SE421726B

SE421726B - Plate heat exchanger of cross-flow type

Info

Publication number: SE421726B
Application number: SE8101173A
Authority: SE
Inventors: H Sumitomo
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1981-02-23
Publication date: 1982-01-25
Also published as: SE8101173L

Abstract

In a plate heat exchanger of the cross-flow type having a plurality of heat transferring plates arranged to delimit trough-flow ways interchanging with each other for two fluids, it is, in order to avoid mixing of the two fluids and to increase the rate of heat transfer, proposed to provide seals 2, 3 between the heat transfer plates 1 and a housing 4 surrounding them, and connecting means 13, 14 between which labyrinths are provided at 13', 14', into which a gas may be introduced at a higher pressure than the pressure of either of said fluids. <IMAGE>

Description

20 25 30 35 8101173-6 -överfört värme, vilket sänker värmeöverföringšhastigheten. 20 25 30 35 8101173-6 -transferred heat, which lowers the heat transfer rate.

Föreliggande uppfinning undanröjer ovannämnda nackdelar hos konventionella plattvärmeväxlare av tvärströmstyp och avser att öka värmeöverföringens hastighet, att minska tryck- förlusterna samt att möjliggöra hantering av stora kvnntiteter genom att förbättra plattornas värmeöverföringsytor.The present invention obviates the above-mentioned disadvantages of conventional cross-flow plate heat exchangers and aims to increase the speed of heat transfer, to reduce pressure losses and to enable the handling of large quantities by improving the heat transfer surfaces of the plates.

I en plattvärmeväxlare av tvärströmstyp enligt uppfin- ningen med ètt flertal vertikala värmeöverföringspluttor 'anordnade sida vid sida så att genomströmningsvägar bildas, genom vilka två fluider som skall värmeväxlas strömmar tvärs varandra, är varje platta utformad med ett flertal intill varandra liggande vertikala spår, vilka sträcker sig från över- till underkanten av värmeöverföringsplattan, och att ett flertal huvudsakligen horisontella utsprång är utbildade mellan de vertikala spåren, så att den värmeöverförande ytan uppdelas i ett flertal avdelningar, under det att vertikala korta utsprång, vilka är grundare än de vertikala spåren, är utbildade mellan de huvudsakligen horisontella utsprängen på sådant sätt att antalet korta utspräng í de vertikalt upp- delade avdelningarna ökar progressivt så att den lägsta avdel- ningen har det största antalet korta utsprâng. En labyrint avgränsas i ett utrymme mellan en tätning och en tillslut- níngsdel, så att en gas med ett högre tryck än någon av de båda fluiderna som skall värmeväxlas kan föras in i labyrinten.In a plate heat exchanger of the cross-flow type according to the invention with a plurality of vertical heat transfer plates arranged side by side so as to form flow paths through which two fluids to be heat exchanged flow across each other, each plate is formed with a plurality of adjacent vertical grooves from the upper to the lower edge of the heat transfer plate, and that a plurality of substantially horizontal projections are formed between the vertical grooves, so that the heat transfer surface is divided into a plurality of compartments, while vertical short projections, which are shallower than the vertical grooves, are formed between the mainly horizontal projections in such a way that the number of short projections in the vertically divided departments increases progressively so that the lowest section has the largest number of short projections. A labyrinth is delimited in a space between a seal and a closing part, so that a gas with a higher pressure than either of the two fluids to be heat exchanged can be introduced into the labyrinth.

