AT393162B - Plattenwaermeaustauscher mit besonderem profil der waermeaustauschzone - Google Patents

Description

AT 393 162 B

Die Erfindung betrifft die Formgebung des Wärmeaustauschprofiles von Plattenwärmeaustauschem wie sie für den Wärmeaustausch zwischen meist flüssigen Medien Verwendung finden. Plattenwärmeaustauscher bestehen aus mindestens drei, meistens jedoch mehreren einzelnen voneinander lösbaren Plattenelementen aus gepreßtem Blech, deren flüssigkeitsberührter Mittelteil von einer Dichtung umgeben ist, die in einer Randnut sitzt. Die 5 einzelnen Wärmeaustauschplatten werden mittels zweier massiver Platten üblicherweise über Spannschrauben zusammengehalten.

Der Wirkungsgrad eines Wärmeaustauschers wird in erster Linie durch die Gestaltung des Wärmeaustauschprofiles bestimmt. Dieses Profil soll idealerweise eine hohe Turbulenz erzeugen, um die Wärmeübertragung optimal zu gestalten, andererseits jedoch nur einen geringen Durchflußwiderstand erzeugen, um den Energiebedarf 10 der Förderpumpe niedrig zu halten.

Eine weitere Anforderung an das Wärmeaustauschprofil ist jene der Abstützung zwischen den einzelnen Wärmeaustauschplatten, die dafür sorgt, daß der Plattenabstand bei Druckunterschieden in den einzelnen Strömungskanälen konstant bleibt.

Die Praxis hat bestätigt, daß eine sehr günstige Form des Wärmeaustauschprofiles jene von sich unter einem 15 bestimmten Winkel kreuzender Wellen darstellt. Diese Profilart ergibt eine gute Wärmeübertragung bei verhältnismäßig niedrigem Druckverlust. Die Neigung des Winkels gegen die Fließrichtung bestimmt das Verhältnis Wärmeübergang zu Druckverlust. Ferner stehen bei dieser Profilausführung genügend Abstützpunkte zur Verfügung, ohne daß die harmonische Strömung durch zusätzlich notwendige Abstützpunkte gestört wird.

Die meisten Plattenwärmeaustauscher besitzen die Eigenschaft, daß die Strömungsmerkmale zweier 20 benachbarter Plattenzwischenräume gleichartig sind, das heißt es treten auf beiden Seiten der Wärmeaustauschplatte gleich hohe Wärmeübergangszahlen auf sofeme man voraussetzt, daß die beiden Medien gleiche physikalische Daten besitzen und in gleichen Mengen durch beide Plattenzwischemäume strömen. Auch die Druckverluste sind unter diesen Voraussetzungen gleich hoch.

Es ist hinlänglich bekannt, daß bei stark unterschiedlichen Flüssigkeitsmengen, bzw. bei unterschiedlicher 25 Viskosität der im Wärmeaustausch stehenden Medien es ein großer Vorteil ist, die FUeßkanäle den jeweiligen Medien anzupassen, um nicht den Nachteil hoher Durchflußwiderstände in Kauf nehmen zu müssen, bzw. den Durchflußwiderstand niedrig zu halten, ohne unnötig viele Strömungswege parallel schalten zu müssen.

Um die Strömungskanäle den oben angeführten Erfordernissen anzupassen, sind einige Ausführungsformen bekannt, zum Beispiel eine Lösung bei der jeder zweite Fließweg mit einer überhöhten Dichtung versehen wird, 30 um damit einen größeren Plattenabstand und somit auch einen größeren Durchflußquerschnitt zu erzielen. Diese Lösung weist den Nachteil auf, dann nicht anwendbar zu sein, wenn der mit der normal hohen Dichtung versehene Fließkanal einen höheren Druck auf weist als der benachbarte, da in diesem Fall die für die Abstützung notwendigen Punkte nicht aufliegen. Einen weiteren Nachteil stellt die geringere Turbulenz dar, die im erweiterten Fließkanal entsteht. 35 Weiters sind Lösungsbeispiele bekannt, bei denen die unterschiedlichen Strömungsmerkmale bei gleichbleibenden Strömungsquerschnitten dadurch erreicht werden sollen, daß bei den Strömungskanälen für das eine Medium die Wellen einander kreuzen, während sie beim zweiten Medium, für welches ein geringerer Durchflußwiderstand erzielt werden soll, parallel zueinander stehen.

Als nachteilig bei dieser Ausführung ist es anzusehen, daß sich die Abstützpunkte, die man bei den 40 Fließkanälen mit den parallelen Wellen benötigt, um die notwendige Druckfestigkeit zu erreichen, bei der Schaltung mit den sich kreuzenden Wellen als Wirkungsgrad mindernd erweisen, da sie die angestrebte Turbulenz, wie sie bei reinen, sich nur kreuzenden Wellen auftritt, verringern.

Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung ist die Anfälligkeit der Strömungskanäle, sich bei Anwesenheit größerer Feststoffanteile im fließenden Medium zu verlegen, da die Strömungsquerschnitte gleich groß sind, 45 sowie die hohen Herstellungskosten der Preßwerkzeuge.

Außerdem sind infolge der vorhandenen gleichen mittleren Strömungsquerschnitte für die beiden Medien dem Unterschiedsgrad in der Strömungscharakteristik enge Grenzen gesetzt.

Der Erfindungsgegenstand weist hier einen völlig neuen Weg: Bei ihm werden Wärmeaustauschplatten gleich«: Schichtstärke mit einander kreuzenden Wellen verwendet, die sich beidseitig gegeneinander äbstützen und 50 dennoch unterschiedliche Strömungsquerschnitte und damit unterschiedliche Strömungsmerkmale für die im Wärmeaustausch stehenden Medien bilden.

Beim erfindungsgemäßen Gegenstand werden unter Verwendung von zwei Arten von Wärmeaustauschplatten Fließkanäle mit unterschiedlichen Strömungsmerkmalen gebildet. Die Platten sind in bekannter Weise mit zahlreichen, schräg zur Fließrichtung verlaufenden, wellenförmigen Auspressungen versehen, deren Höhe gleich 55 dem Plattenabstand ist

Die zwei Wärmeaustauschplattentypen unterscheiden sich dadurch, daß die Platte (A) (Fig. 1) auf der Dichtungsseite mehr Strömungsquerschnitt aufweist als auf der der Dichtung gegenüberliegenden Seite. Die Platte der Type (B) (Fig. 2) weist auf der Dichtungsseite einen kleineren Strömungsquerschnitt auf, als auf der der Dichtung gegenüberliegenden Seite. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht es, dem 60 Wärmeaustauscher für das 1. Medium eine wesentlich andere Strömungscharakteristik zu geben, als für das 2. Medium, in dem abwechselnd die Plattentypen (A) und (B) aneinander gereiht werden.

Der Gegenstand der Erfindung weist weiters den Vorteil auf, eine reine, Wirkungsgrad begünstigende -2-

Claims (4)

