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Wärmeaustauschplatte Es sind Wärmeaustauscher für Flüssigkeiten bekannt,
bei denen der Wärmeaustausch durch Platten öder Bleche erfolgt, die paketweise in
einem Apparat zusammengebaut sind. Auf der einen Seite einer solchen Wärmeaustauschplatte
wird die .zu erwärmende oder zu kühlende_Flüssi:gkeit,auf der anderen Seite die
Heiz- oder Kühlflüssigkeit im Gegenstrom' geführt, eo daß .durch die Platte hindurch,
die aus Kupfer, nicht rostendem Stahl oder einem-anderen Baustoff besteht, die Beheizung
oder Kühlung erfolgt. Die Strömungskanäle auf ,diesen Platten werden in der Regel
zickzackförmig angeordnet, um eine gute Ausnutzung der gesamten Plattenoberfläche
zu erreichen.
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Insbesondere als Milcherhitzer dienende Wärmeaustauscher sollen nun
so beschaffen sein, @daß möglichst jedes Milchteilchen in gleicher Zeit auf die
gleiche Temperatur gebracht wird, und es ist zu vermeiden"daß eine Anzahl Teilchen
Aden Erhitzer besonders schnell durcheilen und nicht genügend erhitzt werden, während
andere Teilchen lange im Apparat verweilen und eine Überhitzung und ,Schädigung
ihrer biologischen Eigenschaften erfahren.
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Diese Aufgabe isst nur zu erfüllen, wenn die Durchströmung durch .den
Apparat möglichst gleichmäßig erfolgt.und tote Wirbelräume, in denen sich einzelne
Milchteilchen besonders lange aufhalten können, ohne mit fortgespült zu werden,
vermieden werden. Besonders gefährdete Stellen sind in -dieser Hinsicht die Umkehrstellen'
des Zickzackstromes der Platte, da bei der scharfen Umlenkung um i8o° Ablösungserscheinungen
auftreten und an den Umlenkstellen Totwassergebiete entstehen, in denen einzelne
Flüssigkeitsteilchen sehr lange verweilen und überhitzt werden, bevor sie von oder
Strömungsflüssigkeit wieder fortgespült -werden. An solchen Totwasserstellen, wie
sie beispielsweise in Fig. i an den von den Rippen i der Platte 2 bei 3, q. und
5 ,gebildet werden, besteht für die Milch eine wesentlich gesteigerte Anbrenngefahr,
und an
ausgeführten Apparaten kann auch festgestellt werden, daß
.diese, Totwassergebietedem Ansatz von Milchstein besonders ausgesetzt sind: Es
sind verschiedene Mittel versucht worden, .diese Nachteile zu vermeiden. Beispielsweise
ist vorgeschlagen worden, an :den Umlenkstellen Verdickungen 6 anzuordnen, wie sie
in Fig. 2 -dargestellt sind. Ganz davon abgesehen aber, daß genügend große Abrundungsradien,
um die Ablösung zu vermeiden, konstruktiv schwer zu verwirklichen sind, auch gewisse
Totwasserstellen verbleiben, treten durch die Verengung an den Umkehrstellen Druckverluste
auf, die höhere Apparatedrücke und ,größere Pumpenleistungen bedingen und damit
die Apparate unwirtschaftlich machen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß
an den Stellen im Apparat, an denen sich Toträume bilden; besondere Flüssigkeit
zugeführt wird, die das wirbelnde Totwasser fortspült. Bei den Wärmeaustauschplatben
nach .der Erfindung wird dies dadurch erreicht"daß in den an :den Umkehrstellen
entstehenden Tötraumgebieten der Hauptfließwege Nebenfließwege münden, die an in
der Durchflußrichtung vorgelesenen Stellen der Hauptfließwege -abgezweigt sind.
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Es ist auf anderen Gebieten -der Technik bekannt, die Grenzschichtablösung
und die Bildurig von Totwasser zu vermeiden, indem die Verdickung,der Grenzschicht,
die die Ursache der Wirbelbildung -ist, dadurch vermindert wird, daß man
sie absaugt. Man kann z. B. im Flugzeugbau auf diese Weise erreichen; daß an Flügelprofilen
usw. die Strömung vor dem Abreißen wesentlich länger .anliegt. Ein anderer bekannter
Weg, das Abreißen und die Bildung von Totwassergebieten -durch Ablösung der Grenzschicht
zu vermeiden, besteht .darin, daß man der träge fließenden Grenzschicht frische
kinetische Energie durch Hinzufügen kräftig strömender neuer Flüssigkeit vermittelt.
Insbesondere hat man bei einer Kreiselpumpenbauart vorgeschlagen, von der Hauptleitung
eine Nebenleitung abzuzweigen, um an Umkehrstellen-Druckverluste zu vermeiden.
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Diese bei anderen strömungstechnischen Aufgaben bekannten Mittel sind
bei Wärmeaustauschplatten noch nicht angewendet worden, bei denen durch die an sich
bekannte Energiesteigerung der Grenzschicht eine neue Wirkung erzielt wird, die
darin besteht, daß durch Vermeidung oder Verkleinerung der Totwassergebiete, an
denen sonst der Wärmeüberbang sehr gering ist, Flächen für die Wärmeübertragung
gewonnen werden. Da der Gewinn an praktisch nutzbar gemachten Wärmedurchgangsflächen
an allen Umlenkstellen des in Windungen verlaufenden Strömungskanals einer Wärmeaustauschplatte
erzielt werden kann, erhält man insgesamt eine bicträchtliche Verbesserung der Wärmeaustauschleistung.
