WO2012031589A1 - Plate heat exchanger for evaporating a liquid - Google Patents

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WO2012031589A1 PCT/DE2011/075175 DE2011075175W WO2012031589A1 WO 2012031589 A1 WO2012031589 A1 WO 2012031589A1 DE 2011075175 W DE2011075175 W DE 2011075175W WO 2012031589 A1 WO2012031589 A1 WO 2012031589A1
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Peter Rehberg
Michael Rehberg
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Peter Rehberg
Michael Rehberg
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    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation

Definitions

  • the invention relates to a plate heat exchanger for evaporating a liquid consisting of a stack of identical, but each rotated by 180 ° contiguous, at its peripheral edge sealingly interconnected, rectangular heat transfer plates, the alternating flow channels for a fluid to be evaporated and include for a heating fluid and which are provided with a corrugation pattern of angularly aligned to the flow direction, in the flow channels crossing waves and in the corner areas with openings for forming the inlet and outlet openings of the flow channels are provided.
  • a plate heat exchanger known from DE 3721132 A1 for evaporating a liquid comprises heat exchange plates with wave patterns that remain the same over their entire heat exchange surface. This is not efficient in terms of heat exchange capacity because not all of the liquid to be evaporated undergoes the same heat treatment on the way in the flow channel.
  • a known from DE 69102755 T2 plate heat exchanger for evaporating a liquid (plate evaporator) makes use of the known fact that the heat exchange with a flowing in the flow channel between two heat exchange plates fluid is influenced by how the adjacent wave peaks of the wave pattern of the heat exchange plates and cross run relative to the main flow direction. Crossing the wave pattern at an obtuse angle with respect to the main flow direction makes the heat transfer more efficient than at the acute crossing angle.
  • DE 69192755 T2 proposes therefore heat exchange plates with corrugated to the main flow direction in different angles zones, that the flow resistance gradually decreases from one to the other side of the flow channel and the heat transfer surface is used as effectively as possible.
  • DE 19959780 B1 describes plate heat exchangers consisting of identical heat exchanger plates stacked one above the other rotated by 180 ° and having wave patterns of wave crests and wave troughs inclined obliquely over the entire plate surface in a herringbone pattern.
  • the wave crests intersect in the flow channels formed between the heat exchange plates and are based on each other at the intersection points.
  • the use of such a plate heat exchanger as an evaporator in refrigeration is problematic in that the flow channels are not uniformly supplied with the refrigerant and the refrigerant is not completely evaporated in the more heavily acted flow channels.
  • the non-vaporized refrigerant droplets entrained by the refrigerant vapor are not re-evaporated in the vapor tube superheated in other flow channels in the collecting tube adjoining the plate evaporator itself.
  • the invention has the object of providing a plate heat exchanger of the type mentioned in such a way that its efficient use is guaranteed as Plattenverd steamer.
  • the basic idea of the invention in the case of a plate heat exchanger of the type mentioned above for evaporating a liquid, in particular a refrigerant, is that in the plate gap forming a flow channel between two adjacent heat transfer plates, at least one area consists of a plurality of juxtaposed, longitudinally
  • the swirl tube channels are formed by straight waves parallel to one another in the same direction, ie in the longitudinal direction or at an acute angle to the longitudinal direction of the rectangular plate heat exchanger, on the adjoining sides of the heat exchanger plates.
  • the wave field of intersecting waves lying upstream and downstream of the swirl tube channel region ensures, on the one hand, uniform mixing and
  • a plurality of short wave regions of intersecting waves and swirl tube channels are formed alternately over the length of the flow channel present between two heat transfer plates. At the beginning and end or at the inlet and the outlet side of the flow channel, a region of intersecting, herringbone aligned waves is provided. In a further embodiment of the invention, the region of the adjacent swirl tube channels extends over the entire width of the flow channel.
  • the intersecting waves are at an angle of 60 to 130 ° in one and the same angular position to the flow direction, but in the two halves of the respective heat transfer plate in the opposite direction, so that the oblique waves of each order Turn the heat transfer plates, stacked 180 °, one above the other.
  • the oblique waves and the straight waves of a heat transfer plate extending in the flow direction or at an acute angle to the flow direction merge into one another. Between two straight waves of the heat transfer plate in each case a parallel to this separate, straight wave piece is formed.
  • the longitudinally contacting each other straight shafts and shaft pieces of adjacent, rotated by 180 ° to each other heat transfer plates form the swirl tube channels.
  • the straight shafts and shaft pieces and the oblique waves have a traction pezförmige cross-sectional shape, so that the swirl tube channels have a nearly round, hexagonal cross-section.
  • Fig. 1 is a plan view of a heat transfer plate
  • Fig. 2 shows a plurality of superimposed, but shown in an exploded position heat transfer plates of a plate evaporator, explained in more detail.
