DE1003773B

DE1003773B - Waermeaustauschplatte fuer Waermeaustauschvorrichtungen

Info

Publication number: DE1003773B
Application number: DESCH15195A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Bender
Original assignee: Schmidt and Clemens GmbH and Co
Current assignee: Schmidt and Clemens GmbH and Co
Priority date: 1954-04-28
Filing date: 1954-04-28
Publication date: 1957-03-07

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschplatte für Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen gleichartig ausgebildete, mit einem Prägemuster versehene, im wesentlichen rechteckige Wärmeaustauschplatten parallel zueinander aneinandergereiht sind und die von den Platten gebildeten Räume von den Wärmeaustauschmedien im Gegenstrom durchströmt werden.

Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen ein Paket von im wesentlichen rechteckigen Wärmeaustauschplatten von mindestens zwei Wärmeaustauschmedien durchströmt wird, werden für die verschiedensten Zwecke verwendet. Im allgemeinen sind beide Austauschmedien flüssig, obwohl es natürlich denkbar wäre, wenigstens eines der Wärmeaustauschmedien in dampfförmigem oder gasförmigem Zustand zu verwenden.

In der Praxis wird als eines der Wärmeaustauschmedien im allgemeinen Wasser verwendet. Das andere Medium, das entweder gekühlt oder erhitzt werden soll, ist im allgemeinen ein flüssiges Nahrungsmittel, wie Milch, Bier, Fruchtsäfte, Weine od. dgl.

Derartige Wärmeaustauschvorrichtungen werden jedoch, allgemein auch in der chemischen Industrie für die verschiedenartigsten Flüssigkeiten verwendet.

Wärmeaustauschvorrichtungen der beschriebenen Art ermöglichen verhältnismäßig hohe Durchflußgeschwindigkeiten. Insbesondere kann, da die Wärmeaustauschmedien im allgemeinen in dünner Schicht durch die Räume zwischen den Wärmeaustauschplatten fließen und die Austauschflächen verhältnismäßig groß sind, eine örtliche Überhitzung oder Unterkühlung eines der Wärmeaustauschmedien weitgehend vermieden werden, da die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Medien verhältnismäßig gering, beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 10°, gehalten werden kann.

An Wärmeaustauschvorrichtungen der beschriebenen Art sollte nun eine Reihe von Forderungen gestellt werden:

1. Die Wärmeaustauschmedien sollten beim Durchfließen zwischen den von den Platten gebildeten Räumen laufend ihre Strömungsrichtung und ihre Strömungsgeschwindigkeiten ändern und fortlaufend so gemischt werden, daß immer neue Teilchen der Wärmeaustauschmedien an die Austauschflächen zu liegen kommen, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.

2. Die Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit soll über den ganzen Strömungsquerschnitt einschließlich den Randzonen möglichst gleichbleibend sein, so daß ein Absetzen von Stoffen aus den Strömungsmedien, beispielsweise ein Absetzen von Eiweiß aus der Milch, an den Wärmeaustauschplatten weitgehend vermieden wird.

Wärmeaustausehplatte
für Wärmeaustauschvorrichtungen

Anmelder:
W. Schmidt, Kühlerwerk, Breiten (Bad.)

Dr. Walter Bender, Bretten (Bad.),
ist als Erfinder genannt worden

3. Der Abstand zwischen zwei Wärmeaustauschplatten soll auch bei Druckschwankungen konstant bleiben, d. h., die Platten sollen sich bei einer Druckdifferenz zwischen den beiden Wärmeaustauschmedien nicht einander nähern oder voneinander entfernen, also nicht in Richtung auf das den geringeren Druck aufweisende Wärmeaustauschmedium durchbiegen.

