DE1751146A1

DE1751146A1 - Aus mit Einpressungen versehenen Platten gebildete Stapelanordnung fuer Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1751146A1
Application number: DE19681751146
Authority: DE
Inventors: Patten Thomas Diery; Collins John Leslie
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1967-04-14
Filing date: 1968-04-10
Publication date: 1972-02-10
Also published as: SE338785B; US3498372A; FR1560123A; GB1236014A

Description

FATKWT	HOiLZEB
DIPIi. IKO. B.	SKtJIIQ
89 AUG	*η. Mit*

N. 110

Augsburg, den 9. April 1968

National Research Development Corporation, Kingsgate House 66-74 Victoria Street, London S.W. 1, England ·

Aus mit Einpressungen versehenen Plätten gebildete Stapelanordnung für Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher und bezieht sich auf Wärmeaustauscher der Bauart, bei welcher die Strömungskanäle für die wärmeauatauschenden Strömungsmittel durch ■ f die Flächen einer Stapelanordnung von Platten gebildet werden, die uhereinandergeschic'htet sind. ^;

In der britischen Patentschrift 901 914 wurde bereite

109887/0*9·

1751U6

eine Wärmeaustauscherbauart abgegeben, welche eine Vielzahl einzelner Platten enthält, die aufeinandergeschichtet sind, wobei die einzelnen Platten aus dünnen Tafeln bestehen, in welche Muster von jeweils abwechselnden vierseitigen Pyramid envor Sprüngen und Pyramideneinpressungen eingestanzt 3ind, wobei die genannten Muster so gewählt sind, daß jede Basislinie eines Pyramidenvorsprunges mit der Basislinie einer benachbarten Einpressung zusammenfällt und da3 Jede Basislinie einer Pyramideneinpressung mit der Basislinie ^ eines benachbarten Pyramidenvorsprunges zusammenfällt.

Die Scheitel der Vorsprünge und der Einpressungen liegen dann auf geraden Linien, die in zwei im wesentlichen zueinander senkrechten Richtungen verlaufen. Ferner sind Mittel vorgesehen, die Platten dersrt aufeinander zu stapeln, daß die Scheitel bzw. Spitzen entsprechender Vorsprünge und Einpressungen an jeweils benachbarten Platten einander im wesentlichen berühren, so daß die Querschnittsfläche für den Durchstrom zwischen den profilierten Oberflächen benachbarter Platten, bezogen auf die beiden vorgenannten Richtungen, in welchen die Spitzen der Vorsprünge und Einpressungen fluchten, konstant ist. Durch Verschließen der Strömupsrskanäle zwischen geeigneten Teilen der Kanten der einzelnen Platten kann der betreffende Wärmeaustauscher als Gleichstromwärmeaustauscher, 'als Gegenstromwärmeaustauscher oder als Wärmeaustauscher mit

109887/0490 . «A©

gekreuzter Strömung der wärmeaustauschenden Strömungsmittel ausgebildet werden,

Sie Strömungskanäle für die wärmeaustauschenden Strömungsmittel weisen bei dem Wärmeaustauscher gemäß der soeben kurz beschriebenen bekannten Konstruktion im wesentlichen identische Eigenschaften auf und demgemäß ist es nicht, immer möglich, in allen Anwendungsfällen die gewünschte Wärmeaus- · tauschwirkung zu erreichen.

Durch die Erfindung soll nun die Aufgabe gelöst werden, eine aus mit Einpressungen versehenen Platten gebildete Stapelanordnung für Wärmeaustauscher zu schaffen, bei welcher die Strömungskanäle für die wärmeaustauschenden Strömungsmittel nit dem jeweils gewünschten wirksamen Querschnitt ausgeführt und mit den gewünschten Strömungseigenschaften versehen werden können.

;■■ ■■■/. - ; '

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere aufeinander gestapelte Plattenpaare vorgesehen βiod, deren einzelne Plattanmit einem regelmäßigen Muster von Voreprüngen versehen und mit Bezug aufeinander derart angeordnet sind, daß die Torsprünge Jeweils einer Platte in die innerhalb der Vorsprünge der jeweils anderen Platt« gebildt-

109817/0491 - 3 .

Die Vorsprünge in jeder Platte können durch ein regel-

109087/0498

ten Hohlräume hineinragen, diese jedoch nicht ausfüllen,

so daß sich zwischen den Platten je eines Plattenpaares \

ein erster Strömungskanal ergibt und daß die Plattenpaare ί

ihrerseits jeweils so gestapelt sind daß sie zwischen sich \

jeweils einen zweiten Strömungskanal bilden. f

mäßiges Muster von Einpressungen in dieser Platte voneinan- }

der getrennt und/oder durch dieses regelmäßige Muster von Einpressungen definiert sein. Wie bereits gesagt, bildet der Zwischenraum zwischen den Spitzen der Vorspränge der Platten je eines Plattenpaares einen Strömungskanal für ein erstes wärmeaustauschendes Strömungsmittel, während ein Strömungskanal für ein zweites wärmeaustauschendes Strömungsmittel sich in dem Raum zwischen benachbarten Plattenpaaren ergibt.

Bei einer derart aufgebauten Stape!anordnung für Wärmeaustauscher ergeben sich für die Strömungskanäle, welche den einzelnen wärmeaustauschenden Strömungsmitteln zugeordnet sind, jeweils unterschiedliche Eigenschaften und durch entsprechende Wahl der Abmessungen der Vorsprünge auf den Platten jedes Plattenpaares können die Strömungskanäle für_die einzelnen wärmeaustauschenden Strömungsmittel mit Eigenschaften ausgestattet werden, welche den an den betreffenden Wärmeaus-·

> 175TU6

tauscher gestellten Anforderungen angepaßt sind.

