DE2639371A1

DE2639371A1 - Platten-waermetauscher

Info

Publication number: DE2639371A1
Application number: DE19762639371
Authority: DE
Inventors: Goeran Jaervstraat
Original assignee: Parca Norrahammar AB
Current assignee: Parca Norrahammar AB
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-09-01
Publication date: 1977-03-10
Also published as: FR2323119B1; FI64459C; DK385176A; JPS6015875B2; CA1048013A; FI64459B; FR2323119A1; FI762505A; JPS5248860A; SE7509716L; SE414829B; PL118511B1

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING. A. BARNREUTHER

D-8000 MÜNCHEN 71 telefon.(089) 79 47 05

DRYGALSKIALLEE125 TELEGRAMM: PATMARKLAW HUENCHEN

P arc a 2/76 P I.Sept. 1976

Parca-Norrahammar AB, Norrahammar/Schweden

Pl at ΐ en-Wärme t aus die r

Die vorliegende Erfindung "betrifft einen Platten-Wärmetauscher, "bestehend aus wärmeübertragenden Platten, welche in einem Stapel übereinander angeordnet sind, wobei Elemente vorgesehen sind, mit denen je nach Bedarf verschiedene Durchflußmengen oder Druckabfälle der zwei Fluids auf den gegenüberliegenden Seiten einer jeden Platte einstellbar sind.

Es sind bereits Platten-Wärmetauscher bekannt, bei denen Lichtungsringe um die Verteilungsöffnungen vorgesehen sind, die die Platten durchsetzen, wobei diese Verteilungsöffnungen die Zwischenräume, welche zwischen einer Vielzahl von Platten in einem Plattenstapel gebildet werden, absatzweise verbinden. Bei Platten von z. B. rechteckiger Gestalt sind die Verteilungsöffnungen von und zu den betreffenden Zwischenräumen in den gegenüberliegenden Ecken vorgesehen, so daß das Fluid diese Zwischenräume diagonal durchflutet. Die Oberflächen dieser Platten sind gewöhnlich mit einer Rippe oder dgl. versehen, um den Wärmeaustausch zu verbessern oder um die Platten in Abstand voneinander zu halten, was vorteilhaft ist, wenn die

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ORIGINAL hw

Platten den Drücken des Fluids ausgesetzt sind. Dabei muß bei unterschiedlich großen Durchflußraengen der betreffenden Fluids ein paralleler Seitenarm oder Abzweig vorgesehen werden, durch den das Fluid teilweise abgezweigt wird, was jedoch Nachteile in Form eines verschlechterten Wirkungsgrades erbringt,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher zu finden, in welchem die effektiven Fließwege der beiden Fluids verschieden ausgebildet und in Gegenstrom zueinander gebracht werden können. Dadurch wäre es möglich, die ausgetauschte Wärmemenge bei einem bestimmten vorhandenen Druckabfall zu optimieren. Lies soll im Rahmen der Erfindung durch eine bestimmte Verteilung der effektiven Fließwege der betreffenden Fluids erreicht und'durch ein internes Verkürzen des Fluidkreislaufs in Form einer großen Anzahl von Überströmöffnungen bewirkt werden. In der Praxis wird dieses Prinzip dadurch verwirklicht, daß die Fluids vom Zentrum einer Platte bis zu deren Peripherie oder umgekehrt in spiralenförmigen Kanälen und vorzugsweise im Gegenstrom zueinander geführt werden. Die Angleichung des Verhältnisses von Durchflußmenge zu Druckabfall wird durch eine Verlängerung oder Verkürzung der fiktiven Gesamtlänge des Fließweges, d. h. durch ein Verlängern oder Verkürzen der Ganghöhe der durchflossenen Spirale bewirkt. Dies ist in der Praxis möglich, wenn die Windungen der tatsächlich vorhandenen spiralenförmigen Kanäle bis zu einem gewissen Grade stellenweise durch Vorsehen von Überströmstellen zwischen zwei benachbarten Windungen "kurzgeschlossen" werden. Dadurch, daß man den Platten solch eine Gestalt gibt, daß diese Überströmöffnungen in Anzahl oder Querschnitt auf der einen oder anderen Seite der Platte unterschiedlich ausgebildet sind, kann die vorstehend erwähnte Optimierung erreicht werden.

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Ein Wärmetauscher, der die erfindungsgemäßen Zwecke erfüllt, ist dadurch, gekennzeichnet, daß die Platten in eine Gestalt gepreßt und gestanzt sind, welche spiralenförmig verlaufende Trennwände aufweist, welche Trennwände aus Absenkungen und Erhebungen bestehen, wobei die Absenkungen in der Oberfläche der einen Plattenseite entsprechende Erhebungen in der Oberfläche der anderen Plattenseite bilden; und daß Strömungskanäle zwischen den Trennwänden ausgebildet sind, deren einzelne Windungen miteinander verbunden sind, wobei die Enden dieser Strömungskanäle mit Anschluß kanal en in Verbindung stehen, welche Anschlußkanäle zu den betreffenden Plattenelementen im wesentlichen senkrecht stehen; und daß sich die Erhebungen in zwei sich paarweise gegenüberliegenden Oberflächenseiten in dem Plattenstapel berühren und so die Wände der Strömungskanäle bilden. I)ie weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:

Fig. 1 . in Draufsicht eine der im Wärmetauscher enthaltenen Platten;

Fig. 2 in Explosionsdarstellung eine Vielzahl von übereinander gestapelten Platten;

Fig. 3 einen in der Fig. 1 mit A-A bezeichneten Querschnitt zweier benachbarter Platten;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Platten, welcher senkrecht zum Schnitt A-A gelegt ist;

Fig. 4a einen Querschnitt, welcher in Fig. 3 mit B-B bezeichnet und welcher senkrecht zu dem Schnitt A-A gelegt ist;

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Pig. 4b denselben Schnitt wie Pig. 4a, wobei die Platten aber in einer anderen Winkelposition angeordnet sind;

Fig. 4c denselben Schnitt wie Fig. 4a, wobei die Platten in einer nochmals anderen Winkelposition angeordnet sind; und

Pig. 5 einen Schnitt B-B durch eine Vielzahl von Platten, welche Jeweils aneinander angrenzen und welche zueinander in verschiedenen Winkelpositionen angeordnet sind.

Die im folgenden beschriebene Ausführungsform eines Wärmetauschers weist als wesentliche Teile die in Pig. 1 dargestellten Platten auf, die aus einem wärmeleitenden, neutralen Material, z. B. aus rostfreiem Stahlblech, hergestellt sind. Diese Platten sind durch Pressen und Stanzen in eine Form gebracht, wie sie in den Figuren dargestellt ist; sie weisen eine Vielzahl von konzentrisch zueinander liegenden Trennwänden 1 auf, die durch Erhebungen 2 und Absenkungen 3 in der Oberfläche des Bleches gebildet werden, wobei die Blechoberfläche zwischen den einzelnen die Trennwände 1 bildenden Rippen flach verläuft, so daß eine Vielzahl von konzentrisch angeordneten Strömungskanälen zwischen den Trennwänden gebildet wird. Die Kanäle sind zu einer Spirale mit einer stufenweise sich, verändernden Ganghöhe verbunden, d. h. daß die Kanäle von einem äußeren zu einem inneren Fließweg oder umgekehrt durch Öffnungen 4 und mit Hilfe von an diesen Öffnungen 4 angeordneten, jeweils zwei benachbarte konzentrische Trennwände miteinander verbindenden Ablenkleisten 5 übergehen. Die Platten haben im Zentrum angeordnete Löcher 6, 7 und zwei weitere Löcher 8, 9 an der Peripherie. Zwei dieser Löcher 6 und 8 bilden den Anfang bzw. das Ende des spiralenförmig ausgebildeten Kanals auf der einen Seite der Platte, während

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die anderen zwei Löcher 7 und 9 den Anfang bzw. das Ende des Kanals auf der anderen Seite der Platte bilden. In Fig. 1 ist der Kanal auf der Oberseite der Platte anhand eines durchgezogenen Pfeils dargestellt, während der Kanal auf der Unterseite der Platte anhand eines gestrichelten Pfeils dargestellt ist.

Neben den Öffnungen 4 sind in den Trennwänden Einkerbungen oder Vertiefungen 10 angebracht. Mit diesen Einkerbungen sollen Uberströraöffnungen zwischen den benachbarten Kanälen geschaffen werden, wobei eine Vielzahl, von Varianten der Spiralen in ein und derselben Platte verwirklicht werden kann. Wenn die Platten aufeinander gestapelt sind, so daß sich die Einkerbungen in zwei benachbarten Platten gegenüberliegen, wird solch eine Überströmöffnung 11 geschaffen. Die Querschnittsfläche dieser überströmöffnung 11 kann durch eine Winkelversetzung der einen Platte relativ zur anderen Platte erreicht werden. Der Durchfluß kann dadurch vollständig unterbunden werden, daß die Einkerbung in der einen Platte durch die Trennwand in der anderen Platte überdeckt wird. In Fig. 4a ist ein Tangentialschnitt B-B gezeigt, der zwei Überströmöffnungen 11 mit den vollen Öffnungsquerschnitten aufweist. In Fig. 4b ist derselbe Schnitt gezeigt, wobei jedoch die untere der dargestellten Platten um einen Winkel verschoben ist, der gleich dem Abstand zwischen den beiden Einkerbungen 10a und 10b ist. Auf diese Weise werden zwei der Einkerbungen, Jeweils eine in jeder Platte, überdeckt, während die anderen zwei eine Überströmöffnung 11 bilden. In Fig. 4c ist die untere Platte um einen Winkel verschoben, der dem halben Abstand zwischen den beiden Einkerbungen 10 entspricht, mit dem Ergebnis, daß alle Einkerbungen überdeckt sind. Es sind jedoch viele Ausgestaltungsvarianten möglich, z. B. kann eine ungleiche Anzahl von Einkerbungen auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Platte, oder es können verschiedene Querschnittsflächen bei den Einkerbungen oder andere Ausgestaltungen vorgesehen sein.