  • the identically formed rectangular heat transfer plates 1.1, 1.2 comprise a circumferential raised edge 2, openings 3 provided in the four corner regions and a wave field formed between the openings 3 of approximately trapezoidal shaped waves (wave crests and wave troughs).
  • the first openings 3.1 provided on the left-hand longitudinal side are located at a level of the wave peaks at the upper plate level 4, while the second openings 3.2 on the left-hand longitudinal side are at a lower level Plate level 5 are located.
  • the heat transfer plates 1.1, 1.2 are each stacked rotated by 180 °, so that the between two adjacent heat transfer plates 1.1, 1.2 formed flow channel between the upper and lower plate level 4, 5 an inlet opening 6 for a liquid to be evaporated (refrigerant) and having an outlet opening 7 for the steam generated in the flow channel.
  • the evaporation takes place in the hot
  • the heat transfer plates 1.1, 1.2 are soldered to each other at the raised edges 2, at the mutual contact points of the waves of adjacent heat transfer plates and at the adjoining the apertures contact surfaces between the upper and lower plate levels.
  • An essential feature of the plate heat exchanger used as an evaporator is the design of the wave field of the heat transfer plates 1.
  • a first shaft portion 8 from each other at an obtuse angle to running - oblique - waves 8a provided on the two narrow sides of the heat transfer plates 1.1, 1.2. They are followed in alternation second - straight - shaft portions 9 in the flow direction (longitudinal ⁇ direction of heat transfer plates) extending - straight - shafts 9a and shaft pieces 9b and third shaft portions 10 having an obtuse angle obliquely to the flow direction (longitudinal direction of the plates) extending shafts 10a.
  • the straight waves 9a and the oblique waves 10a merge into each other.
  • the short, straight shaft pieces 9b extend individually between the straight shafts 9a.
  • the oblique waves 10a extend at the same angle but in the opposite direction, and the straight shafts 9a and the straight shaft pieces 9b are offset in the two plate halves by a wave width.
  • the cross-sectional area of the straight shafts 9a, 9b and the oblique shafts 10a is trapezoidal.
  • the oblique waves 8a of the first wave regions 8 and the oblique waves 10a of the third wave regions 10 intersect and are soldered together at the crossing points.
  • the flow channels for the fluid to be vaporized and its already vaporized part in the longitudinal direction of the flow channel are present in the second flow zone 9 of the heat transfer plates 1.1, 1.2 extending - here in cross-section hexagonal, over the width of the flow channel adjacent to each other - swirl tube channels 11 are formed.
  • existing alternating flow channel sections are alternately from intersecting waves (wave areas 8, 10) and from adjacent swirl tube channels (wave areas 9).
  • the flowing in the flow channel between two heat transfer plates from an inlet opening 6 to an outlet opening 7 fluid is well mixed by the wave areas 8, 10 of intersecting waves and distributed to the rotary tube channels receives in each case in the caused by the intersecting waves tangential introduction into the swirl tube channels a swirl pulse. Due to the thus caused in the swirl tube rotating flow (three to ten revolutions) in the fluid after evaporation still remaining liquid droplets due to the centrifugal force to the outside, that is to the wall of the swirl tube 11 and to the hot surfaces of the heat transfer plates 1.1, 1.2 thrown in order to absorb there the heat required for their evaporation. In addition, the flow path of the medium is lengthened by the swirl tube channels and the rotating movement of the medium, without, however, prolonging the plate heat exchanger itself and thereby accepting structural disadvantages and higher pressure losses. In the known uneven

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Abstract

In a plate heat exchanger used for evaporating a liquid, in particular a refrigerant, at least one region of a plurality of swirl pipe ducts (11), which are situated adjacent to one another and run in the flow direction, is integrated in the plate gap which exists between two adjacent heat exchanger plates (1.1, 1.2) and which forms a flow duct. The fluid, which passes with a swirl impetus into the swirl pipe ducts from an undulating region (8, 10) with intersecting undulations (8a, 10a), is conducted in a circulating motion through the swirl pipe ducts (11), such that firstly, the flow path is lengthened and longer contact with the duct wall is realized, and secondly, still-unevaporated liquid droplets entrained with the already-formed vapour are centrifuged against the hot duct walls owing to the centrifugal force and are evaporated.

Description

Plattenwärmeübertrager zum Verdampfen einer Flüssigkeit  Plate heat exchanger for evaporating a liquid
Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager zum Verdampfen einer Flüssigkeit, der aus einem Stapel identischer, jedoch jeweils um 180° gedreht aneinander liegender, an ihrem umlaufenden Rand abdichtend miteinander verbundener, rechteckiger Wärmeübertragungsplatten be- steht, die im Wechsel Strömungskanäle für ein zu verdampfendes Fluid und für ein Heizfluid einschließen und die mit einem Wellungsmuster aus winklig zur Strömungsrichtung ausgerichteten, sich in den Strömungskanälen kreuzenden Wellen sowie in den Eckbereichen mit Durchbrüchen zur Bildung der Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle versehen sind. The invention relates to a plate heat exchanger for evaporating a liquid consisting of a stack of identical, but each rotated by 180 ° contiguous, at its peripheral edge sealingly interconnected, rectangular heat transfer plates, the alternating flow channels for a fluid to be evaporated and include for a heating fluid and which are provided with a corrugation pattern of angularly aligned to the flow direction, in the flow channels crossing waves and in the corner areas with openings for forming the inlet and outlet openings of the flow channels are provided.
