DD244191A1 - Profilierte waermeuebertragungsplatten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft profilierte Waermeuebertragungsplatten, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in einem Gestell o. ae. zu einem Waermeuebertrager derart zusammengefuegt werden, dass zwischen den Waermeuebertragungsplatten Stroemungskanaele gebildet werden, deren Hoehe klein gegen die Breite und Laenge, jedoch wesentlich groesser als die Dicke der Waermeuebertragungsplatten ist. Diese so ausgebildeten Waermeuebertrager finden in allen Industriezweigen Anwendung, wo Fluessigkeiten gekuehlt oder erhitzt werden. Das Ziel der Erfindung ist, das Verhaeltnis von Waermeuebertragungsleistung und Foerderleistung dieser Waermeuebertrager zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass sich die Kruemmung der sich bildenden Kurvenstuecke stetig und monoton aendert, wobei diese Kurvenstuecke in den Punkten, in denen sie entweder stetig ineinander oder stetig in das sie verbindende Gegenstueck uebergehen, betragsmaessig ihre groesste Kruemmung besitzen und in den Punkten, in denen sie in die Kurvenstuecke der Profilkurven der benachbarten Profilelemente uebergehen, ihre dem Betrag nach kleinste Kruemmung besitzen.

Description

Bei paralleler Führung der wellenförmigen Profile der jeweils benachbarten Wärmeübertragungsplatten liegen zwischen den sich gegenüberliegenden Profilelementen gleichartige Kanalabschnitte, in denen sich der Strömungsquerschnitt stetig von einem Maximalwert auf einen Minimalwert und umgekehrt ändert. Die Querschnittsänderung ist über die gesamte Breite, über die die Parallelführung erfolgt, gleich.

Kreuzen sich die wellenförmigen Profile der jeweils benachbarten Wärmeübertragungsplatten, so entstehen ebenfalls Kanalabschnitte, in denen sich der Strömungsquerschnitt ändert. Die dabei erreichten Verhältnisse von maximalem zu minimalem Querschnitt ändern sich jedoch periodisch über die Plattenbreite. Die Periodizität wird durch die Abstände der Punkte, auf denen sich die Profilelemente der benachbarten Platten gegenseitig abstützen, festgelegt.

Das realisierte Verhältnis von maximalem zu minimalem Strömungsquerschnitt in den einzelnen Kanalabschnitten und die Art und Weise der Gestaltung des Überganges zwischen diesen Strömungsquerschnitten bestimmen maßgeblich das erreichbare Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung. So wird durch relativ große Änderungen der Strömungsquerschnitte bei den bekannten wellenförmigen Profilen eine hohe Wärmeübertragungsleistung erreicht, die jedoch gleichzeitig eine hohe Förderleistung bedingt, wobei ein Teil der aufzubringenden Förderleistung nicht mehr für die Wärmeübertragung genutzt werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung gegenüber den bekannten Ausführungen von aus mit wellenförmigen Profilen versehenen Wärmeübertragungsplatten zusammengefügten Plattenwärmeübertragern zu erhöhen.

Es wurde gefunden, daß in von wellenförmigen Profilen begrenzten Kanälen sowohl die Wärmeübertragungsleistung als auch die erforderliche Pumpenleistung sehr stark vom Differentialquotienten der Länge der Äquipotentiallinien nach der Strömungsweglänge abhängt. Oberhalb eines bestimmten Grenzwertes dieses Differentialquotienten, der durch die die Profilelemente bildenden Kurvenstücke charakterisierenden Parameter festgelegt wird, steigt die erforderliche Förderleistung ohne wesentliche Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung erheblich an.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Profilelemente von an sich bekannten Wärmeübertragungsplatten, deren die Strömungskanäle begrenzenden Flächen mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel versehen ist, so zu gestalten, daß in den von den jeweils gegenüberliegenden Profilelementen benachbarter Wärmeübertragungsplatten gebildeten Kanalabschnitten die Strömungsgeschwindigkeitsänderungen nur bis zu dem Maße erfolgen, bis zu dem sie zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung beitragen.

