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Plattenförmige Wärmeaustauschvorrichtung für Flüssigkeiten Die Erfindung
bezieht sich auf plattenförmige Wärmeaustauscher für Flüssigkeiten.
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Bei Austauschern dieser Art wird bekannter-weise jede der wärmeaustauschenden
Platten mit Wellungen versehen, welche quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit
zwischen den Platten vorspringen und in die Wellungen der benachbarten Platten hineinragen
und eine Turbulenz in den Flüssigkeiten hervorrufen, so daß sich ihre Richtungen
und/oder ihre Geschwindigkeiten ändern, wodurch das Verhältnis der Wärmeübertragung
erhöht wird. Ein weiterer Zweck solcher Wellungen ist, die Platten zu verstärken
oder zu versteifen, so daß sie nicht durch den Druckunterschied, welcher zwischen
den beiden Seiten einer jeden Platte bestehen kann, deformiert werden.
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Um ein großes Wärmeübertragungsverhältnis zu erzielen, sollten diese
Wechsel der Strömungsrichtung und/oder Geschwindigkeit der Flüssigkeiten oft auftreten,
d. h. die Teilung der Wellungen sollte klein sein. Andererseits müßten zum Zwecke
einer Versteifung der Platten die Wellungen tief sein, d. h. ihre Teilung sollte
groß sein.
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Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, einen plattenförmigen Wärmeaustauscher
für Flüssigkeiten zu schaffen, bei welchem die Wellungen in den Platten eine solche
Größe haben, daß sie den gewünschten Grad von Plattensteifigkeit sicherstellen und
doch die gewünschte Anzahl von Änderungen der Strömungsrichtung und/oder der Geschwindigkeit
der Flüssigkeiten bewirken.
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Erfindungsgemäß erhalten die Flanken von zumindest einigen großen
Wellungen, die in die Wellungen
der benachbarten Platten hineinragen,
zusätzlich kleinere Wellungen derart, daß der Abstand zwischen den benachbarten
Platten im Bereich jeder Flanke sich mehrmals ändert, d. h. zusätzlich in der Strömungsrichtung
der Flüssigkeit längliche Kammern gebildet werden, die durch verengte Durchtritte
miteinander in Verbindung stehen. Insbesondere weisen die kleineren Wellungen in
der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verlaufende stellenweise Abweichungen, insbesondere
Längungen auf. Vorzugsweise sind sowohl die großen Wellungen als auch die zusätzlichen
kleineren Wellungen mit in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verlaufenden stellenweisen
Abweichungen, insbesondere Längungen ausgeführt. Die zusätzlichen kleineren Wellungen
können aus geraden Flankenteilen bestehen, die mit den angrenzenden Flankenteilen
durch gekrümmte oder in die Länge gestreckte Scheitel- oder Fußstücke verbunden
sind. Die zusätzlichen Wellungen können aber auch aus Flankenteilen verschiedener
Krümmung bestehen.
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Die neue Ausgestaltung bietet verschiedene Vorteile. Die großen Wellungen
geben den Platten die erforderliche Stärke und Steifheit, während durch die kleineren
Wellungen die Wärmeübertragung wesentlich verbessert wird, als es mit tiefen Wellungen
allein möglich wäre. Weiterhin können die Wärmeaustauschoberflächen leichter gereinigt
werden, als wenn die Wellungen tief, aber von kleiner Teilung gemacht worden wären.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, daß bei einer gegebenen Plattensteifigkeit und
einem gegebenen Wärmeübertragungsverhältnis Platten, die in Übereinstimmung mit
der Erfindung gefertigt sind, einen größeren Minimalabstand voneinander haben können,
als wenn die Wellungen alle gleiche Größe hätten. Es soll vermerkt werden, daß die
Abstände der mit Wellungen versehenen Platten im Vergleich zu der Höhe bzw. Tiefe
jeder Welle gering gewählt werden müssen, um durch Richtungs-und Geschwindigkeitsänderungen
der Flüssigkeit ein besseres Verhältnis der Wärmeübertragung zu erreichen. Die Grundwellungen
der benachbarten Platten ragen daher weit in die Wellungen der benachbarten Platten
hinein, woraus sich der Minimalabstand von Platte zu Platte ergibt. Durch die stellenweisen
Veränderungen, d. h. Abweichungen oder Längungen in den zusätzlichen kleineren Wellungen,
werden erfindungsgemäß abwechselnd Verengungen und Erweiterungen für die strömende
Flüssigkeit erzielt, so daß bei dem erwähnten größeren Minimalabstand die gleiche
Leistung erzielt wird. Die Gefahr der Verstopfung der Durchlässe wird vermindert,
hervorgerufen durch entweder große Teilchen, welche mitunter von den Flüssigkeiten
mitgeführt werden können, oder auch durch die Neigung einiger Flüssigkeiten, an
den Oberflächen der Platten einen Überzug abzulagern.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt, in welchen
Fig. i eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Platte darstellt, Fig. 2 ein Schnitt
der Fig. i entlang der Linie II-II ist, Fig. 3 eine vergrößerte entlang der Linie
III-III geschnittene Teilansicht der Fig. i ist, die zwei gegen-. überliegende Platten
darstellt, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 ist, die eine Abänderung darstellt,
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 und 4 ist, die drei Platten darstellt, die
in Übereinstimmung mit einer bekannten Konstruktion hergestellt sind, bei welcher
die Wellungen alle gleiche Tiefe haben, und Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht
ist, die eine noch weiter veränderte Plattenkonstruktion gemäß der Erfindung darstellt.
