungsöffnungen 211a–b zugeführt, die sich durch die Rahmenplatte 210 erstrecken und mit den Primäreinlassöffnurgen 110a–b der Platten 100 zusammenfallen. Die Primäreinlassöffnungen 110a–b bilden zwei Primäreinlasskanäle 230a–b, 330a–b (siehe die 4, 16 und 17), die sich durch den Plattenwärmetauscher erstrecken. Die erste Flüssigkeit fließt von den Primärkanälen 230a–b, 330a–b zu einem Sekundärkanal 240, 230, der durch die Sekundäröffnungen 110c gebildet wird. Die Primärkanäle 230a–b, 330a–b und der Sekundärkanal 240, 340 stehen miteinander über Fließpassagen in Verbindung, die entlang den Primär- und Sekundärkanälen 230a–b, 330a–b, 240, 340 eine beschränkte Ausdehnung aufweisen. Der Sekundärkanal 240, 340 steht wiederum mit den Plattenzwischenräumen 250 in Verbindung, die den ersten Fließkanal 250a bilden.
Im Folgenden werden verschiedene Wege beschrieben werden, die Fließpassage bereitzustellen, die beschränkte Ausdehnung aufweist. Die beschränkte Ausdehnung der Fließpassage(n) zwischen den Primär- und den Sekundärkanälen 230a–b, 330a–b, 240, 340 verursacht einen zirkulierenden, ausgleichenden Flüssigkeitsstrom, der sich im Sekundärkanal 240, 340 ausbildet, was zu einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung über die Länge des Sekundärkanals 240, 340 und damit entlang der Länge L des Plattenwärmetauschers führt.
Die beschränkte Ausdehnung der Fließpassage zwischen den Primärkanälen 230a–b, 330a–b und dem Sekundärkanal 240, 340 kann beispielsweise mittels einer Flussverteilungsvorrichtung 400a–b, 500 (siehe die 5 bis 8) erreicht werden, die in den Primärkanälen 230a–b, 330a–b angeordnet ist und die einen Teil des Flüssigkeitsstroms in den Primärkanälen 230a–b, 330a–b ableitet und diesen Teil an bestimmten Stellen entlang der Ausdehnung der Kanäle zum Sekundärkanal 240, 340 befördert (siehe die 16 bis 17).
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Flussverteilungsvorrichtung 400a–b (siehe die 5 bis 6) umfasst die Vorrichtung einen Körper in der Form einer röhrenförmigen, länglichen, offenen Käfigstruktur. Die zwei Flussverteilungsvorrichtungen in 5 bzw. 6 sind Varianten voneinander und es wurden gleiche Bezugsnummern verwendet, um sich entsprechende Elemente in den zwei Varianten zu bezeichnen. Die offene Käfigstruktur umgibt eine geneigte Rampe 410 und trägt diese. Die offene Käfigstruktur umfasst eine Zahl von Ringen 411 und eine Zahl von länglichen Streben 412, die dazu dienen, die Ringe 411 zu verbinden. Gemäß den beiden. Varianten umfasst die Flussverteilungsvorrichtung 400a–b drei Ringe 411. Bei einer Variante umfasst die Flussverteilungsvorrichtung 400a drei Streben 412 und bei der anderen umfasst die Flussverteilungsvorrichtung 400b vier Streben 412.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Flussverteilungsvorrichtung 500 umfasst die Vorrichtung 500 eine Röhre 501, die in ihrer Umfangsoberfläche eine Öffnung 502 aufweist. Die Flussverteilungsvorrichtung 500 umfasst darüber hinaus eine geneigte Rampe 510, die so angeordnet ist, dass sie die Öffnung 502 abdeckt.
Die Öffnung 502 ist auf solche Art und Weise geformt, dass sie in einer Richtung (entgegengesetzt zur Richtung F in 8) durch zwei Kanten 503a, b abgegrenzt wird, die sich von einem Punkt auf der Umfangsoberfläche 501 erstrecken und deren relativer Abstand dann zunimmt, sowie die Kanten 503a–b in einem zunehmenden Abstand voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Das bedeutet, dass an einem ersten Ende (gemäß der Richtung F) die Öffnung 502 fast die Hälfte des Umfangs der Umfangsoberfläche 501 umspannt und an einem zweiten Ende die Öffnung 502 von ihren Kanten 503a–b abgeschlossen wird, die zur Umfängsfläche 501 aufeinander zulaufen und an diese anschließen. Am ersten Ende der Öffnung 502 befindet sich die Kante 503 der Umfangsoberfläche 501, wie sie durch die Öffnung 502 abgegrenzt wird, an einem ersten radialen Abstand H von der ursprünglichen Umfangsoberfläche 501.