Härigenom möjliggörs ökning av värmeöverföringens hastighet, minskning av tryckförlusterna och hantering av stora kvantiteter. gig. 1 och 2 visar ett diagram över flödets fördelning resp. ett diagram över flödets hastighet, över kylvatten- flödets hela bredd hos en värmeöverföringsyta i en konven- tionell plattvärmeväxlare av tvärströmstyp. Pig. 3 visar ett längdsnítt av en plattvärmeväxlare av tvärströmstyp enligt uppfinningen. Fíg. 4 är en planvy av en värmeöverföringsplatta enligt uppfinningen. Fíg. 5, 6 och 7 visar i större skala delar av tvärsnitt längs linjerna V-V, VI-VI och VII-VII i fig. 4.This enables an increase in the speed of heat transfer, a reduction in pressure losses and the handling of large quantities. gig. 1 and 2 show a diagram of the flow distribution resp. a diagram of the flow velocity, of the entire width of the cooling water flow of a heat transfer surface in a conventional cross-flow plate heat exchanger. Pig. 3 shows a longitudinal section of a plate heat exchanger of the cross-flow type according to the invention. Fig. 4 is a plan view of a heat transfer plate according to the invention. Fig. 5, 6 and 7 show on a larger scale parts of cross-sections along the lines V-V, VI-VI and VII-VII in Fig. 4.

Fig. 8 och 9 visar ett diagram över Elödets fördelning resp. ett diagram över flödets hastighet, över kylvattenflödets hela bredd hos en värmeöverföringsyta enligt uppfinningen.Figs. 8 and 9 show a diagram of Elödet's distribution resp. a diagram of the velocity of the flow, of the entire width of the cooling water flow of a heat transfer surface according to the invention.

Fig. 3 är ett längdsnitt av en plattvärmeväxlarc av tvärströmstyp enligt uppfinningen, vari ett flertal vertikalt anordnade vñrmeöverföringsplattor 1 är anordnade sida vid sida _31Q1173f6 'så att genomströmningsvägar bildas. De övre och undre sidorna och de mot varandra stående vertikala sidorna hos dessa genom- strömningsvägar är omväxlande tillslutna av tätningar Z och 3, sa att tva Eluider kan värmeväxlas. Exempelvis kan ånga och 5 kylvatten strömma tvärs varandra genom resp. omväxlande ström- ningsvägar. Aggregatet innesluts i ett hus 4. Härigenom till- sluts de vertikala sidorna, dvs. kylvattnets in- och utgångs- sidor hos omväxlande värmeöverföringsplattor 1, av tätningarna 2, medan de övre och undre sidorna, dvs. ångans in- och utgångs- 10 sidor hos de återstående värmeöverföringsplattorna 1, tillsluts av tätningarna 3, så att fluidernas genomströmningsvägar dels (A medger genomströmning av ånga resp. kylvatten, dels förhindrar genomströmníng av kylvatten resp. ånga. Dvs. ånga leds in i inlonpsöppeingarna S, strömmar vﬂrtíkalt genom strömnings- C IS vägarna och tas ut genom utloppsöppníngarna 6 undertill, medan kylvatten leds in i inloppsöppningarna 7, strömmar horisontellt genom strömningsvägarna och tas ut genom utlopps- öppningarna 8 på motsatta sidan. På detta sätt genomförs värme- växling mellan ånga och kylvatten över värmeöverförings- 20 plattorna 1.Fig. 3 is a longitudinal section of a plate heat exchanger of the cross-flow type according to the invention, in which a plurality of vertically arranged heat transfer plates 1 are arranged side by side 3131 so that flow paths are formed. The upper and lower sides and the opposite vertical sides of these flow paths are alternately closed by seals Z and 3, so that two Eluids can be heat exchanged. For example, steam and cooling water can flow across each other through resp. alternating flow paths. The unit is enclosed in a housing 4. This closes the vertical sides, ie. the inlet and outlet sides of the cooling water of alternating heat transfer plates 1, of the seals 2, while the upper and lower sides, i.e. the inlet and outlet sides of the steam of the remaining heat transfer plates 1, are closed by the seals 3, so that the flow paths of the fluids partly (A allow the flow of steam or cooling water, respectively, partly prevent the flow of cooling water or steam. S, flows vertically through the flow paths and is taken out through the outlet openings 6 below, while cooling water is led into the inlet openings 7, flows horizontally through the flow paths and is taken out through the outlet openings 8 on the opposite side. steam and cooling water over the heat transfer plates 1.

