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DE1269144B - Plate heat exchanger - Google Patents

Plate heat exchanger

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Publication number
DE1269144B
DE1269144B DEP1269A DE1269144A DE1269144B DE 1269144 B DE1269144 B DE 1269144B DE P1269 A DEP1269 A DE P1269A DE 1269144 A DE1269144 A DE 1269144A DE 1269144 B DE1269144 B DE 1269144B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insert
channel
heat exchanger
channels
plate heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEP1269A
Other languages
German (de)
Inventor
William H Stahlheber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TRANE SOC
Original Assignee
TRANE SOC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRANE SOC filed Critical TRANE SOC
Publication of DE1269144B publication Critical patent/DE1269144B/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Number:
File number:
Registration date:
Display day:

F28dF28d

Deutsche KL: 17 f-5/30German KL: 17 F-5/30

1269 144
P 12 69 144.0-13
28. April 1964
30. Mai 1968
1269 144
P 12 69 144.0-13
April 28, 1964
May 30, 1968

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit mindestens einem Durchgangskanal für ein Fluid, das zugleich in flüssiger und dampfförmiger Phase vorliegt, mit einem Verteilraum für die dampfförmige Phase vor der Eintrittsöffnung des Durchgangskanals und einem senkrecht zu den Platten im Verteilraum angeordneten Sprührohr, welches Sprühöffnungen für den Durchgang der flüssigen Phase aufweist.The invention relates to a plate heat exchanger with at least one passage for a fluid, which is present at the same time in the liquid and vapor phase, with a distribution space for the vapor phase Phase in front of the inlet opening of the through-channel and one perpendicular to the plates in the distribution space arranged spray tube, which has spray openings for the passage of the liquid phase.

Ein derartiger Wärmetauscher ist durch die deutsche Patentschrift 889 136 bekannt. Nach dieser Patentschrift sind durch eine Vielzahl von Platten mehrere parallele Durchgangskanäle entsprechend dem üblichen Aufbau eines Plattenwärmetauschers geschaffen. Durch die Anordnung des Sprührohrs und der Sprühöffnungen gemäß dieser Patentschrift wird bereits eine gewisse, im Ausmaß in der Patentschrift nicht erörterte gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase auf die einzelnen Durchgangskanäle erreicht. Als. Nachteil verbleibt hierbei jedoch, daß innerhalb des einzelnen Durchgangskanals, bedingt durch die Zufälligkeit der Strömungsverhältnisse für die gasförmige Phase im Verteilraum und die Zufälligkeit der Verteilung in den Sprühkegeln der flüssigen Phase, für beide Phasen keine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Durchgangskanals erreicht wird; erst recht nicht wird ein ungefähr über den Querschnitt des einzelnen Durchgangskanals gleichbleibendes Verhältnis der Mengenanteile an flüssiger und gasförmiger Phase gewährleistet.Such a heat exchanger is known from German patent specification 889 136. After this Patent specification are a plurality of plates corresponding to a plurality of parallel through channels created the usual structure of a plate heat exchanger. Due to the arrangement of the spray tube and of the spray openings according to this patent specification is already a certain, to the extent in the patent specification Uniform distribution of the liquid phase to the individual through-channels, which was not discussed, was achieved. As. The disadvantage here, however, remains that within the individual through-channel, due to the Randomness of the flow conditions for the gaseous phase in the distribution space and the randomness the distribution in the spray cones of the liquid phase, no uniform distribution for both phases is achieved across the cross-section of the through-channel; certainly not an about over the cross-section of the individual through-channel constant ratio of the proportions liquid and gaseous phase guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Ausführung zu beseitigen und eine möglichst gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase über den Querschnitt des Durchgangskanals zu erreichen. The invention is based on the object of eliminating these disadvantages of the known design and to achieve the most uniform possible distribution of the liquid phase over the cross-section of the through-channel.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Durchgangskanal eine an sich bekannte Rippeneinlage angeordnet ist, durch die mindestens der Eintrittsabschnitt des Durchgangskanals in mehrere, voneinander getrennte Teilkanäle unterteilt ist, und daß die Sprühöffnungen derart am Sprührohr über einen in einer Radialebene liegenden Umfangsbereich verteilt sind, daß ihre Mittellinien in gleichmäßiger Verteilung auf die Eintrittsöffnungen der Teilkanäle treffen.This object is achieved according to the invention in that a known per se in the through channel Ribbed insert is arranged through which at least the entry section of the through channel is divided into several separate sub-channels, and that the spray openings in such a way on the spray tube are distributed over a circumferential area lying in a radial plane that their center lines in meet evenly distributed on the inlet openings of the sub-channels.

