DE69422342T2

DE69422342T2 - Plattenwärmetauscher

Info

Publication number: DE69422342T2
Application number: DE69422342T
Authority: DE
Inventors: Ralf Blomgren
Original assignee: Alfa Laval Thermal AB
Current assignee: Alfa Laval Thermal AB
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: SE9300570D0; JP3675475B2; SE9300570L; US6926076B2; US6702005B1; US20040168793A1; EP0636239B1; JPH07506420A; EP0636239A1; CN1102287A; CN1048091C; DE69422342D1; SE505225C2; WO1994019657A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeübertragungsplatte für einen Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten und auf einen Plattenwärmetauscher, der mehrere solcher Platten umfaßt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Plattenwärmetauscher, der mehrere dünne Wärmeübertragungsplatten umfaßt, die aneinander anstoßen und mit dazwischen befindlichen Abdichtelementen versehen sind, um in alternierenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für eine erste Flüssigkeit und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für eine zweite Flüssigkeit zu begrenzen, wobei jede Wärmeübertragungsplatte ein gepreßtes Riffelmuster aufweist, das zwei Verteilungsabschnitte umfaßt und dazwischen einen Wärmeübertragungshauptabschnitt, der in mehrere Bereiche mit parallelen Graten und Tälern aufgeteilt ist, wobei der Plattenwärmetauscher Einlässe und Auslässe für die Flüssigkeiten hat, die so angeordnet sind, daß die Flüssigkeiten eine Strömungsrichtung zwischen den Wärmeübertragungsplatten haben, die im wesentlichen von einem zum anderen Verteilungsabschnitt jeder Wärmeübertragungsplatte verläuft, wobei die Bereiche des Wärmetauschhauptabschnittes in einer Vielzahl von sich in Strömungsrichtung erstreckenden Reihen angeordnet sind und wobei sich die parallelen Grate und Täler jedes Paares benachbarter Bereiche so erstrecken, daß sie in Bezug auf eine imaginäre Linie zwischen den jeweiligen Bereichen spiegelbildlich zueinander sind.
Aus der GB-A-1468514 ist ein Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten bekannt, der aus mehreren Wärmeübertragungsplatten zusammengesetzt ist, die so angeordnet sind, daß die Flüssigkeiten auf beiden Seiten der Platten strömen. Die Wärmeübertragungsplattten haben ein gepreßtes Riffelmuster mit einem oberen Verteilungsabschnitt und einem unteren Verteilungsabschnitt und einem dazwischen angeordneten Wärmeübertragungshauptabschnitt. Der Wärmeübertragungsabschnitt umfaßt ein gepreßtes Riffelmuster mit parallelen Graten und Tälern und ist mit mehreren bandartigen Bereichen ausgebildet, die sich entlang der Platten erstrecken. Zwischen den Wärmeübertragungsplatten sind Abdichtelemente angeordnet, die in alternierenden Plattenzwischenräumen einen Strömungsraum für eine erste Flüssigkeit begrenzen und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für eine zweite Flüssigkeit.
Aus der GB-A-1339542 ist ein Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten bekannt, der aus mehreren Wärmeübertragungsplatten zusammengesetzt ist, die so angeordnet sind, daß Flüssigkeiten auf beiden Seiten strömen. Die Wärmeübertragungsplatten haben zwei Verteilungsabschnitte und einen dazwischen angeordneten Wärmeübertragungshauptabschnitt. Der Wärmeübertragungsabschnitt umfaßt ein gepreßtes Riffelmuster mit parallelen Graten und Tälern und ist mit mehreren bandartigen Bereichen ausgebildet, die sich über die Platten erstrecken.
In der US-A-4176713, die den nächstliegenden Stand der Technik bildet, ist ein Plattenwärmetauscher beschrieben, der aus Wärmetauschplatten zusammengesetzt ist, die Wärmeübertragungsabschnitte aufweisen, die zwischen Einlässen und Auslässen angeordnet und longitudinal sowie transversal in vier gleiche Be reiche mit gepreßten Graten und Tälern unterteilt sind, die so angeordnet sind, daß sie in benachbarten Bereichen in Bezug auf eine imaginäre Linie zwischen den Bereichen spiegelbildlich zueinander sind. Platten mit derselben Form und mit zwei unterschiedlichen spezifischen Formen können so zusammengesetzt werden, daß die Charakteristika, die die Strömung in den Strömungsräumen für die jeweiligen Flüssigkeiten beeinflussen, zu den besonderen Wärmeanforderungen passen.