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Es wird nun zuerst Bezug genommen auf Fig. 5, in der ein Teil einer
herkömmlichen Konstruktion dargestellt ist, wie sie Verwendung findet bei plattenförmigen
Wärmeaustauschern, die aus einer Reihe von gewellten Platten io von gleicher Gestalt
bestehen. Die Wellungen verlaufen quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeiten.
Die entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen sind durch die Pfeile x und
y angedeutet, wobei eine Folge von tiefen oder großen wellenförmigen Bewegungen
auf jeder ihrer Oberflächen bewirkt wird und die Teilung der Wellungen groß ist
und der Abstand zwischen den Flanken der Wellungen geringer ist als der Abstand
zwischen den Platten an ihren Scheiteln. Wenn die Platten in entsprechendem Abstand
zusammengebaut sind (drei sind in der Figur dargestellt) , wie es bekannterweise
üblich ist, und die Wellungen ii einer jeden Platte in die Einbuchtungen der angrenzenden
Platten hineinragen, ist eine Reihe von wellen- oder sinusförmigen Durchlässen wie
bei 12 geschaffen, wodurch den da durchfließenden Flüssigkeiten ein Wechsel in Richtung
und auch in Geschwindigkeit gegeben wird wegen der unterschiedlichen Abstände an
den Flanken und Scheiteln. Wegen ihrer großen Tiefe und Teilung verstärken oder
versteifen diese Wellungen die Platten, so daß diese nicht durch Druckunterschied
an ihren gegenüberliegenden Flächen deformiert werden; ebenfalls ist dadurch ein
leichtes Reinigen der Platten möglich. Die zwischen den Platten hindurchströmenden
Flüssigkeiten stoßen gegen die Flanken und Scheitel 13, 14, 15, 16 der Wellungen
und erleiden aufeinanderfolgende wellenförmige Bewegungen und somit Richtungs- und
Geschwindigkeitswechsel, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Flüssigkeiten wesentlich
verbessert wird, als es bei Benutzung von flachen Platten möglich wäre.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser verbesserte Wärmeaustausch
zwischen den Flüssigkeiten noch weiter erhöht, ohne daß dadurch eine Verminderung
der Plattenstärke oder -steifigkeit auftritt, indem .kleinere Wellungen in zumindest
einigen der Wände, Seitenflanken und/oder Scheitelstücke, der großen oder Hauptwellungen
ii gebildet werden, wobei die kleineren Wellungen sich parallel oder im wesentlichen
parallel zu den großen Wellungen erstrecken. Fig. 3 zeigt Teile eines Paares gegenüberliegender
Platten io° gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, aus welcher ersichtlich ist,
daß in jeder geneigten Flanke einer jeden großen Wellung ii kleine Wellungen
17 gebildet sind, die sich parallel zu den großen Wellungen erstrecken. Bei
dieser Konstruktion wird jede kleine Wellung 17 gebildet mit
Hilfe
von relativ geneigten ebenen Flankenteilen 18, i9, welche an ihrem Gipfel vereinigt
sind mit einem runden Scheitelstück 20 und an ihrer Basis durch ein weiteres rundes
Fußstück 21 und so die Verbindung mit der nächsten angrenzenden Wellung herstellen.
Die höchsten Teile 17 einer jeden großen Wellung ii umfassen ein kurzes flaches
Teilstück 22, und der unterste Teil 17 an jeder Flanke der großen Wellung ii ist
mit der untersten Wellung 17 der nächsten angrenzenden Wellung ii mit Hilfe eines
kurzen flachen Teilstückes 23 verbunden, wobei die Stücke 22 und 23 parallel zur
Plattenfläche verlaufen.
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Fig.4 zeigt eine abgeänderte erfindungsgemäße Plattenausführung. Bei
dieser Ausführung werden die kleineren Wellungen 17a erzeugt durch aufeinanderfolgende
wechselseitig gekrümmte Flankenteile 25, 26, und der Scheitel einer jeden großen
Wellung ii wird gebildet mit Hilfe eines konvexen Scheitelstückes 27, und die angrenzenden
großen Wellungen sind miteinander verbunden durch konkave Fußstücke 28. So sind
bei dieser Ausführungsform keine flachen parallelen Teilstücke in der Strömungsrichtung
der Flüssigkeiten vorhanden, und die Durchlässe zwischen den Platten bestehen aus
einer Folge von bogenförmigen konvergenten-divergenten Teilen, die eine Änderung
der Durchlaßbreite zwischen den Platten bewirken, um einen Richtungs- und Geschwindigkeitswechsel
und eine Turbulenz zu erzeugen, wodurch ein .größeres Verhältnis des Wärmeaustausches
zwischen den entsprechenden Flüssigkeiten erzielt wird.
