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Platte für Wärmeaustauscher sowie mit solchen Platten versehener Wärmeaustauscher
In Plattenpasteurisierungsapparaten und anderen Wärmeaustauschern mit Platten sind
diese gewöhnlich mit Wellen oder Rippen versehen, die durch Pressen erzeugt sein
können, und der Zweck derselben ist, eine Wirbelbewegung oder Turbulenz der die
Platte bestreichenden Flüssigkeit zu erzeugen und eine gewisse Verteilung der Flüssigkeit
über die ganze Platte zu erhalten. Wirbelbildungen zu erzeugen, war nicht besonders
schwer, jedoch war es schon schwieriger, eine genügend gleichmäßige Verteilung der
Flüssigkeit, d. h. eine solche Verteilung, daß die Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit praktisch die gleiche über die ganze Platte ist, zu erzielen. Wie wichtig
die Verteilungsfrage ist, zeigen viele verschiedene Vorschläge für die Gestaltung
von Platten der betreffenden Art. Das Problem ist von besonderer Wichtigkeit in
Verbindung mit den Platten, die in den Pasteurisierungsabteilungen von Milchbehandlungsapparaten
verwendet werden, da eine ungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit, die sog. Voreilung,
irreführende bakteriologische Resultate und daher bei gesetzlich vorgeschriebenen
Untersuchungen Anlaß zu Kritik oder Gebot zur Änderung der verwendeten Apparate
geben kann.
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Die Frage hat indessen auch eine wirtschaftliche Seite, da das Wärmeaustauschvermögen
vermindert
wird, wenn die Flüssigkeit unregelmäßig über die Platte
fließt, ein Verhältnis, das u. a. von großer Wichtigkeit bei Kühlapparaten ist,
wo die Flüssigkeit unter Anwendung von Minimum an Küühlmitteln und der kleinstmöglichen
Anzahl Platten auf einige wenige Grade über der Temperatur des Kühlmittels niedergekühlt
werden soll.
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Die meisten Ausführungen von Platten mit Rippen oller Wellen, die
bisher vorgeschlagen wurden, haben den Fehler, daß die Anbringung von Rippen mehr
auf die Erzeugung ,von Wirbelbildungen als auf die Erreichung einer gleichmäßigen
Verteilung der Flüssigkeit gerichtet ist. Es wurden jedoch auch einige Ausführungen
vorgeschlagen, bei denen auch gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die Platte
angestrebt war. Infolge einer dieser Ausführungen hat die Platte nahe an den Zu-und
Abgangsöffnungen kurze Leitrippen, die zum Spreizen und Wiedersammeln des Flüssigkeitsstroms
dienen sollen. Nach einer anderen Ausführung sind quer zur Durchströmungsrichtung
kurze Wellen oder Rippen in Schrägreihen angeordnet, die vorzugsweise abwechselnd
nach der einen und nach der anderen Seite schrägen, ebenso wie man auch Schrägreihen
von Wellen oder Rippen mit dazwischenliegenden Reihen kurzer, gerader Rippen, die
senkrecht zur- Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit stehen, verwendete. Es zeigte
sich jedoch, daß' solche Rippensysteme nicht genügen, um eine befriedigende Verteilung
der Flüssigkeit über die ganze Platte zu geben, und man brachte daher zur Verbesserung
der erwähnten Systeme niedrige, quer gehende Rippen nahe an den Zu- und Abgangsöffnungen
über der ganzen Breite der Platte an, welche Rippen zwischen sich und der benachbarten
Platte nur einen schmalen Spalt fair das Durchströmen der Flüssigkeit frei lassen..
Man meinte, hierdurch eine bessere Verteilung der Flüssigkeit zu erzielen, was indessen
dadurch bedingt ist, daß ein sehr schmaler Spalt verwendet wird, und dies wird andererseits
bewirken, datß@ ein erhöhter Druck zur Aufrechterhaltung fier gewünschten normalen
Durchströmungsgeschwindigkeit erforderlich ist, so daß der erreichte Vorteil problematisch
wird.
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Ferner wird der schmale Spalt an den Enden der Platte keine sonderliche
Änderung an der durch das Aufpressen bewirkten Wirbelbildung auf der Platte selbst
herbeiführen, und da die Geschwindigkeit in Wirklichkeit also nicht geändert wird,
wird der Spalt auch keinen Einfluß auf die Turbulenz haben. EG zeigte sich denn
auch, daß die schmalen Spalte nicht imstande waren, die beabsichtigte gleichmäßige
Verteilung der Milch über die Platte zu bewirken, weshalb man auch bei diesen Apparaten
Leitrippen an den Zu- und Abgangsstellen der Platte anordnen mußte, und es ist faktisch
erst die Einführung solcher Leitrippen, die die Platte der erwähnten Konstruktion
brauchbar machte.