Es sind nun Wärmeaustausohvorrichtungen bekannt, bei denen Wärmeaustauschplatten mit einem bestimmten Prägemuster verwendet werden. Man unterscheidet nun sogenannte »Kanalplatten«, die ein solches Prägemuster aufweisen, daß die Flüssigkeit in waagerechten, senkrechten oder spiralförmigen Kanälen geleitet wird, und sogenannte »Einstromplatten« mit quer zur Strömungsrichtung der Wärmeaustauschmedien laufenden, parallelen, eingeprägten, rinnenförmigen Rippen, die beim Aneinanderreihen der Platten ineinandergreifen und in den Rippenflanken Stützen aufweisen, um die Wärmeaustauschplatten in einem Abstand voneinander zu halten. Da bei den sogenannten Kanalplatten die oben angegebenen Bedingungen nur sehr mangelhaft erfüllt sind, insbesondere ein entsprechendes Durchmischen der Flüssigkeit nicht erreicht wird, wurden diese in den letzten Jahren vollständig durch die Einstromplatten verdrängt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Wärmeaustauschvorrichtungen der beschriebenen Art so zu verbessern, daß ohne Mehraufwendungen für die Herstellung und den Betrieb der Wärmeaustauschvorrichtungen eine ausgezeichnete Mischung der Wärmeaustauschmedien beim Durchfluß erreicht und der Wärmeübergang zwischen den Wärmeaustauschmedien verbessert und der gegenseitige Abstand der Wärmeaustauschplatten gesichert ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß außer 'den Stützen jede Rippe eine Reihe topfförmiger Erweiterungen aufweist, die beim Aneinanderreihen der Platten die Innenwände der Rippen der benachbarten Platte nicht berühren, und daß die Erweiterungen benachbarter Rippen gegeneinander

609 838/257

versetzt sind. Zwischen zwei gleichsinnig angeordneten, jedoch um ihre Flächennormale um 180° gegeneinander verdrehten Platten entsteht nun ein wellenförmiger Durchflußraum, in dem durch die topfförmigen Erweiterungen der Strom der Wärmeaustauschmedien ständig senkrecht zu seiner Strömungsrichtung abgelenkt wird, so daß eine wesentlich bessere Turbulenz der Strömung erreicht wird.

Die gegeneinander versetzte Anordnung der topf-

vorrichtung Platten desselben Prägemusters verwendet werden können. Die Platten werden um ihre Flächennormale um 180° gedreht aufeinandergelegt.

Das Prägemuster der Wärmeaustauschplatten gemäß der Erfindung besteht nun, wie insbesondere Fig. 1 und 2 zeigen, aus einer größeren Anzahl von Prägereihen 6, die je aus kegelstumpfförmigen Einprägungen 7 bestehen, die durch rinnenförmige Einprägungen 8 miteinander verbunden sind. In jeder

förmigen Erweiterungen kann etwa mit den gegen- io Reihe ist dabei mindestens eine kegelstumpfförmige einander versetzten Stäben eines Glücksspieles ver- Einprägung T angeordnet, die einen größeren Durdhglichen werden, bei dem auf einer schrägen, mit solchen messer und/oder eine größere Prägetiefe aufweist als Stäben besetzten Fläche eine Kugel rollt und dadurch die übrigen kegelstumpfförmigen Einprägungen. Vorregellos in eines von am unteren Rand dieser Fläche zugsweise weisen, wie in Fig. 2 dargestellt, die rinnenangeordneten Löchern hineinfällt. In etwa der gleichen 15 förmigen Einprägungen 8 dieselbe Prägetiefe auf wie . Weise werden die einzelnen Teile der über die Rippen die kegelstumpfförmigen Einprägungen 7. Jede der strömenden Wärmeaustauschmedien durch die topf- Reihen 6 der Einprägungen ist nun mit einer rinnenförmigen Erweiterungen regellos seitlich verdrängt. förmigen Einprägung 9 bzw. 10 mit der Randzone Durch die Erfindung wird also erreicht, daß in den der Wärmeaustauschplatte verbunden. Die Anordnung durchströmten Räumen der Wärmeaustauschvorrich- ²⁰ ist dabei so getroffen, daß eine Reihe mit der einen tung eine turbulente, ständig ihre Richtung ändernde Längsrandzone und die andere Reihe mit der anderen Strömung entsteht, die einen möglichst gleichmäßigen
und intensiven Wärmeübergang von dem einen auf
das andere Wärmeaustauschmedium gewährleistet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vor- ²5
gesehen sein, daß nur ein Ende einer jeden Rippe mit
dem Plattenrand verbunden ist und daß die aufeinanderfolgenden Rippen abwechselnd mit dem einen
oder dem anderen Plattenrand verbunden sind. Eine
solche wechselseitige Verbindung der Rippen mit den 3° Gegenstrom strömt. Die Platte hat im wesentlichen beiden Längsrändern der Platten ist zwar im Prinzip die Wirkung einer Einstromplatte, d. h., die Wärmebekannt. Bei den Wärmeaustauschplatten gemäß der
Erfindung wird jedoch dadurch erreicht, daß sich der
durch die topfförmigen Einprägungen erzielten
unregelmäßigen Strömung eine ziekzackförmige Strö- 35
mung überlagert, die dafür sorgt, daß sich die
Strömung des Wärmeaustauschmediums gleichmäßig
auf die ganze Breite der Platte verteilt, so daß keine
»toten Winkel« entstehen können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus 40 austausehmedium in eine Reihe einfließt, wird zuerst der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung die Strömung senkrecht zu der Wärmeaustauschplatte dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt abgelenkt. Außerdem hat das Wärmeaustauschmedium