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Fig. i zeigt eine Einzelplatte mit großen und kleinen Wellungen, wie
sie auch in Fig. 3 dargestellt sind. In dieser Figur bezeichnen 32 und 33 die Einlaß-
und Auslaßöffnungen, während 31 und 3o die Überleitöffnungen darstellen. Eine jede
Platte hat obere und untere Montageaussparungen 34 und 35 und ist mit einer Randnut
36 (s. auch Fig. 2) zur Aufnahme der üblichen Hanfdichtung (nicht dargestellt) versehen.
Nuten 37 zur Aufnahme der Dichtung sind auch um die Öffnungen herum vorgesehen und
überall, wo es üblicherweise gefordert wird.
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Die großen Wellungen 11a können, wie dargestellt, eine Teilung p (Fig.
3) haben, die größer ist als ihre Tiefe h. Zum Beispiel kann die Teilung p zwei-
bissechsmal so groß sein wie die Tiefe h. In ähnlicher Weise können die kleineren
Wellungen 17 oder 17` (Fig. 4) eine Teilung p' haben, die größer ist als ihre Tiefe
h', wie auch in Fig. 3 dargestellt. Die Teilung p' der Wellungen 17 kann
etwa ein Drittel bis ein Achtel der Teilung p der Wellungen ija sein, und die Tiefe
h' der Wellungen 17 kann ein Viertel bis ein Zwanzigstel der Tiefe h der
großen Wellungen betragen. Vorzugsweise können das Teilungsmaß und dieTiefe der
entsprechenden Wellungen einer Platte übereinstimmen mit denen der angrenzenden
Platten.
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Es ist von Interesse, zu bemerken, daß das Anbringen von kleineren
Wellungen 17 oder 17a, wenn sie es überhaupt tun, keineswegs materialmäßig Steifigkeitserhöhung
hervorruft gegen die Deformation unter dem Flüssigkeitsdruck, sondern nur zu dem
Zweck vorgesehen sind, ein größeres Verhältnis der Wärmeübertragung zu bewirken
oder bei einem gegebenen Wärmeübertragungsverhältnis einen größeren Minimalabstand
zwischen zwei gegenüberliegenden Platten zu erreichen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Enden 40 der großen Wellungen
iia nach außen geneigt, in Richtung auf Randnut oder Randkanal 36, wobei eine solche
Neigung vorzugsweise ungefähr den Flächen der Flanken dieser Wellungen entspricht.
Bei der dargestellten Anordnung werden die Platten hergestellt durch Pressen von
Metallblechen, wie z. B. Kupfer oder fehlerlosem Stahl, und wenn sich dann die großen
Wellungen bis zum inneren Rand des Kanals 36 erstrecken, ist eine Neigung zum Reißen
beim Preßvorgang vorhanden. Um dies zu vermeiden, können die Wellungen ija kurz
vor dem Kanal 36 aufhören, wie bei 38 in Fig.6 dargestellt. Wenn die Platten
jedoch auf diese Art und Weise hergestellt wurden, hinterlassen die zusammengebauten
Platten Kanäle, die sich entlang der Randstücke der Platten erstrecken und parallel
zu den Seiten der Randnut 36 verlaufen, durch welche die Flüssigkeiten sich einen
Ausweg zu bahnen versuchen, wodurch die allseitige Wirksamkeit der Platten vermindert
wird. Um diese Tendenz auszuschließen oder zu verringern, wird gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung eine kleine Wellung 41 (Fig.6) vorgesehen an einem jeden
Ende 4o einer jeden Wellung Zia, wobei sich diese Wellung 41 vom oberen Rande der
Wellung ija zum inneren Rande der Nut 36 erstreckt und der übrigbleibende Teil des
Endes der Wellung Zia kurz vor der Randnut 36 endet. Die Wellungen 41 können, wie
dargestellt, Fortsetzungen der kleineren Wellung 17 oder i7a auf dem Scheitel einer
jeden Wellung iia oder davon abweichende von irgendeinem der anderen kleinen Wellungen
sein, die in den Seitenwänden der großen Wellungen vorgesehen sind. Diese kleinen
Endwellungen 41 rufen einen Richtungswechsel der Flüssigkeiten hervor, welche dazu
neigen, an den Platten in der Nähe der Nut 36 vorbeizukommen; die kleinen Endwellungen
vermindern also oder schließen aus einem aus dieser Neigung herrührenden Verlust
an Wirksamkeit.
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Wenn schon die Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in Anlehnung
an die Zeichnungen dargestellt sind, geeignete Ausgestaltungen der kleineren Wellungen
darstellen, so soll doch betont werden, daß die Ausgestaltungen nicht auf die dargestellten
Ausgestaltungen beschränkt sind, sondern daß man ihnen auch andere Ausführungsformen
geben kann.
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Weiter wird darauf hingewiesen, daß die zwei Endwände der Vorrichtung
in entsprechender Weise mit Herauspressungen und Vorsprüngen versehen sein können,
welche mit den großen und kleinen Weilungen in die benachbarten Platten ioa eingreifen.