DE3301211A1

DE3301211A1 - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE3301211A1
Application number: DE19833301211
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 3212 Gronau Funke
Original assignee: FUNKE WAERME APPARATE KG
Current assignee: FUNKE WAERME APPARATE KG
Priority date: 1983-01-15
Filing date: 1983-01-15
Publication date: 1984-07-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein derartiger Plattenwärmeaustauscher ist durch die DE-PS 615 356 bekannt geworden. Die aus Gummi bestehenden Dichtungsleisten und Querleisten sind auf die Platte aufvulkanisiert, wobei zur festen Verbindung der Leisten mit der Blechplatte die Blechplatte Ausnehmungen oder Erhöhungen aufweist. Durch die Querleisten ist der Strömungsweg im Fließspalt zickzackförmig. Die Querleisten verringern den Strömungsquerschnitt, wodurch die Durchflußgeschwindigkeit erhöht v/ird, was den Vorteil hat, daß bei geringer, oder unterschiedlichen Durchflußmengen der Wärir.eübergangskoeffizient oL und damit der Wärmedurchgangskoeffizient k verbessert werden können. Bei sehr niedrigen oder stark unterschiedlichen Durchflußmengen ist aber auch mit einem solchen Wärmeaustauscher die Wärmeübertraquiigsltüstung noch nicht y.a'.-

Jas GucTünstromprin^ip anqe'.vendei:, /or ailu.r. dann, ".von η ο me COPY

BAD ORDINAL

Temperaturüberschneidung vorliegt, d.h. wenn die Austrittstemperatur des wärmeabgebenden Mediums unter der Austrittstemperatur des wärmeaufnehmenden Mediums liegt. Bei der praktizierten Serien- bzw. Serien-/Parallelschaltung der Volumenströme ist ein idealer Gegenstrom nicht möglich, denn der Wärmeaustausch wird bei sich überschneidenden Temperaturen durch Gleichstromphasen verschlechtert bzw. aufgehoben. Eine optimale Wärmeübertragungsleistung ist nur bei großen Wärmeübergangskoeffizienten oL auf beiden Seiten des Mediums erreichbar. Die Wärmeübergangskoeffizienten oL hängen u.a. auch stark von den Turbulenzen des Mediums ab, dergestalt, daß der Wärmeübertragungskoeffizient kleiner wird mit abnehmender Turbulenz und größer wird mit zunehmender Turbulenz. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wirkt sich aucl erhöhend auf den Wärmeübergangskoeffizienten cL aus. Der jeweils kleinere Wärmeübergangskoeffizient bestimmt entscheidend den Wärmedurchgangskoeffizienten k. Sind die Durchflußmengen bzw. die Durchflußgeschwindigkeiten der Medien sehr gering oder stark unterschiedlich, so kann zwar die Durchflußgeschwindigkeit durch Vorsehen von Umlenkleisten nach Art des Plattenwärmeaustauschers der DE-PS 615 356 erhöht werden, aber die hierdurch bewirkte Vergrößerung des Wärmeübergangskoeffizienten reicht meist noch nicht aus, eine zufriedenstellende Wärmcübertragunqsle i stunq zu erzielen, so daß Lrotzdem Wärmeaustauscher mit größerer I·' lache eingesetzt werden müssen, um eine bestimmte beabsichtigte

Temperaturerniedrigung des wäritieabgebenden Mediums und Temperaturerhöhung des wärmeaufnehmenden Mediums zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Plattenwärmeaustauscher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß die Wärmeübertragungsleistung und damit die Wirtschaftlichkeit des Wärmeaustauschers, bei dem die Durchflußmengen sehr gering oder stark unterschiedlich sind, erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung sieat eine mehrwegige Ausbildung des Strömungswegs für das Medium vor, wobei die Strömungswege aber nicht streng voneinander getrennt sind, sondern Durchmischungsphasen aufweisen. Hierdurch und durch die größere Zahl von Strömungskanten wird eine Erhöhung der Turbulenz erzielt. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Strömungsquerschnitt verringert und damit die Geschwindigkeit erhöht. Durch die Profilierung der Plattenfläche wird gleichzeitig die Wärmeaustauschfläche erhöht. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann damit der Wärmeübergangs- und entsprechend der Wärmedurchgangskoeffizient und somit auch die Wärmeubertragungsleistung erhöht werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann das Strömungsverhalten beider Medien so an die jeweiligen Bedingungen angepaßt werden, daß sich auch bei sehr kleinen oder stark unterschiedlichen Durchflußmengen und bei Gegenstrombetrieb

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eine zufriedenstellende spezifische Wärmeübertragungsleistung erreichen läßt.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgebildeten Platte.eines Plattenwärmeaustauschers zeigt, näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Platte für einen Plattenwärmeaustauscher als Vierweg-Platte,
Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Platte

als Achtweg-Platte, Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung

und

Fig. 4 schematisch den Strömungsweg durch einen Plattenstapel mit Parallelschaltung der Fließspalte nach dem Gegenstromprinzip.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt eine Platte 2 eines nicht dargestellten, in der Regel aus einem Plattenpaket bestehenden Plattenwärmeaustauschers. Die Platte, die hier eine etwa rechteckige Form hat (andere Formen sind möglich), weist

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in den Ecken Öffnungen 4, 6, 8 'und 1o für den Durchtritt der Wärmetauscher-Medien auf, wobei je nach Betriebsweise und Anordnung im Plattenpaket eine oder zwei der Öffnungen geschlossen sein können. Die Platte ist zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche mit Profilierungen 12 - r>ier in Form zickzackförmig geprägter Rillen - versehen, wie dies in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Eine Plattenseite ist mit einer umlaufenden Randdichtungssicke 14 versehen, die eine Austauschfläche 16 für das eine Medium umgibt, welche die öffnungen 4 und 8 mit einschließt. Weitere Dichtungs— sicken 18 umgeben die Öffnungen 4 bis 10 für das andere Medium.

Unter Zwischenschaltung von Dichtungsstreifen 22, 24, die in die Dichtungssicken eingelegt werden, werden dann mehrere Platten in ein Gestell eingehängt und zusammengezogen (nicht dargestellt) . Die Dichtungen 22, 24 sind dabei so angeordnet, daß keine Vermischung der Medien auftreten kann.

Auf einer Seite ist die Platte 2 ferner rr.it Quersicken 28 ausgebildet, in die Dichtungsstege 3o, 31 einlegbar sind. Die Cicntungsstege 3o sind mit beiden Seiten der Randdichtung 22 verbundene Querstege, deren freie Enden mit Abstand zueinander einander gegenüberliegend angeordnet sind, so U.iß /.wischen ihnen ein mittiqer Strörnuagskanal 32 gebildet wird. Dii: ebenfalls QuoiTuioue bildenden Dichiiungsstege ."-. 1 sind mit ti'.; zwischen .-.Ic η ^ufoinar.dorfolgondari seitlichen.

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Querstegen 3o angeordnet und bilden vorzugsweise, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, den ersten und letzten Quersteg in der Reihe der Querstege 3o, 31. Sie bilden jeweils zwei seitliche Strömungskanäle 33, 34.

Die Dichtungsstege 3o, 31 bilden Umlenkstege bzw. Führungsstege, durch die der Strömungsweg mehrfach umgelenkt, geteilt und wieder zusammengeführt wird. Die mittigen Querstege 31 wirken als Strömungsteiler und die seitlichen Querstege als Strömungsvereiniger. Durch diese Ausbildung wird der Strömungsquerschnitt verringert und damit die Strömungsgeschwindigkeit sowie die Strömungsturbulenz erhöht. Die seitlichen Dichtungsstege 3o sind einstückig mit der Randdichtung 22 ausgebildet.

Um aus Gründen der vereinfachten Herstellung und um die Anpassung des Wärmeaustauschers an unterschiedliche Bedingungen zu erleichtern, bilden beide Dichtungsquerstege 3o, 31 zunächst Sprossen zwischen gegenüberliegenden Seiten der Randdicbtung 22 - nach Art eines Leitergitters. Erst beim Zusammensetzen der einzelnen Platten werden die Dichtungsquerstege - wie oben beschrieben - durch seitliches Abtrennen von der Randdichtung und Kürzen sowie durch mittiges Auftrennen und Kürzen ausgebildet. Die Stege 3o, 31 werden vorzugsweise in die in die Platte eingeprägten Quersicken eingeklebt. Die Zahl der Weg, d.h. die Zahl der Querstege und die Strömungsquerschnitte können dabei je nach den gestellten Bedingungen gewählt werden.

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Die mittigen Strömungskanäle 32 brauchen nicht entlang der Mittellinie der Platte zu verlaufen, sondern können auch abwechselnd links und rechts versetzt zur Mittellinie angeordnet sein, wodurch dem mehrwegigen Strömungsweg noch ein wellenförmiger 'Strömungsweg^uberlagert v;ird.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Platte, bei der zwei mit der Randdichtung 22 verbundene seitliche Querstege 38, 4o hintereinander, abwechselnd links und rechts vorgesehen sind, so daß sich, wie an sich im Stand der Technik bekannt, ein Zickzackströmungsweg ergibt. Zusätzlich sind aber mittig beiderseits der seitlichen Querstege weitere

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Querstege als Leitstege vorhanden.

Die Fig. 4 zeigt schematisch den Strcmungsweg durch ein Plattenpaket mit Parallelschaltung der Fließspalte nach dem Gegenstromprinzip. Es sind hier nur die Fließspalte des einen Mediums mit der geringen Durchflußgeschwindigkeit mit Querstegen gemäß obiger Ausbildung versehen, was in der

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Zeichnung durch die Zickzacklinien angedeutet worden ist.

Sind die Durchflußmengen beider Medien gering, werden die Fließspalte beider Medien mit Querstegen gemäß oben beschriebener Ausbildung und Anordnung versehen.

Durch die .oben beschriebene Ausbildung der Platten οines PlattcnwürmeausLauschers ist eine wesentliche Erhöhung lies Wärmeübergangs - und damit des Warmeaurcnganaakceffiiiientün t"ür i:as Medium mit dor jeweils geringeren Durchfluß-

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Die einzelnen PLatten des Wärmeaustauschers sind gleich

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ausgebildet. Sie werfen aufeinanderfolgend jeweils um 180 gedreht zusammengesetzt, so daß sich die geprägten Rillen 12 kreuzen. Die Kreuzungsstellen bilden eine Vielzahl von Abstützstellen, die auch bei verhältnismäßig geringer Materialstärke für die Piatte ein stabiles Verhalten der Fließspalte sichern.

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Claims

Ansprüche

1J Plattenwärmeaustauscher, bestehend aus mehreren miteinander unter Zwischenschaltung von Dichtungsleisten, die im wesentlichen am Plattenrand umlaufen, in Dichtungssicken einlegbar sind und einwärts gerichtete Querleisten aufweisen, zu einem Plattenpaket zusammenfügbaren Platten, zwischen denen Fließspalte gebildet sind, in die in den Platten ausgebildete öffnungen für zwei getrennte, die Fließspalte beiderseits der Platte durchströmenden Medien münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließspalte für ein Medium das Medium mehrwegig durch die Fließspalte führende Stege (3o, 31) aufweisen, und daß die Platten in an sich bekannter Weise mit ziekzack-förmig geprägten Rippen versehen sind.
2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stege aus mit gegenüberliegenden Seiten der Randdichtung (22) der Platte (2) einstückig verbundenen, in den Innenraum der Fließspalte ragenden, seitlichen Querstegen (3o) und aus beiderseits oder zwischen diesen Querstegen (3o) etwa mittig angeordneten, beidseitig mit Abstand

Dr.K./H.

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vor der Randdichtung (22) endenden QuerStegen (31) gebildet sind.
3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Querstege (3o) einander gegenüberliegend angeordnet sind und daß zwischen den freien Enden dieser Stege ein mittlerer Strömungskanal (32) gebildet wird.
4. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd hintereinander ein mittiger und zwei seitliche gegenüberliegende QuerStege über die Fließspaltlänge angeordnet sind.
5. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mif-.tigoiQuerstege (31) als Strömungsteiler und die seitlichen Querstege (3o) als Strömungsvereiniger vorgesehen sind.
6. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3o, 31) aus Dichtungsleisten bestehen, die in in den Platten (2) ausgebildete Sicken (28) einlegbar sind.
7. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3o, 31)

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in Form von Sprossen mit zwei gegenüberliegenden Seiten der Randdichtung (22) der Platte verbunden sind und zur Herstellung der seitlichen Querstege etwa mittig auftrennbar und kürzbar und zur Herstellung der etwa mittig angeordneten Querstege (31) beiderseits von der Randdichtung (22) abtrennbar und kürzbar sind.
8. Plattenwärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3o, 31) in den Fließspalten für beide Medien vorgesehen sind.