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein aus zwei Wärme- das Bestreben, aus jeder rinnenförmigen Einprägung 8 austauschplatten bestehendes Paket, in die kegelstumpfförmigen Einprägungen 7 zu fließen,

Fig. 2 schaubildlich einen Schnitt längs der Linie 45 so daß die Strömung außerdem in der Querrichtung H-II in Fig. 1, zu der Hauptströmungsrichtung abgelenkt wird.

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Außerdem ändert sich der Durchflußquerschnitt beim Fig. 1, Übergang von einer Reihe zur anderen Reihe, so daß

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1. eine pulsierende Strömung entsteht. Auf diese Weise Die in Fig. 1 dargestellte Wärmeaustauschplatte 50 wird eine gute Durchmischung des Wärmeaustauschweist in der üblichen Art und Weise einen im wesent- mediums beim Übergang von einer Reihe 6 zur nächlichen rechteckigen Querschnitt auf. In den Eckzonen sten Reihe 6 erreicht.

der Platte sind Durchbrüche oder Löcher 1 bis 4 vor- 2. In den Randzonen findet das Wärmeaustauschgesehen, die dem Einfluß bzw. dem Abfluß des einen medium in Höhe jeder zweiten Reihe 6 einen ver-Wärmeaustauschmediums und dem Durchfluß des 55 hältnismäßig großen Widerstand und in Höhe der anderen Wärmeaustauschmediums dienen. In der Dar- dazwischenliegenden Reihe 6 einen verhältnismäßig stellung der Fig. 1 fließt also das eine Wärmeaus- geringen Widerstand. Die Hauptströmung wird demtauschmedium durch die öffnung 4 auf die eine entsprechend sozusagen von einer zickzackförmigen Schmalseite der Wärmeaustauschplatte auf und von Ouerströmung überlagert. Dies bringt den Vorteil dort über die Platte hinweg zu der anderen Schmal- 60 mit sich, daß insbesondere in den Randzonen, in denen seite und durch die Öffnung 2 ab. An den Rändern bei den bisherigen Einstromplatten leicht Absetzungen der Platte und um die Durchfluß öffnungen 1 und 3
sind Dichtstreifen 5 so angeordnet, daß bei Aufeinanderlegen zweier Platten das durch die öffnungen 2
und 4 fließende Wärmeaustauschmedium aus dem von 65
den Platten gebildeten Raum nicht austreten und nicht
in die Öffnungen 1 oder 3 eintreten kann.

Die Wärmeaustauschplatten weisen nun ein Prägemuster auf, das in erster Linie so ausgebildet ist, daß

Längsrandzone verbunden ist.

Die Wirkungsweise der Wärmeaustauschplatte gemäß der Erfindung ist nun folgende:

Wenn die Wärmeaustauschplatten gleichsinnig und um ihre Flächennormale um 180° verdreht aufeinander angeordnet werden, entstehen Räume, durch die von Platte zu Platte abwechselnd immer eines oder das andere der Wärmeaustauschmedien vorzugsweise im

austaüschmedien fließen durch einen wellenförmigen Durchflußraum von einer Schmalseite zu der anderen Schmalseite der Platte.

Durch das gemäß der Erfindung vorgeschlagene Prägemuster wird nun erreicht, daß

1. das Wärmeaustauschmedium seine Strömungsrichtung von einer Reihe 6 zur anderen Reihe 6 in allen drei Raumrichtungen ändert. Wenn das Wärme-

der Wärmeaustauschmedien auftraten, die Bewegung des Wärmeaustauschmediums gefördert wird und Absetzungen mit Sicherheit vermieden werden.

3. Zwei aufeinanderliegende Platten weisen, abgesehen von ihren Anlagepunkten längs der Dichtstreifen 5, miteinander eine größere Anzahl über die gesamte Fläche der Wärmeaustauschplatte gleichmäßig verteilter Berührungsflächen oder Berührungs

für den gesamten Plattenstapel einer Wärmeaustausch- 70 linien auf. Beim Aufeinanderlegen von zwei Platten

tritt nämlich, wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt ist, je eine einen größeren Durchmesser aufweisende kegelstumpfförmige Einprägung 7' einer Reihe 6 mit ihrer Oberkante in eine einen kleineren Durchmesser aufweisende kegelstumpfförmige Einprägung 7 der benachbarten Platte ein. An dieser Stelle weisen also die beiden Platten eine annähernd kreisringförmige oder kegelmantelförmige Berührungsfläche oder Berührungslinie 17 miteinander auf. Zwei benachbarte Platten weisen also insgesamt so viel ringförmige Berührungsflächen 17 miteinander auf, wie jede der Platten kegelstumpfförmige Einprägungen T mit größerem Durchmesser aufweist. Da die Einprägungen 7' in der in Fig. 1 dargestellten Art von Reihe zu Reihe gegeneinander versetzt sind, werden auf diese Art und Weise zwei in Längsrichtung der Platten verlaufende Reihen von Berührungsstellen gebildet. Auf diese Art und Weise wird gewährleistet, daß auch bei größerem Druckunterschied der Wärmeaustauschmedien, beispielsweise bei einem Druckunterschied von 4 bis 5 atü, der Abstand je zweier Platten voneinander sich nicht ändern kann.

Durch diese Maßnahme wird außerdem erreicht, daß die Wärmeaustauschplatten dünner als bisher ausgebildet werden können, wodurch sich neben der Materialersparnis eine bessere Wärmeübertragung ergibt.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß durch die besondere Ausbildung des Prägemusters der Wärmeaustauschplatte gemäß der Erfindung eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bisher verwendeten Wärmeaustauschplatten erzielt werden kann. Da die Einprägungen alle im wesentlichen konisch verlaufen, läßt sich die Platte außerdem leicht reinigen. Absetzungen der Wärmeaustauschmedien werden weit- gehend vermieden.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauschplatte zum Trennen der von Wärmeaustauschmedien durchströmten Räume in Wärmeaustauschvorrichtungen mit quer zur Strömungsrichtung der Wärmeaustauschmedien verlaufenden parallelen, eingeprägten, rinnenförmigen Rippen, die beim Aneinanderreihen der Platten ineinandergreifen und in den Rippenflanken Stützen aufweisen, um die Wärmeaustauschplatten in einem Abstand voneinander zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Stützen (7') jede Rippe (8) eine Reihe topfförmiger Erweiterungen (7) aufweist, die beim Aneinanderreihen der Platten die Innenwände der Rippen der benachbarten Platte nicht berühren, und daß die Erweiterungen benachbarter Rippen gegeneinander versetzt sind.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Ende (9,10) einer jeden Rippe (8) mit dem Plattenrand verbunden ist und daß die aufeinanderfolgenden Rippen abwechselnd mit dem einen oder dem anderen Plattenrand verbunden sind.

3. Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützen (7') vergrößerte topfförmige Erweiterungen vorgesehen und so angeordnet sind, daß beim Aneinanderreihen von zwei gleichartig geprägten, aber um ihre Flächennormale um 180° gegeneinander verdrehten Platten die topfförmigen Stützen (7') der einen Platte in die topfförmigen Erweiterungen (7) der anderen Platte eingreifen und sich längs einer Ringfläche in diesen abstützen.

4. Platte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (7') die Rippen (8) überragen.

5. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch kegelstumpfförmige Erweiterungen (7) und Stützen (7').

6. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch kugelkalottenförmige Einprägungen (7) und Stützen (7')·

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 725 154, 863 816; britische Patentschrift Nr. 655 076; USA.-Patentsdi.rift Nr. 2 550 339.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen