DE1911471B2 - Anordnung in einem Wärmetauscher ; mit in einem Rahmen gestapelten Platten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung in einem Wärmetauscher mit in einem Rahmen gestapelten Platten mit Randdichtungen zwischen benachbarten Platten zur Bildung von nebeneinanderliegenden Strömungsräumen, die jeweils abwechselnd von einem der beiden Wärmetauscherfluide durchströmt sind, bei der die Platten Zu- und Abströmöffnungen sowie Durchtrittsöffnungen und beidseitig Rippen aufweisen und die Rippen nebeneinanderliegender Platten im Strömungsraum aneinanderliegen und sich kreuzen, und bei der je zwei benachbarte gleiche Platten zur Ausbildung eines Strömungsraums 180° im Verhältnis zueinander in der Plattenebene gedreht sind.

Eine derartige Anordnung in einem Wärmetauscher ist durch die deutsche Patentschrift 948 251 bekanntgeworden. Darin ist ein Plattenwärmetauscher beschrieben, der aus nur einer Art Platten aufgebaut ist. In einem derartigen Plattenwärmetauscher sind die Platten identisch zueinander ausgebildet, d. h. sie be

sitzen auf die Längsachse der Wärmetauscherplatten ausgerichtete V-förmige Verwirbelungsrippen, die abwechselnd um 180° in der Ebene der Platten gegeneinander verdreht sind, wobei die Verwirbelungsrippen benachbarter Platten an vielen verschiedenen Punkten aufeinander aufliegen und sich kreuzen. Hierbei entsteht nur eine einzige Sorte von Strömungsräumen zwischen den Platten.

In der DE-PS 515870 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem zwei verschiedene Arten von Wärmetauscherplatten abwechselnd aufeinander gelegt werden. Die eine Plattenart besteht aus in Längsrichtung flach gewellten Platten, während die andere Plattenart aus in Querrichtung steil gewellten Platten mit ebenen Wellenflanken und verhältnismäßig scharfen Wellenspitzen besteht. Die Wellen der jeweiligen Plattenarten verlaufen in etwa senkrecht zueinander. Obwohl zwei verschiedene Plattenarten abwechselnd verwendet werden, gleichen sich wiederum die von den Platten umgrenzten Strömungsräume.

Aus der US-PS 3 151 675 ist ein Plattenwärmetauscher bekanntgeworden, der ebenfalls aus zwei verschiedenartigen Arten von Wärmetauscherplatten aufgebaut ist. Aber auch in diesem Falle gleichen sich die von den verschiedenen Plattenarten umgrenzten Strömungsräume.

In der FR-PS 845942 sind unterschiedlich gestaltete Wärmetauscherplatten gezeigt, wobei ein Wärmetauscher aus diesen Platten dadurch aufgebaut wird, daß zwei unterschiedliche Wärmetauscherplatten jeweils abwechselnd aufeinander angeordnet werden. Der Abstand zwischen den Platten wird durch die Höhe der Randdichtungen derart bestimmt, daß sich Rippen der Wärmetauscherplatten in den Strömungsräumen nicht berühren. Es ist nur eine Sorte von Strömungsräumen vorhanden.

Durch die DE-PS 835007 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem die Strömungsräume variabel gestaltet sind, indem die Randdichtungen zwischen den identischen flachen Platten, die sogenannten » Kanalplatten«, unterschiedliche Höhe haben. Es gibt ebensoviele Sorten von Strömungsräumen wie es unterschiedliche Randdichtungen oder »Kanalplatten« gibt.

Wie unter anderem aus dem erwähnten Stand der Technik folgt, gibt es für verschiedene Wärmeaustauschaufgaben auf dem Markt eine große Zahl von verschiedenen Wärmetauscherplatten, die sich voneinander hinsichtlich der Gestaltung der vorerwähnten Verwirbelungsrippen in den Wärmetauscherflächen unterscheiden. Jede Art von Wärmetauscherplatten hat eine bestimmte thermische Länge, worunter die thermische Charakteristik eines Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Platten bei einem bestimmten Durchfluß durch diesen zu verstehen ist. Da die Werkzeuge für die Herstellung von Wärmetauscherplatten sehr kostspielig ist und da auch die Lagerhaltung einer großen Zahl von verschiedenen Arten von Platten sehr teuer ist, ist es stets das Bestreben eines jeden Plattenherstellers gewesen, seine Auswahl an Wärmetauscherplatten streng zu beschränken. Aus diesem Gesichtspunkt heraus waren die zu Stapeln von Wärmetauscherplatten kombinierbaren Wärmetauscherplatten eines einzigen Typs (DE-PS 948251) ein erheblichtr Fortschritt. In der Praxis haben aber sehr oft Wärnietauscheraufgaben nicht in der wirtschaftlich optimalen Weise gelöst werden können, wie dies im Nachfolgenden erläutert