Die Vorsprünge können beliebige Gestalt haben und beispielsweise durch Pyramiden rait quadratischem oder dreieckigem Grundriß gebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest

die eine Platte je eines Plattenpaares ^it regelmäßig zwischen den. Vorsprungen angeordneten Einpressungen versehen. Die M Basislinie je eines Vorsprunges kann dabei mit der Basislinie einer Einpressung zusammenfallen. Hierbei können die Einpres*- sungen dieselbe Gestalt haben wie die Vorsprünge. Andererseits ist jedoch auch eine Profilierung möglich, bei welcher die Basislinie eines Vorsprunges den Scheitel einer Einpressung bildet. Die Vorsprünge können die Form von Sätteln zwischen den Einpressungen haben.

. Ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung, bei welchem sämtliche Platten in regelmäßigem Abstand angeordnete Vor- " Sprünge und Einpressungen in iorm vierseitiger Pyraniden aufweisen, wobei die Basislinie je eines VÖrsprunges mit der Basislinie je einer Einpressung zusammenfällt, kann nan sieh unter Beachtung des erfindungsgemäßen Gedankens dadurch au« ein·» f&rneaustauscher nach der britische» Patentschrift 901 hervorgegangen denken, daß die Platten des Stapele ebwecha-

• BAD ORMHNAL

'109997/049*

1751U6

lungsweise in ihren jeweiligen Ebenen um einen Abstand versetzt sind, welcher dem Abstand zwischen benachbarten Scheiteln der Vorspränge entspricht.

Vorzugsweise ragen die Vorsprünge und Einpressungen des Profils je einer Platte eines Plattenpaares von einer bestimmten Mittelebene der betreffenden Platte im Vergleich

^ zu den Vorsprüngen und Einpressungen an der .jeweils anderen Platte des Paares in unterschiedlichem Maße weg. Im Falle von pyramidenförmigen Vorsprüngen und Einpressungen haben diese an den Platten je eines Plattenpaares demgemäß jeweils unterschiedliche Scheitelwinkel. Die Vorsprünge und Einpressungen an einer Platte eines Plsttenpaeres können hierbei abgestumpft ausgebildet sein. Im folgenden wird zweckmäßigerweise eine Platte mit einem verhältnismäßig großen Scheitelwinkel der Vorsprünge und Einpressungen als flachprofilierte Platte bezeichnet, während eine Platte mit ver-

P hältniamäßig kleinem Scheitelwinkel als tiefprofilierte Platte bezeichnet wird.

Bei solchen erfindungsgemäßen Ausführungsforraen, bei welchen die Platten je eines Plattenpaares im wesentlichen gleiche Gestalt haben, kana die Querschnittsflache der Strömungskanäle für jedes wärmeaustauschende Strömungsmittel so gestaltet werden, daß sie im wesentlichen in sämtlichen zu den Platten senkrecht verlaufenden Querschnittsebenen

1751 U6

konstant ist. Es ist zu beachten, daß im Falle der konstanten Querschnittsfläche eines Strömungskanales die Verluste auf Grund von Kompression und Expansion des Strömungsmittels, , welches während des Betriebes durch den betreffenden Kanal geleitet" wird, auf einem Minimalwert gehalten werden.

Gemäß einer Ausführungsform eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung werden flachprofilierte Platten abwechselnd mit tiefprofilierten Platten übereinandergestapelt, so daß sich zwischen den Plattenpaaren ein Strömungskanal für ein wärmeaustauschendes Strömungsmittel ergibt. Bei dieser Anordnung trennt jede Platte einen Strömungskanal für das jeweils eine Strömungsmittel von einem Strömungskanal für das jeweils andere Strömungsmittel, so daß während des Betriebes der Wärmeaustausch durch alle Plattenteile hindurch stattfindet, welche mit wärmeaustauschenden Strömungsmitteln in Berührung kommen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird gegen jede tiefprofilierte Platte ein Paar flachprofilierter Platten gelegt, welch letztere so angeordnet sind, daß je ein Vorsprung der einen Platte einer Einpressung der jeweils anderen Platte dieses Paares gegenüberliegt, so daß sich zwischen · den beiden flachprofilierten Platten ein Strömungskanal für das eine Strömungsmittel ergibt, während ein weiterer Strömungskanal für ein anderes Strömungsmittel außerhalb des aus den beiden flachprofilierten Platten gebildeten Plattenpaares

1751U8

entsteht. Bei dieser Anordnung trennen die tiefpröfilierten Platten benachbarte Paare von flachprofilisrten Platten und bilden dabei Strömungskanäle für das genannte andere Strömungsmittel zwischen jeweils benachbarten Paaren der flachprofilierten Platten. Der Wärmeaustausch findet hierbei lediglich durch die flachprofilierten Platten hindurch statt, während die tiefprofilierten Platten sogenannte sekundäre Wärmeaustauscherflächen darstellen. Die Strömungskanäle sind fe bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei der vorbeschriebenen Anordnung im wesentlichen mit gleichförmigem Querschnitt aus- ; gebildet. \

Gemäß wiederum einer anderen Ausführungsforra der Erfin- ^

dung besitzt von den Platten eines Plattenpaares jeweils nur eine Platte ein Muster von in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen und benachbarte Vorsprünge können gemeinsame oder nebeneinander liegende Basislinien besitzen. Bei einer aus solchen Platten aufgebauten Stapelanordnung ent-" hält jedes Plattenpaar eine Platte, welche lediglich Vorsprünge

trägt, während die andere Platte mit einem Muster in regel- t

mäßigem Abstand voneinander angeordneter Vorsprünge und Einpressungen versehen ist. Diese Stapelanordnung ist etwas billiger als die vorstehend kurz beschriebenen Anordnungen gemäß der Erfindung, doch ergeben sich Strömungskanäle, deren Querschnitte flächen sich von Querschnitt zu Querschnitt verändern, wae

109107/0408

während des Betriebes zu Verlusten an dem durch die Strömungskanäle geleiteten Strömungsmittel führen kann.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einer Seihe von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

figur Λ eine perspektivische Ansicht eines Teile«

einer Platte zum Aufbau eines lärmeam-

tausohers nach der Erfindung,

Figur 2 einen Querschnitt durch die Platte entlang • der in Figur 1 angedeuteten Schnittlinie II-

; ■■ ' ir. '.

Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Teiles einer

Stapelanordnung für einen färaeauetau·«*»·» nach der Erfindung, wobei die Schnitteben· durch die Stapelanordnung entlang der in Figur 1 angedeuteten Linie HI-III gelegt

Figur 4 eine weitere Querschnittsdarstellung ein··

Teiles der Stapelanordnung nach Figur 3» 3·- doch entsprechend einer Schnitteben· fi*4h der Schnittlinie II-II voa figur 1_t

Figur 5

eine Querschnittsdarstellung ähnlich Figur 3 zur Erläuterung einer weiteren Form einer Stapelanordnung nach der Erfindung,

Figur 6

einen Querschnitt durch die Stapelanordnung nach Figur 5 unter Wahl der Schnittebene entsprechend Figur 4,

Figur 7

eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer weiteren Platte für eine Stapelanordnung nach der Erfindung,

Figur 8

einen Querschnitt durch die Platte nach Figur 7 längs der in dieser Zeichnung angedeuteten Schnittlinie VIII-VIII₁

Figur 9

eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Stapelanordnung für einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung und

die Figuren 10,
11.und 12

Querschnittsdaratellungen entsprechend verschiedenen, in Figur 9 angedeuteten Schnittebenen·

103837/0490

-10-

Zunächst sei auf Figur 1 der Zeichnungen Bezug genommen. Die Platte 1 hat die Form einer dünnen Tafel aus einem Material, welches geeignete Wärmeleitungseigenschaften und eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber Strömungsmitteln aufweist, mit welchen die betreffende Platte während des Betriebes in Berührung kommt. Für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen und in Fällen, in welchen die wärmeaustauschenden Strömungsmittel in chemischer und physikalischer Hinsicht verhältnismäßig wenig aktiv sind, kann die Platte 1 aus Metallblech oder aus keramischem Werkstoff hergestellt sein. Für stärkere Beanspruchung, insbesondere bei erhöhten Temperatur en, kann es zweckmäßig sein, Platten aus keramischem Werkstoff zu verwenden, welcher widerstandsfähig gegen Temperaturschocks ist und beispielsweise'von der Firma Corning Glassworks Corporation of the United States of America oder von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Corporation bezogen werden kann. Auf der Platte 1 ist ein regelmäßiges Muster im Abstand voneinander angeordneter Vorsprünge in Form vierseitiger, im wesentlichen regelmäßiger Pyramiden vorgesehen, -welche Spitzen 2 besitzen und mit in regelmäßigen Abstand voneinander angeordneten Einpressungen abwechseln, welche ebenfalls die Form im wesentlichen regelmäßiger vierseitiger Pyramiden haben, welche Spitzen 3 aufweisen. Die Spitzen 2 sind in Figur 1 mit einem Kreis gekennzeichnet, um sie besser auffinden zu können. Die Vorsprünge und Einpres-

7 ^JjU et

■A0

«χ. 1751Η6

sungen sind mit Bezug aufeinander derart angeordnet, daß jede Basisseite, beispielsweise die Basisseite 4 der Vorsprünge, gleichzeitig auch die Basisseite einer Einpressung bildet und umgekehrt. Die Spitzen 2 und 3 der Vorspränge bzw. Einpressungen der Platte 1 liegen"jeweils auf geraden Linien, beispielsweise den Linien 5 und 6, die im wesentlichen einen rechten Winkel zueinander einschließen.

Die Spitzen 2 und 3 sind also nach einem Rechteckmuster ausgerichtet, wobei die Rechteckseiten parallel zu den geraden Linien 5 und. 6 verlaufen.

Es zeigt sich, daß eine Querschnittsansicht der Platte Λ beispielsweise entsprechend der Schnittebene IH-III, welche die Spitzen 2 der Vorsprünge und die Spitzen 3 der Einpressungen enthält, gleiches Aussehen hat, wie die dargestellte Vorderkante 7 der Platte 1, wobei man die sich ergebende Querschnittsgestalt als eine Folge von Buchstaben "V" bezeichnen kann.

Querschnittsdarstellungen der Platte 1 in Querebenen, wie sie bei H-II angedeutet sind und weiche die 3aaisseiten der Vorsprünge und Erpressungen enthalten, haben geradliniges Aussehen, wie dies in Figur 2 der Zeichnungen gezeigt ist. Platten der soeben beschriebenen Art werden im folgenden Sie Platten der Type 1 bezeichnet, um sie von Platten zu unterscheiden, wie sie in Figur 7 abgebildet sind und welche als Platten der Type II be« zeichnet werden.

" IAO

17511*6

Betrachtet man nun Figur 3 der Zeichnung, so sieht man, daß die dargestellte-Stapelanordnung Plattenpaar$8/9, 10/11, 12/13 aus benachbarten Plattender Type I enthält» weiche die mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene allgemeine Fora aufweisen· Der Abstand der Vorsprung« uad Einpressungen ist an sämtlichen Platten gleicht doch sind die Platten 8, 10 und 12 tiefprofilierte Platten, 'währende dos die Platten 9, 11 und 13 flachprofilierte Platten aind,. Die Platten eines jeden Plattenpaaree sind nun so angeordnet» daß die Spitzen, beispielsweise die Spitze 14, 3edes Vor- \ Sprunges einer flachprofilierten Platte, beispielsweise der Platte 9» in bestimmtem Abstand der Unterseite der 3pitze-des Vorsprunges {je einer tiefprofilierten Platte gegenüberliegt, wie dies für die Spitze 15 der tiefprofilierten Platte* 8 in Figur 3 gezeigt 1st. Dies bedeutet, daß innerhalb dedes Plattenpaares 8/9, 10/11, 12/13 die Spit*·» der VorSprünge der jeweils flachprofilierten Platte des Paare·» bei«pi«lewei»· di· Spitze 14, muf d»m*«lb«n Lot *ur Mittel«-

m ' eben· der Platten liegt wie die Spitzen der b#n*ehbtr%etx Tor-

**?"■.■■■■.■■■■■■

H «prune· der tiefprofilierten Platt· de· Pear··, Wl w«i«· die Spit·· 15, wobei ein eolche* Abetand »wtecn·* den Spitzen rorgesehen ist, daß sich ein Strömungek*nal, b·!-

- 13 -

109887/0*««

spielsweise der Kanal 16, für ein wärmeaustauscheres Strömungsmittel ergibt. Diese Strönungskanäle,.beispielsweise die Kanäle 16, sind zur besseren Erkennbarkeit Von rechts oben nach links unten schraffiert.