Man hat auch nicht erkannt, daß sich insbesondere bei Milcherhitzern u. .dgl. durch
die Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit der Milchteilchen in bakteriologischer
Hinsicht besondere Vorteile ergeben. Bei .der erfindungsgemäßen Ausbildung der Umkehrstellen
haben die einzelnen Milchteilchen keine Zeit, länger im Totwassergebiet zu verweilen,
sie werden vielmehr mit fortgespült und sofort wieder mit anderen Milchteilchen
gemischt. Däß ferner der Druck zum Durchströmen des Wärmeaustauschers wesentlich
vermindert wird, bedingt eine Vereinfachung der Bauart sowie eine größere Betriebswirtschaftlichkeit
durch Verkleinerung der Pumpenleistung: Die Flüssigkeit; die zum Ausspülen der Ecken
benutzt wird, wird vorzugsweise der strömenden Flüssigkeit unmittelbar entnommen,
indem von dem Hauptstrom ein Nebenstrom abgezweigt und an der Unterdruckstelle an
der Umkehrung wieder in das Totwassergebiet eingeführt wird. Durch den Kunstgriff,
den Nebenstrom an der Stelle -des stärksten Unterdruckes am Umkehrbogen wieder zuzuführen,
tritt eine Sogwirkung in dem Nebenstrom auf. Die Mischung des Nebenstromes mit dem
Hauptstrom in dem Totwassergebiet bedingt eine starke Durchwirbelungt die eine gute
Verteilung der einzelnen Milchteilchen und einen verbesserten Wärmeübergang mit
sich bringt, so dä.ß die Anbrenngefahr an diesen Stellen beseitigt und die Gleichmäßigkeit
.der Strömung wesentlich verbessert wird.
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In Fig.3 und 4 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt. . Fig. 5 und 6 zeigen in abgebrochener Darstellung, und
zwar Fig. 5 in der Ansicht und Fig: 6 im Schnitt nach VI-VI der Fig. 5 Einzelheiten
einer bevorzugten Ausführungsform bei aus Blech :geprägten Wärmeaustauschplatten.
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Bei der Platte 13 nach Fig. 3 wird von .dem Hauptstrom 14 bei
i5,der Nebenstrom 16 abgezweigt, der von den möglichst schmäl gehaltenen Rippen
17 ünd 18 begrenzt wird. Der Nebenstrom 16 mündet bei ig an der inneren Begrenzung
der Krümmung 20, und zwar -hinter der Krümmung an derjenigen Stelle, an der sonst
ein Totraumge:biet entstehen würde. Die Abzweigung des nächsten Nebenfließweges
aus dein Hauptfließweg erfolgt bei 2i in ähnlicher Weise wie bei 15.
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Die Platte z2 nach Fg. 4 entspricht im wesentlichen der in Fig.3 dargestellten
Platte 13. Jedoch erfolgt hier die Abzweigung der Nebenfließwege in den Krümmungen
2o nicht erst an einer hinter der Krümmung gelegeren
"Stelle, sondern
bei 23 in der Krümmung selbst an deren äußerer Begrenzung. Die Abzweigung wird hier
dadurch erreicht, daß die Rippe 2q. mit ihrem der Krümmung angepaßten Ende 25 in
die Krümmung 2o hineinragt. Hierdurch wird erreicht, daß in den Nebenfließweg ein
Nebenstrom großer kinetischer Energie eintritt, .der ihn mit Sicherheit völlig ausfüllt
und dadurch wiederum die Voraussetzungen schafft, daß an der nächsten Umlenkstelle
genügend kräftig strömende Flüssigkeit zugeführt wird.
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Die in Fvg. 3 und q. schematisch dargestellten Platten können in beliebiger
Weise ausgeführt werden, indem man die Rippen usw. z. B. mit -der Platte aus einem
Stück gießt, sie nachträglich auf die Platte aufsetzt usw.
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Es können indessen auch aus Blech geprägte Platten gemäß der Erfindung
ausgebildet werden, bei ,denen in bekannter Weise die Strömungskanäle durch geprägte
Sicken gegeneinander aabgegrenzt sind. Bei der bekannten Ausführung derartiger Platten
greifen die Sickendes einen Bleches in die auf der Rückseite sich als Rillen darstellenden
entsprechenden Sicken des nächstfolgenden Bleches ein, wobei man die Möglichkeit
hat, durch in geringerer Tiefe geprägte Sicken Strömungsräume, welche sie gegeneinander
abgrenzen, stellenweise zu verbinden.
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Bei den in Fig. 5 und 6 dargestellten geprägten Platten 26, 27 nach
der Erfindung werden in der gleichen Weise die H.auptfließwege 28 durch die geprägten
Sicken 29 gegeneinander abgegrenzt, jedoch die Hohlräume 30 der Sicken als Nebenfli.eßwege
benutzt. Die Ein- und Austrittsstellen 31, 32, entsprechend den Ein- -und
Austrittsstellen 21 und i9 der Platte 13 in Fig. 3, werden dadurch gebildet, daß
die Kanten der Sicken bzw. Rillen hier in geringerer Tiefe bzw._ abgeschrägt (32)
geprägt sind.
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Bei der Benutzung oder Sickerhohlräume als Nebenfließwege ergibt sich
der weitere Vorteil; daß ,die Plattenoberfläche vollständig für den Wärmeaustausch
aiusgenutztwsrd, wie dies für Platten, bei denen -die Strömungskanäle durch wellblechartige
Prägung gebildet werden, an sich bekannt ist: