DE3011011C2

DE3011011C2 - Plattenwärmetauscher mit in einem Stapel angeordneten rechteckigen Platten

Info

Publication number: DE3011011C2
Application number: DE3011011A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kudamatsu Nawata; Norihide Saho
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE3011011A1

Description

— daß alle Platten unmittelbar und strömungsmitteldichtaufeinanderliegen, ₎₀

— daß die ersten Kanäle (12) die Platten (10) geradlinig durchsetzen, und

— daß die zweiten Kanäle (16) durch jeweils einander gegenüberliegende Halbkanäle in den Plattenoberflächen (10) gebildet sind. ₎₅

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß <üe zwischen den Kanälen (12, 16) bestehenden Rippen (15; 22) eine Dicke zwischen 0,5 und 3,0 mm und

— daß die zweiten Kanäle (16) einen Äquivalentdurchmesser (Dc) zwischen 1,5 und 5,0 mm haben.

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit in einem StsDcl angeordneten rechteckigen Platten, in die Kanäle für zwei parallel zueinander strömende Wärmetauschmittel eingearbeitet sind.

Einen derartigen Plattenwärmetauscher zeigt die US-PS 37 82 456. Bei dem in Jandwich-Bauweise ausgeführten Wärmetauscher sind die Kanäle für die jeweiligen Wärmetauschmittel durch eine federnde Metallplatte voneinander getrennt Die Wärmeübertragungsleistung ist insbesondere bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen den strömenden Wärmetausch- mitteln nicht ausreichend. Auch die Herstellung der verhältnismäßig tiefen Kanäle ist nicht kostengünstig.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines kostengünstig herstellbaren Plattenwärmetauschers, der auch dann eine gute Wärmeübertragungs-Leistung aufweist, wenn die Temperaturdifferenz der austau* sehenden Medien gering ist Dabei sollen die Herstellungskosten gering sein. Außerdem soll der Plattenwärmetauscher Wärmeübertragungsplatten mit Kanälen aufweisen, die für eine gute Wärmeübertragung*-Lei- _x stung bei geringer Temperaturdifferenz günstig ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch aufgeführten Merkmale. Der Unteranspruch kennzeichnet eine zweckmäßige weitere Ausbildung.

Die Wärmeübertragungsplatten des Plattenwärme· lausihers sind wenigstens auf einer Oberfläche mit einer Mehrzahl mit ihnen einstückiger Rippen versehen, so daß die Rippendicke vergrößert werden kann, ohne daß, wie bisher die Wärmelibertragungsfläche vermindert wird; die Wärmeübertragungs-Leistung der Wärme· _6g übertragungsplatten kann dadurch verbessert werden, daß für die siedeseitigen Strömungskanäle ein geeigneter Äquivalentdurchmesser gewählt wird. Somit wird die Leistung des Plattenwärmetauschers verbessert und eine räumlich kompakte Bauweise des Plattenwärmetau-Sehers erzielt. Außerdem ergibt sich eine Verminderung der Herstellungskosten, da die Rippen einstückig mit den Wärmeübertragungsplatten ausgebildet sind. Der Wärmetauscher wird einfach dadurch hergestellt, daß die Verbindungsstücke z.B., durch Hartlöten auf gegenüberliegenden Seiten der aufeinandergelegten Wärmeübertragungsplatten miteinander verbunden werden, wobei die Rippen nicht ebenfalls durch Hartlöten mit den Platten verbunden werden müssen. Dadurch kann die Produktionsanlage einfacher aufgebaut sein und die Herstellungskosten werden gesenkt, die Anzahl der Herstellungsschritte zum Zusammenfügen der Wärmeübertragungsplatten zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit kann sehr klein gemachtwerden.

Dadurch, daß die Rippen nicht durch z. B. Hartlöten mit Wärmeübertragungsplatten verbunden werden, wird der Nachteil beseitigt, daß ein Siedebeschleuniger, der etwa auf die Oberflächen der Wärmeübertragungsplatten aufgebracht ist, mit geschmolzenem Lot überzogen wird, falls die Rippen durch Hartlöten mit den Platten verbunden werden, so daß die durch den Siedebeschleuniger erzielbaren Ergebnisse maximiert werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. t eine Draufsicht auf eine Wärmeübertragungsplatte entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 2 eine Vorderansicht der Wärmeübertragungsplatte nach F i g. 1;

F i g. 3 eine Draufsicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers, wobei die Wärmeübertragungsplatten übereinanderliegend eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden;

Fig.4 eine Vorderansicht des Plattenwärmetauschers nach Fig. 3;

F i g. 5 eine Seitenansicht des Plattenwärmetauschers nach F i g. 3;

F i g. 6 eine Schnittansicht VI-VI nach F i g. 4; F i g. 7 eine Schnittansicht VlI-VII nach F i g. 3;

Fig.8 eine Draufsicht von ob«J auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers;

Fig.9 eine Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte nach F i g. 8;

Fig. 10 eine Seitenansicht der Wärmeübertragungsplatte nach F ig. 8;

F i g. 11 eine Draufsicht von oben auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers, wobei die Wärmeübertragungsplatten übereinanderliegend eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden;

Fig. 12 eine Vorderansicht des Platten Wärmetauschers nach F i g. 11; und

Fig. 13 eine Seitenansicht des Plattenwärmetauscher nach F i g. 11.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert. Die Fig.] und 2 zeigen eine Wärmeübertragungsplatte 1; diese ist auf gegenüberliegenden Oberflächen mit einer Mehrzahl Rippen 2 ausgebildet die in Richtung der Höhe H verlaufen und Rechteckquerschnitt haben; ferner weist die Wärmeübertragungsplatte im Inneren eine Mehrzahl Strömungskanäle 4 auf, die in Richtung der Höhe H verlaufen und Rechteckquerschnitt haben, Eine Mehrzahl offene Kanäle 3, die von den benachbarten Rippen 2 gebildet sind, wirken mit noch zu erläuternden Wandabschnitten zusammen zur Bildung von Strömungskanälen für ein siedendes Medium, während die Strömungskanäle 4 für ein Kondensationsmedium bestimmt sind. Die auf den Oberflächen der Wärmeübertragungsplatte 1 geformten Rippen 2 haben eine

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Dicke zwischen 0,5 und 3,0 mm,

Die Warmeöbertragungsplatten mit Rippen großer Dicke haben wesentlich bessere Wärmeübertragungs-Charakteristiken gegenüber dem bekannten Plattenwärmetauscher, und zwar innerhalb eines weiten Temperaturdifferenz-Bereichs zwischen 0,2 und 5,0° K, Die Wärmeübertragungsplatten mit Rippen, deren Äquivalentdurchmesser D_P zwischen 1,5 und 2,5 mm liegt, weisen sehr gute Wärmeübertragungs-Leistung auf, und die zu diesem Zeitpunkt ausgetauschte Wärmemenge beträgt ca. das 3,3fache der vom bekannten Plattenwärmetauscher bei derselben Temperaturdifferenz ausgetauschten Wärmemenge. Das bedeutet, daß es bei Verwendung der Wärmeübertragungsplatten mit den hier angegebenen Rippen bei der Herstellung eines Plattenwärmetauschers möglich ist, eine räumlich gedrängte Gesamtgröße mit ca. 30% des Volumens des bekannten Plattenwärmetauschers zu erhalten. Wenn der Äquivalentdurchmesser D_e gleich oder kleiner als 5,0 mm ist, sind dem bekannten Plattenwärmetauscher übei legenc Wärmeübertragungs-Charakteristiken im Bereich von Temperaturdifferenzen zwischen 0,2 und 5,0° K erzielbar.

Die Rippen werden durch Strangpressen eines Werkstoffs wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geformt, und sie werden mit den Wärmeübertragungsplatten nicht durch Schweißen, Hartlöten oder andere thermische Schmelzverbindungsverfahren verbunden. Die Rippen werden einstückig mit den Wärmeübertragungsplatten geformt, wodurch die Her-Stellungskosten gesenkt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig.3—7 wird ein Ausführungsbeispiel des Plattenwärmetauschers erläutert, bei dem die Wärmeübertragungsplatten zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengebaut sind. Der Wärmetauscher umfaßt eine Mehrzahl Wärmeübertragungsplatten 10 (drei in diesem Fall) gleicher Länge, Breite und Dicke, die so angeordnet sind, daß sie eine Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit bilden.

Jede Wärmeübertragungsplatte 10 besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Jede Platte weist auf in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten Verbindungsblöcke 11 auf und ist im Inneren mit einer Mehrzahl erster Strömungskanäle 12 ausgebildet, die voneinander in Plattenquerrichtu%i beabstandet sind und in Plattenlängsrichtung verlaufen. Jeder Strömungskanal steht mit einem Verteilerkanal 13 im oberen Teil der Platte 10 und einem im unteren Teil der Platte 10 gebildeten Sammelkana! 14 in Strömungsverbindung. Die Verteiler- und Sammelkanäle 13 bzw. 14 verlaufen in Querrichtung der Wärmeübertragungsplatten 10.