Weiter ist aus der USA.-Patentschrift 2439 208 bereits ein Plattenwärmetauscher bekannt, in dessen Durchgangskanälen Rippeneinlagen angeordnet sind, durch die der Durchgangskanal in mehrere voneinander getrennte Teilkanäle unterteilt ist. Bei diesem bekannten Wärmetauscher ist nahe den Rippeneinlangen eine die Durchmischung und die gleichmäßige Verteilung auf die Teilkanäle fördernde, PlattenwärmetauscherA plate heat exchanger is also known from US Pat. No. 2439 208, in which Passage channels are arranged through which the passage channel in several separate sub-channels is divided. In this known heat exchanger is close to Ribs in length promote mixing and even distribution over the sub-channels, Plate heat exchanger

Anmelder:Applicant:

Societe Trane, Golbey (Frankreich)Societe Trane, Golbey (France)

Vertreter:Representative:

Dr. H. H. Willrath und Dr. D. Weber,Dr. H. H. Willrath and Dr. D. Weber,

Patentanwälte, 6200 Wiesbaden, Hildastr. 18Patent Attorneys, 6200 Wiesbaden, Hildastr. 18th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

William H. Stahlheber, LaCrosse, Wis. (V. St. A.)William H. Stahlhub, LaCrosse, Wis. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 29. April 1963 (276 441)V. St. v. America April 29, 1963 (276 441)

quer zur Strömungsrichtung verlaufende, durchbrochene Scheibe den Rippeneinlagen vorgeschaltet. Die durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher erzielbare gleichmäßige Verteilung beider Phasen über den Querschnitt des ganzen Durchgangskanals läßt sich jedoch mit diesem bekannten Wärmetauscher ebenfalls nicht erzielen.Openwork disc running transversely to the direction of flow is placed upstream of the rib inlays. The even distribution of both that can be achieved by the plate heat exchanger according to the invention Phases over the cross-section of the entire through-channel can, however, be used with this known Heat exchanger also does not achieve.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers, bei dem die Rippeneinlage nur einen Teil des Querschnitts des Durchgangskanals einnimmt, zeichnet sich dadurch aus, daß an diese Rippeneinlage eine Verbreiterungseinlage anschließt, deren Teilkanäle einerseits die Teilkanäle der Rippeneinlage fortsetzen, andererseits auf den im wesentlichen ganzen Querschnitt des Durchgangskanals ausmünden. An embodiment of the plate heat exchanger according to the invention, in which the rib insert occupies only part of the cross-section of the through-channel, is characterized by the fact that this Ribbed insert is connected to a widening insert, the partial channels of which are on the one hand the partial channels of the rib insert continue, on the other hand open onto the substantially entire cross-section of the through-channel.

Eine besonders gute Durchmischung läßt sich mit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erzielen, welche darin besteht, daß an die Verbreiterungseinlage eine sich über den ganzen Querschnitt des Durchgangskanals erstreckende Durchmischungseinlage anschließt, die aus quer zur Strömungsrichtung verlaufenden durchbrochenen Rippen besteht.A particularly good mixing can be achieved with a further advantageous embodiment of the invention achieve, which consists in the fact that the widening insert extends over the whole Cross-section of the through-channel extending intermixing insert, which is made transversely to There is openwork ribs running in the direction of flow.

Mit besonderem Vorteil ist der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher in Anlagen zur Gastrennung durch tiefe Temperaturen verwendbar. Die Erfindung bezieht sich daher auf die Verwendung des Plattenwärmetauschers in solchen Anlagen.The plate heat exchanger according to the invention is particularly advantageous in systems for gas separation usable through low temperatures. The invention therefore relates to the use of the plate heat exchanger in such systems.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail, for example, using the figures. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch einen einzelnen Durohgangskanal des erfindungsgemäßen Plattenwärme-Fig. 1 is a section through a single Durohgangskanal of the plate heat according to the invention

809 557/S03809 557 / S03

tauschers, wobei dieser Kanal mit dem Verteilraum in Verbindung steht,exchanger, whereby this channel is in connection with the distribution chamber,