In gleicher Weise sind innerhalb Je4es Plattenpaares die Spitzen der Einpressungen einer flachprofilierten Platte, beispielsweise die Spitze 1? der Platte 9, jeweils gegenüberliegend den Spitzen der Einpressungen je einer tiefprofilierten Platte, beispielsweise gegenüberliegend der Spitze 18 der Platte 8, angeordnet. Die Spitzen 17 und 18 der einander gegenüberliegenden Erpressungen der Platten 8 und 9 bzw. der entsprechenden Plattenpaare liegen im wesentlichen aufeinander auf und fixieren die gegenseitige Stellung der Platten eines paarea, beispielsweise der Platten 8 und 9. Bei <$er Ausführungsform der Erfindung nach Figur 3 #ird der gegenseitige Abstand benachbarter Vorsprungsspitzen, beispielsweise der Spitzen 14 und 15» der Platten eine« Plattenpaar··, zun Beispiel 8 uai 9t durch *«<»ig&*%« Vfthl der Scheitelwijaicel 4er

4er

Abrtead biiiihlirter ItetKüli· l«r nitttii »ia·* fore!"kenn jedoch auch in «»derer Vei·« imiüi»jt werden. Io lcöm^eft Ab-

Abet*ad«»eÄ*ib*ft, Mrteohes «ie l^itsec btAAofabnrter Vordränge, btiepielweiee iwlechee die %l*teti 1# und 15, oder aber «wischen ,

104II7/04JI

~ ¹* - BAB0fiieit*

die Spitzen benachbarter Einpressungen, beispielsweise zwischen die Spitzen 1? und 18, eines Plattenpaares, zua Beispiel 8, 9, eingesetzt werden.

. Ein Strömungskanal 19 für ein weiteres wärmeaustauschendes Strömungsmittel ergibt sich in dem Raum zwischen benachbarten Plattenpaaren, nachdem sich die Vorsprungaspitzen 20 der tiefprofilierten Platte eines Plattenpaares, zum Beispiel 10, 11 und die Spitzen 17 der Erpressungen der flachprofilierten Platte, des jeweils benachbarten Plattenpaares, zum Beispiel 8, 9i gegeneinander abstützen.

Die Strömungskanäle 16 und 19 haben jeweils konstante Querschnittsfläche, jedoch eine von Querschnitt zu Querschnitt wechselnde Querschnittsgestalt.

Die dem Strömungskanal 16 entsprechenden weiteren Strömungekanäle 21 und 22, die eich jeweils »wischen dta weiteren Plattenpaaren bilden, sind in der gleichen Richtung schraffiert. Die Ströraungskanäle entsprechend dem Strömungekanal 19 sind alle in gleicher Weise von linkt' oben nach rechte unten schraffiert und die sich zwischen den Plattenpaaren 10/11 und 12/13 ergebenden Strömungekanäle dieser Art sind mit 23 bezeichnet» Die beschriebene . Anordnung ergibt minimale Verluste bei der Durchetröaung alt wärmeau·tauschendenStrömungsmitteln.

1098*7/0

1751U6

In der Querschnittsdarstellung nach Figur 4· der Zeichnungen, bei welcher die Schnittebene durch*die Basislinien der Vorsprünge und Sinpressungen der Platten 8,9» 10, 11, 12 und 13 gemäß Figur 3 verläuft (und demgemäß der Ebene entspricht, welche die in Figur 1 angedeutete Linie II-II enthält und zur Mittelebene Jeder Platte senkrecht steht), haben die atrömungskanäle 16, 19» 21, 22 und 23 parallele Wandungen, doch sind die Jeweiligen Querschnittsflächen die gleichen wie die entsprechenden Querschnittsflachen von Figur 3· Es zeigt sich, daß der Tanneaustausch durch sämtliche Teile einer Jeden Platte hindurch stattfindet und diese Form einer Staρelanordnung ist besonders raumsparend und von geringem Gewicht, wenn der Wärmeaustauscher in Fällen verwendet wird, in denen die Wärmeübergangskoeffizienten zwischen den Wärmeaustauscherflächen und den damit in Berührung kommenden Strömungsmitteln sämtlich in der gleichen Größenordnung liegen. Es zeigt sich, daß die Querschnittsflächen der Kanäle Je eines Kanalpaares, beispielsweise 16 und 19, so gewählt werden können, daß die an die betreffende Stapelanordnung Jeweils gestellten Forderungen berücksichtigt werden, indem die Stapelanordnung aus flachprofilierten Platten und aus tiefprofilierten Platten aufgebaut wird, welche Jeweils Vorsprünge und Einpressüngen von angemessenem Scheitelwinkel und entsprechender Höhe gegenüber der Mittelebene Jeder Platte besitzen.

Strömungsmittel kann den Kanälen 16, 21, 22 oder 19» von den Kantenseiten der Stapelanordnung zugeleitet oder von diesen Kanälen abgeleitet werden, wobei die Kanten hier zweckmäßigerweise die in Figur 4· abgebildete Gestalt haben, so daß sie zur Ableitung der Strömungsmittelströme in geeigneter Weise mit Anschlüssen verbunden oder durch Verschlußstücke (nicht dargestellt) abgeschlossen werden können, welche im Kantenbereich der Stapelanordnung zwischen die Platten eingesetzt sind.

