DE842798C

DE842798C - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE842798C
Application number: DEA1707D
Authority: DE
Original assignee: Separator AB
Current assignee: Alfa Laval Holdings Amsterdam AB
Priority date: 1940-01-26
Filing date: 1941-01-24
Publication date: 1952-06-30

Description

Plattenwärmeaustauscher Bei Wärmeaustauschern ist es von großer Bedeutung, laminare Strömung längs den Wärmeaustauschelementen zu vermeiden. Wenn die Elemente aus nebeneinander angeordneten Platten bestehen, kann dies dadurch erreicht werden, daß man die Plattenflächen mit quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Leisten versieht, die eine Durchmischung der hindurchströmenden Flüssigkeit verursachen. Durch diese Leisten erhalten die Zwischenräume zwischen den Platten eine bestimmte Gestalt. Es ist deshalb möglich, den von den Zwischenräumen gebildeten Strömungskanälen mit Hilfe jener Leisten einen in bestimmter Weise sich ändernden Querschnitt zu geben; so kann man die Kanäle als eine Reihe hintereinandergelegener Kammern ausbilden, die von Durchtrittsspalten mit wesentlich kleinerem Querschnitt verbunden sind. Dadurch erreicht man eine schwankende Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, und ebenso ist es möglich, durch geeignete Gestaltung der Kammern und der Durchlässe örtliche Bewegungen und eine kräftige Durchmischung innerhalb der Flüssigkeit zu erreichen, so daß alle Teile der Flüssigkeit in Berührung mit den wärmeübertragenden Flächen kommen.
hach der Erfindung wird die Durchmischung der Flüssigkeit in einem Plattenwärmeaustauscher mittels einer Wirbelung bewirkt, die durch eine besondere Gestaltung der Zwischenräume zwischen den Wänden der Platten entsteht. Diese Zwischenräume bestehen erfindungsgemäß aus einer Reihe von in der Strömungsrichtung langgestreckten Kammern, die miteinander durch kurze, stark verengte Durchtrittsspalten verbunden sind; diese Durchtrittsspalten verlaufen in einer Richtung, die mit der in der Strömungsrichtung liegenden Kammerwand im wesentlichen parallel ist oder von ihr um einen spitzen Winkel abweicht. Eine die Wärmeübertragung weiterhin fördernde gute Durchwirbelung der Flüssigkeit kann man dadurch erzielen, daß man im Längsschnitt der Kammern den Einlaß und den Auslaß für die zu erwärmende Flüssigkeit einander diagonal gegenüberliegend anordnet. Die verengten Durchtrittsspalten werden zweckmäßig mittels auf der Platte angeordneter Leisten gebildet, die entweder durch Ausfräsen der Kammern aus einer ursprünglich dicken Platte oder durch Aufschweißen besonderer Rippen auf ein dünnes Blech oder auch durch Pressen hergestellt werden können. Man kann die Durchmischung der Flüssigkeit noch dadurch verbessern, daß diese Leisten an gewissen Stellen als Druckleisten ausgebildet werden, die sich bis zur angrenzenden Platte des Wärmeaustauschers erstrecken und sich gegen diese abstützen; zwischen den Druckleisten bildet sich dann eine Anzahl Öffnungen, durch welche die Flüssigkeit in einer Anzahl paralleler Zweige hindurchströmt. Eine weitere Verbesserung kann man hierbei dadurch erzielen, daß man Reihen von Druckleisten wechselweise gegeneinander verschoben anordnet, so daß die eine Reihe Druckleisten die Durchlaßöffnungen zwischen den Druckleisten der anderen Reihe überdeckt. Dadurch, daß man die Durchlaßöffnungen zwischen den Kammern in der Querrichtung zur Strömung begrenzt, anstatt sie über die ganze Breite der Platte zu erstrecken, erzielt man die Wirkung, daß die Durchwirbelung der Flüssigkeit nicht nur in denjenigen Ebenen, die rechtwinklig zur Hauptebene der Platte in der Strömungsrichtung liegen, sondern auch in anderen, insbesondere in zur Platte parallelen Ebenen erfolgt.
Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Abb. i bis 5 stellen Schnitte in der Strömungsrichtung durch Pakete von Wärmeaustauschplatten dar. Nach den Abb. i bis 4 sind die Platten i, 2 und 3 auf beiden Seiten mit Leisten 4 und 5 versehen, die zusammen mit ebenen Flächen der Nachbarplatten verengte Durchtrittsspalten 6 zwischen einer Anzahl von Kammern 7 bilden. Die in der Zeichenebene liegende Längsachse der Durchtrittsspalten 6 verläuft ungefähr parallel mit der Längsachse der Kammern 7. In den Kammern 7 bilden sich in der durchströmenden Flüssigkeit Stromwirbel, die den Wärmeaustausch fördern; die Wirbel sind in der Zeichnung mit Pfeilen angedeutet. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, den Kammern 7 in der Strömungsrichtung mindestens die dreifache Länge der Durchtrittsspalten zu geben.
Die Leisten 4 und 5 können, wie die Abb. i bis 4 zeigen, in verschiedener Weise ausgebildet und hergestellt werden. In Abb. i sind sie dadurch entstanden, daß aus Platten von verhältnismäßig großer Wandstärke der zwischen je zwei Leisten befindliche Werkstoff zwecks Herstellung. der Kammern 7 herausgefräst ist. Gemäß Abb. 2 erhlt man die Leisten durch Aufschweißen besonderer Stege 5 auf die Platten, die dann aus dünnem Blech bestehen können. Nach den Abb. 3 und 4 sind die Leisten durch Auspressen aus dem Bleche dünnwandiger Platten hergestellt. Zweckmäßig werden bei sämtlichen Ausführungsformen die Leisten soweit wie möglich mit scharfen Kanten ausgebildet, so daß der Durchtrittsquerschnitt der Durchlässe 6 über ihre ganze Länge gleichbleibt. Die Leisten 4, 5 tragen an einigen Stellen kurze Vorsprünge 8, mit .denen sie an der Nachbarplatte anliegen und die die gleiche Höhe wie die Durchtrittsspalten 6 haben.
Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung nach Abb. i bis 4 entstehen in den hintereinanderhegenden Kammern 7 abwechselnd links- und rechtsgerichtete Flüssigkeitswirbel, so daß beide Seiten der Flüssigkeitsschicht durchwirbelt und durchmischt werden; dabei wird die eine Seite der Schicht in der einen Kammer und die andere Seite der Schicht in der folgenden Kammer durchwirbelt.
Die Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 5 zeigt Wärmeaustauschplatten aus dünnem Blech, die stufenförmig ausgepreßt sind, wobei die Auspressungen zweier benachbarter Platten gegeneinander verschoben sind, so daß ebenfalls Reihen von durch enge Durchtrittsspalten 6 verbundenen Kammern 7 gebildet werden. Dies führt zu einer sehr einfachen Gestaltung der Plattenelemente. Wenn hier auch die Durchtrittsspalten 6langgestreckter als in den früher beschriebenen Ausführungsformen werden und in hintereinandergelegenen Kammern die Wirbel nach derselben Seite gerichtet sind, so ermöglicht diese Ausbildung bei gleichwohl recht kräftiger Durchwirbelung und Durchmischung der Flüssigkeit eine besonders vorteilhafte Herstellung der Wärmeaustauschplatten.
