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Wärmeaustauscher
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher. Bekannt sind
Wärmeaustauscher dieser Art, bestehend aus in abwechselnder Folge hintereinander
angeordneten, formgleichen Platten, in welch einer jeden Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen
für die am Wärmeaustausch teilnehMenden Mittel angeordnet sind und auf der einen
Seite einer jeden Platte eine Flachdichtung in der Weise vorgesehen ist, daß die
eine Platte auf einer Seite von dem einen Mittel, die nächstfolgende Platte hingegen
auf einer Seite lediglich von dem -anderen Mittel bespült ist.
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Bei Plattenwärmeaustauschern, die aus nur einer einzigen Sorte Platten
aufgebaut sind, ergeben sich Ein- und Austrittslöcher zu den Fließspalten, die auf
einer Seite der Längsachse der Platte liegen. Dadurch haben die Flüssigkeitsteilchen
insofern unterschiedlich lange Wege zwischen Ein- und Austritt zurückzulegen, als
ein Teil der Flüssigkeit auf die andere Seite der Längsachse überwechseln muß, die
Platte der Länge nach überströmen und wieder zurück
auf die Ausgangsseite
wechseln muß. Der zweimalige Wechsel entfällt für diejenigen Teilchen, die auf der
Seite der Ein- und Austrittsöffnung verbleiben.
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Unterschiedlich lange Strömungswege bedeuten aber auch unterschiedlich
große Strömungswiderstände für die einzelnen Stromfäden und damit unterschiedliche
Volumenströme. Auf der Seite mit dem höheren Widerstand fließt ein kleiner Strom
mit weniger Wärmeinhalt, wohingegen im benachbarten Spalt die Situation genau umgekehrt
ist.
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Dort wird zum Wärmeaustausch ein großer Wärmeinhalt verlangt, und
da er nicht vorhanden ist, nimmt die Leistung eines solchen Wärmeaustauschers ab.
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Zur Verbesserung der beschriebenen Situation wird in bekannter Weise
ein Leitapparat dem Eintrittsloch nachgeordnet und dem Austrittsloch vorgeordnet,
der die Volumenströme'auf den Plattenseiten ausgleichen soll, indem er mehr Teilchen
zur Seite mit dem längeren Weg ableitet. Diese konstruktive Maßnahme ist jedoch
in ihrer Wirkung begrenzt, da der Leitapparat auf einer kurzen Strecke nur durch
Widerstandsverteilung korrigieren kann.
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Hier setzt der Erfindungsgedanke ein. Gegenstand der Erfindung ist
ein Wärmeaustauscher der fraglichen Art, bei welchem die Wärmeaustauschfläche in'
Form von abwechselnden Wellenbergen und Wellentälern profiliert ist und zwei benachbarte
Platten so aufeinanderliegen, daß sich die Scheitelbereiche der Wellenberge berühren.
In einem jeden Wellenberg sind Kanäle vorgesehen, welche von Teilströmen mit unterschiedlichen
Strömungswegen des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittels während der Bewegung
desselben von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung der Platte durchsetzt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen bekannten Wärmeaustauscher in
seiner Leistung zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß durch eine solche Bemessung
der Kanäle erreicht, daß die Volumina der sie durchsetzenden Teilströme gleich oder
zumindest annähernd gleich groß sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme geht also dahin,
die Strömungskanäle so zu bemessen, daß im Bereich der kürzeren Strömungswege der
Strömungswiderstand
größer ist als im Bereich der längeren Strömungswege des am Wärmeaustausch teilnehmenden
Mittels. Um dies zu erreichen, nimmt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der
hydraulische Durchmesser der jeweils von ein und demselben Teilstrom durchsetzten
Kanäle mit länger werdendem Strömungsweg der Teilströme zu.
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Nach einer sehr zweckmäßigen Ausführungsform des Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung liegen die Wellenberge und Wellentäler einer jeden Platte parallel
zueinander. Im Prinzip ändert sich nichts, wenn die Wellenberge und Wellentäler
der einen Platte sich mit denjenigen der benachbarten Platte unter einem bestimmten
Winkel überschneiden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung fluchten die von ein und
demselben Teilstrom durchsetzten Kanäle miteinander.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist
nachstehend anhand der Zeichnung noch näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen
in rein schematischer Weise: Fig. 1 eine Ansicht der Vorderseite einer Wärmeaustauschplatte
des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Ansicht der Rückseite einer
Wämmeaustauschplatte des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 3 einen Teilseitenschnitt
durch zwei nebeneinanderliegende Wärmeaustauschplatten des Wärmeaustauschers gemäß
der Erfindung, Fig. 4 eine isometrische Explosionsdarstellung eines Teiles des Wärmeaustauschers
gemäß der Erfindung, Fig. 5 eine isometrische Teildarstellung der Wärmeaustauschplatte
des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.
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Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß der in Fig. 4 dargestellte Wärmeaustauscher
der Einfachheit halber nur mit zwei Platten 1, 2 dargestellt ist. Es ist klar, daß
ein derartiger Wärmeaustauscher in der Praxis regelmäßig mehr als zwei Platten enthält,
so daß der Erfindungsgedanke keineswegs auf die Zwei-Platten-Ausführung beschränkt
ist.
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In Fig. 4 der Zeichnung sind der Übersichtlichkeit halber auch nicht
die beiden Endplatten dargestellt, zwischen welchen die Wärmeaustauschplatten 1,
2 mit geeigneten Mitteln eingespannt sind.
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Die beiden Platten 1, 2 sind formgleich und haben Eintritts- bzw.
Austrittsöffnungen für die am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien. So ist beispielsweise
in der Wärmeaustauschplatte 2 die Eintrittsöffnung für das wärmere Mittel mit der
Bezugsziffer 3 bezeichnet, während die Austrittsöffnung für das kältere Mittel mit
der Bezugsziffer 4 angedeutet ist. Das die Wärme abgebende Mittel strömt dann über
die Öffnung 5 zurück, während das kältere Mittel durch die Öffnung 6 hindurchtritt.
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Bei der Wärmeaustauschplatte 1 hingegen ist die Eintrittsöffnung
für das wärmere Mittel mit der Bezugsziffer 7 angedeutet, während die Eintrittsöffnung
für das kältere Medium das Bezugszeichen 8 trägt. Die Austrittsöffnung für das kältere
Medium ist mit 9 bezeichnet, während über die Öffnung 10 das sich während des Wärmeaustauschvorganges
abgekühlte Mittel abgeführt wird.
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Auf der einen Seite einer jeden Platte 1, 2 sind Flachdichtungen
11, 12 in der Weise angeordnet, daß die eine Platte auf einer Seite von dem einen
Mittel, die nächstfolgende Platte hingegen auf einer Seite lediglich von dem anderen
Mittel bespült ist.
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Wie die Zeichnung deutlich macht, ist die Wärmeaustauschfläche der
jeweiligen Platten 1 bzw. 2 in Form von abwechselnden Wellenbergen 13 bzw. Wellentälern
14 profiliert. Dabei liegen jeweils zwei benachbarte Platten 1, 2 stets so aufeinander,
daß sich die Scheitelbereiche der Wellenberge 13 berühren, wie dies die Fig. 3 der
Zeichnung zeigt.
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Dabei sind in einem jeden Wellenberg 13 Kanäle 15 vorgesehen, welche
von Teilströmen sl - s6 (Fig. 1) des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittels während
der Bewegung desselben von der Eintrittsöffnung, z. B. 3, zur Austrittsöffnung,
z. B. 5, der Platte, z. B. 2, durchsetzt sind. Die Querschnittsfläche f (Fig. 5)
dieser Kanäle ist so bemessen, daß die Volumina der sie durchsetzenden Teilströme
sl -gleich oder zumindest gleich groß sind. Dazu nimmt der hydraulische Durchmesser
der jeweils von ein und demselben Teilstrom s1 - s6 durchsetzten Kanäle 15 mit länger
werdendem Strömungsweg dieser Teilströme S1 - S6 zu.
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Wie namentlich die Fig. 5 zeigt, liegen die Wellenberge 13 und Wellentäler
14 einer jeden Platte 1 bzw. 2 parallel zueinander.
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Die Wellentäler und Wellenberge können auch miteinander einen Winkel
einschließen.
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Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, fluchten die von ein und demselben Teilstrom,
z. B. sl, durchsetzten Kanäle miteinander.
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Die Kanäle 15 eines jeden Wellenberges 14 sind mit Abstand zueinander
angeordnet.
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Durch die erfindungsgemäße Vorkehrung wird erreicht, daß durch entsprechende
Dimensionierung der Querschnitte der Kanäle 15 die Volumina der einzelnen Teilströme
s1 - s6 gleich, zumindest aber annähernd gleich groß sind, was eine gleichmäßige
Temperaturverteilung über die gesamte Platte hinweg und damit auch einen außerordentlich
günstigen thermischen Wirkungsgrad sicherstellt.