In dem Falle, in welchem man eine'n Wärmeaustausch unter gekreuzter Strömung wünscht, werden die Kanäle in jeweils überspringender Reihenfolge (zum Beispiel 15, 21, 22) längs paralleler Kanten im Bereich der Anschlußseiten für den einen Strömungsmittelstrom verschlossen, während die jeweils dazwischenliegenden Kanäle (zum Beispiel 19» 23) längs des jeweils anderen Paares zueinander paralleler Seitenkanten verschlossen werden, welche ist Bereich der Anschluss· für den jeweils anderen Strömungsmittelstrom liegen,

Ss sei non figur 5 der Zeichnungen näher betrachtet. Die allgemein mit 24 bezeichnete Stapelanordhung kann hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaues als Stapelanordnung entsprechend den Figuren 3 und 4· betrachtet werden, wobei Paare benachbarter Platten gegeneinander gesetzt sind und die gleichen Bezugszahlen tragen wie entsprechende Platten

ORIGINAL

.1751 US

in den Figuren 3 und 4- und wobei die einzelnen Plattenpaare mit Bezug aufeinander die gleiclie Stellung einnehmen wie bei den beiden soeben genannten Zeichnungsdarstellungen, wobei jedoch nunmehr jedem Plattenpaar eine dritte Platte zugeordnet ist, und zwar, wie Figur 5 der Zeichnungen zu entnehmen ist, dem Plattenpaar 8/9 die Platte 25» dem Plattenpaar 10/11 die Platte 26 und dem Plattenpaar 12/13 die Platte 27· Die jedem Plattenpaar zugeordnete Platte liegt jeweils über dem betreffenden Plattenpaar. Die genannfc ten Platten 25, 26 und 27 .Ie eines Plattensafczes 3ind flachprofilierte Platten ähnlich den Platten 9» 11 und 13 und jede dieser zusätzlichen Platten ist derart über die jeweils obanliegende, tiefprofilierte Platte des zugehörigen Plattenpaares gelegt, daß die Spitzen der Vorspränge (zum Beispiel 15) von unten her in die Vorsprünge (zum Beispiel 28) der genannten dritten Platten (zum Beispiel 25) nach deren Spitzen zu hineinragen.

Hierdurch wird erreicht, daß jeder Plattensat* awei

ρ flachprofilierte Platten enthält, beispielsweise die Platten 9 uni 26 oder die Platten 11 und 27» welche so aufeinandergeschichtet sind, daß beispielsweise hinsichtlich der Platten 9 und 26 die Spitzen 14 und 29 mit Bezug aufeinander auegerichtet sind, während Entsprechendes für die Platten "11, 27 sowie für weitere entsprechende Platten der vollständigen Stapelanordnung nach dieser Ausführungsform der Erfindung

BAD ORiGtNAU

0 -

"51 ϋβ

gilt. Die genannten Paare flachprofilierter" Platten, zum Beispiel 9 und 26 sowie 11 und 27, begrenzen Ströaungskanäle 50 und 31 (welche in Figur 5 aus Gründen "besserer Erkennbarkeit von rechts oben nach links unten schraffiert sind) für ein wärmeaustausehendes Strömungsmittel und der Raum zwischen der jeweils unteren flachprofilierten Platte eines Plattenpaares und der dem betreffenden Plattenpaar zugeordneten dritten, flachprofliierten Platte (beispielsweise zwischen den Platten 25 und 9, den Platten 26 und 11 sowie den Platten 27 und 13) bildet Paare von Strö-nungska- " nälen für ein weiteres wärmea.ustP'us'chendes Strömungsmittel, wobei die Kanäle zwischen den Platten jedes diessr. Plattenpaare (beispielsweise die Kanäle 32, 33 hinsicritlich der Platten 25 und 9, die Kanäle 34, 35 hinsichtlich der Platten

26 und 11 und die Kanäle 36, 37 hinsichtlich der Platten

27 und 13) unterteilt sind und hinsichtlich ihrer Größe durch den Scheitelwinkel der Vorsprünge und Einpressungen der oberen Deckplatte jedes Plattenpaares (beispielsweise 8 bzw. 10 bzw. 12) bestimmt sind, und wobei die zuletzt genannten * Platten als sekundäre Wärmeaustauscherflächen zu betrachten

Die Kenalpaare 32 und 33» 34- und 35 sowie 36 und 37 sind von links oben nach rechts unten schraffiert. Eine Stapelanordnung der in Figur 5 bei 24 gezeigten Gestalt ist hinsichtlich Raumbedarf und Gewicht vorteilhaft, wenn die

. IAD ORfGINAL

20 1751H6

in Fällen angewendet wird, bei welchen der Wärmeüb3rgangskoeffizient mit 3ezug auf das Strömungsmittel, welches die von den erwähnten Plattenpaaren begrenzten Kanäle 32 und 33» 34 und 35 sowie 36 und 37 durchströmt, wesentlich kleiner ist als der Wärmeübergangskoeffizient ηit Bezug auf das Strömungsmittel, welches in den Kanälen 30 und 3Ί strömt. F'ir derartige Anwendungsfälle ergibt sich eine Stapelanordnung 24-, welche geringeres Gewicht aufweist und weniger Raum einnimmt als die Stapelanordnung nsch Figur 3 der Zeichnungen.

Aus Figur 5 der Zeichnungen ist zu. entnehmen, daß sämtliche Strömungskanäle in Querschnittsebenen, welche durch die gemeinsamen Basislinien der Vorsprünge und Einpressungen gelegt sind, parallele Begrenzungswandunjren aufweisen, während die Querschnittsfläche der einzelnen Kanäle im vesentliehen die gleiche ist wie bei der Querscnnittsdarstellung nach Figur 5 der Zeichnungen. Die Vorsprünge und Sinpressungen sind hinsichtlich ihrer Höhe von einer Mittelebene der betreffenden Platte aus und hinsichtlich ihrer Scheitelwinkel so gewählt, daß die Querschnittsflächen der verschiedenen Strönungskanäle dem Anwendungszweck der Stapelanordnung 24 angepaßt sind.

Figur 7 der Zeichnungen zeißt eine Platte 38 in einer Konstruktion, welche von derjenigen nach Figur 1 der Zeichnungen abweicht. Eine solche Platte wird in folgenden als Plattentype II bezeichnet.

Sine Platte der Type II besitzt ein Muster in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneter "Vorspränge (zum Beispiel 39» ²K)) in Form -vierseitiger Pyramiden, welche gleichzeitig ein Muster sich schneidender furchenartiger Einpressungen (aum Beispiel 4-1, 4-2) bilden, welche zwischen benachbarten Reihen von Vorsprüngen liegen» Die Basislinie (zum Beispiel 43) eines jeden Vorsprunges (zum Beispiel 44) fällt mit der Basislinie des jeweils ^ benachbarten Vorsprunges (zum Beispiel 45) zusammen und sämtliche Basislinien liegen 4-m wesentlichen in einer gemeinsamen Hauptebene und bilden die Scheitel eines gitterartigen Musters furchenförmiger Einpressungen*

iigur 8 der Zeichnungen zeigt das Querschnittsprofil einer Platte 38 nach Plattentype II» wobei der Querschnitt in einer Ebene entsprechend der Linie YIII-VlIl angelegt ist j welche durch die Spitzen der pyramidenförmigen Vor- -, Sprunge geht· Das Querschnittsprofil der Platte 38 In der Ebene entsprechead der Schnittlinie II-II, und zwar durch die BäsisliBiea der pyramidenartigen Vorspränge und damit durch dea Grund der furchenartigen Einpresstmgen» ist geradlinig und hat im wesentlichen, dasselbe Aussehen wie die ia !Figur 2 ge se igte i^uer schnitt sdar st ellung»

- 21 -

Figur 9 der Zeichnungen zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung dreier Platten 46, 4-7 und 48, welche zu einer Stapelanordnung üDereinandergeschichtet sxnd, in welcher abwechslungsweise Platten der Type I und Flatten der Type Ii verwendet sind. Die Platten 46 und 48 sind tiefprofilierte Platten der Type I, während die Platte 47 eine flachprofilierte Platte der Type II ist. Die Platten L· und 47 bilden ein Piattenpaar und die Platte 48 stellt die obere Platte eines weiteren Plattenpaares dar, welches in zwei zueinander senkrechten Eichtungen um einen Betrag versetzt ist, welcher beispielsweise der Länge der Basislinie (zum Beispiel 43) eines der Vorsprünge der Platte nach Type I entspricht.

Die Täler bzw. der Grund (zum Beispiel 42 und 49) der furchenartigen Einpressungen in den Platten nach. Type II (zum Beispiel 47) sind, gemessen in einer Richtung parallel ^e zu der Basislinie (zum Beispiel 50) eines Vorspränges (zum Beispiel 40) um einen Betrag voneinander entfernt, welcher der Diagonale (zum Beispiel 51) &es Grundrisses eines Yorsprunges (zum Beispiel 52) einer Platte nach Type I, zum Beispiel der Platte 46 oder 47, gleich, ist. Die Platten eines Plattenpaares, zum Beispiel die Platten 46 und 47, sind derart zusammengesetzt, daß die Täler der furchenartigen Einpressungen (zum Beispiel 42 uhä 41) der

109887/0498

- 22 -

1751 -H

untenliegenden Plaste nach. Type II (zum Beispiel 47) mit den diagonalen Reihen (in den Figuren Λ und 9 durch strichpunktierte Linien 53 und 54 dargestellt) der Einpressungsspitzen der darüberliegenden Platte (zum Beispiel 46) der Type I fluchten-und mit diesen Spitzen in Berührung stehen. - . .

Die au± der Unterseite vorstei-.end.en Sättel, welche den Tälern der genannten furchenartigen Einpressungen in den Platten der Typen II (zum Beispiel 47)" «jedes. Pl at te npaares entsprechen, fluchten und haben Berührung mit den aiagonalen' Reihen (zum Beispiel 55» 56 gemäß Figuren 1 und 9 der Zeichnungen) der Vorsprungsspitzen der jeweils darunterliegenden Platte der Type I des jeweils unteren I^J3

In Ji'igur 9 der Zeichnungen zeigen die gestrichelten Linien A-A, B-B, C-C, D-D, S-E und F-F die Verschneidung der einzelnen Platten mit verschiedenen Ebenen an, welche senkrecht zur Mittelebene der einzelnen Platten und senkrecht zur Strömungsrichtung der wärmeaustauschenden Strömungsmittel orientiert sind,, wobei die genannte Strömungsrichtung ' in Figur-9 durch den Pfeil 57 angedeutet ist. Figur 10 der Zeichnungen zeigt den Querschnitt durch den Teilstapel nach

- 23 -109887/0498

SAP ORiGfNAl.

Figur 9 in den Ebenen entsprechend den Linien B-B und E-E,. Figur 11 zeigt die :juerschnittsgestslt bei ochnittebenen entsprechend den Linien A-A, C-G und F-F und schließlich zeigt Figur 12 der Zeichnungen die querschnittsgestalt in der durch die Linie D-D festgelegten Schnittebene. Es zeigt sich, daß gemäß der Schnittdaraocl lung längs der Schnittlinie D-D in Figur 12 der Zeichnungen zwei Strömungs- ^ wege bereitgestellt sind, welche in ihrer Gestalt den Strömungswegeη 16 und 19 nach Figur 3 der Zeichnungen gleichen und demgemäß in ihrer Numerierung und Schraffierung ebenso wie die entsprechenden Teile von Figur 10 und 11 mit der Darstellung nach Figur 3 übereinstimmen,,

Aus einer .Untersuchung von Figur 9 d.er Zeichnungen ergibt sich, daß die gleiche Folge von Strömungskanal Querschnitten, die in den Figuren 10, 11 und 12 gezeigt ist, auch erhalten würde, wenn die btromungsrichtung entsprechend

dem Pfeil 58 nach Figur 9 gewählt würde. Hieraus folgt, daß diese Form einer Stapelanordnung für den Wärmeaustausch unter gekreuzten Strömungen wärmec-usteuschender Mittel geeignet ist·