Durch Entwurf der Öffnung 502 auf diese Weise und Anordnung einer geneigten Rampe 510, die die Aussparung abdeckt, wird ein pfeifenartiger Aufbau erhalten. Der Abstand H bestimmt die Menge des Flusses F in der Röhre 501, der abgeleitet wird.
Beide Ausführungsbeispiele der Flussverteilungsvorrichtungen 400a–b, 500 sind dazu vorgesehen, auf die gleiche Weise verwendet zu werden. Eine oder mehrere Flussverteilungsvorrichtungen werden im Primärkanal an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Kanals angeordnet, wie es in 4, 16 und 17 gezeigt ist.
Die geneigte Rampe dient dem Zweck, einen Tel des Flüssigkeitsstroms im Primärkanal zum Sekundärkanal abzuleiten. 3 und die 9 bis 11 zeigen, wie die geneigte Rampe 410, 510 vorgesehen ist, orientiert zu werden. 3 und die 9 bis 11 zeigen die Flussverteilungsvorrichtung, wie sie aus der Fließrichtung F (siehe die 5 bis 8) gesehen wird. Die Ableitungskante 410a, 510a der geneigten Rampe, gelegen im vorderen Teil der Rampe, befindet sich in einem radialen Abstand H von der Kanalwand, durch die die Flussverteilungsvorrichtung angeordnet wird, um einen teilweisen Fluss abzuleiten. Die Ableitkante 410a, 510a unterteilt den Fluss im Primärkanal in einen Hauptfluss F_H und einen Sekundärfluss F_S, der für den Sekundärkanal vorgesehen ist.
Die Ableitkante 410a, 510a ist vertikal angeordnet, was bedeutet, dass sie eine bevorzugte Verteilungswirkung auch bei Zwei-Phasen-Anwendungen aufweist (siehe die 10 bis 11). Sowohl bei einem „Schichtstrom" (bei dem sich die Gasphase über der flüssigen Phase befindet) als auch bei einem „Ringstrom" (bei dem ein Flüssigkeitsfilm die Gasphase umgibt) wird die Flussverteilungsvorrichtung im Wesentlichen das gleiche Verhältnis der zwei Phasen ableiten, wie im Hauptstrom F_H vorhanden ist, was bedeutet, dass Verteilungsprobleme, die sonst bei Zwei-Phasen-Anwendungen üblich sind, vermieden werden können. Bei einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher neigt die Gasphase dazu, in einem großen Ausmaß nach oben durch die ersten Plattenzwischenräume zu fließen. Die radiale Anordnung der Ableitkante 410a, 510a bestimmt zu einem hohen Grad, wie viel des Flüssigkeitsflusses abgeleitet wird.
Zusätzlich zum radialen Abstand H der geneigten Rampe 410, 510 ist es auch möglich, den Winkel der Neigung und ihre Ausdehnung entlang dem Primärkanal zu variieren. Die Ausdehnung wird unter anderem durch die Ausdehnung der Fließpassage zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal bestimmt. Die Ausdehnung wird zudem durch den maximalen Winkel der Neigung bestimmt, der verwendet werden kann, ohne dass unerwünschte Turbulenz und Druckabfälle hervorgerufen werden. Die Neigung ist wiederum von der radialen Anordnung der Ableitkante und der Ausdehnung der Rampe abhängig. Jede Auswahl eines Parameterwerss wird demgemäß durch die Auswahl der anderen Parameterwerte und durch die Anwendung, unter der der Plattenwärmetauscher verwendet werden soll, bestimmt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die geneigte Rampe 410, 510 einen Neigungswinkel α von 15° auf (siehe 16).
5 und 6 zeigen zwei verschiedene Varianten der Flussverteilungsvorrichtung 400, die verschiedene Mengen des Flusses im Primärkanal ableitet.