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Es können bei dem einen Fluid Überströmöffnungen gemäß Pig. 4a vorhanden sein, während bei dem anderen Fluid überhaupt keine Überströmöffnungen, wie in Fig. 4c dargestellt, vorhanden sind. Ein Teilstück eines Stapels, in welchem diese Art von Winkelversetzungen angewandt ist, ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher Figur der Schnitt B-B sich über eine Vielzahl von Platten innerhalb des Stapels erstreckt. Ein derartig ausgebildeter Plattenstapel kann zweckmäßigerweise z. B. bei Heißwasser-Wärmetauschern angewandt werden, um dadurch einen oder mehrere zusätzliche Verbindungskanäle 12 vorzusehen, welche zum Einbringen bzw. Ausbringen von primärem Rückflußwasser aus einem Radiator-Wärmetauscher oder dgl. verwendet werden. Diese zusätzlichen Kanäle teilen dann die Platten in eine Vorwärmeeinheit und in eine Nachwärmeeinheit auf.

Die Platten können in üblicher Weise mit Leisten in den Strömungskanälen ausgestattet sein, welche eine Abstützung der Platten gegeneinander bewirken, so daß auf den verschiedenen Seiten der Platte ungleiche Drücke angewandt werden können. Entlang der Peripherie und der Verbindungskanäle sind zwischen den einzelnen Platten Dichtungsringe vorgesehen.

Diese in Beschreibung und Zeichnung dargestellte Ausführungsform eines Wärmetauschers ist nur ein Beispiel dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Neben den erwähnten Kombinationen sind auch noch andere Kombinationen möglich, etwa in der Form, daß für das eine Fluid keine, eine oder zwei Überströmöffnungen in jedem Schnitt B-B und für das andere Fluid zwei, eine oder keine Überströmöffnungen vorhanden sind. Anstatt der Beimischung eines Fluids über die zusätzlich vorhandenen Kanäle 12 ist es auch möglich, das Fluid über diese Kanäle abzuzapfen.

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Claims

P at ent an Sprüche

[ 1.JPlatten-Wärmetauscher, bestehend aus wärmeübertragenden Platten, welche in einem Stapel übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten in eine • Gestalt gepreßt und gestanzt sind, welche spiralförmig verlaufende Trennwände (1) aufweist, welche Trennwände aus Absenkungen (3) und Erhebungen (2) bestehen, wobei die Absenkungen (3) in der Oberfläche der einen Plattenseite entsprechende Erhebungen (2) in der Oberfläche der anderen Plattenseite bildenj und daß Strömungskanäle (11) zwischen den Trennwänden (1) ausgebildet sind, deren einzelne Windungen miteinander verbunden sind, wobei die Enden dieser Strömungskanäle mit Anschlußkanalen (6, 8) in Verbindung stehen, welche Anschlußkanale zu den betreffenden Plattenebenen im wesentlichen senkrecht stehen; und daß sich die Erhebungen (2) in zwei sich paarweise gegenuberlxegenden Oberflächenseiten in dem Plattenstapel berühren und so die Wände der Strömungskanäle bilden.
2. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (1) in jeder Oberflächenseite in Form von konzentrischen, ringförmigen Rippen ausgebildet sind, wobei ihre verschiedenen Windungen untereinander durch Ablenkleisten (5) und durch nahe diesen Ablenkleisten angeordneten Öffnungen (4) in den Rippenstrecken verbunden sind.
3. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überströmkanale (11) zwischen jeweils zwei benachbarten, durch mindestens eine die Rippen bildende Erhebung (2) voneinander getrennten Strömungskanälen vorgesehen

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und in Form von Einkerbungen oder Vertiefungen (10) in den Rippen einer ersten Platte sowie von korrespondierenden Einkerbungen oder Vertiefungen (10) in den Hippen einer zweiten Platte hergestellt sind, wobei diese Einkerbungen oder Vertiefungen in den betreffenden Platten des Stapels teilweise oder vollkommen in Deckung zueinander gebracht sind.
4. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ÜberStrömöffnung (11) durch eine entsprechende Winkelversetzung der ersten Platte gegenüber der anderen Platte eingestellt ist.
5. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wärmeübertragungs-Fluid in den Strömungskanälen auf· der einen Seite der ersten Platte und das andere Fluid in den Strömungskanälen auf der anderen Seite dieser ersten Platte und jeweils im Gegenstrom gegenüber dem anderen Fluid geführt ist.
6. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkungen (3) ebenso wie die Erhebungen (2) auf ein und derselben Oberflächenseite der Platte Einkerbungen oder Vertiefungen (10) aufweisen.
7. Platten-Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkungen (3) auf der einen Oberflächenseite entsprechende Erhebungen (2) auf der anderen Oberflächenseite bilden, wobei die Erhebungen (2) der einen Platte die korrespondierenden Erhebungen (2) auf einer benachbarten Platte berühren und diese beiden Erhebungen (2) zusammen die Seitenwände der Strömungskanäle bilden, zwischen welchen die sich überdeckenden Einkerbungen oder Vertiefungen (10) zusätzliche Überströmöffnungen (11) schaffen.

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