Ein aus der DE 3721132 AI bekannter Plattenwärmetauscher zum Verdampfen einer Flüssigkeit umfasst Wärmeaustausch- platten mit über ihre gesamte Wärmeaustauschfläche gleichbleibendem Wellenmuster. Das ist hinsichtlich der Wärmeaustauschkapazität nicht effizient, da nicht die gesamte zu verdampfende Flüssigkeit auf dem Weg im Strömungskanal die gleiche Wärmebehandlung erfährt . A plate heat exchanger known from DE 3721132 A1 for evaporating a liquid comprises heat exchange plates with wave patterns that remain the same over their entire heat exchange surface. This is not efficient in terms of heat exchange capacity because not all of the liquid to be evaporated undergoes the same heat treatment on the way in the flow channel.
Ein aus der DE 69102755 T2 bekannter Plattenwärmetauscher zum Verdampfen einer Flüssigkeiten (Plattenverdampfer) macht sich die bekannte Tatsache zunutze, dass der Wärmeaustausch mit einem in dem Strömungskanal zwischen zwei Wärmeaustauschplatten strömenden Fluid davon beeinflusst wird, wie sich die aneinanderliegenden Wellenberge des Wellenmusters der Wärmeaustauschplatten kreuzen und relativ zur Hauptströmungsrichtung verlaufen. Bei einer Kreuzung des Wellenmusters in stumpfem Winkel bezüglich der Hauptströmungsrichtung ist der Wärmeübergang effizienter als bei spitzem Kreuzungswinkel. Die DE 69192755 T2 schlägt daher Wärmeaustauschplatten mit zur Hauptströmungsrichtung derart in unterschiedlichen Winkeln gewellten Zonen vor, dass der Strömungswiderstand von der einen zur anderen Seite des Strömungskanals allmählich abnimmt und die Wärmeübergangsfläche möglichst wirksam, genutzt wird. A known from DE 69102755 T2 plate heat exchanger for evaporating a liquid (plate evaporator) makes use of the known fact that the heat exchange with a flowing in the flow channel between two heat exchange plates fluid is influenced by how the adjacent wave peaks of the wave pattern of the heat exchange plates and cross run relative to the main flow direction. Crossing the wave pattern at an obtuse angle with respect to the main flow direction makes the heat transfer more efficient than at the acute crossing angle. DE 69192755 T2 proposes therefore heat exchange plates with corrugated to the main flow direction in different angles zones, that the flow resistance gradually decreases from one to the other side of the flow channel and the heat transfer surface is used as effectively as possible.
Die DE 19959780 Bl beschreibt Plattenwärmeübertrager, bestehend aus identischen, jeweils um 180° gedreht überein- ander gestapelten Wärmeübertragerplatten mit über die gesamte Plattenfläche fischgrätmusterartig schräg verlaufendem Wellenmuster aus Wellenbergen und Wellentälern. Die Wellenberge kreuzen sich in den zwischen den Wärmeaustauschplatten gebildeten Strömungskanälen und stützen sich an den Kreuzungspunkten aufeinander ab. Die Verwendung eines derartigen Plattenwärmetauschers als Verdampfer in der Kältetechnik ist insofern problematisch, als die Strömungskanäle nicht gleichmäßig mit dem Kältemittel beaufschlagt werden und das Kältemittel in den stärker beaufschlagten Strömungskanälen nicht vollständig verdampft wird. Die von dem Kältemitteldampf mitgerissenen, nicht verdampften Kältemitteltröpfchen werden in dem an den Plattenverdampfer anschließenden Sammelrohr selbst von dem in anderen Strömungskanälen überhitzten Dampf nicht nachverdampft. DE 19959780 B1 describes plate heat exchangers consisting of identical heat exchanger plates stacked one above the other rotated by 180 ° and having wave patterns of wave crests and wave troughs inclined obliquely over the entire plate surface in a herringbone pattern. The wave crests intersect in the flow channels formed between the heat exchange plates and are based on each other at the intersection points. The use of such a plate heat exchanger as an evaporator in refrigeration is problematic in that the flow channels are not uniformly supplied with the refrigerant and the refrigerant is not completely evaporated in the more heavily acted flow channels. The non-vaporized refrigerant droplets entrained by the refrigerant vapor are not re-evaporated in the vapor tube superheated in other flow channels in the collecting tube adjoining the plate evaporator itself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plattenwärmeübertrager der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass dessen effiziente Nutzung auch als Plattenver- dampfer gewährleistet ist. The invention has the object of providing a plate heat exchanger of the type mentioned in such a way that its efficient use is guaranteed as Plattenverd steamer.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 1 ausgebildeten Plattenwärmeübertrager gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. According to the invention the object is achieved with a trained according to the features of claim 1 plate heat exchanger. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht bei einem zum Ver- dampfen einer Flüssigkeit, insbesondere eines Kältemittels eingesetzten Plattenwärmeübertrager der eingangs erwähnten Art darin, dass in den zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten bestehenden, einen Strömungskanal bildenden Plattenspalt mindestens ein Bereich aus mehreren nebeneinander liegenden, in Längsrichtung The basic idea of the invention in the case of a plate heat exchanger of the type mentioned above for evaporating a liquid, in particular a refrigerant, is that in the plate gap forming a flow channel between two adjacent heat transfer plates, at least one area consists of a plurality of juxtaposed, longitudinally
(Hauptströmungsrichtung) oder in spitzem Winkel zur Längsrichtung verlaufenden Drallrohrkanälen integriert ist. Die Drallrohrkanäle werden durch an den aneinander- grenzenden Seiten der Wärmeübertragerplatten in derselben Richtung, das heißt in Längsrichtung oder in spitzem Winkel zur Längsrichtung des rechteckigen Plattenwärmeübertragers zueinander parallel verlaufende gerade Wellen gebildet. Das stromauf und stromab des Drallrohrkanalbereichs liegende Wellenfeld aus sich kreuzenden Wellen sorgt zum einen für ein gleichmäßiges Durchmischen und(Main flow direction) or at an acute angle to the longitudinal direction swirl tube channels is integrated. The swirl tube channels are formed by straight waves parallel to one another in the same direction, ie in the longitudinal direction or at an acute angle to the longitudinal direction of the rectangular plate heat exchanger, on the adjoining sides of the heat exchanger plates. The wave field of intersecting waves lying upstream and downstream of the swirl tube channel region ensures, on the one hand, uniform mixing and
Verteilen des Fluids auf die Drallrohrkanäle und zum anderen für ein druckverlustfreies tangentiales Einleiten und Ausleiten .des Fluids in die Drallrohrkanäle bzw. aus den Drallrohrkanälen sowie eine daraus resultierende Ro- tation des Fluids beim Durchströmen der Drallrohrkanäle.Distributing the fluid to the swirl tube channels and on the other hand for a pressure loss-free tangential introduction and discharge of the fluid in the swirl tube channels or from the swirl tube channels and a resulting rotation of the fluid when flowing through the swirl tube channels.
Aufgrund des mit einem Drallimpuls in die Drallrohrkanäle gelangenden Fluids und dessen zirkulierender Bewegung durch die Drallrohrkanäle wird zum einen der Strömungsweg verlängert und ein längerer Kontakt mit der Kanalwand be- wirkt und zum anderen werden noch nicht verdampfte, mit dem bereits gebildeten Dampf mitgerissene Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Zentrifugalkraft an die heißen Kanalwände geschleudert, so dass der Verdampfungsprozess intensiviert und eine effiziente Nutzung des Plattenwär- meübertragers als Verdampfer gewährleistet ist. In Ausgestaltung der Erfindung sind über die Länge des zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten vorhandenen Strömungskanals im Wechsel mehrere kurze Wellenbereiche aus sich kreuzenden Wellen und aus Drallrohrkanälen ausgebil- det . Am Anfang und Ende bzw. an der Eintritts- und der Austrittsseite des Strömungskanals ist ein Bereich aus sich kreuzenden, als Fischgrätmuster ausgerichteten Wellen vorgesehen. In weiterer Ausbildung der Erfindung erstreckt sich der Bereich der nebeneinander liegenden Drallrohrkanäle über die gesamte Breite des Strömungskanals. Due to the fluid entering the swirl tube channels with a swirl impulse and its circulating movement through the swirl tube channels, the flow path is lengthened and prolonged contact with the channel wall is effected, and secondly liquid droplets not yet vaporized, entrained with the already formed vapor due to the Centrifugal force is thrown to the hot channel walls, so that the evaporation process intensified and an efficient use of the plate heat exchanger is ensured as an evaporator. In an embodiment of the invention, a plurality of short wave regions of intersecting waves and swirl tube channels are formed alternately over the length of the flow channel present between two heat transfer plates. At the beginning and end or at the inlet and the outlet side of the flow channel, a region of intersecting, herringbone aligned waves is provided. In a further embodiment of the invention, the region of the adjacent swirl tube channels extends over the entire width of the flow channel.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die sich kreuzenden Wellen in einem Winkel von 60 bis 130° in ein- und derselben Winkellage zur Strömungsrichtung, jedoch in den beiden Hälften der jeweiligen Wärmeübertragungsplatte in jeweils entgegen gesetzter Richtung, so dass sich die schrägen Wellen von jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelten Wärmeübertragungsplatten kreuzen . In a further embodiment of the invention, the intersecting waves are at an angle of 60 to 130 ° in one and the same angular position to the flow direction, but in the two halves of the respective heat transfer plate in the opposite direction, so that the oblique waves of each order Turn the heat transfer plates, stacked 180 °, one above the other.