Ett särdrag hos uppfinningen består i att värmeöver- föringsplattorna 1, som åtskiljer strömníngsvägarna för två fluider som skall värmeväxlas, är utformade med ett flertal intill varandra liggande vertikala spår 9, vilka sträcker sig 25 från över- till underkanton av varje vürmeöverföringsytn, 7 ( medan ett flertal huvudsakligen horisontella utsprång 10 är utbildade mellan de vertikala spåren 9, så att varje värme- överföringsyta uppdelas vertikalt i ett flertal avdelningar ( mellan de vertikala spåren 9. Vertikala korta utspräng ll 30 som är grundare än de vertikala spåren är utbildade mellan utsprången 10 på sådant sätt att antalet korta utspräng i de vertikalt uppdelade avdelningarna ökar progressivt, så att den lägsta avdelningen har det största antalet korta ut- språng. 35 Med detta arrangemang uppnås att kylvatten som leds in från sidan av värmeöverföringsplattan 1 och strömmar horison- tell: kommer att möta mindre motstånd i en övre avdelning än i en undre, tack vare att antalet korta utspráng hos varje avdelning ökar progressivt när värmeöverföríngsytan betraktas 40 uppifrån och ned, sä att kylvattnet strömmar likformigt över 8101173-6 10 20 25' >30 35 40 -hela-bredden av varje värmeövcrföringsyta. Dä dessutom deyüd huvudsakligen horisontella utsprângcn 10 motverkar tyngd- kraftens inverkan på kylvattnet, kommer detta att strömma med jämn hastighet över hela strömningsbredden hos varje värmeöver- föringsyta utan att flödeshastigheten i en avdelning av flödeshastigheten i de närliggande avdelningarna. undviks att kylvattenflödet avviker och en likformig fördelning kan erhållas längs hela flödesbredden hos -S och “. En pâverkas Därigenom flödes- varje värmeöverföringsyta, vilket visas i Pig. ökning av värmeövergångstalet på kylvattensidan och en minskning av tryckförlusterna uppnås således genom att det overksamma ut- rymmet elimineras. Som en följd härav möjliggörs även hantering av stora kvantíteter. Talet 12 hänvisar till kontaktorgan anordnade med jämna mellanrum, vilket framgår av tvärsnitts- vyerna av hopsatta värmeöverföringsplattor 1 i fíg. 5 till 7, vilka kontaktorgan 12 är till för att hålla de närliggande plattorna 1 på sinsemellan bestämda avstånd och även är till .för att öka arrangemangets styrka.A feature of the invention is that the heat transfer plates 1, which separate the flow paths for two fluids to be heat exchanged, are formed with a plurality of adjacent vertical grooves 9, which extend from the upper to the lower edge of each heat transfer surface, 7 (while a plurality of substantially horizontal protrusions 10 are formed between the vertical grooves 9, so that each heat transfer surface is divided vertically into a plurality of compartments (between the vertical grooves 9. Vertical short protrusions 11 which are shallower than the vertical grooves are formed between the protrusions 10). in such a way that the number of short protrusions in the vertically divided compartments increases progressively, so that the lowest compartment has the largest number of short protrusions.This arrangement achieves that cooling water which is led in from the side of the heat transfer plate 1 and flows horizontally: will face less resistance in an upper division than in a lower one, thanks to the number The short protrusions of each compartment increase progressively as the heat transfer surface is viewed from the top down, so that the cooling water flows uniformly over the entire width of each heat transfer surface. In addition, since the substantially horizontal projections 10 counteract the effect of gravity on the cooling water, this will flow at a constant speed over the entire flow width of each heat transfer surface without the flow rate in a section of the flow rate in the adjacent compartments. it is avoided that the cooling water flow deviates and a uniform distribution can be obtained along the entire flow width of -S and “. One is thereby affected by the flow of each heat transfer surface, as shown in Figs. an increase in the heat transfer coefficient on the cooling water side and a reduction in the pressure losses are thus achieved by eliminating the inactive space. As a result, handling of large quantities is also possible. The number 12 refers to contact means arranged at regular intervals, as can be seen from the cross-sectional views of assembled heat transfer plates 1 in fig. 5 to 7, which contact means 12 are for keeping the adjacent plates 1 at mutually determined distances and are also for increasing the strength of the arrangement.