Ein anderer Weg, die beschränkte Ausdehnung der Fließpassage zwischen den Primär- und Sekundärleitungen bereitzustellen, ist es, in einer beschränkten Zahl von Plattenzwischenräumen 250 Dichtung 131 um die Primäröffnungen 110a–b herum anzuordnen (siehe 18) und es lediglich der ersten Flüssigkeit zu ermöglichen, zwischen der Primäröffnung und der Sekundäröffnung in eine beschränkte Zahl von Plattenzwischenräumen zu fließen. Durch Verwendung teilweise unterbrochener oder ausgeschnittener Dichtungen 131' (siehe 19), die an den Fließpassagenteil angrenzen, kann der Fluss in der Fließpassage zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal reguliert werden. Das Ausmaß der Unterbrechungen oder die Ausschnittmenge der Dichtung 131' bestimmt die Ableitung und entspricht damit in Bezug auf die Funktion der Auswahl der Neigung, Ausdehnung und dem Grad des radialen Einsatzes der geneigten Rampe in der Flussverteilungsvorrichtung. Weil sich die Fließpassage nur über einen Teil der Fließpassage mit relativ beschränkter Ausdehnung erstreckt, kann dieser Aufbau auch bei einigen Zwei-Phasen-Anwendungen verwendet werden.
Wie aus den 14 bis 17 ersichtlich ist, wird es bevorzugt, dass das Plattenpaket des Plattenwärmetauschers in eine Zahl von Abschnitten unterteilt ist. Die Aufteilung wird dadurch vorgenommen, dass der Sekundärkanal 240, 340, 640 in eine Zahl von Abschnitten unterteilt wird, die jeweils mit einer Zahl von Plattenzwischenräumen in Verbindung stehen. Jeder Abschnitt des Primärkanals bedient eine bestimmte Zahl von Plattenzwischenräumen. Ein Weg, die Unterteilung des Sekundärkanals 240, 340, 640 durchzuführen, ist es, gelegentlich eine Platte 100 anzuordnen, in der die Sekundäröffnung 110c nicht ausgestanzt worden ist.
Dieses Design ist insbesondere geeignet für lange Plattenwärmetauscher. Die Unterteilung des Sekundärkanals bedeutet, dass die Neigung der Fließpassage und der Flussverteilungsvorrichtung, einen ausgleichenden Fluss in dem Sekundärkanal zu erzeugen, auch bei langen Plattenwärmetauschern verwendet werden kann.
Ein herkömmlicher Plattenwärmetauscher, der nicht unterteilt ist, ist in 12 gezeigt. 13 veranschaulicht die Verteilungstendenz des Flüssigkeitsstroms entlang dem Plattenwärmetauscher, insbesondere bei Zwei-Phasen-Anwendungen. Die entsprechende Tendenz bei einem unterteilten Plattenwärmetauscher ist in den 14 und 15 gezeigt. Infolge der Unterteilung wird eine insgesamt bessere Flussverteilung entlang der Länge des Plattenwärmetauschers erhalten.
Zusätzlich bedeutet die Unterteilung, dass man eine weniger zufrieden stellende Verteilung in jedem der Abschnitte erlauben kann und immer noch eine bessere Gesamtverteilung erhält. Infolge der Unterteilung wird es jedoch einfacher, eine zufrieden stellende Flüssigkeitsverteilung für jeden der Abschnitte zu erreichen, was bedeutet, dass die Gesamtverteilung beträchtlich besser ist als bei einem nicht unterteilten, langen Plattenwärmetauscher.
16 zeigt einen Aufbau von zwei Primärkanälen 230a–b und des Sekundärkanals 240, der mit Flussverteildungsvorrichtungen 231 ergänzt wurde, und die Unterteilung des Sekundärkanals 240 in zwei Abschnitte 240a–b. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht jeder der Primärkanäle 230a–b über zwei Fließpassagenteile mit jedem der Sekundärkanalabschnitte 240a–b in Verbindung; an die angrenzend Flussverteilungsvorrichtungen in den Primärkanälen 230a–b angeordnet sind. Es muss darauf hingewiesen werden, dass die verschiedenen Passagenteile, die von einem Primärkanal abführen, in einem Abstand P voneinander angeordnet sind. Zusätzlich sind die Fließpassagenteile, die von einem Primärkanal 230a abführen, relativ zu den entsprechenden Fließpassagenteilen, die vom anderen Fließpassagenteil 230b abführen, versetzt. Das ermöglicht es, dass ein ausgleichender Fluss in die verschiedenen Abschnitte 240a–b des Sekundärkanals 240 erhalten wird.
