SE462061B

SE462061B - PLATE HEAT EXCHANGER WITH SPECIAL PROFILED PLATTER

Info

Publication number: SE462061B
Application number: SE8800008A
Authority: SE
Inventors: A Balla; B Rummler; R Teubner
Original assignee: Nagema Veb K
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1990-04-30
Also published as: FR2626356B3; NL8800180A; SE8800008L; GB2214626B; GB8800836D0; DE3742943A1; DD254639A1; GB2214626A; FR2626356A1; SE8800008D0

Description

462 061 2 10 15 20 25 30 35 1 huvudsak parallellt med varandra. Härigenom uppstår ström- ningskanaler mellan värmeöverföringsplattorna. vilka består av ett antal i strömningsriktningen periodiskt återkommande strömningskanalavsnitt med 1 huvudsak samma geometri. De dessa strömningskanalavsnitt begränsande och på ett vinkelrätt mot den projicerade värmeöverföringsplattan och parallellt med strömningsriktningen liggande plant projicerade profilelemen- ten bildas antingen av två alltid i varandra övergående båg- stycken, vars krökningar är lika eller olika stor, men med motsatt förtecken, eller av två dylika bågstycken samt ett rakstycke, som förbinder dessa 1 punkter med samma lutning. 462 061 2 10 15 20 25 30 35 1 substantially parallel to each other. As a result, flow channels are created between the heat transfer plates. which consist of a number of flow channel sections recurring in the flow direction periodically with 1 substantially the same geometry. The sections of these flow channel limitingly and on a plane projected parallel to the projected heat transfer plate and parallel to the direction of flow are formed either by two always intersecting arcuate pieces, whose curves are equal or different in size, but with opposite signs, or by two such arcuate pieces and a straight piece, which connects these 1 points with the same slope.

Genom denna profilering ändras strömningstvärsnittet inuti ett strömningskanalavsnitt kontinuerligt 1 strömningsriktningen, dvs. det avtar från ett maximivärde till ett minimivärde och ökar därefter åter till uppnående av maximivärdet. Därigenom accelereras det genomströmmande mediet 1 det första avsnittet av ett dylikt strömningskanalavsnitt och uppbromsas 1 det and- ra. Ett avgörande inflytande på det uppnåbara förhållandet mellan värmeöverföringseffekten och erforderlig matningseffekt har dels det realiserade förhållandet mellan maximalt och mi- nimalt strömningstvärsnitt och typen och utformningen av över- gången mellan dessa strömningsavsnitt. och dels förhållandet mellan längden av det strömningskanalsavsnitt, på vilket det genomströmmande mediet accelereras, och den längd av ström- ningskanalsavsnittet på vilket mediet uppbromsas.Through this profiling, the flow cross section inside a flow channel section changes continuously in the flow direction, i.e. it decreases from a maximum value to a minimum value and then increases again until the maximum value is reached. As a result, the flowing medium 1 in the first section of such a flow channel section is accelerated and braked in the second. A decisive influence on the achievable relationship between the heat transfer effect and the required feed effect has the realized relationship between maximum and minimum flow cross-section and the type and design of the transition between these flow sections. and on the other hand, the ratio between the length of the flow channel section on which the flowing medium is accelerated, and the length of the flow channel section on which the medium is decelerated.

Båda förhållandena påverkas av krökningen respektive krök- ningsförloppet och längden av de bågstycken. som bildar pro- filelementen vilka begränsar det ena strömningskanalavsnittet, samt längden av det dessa bågstycken förbindande rakstycket.Both conditions are affected by the curvature and the curvature process and the length of the arc pieces, respectively. which form the profile elements which delimit one flow channel section, as well as the length of the straight section connecting these arcuate pieces.