F i g. 2 eine Schrägansicht eines Teils des in den Durchgangskanälen des Wärmetauschers verwendeten Rippenmaterials,F i g. Figure 2 is an oblique view of part of that used in the passage channels of the heat exchanger Rib material,

Fig. 3 eine Schrägansicht eines Teils eines in den Durchgangskanälen verwendeten, mit Durchbrüchen versehenen Rippenmaterials,3 shows an oblique view of a part of a used in the through channels, with openings provided rib material,

F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Sprührohrs und F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4.F i g. 4 is an enlarged view of a portion of the spray tube; and FIG. 5 shows a section along the line V-V in FIG. 4th

An der Oberseite des Kerns neben dem Sammler 74 des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist ein Verteilraum.80 vorgesehen. Jeder Durchgangskanal78 hat einen in den Verteüraum 80 führenden Einlaß für das Wärmetauschfluid. Das in den Einlaß eintretende Fluid fließt nach unten durch eine aus einem gewellten Metallblech- 28 bestehende, nicht durchbrochene, mit den Wellenscheiteln in Hauptströmungsrichtung verlaufende, im wesentlichen dreieckige Rippeneinlage 84. Das aus den beiden unteren Seiten der dreieckigen Rippeneinlage 84 austretende Fluid wird über die ganze Breite des Durchgangskanals 78 durch Verbreiterungseinlagen 86 aus diagonal verlaufendem Rippenmaterial 30' verteilt. Jeweils eine solche trapezförmige Einlage ist auf jeder Seite der bereits oben erwähnten dreieckigen Rippeneinlage 84 vorgesehen. Unterhalb der trapezförmigen Verbreiterungseinlagen 86 befindet sich eine rechteckige Durchmischungseinlage 88 aus durchbrochenem, querverlaufendem Rippenmaterial 30. Das von den trapezförmigen Verbreiterungseinlagen 86 kommende Fluid muß durch die Einlage 88 in einer Richtung senkrecht zu den Stegen 16 des Rippenmaterials 30 hindurchfließen. Da das Rippenmaterial 30 mit Durchbrüchen 31 versehen ist, die 10 bis 20% seiner gesamten Oberfläche ausmachen, ist der Strömungswiderstand für das Fluid in der Hauptströmungsrichtung größer als quer dazu.On the upper side of the core next to the collector 74 of the heat exchanger according to the invention is a distribution space 80 intended. Each through-channel 78 has an inlet for the Heat exchange fluid. The fluid entering the inlet flows down through one of a corrugated Sheet metal - 28 existing, uninterrupted, with the wave crests in the main flow direction running, essentially triangular rib insert 84. That of the two lower ones Fluid exiting the sides of the triangular rib insert 84 is made diagonally across the entire width of the through-channel 78 by widening inserts 86 extending rib material 30 'distributed. Such a trapezoidal insert is on each one Side of the triangular rib insert 84 already mentioned above is provided. Below the trapezoidal Widening inserts 86 there is a rectangular intermixing insert 88 made of openwork, transverse rib material 30. The one coming from the trapezoidal widening inserts 86 Fluid must pass through the liner 88 in a direction perpendicular to the webs 16 of the fin material 30 flow through it. Since the rib material 30 is provided with openings 31, the 10 to 20% of its make up the entire surface area, is the flow resistance for the fluid in the main flow direction larger than across it.

Die Wirkung der Durchmischungseinlage 88 besteht in einer gleichmäßigeren Verteilung des Fluids, das von der Verbreiterungseinlage 86 kommt. Nach gründlicher Verteilung über die gesamte Durchgangskanalbreite fließt das Wärmetauschfluid durch eine mittlere Einlage 90 aus durchbrochenem, in Längsrichtung verlaufendem Rippenmaterial 30", von wo aus das Fluid in einen trapezförmigen Abschnitt von durchbrochenem, diagonal verlaufendem Rippenmaterial 30'" hineinfließt, in dem das Fluid auf die eine Seite des Durchgangskanals 78 abgelenkt und dem Auslaß 92 über eine im wesentlichen dreieckig geformte, nicht durchbrochene, in Längsrichtung verlaufende Rippeneinlage 94 zugeleitet wird. Der Sammler 96 sammelt das Wärmetauschfluid, das aus dem Auslaß 92 austritt, und führt es der Auslaßleitang 98 zu. Das Wärmetauschfluid wird innerhalb jedes Durchgangskanals 78 durch Seiten- und Stirnstäbe 38 geführt, die zwischen den unter gegenseitigem Abstand befindlichen Platten 18 an deren Umfangskanten vorgesehen sind.The effect of the mixing insert 88 consists in a more even distribution of the fluid that comes from the widening insert 86. After thorough distribution over the entire width of the passageway, the heat exchange fluid flows through a central insert 90 of perforated, longitudinally extending rib material 30 ", from where the fluid flows into a trapezoidal section of perforated, diagonal rib material 30 '", in which the fluid flows one side of the through-channel 78 is deflected and fed to the outlet 92 via a substantially triangular-shaped, uninterrupted, longitudinally extending rib insert 94. The collector 96 collects the heat exchange fluid exiting the outlet 92 and supplies it to the outlet conduit 98. The heat exchange fluid is passed within each passage 78 through side and end rods 38 which are provided between the mutually spaced plates 18 on their peripheral edges.

