DE2343007C3

DE2343007C3 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE2343007C3
Application number: DE2343007A
Authority: DE
Inventors: Jury Grigoriewitsch Akodes (Verstorben); Wiktor Wasiliewitsch Iwachnenko; Ewgeny Fedorowitsch Kusnetsow; Anatoly Wladimirowitsch Sudarew
Original assignee: Newskij Maschinostroitelnij Sawod Imeni Wi Lenina Leningrad (sowjetunion)
Current assignee: Newskij Maschinostroitelnij Sawod Imeni Wi Lenina Leningrad (sowjetunion)
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1980-01-31
Also published as: GB1433379A; FR2242650B1; NL7312229A; FR2242650A1; NL167025B; DE2343007A1; NL167025C; US3931854A; DE2343007B2

Description

Die vorliegende Erfindung be/iehl sich auf einer». Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von in ihrem warmetauschenden Bereich in Wellenform parallel zueinander verlaufenden Platten, /wischen denen abwechselnd die beiden am Wärmetausch beteiligten Fluide im Gegenstrom strömen und die durch eingeprägte Unterbrechungen der Wellenform in Absland voneinander gehalten sind, und mit beidscils des warmetauschenden Bereichs gelegenen Verteilungs.ibschnitten in Form von durch Ausprägung der Platten gebildeten Kanälen /ur Verbindung der Sammelleitungen mit den Stroniungsraiimen. Ein solcher Plattenwärmetauscher isl aus der (lettischen Palenischrift 8 6 5 81b bekannt.

Bei einer solchen Ausbildung werden die durchströmenden, am Wärmeaustausch beteiligten I linde wellen förmig gefuhrt, was /u einer Verwirbelung führt, wobei insbesondere durch die furbiilen/ der .Strömung in den wandnahen Bereichen die warmciuusc.he.nae. Wirksam keit gut ist

Ein Problem ist bei Plüticnwäfmelaüschem dieser Art die Fixierung: der Platten. Bei der bekannten Ausbildung sind hierzu abslandshaltende Wülste quer zur Efstreckuhg der Wellen ausgeprägt, so daß der PiatienzAvischenraum durch diese Wülste in einzelne nebeneihahdcfliegehde Kanäle geteilt wird. Nachteilig ist hierbei, daß nicht unbeträchtliche Slrömungsveriuste durch Wandreibtmg auftreten, weil die einzelnen Kanäle einen relativ kleinen hydraulischen Durchmesser aufweisen, oder anders ausgedrückt, weil der freie Durchtrittsquerschnitt im Verhältnis zur den Strömungsquerschnitt umrandenden Fläche verhältnismäßig klein wird. Es ist in der bekannten Ausbildung zwar vorgesehen, in einem der Strömungsräume, der für den Durchtritt von Dampf vorgesehen ist, die abstandshaltenden Wülste jeweils im Wellenkamm abzuflachen, so daß eine Möglichkeit der Querströmung bzw. des Austauschs zwischen benachbarten Kanälen geschaffen wird, jedoch ändert dies nichts an den auftretenden Verlusten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Ausbildung der vorausgesetzten Art eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die Platten auf vorteilhafte Weise auf Abstand gehalten werden können, wobei die abstandshaltenden Elemente einerseits positiv auf die Erzeugung :urbulenter Strömung einwirken sollen, andererseits jedoch den Durchströmungswiderstand nicht wesentlieh erhöhen sollen.

Ausgehend von einem Plattenwärmetauscher der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß je zwei zusammengehörende Platten unter Bildung eines Heizelementes am Rand miteinander verbunden sind und voneinander durch Stege auf Abstand gehalten sind, die in einer der Platten in jedem zweiten Wellenkamm im Abstand zueinander eingeprägt sind, diesen unterbrechen und am Wellenkamm der zugehörigen anderen Platte /ur Anlage kommen, und daß beide Platten eines Heizelementes Vorsprünge aufweisen, die vom Innenraum des Elements nach außen ragen und die in der einen Platte lediglich an den durchlaufenden Wellenkammen und in der anderen Platte in jedem /weiten Wellental ausgebildet sind und an den Vorsprüngen der Platten der benachbarten I lei/elemente abstandhdltend aufliegen.

Bei einer solchen Ausbildung dtr abstandhaltcndcn Elemente /wischen einerseits den Platten eines Heizelementes und andererseits den Platten benachbarter Heizelemente wird fast der gesamte Raum /wischen jeweils benachbarten Platten, also in den Slrömungsräumen für beide beteiligten Fluide, frei durchströmbar. Die nur vereinzelt voi nandenen abstandshallenden Elcmen-Ic haben quer /ur .Strömungsrichtung keine wesentliche Erstreckung, so daß sie die Durchströmung kaum behindern und mithin nicht verluster/eugend wirken, jedoch im Sinne einer Turbulen/er/eugung recht wirksam sind, so daß hierdurch die wärmetauschende Wirkung des Apparats gesteigert ist.