Bei den bisher bekannten Plattenwärmetauschern, die zwischen mehreren Bereichen gebildete Wärmeübertragungsbereiche umfassen, die sich über oder entlang der Platten erstrecken, tritt das Problem auf, daß sich die Platten leicht verformen, d. h. die Platten neigen dazu, sich in verschiedene Richtungen auszubeulen oder zu biegen. Die Platten sind daher schwer handhabbar, z. B. während der Befestigung auf einer herkömmlichen Trägerstange oder während des Schweißens der Platten.
Das Problem tritt deshalb auf, weil eine starke Riffelung des Wärmeübertragungsabschnittes der Platten eine Verlängerung der Platten in diesem Abschnitt zuläßt. Das Problem tritt insbesondere dann auf, wenn die parallelen Grate und Täler einen kleinen Winkel im Vergleich zu einer imaginären Achse haben, um die die Platte die Tendenz hat, sich zu krümmen, während die verbleibenden Teile der Platte, z. B. Abdichtrillen oder Abschnitte der Öffnungen, keine hinreichende Steifigkeit gewährleisten, um der Deformation entgegenzuwirken.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wärmeübertragungsplatte mit einem so geformten Riffelmuster bereitzustellen, daß das Risiko einer Verformung herabgesetzt wird, wodurch die Handhabung der Wärmeübertragungsplatte im Vergleich zu bisher bekannten Wärmeübertragungsplatten erleichtert wird.
Nach der Erfindung wird eine Wärmeübertragungsplatte für einen Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bereitgestellt. Die Erfindung sieht auch einen Plattenwärmetauscher der eingangs beschreibenden Form mit mehreren Wärmeübertragungsplatten vor, wie sie oben in Übereinstimmung mit der Erfindung definiert worden sind.
Die Erfindung wird unten in größerem Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Wärmeübertragungsplatte zeigt, die in Übereinstimmung mit der Erfindung geformt worden ist.
Der vorliegende Plattenwärmetauscher ist zum Wärmeübergang zwischen zwei Medien, vorzugsweise Flüssigkeiten, gedacht, und wird aus mehreren dünnen, hauptsächlich rechtwinkligen, länglichen Wärmeübertragungsplatten zusammengesetzt, die aneinander anstoßen. Andere Formen der Wärmeübertragungsplatten wie etwa eine runde sind auch möglich.
In Fig. 1 ist eine Wärmeübertragungsplatte 1 gezeigt, die nach der Erfindung geformt worden ist und herkömmlicherweise mit einer Einlaßöffnung 2 und einer Auslaßöffnung 3 für eine erste Wärmeübertragungsflüssigkeit und einer Einlaßöffnung 4 und einer Auslaßöffnung 5 für eine zweite Wärmeübertragungsflüssigkeit versehen ist. Ein Abdichtelement 6 erstreckt sich um die Öffnungen 4 und 5 und um den Rand der Platte herum, wobei das Abdichtelement 6 zusammen mit einer zusätzlichen Wärmeübertragungsplatte einen Strömungsraum für eine der Wärmeübertragungsflüssigkeiten begrenzt sowie Durchgänge, durch die die andere Wärmeübertragungsflüssigkeit hindurchströmt. Das Abdichtelement 6 kann aus einer in einer Dichtungsrille angeordneten Dichtung bestehen, es können aber auch andere bekannte Arten der Abdichtung wie Schweißen, Löten oder Kleben verwendet werden.
Die Wärmeübertragungsplatte 1 ist durch einen Preßvorgang mit einem Riffelmuster versehen und hat zwischen den Einlaßöffnungen 2 bzw. 4 und den Auslaßöffnungen 3 bzw. 5 zwei Verteilungsabschnitte 7 und 8 und einen dazwischen angeordneten Wärmeübertragungshauptabschnitt 9, der in mehrere Bereiche 10a und 10b unterteilt ist, wobei jeder Bereich mehrere parallele Grate und Täler umfaßt.