Darlegung des Wesens der Erfindung '

Erfindungsgemäß werden die durch Projektion der Profilelemente der Wärmeübertragungsplatte auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene gebildeten Profilkurven so gestaltet, daß sich die Krümmung der sich bildenden Kurvenstücke sich mit ihrer Länge stetig und monoton ändert, wobei diese Kurvenstücke in den Punkten, in denen sie entweder stetig ineinander oder stetig in das sie verbindende Geradenstück übergehen, betragsmäßig ihre größte Krümmung besitzen und in den Punkten, in denen sie in die Kurvenstücke der Profilkurven der benachbarten Profilelemente übergehen, ihre dem Betrage nach kleinste Krümmung besitzen.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der wellenförmigen Profile der Wärmeübertragungsplatten wird erreicht, daß der Anstieg des Differentialquotienten der Länge der Äquipotentiallinien in den von den sich gegenüberliegenden Profilelementen der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten gebildeten Kanalabschnitten nach der Strömungsweglänge so gestaltet werden kann, daß nicht für die Wärmeübertragung nutzbare Druckverluste vermieden werden, und damit das Verhältnis von Wärmeübertragungsleistung zu erforderlicher Förderleistung erheblich gesteigert werden kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Durch Projektion der gegenüberliegenden Profilelemente der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten auf eine senkrecht zur projizierten Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene entstehende Profilkurven, die aus zwei Kurvenstücken gebildet werden.

Fig. 2: Durch Projektion der gegenüberliegenden Profilelemente der im Plattenwärmeübertrager benachbarten Wärmeübertragungsplatten auf eine senkrecht zur projizierenden Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene entstehende Profilkurven, die aus zwei Kurvenstücken und einem sie verbindenden Geradenstück gebildet werden.

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Die Wärmeübertragungsplatten sind auf den bei ihrem Zusammenfügen zu Plattenwärmeübertragern die Strömungskanäle begrenzenden Flächen mit wellenförmigen Profilen versehen. Werden die einzelnen Profilelemente 1a bzw. 1 baufeine senkrecht zur Wärmeübertragungsfläche und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene projiziert, so ergeben sich entweder nach Fig. 1 Profilkurven 2 a, 2 b, die aus zwei Kurvenstücken 3 a und 4a bzw. 3 b und 4b oder nach Fig. 2 Profilkurven 2 c, 2d, die aus zwei Kurvenstücken 13a und 14a bzw. 13 b und 14b und einem sie verbindenden Geradenstück 12a bzw. 12 b bestehen. Besteht die Profilkurve nach Fig. 1 nur auszwei Kurvenstücken 3a und 4a bzw. 3 bund 4b, gehen diese in einem Punkt gleichen Anstiegs 5a bzw. 5b ineinander über. In den Punkten 8a bzw. 8b und in den Punkten 9a bzw. 9b erfolgt der stetige Übergang zu den Profilelementen der beiden benachbarten Profilelemente. Die Krümmung des Kurvenstückes 3a bzw. 3b ändert sich jeweils vom Punkt 8 a bzw. 8 b zum Punkt 5 ä bzw. 5 b monoton. Im Punkt 8 a bzw. 8 b hat sie betragsmäßig jeweils ihren kleinsten und im Punkt 5a bzw. 5b ihren größten Wert. Dabei kann der Krümmungsverlauf des Kurvenstückes 3a vom Punkt 8a zum Punkt 5a betragsmäßig gleich dem Krümmungsverlauf des Kurvenstückes 4a vom Punkt 9a zum Punkt 5a gleich oder unterschiedlich sein. Ebenso können die Verläufe der Krümmung bei den entsprechenden Kurvenstücken der Profilkurven bei den benachbarten Profilelementen gleich oder unterschiedlich sein, wodurch beim Aneinanderfügen der Wärmeübertragungsplatten die gegenüberliegenden Kurvenstücke 3a und 3b sowie 4a und 4b entweder einen gleichen oder unterschiedlichen Verlauf haben.

Wird die Profilkurve nach Fig.2 auszwei Kurvenstücken 13a und 14a bzw. 13b und 14b und einem sie in Punkten jeweils gleichen Anstiegs 6a und 7a bzw. 6b und 7 b verbindenden Geradenstück 12a bzw. 12 b gebildet, so ergeben sich analoge Verhältnisse. Die Kurvenstücke 13a und 14a bzw. 13b und 14b haben in den Punkten 10a, 11a bzw. 10b, 11b ihre betragsmäßig kleinste Krümmung, die zu den Punkten 6a und 7a bzw. 6b und 7b längs der Kurvenstücke monoton zunimmt.

