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Wärmeaustauscher, insbesondere für Flüssigkeiten.
Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher, insbesondere für Flüssigkeiten, bei denen die Flüssigkeiten, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfinden soll, zu beiden Seiten von wärmeleitenden Austauschfläehen, die eine grosse Oberfläche besitzen, fliessen.
Bei den gebräuchlichen Wärmeaustauschern gewöhnlicher Bauart versucht man einen möglichst grossen Nutzeffekt dadurch zu erzielen, dass man die Flüssigkeiten mit grösstmöglicher Geschwindigkeit
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Kraftaufwand benötigt wird, um die Fliessgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Als weiteres Mittel, den Wärmeaustausch zu verbessern, wurden Stosswände oder andere Hindernisse im Flüssigkeitsstrom angeordnet, oder es wurde die Fliessrichtung häufig gewechselt. Alle diese Hilfsmittel tragen aber ebenfalls zu der Erhöhung des Kraftbedarf im Betriebe bei.
Es sind Wärmeaustauscher bekannt, bei denen durch eine in einem Gehäuse angeordnete, mit Zick-Zack-Wellungen versehene Austauschfläche mit den Gehäusewänden Kammern gebildet werden, die durch zwischen den Wellenköpfen und den Gehäusewänden befindliche verengte Durchlässe verbunden sind. In diesen Kammern findet beim Durchfliessen des dem Wärmeaustausch unterworfenen Mittels eine Stauung und eine Wirbelung desselben statt.
Den Gegenstand der Erfindung bildet nun eine Wärmeaustauseher, bei dem diese Nachteile vermieden und der Kraftbedarf gegenüber dem der bekannten Einrichtungen verhältnismässig klein gehalten ist, da die heisse und die kalte Flüssigkeit mit sehr kleinem Druckgefälle bei äusserst günstigem Nutzeffekt des Wärmeaustausches die Vorrichtung durchläuft. Man erzielt also mit dem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher einen sehr guten Wärmeaustausch schon bei verhältnismässig geringer Länge der von den Flüssigkeiten durchflossenen Strecken und infolgedessen ist auch nur ein kleiner Druckabfall zwischen Ein-und Auslass der Vorrichtung vorhanden.
Zu diesem Zwecke sind die dem Wärmeaustausch dienenden Flächen bzw. Begrenzungswände mit Wellungen versehen, die jeweils aus einem in der Durchströmrichtung sieh erstreckenden, im wesentlichen ebenen Bodenteil und aus beiderseits an ihn anschliessenden, zu ihm geneigten Seitenwandungen bestehen, derart, dass je zwei benachbarte Wände zusammen eine Anzahl sich in der Durchströmrichtung erstreckende Kammern mit sie verbindenden düsenartigen Durchlässen bilden. Durch die Form der Wellungen sind die Achsen der Durchlässe zu den Bodenteilen der Kammern geneigt, was zur Folge hat, dass die durchströmende Flüssigkeit in Form von Strahlen gegen die Bodenteile der Kammern gerichtet wird.
Diese verengten Durchlässe sind düsenartig ausgebildet, wodurch der Druckverlust beim Übertreten der Flüssigkeit von einer Kammer in die andere auf ein Mindestmass beschränkt wird.
Weitere wichtige Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
Die Erfindung, zusammen mit den oben erwähnten Ausführungsformen, soll nun an Hand der Zeichnung erläutert werden. Die dort dargestellten Wärmeaustauscher können bequem gereinigt werden, was besonders wichtig ist, wenn man es mit Getränken, z. B. Milch oder Bier, zu tun hat. Die Erfindungsmassnahmen können aber selbstverständlich ebensogut auf andere Ausführungsformen, bei denen solche Anordnungen nicht unbedingt notwendig sind, wie z. B. bei Dampfkondensatoren od. dgl., Anwendung finden.
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formen. Fig. 10 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der Rahmenstück und Platte verbunden sind. Fig. 11 zeigt eine Ausbildung, bei der Gussplatten verwendet sind. Die Fig. 12 und 13 zeigen Querschnitte von abgeänderten Formen der Wärmeaustausehplatten.
Das Rahmenstück 1 (Fig. 1) besitzt auf beiden Seiten eine durchlaufende Nut, in die zusammen- pressbare Dichtungen, z. B. Gummiringe 2, eingelegt sind. Das Rahmenstück bildet für die eine
Flüssigkeit Ein- und Ausströmöffnungen 3 und 4, während für die zweite Flüssigkeit besondere-C-ber- brückungsdurehlässe 5 und 6 angeordnet sind. Quer durch die Ein- und Auslassöffnungen sind Stützgitter 7 für die Platte 8 vorgesehen, um zu verhindern, dass der Flüssigkeitsdruck die dünnen Platten 8 verbiegt und ein Auslaufen der Flüssigkeit verursacht. Das Rahmenglied trägt Ansätze 9, mittels welcher eine Anzahl von Rahmenstücken und Platten, z. B. durch Bolzen, zu einer Einheit zusammen- geschraubt werden können.