Förutom denna utformning av profilelementen har det valda av- ståndet mellan värmeöverföringsplattorna likaså ett väsentligt inflytande på ândringsförloppet hos strömningstvärsnittet 1 strömningsriktningen och därmed på det uppnåbara förhållandet mellan värmeöverföringseffekten och erforderlig matnings- effekt. Dess inflytande står i ett mycket nära förhållande till utformningen av profilelementen, isynnerhet till krök- 10 15 20 25 30 35 a 462 061 ningsförloppet hos det valda bågstycket och kan icke betraktas fristående från detta.In addition to this design of the profile elements, the selected distance between the heat transfer plates also has a significant influence on the change course of the flow cross section 1 in the flow direction and thus on the achievable relationship between the heat transfer effect and the required feed effect. Its influence is in a very close relation to the design of the profile elements, in particular to the course of curvature of the selected arcuate piece and can not be considered independent of this.

Vid de kända lösningarna betraktas emellertid antingen före- trädesvis profilutformningen eller avståndet mellan värmeöver- föringsplattorna. Ändamålet med uppfinningen är att förbättra det uppnåbara för- hållandet mellan överförbar värmeeffekt och erforderlig mat- ningseffekt under hänsynstagande till det ömsesidiga inflytan- det hos profilutformningen och avståndet mellan värmeöverfö- ringsplattorna.In the known solutions, however, either the profile design or the distance between the heat transfer plates is preferably considered. The object of the invention is to improve the achievable ratio between transferable heat output and required feed power, taking into account the mutual influence of the profile design and the distance between the heat transfer plates.

Den till grund för uppfinningen liggande uppgiften är att i växelverkan med utformningen av profilelementen bestämma av- ståndet mellan värmeöverföringsplattorna vid i och för sig kända plattvärmeväxlare. vid vilka de strömningskanalerna be- gränsande ytorna hos värmeöverföringsplattorna är så försedda med på tvären mot strömningsriktningen eller under en bestämd, över bredden av värmeöverföringsplattorna konstant eller peri- odiskt varierande vinkel förlöpande profilerna, så att profi- lerna hos två intilliggande värmeöverföringsplattor förlöper i huvudsak parallellt med varandra, så att ändringsförloppet hos strömningstvärsnittet i strömningsriktningen i strömningska- nalavsnittena blir sådant, att den matningseffekt som pålägges de medier som strömmar genom strömningskanalerna. utnyttjas optimalt för värmeöverföringen.The task underlying the invention is to determine, in interaction with the design of the profile elements, the distance between the heat transfer plates at plate heat exchangers known per se. in which the flow channels delimiting the surfaces of the heat transfer plates are so provided with the profiles transversely or periodically varying over the width of the heat transfer plates constantly or periodically varying, so that the profiles of two adjacent heat transfer plates predominantly run parallel to the heat transfer plates. with each other, so that the course of change of the flow cross-section in the direction of flow in the flow channel sections becomes such that the feeding effect imposed on the media flowing through the flow channels. is optimally used for heat transfer.