In diesem Fall können die entsprechenden Kurvenstücke der benachbarten Profilelemente in ihrem Krümmungsverlauf ebenfalls gleich oderunterschiedlich sein, so daß die gegenüberliegenden Kurvenstücke 13a, 13b und 14a, 14b der Profilelemente zweier im Plattenwärmeübertrager benachbarter Wärmeübertragungsplatten einen gleichen oder unterschiedlichen Krümmungsverlauf haben.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Profilierte Wärmeübertragungsplatten, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneten Vorrichtungen zu Wärmeübertragern derart zusammengefügt werden, daß zwischen den Wärmeübertragungsplatten Strömungskanäle gebildet werden, deren Höhe klein gegenüber ihrer Breite und Länge, jedoch wesentlich größer als die Dicke der Wärmeübertragungsplatten ist, wobei die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden wellenförmigen Profile so versehen sind, daß die Strömungskanäle aus einer Anzahl von sich in Strömungsrichtung periodisch wiederholenden Kanalabschnitten bestehen, in denen sich die Kanalhöhe über eine Kanalbreite, die ein Mehrfaches der in Strömungsrichtung gesehenen Länge der einen solchen Kanalabschnitt begrenzenden Profilelemente beträgt, in gleicherweise in Strömungsrichtung ändert, und die Profilelemente entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der die einen Kanalabschnitt (1 a, 1 b) begrenzenden Profilkurven (2a, 2b,2c, 2d) bildenden und auf eine senkrecht zur projezierten Wärmeübertragungsplatte und parallel zur Strömungsrichtung liegende Ebene projezierten Kurvenstücke3a,3b,4a,4b, 13a, 13 b, 14a, 14b) sich mit der Länge dieser Kurvenstücke derart ändert, daß die Kurvenstücke jeweils an dem dem Punkt (5a, 5b), in dem sie stetig ineinander übergehen, benachbarten Punkt oder an dem Punkt (6a, 6b, 7a, 7b), den sie mit dem sie verbindenden Geradenstück (12a, 12b) gemeinsam haben, ihre dem Betrage nach größte und an dem Punkt (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10 b, 11 a, 11 b), wo die Kurvenstücke stetig in die Profilkurven der die benachbarten Kanalabschnitte begrenzenden Profilelemente übergehen, ihrem dem Betrage nach kleinste Krümmung besitzen.
2. 2. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenstücke (3a, 3b, 4a, 4b) und die Kurvenstücke (13a, 13b, 14a, 14b) jeweils dem Betrage nach die gleiche mittlere Krümmung besitzen.
3. 3. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betrage nach die mittlere Krümmung der Kurvenstücke (3a, 4b, 13a, 14b) und der Kurvenstücke (3b, 4a, 13b, 14a) jeweils gleich, jedoch die der Kurvenstücke (3a, 4b, 13a, 14b) eine andere als die der Kurvenstücke (3b, 4a, 13b, 14a) ist.
4. 4. Wärmeübertragungsplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Krümmung der Kurvenstücke (3a, 13a, 4a, 14a) dem Betrage nach verschieden von der der Kurvenstücke (3b, 13b, 4b, 14b) ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft profilierte Wärmeübertragungsplatten, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneten Vorrichtungen zu Wärmeübertragern derart zusammengefügt werden, daß zwischen den Wärmeübertragungsplatten Strömungskanäle gebildet werden, deren Höhe klein gegenüber ihrer Breite und Länge, jedoch wesentlich größer als die Dicke der Wärmeübertragungsplatten ist, wobei die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten mit senkrecht oder unter einem bestimmten über die Plattenbreite konstantem oder sich periodisch änderndem Winkel zur Strömungsrichtung verlaufenden wellenförmigen Profilen so versehen sind, daß die Strömungskanäle aus einer Anzahl von sich in Strömungsrichtung periodisch wiederholenden Kanalabschnitten bestehen, in denen sich die Kanalhöhe über eine Kanalbreite, die ein Mehrfaches der in Strömungsrichtung gesehenen Länge der einen solchen Kanalabschnitt begrenzenden Profilelemente beträgt, in gleicherweise in Strömungsrichtung ändert, und die Profilelemente entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es sind Wärmeübertragungsplatten bekannt, die unter Wahrung eines bestimmten Abstandes in geeigneter Weise zu Wärmeübertragern zusammengefügt werden, wobei zwischen den jeweils benachbarten Platten Strömungskanäle gebildet werden. Die die Strömungskanäle begrenzenden Flächen der Wärmeübertragungsplatten sind mit wellenförmigen Profilen versehen, die entweder senkrecht oder unter einem bestimmten konstanten oder sich periodisch ändernden Winkel zur Strömungsrichtung verlaufen. Jedes Profilelement wird dabei entweder durch zwei stetig ineinander übergehende Kurvenstücke oder durch zwei Kurvenstücke und ein in zwei Punkte gleichen Anstiegs dieser Kurvenstücke verbindendes Geradenstück gebildet. Durch die Profilierung wird neben einer Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche eine periodische Änderung des Strömungsquerschnittes und damit der Strömungsgeschwindigkeit in den Strömungskanälen in Kanallängsrichtung bewirkt, was zu einer Erhöhung des Turbulenzgrades und damit zur Intensivierung des Wärmeüberganges führen soll.