1. AT 393 162 B Wellenplatte darzustellen und auch bei gleicher Plattenschichtstärke große und kleine Fließkanäle zu eihalten, in denen verschieden große Fließgeschwindigkeiten und damit verschieden hohe Turbulenz herrschen. Die Anpassung an verschiedene Flüssigkeitsmengen bzw. verschiedene Viskositäten ist durch die in weiten Grenzen freie Wahl der Unterschiede der Strömungsquerschnitte auf der Dichtungsseite bzw. der der Dichtung abgekehrten Seite wesentlich besser möglich als durch die bisher bekannten Lösungen. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführung sind die einseitig großen Fließkanäle, die ein Durchströmen auch größerer Feststoffe im Medium ermöglichen - sowie die Einfachheit des Preßwerkzeuges. In der Zeichnung sind die beiden erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplattentypen (A) (Fig. 1) und (B) (Fig. 2) dargestellt. _ _ In Fig. 3 ist der Schnitt (I * II) durch die Platte (A) dargestellt. In der Fig. 4 ist der Schnitt (ΠΙ - IV) durch die Platte (B) dargestellt. Die Fig. 5 zeigt die verschieden großen Fließkanalquerschnitte eines Plattenwäimeaustauschers, bei der abwechselnden Anordnung von Platten der Typen (A) und (B). Die Fig. 6 zeigt die Aufeinanderfolge der Plattentypen (A) und (B), wobei die Wellen (SA) bzw. (5B) jeweils die Begrenzungsebenen (7) bzw. (8) oder (9) bzw. (10) erreichen, während die Wellen (5A') bzw. (5B') niedriger ausgebildet sind (siehe Lage der Begrenzungsebenen Fig. 3 bzw. Fig. 4). Die Fig. 7 zeigt eine Aufeinanderfolge von Plattentypen (A) und (B), wobei die Platten der Type (A) einen kleineren Abstand zwischen den Begienzungsebenen (7) bzw. (8) aufweisen als die Platten der Type (B) zwischen den Begrenzungsebenen (9) bzw. (10). Die Fig. 8 zeigt vier aufeinanderfolgende Platten der Typen (C)-(A)-(C)-(A), von denen die Platten der Type (A) das Profil gemäß Fig. 3 aufweisen, während die Platten der Type (C) ein Profil aufweisen, dessen Wellenform gleiche Flächenanteile oberhalb bzw. unterhalb bis zu den theoretischen Begrenzungsebenen (7) bzw. (8) oder (9) bzw. (10) aufweisen. Die Fig. 1 bzw. 2 zeigen die Platten (A) bzw. (B), deren flüssigkeitsberührenden Mittelteile (1) von einer Dichtung (2) umgeben sind. Die Dichtung liegt in einer Randnut (3), die in den Fig. 3,4 und 5 ersichtlich ist. In dem rechteckigen Mittelteil (1) sind schräg zur Längsachse (4) verlaufende Wellen (5A) bzw. (5B) angeordnet, die sich in einem Winkelmit der Querachse (6) kreuzen. Die Fig. 3 stellt den Schnitt (I-Π) durch das Wellenprofil der Plattentype (A) (Fig. 1) dar. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Flächen oberhalb der Wellen (5A) bis zur theoretischen Begrenzungsebene (7) größer sind als die Flächen unterhalb der Wellen bis zur theoretischen unteren Begrenzungsebene (8). Die Fig. 4 stellt den Schnitt (ΠΙ - IV) durch das Wellenprofil der Plattentype (B) (Fig. 2) dar. Es ist deutlich zu sehen, daß die Flächen oberhalb der Wellen (5B) bis zur theoretischen Begrenzungsebene (9) deutlich kleiner sind als die Flächen unterhalb da Wellen bis zur theoretischen Begrenzungsebene (10). Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Mittelteile eines Plattenwärmeaustauschers, gebildet durch die abwechselnde Reihenfolge der Plattentypen (A)-(B)-(A)-(B) usw., die übereinander gelegt montiert, abwechselnd für jedes der beiden Strömungsmedien, große Strömungskanäle (12) und kleine Strömungskanäle (11) ergeben. Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch vier Wärmeaustauschplatten (A)-(B)-(A)-(B), bei denen zwischen Wellen, deren Höhe gleich dem Plattenabstand ist, (die Wellen (5A) bzw. (5B) erreichen jeweils die Begrenzungsebenen (7) bzw. (8)) Wellen geringerer Höhe (5A') bzw. (5B') angeordnet sind, die die Begrenzungsebenen in ihrer Höhe nicht »reichen. Hiedurch kann der Unterschied der Strömungskanäle (11) und (12) noch größer ausgeführt werden als bei Fig. 5. Die Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch vier Wärmeaustauschplatten (A)-(B)-(A)-(B), bei denen die Platten der Type (A) mit den Wellen (5) eine kleinere Distanz zwischen den Begrenzungsebenen (7) bis (8) auf weisen als die Platten der Type (B) mit den Wellen (5) (Distanz zwischen den Begrenzungsebenen (9) und (10)). Die Fig. 8 zeigt vier aufeinanderfolgende Platten (C)-(A)-(C)-(A), wobei die Platten der Type (A) das Profil gemäß Fig. 3 aufweisen, während die dazwischenliegenden Platten der Type (C) ein Profil aufweisen, deren Querschnittsflächen oberhalb und unterhalb der Wellen bis hin zu den jeweiligen Begrenzungsebenen gleich sind. PATENTANSPRÜCHE 1. Plattenwärmeaustauscher bestehend aus zwei massiven Platten, zwischen denen drei oder mehrere aneinandergeieihte aus Blech gepreßte Wärmeaustauschplatten eingespannt sind, wobei mindestens zwei Plattenarten unterschiedlicher Formgebung des wärmeaustauschenden Mittelteils (der Plattenarten) verwendet -3- AT 393 162 B werden, deren flüssigkeitsberührter Mittelteil von einer Dichtung umgeben ist, welche in einer Randnut liegt und diese Platten in ihrem Mittelteil zahlreiche schräg zur Plattenachse verlaufende Wellenprofile besitzen, wobei sich diese im übereinandergelegten montierten Zustand kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschplatten der Type (A) ein Wellenprofil (5A) aufweisen, dessen Querschnittsfläche bis hin zur 5 oberen Begrenzungsebene (7) größer ist als die Querschnittsfläche unterhalb der Wellen bis hin zur gedachten Begrenzungsebene (8), während die Plattentype (B) ein Wellenprofil (5B) aufweist, welches eine kleinere Querschnittsfläche bis hin zur Begrenzungsebene (9) aufweist als hin zur Begrenzungsebene (10), sodaß bei abwechselndem Übereinanderlegen der Platten der Type (A) und (B) im Wärmeaustauscher verschieden große Strömungskanäle für die im Wärmeaustausch befindlichen Medien entstehen. 10
2. 2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wellenprofilen (5A) bzw. (SB), die die Höhe des Abstandes zwischen zwei benachbarten Begrenzungsebenen (7,8,9,10) anfweisen, Wellenprofile geringerer Höhe (5A') bzw. (5B') angeordnet sind (Fig. 6). IS
3. 3. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenprofile (SA) und (SB) ungleiche Höhe aufweisen (Fig. 7).
4. 4. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Platten mit dem gemäß Patentanspruch 1 beschriebenen Wellenprofil sich eine solche mit einem Wellenprofil befindet, 20 deren Querschnittsflächen oberhalb und unterhalb der Wellen bis hin zu den jeweiligen Begrenzungsebenen gleich sind (Fig. 8). 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-