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Die vorliegende Erfindung geht darauf aus, die Übelstände zu beseitigen,
welche bei den bisher vorgeschlagenen Plattentypen fier Wärmeaustauscher, bei welchen
gleichrnä(ßige Verteilung des Flüssigkeitsstroms über die Platte angestrebt wurde,
konstatiert werden können. Nach der Erfindung kann das Problem dadurch gelöst werden,
daß die Platte mit einem auf besondere Weise geformten Muster aus in verschiedene
Richtungen gehenden Rippen oder Wellen versehen wird, was bei Platten aus Blech
einfach durch Pressen geschehen kann. Gemäß der Erfindung ist eine solche Platte
für- Wärmeaustauscher mit in verschiedene Richtungen gehenden Rippen, die in drei
oder mehr aufeinanderfolgenden Gruppen angeordnet sind, im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß diese Gruppen aus abwechselnd in der Längsrichtung und in der
Querrichtung der Platte gehenden Rippen bestehen, wobei zwischen je zwei Gruppen
längs gehender Rippen nur eine einzelne, von der einen Plattenseite zur anderen
verlaufende quer gehende Rippe vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Wäxmeaustauscher mit Platten der
angegebenen Art, bei dem die Rippen bei je zwei aufeinanderfolgenden Platten derart
im Verhältnis zueinander in der Längsrichtung der Platten versetzt sind, daß den
quer gehenden Rippen einer Platte lüings gehende Rippen einer benachbarten Platte
gegenüberliegen und umgekehrt. Dadurch wird auf den einzelnen Platten je ein durchgehender
Kanal über einer Reihe Durchströmungsöffnungen gebildet, wodurch man besonders günstige
Bedingungen für eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über jede einzelne
Platte erhält, wie dies unten näher erklärt wird.
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Bei einem W#irmeaustauscher nach der Erfindung wird also jede zweier
benachbarter Platten eine Anzahl Rippen haben, die je aus einer Gruppe längs gehender
(senkrechter) Rippen und einer einzelnen quer gehenden (waagerechten) Rippe, die
von der einen Seite der Platte zur anderen verläuft, bestehen; wobei diese quer
gehende Rippe einen quer gehenden Kanal bildet, der sich gegenüber einer Reihe längs
gehender Rippen in der benachbarten Platte und vor einer Reihe Öffnungen, welche
durch eine Reihe längs gehender Rippen gebildet werden, befindet. Infolge des Widerstandes
in den erwähnten Öffnungen wird die Flüssigkeit aus den durch die längs gehenden
Rippen gebildeten Kanälen in den quer gehenden Kanal gepreßt, welch letzterer als
ein Verteilungskanal fungiert, aus welchem die Flüssigkeit wiederum an einen folgenden
Satz längs gehender Kanäle verteilt wird. Dies wird sich so viele Male wiederholen,
als es Sätze von längs gehenden und quer gehenden Rippen an der Platte gibt, wodurch
die Flüssigkeit überall praktisch die gleiche Geschwindigkeit erhält.
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Es sollte einleuchtend sein, daß eine Rippe, die speziell im Hinblick
auf eine Verteilung der Milch über die Platte vorgenommen wird, nicht so gut aus
einer Drosselrippe an jedem Ende der Platte bestehen kann, da eine solche Drosselrippe
nur als ein Notbehelf an einer Platte von weniger günstiger Rippenform wirken kann.
Ers ist für die Erfindung wesentlich, däß die Rippen besonders im Hinblick auf die
ständig wiederholte Verteilung der wärmebehandelten
Flüssigkeit
in Querrichtung der Platte mittels des erwähnten, durch die Zusammenarbeit zweier
Platten erzeugten Systems quer gehender Kanäle und längs gehender Kanäle und Durchströmungsöffnungen
geformt sind. Die Erfindung ermöglicht ferner eine Regelung der Intensität der erwähnten
Verteilung, und zwar durch Versetzung zweier zusammenarbeitender Platten in der
Längsrichtung im Verhältnis zueinander, da der Widerstand durch die erwähnten Durchströmungsöffnungen
derart variiert werden kann, daß der Druck der Flüssigkeit innerhalb der zulässigen
Grenzen gehalten wird gleichzeitig damit, daß die Verteilungswirkung die größtmögliche
wird. Rein technisch kann der Vorteil aufgezeigt werden, daß beim Pressen zweier
verschiedener Platten das gleiche Werkzeug benutzt werden kann, da das Preßmuster
in beiden Fällen das gleiche ist und nur für die eine Platte im Verhältnis zur andern
in der Längsrichtung der Platten versetzt ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.
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Fig. I zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Platte nach der-
Erfindung, Fig.2 in größerem Maßstab einen senkrechten Längsschnitt durch einen
Teil dreier aufeinanderfolgender Platten eines Wä,rmeaustauschers nach einer Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 3 ebenfalls in größerem Maßstab einen Teil einer Platte nach
einer anderen Ausführungsform, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.3
durch zwei aufeinanderfolgende Platten eines Wärmeaustauschers und Fig. 5 einen
entsprechenden Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 3.