Die Platte 8 (Fig. 3) besteht aus dünnem Metall, z. B. Kupfer, verzinntem Kupfer, rostfreiem Stahl usw., je nach der Natur und den Eigenschaften der durchlaufenden Flüssigkeiten. Sie hat einen
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Platten einen Querschnitt haben, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die Form einer Rippe ist vergrössert in Fig. 6 gezeigt.
Die Rahmenstucke und Platten sind wechselweise aneinandergesetzt, wie dies Fig. 5 im Schnitt zeigt. Ihre Anzahl richtet sich nach der Menge der zu verarbeitenden Flüssigkeiten. Wie die Abbildungen zeigen, wird durch diese Aneinanderreihung eine Anzahl von Kammern 15 gebildet, von denen je zwei durch verengte halsartige"Durchlässe 16 miteinander verbunden sind.
Die eine Flüssigkeit, beispielsweise heisses Wasser, geht durch den einen Kammernsatz und die zugehörigen Durchlässe, wie es in Fig. 5 durch Pfeile H, W angedeutet ist, während die andere Flüssigkeit, beispielsweise Miieh, zweckmässig in entgegengesetzter Richtung den benachbarten Kammernsatz mit seinen Durchlässen durchfliesst. (In Fig. 5 durch Pfeile M bezeichnet.) Hiebei findet durch die Platten 8 ein Wärme- austausch zwischen den beiden Flüssigkeiten statt, die mit Hilfe der Gummidichtungen 2 voneinander vollkommen getrennt sind.
Sollte doch an den Öffnungen ein wenig Flüssigkeit austreten, so kann diese durch den kleinen Kanal 2 a (Fig. 1) abfliessen, der sich zwischen den Überbrüekungsdurehlässen und den Dichtungsmitteln des Rahmenstüekes befindet.
Um auch die den Aussenwänden des Austauschers unmittelbar benachbarten Platten so ausbilden zu können, wie es die Erfindung vorschreibt, müssen diese Aussenwände, zwischen denen die Platten und Rahmenstücke angeordnet sind, eine besondere Form haben. Die eine Aussenwand wird mit Rippen versehen, die in Form und Anordnung denjenigen der Platten entsprechen, und die andere mit Hohl- rippen, die den erhabenen Teilen der Hohlrippen der Platten gleichen, so dass zwischen den äussersten
Platten und den Aussenwänden ebenfalls die oben beschriebenen Kammern mit den sie verbindenden verengten Durchlässen entstehen. Unter gewissen Umständen ist nur die Verwendung einer einzigen
Platte 8 erforderlich. In diesem Falle arbeiten die Aussenwände unmittelbar mit der Platte zusammen und sind an den erforderlichen Stellen mit Rippen bzw.
Hohlrippen an ihren der Platte 8 zugewendeten
Oberflächen versehen. Wenn man indessen nur eine der Flüssigkeiten durch den Kammernsatz und die verengten Durchlässe schicken will, kann die Aussenwand oder Platte auf der der Wärmeaustausch- platte gegenüberliegenden Seite flach sein.
In den Fig. 5 und 6 sieht man, dass der Längsschnitt der halsartigen Durchlässe 16 dem einer Venturiröhre insoferne gleicht, als der Durchlass sich allmählich verengt und dann wieder erweitert.
Die Beziehung zwischen den verschiedenen Abmessungen einer Venturiröhre, d. h. das Verhältnis von
Verengung und Erweiterung zur Grösse des geringsten Durchmessers ist jedem Fachmann bekannt.
Es ist eine besondere Eigentümlichkeit der Venturiröhre, dass der Druekverlust einer sie durch- strömenden Flüssigkeit ein Minimum beträgt, so dass die Ausbildung der Durchlässe in dieser Weise viel dazu beiträgt, den Druckverlust der Flüssigkeiten im erfindungsgemässen Wärmeaustauscher äusserst klein halten zu können.
Es ist aber gemäss der Erfindung nicht notwendig, die Profile der Durchlässe 16 genau so wie die einer Venturiröhre auszubilden. Es genügt, wie Versuche gezeigt haben, vollkommen, dass die Formen der Durchlässe den Formen der Venturiröhre angenähert werden.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform von Rahmenstück und Platte. In diesem Fall sind die Rippen in drei Gruppen angeordnet, und zwei vom Rahmenstück ausgehende Rippen 20 zwingen die Flüssigkeit auf ihrem Wege vom Ein-zum Auslass über alle drei Gruppen von Platten zu fliessen.