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung gehen die schrägen Wellen und die in Strömungsrichtung oder in spitzem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden geraden Wellen einer Wärmeübertragungsplatte jeweils ineinander über. Zwischen zwei geraden Wellen der Wärmeübertragungsplatte ist jeweils ein zu diesen parallel verlaufendes separates, gerades Wellenstück ausgeformt. Die in Längs- richtung einander kontaktierenden geraden Wellen und Wellenstücke aneinander grenzender, um 180° zueinander gedrehter Wärmeübertragungsplatten bilden die Drallrohrkanäle . In weiterer Ausgestaltung der Erfindung haben die geraden Wellen und Wellenstücke und die schrägen Wellen eine tra- pezförmige Querschnittsform, so dass die Drallrohrkanäle einen nahezu runden, sechseckigen Querschnitt aufweisen. According to a further feature of the invention, the oblique waves and the straight waves of a heat transfer plate extending in the flow direction or at an acute angle to the flow direction merge into one another. Between two straight waves of the heat transfer plate in each case a parallel to this separate, straight wave piece is formed. The longitudinally contacting each other straight shafts and shaft pieces of adjacent, rotated by 180 ° to each other heat transfer plates form the swirl tube channels. In a further embodiment of the invention, the straight shafts and shaft pieces and the oblique waves have a traction pezförmige cross-sectional shape, so that the swirl tube channels have a nearly round, hexagonal cross-section.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der An embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which
Fig. 1 eine Draufsicht einer Wärmeübertragungsplatte; Fig. 1 is a plan view of a heat transfer plate;
und Fig. 2 mehrere übereinander liegende, jedoch in einer auseinandergezogenen Position dargestellte Wärmeübertragungsplatten eines Plattenverdampfers zeigt, näher erläutert.  and Fig. 2 shows a plurality of superimposed, but shown in an exploded position heat transfer plates of a plate evaporator, explained in more detail.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel umfassen die identisch ausgebildeten rechteckigen Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 einen umlaufenden hochgezogenen Rand 2, in den vier Eckbereichen vorgesehene Durchbrüche 3 und ein zwischen den Durchbrüchen 3 ausgeformtes Wellenfeld aus etwa trapezförmig geformten Wellen (Wellenbergen und Wellentälern) . In der in Fig. 2 oberen Wärmeübertragungsplatte 1.1 befinden sich die an der linken Längsseite vorgesehenen ersten Durchbrüche 3.1 auf einem in Bezug auf die Zeich- nungsebene oberen Plattenniveau 4 in Höhe der Wellenberge, während sich die zweiten Durchbrüche 3.2 an der linken Längsseite auf einem unteren Plattenniveau 5 befinden. Die Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 sind jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelt, so dass der zwi- sehen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 gebildete Strömungskanal zwischen dem jeweils oberen und unteren Plattenniveau 4, 5 eine Eintrittsöffnung 6 für eine zu verdampfende Flüssigkeit (Kältemittel) und eine Austrittsöffnung 7 für den im Strömungskanal erzeugten Dampf aufweist. Die Verdampfung erfolgt an den heißenAccording to the embodiment, the identically formed rectangular heat transfer plates 1.1, 1.2 comprise a circumferential raised edge 2, openings 3 provided in the four corner regions and a wave field formed between the openings 3 of approximately trapezoidal shaped waves (wave crests and wave troughs). In the upper heat transfer plate 1.1 in FIG. 2, the first openings 3.1 provided on the left-hand longitudinal side are located at a level of the wave peaks at the upper plate level 4, while the second openings 3.2 on the left-hand longitudinal side are at a lower level Plate level 5 are located. The heat transfer plates 1.1, 1.2 are each stacked rotated by 180 °, so that the between two adjacent heat transfer plates 1.1, 1.2 formed flow channel between the upper and lower plate level 4, 5 an inlet opening 6 for a liquid to be evaporated (refrigerant) and having an outlet opening 7 for the steam generated in the flow channel. The evaporation takes place in the hot
Wänden des Strömungskanals, die durch ein in den beider- seitig benachbarten Strömungskanälen fließendes Heizmedium erwärmt werden. Die Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 sind an den hochgezogenen Rändern 2, an den beiderseitigen Berührungsstellen der Wellen aneinandergrenzender Wärmeübertragungsplatten und an den an die Durchbrüche anschließenden Berührungsflächen zwischen oberen und unteren Plattenebenen miteinander verlötet. Walls of the flow channel, which are separated by a be heated side adjacent flow channels flowing heating medium. The heat transfer plates 1.1, 1.2 are soldered to each other at the raised edges 2, at the mutual contact points of the waves of adjacent heat transfer plates and at the adjoining the apertures contact surfaces between the upper and lower plate levels.