Besonders wird hingewiesen auf den querverlaufenden VerteHraum 80, der über den Eintrittsöffnungen 82 der durch die Rippenstege 16 des gewelllten Metallblechs 28 gebildeten Teilkanäle angebracht ist. Der Verteilraum 80 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt, dessen Enden geschlossen sind. Von der konvexen Seite erstreckt sich an beiden Enden dieses Sammlers eine Einlaßleitung 100 für gasförmiges Fluid nach oben. Die Einlaßleitungen 100 sowie die übrigen, zum Teil für andere Kanäle des Wärmetauschers verwendeten Leitungen 98, 24 und 36 sind mit Verstärkungsstiften 102 versehen.Attention is drawn to the transverse vertical space 80, which is above the inlet openings 82 of the sub-channels formed by the rib webs 16 of the corrugated metal sheet 28 is attached. The distribution space 80 has a semicircular cross section, the ends of which are closed. Of the On the convex side, an inlet line 100 for gaseous gas extends at both ends of this collector Fluid up. The inlet lines 100 and the rest, partly for other channels of the heat exchanger The lines 98, 24 and 36 used are provided with reinforcing pins 102.

Durch den Verteüraum 80 und durch dessen Enden hindurch verläuft ein Sprührohr 104. Dieses Sprührohr 104 erstreckt sich über sämtliche Einlasse der Durchgangskanäle 78. Eine Reihe von acht radialen, im wesentlichen runden Sprühöffnungen 106 (s. F i g. 4) ist oberhalb jedes Einlasses im Sprührohr vorgesehen. Das Sprührohr 104 dient der gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase auf die Durchgangskanäle 78 und innerhalb dieser Kanäle praktisch unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der dampfförmigen Phase in den Einlassen der Durchgangskanäle 78.A spray tube 104 runs through the distribution space 80 and through its ends. This spray tube 104 extends over all the inlets of the through channels 78. A series of eight radial, substantially round spray orifice 106 (see Figure 4) is above each inlet in the spray tube intended. The spray tube 104 is used to evenly distribute the liquid phase on the Passage channels 78 and within these channels practically independent of the flow rate of the vapor phase in the inlets of the passageways 78.