17 zeigt einen Aufbau von zwei Primärkanälen 330a–b und eines Sekundärkanals 340, der in zwei Abschnitte 340a–b unterteilt ist. Der erste Abschnitt 340a des Sekundärkanals 340 wird mit einer Flüssigkeit aus einem Primärkanal 330b versorgt und der zweite Abschnitt 340b des Sekundärkanals 340 wird mit einer Flüssigkeit aus dem anderen Primärkanal 330a versorgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Fließpassagenteile 331 gezeigt, die durch die Abwesenheit von vollständig abdichtenden Dichtungen definiert werden (siehe 19). Die Fließpassagenteile 331 befinden sich im hinteren Teil der Sekundärkanalabschnitte 340a–b, relativ zur Fließrichtung F, um einen zufrieden stellenden Ausgleich des Flusses in den Sekundärkanalabschnitten 340a–b zu liefern. Der Primärkanal 340a, der den hinteren Abschnitt 340b des Sekundärkanals bedient, ist vom vorderen Abschnitt 340a des Sekundärkanals mittels Dichtungen 332 in den Plattenzwischenräumen abgetrennt. Die Abschnitte 340a–b des Sekundärkanals 340 sind voneinander mittels einer Platte 100' getrennt, in der keine Sekundäröffnung ausgestanzt worden ist (vergleiche den Sekundärkanal 110c in 2). Der hintere Teil des Primärkanals 330b, der den vorderen Abschnitt 340a des Sekundärkanals bedient, ist teilweise vom hinteren Abschnitt 340b des Sekundärkanals mittels Dichtungen 332 abgetrennt und teilweise vom vorderen Teil des Primärkanals 330b mittels der Platte 100' abgetrennt. Um sicherzustellen, dass das Plattenpaket den Flüssigkeitsdruck trägt, wird ein kleiner Fluss durch kleine Öffnungen in der Platte 100' zum hinteren Teil sowie aus dem Sekundärkanal 340b befördert, der parallel zu diesem Teil verläuft. Alternativ können alle Dichtungen zwischen dem Primärkanal 330b' und dem Sekundärkanal 340b entfernt sein.
Ohne diese Abgrenzung relativ zum Sekundärkanal 340 und dem vorderen Teil des Primärkanals 330b würde sich im hinteren Teil 330b' des Primärkanals 330b eine stillstehende Flüssigkeit befinden.
20 zeigt einen Aufbau eines Primärkanals 630 und einen Sekundärkanal 640, wobei der Sekundärkanal in drei Abschnitte 640a–c unterteilt ist, die jeweils eine Zahl von Plattenzwischenräumen bedienen. Dieser Aufbau umfasst drei Flussverteilungsvorrichtungen 631a–c, die im Primärkanal 630 angeordnet sind und die jeweils dazu vorgesehen sind, einen Teil des Flüssigkeitsflusses im Primärkanal zu den entsprechenden Abschnitten 640a–c des Sekundärkanals abzuleiten.
Wie es in der Figur dargestellt ist, weist jede der geneigten Rampen der Flussvorrichtungen 631a–c eine verschiedene Ausdehnung in den Primärkanal hinein auf Der Abstand, mit welchem sich die verschiedenen geneigten Rampen in den Primärkanal hinein erstrecken, nimmt in der Richtung des Flusses F im Plattenwärmetauscher zu. Die erste Flussverteilungsvorrichtung 631a leitet eine bestimmte Menge des Flüssigkeitsflusses im Primärkanal 630 ab. Um sicherzustellen, dass die gleiche Flussmenge zum zweiten Abschnitt 640b befördert wird, leitet die zweite Flussverteilungsvorrichtung 631b einen größeren Anteil des verbleibenden Flüssigkeitsstromes im Primärkanal 630 ab. Die nächste Flussverteilungsvorrichtung 631c leitet wiederum einen noch größeren Anteil des weiter verminderten verbleibenden Fluss im Primärkanal 630 ab.