Abb.6 zeigt in Oberansicht eine Ausbildung der Platten mit in Querrichtung der Platte unterbrochenen Durchtrittsspalten 6. Die Unterbrechungen entstehen dadurch, daß die Vorsprünge 8 als kurze Druckleisten ausgebildet sind, die gewisse Teile der Durchtrittsspalten ausfüllen, so daß nur eine Reihe begrenzter Öffnungen in den Durchtrittsspalten 6 verbleibt. Auf beiden Seiten der Kammern 7 sind die Durchtrittsspalten 6 in Strömungsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wie Abb. 6 veranschaulicht. Dadurch entstehen Wirbelungen auch in mit der Platte parallelen Ebenen, z. B. in der Zeichenebene der Abb. 6. Die Druckleisten 8 liegen an der Nachbarplatte dichtend an. Zur Herstellung der Druckleisten 8 kann man entweder gemäß Abb. 7 entsprechende Einpressungen 9 in der Nachbarplatte vorsehen oder nach Abb. 8 die Auspressungen 4 auf entsprechende Länge so weit vertiefen, daß sie bis zum ebenen Teile der Nachbarplatte reichen.
Wie aus den Abbildungen hervorgeht, sind die Platten untereinander gleich, indem die Leisten der einen Platte gegenüber den Leisten der Nachbarplatte verschoben sind. Bei ausgepreßten Leisten können deshalb alle Platten gleichgemacht und die Verschiebung kann z. B. durch Drehen der Platte erhalten werden.
Für eine gute Durchwirbelung der Flüssigkeit ist das Verhältnis zwischen der in Strömungsrichtung gemessenen Länge. und der Tiefe der Kammern von Bedeutung; zweckmäßig bemißt man die Länge sechs- bis zwölfmal größer als die Tiefe. Im gleichen Sinne ist auch das Verhältnis zwischen der Tiefe der Kammern und der Höhe der Durchtrittsspalten von Wichtigkeit; die Tiefe der Kammer soll am besten zwei- bis fünfmal größer als die Höhe der Durchtrittsspalten sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Plattenwärmeaustauscher, dessen Platten auf beiden Seiten mit quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Leisten versehen sind, die zwischen hintereinanderliegenden Kammern verengte Durchtrittsspalten bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsspalte Zuflußkanäle für die Kammern bilden und in einer Richtung verlaufen, die mit der in der Strömungsrichtung liegenden Kammerwand im wesentlichen parallel ist oder von ihr um einen spitzen Winkel abweicht, und daß der Einlaß und der Auslaß für die zu erwärmende Flüssigkeit im Längsschnitt der Kammern einander diagonal gegenüberliegen.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kammern in der Strömungsrichtung etwa sechs- bis zwölfmal so groß wie ihre Tiefe ist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kammern etwa zwei- bis fünfmal so groß wie die Höhe der Durchtrittsspalte ist.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (7) in Strömungsrichtung wenigstens dreimal so lang sind wie die Durchtrittsspalte (4).
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der verengten Durchtrittsspalte (6) dienende Leisten (4, 5) derart an den Platten angeordnet sind, daß die Flüssigkeit in zwei durch eine Platte getrennte Kammern entlang derselben Trennwand eintritt.
6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsspalte (6) zwischen den Kammern (7) quer zur Strömungsrichtung von Druckleisten (8) unterbrochen sind, die sich in ihrer Höhe bis zur Nachbarplatte erstrecken, so daß sie den Durchlaß in eine Anzahl begrenzter Öffnungen aufteilen, durch welche die Flüssigkeit in parallelen Teilströmen .welche 7.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleisten (8) aus auf größere Tiefe gepreßten Teilen von die Durchtrittsspalte (6) zwischen den Kammern (7) bildenden ausgepreßten Leisten (5) bestehen. B.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleisten (8) von Auspressungen (9) in der Nachbarplatte gebildet werden.
9. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern und die Durchtrittsspalte durch stufenförmig gepreßte, gegeneinander versetzte Platten (Abb. 5) gebildet werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 5343i2; französische Patentschrift Nr. 838 905; USA.-Patentschrift Nr. 1 826 344; österreichische Patentschrift. Nr. 150 184; britische Patentschrift Nr. 466 8oi.