Um eine gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase am Einlaß zu erzielen, hat sich jedoch herausgestellt, daß der Abstand der radial verlaufenden Bohrungen 106 ungleich sein muß. Aus diesem Grunde ist darauf hinzuweisen, daß die Bohrungen an den Enden jeder Reihe näher aneinanderliegen als die Öffnungen in der Mitte der Reihe. Bei dem hier beschriebenen Sprührohr beträgt der Winkelabstand der einzelnen Bohrungen in jeder Reihe 9,5, 14, 19,5, 22, 19,5, 14 und 9,5°, wie Fig. 5 der Zeichnung zeigt. Die Mittellinien der im wesentlichen kreisrunden Sprühöffnungen jeder Reihe verlaufen radial, von dem Sprührohr 104 ausgehend, durch die Fläche des Einlasses des jeweiligen Durchgangskanals 78 an über diesen Einlaß gleichmäßig verteilten Punkten. Mit diesem besonderen Abstand der einzelnen Sprühöffnungen voneinander hat sich in der Praxis eine völlig gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase auf die Teilkanäle erzielen lassen. Die Rippeneinlage 84 und gegebenenfalls die Verbreiterungseinlage 86 halten diese gleichmäßige Verteilung über die Gesamtbreite jedes Durchgangskanals 78 aufrecht. Die Durchmischungseinlage 88 vervollständigt die Verteilung sowohl der flüssigen als auch der dampfförmigen Phase vor dem Eintritt in den Mittelteil des Wärmetauschers.In order to achieve an even distribution of the liquid phase at the inlet, however, it has been found that the distance between the radially extending bores 106 must be unequal. For this Basically, it should be pointed out that the holes at the ends of each row are closer to one another than the openings in the middle of the row. With this one described spray tube, the angular distance between the individual holes in each row is 9.5, 14, 19.5, 22, 19.5, 14 and 9.5 °, as shown in FIG. 5 of the drawing. The center lines of the substantially circular Spray openings of each row extend radially from the spray tube 104 through the surface the inlet of the respective through-channel 78 at points evenly distributed over this inlet. With this particular distance between the individual spray openings from one another has in practice a let achieve completely uniform distribution of the liquid phase on the sub-channels. The rib inlay 84 and possibly the widening insert 86 keep this uniform distribution over the entire width each through channel 78 upright. The mixing liner 88 completes the distribution both the liquid and the vapor phase before entering the central part of the Heat exchanger.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Plattenwärmetauscher mit mindestens einem Durchgangskanal für ein Fluid, das zugleich in . flüssiger und dampfförmiger Phase vorliegt, mit " einem Verteüraum für die dampfförmige Phase vor der Eintrittsöffnung des Durchgangskanals und einem senkrecht zu den Platten im Verteüraum angeordneten Sprührohr, welches Sprühöffnungen für den Durchgang der flüssigen Phase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchgangskanal (78) eine an sich bekannte Rippeneinlage (84) angeordnet ist, durch die mindestens der Eintrittsabschnitt des Durchgangskanals in mehrere, voneinander getrennte Teilkanäle unterteüt ist, und daß die Sprühöffnungen (106) derart am Sprührohr (104) über einen in einer Radialebene liegenden Umfangsbereich verteilt sind, daß ihre Mittellinien in gleichmäßiger Verteilung auf die Eintrittsöffnungen (82) der Teilkanäle treffen.1. Plate heat exchanger with at least one passage for a fluid that is also in . liquid and vapor phase is present, with "a free space for the vapor phase in front of the inlet opening of the through-channel and one perpendicular to the plates in the storage room arranged spray tube, which spray openings for the passage of the liquid phase has, characterized in that a known per se in the through channel (78) Ribbed insert (84) is arranged through which at least the inlet section of the through channel is divided into several separate sub-channels, and that the spray openings (106) in this way on the spray tube (104) over a circumferential area lying in a radial plane are distributed so that their center lines are evenly distributed over the inlet openings (82) of the sub-channels meet. 2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Rippeneinlage nur einen Teil des Querschnitts des Durchgangskanals einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß an diese Rippeneinlage (84) eine Verbreiterungseinlage (86) anschließt,2. Plate heat exchanger according to claim 1, wherein the rib insert only part of the cross section of the passage channel, characterized in that this rib insert (84) is followed by a widening insert (86), deren Teilkanäle einerseits die Teilkanäle der Rippeneinlage fortsetzen, andererseits auf den im wesentlichen ganzen Querschnitt des Durchgangskanals ausmünden. whose sub-channels continue on the one hand the sub-channels of the rib insert, on the other hand to the im open out substantially the entire cross-section of the through-channel. 3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbreiterungseinlage (86) eine sich über den ganzen Querschnitt des Durchgangskanals erstreckende Durchmischungseinlage (88) anschließt, die aus quer zur Strömungsrichtung verlaufenden, durchbrochenen Rippen besteht.3. Plate heat exchanger according to claim 2, characterized in that the widening insert (86) extends over the entire cross section of the through-channel extending intermixing insert (88), which is made of transverse to There is openwork ribs running in the direction of flow. 4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch dessen Verwendung in Anlagen zur Gastrennung durch tiefe Temperaturen.4. Plate heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized by its use in systems for gas separation through low temperatures. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 889 136;
USA.-Patentschrift Nr. 2 439 208;
Chemie—Ingenieur—Technik, März 1954, S. 137; Progress in Cryogenics, London 1961, Vol. 3, S. 43 und 44.
Considered publications:
German Patent No. 889 136;
U.S. Patent No. 2,439,208;
Chemie-Ingenieur-Technik, March 1954, p. 137; Progress in Cryogenics, London 1961, Vol. 3, pp. 43 and 44.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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