Ett annat särdrag hos uppfinningen består i att till- slutningskonstruktionen utnyttjar en labyrinteffekt. Flänsar 13' och 14' är utbildade mellan tätningarna 2 och 3 och till- slutningsorgan 13 och 14, vilka är insatta mellan värmeöver- föringsplattorna 1 och huset 4, så att därigenom avgränsas labyrinter 15 och 16 i ett utrymme mellan tillslutningsorganen 13, 14 och tätningarna 2, 3. När härígenom ångan och kylvattnet strömmar in i labyrinterna 15 och 16 uppstår den så kallade labyrinteffekten, varvid strömmarna rör sig frán en trängre till en vidare öppning. Energi som härvid strömmar ut från en trängre öppning tas upp av den vidare öppningen så att trycket gradvis minskar, varigenom kan uppnås en effektiv tätning. Härigenom avskäres den korta vägen mellan plattorna 1 och huset 4 för ångan och kylvattnet. Dessutom införs tryck- luft i labyrinterna 15 och 16 genom ledningar 17 och 18.Another feature of the invention is that the closure structure utilizes a labyrinth effect. Flanges 13 'and 14' are formed between the seals 2 and 3 and closing means 13 and 14, which are inserted between the heat transfer plates 1 and the housing 4, so that thereby labyrinths 15 and 16 are delimited in a space between the closing means 13, 14 and the seals 2, 3. When through this the steam and the cooling water flow into the labyrinths 15 and 16, the so-called labyrinth effect occurs, whereby the currents move from a narrower to a wider opening. Energy which in this case flows out from a narrower opening is absorbed by the wider opening so that the pressure gradually decreases, whereby an effective seal can be achieved. As a result, the short path between the plates 1 and the housing 4 of the steam and the cooling water is cut off. In addition, compressed air is introduced into the labyrinths 15 and 16 through lines 17 and 18.

Trycket ps hos tryckluften är större än trycket P1 hos ångan och trycket pz hos kylvattnet. Eftersom tryckluften har-högre tryck än fluiderna som skall värmeväxlas, kommer en liten del tryckluft att läcka genom lnbyrinterna in i ängans och kyl- vattnets genomströmningsvägar, men detta är av underordnad betydelse eftersom läckaget kan hållas under 5%. Härigenom unviks blandning av de två fluiderna som skall värmeväxlas 5 8101173-6 -varvid värmeöverföringens hastighet ökar.The pressure ps of the compressed air is greater than the pressure P1 of the steam and the pressure pz of the cooling water. Since the compressed air has a higher pressure than the fluids to be heat exchanged, a small amount of compressed air will leak through the objects into the flow paths of the steam and cooling water, but this is of secondary importance as the leakage can be kept below 5%. This avoids mixing of the two fluids to be heat exchanged, thereby increasing the speed of heat transfer.

Fastän ovanstående beskrivning anvisar en utföringsÉorm med värmeväxlíng mellan ånga och kylvatten, kan uppfinningen naturligtvis även tillämpas vid värmeväxling mellan pvå andra fluider varvid även tryckluften kan ersättas av en annan gas.Although the above description discloses an embodiment with heat exchange between steam and cooling water, the invention can of course also be applied to heat exchange between two other fluids, whereby the compressed air can also be replaced by another gas.

Claims

1. 8101173-6. Claim cross-type plate heat exchangers having a plurality of heat transfer plates arranged to define alternating flow paths for two fluids, characterized in that between the heat transfer plates and these plates (1) closing casing (4) are arranged seals (2, 3) and closing means (13, 14), between which in turn are formed labyrinths (at 13 ', 1Ä'), into which a gas with a higher pressure can be introduced than the pressure of any of said two fluids.