Auch hier können die Rippen durch Hohlrippen an den Platten ersetzt werden, wie dies mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben wurde. Die Öffnungen 3 a, 4 a, 5 a und 6 a sind in der Richtung ihrer Längsachsen ebenso lang wie die Rippen 14 selbst, um eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit über die Platten sicherzustellen und um den Druckverlust beim Zutritt zu und Abfluss von der Platte so weit als möglich zu verringern. Es ist klar, dass jede beliebige Anzahl solcher Gegenstromabteilungen vorgesehen sein kann.
Fig. 10 zeigt noch eine andere Form der Erfindung, gemäss der je ein Rahmenteil 2. 3 mit je einer Platte zusammengeschweisst oder auf andere Weise verbunden ist, so dass sie zusammen ein Stück bilden. Dadurch kann die Zahl der Gummipackungen auf die Hälfte vermindert werden, was unter gewissen Umständen von Vorteil ist. Auch kann das obere Rahmenstück 23 der Fig. 10 umgedreht und ebenfalls an der unteren Platte befestigt werden, so dass bei der einen Platte jede der beiden Seiten mit einem Rahmen verbunden ist, wogegen die folgende Platte keinen Rahmen trägt.
Ebenso kann das rinnenförmige Rahmenstüek 23 durch zwei parallele Flansche ersetzt werden, die auf der Platte befestigt sind und eine Rinne zur Aufnahme der Dichtung bilden, oder die Dichtung kann unmittelbar auf den Kanten der Platten fest angebracht oder angeklebt werden, wobei ein oder beide Flansche fortgelassen werden können. Diese Anordnung ermöglicht es, den Abstand der Platten weiterhin zu verkleinern.
Fig. 11 zeigt die Verwendung von Gussplatten bei Wärmeaustauschern gemäss der Erfindung, wobei sieh die Anwendung von Rahmenstücken erübrigt. Die Gussplatten 24 haben vorspringende Rippen 25 quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit, so dass, wenn die Platten aneinandergelegt werden, ebenso wie bei Ausführung nach Fig. 5, Kammern 15 entstehen, die durch annähernd venturiförmige Durchlässe. 16 verbunden sind. Die Anordnung dieser Rippen kann auf beiden Seiten der Platte eine verschiedene sein, z. B. können zusammenwirkende Rippen zweier benachbarter Platten so angebracht sein, dass die Kammern auf der einen Seite einer Platte andere Abmessungen haben wie die auf der andern Seite, oder die Fliessrichtungen auf beiden Seiten einer Platte brauchen nicht parallel zu verlaufen ; z.
B. können die Flüssigkeiten in einem rechten Winkel zueinander die Vorrichtung durchströmen, was durch entsprechende Anordnung der Rippen erzielt werden kann. Die Platten haben Einlass-, Auslass-und Überbrüekungsoffnungen, wie die vorhin beschriebenen Ausführungsformen.
Die Fig. 12 und 13 zeigen andere Formen der Hohlrippen. In Fig. 12 haben die Rippen einen
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sind die Platten so gestaltet, dass benachbarte Platten vena-kontraktartige Durchlässe bilden. In diesem Falle wird der aus dem Durchlass 28 austretende Flüssigkeitsstrahl gegen den Austauschplattenwandteil29 der folgenden Kammer treffen, gegen dessen andere Seite auch der aus dem Durchlass J kommende Strahl sich richtet, was einen guten Wärmeaustausch der beiden Flüssigkeiten bedingt und mit wenig Druckverlust verbunden ist.
Zweckmässig können die Wärmeaustauschplatten auch so hergestellt werden, dass einem Blech durch Biegen oder Falten über seine ganze Breite eine der Fig. 4 entsprechende Form gegeben wird, worauf dann Seitenplatten angelötet oder angeschweisst werden, welche die Enden 18 der Rippen 14 abschliessen, oder es werden die Kanten der Platten, die entweder wie oben beschrieben oder nach Fig. 3 geformt sind, umgebogen und an die folgende Platte gelötet oder geschweisst, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu erhalten.
Überdies können in jeder der oben beschriebenen Anordnungen kleine zusätzliche Erhöhungen oder Ausprägungen an den Platten angebracht werden, die beispielsweise in Abständen voneinander längs der Seiten oder Enden der Rippen 14 angeordnet sind. Sie stehen mit der benachbarten Platte in Berührung und dienen dazu, die Platten im richtigen Abstand voneinanderzuhalten. Sie verhindern, dass sich die Platten bei einseitigem Überdruck verbiegen, was eine Änderung der Grösse der Durchlässe 16 zur Folge haben würde. Wenn diese Massnahme auf eine Vorrichtung, wie sie im letzten Absatz beschrieben wurde, angewendet wird, erübrigt es sich, besondere Rahmenstücke zu verwenden, um die Platten auseinanderzuhalten.
Es sei noch darauf verwiesen, dass die Wärmeaustauschflächen nicht, wie dargestellt, eben sein müssen, sondern auch eine andere Form, beispielsweise eine zylindrische oder konische, haben können.
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