Ein wesentliches Merkmal des als Verdampfer eingesetzten Plattenwärmeübertragers (Plattenverdampfer) ist die Gestaltung des Wellenfeldes der Wärmeübertragungsplatten 1. An den beiden Schmalseiten der Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 ist ein erster Wellenbereich 8 aus in stumpfem Winkel aufeinander zu laufenden - schrägen - Wellen 8a vorgesehen. Daran schließen sich im Wechsel zweite - gerade - Wellenbereiche 9 mit in Strömungsrichtung (Längs¬ richtung der Wärmeübertragungsplatten) verlaufenden - geraden - Wellen 9a und Wellenstücken 9b und dritte Wellenbereiche 10 mit in stumpfem Winkel schräg zur Strömungs- richtung (Längsrichtung der Platten) verlaufenden Wellen 10a. Die geraden Wellen 9a und die schrägen Wellen 10a gehen ineinander über. Die kurzen, geraden Wellenstücke 9b verlaufen einzeln zwischen den geraden Wellen 9a. In der unteren und der oberen Plattenhälfte verlaufen die schrägen Wellen 10a in gleichem Winkel aber in entgegen gesetzter Richtung und die geraden Wellen 9a sowie die geraden Wellenstücke 9b sind in den beiden Plattenhälften um eine Wellenbreite versetzt zueinander angeordnet. Die Querschnittsfläche der geraden Wellen 9a, 9b und der schrägen Wellen 10a ist trapezförmig. An essential feature of the plate heat exchanger used as an evaporator (plate evaporator) is the design of the wave field of the heat transfer plates 1. On the two narrow sides of the heat transfer plates 1.1, 1.2, a first shaft portion 8 from each other at an obtuse angle to running - oblique - waves 8a provided. They are followed in alternation second - straight - shaft portions 9 in the flow direction (longitudinal ¬ direction of heat transfer plates) extending - straight - shafts 9a and shaft pieces 9b and third shaft portions 10 having an obtuse angle obliquely to the flow direction (longitudinal direction of the plates) extending shafts 10a. The straight waves 9a and the oblique waves 10a merge into each other. The short, straight shaft pieces 9b extend individually between the straight shafts 9a. In the lower and the upper plate half, the oblique waves 10a extend at the same angle but in the opposite direction, and the straight shafts 9a and the straight shaft pieces 9b are offset in the two plate halves by a wave width. The cross-sectional area of the straight shafts 9a, 9b and the oblique shafts 10a is trapezoidal.
Beim Übereinanderstapeln der jeweils um 180° gedrehten Wärmeübertragungsplatten kreuzen sich die schrägen Wellen 8a der ersten Wellenbereiche 8 sowie die schrägen Wellen 10a der dritten Wellenbereiche 10 und sind an den Kreuzungspunkten miteinander verlötet. In den aneinandergren- zenden zweiten - geraden - Wellenbereichen 9 benachbarter Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 berühren sich die geraden Wellen 9a bzw. Wellenstücke 9b in Längsrichtung, so dass in dem zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten vor- handenen Strömungskanal für das zu verdampfende Fluid und dessen bereits verdampften Teil in Längsrichtung des Strömungskanals verlaufende - hier im Querschnitt sechseckige, über die Breite des Strömungskanals nebeneinander liegende - Drallrohrkanäle 11 gebildet werden. In dem zwischen zwei aneinandergrenzenden Wärmeübertragungsplatten bestehenden Strömungskanal sind somit im Wechsel aus sich kreuzenden Wellen (Wellenbereiche 8, 10) und aus nebeneinander liegenden Drallrohrkanälen (Wellenbereiche 9) bestehende Strömungskanalabschnitte vorhanden. When stacking the heat transfer plates rotated by 180 ° each, the oblique waves 8a of the first wave regions 8 and the oblique waves 10a of the third wave regions 10 intersect and are soldered together at the crossing points. In the contiguous In the longitudinal direction of the straight waves 9a and / or shaft pieces 9b, the flow channels for the fluid to be vaporized and its already vaporized part in the longitudinal direction of the flow channel are present in the second flow zone 9 of the heat transfer plates 1.1, 1.2 extending - here in cross-section hexagonal, over the width of the flow channel adjacent to each other - swirl tube channels 11 are formed. In the existing between two adjacent heat transfer plates flow channel thus existing alternating flow channel sections are alternately from intersecting waves (wave areas 8, 10) and from adjacent swirl tube channels (wave areas 9).