An sich isl aus der britischen Patentschrift 5 62 465 bekannt, daß bei einem Plattenwärmetauscher ab stnndshallende Ausprägungen nur in jedem zweiten Wellental ausgebildet sein können; jedoch handelt es sich hit r von vornherein um eine Ausbildung, bei der die Platten eine spitzwinkelige /ick/ackform aufweisen, so diiLi st hon hierdurch ganz erhebliche Sironiungswider Stande .niftreten und /um Problem des Ausgleichs zwischen der Turbulenicr/.eugung einerseits und der Vermeidung von Durchströniungswiderständen an* dcfdfsciis nichts erimönimen wefderf kann, während durch die vorliegende erfindungsgemäße Ausbildung eine in diesem Sinne optimale Lösung gefunden ist

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Wellen des wärittetauselienden Bereichs der Platten unter einem schrägen Winkel zu den Kanälen der Verteifungsabschniue verlaufen, wie dies an sich aus der erwähnten deutschen Palenischrifi

8 63 816 bekannt ist. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Zuströmung bzw. Abströmung der Fluide in bzw. aus den Zwischenplattenräumen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher, teilweise ausgeschnitten, in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 die Wärmeaustauschplatte des Wärmetauschers mit den Reihen von flachen Stegen und Vorsprüngen teilweise ausgeschnitten,

F i g. 3 die Wärmeaustauschpiatte des Plsttenwärmetauschers mit den Vorsprungreihen. teilweise ausgeschnitten,

Fig.4 den Teil des Heizelementes des Wärmetauschers, bestehend aus zwei Wärmeaustauschplatten, in vergrößertem Maßstab und in Axonometrie.

Fig. 5 Schnitt durch ein Paket der Wärmeaustauschclernenle des Wärmeiauschcis in Bewegungsrichtung der wärmeaustauschenden Fluide.

F i g. 6 Schnitt durch das Paket der Wärmeaustauschelemente des Plattenwärmetauschers in Richtung VI-VI der F i g. 5.

Der Plattenwärmetauscher enthält ein Paket von in ihrem Mittelteil in Längsrichtung gewellten Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. 1). die paarweise zu Heizelementen 3 vereint sind und im inneren jedes Heizelementes Wellkanäle 4 für das eine wärmeaustauschende Fluid und zwischen den benachbarten Heizelementen 3 Wellenkanäle 5 für das andere Wärmeaustauschfluid bilden. Auf der einen Wärmeaustauschplaite 1 hat jede zweite der Wellen 6 (Fig. 2) in der Vercmigungsebene der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 (Fig. I) liegende Stege 7. und die anderen Wellen 6 sind an den Wellenkämmen 8 mit mehreren Vorsprüngen 9. beispielsweise in Form von Pyramidenstümpfen, die vom Innenraum des Heizelementes 3 nach außen gerichtet si..d. versehen.

Auf der anderen gewellten Wärmeaustauschplatte 2 besitzt jedes /weite der Wellentäler 10 Vorsprünge 12. die ebenfalls vom Innenraum des Heizelementes 3 nach außen gerichtet sind. Bei Vereinigung der Wärmeauslauschplatten 1 und 2 /u den Heizelementen 3 schließen sich die flachen Stege 7 der Platte 1 an die Wellt:nkämmc 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 Wellkanalc 4(F i g. 5) im Innern der Heizelemente 3. Die benachbarten Hei/clemenie 3 berühren sich an den Vorsprangen 9 der Platte I und an den Vorsprüngen 12 der Platte 2. die entgegengesetzt gerichtet sind. Somit wird auch der erforderliche /wischenabstand /wischen den benachbarten Heizelemente 3 gewährleistet und zwischen diesen Elementen 3 entstehen die Wellenkanäle 5. Die Kanäle 4 und 5 weisen im Längsschnitt eine Wellform auf. und im Querschnitt die Form eines flachen Schlil/es. wie dies aus der [ j g. b ersichtlich ist.

Die Form und Verteilung der für den Zwischenabstand zwischen den Wärrrieausiauschplatten 1 Und 2 des Heizelementes 3 sorgenden Vorsprünge 9 sowie die der für den Zwischehabstand zwischen den benachbarten Heizelementen 3 sorgenden Vorsprünge 12 können verschieden sein und werden von den Betriebsverhälthissen des WäfriieäustacuSchers Und den physikalischen Eigenschaften der wärmatauschenden Fluide abhängig gewählt.

Die Wärmeaustausehplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 haben an den in Strömungsrichtung der wärmetauschenden Fluide gegenüberliegenden Enden gewellte Verteilungsabschnitte 14 und 15 (Fig. I), wo die Wellen 16 unter einem Winkel zu den Wellen 6 (Fig.2) und Wellen U (Fig.3) im Mittelteil der Wärmeaustauschplatten 1 und 2 des Heizelementes 3 verlaufen und Kanäle 17 und 18 (Fig. 1) bilden, die mit ihrer einen Seite an die Verteilungs- und Sammelleitungen (in den Zeichnungen nicht mitabgebildet) der entsprechenden Wärmeaustauschfluide und mit der anderen Seite an die zugehörigen Wellkanäle 4 und 5 angeschlossen sind. 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.