Diese Wirkung mittels verschiedener Einsatzabstände der Flussverteilungsvorrichtung kann auch in gewissem Ausmaß bei der Dichtungsvariante durch Variieren der Größe der Fließpassagenteile entlang der Länge des Plattenwärmetauschers erreicht werden. Ein kleiner Fließpassagenteil entspricht demgemäß einem kleinen Einsatzabstand und ein großer Fließpassagenteil entspricht einem größeren Einsatzabstand.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 20 gezeigt ist, können die Flussverteilungsvorrichtungen eingestellt oder adjustiert werden. Diese Einstellbarkeit wird beispielsweise durch die geneigten Rampen erreicht, die einen variablen Neigungswinkel aufweisen. Der Plattenwärmetauscher umfasst eine Steuereinheit 700, die die notwendige Steuerausstattung und Betätigungsmittel 632a–c beinhaltet. In 20 sind die Betätigungsmittel 632a–c als längliche Streben gezeigt, die durch eine Art Motor oder Kolben in der Steuereinheit betätigt werden. Es ist möglich, die Einstellbarkeit auf eine Zahl von anderen Wegen zu erreichen, beispielsweise durch Verwendung von Servomotoren, die die geneigten Rampen tragen, oder durch Verwendung von Drahtseilen anstelle der gezeigten Streben, kombiniert mit einer Art von Rückfederaufhängung der Rampen, die es ihnen ermöglicht, einen bestimmten Neigungswinkel α einzunehmen.
Dadurch, dass die Flussverteilungsvorrichtung einstellbar gemacht wird, kann ein und derselbe Plattenwärmetauscher innerhalb eines beträchtlich größeren Kapazitätsbereichs verwendet werden, als herkömmliche Plattenwärmetauscher. In Abhängigkeit vom gesamten hereinkommenden Flüssigkeitsstrom können kleinere oder größere Mengen zu den verschiedenen Abschnitten des Plattenwärmetauschers abgelenkt werden. Es ist sogar möglich, einen oder mehrere Abschnitte des Plattenwärmetauschers abzusperren, um mit verschiedenen Kapazitätsanforderungen zurechtzukommen oder sie durch vollständiges Schließen der Flussverteilungsvorrichtungen 631a–c zu reinigen. Bei einem herkömmlichen Plattenwärmetauscher, der nicht, mit Primär-/Sekundärkanälen oder Abschnitten ausgestattet ist, neigt der Flüssigkeitsstrom andererseits dazu, ungleichmäßig verteilt zu werden, wenn der zugeführte Flüssigkeitsstrom nicht dem Flüssigkeitsstrom entspricht, für den der Plattenwärmetauscher entworfen wurde.
Man wird einsehen, dass eine Zahl von Modifikationen zu den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich ist, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert wird.
Beispielsweise können die verschiedenen Konfigurationen der Primär- und Sekundärkanäle, der Flussverteiler (fest und einstellbar), deren Einsatzabstand entlang der Länge des Plattenwärmetauschers gesteigert werden kann oder nicht, der unterbrochenen oder teilweise ausgeschnittenen Dichtungen gemäß den gegenwärtigen Anforderungen für verschiedene Anwendungen variiert werden.

Claims

Plattenpaket für einen Plattenwärmetauscher, umfassend eine Anzahl von Wärmetauscherplatten (100), wobei jede Platte einen Wärmeübertragungsteil (C) und eine Zahl von Durchgangsöffnungen (110a–d, 120a–f) aufweist, die Platten (100) auf solche Art und Weise zusammenwirken, dass ein erster Fließkanal zwischen den Platten (100) in einer Vielzahl von ersten Plattenzwischenräumen (250) gebildet wird und ein zweiter Fließkanal zwischen ihnen in einer Vielzahl von zweiten Plattenzwischenräumen (250) gebildet wird und dass die Öffnungen (110a–d, 120a–f) wenigstens einen Einlasskanal und wenigstens einen Auslasskanal für jeden der Fließkanäle bilden, dass der Einlasskanal von wenigstens dem ersten Fließkanal wenigstens einen Primärkanal (230a–b; 330a–b; 630) umfasst, der angeordnet ist, um einen Flüssigkeitsfluss für den ersten Fließkanal aufzunehmen, und wenigstens einen Sekundärkanal (240; 340; 640), der über Fließpassage mit dem Primärkanal und dem ersten Fließkanal in Verbindung steht und der angeordnet ist, um den Flüssigkeitsfluss aus dem Primärkanal aufzunehmen und diesen Flüssigkeitsfluss zum ersten Fließkanal zu befördern, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkanal (230a–b; 330a–b; 630) und der Sekundärkanal miteinander über wenigstens einen Fließpassagenteil (231; 331; 631) in Verbindung stehen, der eine Vielzahl von Plattenzwischenräumen (250) überspannt, dass die Ausdehnung des Fließpassagenteils (231, 331, 631) entlang dem Primärkanal (230a–b; 330a–b; 630) wesentlich kleiner als die Ausdehnung des Primärkanals (230a–b; 330a–b; 630) ist, und dass eine Fließpassage zwischen den Primär- und Sekundärkanälen (230a–b, 240; 330a–b, 340; 630, 640) im Wesentlichen außerhalb des Fließpassagenteils (231; 331; 631) fehlt.
