DE2343007A1

DE2343007A1 - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2343007A1
Application number: DE19732343007
Authority: DE
Inventors: Jury Grigoriewitsch Ver Akodes; Wiktor Wasiliewitsc Iwachnenko; Ewgeny Fedorowitsch Kusnetsow; Anatoly Wladimirowitsc Sudarew
Original assignee: Newskij Mash Sawod Im W I
Current assignee: Newskij Mash Sawod Im W I
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1975-03-20
Also published as: NL167025C; FR2242650A1; FR2242650B1; GB1433379A; DE2343007B2; US3931854A; DE2343007C3; NL7312229A; NL167025B

Description

PLATTEtTWÜEIxlEAüSTAüSCHER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf Plattenwärmeaustauscher, in denen die wärmetauschenden Mittel sich im Gegenstrom bewegen, und kann ihre Verwendung insbesondere im Luftvorwärmer einer Gasturbinenanlage finden.

Allgemein bekannt sind Ausführungen-von Plattenwärmeaustauscher nit einanPaket von mit einem Zwischenabstand angeordnetenlleliefplatten, die zu Heizelementen paarweise derart vereint werden, daß der Zwischenraum im Inneren der Heizelemente Kanäle zum Durchfluß des einen wärmeaustauschenden Mittels und der Zwischenraum zwischen den Heizelementen die Kanäle zum Durchgang des

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anderen Wärmeaustauschmittels bildet (s. z.B. britische Patentschrift Nr. Ö2? 063).

An jeder Wärmeaustauscherplätte sind Vorsprünge und Täler in solcher Weise ausgeführt, daß innerhalb der Heizelemente aus zwei Platten und zwischen diesen Heizelementen sich planparallele Heizkanäle mit periodischen Verengungen der Durchgangsfläche bilden. An in Bewegungsrichtung der Wärmeaustauschmittel gegenüberliegenden Enden weisen die Wärmeaustauscherplatten Verteilungsabschnitte auf, die bei deren Vereinigung Kanäle bilden. Diese Kanäle an ihrer einen Seite kommunizieren mit den Kanälen im Inneren der Heizelemente und zwischen diesen und an ihrer anderen Seite zum Verbinden mit Verteiler- oder Sammelleitung dienen.

Ein der Wärmeaustauschmit-cel wird über die Verteilungsabschnitte, den Kanälen im Inneren der Heizelemente und das andere den Kanälen zwischen den Elementen zugeführt, und zwar derart, daß diese Mittel im Plattenwärmeaustauscher sich in Gegenstrom bewegen. Bei dieser Gegenstrr.ombewegung der wärmetauschenden Mittel im Plattenwärmeaustauscher erfolgt der Wärmetransport vom Mittel mit höherer Temperatur zu dem mit niedrigerer Temperatur. Aus dem Plattenwärmeaustauscher werden die Mittel in den Sammler über die Ve'rteilungsabschnitte der Platten an gegenüberliegenden Seiten des Wärmeaustauschers herausgeführt.

Der bekannte Platt enwärmeaust ausciier gibt wegen seiner

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planparallelen Kanalform keine Möglichkeit, eine gute J)urch- -■"irbeluns: der. handnähen Grenzschichten sowie

eine gute Durchmischung der heißen und kalten Schichten äes Mittels während dessen Strömung im Wärmeaustauscher zu erreichen. Aus diesem Grunde besitzt dieser Plattenwärmeaustauscher eine ungenügende Wärmeaustauschwirksamkeit· Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, einen

solchen Plattenwärmeaustauscher zu entwickeln, in dem eine

Durchwirbelung

gute ^v der Wandschichten der wärmeaustauschenden Mittel erreicht wird und eine stärkere Durchmischung der hei-

:1er

Ben und kalten Schichten während^vStrömung der Wärmeaustauschmittel im Plattenwärmeaustauscher stattfindet.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Plattenwärmeaustauscher ⁿi"fc einem Paket von mit einem Zwischenabstand angeordneten Reliefplatt en , die zu Heizelementen paarweise derart vereint sind, daß dabei der Zwischenraum im Inneren der Heizelemente die Kanäle zum Durchgang des einen wärmetauschenden Mittels und der zwischen den Heizelementen die Kanäle zum Durchgang des anderen wärmetau— sehenden Mittels bildet, die äquidistant verlaufen und dieeine Gegenstrombewegung der wärmetauschenden Mittel ermöglichen, wobei jede dieser Reliefplatten an zwei in Bewegungsrichtung der Mittel gegenüberliegenden Enden Verteilungsabschnitte aufweist, deren Vereinigung die Kanäle bildet, deren eine

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Seite mit entsprechenden Heizkanälen im Inneren der Heizelemente und zwischen diesen kommuniziert und die andere

einer
zur Verbindung mit^v Verteilungs- oder Sammelleitung dient, erfindungsgemäß die genannten Warmeaustauschplatten in ihrem kittelteil zwischen den Verteilungsabschnitten in einer Richtung gewellt ausgelegt sind und derweise zusammengestellt werden, daß die erwähnten Durchgangskanäle für die wärmeaustauschenden Mittel in Längsrichtung bezüglich der Warmeaustauschmittelstromung eine wellenförmige Querschnittsflächengestalt und in Querrichtung in bezug auf die Bewegung der Mittel eine Querschnittsfläche in Form eines flachen

den Schlitzes aufweisen, während die Wellen an'Platten mit Mitteln zu gegenseitiger Abstützung und Erhaltung des Zwischenabstandes zwischen diesen versehen sind.

Zur gegenseitigen Abstützung der Warmeaustauschplatten und Erhaltung eines Zwischenabstandes zwischen diesen können die Wellen einer der Platten in jedem Heizelement abwechselnd an der einen mit zur Außenseite von der Plattenvereinigungsebene gerichteten Versprungsreihen und an der

der

anderen mit Reihen von flachen, in^vVereinigungsebene der Warmeaustauschplatten liegenden Stegen und die Wellen der anderen Wärmeaustauschplatte eine über die andere mit Reihen von zur Außenseite von der Vereinigungsebene der Platten gerichteten Vorsprüngen derart versehen werden, daß die flachen Stege einer Platte des Heizelementes mit den Spitzen

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der Weilen der anderen. IStänneaustattsc&pIaEfetre dieses Elementes In Berührung treten» während die Plattem dear benachbarten

d er Heizelemente π ich an entgegeiager lalltet en^genartnt en

Yorsprünge berühren.

Es empfiehlt sich» die Kanäle an dem Yerteilungsab— schnitten der Wärmeaustauschplatten durch, die Wellen an diesen Platten, auszubilden, die nach einer' Seite und unter einem Winkel zu den Wellen der Kittelteile der Wärme—

austauschplatten gerichtet sind«

Die Auslegung der Kanäle als gewellte ermöglicht es, die Durchirlrbelung ö.qt wandnahen Schichten "bei gleicher zur Förderung der wärmetauschenden Mittel aufgewendeten Pumpenleistung Intensiver zu machen und die Durchmischung der Strömungsmittelschichten mit unterschiedlicher Temperatur In den .kanälen innerhalb der Heizelemente wie auch zwischen diesen Infolge einer zusätzlich erzwungenen

^v bewegung der Wärmeaustauschmittel qualitativ^verbessern. Als Ergebnis davon ergibt sick eine beträchtliche Steigerung der wärmeaustauschenden Wirksamkeit des Platt enwärmeaustauschers.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispiele und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert, In denen zeigt

Fig. 1 den errindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher mit Teilausschnitt In Axonometrie ι

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Fig« 2 die Wärmeaustauscliplatte des Wärmeaustauschers

mit den Heiken von flachen Stegen und ¥orSprüngen teilweise ausgeschnitten}

Fig. 3 die Wärmeaustausehplatte des Platt enwärmeaiistau.-sehörs mit den Vorsprungsreihen, teilweise ausgeschnitten.j

Fig· 4 den Teil des Heizelementes des Wärmetauschers, bestehend aus zwei Wärmefcustauschplatten, in vergrößertem Maßstab und in ixonometriei

ein
Fig. 5 Schnitt durch/Paket der Wärmeaustauschelemente

des Wärmeaustauschers in Bewegungsrichtung der wärmeaustauschenden Mittelι

Fig, 6 Schnitt durchs Paket der Wärmeaustauschelemente des Plattenwärmeaustauschers in Richtung VI-VI der Fig. 5·

Der Plaotenwärmeaustauscher enthält ein Paket von in ihrem Mittelteil in Längsrichtung gewellten Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. 1), die paarweise zu Heizelementen 3 unter Bildung im Inneren jedes von diesen von Wellkanälen für das eine wärmeaustauschende Mittel und von Wellkanälen 5, die den Kanälen 4 äquidistant verlaufen, zwischen den benachbarten Heizelementen 3 für das andere Wärme austauschmittel vereint sind. Die Wellenform an Wellplatten 1 und 2 kann verschieden sein und wird je nach den ßetriebsver— hältnissen des Wärmeaustausehers und physikalischen Eigen—

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schäften der wärmeaustauschenden Mittel gewählt. Auf der Wellplatte 1 hat jede zweite der Wellen 6 (Fig. 2) in der Vereinigungsebene der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. 1) liegende Stege 71 und die Spitzen 8 der anderen Wellen 6 sind mit mehreren Reihen von Vorsprüngen 9i beispielsweise in Form von Pyramidenstümpfen, die zur Außenseite von der Vereinigungsebene der Platten 1 und 2 (Fig. 1) gerichtet sind, versehen.