Die Ver'eilungsabschnitte 14 und 15 an den Enden der Warmeaustauschpla'ten 1 und 2 h·.: i:n eine Breite, die sich /weeks gleichmäßiger Verteilung des wärmclauschenden Fluids auf die Wellkanäle 4 in Richtung deren Anschlusses an die Sammel- bzw. Verteilungsleitungen vergrößert.

Der _t'rfindungsgemäße Platienwärmeaustauscher arbeitet wie folgt.

Das eine wärmetauschende Fluid wird aus der Vcrtcilungsleitung kommend (in der Zeichnung nicht dargestellt), den Wellkanälen 17 de/ Verteilungsabschmtie 15 der Heizelemente 3 zugeführt und strömt in diesen unter schwingender Vorwärtsbewegung und verteilt sich auf die Wellkanäle 4 im Inneren der einzelnen Heizelemente 3. Innerhalb der Wellkanäle 4 am Mittelteil jeden Heizelementes 3 strömt das Wärmeaustauschmittel ebenfalls unter schwingender Vorwärlsbew egung.

Aus den Wellkanälen 4 des Mittelteils der Heizelemente 3 strömt das WänneaustauschmiMcl ü":cr die Wellkanäle 17 der Verteilungsabschnitte 14 heraus, in welchen das Mittel auch eine schwingende Vorwartsbew .gung vollführt.

Das andere Wärmeaustauschfiuid wird aus der Verteilerleitung (in der Zeichnung nicht dai gestellt) den Wellkanälen 18 der Endabschnitte 14 zwischen den benachbarten Heizelementen 3 zugelührt, strömt in diesen unter translatorischer Bewegung, sieh auf die Wellkanäle 5 zwischen den Mittelteilen der benachbarten Heizelemente 3 verteilend. In diesen Wellkanälen 5 strömt das Wärmeaustauschfiuid unter schwingender Vorwärtsbewegunp in Gegenstromrichtung bezüglich der Bewegungsrichtung des Wärmeaustauschfluids in den Wellk<inälen4.

A"> den Wellkanälen 5 wird das Wärmeaustauschfiuid über die Kanäle 18 der Verteilungsabschnitte 15 abgeleitet, wo es sich translatoriseh bewegt. Die Bewegungsrichtung des einen Wärmeaustauschfluids ist in F i g. 1 und 5 durch ausgezogene Pfeile und des anderen durch Pfeile mit Unterbrechungen gezeigt

Während der Bewegung der Fluide im Plattenwärme austauscher erfolgt die Wärmeübertragung vom Wärmeauslauschfluid mit der höheren Temperatur zu dem rriil der niedrigeren Temperatur.

Dabei sichert die gewellte Form der zum Durchfluß beider wärmeaustauschenden Fluide dienenden Kanäle, die eine schwingende Vorwärtsbewegung dieser Fluide hervorruft, eine gute Durehwirbelung der wandnahen Grenzschichten der wärmetauschenden Fluide und eine gute Durchmischung deren Schichten mit unterschiedlicher Temberatur in den Kanälen iedes Fluids, so daß die

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Wärmeübertragung von einem Fluid zum anderen für die Förderung der Wärmeaustauschfluide verstärkt wird. Der Plattcnwärmeaustauschcr mit den gewellten Kanüle¹!) für beide Wäfrheaustauschmitiel weist eine hohe Wärmeauslauschwirksamkeil auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I Plattenwärmetauscher aus einer Mehrzahl von in ihrem wärmetauschenden Bereich in Wellenform parallel zueinander verlaufenden Platten, zwischen denen abwechselnd die beiden am Wärmetausch beteiligten Fluide im Gegenstrom strömen und die durch eingeprägte Unterbrechungen der Wellenform in Abstand voneinander gehalten sind, und mit beidseits des wärmetauschenden Bereichs gelegenen Verteilungsabschnitten in Form von durch Ausprägung der Platten gebildeten Kanälen zur Verbindung der Sammelleitungen mit den Strömungsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei zusammengehörende Platten (J, 2) unter Bildung eines Heizelementes (3) am Rand miteinander verbunden sind und voneinander durch Stege (7) auf Abstand gehalten sind, die in einer der Platten (1) in jedem zweiten Weilenkamm im Abstand zueinander eingeprägt sind, diesen unterbrechen und am Wellenkamm der zugehörigen anderen Platte (2) zur Anlage kommen, und daß beide Platten (1, 2) eines Heizelementes Vorsprünge (9, 12) aufweisen, die vom Innenraum des Elements '3) nach außen ragen und die in der einen Platte (1) lediglich an den durchlaufenden Wellenkämmen und in der anderen Platte (2) in jedem /weiten Wellental (10) ausgebildet sind und an den Vorsprängen der Platten der benachbarte¹ Heizelemente abstandhaltend aufliegen.
2. Platten%värmetauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dab die Wellen (6, 11) des wärmelauschenden Bereichs der Platten (I₁ 2) unter einem schrägen Winkel /u den Kanälen (17, 18) der Verte>lungsabschnitle(14, 15) verlaufen.