Das in dem Strömungskanal zwischen zwei Wärmeübertragungsplatten von einer Eintrittsöffnung 6 zu einer Austrittsöffnung 7 strömende Fluid wird durch die Wellenbereiche 8, 10 aus sich kreuzenden Wellen gut durchmischt und auf die Drehrohrkanäle verteilt erhält jeweils bei dem durch die sich kreuzenden Wellen bewirkten tangentialen Einleiten in die Drallrohrkanäle einen Drallimpuls. Aufgrund der dadurch in dem Drallrohrkanal bewirkten rotierenden Strömung (drei bis zehn Umdrehungen) werden in dem Fluid nach der Verdampfung noch verbliebene Flüssigkeitströpfchen infolge der Zentrifugalkraft nach außen, das heißt an die Wand des Drallrohrkanals 11 bzw. an die heißen Flächen der Wärmeübertragungsplatten 1.1, 1.2 geschleudert, um dort die zu ihrer Verdampfung erforderli- che Wärme aufnehmen zu können. Durch die Drallrohrkanäle und die rotierende Bewegung des Mediums wird zudem der Strömungsweg des Mediums verlängert, ohne jedoch den Plattenwärmeübertrager selbst zu verlängern und dadurch bauliche Nachteile und höhere Druckverluste in Kauf neh- men zu müssen. Bei der bekanntermaßen ungleichmäßigenThe flowing in the flow channel between two heat transfer plates from an inlet opening 6 to an outlet opening 7 fluid is well mixed by the wave areas 8, 10 of intersecting waves and distributed to the rotary tube channels receives in each case in the caused by the intersecting waves tangential introduction into the swirl tube channels a swirl pulse. Due to the thus caused in the swirl tube rotating flow (three to ten revolutions) in the fluid after evaporation still remaining liquid droplets due to the centrifugal force to the outside, that is to the wall of the swirl tube 11 and to the hot surfaces of the heat transfer plates 1.1, 1.2 thrown in order to absorb there the heat required for their evaporation. In addition, the flow path of the medium is lengthened by the swirl tube channels and the rotating movement of the medium, without, however, prolonging the plate heat exchanger itself and thereby accepting structural disadvantages and higher pressure losses. In the known uneven
Verteilung der zu verdampfenden Flüssigkeit auf die ein- zelnen Strömungskanale eines Plattenverdampfers gelingt es auch in den ein größeres Flüssigkeitsvolumen aufnehmenden Strömungskanälen die Flüssigkeit vollständig zu verdampfen, das heißt auch die in dem bereits verdampften Anteil mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen zu verdampfen. Distribution of the liquid to be evaporated to the Individual flow channels of a plate evaporator, it is also possible to completely vaporize the liquid in the flow channels receiving a larger volume of liquid, that is, to evaporate the liquid droplets entrained in the already evaporated portion.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1.1 Wärmeübertragungsplatten 1.1 heat transfer plates
1.2 Wärmeübertragungsplatten  1.2 heat transfer plates
2 hochgezogener Rand  2 raised edge
3.1 erste Durchbrüche  3.1 first breakthroughs
3.2 zweite Durchbrüche  3.2 second breakthroughs
4 oberes Plattenniveau  4 upper plate level
5 unteres Plattenniveau  5 lower plate level
6 Eintrittsöffnung in Strömungskanal  6 inlet opening in flow channel
7 Austrittsöffnung aus Strömungskanal  7 outlet opening from flow channel
8 erster fischgrätmusterartiger Wellenbereich8 first herringbone pattern wave range
8a schräge Wellen von 8 8a oblique waves of 8
9 zweiter - gerader - Wellenbereich  9 second - straight - wave range
9a gerade Wellen von 9  9a straight waves from 9
9b gerade Wellstücke von 9  9b straight corrugated pieces from 9
10 dritter - schräger - Wellenbereich  10 third - oblique - wave range
10a schräge Wellen von 10  10a oblique waves of 10
11 Drallrohrkanal  11 swirl tube channel

Claims

Patentansprüche claims
Plattenwärmeübertrager zum Verdampfen einer Flüssigkeit, der aus einem Stapel identischer, jedoch jeweils um 180° gedreht aneinander liegender, an ihrem umlaufenden Rand abdichtend miteinander verbundener, rechteckiger Wärmeübertragungsplatten besteht, die im Wechsel Strömungskanäle für ein zu verdampfendes Fluid und für ein Heizfluid einschließen und die mit einem Wellungsmuster aus winklig zur Strömungsrichtung ausgerichteten, sich in den Strömungskanälen kreuzenden Wellen sowie in den Eckbereichen mit Durchbrüchen zur Bildung der Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungskanäle versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungskanälen mindestens ein zwischen zwei Wellenbereichen (8, 10) aus sich kreuzenden schrägen Wellen (8a, 10a) ausgebildeter Wellenbereich (9) mit an den aneinandergren- zenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten in gleicher Ausrichtung verlaufenden Wellen (9a) vorgesehen ist, der in Längsrichtung oder in spitzem Winkel zur Längsrichtung des Plattenwärmeübertragers verlaufende Drallrohrkanäle (11) mit tangential ein- und ausgeleiteter rotierenden Strömung und verlängertem Strömungsweg des Fluids bildet. Plate heat exchanger for vaporizing a liquid which consists of a stack of identical, but