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Wenn beispielsweise für ein bestimmtes Wärmetauscherproblem ein Plattenwärmetauscher gewählt wird, der eine bestimmte Anzahl von Platten von der für die jeweilige Aufgabe am meisten geeigneten Art besitzt, kann es geschehen, daß eine Endtemperatur für das eine Wärmetauscherfluid erzielt wird, die etwas niedriger ist als die gewünschte Temperatur, wenn die Bedingungen hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckgefälles in dem Plattenwärmetauscher erfüllt werden. Wenn zum Erreichen der gewünschten Endtennperatur weitere Wärmetauscherplatten hinzugefügt werden, führt dies dann dazu, daß bei dem in Frage stehenden Wärmetauscherfluid das am Plattenwärmetauscher erhaltene Druckgefälle höher ist als das bei der vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit gewünschte. Die Wärmetauschaufgabe kann demzufolge nicht genau erfüllt werden, und da eine große Anzahl von Platten verwendet werden muß, wird außerdem der Plattenwärmetauscher sehr teuer. Nach einen; bekannten Verfahren (DE-PS 835007) ist es zwar möglich, die gewünschte Endtemperatur eines Fluids bei einem gewünschten Druckgefälle und einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetauscherfluids dadurch zu erhalten, daß man das Fluid in dem Wärmetauscher durch Plattenzwischenräume von verschiedener Weite hindurchtreten läßt; dieses Verfahren ist jedoch ebenfalls relativ teuer, da es besondere Anordnungen für die Dichtungen und Abstandsstücke bei denjenigen Plattenzwischenräumen erfordert, die von den für die jeweiligen Platten normalen »Zwischenräumen« abweichen.

Es. ist hiernach die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Plattenwärmetauscher vorzusehen, bei dem trotz der Verwendung einer sehr beschränkten Anzahl von verschiedenen Arten von Platten (oder Bauteilen) eine gestellte Wärmetauscheraufgabe auf kostengünstigere und exaktere Weise als bisher gelöst werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens Platten einer weiteren Art enthalten sind, die mit den zuerst erwähnten Platten kombinierbar sind und sich von diesen Platten wenigstens in bezug auf eines der Merkmale der Rippen unterscheiden, nämlich in ihrer Zahl, ihrer Anordnung, ihrer Längserstreckung und ihrer Richtung.

Durch die Verwendung von zwei Plattenarten können Strömungsräume von drei verschiedenen Sorten gebildet werden, nämlich eine Sorte von Strömungsräumen zwischen Platten der einen Art, die zweite Sorte von Strömungsräumen zwischen Platten der zweiten und die Sorte von Strömungsräumen zwischen zwei Platten der beiden verschiedenen Alten. Bei geeigneter Ausbildung der zwei Arten von Platten kann sogar eine vierte Sorte von Strömungsräumen vorgesehen werden, da die zwei verschiedenen Platten bei ausreichendem Unterschied zwischen ihnen auf zwei Weisen miteinander kombiniert werden können.

Die Rippen an den Wärmetauscherplatten sind vorzugsweise in an sich bekannter Weise V-förmig ausgebildet. Die zweite Art von Platten kann V-förmige Rippen mit gegenüber der ersten Art unterschiedlichem spitzem Winkel aufweisen. Auch kann sich die zweite Art von Rippen dadurch von der ersten Art unterscheiden, daß der Abstand zwischen den Rippen unterschiedlich ausgebildet ist.

Durch die Erfindung wird ein Plattenwärmetauscher angegeben, der die oben erwähnte Aufgabe löst. Indem mit Hilfe von Platten der angegebenen Arten Strömungaräume oder Kanäle für die Wärmetauschermedien gebildet werden können, in welchen a)

*> eine geeignete Zahl von Punkten vorhanden sind, an denen Rippen einander kreuzen und aneinanderliegen, b) eine geeignete gegenseitige Lage dieser Punkte erhalten wird, oder c) aneinanderliegende Rippen sich unter einem geeigneten Winkel (Winkeln) kreuzen,

ι» wird es möglich, für eine gewünschte Verwirbelung der hindurchströmenden Wärmeaustauschmedien Sorge zu tragen und dadurch eine gegebene Wärmetauschaufgabe genau und in der wirtschaftlichsten Weise zu lösen.

r> Die stärkste Einwirkung auf die in einem Strömungsraum erzielte Verwirbelungswirkung hat der Winkel, bei welchem die aneinander anliegenden Rippen einander kreuzen. Die meisten Veränderungsmöglichkeiten sind daher erzielbar, wenn Platten

•o verwendet' werden, bei denen die Rippen der einen Platte einen unterschiedlichen Wickel zu den Rippen der anderen Platte aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigen

-'Ί Fig. 1, 2 und 3 drei verschiedene Arten von Wärmeaustau^chplatten, welche in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden können.