Plattenpaket nach Anspruch 1, wobei der Primärkanal mit dem Sekundärkanal über wenigstens zwei Fließpassagenteile in Verbindung steht, die in einem Abstand voneinander entlang dem Primärkanal angeordnet sind.
Plattenpaket nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Flussverteilungsvorrichtung (400; 500) im Primärkanal angeordnet ist, zur Ableitung eines Teils des Flüssigkeitsflusses im Primärkanal zum Sekundärkanal, an dem Fließpassagenteil (231; 331; 631) bzw. wenigstens einem der Fließpassagenteile (231; 331; 631).
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Primärkanal durch das gesamte Plattenpaket erstreckt.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der Sekundärkanal durch das gesamte Plattenpaket erstreckt.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sekundärkanal in eine Zahl von separaten Abschnitten (240a–b; 340a–b; 640a–c) unterteilt ist, von denen sich jeder lediglich durch einen Teil des Plattenpakets erstreckt.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Flussverteilungsvorrichtung einen Abschnitt der Querschnittfläche des Primärkanals abgrenzt, wobei der Abschnitt entlang dem Primärkanal in der Fließrichtung des Flüssigkeitsflusses verringert wird.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Flussverteilungsvorrichtung einen röhrenförmigen Körper umfasst, der eine geneigte Rampe (410; 510) umgibt.
Plattenpaket nach Anspruch 8, wobei das Vorderteil (410a; 510a) der geneigten Rampe in einem Abstand von der Kanalwand des Primärkanals angeordnet ist.
Plattenpaket nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Hinterteil der geneigten Rampe (410; 510) an die Kanalwand des Primärkanals, angrenzend an die Fließpassage zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal, anschließt.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die geneigte Rampe (410; 510) der Flussverteilungsvorrichtung eine Ableitungskante (410a; 510a) aufweist, die in einer Richtung entgegengesetzt dem Fluss der Flüssigkeit orientiert ist.
Plattenpaket nach Anspruch 11, wobei die Ableitungskante (410a; 510a) eine im Wesentlichen vertikale Ausdehnung aufweist.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die geneigte Rampe (410; 510) ein im Wesentlichen flaches, halb-elliptisches Blech umfasst.
Plattenpaket nach Anspruch 12 und 13, wobei die Ableitungskante (410a; 510a) durch eine der Ellipsenhauptachsen des Bleches definiert wird.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Ausdehnung der geneigten Rampe (410a; 510a) entlang dem Primärkanal größer ist als seine Maximalausdehnungquer zum Primärkanal.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei die Flussverteilungsvorrichtung (400; 500) eine Zahl von sich nach außen ersteckenden Verbindungsmitteln (413, 513) umfasst, die angeordnet sind, um zwischen den Platten in ihrem gegeneinander Anliegen um den Primärkanal fixiert zu werden.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Körper eine offene, röhrenförmige Käfigstruktur (400a–b) umfasst, welche die geneigte Rampe (410) umgibt und diese stützt.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Körper ein Rohr (501) umfasst, das die geneigte Rampe (510) umgibt und das in seiner Umfangsoberfläche (501) mit einer Öffnung (502) versehen ist, wobei die geneigte Rampe (510) mit der Öffnung (502) verbunden ist.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei die Flussverteilungsvorrichtung eine äußere Gestalt aufweist, die im Wesentlichen der inneren Gestalt des Primärkanals entspricht.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Fließpassage (231; 331; 631) zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal entlang dem Primär- und Sekundärkanal eine Ausdehnung aufweist, die kleiner ist als die Ausdehnung jeder der Kanäle entlang einander.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei lediglich eine Fließpassage zwischen dem Primärkanal und dem Sekundärkanal besteht.
Plattenpaket nach einem der Ansprüche 6 bis 21, wobei der Einlasskanal des ersten Fließkanals zwei Primärkanäle (330a, 330b) umfasst, wobei eine der Primärkanäle (330b) über Fließpassage mit einem ersten Abschnitt (340a) des Sekundärkanals in Verbindung steht und der zweite Primärkanal (330a) über Fließpassage mit einem zweiten Abschnitt (340b) des Sekundärkanals in Verbindung steht.
Plattenwärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein Plattenpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 22 umfasst.