Auf der gewellten Wärmeaustauschplatte 2 besitzt jedes zweite der Wellentäler 10 Vorsprünge· 12, die ebenfalls zur Außenseite von der Vereinigungsebene der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. 1) gerichtet sind. Bei Vereinigung der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 zu den Heizelementen 3 schließen sich die flachen Stege 7 der Platte 1 an die Spitzen 13 der Wellen 11 der Platte 2 an. Dadurch wird der erforderliche Zwischenabstand zwischen den Wärmeaustauschplatten 1 und 2 der Heizelemente 3 gesichert, und es,bilden sich die Wellkanäle 4 (Fig. 5) im Inneren der Heizelemente 3. Die benachbarten Heizelemente 3 berühren sich an den Vorsprüngen 9 der Platte 1 und an den VorSprüngen 12 der Platte 2, die entgegengesetzt gerichtet sind. Somit wird auch der erforderliche Zwischenabstand zwischen den benachbarten Heizelementen 3 gewährleistet und zwischen diesen Elementen 3 entstehen die Wellenkanäle 5. Die Kanäle 4 und 5 weisen im Längsschnitt eine Wellform auf, während sie im Querschnitt

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die Form eines flachen Schlitzes enthalten, wie dies aus der Pig. 6 ersichtlich ist.

Die Form und Verteilung der für den Zwischenabstand zwischen den Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes sorgenden Vorsprünge sowie die der für den Zwischenabstand zwischen den benachbarten Heizelementen 3 sorgenden Vorsprün-

den

ge können verschieden sein und werden von Betriebsverhältnissen des Wärmeaustauschers und den physikalischen Eigenschaften der wärmetauschenden Kittel abhängig gewählt.

Die Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 haben an den in Strömungsrichtung der wärmetauschenden Mittel gegenüberliegenden Enden gewellte Verteilungsabschnitte 14 und 15 (Fig. 1), wo die Wellen 16 unter einem Winkel zu den Wellen 6 (Fig. 2) und Wellen 11 (Fig. 3) im Mittelteil der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 verlaufen und Kanäle 17 und 1ö (Fig. 1) bilden, die mit ihrer einen Seite an die Verteilungs- und Sammelleitungen (in den Zeichnungen nicht mit abgebildet) der entsprechenden Wärmeaustauschmittel und mit der anderen Seite an die zugehörigen Wellkanäle 4 und 5 angeschlossen werden. Die Form der Wellen 16 auf den Verteilungsabschnitten 14, 15 der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 kann auch verschieden sein und sich von der der Wellen 6 und 11 im Mittelteil der Platte 1 und 2 unterscheiden.

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Die Verteilungsabschnitte 14 und 15 an den Enden der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 haben eine Breite, die sich zwecks gleichmäßiger Verteilung des wärmetauschenden Mittels auf die Wellkanäle 4 in Richtung deren Anschlusses an die Sammel- bzw. Verteilungaleitungen vergrößert.

Der erfindungsgemäße Plattenwärmeaustauscher arbeitet wie folgt.

Das eine wärmetauschende Mittel tritt aus der Verteilungsleitung (in der Zeichnung nicht angedeutet), wird den Wellkanälen 17 der Verteilungsabschnitte 15 der Heizelement 3 zugeführt und strömt in diesen unter schwingender Vorwärtsbewegung und verteilt sich auf die Wellkanäle 4 im Inneren der einzelnen Heizelemente 3. Innerhalb der V/ellkanäle 4 am Mittelteil jeden Heizelementes 3 strönt äua, Wärmeaustauschmittel ebenfalls unter schwingender Vorwärtsbewegung.

Aus den Wellkanälen 4 des Mittelteils der Heizelemente 3 strömt das Wärmeaustauschmittel über die Wellkanäle 17 der Verteilungsabschnitte 14 heraus, in welchen das Mittel auch eine schwingende Vorwärts- bewegung vollführt.

Das andere Wärmeaustauschmittel wird aus der Verteilerleitung (in der Zeichnung nicht angedeutet) den Wellkanälen 18 der Endabschnitte 14 zwischen den benachbarten Heizelementen 3 zugeführt strömt in diesen unter . transiatorischer 3ewegung sich auf die «Yellkanäle £ zwischen den Mittel-

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teilen der benachbarten Heizelement 3 verteilend. In diesen Wellkanälen 5 strömt das Wärmeaustauschmittel tint er schwingender Vorwärtsbewegung in Gegenstromrichtung bezüglich der Bewegungsrichtung in den Wellkitnälen 4·

Aus den Wellkanälen 5 wird das Wärmeaustauschmitt·! über die Kanäle 16 der Verteilungsabechnitte 15 abgeleitet, wo es sich translatorisch bewegt. Die Bewegungsrichtung des einei Wärmeaustauschmittels ist in Fig. 1 und i? durch ausgezogene Pfeile und des anderen durch Pfeile mit Unterbrechungen gezeigt.

der
Während⁷ Bewegung der Mittel im Plattenwärmeaustauscher

erfolgt die Wärmeübertragung vo in Wärmeaustauschmittel mit der höheren Temperatur au den - mit der niedrigeren Temperatur.

Dabei sichert die gewellte Form der zum Durchfluß beider wärmeaustauschenden Mittel dienenden Kanäle, die ein· schwingende Vorwärtsbewegung dieser Mittel hervorruft, eine gute Durehwirbelung der wandnahen Grenzschichten ' **^er wärmetauschenden Mittel und eine gute Durchmischung deren Schichten mit unterschiedlicher Temperatur in den Kanälen jedes Mittels, so daß die Wärmeübertragung vom einen Mittel zum anderen unter ein und demselben Leistungsaufwand für die Förderung der Wärmeaustauschmittel wie bei den bekannten Wärmeaustauscher verstärkt wird. Der Plattenwärmeaustauscher mit den gewellten Kanälen für beide Warmeaustauschi^ittel weist eine hohe Wärmeaustauschwirksamkeit auf.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

^I^/Plattenwärmeaustauscher mit einen Paket von unter einem Zwischenabstand befestigten Relief platt en, welche zu Heizelementen paarweise derart vereint sind, daß im Zwischenraum innerhalb der Heizelemente sich die Kanäle zum Durchgang des einen wärmeaustauschenden Mittels herausbilden und im Raum zwischen den Heizelementen die Kanäle zum Durchfluß des anderen Wärmeaustauschmittels, die äquidistant verlaufen und die Gegenstrombewegung der wärmetauschenden Mittel gewährleisten, wobei jede der Reliefplatten an ihren gemäß der Strömungsrichtung der Mittel gegenüberliegenden Enden Verteilungsabschnitte enthält, welche bei ihrer Vereinigung Kanäle bilden, deren eine Seite mit den entsprechenden Kanälen im Inneren und zwischen den Heizelementen kommuniziert, während die andere zur Verbindung mit den Verteilungs- bzw. Sammelleitungen dient, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Platten (1 und 2) in ihrem Mittelteil zwischen den Verteilungsabschnitten (14 und 15) in ein und derselben Richtung gewellt ausgelegt und derart angeordnet sind, daß die genannten Kanäle (4 und 5) zum Durchgang der Wärmeaustauschmittel eine Wellgestalt des Querschnitts in der Längsrichtung bezüglich der Mittelströmung und die Form eines flachen Schlitzes des Querschnitts in Querrichtung bezüglich der

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Ivlittelbewegung aufweisen und die Wellen der Platten (1 und 2) mit Mitteln zur gegenseitigen Abstützung dieser Platten (i und 2) und Festlegung des Zwischenab Standes zwischen diesen versehen sind.
2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gegenseitigen Abstützung der Platten (1 und 2) und Festlegung des Zwischenabstandes zwischen diesen die Wellen (6) einer der Platten

(I) jedes Heizelementes (3) abwechselnd die eine mit mehreren Reihen von Vorsprüngen (9)» die nach Außenseite von der Vereinigungsebene der Platten (1 und 2) gerichtet sind, und die andere mit Reihen flacher Stege (7) versehen sind, welche in der Vereinigungsebene der Platten (1 und 2) liegen, und jede zweite Welle (1) der anderen Platte (k!) mehrere Keinen von zur Außenseite in bezug auf die Vereinigungsebene der Platten (1 und 2) sehender Vorsprünge (12) besitzt, so daß im Paket sich die riachen Stege (7) der einen Platte (1) des Heizelementes (3) mit den Spitzen (13) der Wellen

(II) der anderen Platte (2) des Heizelementes (3), und die

Platten (1 und 2) der benachbarten Heizelements (3) mitein—

den
ander an' entgegengesetzt gerichteten genannten VorSprüngen

(.9 und 12) in Berührung treten.
3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle

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(17 und 1b) der Verteilungsabsennitte (14 und 15) der 7/ärmeaustauschplatten dux*ch Wellen C.16) an genannten Platten (1 und 2) gebildet sind, die in ein und derselben Richtung und

einen
unter * Vüinkel zu uen genannten Wellen (6 und Vt) der

Mittelteile der Platten (1 und 2) verlaufen.

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