I enlighet med uppfinningen dimensioneras avståndet mellan värmeöverföringsplattorna och längden hos det rakstycke, som förbinder de båda på ett vinkelrätt mot den projicerade värme- överföringsplattan och parallellt med strömningsriktningen liggande plan projicerade, ett profilelement bildande båg- styckena. så att de trajektorer till den kurvskara som mot- svarar strömningslinjerna för en genom det ena strömningska- nalavsnittet strömmande, friktionsfri vätska, vilka löper ge- nom de punkter, i vilka antingen dessa bågstycken hos de ett strömningskanalavsnitt begränsande profilelementen alltid 10 15 20 25 30 35 4-62 061 i 4 övergår i varandra eller i vilka det dessa förbindande rak- stycket alltid ansluter sig till bâgstyckena med med avseende på strömningskanalmittlinjen motsatta förtecken hos krökning- en. skär strömningskanalmittlinjen på sådant sätt. att ström- ningskanalmittlinjens längdavsnitt mellan de båda skärnings- punkterna mellan trajektorerna och strömningskanalmittlinjen är lika med hälften av längden av strömningskanalmittlinjen hos ett strömningskanalavsnitt och samtidigt totalt för samt- liga trajektorer hos ett strömningskanalavsnitt finns högst tre stycken, vilka på ingen av på desamma liggande punkter uppvisar en krökning. Genom den uppfinningsmässiga lösningen uppnås en symmetrisk utformning av strömningskanaltvärsnittets förlopp längs den krökta kanalmittlinjen inom ett av de båda mittemot varandra liggande profilelementen hos intilliggande vârmeöverföringsplattor bildade strömningskanalavsnitt. Ström- ningskanaltvärsnittets förlopp längs strömningskanalmittlinjen motsvarar förloppet av en kosinusfunktion med maximum vid bör- jan och slutet och minimum vid mitten av varje strömningska- nalavsnitt samt vändpunkterna på mitten mellan extremvärdena.In accordance with the invention, the distance between the heat transfer plates and the length of the straight piece connecting the two on a plane perpendicular to the projected heat transfer plate and projecting parallel to the flow direction, forming a profile element forming the arc pieces, is dimensioned. so that the trajectories of the curvature corresponding to the flow lines of a frictionless liquid flowing through one section of the flow channel section pass through the points at which either these arc pieces of the profile elements delimiting a profile channel section always 10 15 20 25 30 4-62 061 in 4 merge into each other or in which the straightening piece connecting these always connects to the arcuate pieces with opposite signs of the curvature in the center of the flow channel. intersects the flow channel centerline in this way. that the longitudinal section of the flow channel centerline between the two intersections between the trajectories and the flow channel centerline is equal to half the length of the flow channel centerline of a flow channel section and at the same time in total for all trajectories of a flow channel section having no more than three sections shows a curvature. The inventive solution achieves a symmetrical design of the course of the flow channel cross-section along the curved channel centerline within one of the two opposite profile elements of adjacent heat transfer plates formed flow channel sections. The course of the flow channel cross-section along the flow channel midline corresponds to the course of a cosine function with a maximum at the beginning and end and a minimum at the middle of each flow channel section and the turning points in the middle between the extreme values.

Därigenom fördelas icke enbart faserna av accelerationen och uppbromsningen av de genom strömningskanalerna strömmande me- dierna utan även faserna av deras ökande och minskande accele- ration samt deras ökande och minskande uppbromsning likformigt över strömningskanallängden, varigenom en minimering av er- forderlig matningseffekt uppkommer i förhållande till den upp- nåbara värmeöverföringseffekten.Thereby not only the phases of the acceleration and deceleration of the media flowing through the flow channels but also the phases of their increasing and decreasing acceleration and their increasing and decreasing deceleration are uniformly distributed over the flow channel length, whereby a minimization of the required feed power arises in the achievable heat transfer effect.

Ett utföringsexempel av uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning. på vilken fig. l är ett på ett vinkelrätt mot den projicerade värmeöver- föringsplattan och parallellt med strömningsriktningen liggan- de plan projicerat längdsnitt av strömningskanalsavsnitten, vars begränsande profilelement består av två bågstycken, och fig. 2 är ett på ett vinkelrätt mot den projicerade värmeöver- föringsplattan och parallellt med strömningsriktningen liggan- de plan projicerat längdsnitt av ett strömningskanalsavsnitt. 10 15 20 25 30 35 5 462 061 vars begränsande profilelement består av två bågstycken och ett dessa i punkter med lika lutning förbindande rakstycke.An embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing. in which Fig. 1 is a longitudinal projection of the flow channel sections, perpendicular to the projected heat transfer plate and parallel to the flow direction, the limiting profile element consisting of two arcuate pieces, and Fig. 2 is a perpendicular to the projected heat transfer plate the guide plate and a plane projected longitudinal section of a flow channel section lying parallel to the flow direction. 10 15 20 25 30 35 5 462 061 whose limiting profile element consists of two arcuate pieces and a straightening piece connecting these at points with equal inclination.

Om exempelvis de mittemot varandra liggande profilelementen hos de i en plattvärmeväxlare intilliggande värmeöverförings- plattorna består av två alltid i varandra övergående bågsek- tioner 2a, 3a: 2b, 3b. begränsas enligt fig. l de i projektion på ett vinkelrätt mot värmeöverföringsplattan och parallellt med strömningsriktningen liggande plan med strömningskanalav- snitten la, lb, lc samhörande ytorna alltid av två bågstycken 2a, 3a; 2b, 3b; Zc, 3c, vilka alltid består av två bågstycken, vilka övergår i varandra i punkterna 5 resp. 6 vid strömnings- kanalavsnittet lb. Av trajektorerna till den strömningslinjer- na hos en genom strömningskanalavsnitten la, lb, lc strömman- de, friktionsfria vätskan motsvarande kurvskaran skär den ge- nom punkten 6 löpande trajektorian 10 strömningskanalmittlin- jen 7 i punkten 8 och den genom punkten 5 löpande trajektorian ll i punkten 9. Avståndet 0 mellan värmeöverföringsplattorna är så valt. att längden hos strömningskanalmittlinjen 7 mellan skärningspunkterna 8 och 9 är lika med hälften av längden hos strömningskanalmittlinjen 7 för strömningskanalavsnittet lb.If, for example, the opposite profile elements of the heat transfer plates adjacent to a plate heat exchanger consist of two arcuate sections 2a, 3a: 2b, 3b which always overlap. according to Fig. 1, the surfaces lying in projection perpendicular to the heat transfer plate and parallel to the flow direction with the flow channel sections 1a, 1b, 1c always connected by two arcuate pieces 2a, 3a; 2b, 3b; Zc, 3c, which always consist of two arc pieces, which merge into each other in points 5 resp. 6 at the flow channel section 1b. From the trajectors of the flow lines of a flow-free, friction-free liquid flowing through the flow channel sections 1a, 1b, 1c, the trajectory running through point 6 intersects the flow channel centerline 7 in point 8 and the trajectory running through point 5 in the trajectory point 9. The distance 0 between the heat transfer plates is then selected. that the length of the flow channel centerline 7 between the intersection points 8 and 9 is equal to half the length of the flow channel centerline 7 of the flow channel section 1b.

