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Plattenwärmeaustauscher Zur Erzielung eines guten Wärmedurchganges
durch die Trennwand zwischen einem wärmeabgebenden und einem wärmeaufnehmenden Mittel
in einem Wärmeaustauscher, z. B. in einem Pasteurisierapparat, ist es von Bedeutung;
die wärmeaustauschenden Mittel auf beiden Seiten der Trennwand in lebhafter Bewegung
zu halten, so daß ihre sämtlichen Teilchen soweit wie möglich mit der Wand in Berührung
kommen. Man strebt daher in dem von je zwei Platten des Wärmeaustauschers gebildeten
Kanal die Erzeugung einer turbulenten Strömung an. Hierfür muß die Strömungsgeschwindigkeit
. eine bestimmte Mindestgröße haben; andererseits wird eine turbulente Strömung
aber auch durch eine günstige Gestaltung des Strömungskanals gefördert. Wenn diese
Strömung zu häufigen Richtungsänderungen zwingt, so wird dadurch die Durchwirbelung
wesentlich gesteigert; in der gleichen Weise wirken sich plötzliche Ouerschnittsänderungen
des Kanals in der Strömungsrichtung aus.
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Die Durchschnittsgröße des Strömungsquerschnittes hängt von dem durchschnittlichen
Abstande zweier Nachbarplatten ab, und diesem wird durch die Dicke der Randpackung
der Platten eine Grenze gesetzt. Im Hinblick auf die erforderliche gegenseitige
dichte Anlage der Platten und aus anderen Gründen darf die genannte Dicke im allgemeinen
nicht unter q. bis 5 mm liegen, während andererseits der zur Erzielung der erstrebten
Strömungsturbulenz günstigste Abstand der Platten vorzugsweise nicht mehr als 2
mm betragen darf. Es ist daher von Bedeutung, den Platten eine solche Gestalt zu
geben, mit der bei der gegebenen durchschnittlichen Stärke der strömenden Schicht
ein Höchstmaß an Durchwirbelung erzielt wird. In diesem Sinne hat man den Platten
eine solche wellenförmige oder ähnliche Gestalt gegeben, daß
in
dem Plattenzwischenraum verhältnismäßig weite Kammern durch ziemlich enge Durchlässe
miteinander verbunden sind, Hierdurch verbessert man zwar die Voraussetzungen für
die Wirbelbildung, jedoch darf man dabei die Bedeutung nicht Übersehen, die der
Gestaltung der Kanäle und Durchlässe zukommt.
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Unter diesem Gesichtspunkte schlägt die Erfindung vor, den den Strömungskanal
bildenden Wärmeaustauscherplatten einen solchen wellenartigen Verlauf zu geben,
daß.ihre Zwischenräume im wesentlichen dreieckige Gestalt erhalten. Dabei stehen
die dreieckigen Zwischenräume miteinander über Durchlässe in Verbindung, die an
ihrem engsten Querschnitte auf der einen Seite von einem ebenen Wandungsteile und
auf der anderen Seite von infolge der Wellenform gebrochenen oder geknickten, also
zueinander geneigten Wandungsteilen begrefzt werden, wobei an, der Kammlinie der
Wellenform die engste Querschnittsstelle liegt. Durch diese Gestaltung des Strömungsverlaufes
wird die Strömungsgeschwindigkeit laufend erheblich geändert, während gleichzeitig
in den dreieckigen Zwischenräumen kräftige Wirbel und Strudel entstehen, die eine
gute Wärmeübertragung bewirken. Außerdem ergibt sich eine sehr einfache wellenartige
Gestalt der Platten mit guter Reinigungsmöglichkeit. Die 'Strömungsräume, die im
Längsschnitt dreieckig sind, lassen sich dadurch bilden, daß man den Platten eine
einfache Wellenform von, ziekzackförmigem Verlaufe gibt. Man kann zwei verschiedene
Plattensorten mit etwas abweichender Wellenform verwenden; gegebenenfalls können
die Wellen entlang der Platten auch um einen geeigneten Betrag gegeneinander versetzt
sein. Andererseits kann man auch einheitliche Platten unter wechselseitiger Versetzung
um i$do in dem Wärmeaustauscher anordnen. Eine Platte mit günstigem Wellenverlaufe
erhält man, wenn man den Wellen die Gestalt von Stufen gibt, deren eine Seite im
Querschnitt etwa doppelt so lang wie die andere ist: Wenn man bei einer solchen
Platte zwei aufeinanderfolgende Wellenfirste durch eine Gerade verbindet, erhält
man ein rechtwinkliges Dreieck, dessen eine Kathete die doppelte Länge der anderen
besitzt. Ordnet man zwei derart ge= formte Platten mit ihren rechtwinkligen Dreiecken
in der Weise zueinander an, daß der rechte Winkel der einen Platte der großen Kathete
der Nachbarplatte und umgekehrt gegenüberliegt, so erhält man eine günstige Dreiecksform
der Strömungsräume mit zwischen ihnen. liegenden, ebenfalls die Wirbelbildung begünstigenden
Durchlässen. Das Verhältnis der die Stufenform bildenden Dreiecksseiten wie auch
die Größe des von ihnen eingeschlossenen Winkels kann in weiten Grenzen gewählt
werden. Durch entsprechende Auswahl und Vereinigung . dieser beiden Faktoren kann
man Strömungsräume erhalten, deren Längsschnitt ein gleichschenkliges oder gleichseitiges
Dreieck bildet.
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Die Strömungen zweier benachbarter Schichten des Wärmeaustauschers
können in der Hauptsache entweder einander entgegengesetzte oder gleiche Richtung
haben. Die Hauptströmungsrichtung kann vorzugsweise unter rechtem Winkel zu den
Wellenebenen der Platten, jedoch auch mehr oder weniger schräg zu ihnen verlaufen.
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Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert, das auf der Zeichnung im Längsschnitt durch .drei benachbarte Platten
eines Wärmeaustauschers veranschaulicht ist: Die Platten 1, 2 und 3 bilden zwei
nebeneinanderliegende Strömungsräume für zwei wärmeaustauschende Flüssigkeiten.
Auf jeder Seite der Platten` sind weitere gleiche (nicht dargestellte) Platten angeordnet;
die gemeinsam mit jenen das Plattenpaket eines Wärmeaustauschers bilden. Die beiden
Flüssigkeiten durchströmen die Plattenzwischenräume in den durch die Pfeile angezeigten
Richtungen. Die Abbildung zeigt die Firstlinien des Wellenverlaufes der Platten.
Die Wellenform der Platte i bildet Stufen, deren eine Seite 4 etwa doppelt so lang
wie ihre andere Seite 5 ist. Die gewellte Platte ergibt im Schnitt eine Zickzacklinie
mit rechten Winkeln. Die Wellenform der Platte 3 stimmt mit derjenigen der Platte
i überein; die Platte 2 hat eine ähnliche Wellenform, jedoch unter Versetzung gegenüber
derjenigen der Nachbarplatten, wobei im Verhältnis zu ihnen die langen Seiten 4
und die kurzen Seiten 5 in entgegengesetzte Richtung weisen.
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Auf der Zeichnung sind gerade Firstlinien der Wellen vorausgesetzt.
Es können aber in oder nahe bei den Firstlinien auch Buckel oder andere kleine Verformungen
in dem Material der Platten vorgesehen werden, weil dadurch die Wirbelerzeugung
weiterhin verstärkt wird.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung der Platten ermöglicht es, ihnen eine
größere Breite als bisher zu geben, da sich bei ihnen eine beträchtliche Verminderung
der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen zwischen den Platten
im Vergleiche mit bisher üblichen Ausbildungen ergibt. Bei einem gegegebenen Durchsatz,
d. h. bei einer gegebenen Flüssigkeitsmenge, die in der Zeiteinheit den Kanal durchströmt,
bedeutet -dies, daß man den Kanal oder den Durchströmraum entsprechend breiter halten
kann, woraus sich wiederum eine Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche für eine bestimmte
Länge des Kanals ergibt. Da das Gesamtmaß der Wärmeübertragungsfläche von vornherein
festliegt, bedeutet dies den Vorteil, daß bei einer gegebenen Höchstlänge des Kanals
eine größere Breite als bisher gewählt und demgemäß die Anzahl der Wärmeaustauschplatten
in einem - Pasteurisier- oder anderen Apparat verringert werden kann. Dies ist von
besonderer Bedeutung bei geringeren Durchsatzmengen; denn eine Platte der üblichen
Bauart ist sehr schmal, und das besagt, daß die Randdichtungen und die Kantenverstärkungen
einen verhältnismäßig großen Anteil der Plattenoberfläche und damit auch des Plattenmaterials
beanspruchen. Da die Randteile der Platte am Wärmeaustausch nicht teilnehmen, bedeutet
es einen Vorteil, wenn man sie so klein