Ein Wärmeaustauscher aus einer Stapelanordnung gemäß den Figuren 9 bis 12 der Zeichnungen weist Strömungskanäle

- 24 -

109887/0498

ORKSlNAL

ar

für die wärmeaustauschendeη Strömungsmittel auf, deren ■Querschnittsfläche von Querschnitt zu Querschnitt verschieden ist, was vom Standpunkt der Strömungsverluste der wärmeaustauschenden Strömungsmittel als Nachteil anzusehen ist» Die Querschnittsveränderungen sind allerdings nicht sehr stark und die Verluste können in bestimmten Anwendungsfällen durchaus in Kauf genommen werden«

Stapelanordnungen, bei welchen nur Platten der Type I verwendet werden, machen zwei Plattenformen erforderlich, •nämlich eine tief pro filierte Form und eine flachprofilierte Form.» Die Iferkzeiige für die Herstellung von Platten der Type I sind sehr teuer und in dem genannten Fall sind zwei Sätze derartiger Werkzeuge notwendige Das Werkzeug zur Herstellung der Platte nach Type II ist demgegenüber bedeutend billiger, da es in einfacher Weise aus einer Metallplatte hergestellt werden kann^ in die gekreuzte Furchen eingeschnitten sind, die durch Fräsen oder Hobeln hergestellt werden können. Aus -diesem Grunde sind Stapel anordnungen, die aus tief pro filierten Platten, der Type I unter Ye rwendung eines teuren 7/erkzeuges und aus flachprofilierten Platten der Type II unter Verwendung eines billigen Werkzeuges aufgebaut sind, in der Herstellung billiger als Stapelanordnungen aus zwei verschiedenen Arten von Platten nach der Type I, abgesehen selbstverständlich von sehr großen Berien. Durch den

- 25 10 ä8S 77-04 91

1751H6

soeben dargelegten Vorteil wird der Nachteil erhöhter Verluste auf Grund, der :411er schnitt sänderungen im Strömungspfad längs einer Strömungslinie in gewissem Maße wieder ausgeglichen_o

Stapel anordnungen für 'wärmeaustauscher nach der Erfindung können auch in anderer Weise ausgebildet werden als dies oben beschrieben wurde. Beispielsweise !rönnen Profile der Vorsprünge und/oder der Einpressungen zumindest einiger Platten in Querschnittsebenen parallel zur Plattenebene gebogen ausgebildet sein«

Bei einer in geeigneter Weise abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stapelanordnung haben die Vorsprünge und/oder Einpressungen abgeflachte Spitzen, Sind die Platten, aus denen die Stapelanordnung aufgebaut wird* verhältnismäßig dick, so kann es einfacher sein, Vorsprünge und Einpressungen mit abgeflachtem Scheitel zu stanzen als die Vorsprünge und Einpressungen voll pyramidenartig auszubilden» Eine in dieser Weise abgewandelte Stapel— anordnung kann im !Falle der Verwendung von Metallplatte*! besonders starr gemacht werden, indem durch Punktschweißung eine kleine Anzahl abgeflachter Vorsprünge und/oder Einpressungen einer Platte mit den entsprechenden Vorsprängen

- 26 -

1 Q 9 8 8 7 / O Λ 9 8 bad

oder Einpressungen der benachbarten Platte fest verbunden wird. Die abgeflachten Scheitel vereinfachen eine derartige Punktschweißung.

Die Stapelanordnung kann längs der Ränder der Strömungskanäle abgedichtet werden, indem die Kanten entsprechender Platten zusammengebördelt werden«

Eine Stapelanordnung für einen Wärmeaustauscher nach % der Erfindung kann zum Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeiten oder Gasen oder Gasen und Flüssigkeiten verwendet werden, wobei ein Gegenstrom, ein Gleichstrom oder ein gekxeuster Durchstrom vorgesehen werden kann, je nachdem, wie die Kanten der gestapelten Platten abgedichtet werden»

In der vorausgegangenen Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen beziehen sich die Ausdrücke "Vorsprung" und "Einpressung" auf die Gestalt einer Platte bei Be- _Λ

trachtung von einer Seite, wobei ein Vorsprung eine Spitze aufweist, die dem Betrachter näher liegt als die Basis des Vorsprunges, während eine Ein.pr.essung mit ihrer Basis dem Beschauer näher liegt als mit der Spitze« tfird ein und dieselbe Platte von der anderen Seite betrachtet, so erscheint ein Vorsprung nunmehr als Einpressung und umgekehrt« Eine Beschreibung der Stapelanordnung beispielsweise nach

1098877^98

1751H6

Figur 3 der Zeichnungen, welche für die dargestellte Lage gilt, ist selbstverständlich nicht mehr richtig, wenn die Stapelanordnung umgedreht wird (wobei, selbstverständlich die Stapel anordnung selbst ihren Aufbau in keiner V/eise verändert), es sei denn, daIi die Ausdrücke "Vorsprung" und "Einpressung" ebenfalls au -alen Stellen vertauscht werden.

- 28 -

109887/0498

Claims

Patentansprüche;

■1.1 Aus mit Einpressungen versehenen Platten gebildete Stapelanordnung für Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, aufeinander gestapelte Plattenpaare (8, 9; 10, 11; 12, 13 bzw.. 46, 47) vorgesehen sind, deren einzelne Platten mit einem regelmäßigen Muster von Vorsprüngen (39* 4-0 bzw. 52) versehen und mit Bezug aufeinander derart angeordnet sind, daß die Vorsprünge jeweils einer Platte mit ihrem Scheitel in die innerhalb der Vorsprünge der jeweils anderen Platte gebildeten Hohlräume (16, 21, 22 bzw. 23, 35, 37) hineinragen, diese jedoch nicht ausfüllen, so daß sich zwischen den Platten je eines Plattenpaares ein erster Strömungskanal ergibt und daß die Plattenpaare ihrerseits jeweils so gestapelt sind, daß sie zwischen sich jeweils einen zweiten Strömungskanal (19, bzw. 30, 31) bilden.

2. Stapelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (14, 15) der Vorsprünge

" ■"

887/04^8

der Platten eines Plattenpaares (8, 9; 10, 11; 12, 13) auf den beiden Platten jeweils gleichen Abstand voneinander haben, daß jedoch die Vorsprünge je einer als
flachprofiliert zu bezeichnenden Platte (9, 11» 13)
sich von einer Mittelebene aus weniger hoch erheben als die Vorsprünge der jeweils anderen, als tiefprofiliert zu bezeichnenden Platte (8, 10, 12).

^ 3 β Stapelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die tiefprofilierte Platte (8, 10, 12) eines Plattenpaares ein regelmäßiges Muster sowohl von VorSprüngen (52) als auch von dazwischenliegenden Einpressungen (59) besitzt, welche sich von einer Mittelebene der Platte aus jeweils nach entgegengesetzten
Richtungen erstrecken, wobei die Basislinien der Vorsprünge jeweils mit den Basislinien (60) der jeweils benachbarten Einpressungen zusammenfallen und in der genannten

fc Mittelebene der Platte gelegen sind (Figur 1).

4. Stapelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die flachprofilierte Platte (9, 11» 13) eines Plattenpaares ein regelmäßiges Muster sowohl von Vorsprüngen (52) als auch von dazwischenliegenden Ein-

- 30 -

10l887/04i8

*■■■-. "1751H6

Pressungen (59) besitzt, welche sich von einer gemeinsamen Mittelebene der Platte aus in jeweils entgegengesetzte Richtungen erstrecken, wobei die Basis- linien (60) der Vorsprünge jeweils mit den Basislinien der jeweils benachbarten Einpressungen zusammenfallen und in der genannten gemeinsamen Mittelebene der Platte gelegen sind.

5. Stapelanordnung nach Anspruch 4, dadurch ^ gekennzeichnet, daß jedem Plattenpaar (8, 9; 10, 11; 12, 13) eine dritte, flachprofilierte Platte (25, 26, 27) zugeordnet ist, welche jeweils auf der von der flachprofilierten Platte (9» 11, 13) des jeweiligen Plattenpaares abgewandten Seite der tiefprofliierten Platte (8, 10, 12) auf diese derart aufgelegt ist, daß die Scheitel-(14, 28) der Vorsprünge der flachprofilierten Platten fluchten, so daß sich zwischen der genannten dritten Platte und der tiefprofilierten Platte eines Plattenpaares jeweils ein dritter Strömungskanal (32, 34, 36) ^ bildet*

6. Stape!anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet' durch einen solchen Anschluß der 'Strömungskanale längs der Plättenränder, daß der erste, zwischen den Platten

- 31 -

109887/0498

■jedes Plattenpaares gebildete Strömungskanal (33, 35, 37) und der genannte dritte Strömungskanal (32, 34, 36) als ein gemeinsamer Strömungsweg geschaltet sind, welcher von der tiefprofilierten Platte (8, 10, 12) je eines Plattenpaares unterteilt ist, die eine sekundäre Wärmeaustauscherfläche bildet und durch das Maß der Erhebung ihrer Vorsprünge (52) und Einpressungen (59) von einer gemeinsamen Mittelebene der Platte aus die Querschnittsfläche des genannten gemeinsamen Strömungsweges bestimmt, und daß der Zwischenraum(30, 31) zwischen der flachprofilierten Platte (9, 11) eines Plattenpaares und der jeweils einem anderen Plattenpaar zugeordneten dritten, flachprofilierten Platte (26, 27) den genannten zweiten Strömungskanal bildet.

7. Stapelanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flachprofilierte Platte (47) jedes Plattenpaares Vorsprünge (39, 40, 45) besitzt, welche sich von einer gemeinsamen Ebene erheben, wobei jede Basislinie (43) je eines Vorsprunges mit der Basislinie eines benachbarten Vorsprunges zusammenfällt und die Vorsprünge in parallelen Reihen (61, 62;63, 64) in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet

10 9887/04-9 8 Β*©

und voneinander durch furchenartige, in ähnlich parallelen Reihen verlaufende Einpressungen (4I, 42, 49) getrennt sind und wobei der Abstand der Reihen von Yorsprüngen der Diagonale (51) des Grundrisses eines Vorsprunges (52) der tiefprofilierten Platte (46) eines Plattenpaares gleich ist, wobei ferner die Linien, welche die Spitzen der "Vorsprünge der genannten flachprofilierten Platte verbinden und welche parallel zu den Basislinien der genannten furchenartigen Einpressungen verlaufen, auf die Diagonalen der Vorsprünge der tiefprofilierten Platte ausgerichtet sind und wobei weiter die diagonalen Verbindungslinien (53, 54) der Spitzen (65) der Einpressungen jeweils auf der Rückseite der tiefprofilierten Platte (46) bis in ·

die Täler der furchenartigen Sinpressungen der flachprofilierten Platte (47) hineinreichen und diese berühren und ferner dadurch gekennzeichnet, daß die tiefprofilierte Platte (48) eines benachbarten Plattenpaares mit den in zwei zueinander senkrechten Richtungen verlaufenden Diagonalreihen (55, 56) der Spitzen der Vorsprünge auf die sattelartigen Scheitel ausgerichtet ist und diese berührt, welche von den furchenartigen Einpressungen (41, 42, 49) auf der Rückseite der

8AD

88 7/0498

flachprofilierten Platte (47) eines oberen Plattenpaares gebildet werden.

8. Stapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitel der Vorsprünge abgeflacht sind.

9» Stapelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß zwischen den Yorsprüngen jeweils Einpressungen komplementärer Form liegen und daß die Scheitel sowohl der Vorsprünge als auch der Einpressungen abgeflacht sind.

10. Stapelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anliegenden Scheitel der Vorsprünge und Einpressungen benachbarter Platten durch Punktschweißung miteinander verbunden sind.

^ 11. Stapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und Einpressungen gebogenes Profil aufweisen.

_ 34. _

BAD OfiKSlNAL

109887/0498

Leer seite