Alle in der Zeichnung gezeigten Platten haben vier durchgehende Zu- und Abströmöffnungen 1 und wei-

i» sen an ihren beiden schmalen Enden eine Ausnehmung 2 auf, die als Führungen dienen, wenn eine Anzahl Platten zu einem Paket in einem Plattenwärmeaustauscherrahmen zusammengebaut werden soll. Die Platten tragen ferner Randdichtungen, mit wel-

r> chen sie Kanäle zwischen sich für den Durchfluß der Wärmeaustauscherfluide begrenzen. Diese Dichtungen sind in den Zeichnungen nicht gezeigt.

Wie aus den Zeichnungen ferner ersichtlich ist, weichen die drei Platten hinsichtlich des Verlaufes der

in Verwirbelungsrippen 3,3', 3" der Platten voneinander ab. Diese Rippen sollen einander kreuzen und aneinanuer als Abstützpunkte zwischen den Platten anliegen, wenn die letzteren in einem Rahmen eingebaut sind. Die in Fig. 1 dargestellte Platte weicht von der

r> Platte nach Fig. 2 hinsichtlich der Zwischensräume zwischen den Scheiteln der sich nebeneinander erstreckenden Rippen ab und von der Platte nach Fig. 3 hinsichtlich des Winkels, mit welchem sich die Rippen beispielsweise mit Bezug auf die langen Seiten der

.η Platten erstrecken. Die Platte nach Fig. 2 weicht von der Platte nach Fig. 3 in den beiden genannten Merkmalen ab.

Wenn zwei Platten nach Fig. 1 so zusammengebaut wird;!;, daß sie einander überdecken, wobei eine der-

>', selben um 180° in ihrer eigenen Ebene mit Bezug auf die andere georeht ist, wird zwischen den Platten ein Kanal mit bestimmten thermischen Eigenschaften erhalten. Wenn zwei Platten nach Fig. 2 oder zwei Platten nach Fig. 3 in der entsprechenden Weise zu-

Wi sammengebaut werden, werden Kanäle von anderen thermischen Eigenschaften erzielt. Weitere Kanäle mit verschiedenen thermischen Eigenschaften lassen sich durch Kombinieren von zwei Platten von verschiedenen Arten erzielen.

Wenn ein Plattenwärmetauscher für eine bestimmte Wärmeaustauschaufgabe zusammengebaut werden soll, werden Platten der einen Art mit Platten der anderen Art gemischt. Das Mischen von drei ver-

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schiedenen Arten von Platten in dem gleichen Plattenwärmeaustauscher dürfte nicht notwendig sein, da die Kombinationsmöglichkeiten bereits mit zwei Arten von Platten groß sind. Im besonderen ergibt eine Kombination von Platten nach Fig. 3 mit Platten nach Fig. 1 (oder mit Platten nach Fig. 2) eine große Zahl von Kombinationsmöglichkeiten, da diese Platten in mehr als einer Weise zusammengebaut werden kön

nen. Infolge des Umstandes, daß die Rippen der einen Art von Platten einen anderen Winkel mit den langen Seiten der Platten als die Rippen der anderen Art von Platten bilden, kreuzen die Rippen einander in den Strömungsräumen zwischen den Platten unabhängig davon, in welcher gegenseitigen Lage die verschiedenen Platten im Plattenpaket zusammengebracht werden.

Hierzu 1 Bhitt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. A.nordnung in einem Wärmetauscher mit in einem Rahmen gestapelten Platten mit Randdichtungen zwischen benachbarten Platten zur Bildung von nebeneinanderliegenden Strömungsräumen, die jeweils abwechselnd von einem der beiden Wärmetauscherfluide durchströmt sind, bei der die Platten Zu- und Abströmöffnungen sowie Durchtrittsöffnungen und beidseitig Rippen aufweisen und die Rippen nebeneinanderliegender Platten im Strömungsraum aneinanderliegen und sich kreuzen, und bei der je zwei benachbarte gleiche Platten zur Ausbildung eines Strömungsraums 180° im Verhältnis zueinander in der Plattenebene gedreht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens Platten einer weiteren Art enthalten sind, die mit den zuerst erwähnten Platten kombiaierbar sind und sich von diesen Platten wenigstens in bezug auf eines der Merkmale der Rippen unterscheiden, nämlich in ihrer Zahl, ihrer Anordnung, ihrer Längserstreckung und ihrer Richtung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Platten der weiteren Art mit sich selbst durch Drehen einer Platte um 180° im Verhältnis zu einer benachbarten Platte in der Plattenebene kombinierbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen V-förmig ausgebildet sind.

4. Anordnung na^h Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dk. V-förmigen Rippen der Platten der weiteren Art ein«: ι vom Winkel der V-förmigen Rippen der Platten der erstgenannten Art unterschiedlichen Winkel aufweisen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten der weiteren Art Rippen mit einem gegenseitigen Abstand aufweisen, der sich vom Abstand zwischen den Rippen der erstgenannten Art unterscheidet.