In einem Plattenwärmetauscher nach der Erfindung sind mehrere identische Wärmeübertragungsplatten 1 übereinandergestapelt, wobei jede zweite Wärmeübertragungsplatte in ihrer Ebene in Bezug auf die andere um 180º gedreht ist. Durch diese Plattenanordnung stoßen die Grate in den Bereichen 10a auf einer der Wärmeübertragungsplatten 1 an die Grate an, die durch die Täler im Bereich 10b der zweiten Wärmeübertragungsplatte gebildet werden. Natürlich kann der Plattenwärmetauscher auch aus zwei unterschiedlichen Arten von Wärmeübertragungsplatten zusammengesetzt sein. Der Plattenwärmetauscher hat somit Einlässe und Auslässe, die so angeordnet sind, daß eine Wärmeübertragungsflüssigkeit eine Strömungsrichtung zwischen den Wärmeübertragungsplatten 1 hat, die im wesentlichen von einem Verteilungsabschnitt 7 zum anderen Verteilungsabschnitt 8 jeder der Wärmeübertragungsplatten 1 verläuft. In diesem Fall ist die Strömungsrichtung im wesentlichen parallel zu den Längsseiten der Wärmeübertragungsplatten. Alternierende Plattenzwischenräume des Plattenwärmetauschers begrenzen Strömungsräume für eine erste Flüssigkeit und die verbleibenden Plattenzwischenräume begrenzen Strömungsräume für eine zweite Flüssigkeit.
Der Wärmeübertragungsabschnitt 9 jeder Wärmeübertragungsplatte 1 umfaßt eine Reihe mit mindestens drei Bereichen 10a und 10b, die nacheinander in der Strömungsrichtung angeordnet sind, und eine gerade Anzahl von Zwischenräumen, die nebeneinander quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Die parallelen Grate und Täler jedes Paares von benachbarten Bereichen 10a und 10b erstrecken sich in einer solchen Weise, daß sie in Bezug auf eine imaginäre Linie zwischen den jeweiligen Bereichen 10a und 10b spiegelbildlich zueinander sind. Deshalb sind parallele Grate und Täler von zwei diagonal entgegengesetzt angeordneten Bereichen (entweder 10a oder 10b) identisch.
Durch das Aufteilen des Wärmeübertragungsabschnittes 9 in mehrere kleine Bereiche 10a und 10b, in denen die benachbarten Bereiche Spiegelbilder voneinander bilden, wirken vier solche Bereiche effektiv der Tendenz jedes Bereiches entgegen, sich zu strecken, und versteifen daher die Wärmeübertragungsplatte in ihrer Ebene. Eine Ausdehnung eines Bereiches 10a, z. B. aufgrund einer Abflachung seiner Grate und Täler in einer Richtung senkrecht zu den Graten und Tälern, wird somit durch benachbarte Bereiche 10b verhindert, deren Grate und Täler eine Verlängerung in dieser Richtung nicht erlauben. Die diagonal angeordneten Bereiche bilden eine Art Fachwerk, das einer Verlängerung der Wärmeübertragungsplatte entgegenwirkt.
Der Wärmeübertragungsabschnitt 9 jeder Wärmeübertragungsplatte 1 umfaßt Reihen mit einer ungeraden Anzahl von Bereichen 10a und 10b, die nacheinander in der Strömungsrichtung angeordnet sind, wodurch es möglich ist, einen Plattenwärmetauscher mit nur einer Art von Platten zu bilden.
Die meisten der bekannten Wärmeplattentauscher könnten mit einem Wärmeübertragungsabschnitt gebildet werden, der mehrere Bereiche in Übereinstimmung mit der Erfindung hat, aber der fühlbarste Effekt der vorgeschlagenen Unterteilung des Wärmeübertragungsabschnittes wird bei großen Wärmeübertragungsplatten erzielt, insbesondere bei langen Platten, die für eine kleine Strömung vorgesehen sind, d. h. in denen sich die parallelen Grate und Täler jedes Paares benachbarter Bereiche 10a und 10b mit einem dazwischen befindlichen Winkel erstrecken, der in Bezug auf die Strömungsrichtung stumpf ist, sogenannte High-Theta-Platten.
Um eine Ausdehnung der Wärmeübertragungsplatte weiterhin zu unterbinden, kann der Wärmeübertragungsabschnitt mit aufwärts gepreßten Verstärkungsrillen 11 versehen sein, die sich in der Strömungsrichtung entlang eines oder mehrerer Bereiche erstrecken. Damit diese Verstärkungsrillen keine Umgehungsleitungen für die Wärmeübertragungsflüssigkeit bilden, sollten sie sich nicht entlang der gesamten Länge des Wärmeübertragungsabschnittes oder eines großen Teiles davon erstrecken. Stattdessen können die Verstärkungsrillen in Bezug aufeinander verschoben sein, so daß sie die gesamte Länge des Wärmeübertragungsabschnittes abdecken, aber sie sollten nicht miteinander zusammenfallen, wenn zwei Wärmeübertragungsplatten gegeneinander angeordnet werden.