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In Fig. i bezeichnet i die Platte selbst, die nach der Erfindung mit
abwechselnd längs gehenden (senkrechten) Rippen 3 und quer gehenden (waagerechten)
Rippen 4 geformt ist, welch letztere praktisch von der einen Seite der Platte zur
anderen verlaufen, während die Rippen 3 in Verlängerung voneinander angebracht sind.
5 bezeichnet eine an der Platte angebrachte Dichtung, während 6, 7, 8 und g Zu-
und Abgangsöffnungen für die Flüssigkeiten, zwischen denen ein Wärmeaustausch stattfinden
soll, sind.
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In Fig. 2 sind die beiden rechts gelegenen Platten mit i und 2 bezeichnet,
und die Platte :2 hat längs gehende Rippen 3' und quer gehende Rippen 4', die den
Rippen 3 bzw. 4 der Platte i entsprechen, jedoch im Verhältnis zu diesen in der
Längsrichtung der Platten versetzt sind, so daß vor den quer gehenden Rippen 4 der
Platte i längs gehende Rippen 3' der Platte 2 liegen und umgekehrt, daß quer gehende
Rippen q.' der Platte 2 vor den längs gehenden Rippen 3 der Platte i liegen. In
entsprechender Weise sind die Rippen sämtlicher Platten des Wärmeaustauschers im
Verhältnis zu denen der benachbarten Platte versetzt, wodurch erreicht wird, das
die zwischen zwei Platten fließende Flüssigkeit ständig in eine Anzahl senkrechter
Ströme geteilt wird, jedesmal, wenn sie einen aus einer waagerechten Rippe gebildeten
Kanal passiert hat; vgl. im übrigen die folgende Erläuterung.
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Die in Fig. 3 bis 5 gezeigte Ausführung unterscheidet sich im wesentlichen
von der in Fig. 2 gezeigten durch die Form der Rippen. Während die längs gehenden
Rippen 3 und 3' nach Fig. 2 einen ebenen Boden haben, sind die Rippen 3 und 3' nach
Fig. 3 bis 5 von gewölbter Form, wogegen die quer gehenden Rippen 4 und 4' im wesentlichen
dreieckigen Querschnitt haben. Die Form der Rippen ist im übrigen an den Enden kreisförmig
gezeigt, sie kann jedoch auch eckig sein, was eine rein handwerksmäißge Frage ist,
wenn das Preßwerkzeug hergestellt werden soll, ebenso wie die Form natürlich auch
in Rücksicht auf die Erreichung eines ausreichenden Durchströmungsareals an den
Kreuzungsstellen der quer und längs gehenden Rippen bestimmt wird.
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Die Rippen einer Platte können, wie gezeigt, gegen die benachbarte
Platte anliegen, oder es kann gegebenenfalls ein Zwischenraum vorgesehen sein, der
entweder ununterbrochen oder unterbrochen sein kann, d. h. aus einer Reihe getrennter
Zwischenräume bestehen kann, wobei der Boden der Rippen entweder nach einer Zylinderfläche
oder nach einer welligen oder korrugierten Fläche verlaufen kann. In ersterem Fall
wird die Flüssigkeit gezwungen, ausschließlich durch das durch die Rippen gebildete
Kanalsystem zu gehen, während die Flüssigkeit in letzterem Fall teilweise auch durch
die zwischen den Rippen und der benachbarten Platte befindlichen Zwischenräume sickern
kann. Die Platten müssen hierbei gegebenenfalls gegenseitig mittels besonderer Stützvorsprünge
gestützt werden.
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Der gezeigte und beschriebene Wärmeaustauscher arbeitet in der Weise,
daß die an dem einen Ende i der Platten zwischen ihnen eingeführte Flüssigkeit sich
in den durch die erste Gruppe längs gehender Rippen in der einen Platte gebildeten
Kanälen verteilt, worauf sie in einen quer gehenden Kanal und von diesem aus aufs
neue in den längs gehenden Kanälen, die durch die Rippen der benachbarten Platte
gebildet werden, verteilt wird usw., wie dies durch die eingezeichneten Pfeile in
Fig. 3 und 4 angedeutet ist.
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Die Form des Durchströmungsbereichs, welcher durch io in Fig. 4 bezeichnet
ist, kann "im übrigen nicht nur durch die Wahl der Form der Rippen, sondern auch
durch Änderung des Abstandes zwischen den Rippen variiert werden. Die Versetzung
der Rippen an den beiden benachbarten Platten i und 2 braucht nicht immer gerade
dem halben Abstand zwischen zwei quer gehenden Rippen zu entsprechen, wie dies in
Fig.2 gezeigt ist, sondern sie kann auch eine hiervon abweichende Größe haben, wie
dies der Fall bei der in Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform ist.
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Die in Fig. 4 gezeigte gebogene Form der längs gehenden Rippen veranschaulicht,
wie eine Erhöhung des Widerstandes gegen die Strömung der Flüssigkeit durch eine
kleine Versetzung der einen Platte im Verhältnis zur anderen erreicht werden
kann.
Diese Versetzung kann in einem Grenzfall so groß sein, daB1 eine völlige Schließung
gegen Durchströmung der Flüssigkeit stattfindet.