Om exempelvis de mittemot liggande profilelementen hos de i en plattvärmeväxlare intilliggande värmeöverföringsplattorna bil- das av två bågstycken l2a, l3a; l2b. l3b och ett dessa förbin- dande rakstycke l4a, l4b. begränsas enligt fig. 2 den i pro- jektion på ett vinkelrätt mot värmeöverföringsplattan och pa- rallellt med strömningsriktningen liggande plan med ström- ningskanalavsnittet ld samhörande ytan på den ena sidan av hågstycket l2a, det i punkten 15a alltid anslutande rakstycket l4a och det till detta i punkten l6a alltid anslutande båg- stycket l2b, samt på den andra sidan av bågstycket l3a. det 1 punkten l5b alltid anslutande rakstycket l4b och det till det- ta alltid anslutande bågstycket l3b. Trajektorian 17, som lö- per genom punkten l5a, skär strömningskanalmittlinjen 19 i skärningspunkten 20, medan den, som löper genom punkten l6b, skär strömningskanalmittlinjen 19 i skärningspunkten 21. Av- ståndet O mellan värmeöverföringsplattorna väljes så. att längden hos strömningskanalmittlinjen 19 mellan skärningspunk- 462 061 6 terna 20 och 21 är lika med hälften av längden av strömnings- kanalmittlinjen 19 hos strömningskanalavsnittet ld. Samtidigt väljes längderna hos rakstyckena l4a och l4b maximalt så. att förutom punkterna l6a och l5b finns inga ytterligare rakstyck- 5 en l4b och l4a. vilka ligger på en och samma trajektoria, vil- ket är liktydigt med att inom den med strömningskanalavsnittet ld samhörande ytan mellan trajektorerna l7 och 18 finns maxi- malt en trajektoria, som på ingen av pâ densamma liggande punkter uppvisar en krökning.If, for example, the opposite profile elements of the heat transfer plates adjacent to a plate heat exchanger are formed by two arc pieces 13a, 13a; l2b. l3b and a straight section l4a, l4b connecting them. according to Fig. 2, the plane projecting perpendicular to the heat transfer plate and parallel to the flow direction with the flow channel section 1d associated with the surface on one side of the saw piece l2a, the straight piece l4a always connecting at point 15a and the at point l6a always connecting arc piece l2b, and on the other side of arc piece l3a. the straight piece l4b always connecting the point 15b and the arc piece l3b always connecting to it. The trajectory 17, which passes through point 15a, intersects the flow channel centerline 19 at the point of intersection 20, while the one which passes through point 16b intersects the flow channel centerline 19 at the point of intersection 21. The distance 0 between the heat transfer plates is thus selected. that the length of the flow channel centerline 19 between the intersections 20 and 21 is equal to half the length of the flow channel centerline 19 of the flow channel section 1d. At the same time, the lengths of the straight sections 14a and 14b are selected at most. that apart from points l6a and l5b there are no further straight sections l4b and l4a. which lie on one and the same trajectory, which is tantamount to the fact that within the surface associated with the flow channel section ld between the trajectories 17 and 18 there is at most one trajectory, which at none of the points lying on it has a curvature.

Claims

A plate heat exchanger, in particular for liquid media, consisting of a number of substantially similar heat transfer plates which, while maintaining a certain distance, are so joined together that between each adjacent pair from heat transfer plates, flow channels are formed, the height of which is small in relation to their width and length. wherein the flow channels delimiting the surfaces of the heat transfer plates are provided with profiles transversely or below a certain, constantly or periodically varying angle over the width of the heat transfer plates, so that the profile elements of two adjacent heat transfer plates run substantially parallel to each other. . and that the flow channels limited by these consist of a number of flow channel sections periodically recurring in the flow direction with substantially the same geometry, wherein such a flow channel section limiting and perpendicular to the projected heat transfer plate and parallel to the flow element projecting profile either is formed by two always intersecting arcuate pieces, the curves of which have the same or different size. but with opposite signs, or of two such arc pieces and a straight piece connecting these 1 points with equal inclination, characterized in that the distance (0) between the heat transfer plates and the length of the straight piece (14a, 14b) is chosen as follows, that the trajectors (ll and 10 and 17 and 18, respectively) to the flow lines of a flowing through the flow channel section (1a, 1b, 1c and 1d, respectively). friction-free liquid corresponding to the curve, which runs through the points (5, 6). in which they both a flow channel section (1a, 1b, 1c) limited and on a plane perpendicular to the projected heat transfer plate and projected parallel elements with the flow direction, profile elements forming the arc pieces (2a, 2b, 2c and 3a. 3b, 3c) always pass in each other, respectively running through the points (l5a. l6b). in which the arcuate pieces (12, l2b) in the points (l5a. l6a) with equal inclination connecting the straight piece (l4a) always merge into the arcuate piece (l2a) and the arcuate pieces (l3a, l3b) in the points (l5b, l6b) with equal slope connecting the straight piece 462 061 (14b) always connects to the bow piece (13b), cut the flow channel centerline (7 and 19 respectively) so. that the longitudinal section of the flow channel center line (7 and 19, respectively) between the intersection points (8 and 9 and 20 and 21, respectively) is equal to half the length 5 of the flow channel center line (7 and 19, respectively) of a flow channel section (1a, 1b, 1c) respectively ld) and at the same time in total for all trajectories (17, 18) of a flow channel section (ld) there are at most three pieces, which at none of the same points have a curvature.