Claims

1. Wärmeübertragungsplatte (1) für einen Plattenwärmetauscher, umfassend Einlässe (2, 4) und Auslässe (3, 5) für mindestens zwei Wärmeübertragungsflüssigkeiten, zwei Verteilungsabschnitte (7, 8) und einen zwischen ihnen befindlichen Wärmeübertragungsabschnitt (9), wobei die Einlässe (2, 4) und die Auslässe (3, 5) so angeordnet sind, daß die Flüssigkeiten eine Strömungsrichtung im wesentlichen vom einen zum anderen der Verteilungsabschnitte (7, 8) haben, und wobei der Wärmeübertragungsabschnitt (9) mit einem gepreßten Riffelmuster versehen ist, das in mehrere Bereiche (10a, 10b) mit parallelen Graten und Tälern unterteilt ist, wobei die Bereiche in einer Vielzahl von Reihen angeordnet sind, die sich in Strömungsrichtung erstrecken, und wobei in jedem Paar (10a, 10b) benachbarter Bereiche in derselben Reihe und in benachbarten Reihen die parallelen Grate und Täler so verlaufen, daß sie Spiegelbilder voneinander in Bezug auf eine imaginäre Linie zwischen den jeweiligen Bereichen (10a, 10b) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsabschnitt (9) Reihen mit einer ungeraden Zahl von mindestens drei Bereichen (10a, 10b) umfaßt, die in Reihe in der Strömungsrichtung angeordnet sind, wobei eine gerade Anzahl solcher Reihen vorhanden ist, die nebeneinander über die Strömungsrichtung angeordnet sind.

2. Wärmeübertragungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Grate und Täler jedes Paares benachbarter Bereiche (10a, 10b) in einem in Bezug auf die Strömungsrichtung stumpfen Winkel verlaufen.

3. Wärmeübertragungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungsabschnitt (9) mit aufwärts gepreßten Verstärkungsrillen (11) versehen ist, die in Strömungsrichtung verlaufen.

4. Wärmeübertragungsplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrillen (11) in Bezug aufeinander in Strömungsrichtung verschoben sind.

5. Wärmeübertragungsplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungsrille nur über einen Teil des Wärmeübertragungsabschnittes verläuft.

6. Plattenwärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen ersten und zweiten Flüssigkeiten, umfassend mehrere dünne Wärmeübertragungsplatten (1), wie sie in einem der Ansprüche 1-5 definiert sind, wobei die Wärmeübertragungsplatten dicht miteinander verbunden sind, um in alternierenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für die erste Flüssigkeit zu begrenzen und in den verbleibenden Plattenzwischenräumen Strömungsräume für die zweite Flüssigkeit.