each rotated by 180 ° contiguous, sealingly connected at its peripheral edge, rectangular heat transfer plates, which include alternating flow channels for a fluid to be evaporated and a heating fluid and with a corrugation pattern of aligned at an angle to the flow direction, in the flow channels crossing waves and in the corner areas with openings for forming the inlet and outlet openings of the flow channels are provided, characterized in that in the flow channels at least one between two wave regions (8, 10) is provided with intersecting oblique waves (8a, 10a) formed shaft region (9) extending at the contiguous sides of the heat transfer plates in the same orientation shafts (9a) in the longitudinal direction or at an acute angle to the Längsr Forming the Plattenwärmeübertragers extending swirl tube channels (11) with tangentially incoming and outgoing rotating flow and extended flow path of the fluid forms.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des Strömungskanals im Wechsel mehrere Wellenbereiche (9, 10) aus sich kreuzenden Wellen (10a) und aus jeweils in derselben Richtung verlaufenden, die Drallrohrkanäle bildenden Wellen (9a, 9b) vorgesehen sind, wobei am Anfang und Ende des Strömungskanals ein Bereich (8) aus sich kreuzenden Wellen (8a) vorgesehen ist. Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrohrkanäle in den jewei ligen Wellenbereichen (9) in wechselnder Richtung verlaufen . Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that over the length of the flow channel in alternation a plurality of wave regions (9, 10) of intersecting shafts (10a) and from each extending in the same direction, the swirl tube channels forming waves (9a, 9b) are provided wherein at the beginning and end of the flow channel, a region (8) of intersecting waves (8a) is provided. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the swirl tube channels in the jewei time wave regions (9) extend in alternating directions.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich der Drallrohrka näle über die Breite des Strömungskanals erstreckt. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the region of the swirl tubes extends over the width of the flow channel.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich kreuzenden Wellen (8a) in den Wellenbereichen (8) am Anfang und Ende des Strömungskanals fischgrätmusterartig angeordnet sind. Plate heat exchanger according to claim 2, characterized in that the intersecting shafts (8a) are arranged in the wave regions (8) at the beginning and end of the flow channel herringbone pattern.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich kreuzenden Wellen (10a) in einem Winkel von 60 bis 130° in derselben Winkel läge zur Strömungsrichtung verlaufen, jedoch in den beiden Hälften der jeweiligen Wärmeübertragungsplat te in entgegengesetzter Richtung schräg verlaufen, so dass sich die schrägen Wellen (10a) von jeweils um 180° gedreht übereinander gestapelten Wärmeübertragungsplatten kreuzen. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the intersecting waves (10a) extend at an angle of 60 to 130 ° at the same angle läge to the flow direction, but in the two halves of the respective Wärmeübertragungsplat te in the opposite direction obliquely, so that crossing the inclined shafts (10a) of heat transfer plates stacked one above the other by 180 °.
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Wellen (10a) und di in Strömungsrichtung oder in spitzem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden geraden Wellen (9a) einer Wärmeübertragungsplatte jeweils ineinander übergehen, wobei zwischen zwei geraden Wellen (9a) jeweils ein zu diesen parallel verlaufendes Wellenstück (9b) ausgeformt ist und die in Längsrichtung einander kontaktierenden geraden Wellen und Wellenstücke (9a, 9b) aneinander grenzender, um 180° zueinander gedrehter Wärmeübertragungsplatten die Drallrohrkanäle (11) bilden. Plate heat exchanger according to claim 1, characterized in that the oblique waves (10a) and di in the flow direction or at an acute angle to the flow direction extending straight shafts (9a) of a heat transfer plate merge into each other, wherein between two straight shafts (9a) each one parallel to them extending wave piece (9b) is formed and the longitudinally contacting each other straight shafts and shaft pieces (9a, 9b) adjacent to each other by 180 ° mutually rotated heat transfer plates form the swirl tube channels (11).
Plattenwärmeübertrager nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Wellen und Wellenstü cke (9a, 9b) und die schrägen Wellen (8a, 10a) eine trapezförmige Querschnittsform haben, so dass die Drallrohrkanäle einen nahezu runden, sechseckigen Querschnitt aufweisen. Plate heat exchanger according to claim 7, characterized in that the straight shafts and Wellenstü bridge (9a, 9b) and the oblique waves (8a, 10a) have a trapezoidal cross-sectional shape, so that the swirl tube channels have a nearly round, hexagonal cross-section.
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