Jede Wärmeübertragungsplatte 10 ist auf gegenüberliegenden Oberflächen mit Rippen 15 von Rechteckquerschnitt ausgebildet, die zwischen den Verbindungsblöcken 11 liegen und voneinander gleichbcabstandet sind. Die Rippen 15 verlaufen in Längsrichtung der Platten 10, und die Entfernung zwischen den Oberflächen der Rippen 15 auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten 10 ist gleich der Dicke ider Verbindungsblöcke 11.

Benachbarte Wärmeübertragungsplatten 10 sind durch Kontakt der Rippen 15 miteinander und Kontakt der Verbindungsblöcke 11 miteinander zusammengefügt und z. B. durch Hartverlöten der Verbindungsblökke miteinander festgelegt, so daß eine Mehrlagen-WärmeQbertragungseinheit gebildet ist. Damit ist durch die an ihren Oberflächen zwischen den Verbindungsblpkken 11 a«f gegenüberliegenden Seiten der aneinandergefügten Wärmeübertragungsplatten 10 in Kontakt liegenden Rippen 15 eine Mehrzahl zweiter Strömungskanäle 16 gebildet

Bei dem so aufgebauten Plattenwärmetauscher strömen Ströme H eines Hochtemperatur- und Hochdruck-Mediums in die Verteilungskanäle 13 in Richtung der Vollinienpfeile nach Fig.4 und werden auf die Mehrzahl erster Strömungskanäle 12 verteilt und durchströmen sie in Längsrichtung der Wärmeübertragungsplatten 10 und werden in den Sammelkanälen 14 gesammelt

Ströme C eines Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Mediums strömen in die Mehrzahl zweiter Strömungskanäle 16 in Richtung der Strichlinienpfeile in Fig.4 aufwärts durch die Strömungskanäle 16 und längs den Rippen 15 zwischen den Verbindungsblöcken 11. Beim Durchströmen der zweiten Strömungskanäle 16 erfolgt ein Wärmeaustausch zwisdien den Strömen C und den durch die ersten Strömungskai.äle 12 aufwärts strömenden Strömen H des Hochtemperatur- und Hochdruck-Mediums, und die Ströme C strömen siedend nach oben und treten aus dem Wärmetauscher durch den Auslaß an dessen Oberende aus (vgl. Strichlinienpfeile Q.

Wie erläutert erfährt das Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Medium C eine Phasenänderung in den zweiten Strömungskanälen 16 und durchströmt diese in siedendem, gemischtflüssig-gasförmigem Zustand, so daß die Wärmeübertragungsplatten 10 in Dickenrichtung, in der sie in einer Mehrzahl Lagen angeordnet sind, in Schwingungen versetzt werden. Da jedoch die Platten 10 durch die Verbindungsblöcke 11 aneinander festgelegt sind, wird das Schwingen der Platten 10 kleingehalten, und es besteht keine Gefahr, daß die Platten 10 voneinander gelöst werden. Die Rippen 15 benachbarter Wärmeübertragungsplatten 10 befinden sich an den in ihrer Längsrichtung verlaufenden Oberflächen in Kontakt miteinander, so daß ihr Kontakt durch Schwingungen nicht unterbrochen wird, obwohl sie nicht durch Hartlöten miteinander verbunden sind.

Die Fig.8—13 zeigen ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel des Plattenwärmetauschers; dabei sind Rippen 22, die gleichbeabstandet zwischen den Verbindungsblökken 21 auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsplatten vorgesehen sind, nur auf einer Oberfläche der Platten 20 gebildet, und (vgl. Fig.8) die Entfernung zwischen den Oberflächen der Rippen 22 und der unberipptsn Oberfläche der Wärmeübertragungsplatte 20 ist gleich der Dicke / der Verbindungjblöcke 21. Wenn die Wärmeübertragungsplatten 20 übereinander angeordnet sind, werden die Oberflächen der Rippen 22 einer Platte 20 mit der unberippten Oberfläche der benachbarten Platte 20 in Kontakt gebracht, und die Verbindungsblöcke 21 werden miteinander verbunden, so daß die Wärmeübertragungsplatten 20 zu einer Mehrlagen-Wärmeübertragungseinheit zusammengefügt sind. Dieser Plattenwärmetauscher gleicht demjenigen nach den Fig.3—7, wobei jedoch die Wärmeübertragungsplatten 20 auch dann übereinander angeordnet werden können, wenn zwischen ihnen in Querrichtung Maßabweichungen vorhanden sind, da rtese bei der Montage der Platten 20 ausgleichbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

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1, Plattenwärmetauscher mit jn einem Stapel angeordneten rechteckigen Platten, in die Kanäle für zwei parallel zueinander strömende Wärmetauschmittel eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet,