DE2540144A1 - Platten-waermetauscher - Google Patents

Description

Terence Peter Nicholson, Calf Hall, Muggleswick, County Durham, England.

"Platten-Wärmetauscher".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Platten-Wärmetauscher mit Strömungsdurchlässen zwischen parallel zueinander im Abstand voneinander angeordneten Platten, wobei die Ströraungsmedien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, im Gegenstrom in einander benachbarten Strömungsdurchlässen mit abwechselnder Strömungsrichtung zwischen den Platten fliessen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der einen hohen Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zwischen den Strömungsmedien gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Wärmeaus-

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ORIGINAL INSPECTED

tauscher der beschriebenen Gattung vor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Platten gewellt sind, die Wellen längs der Strömungsdurchlässe verlaufen, ferner die Wellen einander benachbarter Platten derart ausgerichtet und ausgelegt sind, dass die zwischen den Platten entstehenden Strömungsdurchlässe im Querschnitt eine konstante Breite erhalten.

Da bei einem Wärmeaustauscher dieser Art zwischen den beiden Strömungsmedien stets ein Druckgefälle vorhanden ist, ist es erforderlich, zwischen den Platten eine Verstr^äkungs- oder Distanzvorrichtung vorzusehen, um ein Zusammenfallen oder einen Teilverschluß der Durchlässe, in denen sich das Strömungsmedium mit geringerem Druck befindet, zu verhindern. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann eine gewellte Distanzstange Anwendung finden, die in dem Durchlass zwischen den einander benachbarten Platten derart angeordnet ist, dass deren Wellen die nach innen gerichteten Flächen der Platten berühren.

Bei einer ap&eren Ausführungsform komm glatte und etwas gekröpfte Metallstreifen verwendet werden, die derart in die Strömungsdurchlässe eingesetzt sind, dass sie die einwärts gerichteten Wellungen berühren und überbrücken, die im Strömungsrichtung des Mediums zwischen den Platten gelegen sind.

Der Nachteil bei der Verwendung bekannter Distanzquerstäbe zwi-

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sehen den Endabschnitten benachbarter Platten besteht in den auftretenden Breiteunterschieden an den Wellenbiegungen und den geraden Abschnitten der Durchlässe. Dem-gegenüber besteht der Nachteil der Verwendung von geriffelten oder gewellten Distanzstäben in der ungleichmäßigen Gestalt der dreiecksförmigen Kanäle, die zwangsläufig hierdurch entstehen und eine sehr geringe Nußelt-Zahl (nu) zur Folge haben. Bei Verwendung von glatten und geringfügig gekröpften Streifen entstehen sinusförmige Kanäle, die ebenfalls eine unbefriedigende Nußelt-Zahl ergebene

Statt dieser bekannten Mittel sieht die Erfindung bei einem Wärmetauscher mit den vorstehend beschriebenen Erfindungsmerkmälen innere Distanzstücke vor, die quer durch die Strömungsdurchlässe zwischen den Platten zumindest bei einigen Wellenbiegestellen angeordnet sind. Die Abmessungen und Form dieser Distanzstücke sind derart gewählt, dass die Distanzstücke die Breite des Durchlasses zwischen den einander benachbarten Platten an den Biegungen und an den übrigen Abschnitten der Durchlässe konstant halten und dies trotz der Druckdifferenz der in den einander benachbarten Durchlässen strömenden Medien.

Vorzugsweise sind die zwischengeschalteten Distanzstücke längs eines besonderen Strömungsdurchlasses an jeder zweiten Wellenbiegung angebracht, wobei die Anordnung der Distanzstücke in einem Durchlaß gegenüber den benachbarten Durchlässen versetzt

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ist. Bei der ,/praktischen Ausführung jedoch kann es wegen der hohen Druckdifferenz erforderlich sein, die Distanzstücke einander direkt gegenüberliegend anzuordnen.

Zur Erzielung der "besten Strömungsverhältnisse (d.h. einer hohen Nußelt-Zahl ), ist es vorteilhaft, wenn die Relation von Tiefe zttr* Länge eines jeden Strömungsdurchlasses auf den größtmöglichen Wert eingestellt wird.

Eine "besonders "bevorzugte Ausführungsform eines Wärmetauschers nach der Erfindung eignet sich für den Wärmeübergang von einem Hochtemperatur-Strömungsmedium wie Abgas aus Luft.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Die Zeichnung in

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Platte, die bei dem Wärmetauscher verwendet wird,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Platte, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Platte Verwendung findet,

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Fig, 3 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie C-C der Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie D-D der Fig. 1,

Figo 5 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie E-E der Fig. 2,

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie F-F der Fig. 2,

Figo 7 einen vergrößerten Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Strömungsdurchlasses und

Fig. 8 einen vergrößerten Schnitt, der die Art des Zusammensetzens der ersten und zweiten Plattenausführungen zur Bildung eines Wärmetauschers erkennen läßt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht der Wärmetauscher, der auch als "Primärflächen-Rekuperator" anzusprechen ist, im wesentlichen aus einer Anzahl besonders geformter Platten A nach Fig. 1 und besonders geformter Platten B nach Fig. 2, die abwechselnd zu einem Bündel vereinigt und fest miteinander verschweißt sind. Durch eine derartige Anordnung der Platten entstehen mehrere wellenförmige Strömungskanäle gleichmäßiger Tie-

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fe. Während des Betriebes des Wärmetauschers wird ein Strömungsmedium, beispielsweise Luft, rechtwinklig zur Wellenebene, d.h. rechtwinklig zur Ebene, in der die Platten wellenförmig gekrümmt sind, durch die jeweils übernächsten Strömungskanäle geführt, währaid das andere Strömungsmedium, beispielsweise ein Gas, mit einer abweichenden Temperatur, ebenfalls rechtwinklig zur Wellenebene durch die jeweils anderen Strömungskanäle geführt wird. Vorzugsweise werden die entsprechenden Strömungsmedien im Gegenstrom von einem Ende zum anderen Ende des Plattenbündels geleitet.

Fig. 1, 2 und 4 zeigen, dass zu jeder Platte A ein rechteckiger Hauptteil gehört, der ein dünnes und gleichmäßig gewelltes Grundblech 1 aus Metall aufweist, das eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. An die Seitenkanten dieses Grundbleches sind Distanzstücke 2 angeschweißt. Durch Schweißen sind ferner mehrere Distanzstege 3 an den konkaven Teilen des Grundbleches befestigt, die nachstehnd anhand der Fig. 8 eingehender erläutert sind und zur Vermeidung des Zus ammendrücke sn der Platten sowie zur Erhaltung einer gleichmäßigen Tiefe der Strömungskanäle zwischen, den Platten vorgesehen sind, wenn ein Druckgefälle zwischen den im Gegenstrom durch einander benachbarte Strömung skanäle. .zwischen den Platten geführten Medien vorhanden ist.

Zu der Platte A gehören die beiden entgegengesetzt gerichteten Endabschnitte 4 und 5, die jeweils in Form eines Dreieckes aus-

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geführt sind. Ein jeder dieser Abschnitte besteht aus einem flachen und ebenen Grundblech 6, auf das entlang einer Seitenkante ein Distanzstück 7 aufgeschweißt ist. An jedes Grundblech 6 angeschweißt sind ferner eine Anzahl von Führungs- und Distanzstreifen 8. Die Pfeile G kennzeichnen die Richtungen des Gases entlang der Oberfläche der Platte A.

Wie aus Fig, 2, 5 und 6 zu erkennen ist, besteht jede Platte B as einem rechteckigen Hauptteil mit dem gleichmäßig gewellten Grundblech 9, das dem Grundblech 1 der Platte A ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass sie keine Distanzstege 3 aufweist. Vorgesehen sind jedoch die Distanzstücke 1o, die an den einander gegenüberliegenden Seitenkanten der Platte 13 in der gleichen Weise angeschweißt sind wie die Distanzstücke 2 an der Platte A.

Auch die Platte B hat zwei einander entgegengesetzt gerichtete dreiecksförraige Endabschnitte 11 und 12 mit dem Distanzstück 13 und Führungs- und Distanzstreifen 14, die denen der EndabschAitte 4 und 5 entsprechend ausgeführt sind, jedoch in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Die Pfeile in Fig. 2 kennzeichnen die Durchflußrichtung der Luft an der Oberfläche der Platte. Diese Durchflußrichtung verläuft entgegengesetzt zu der Durchflußrichtung der Gasströmung G längs einer benachbarten Platte A nach dem Zusammensetzen des Wärmetauschers. Die Führungs- und Distanzstreifen 8 und 14 haben vorzugsweise den in Fig. 7 dargestellten Querschnitt.

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Zur Herstellung eines vollständigen Wärmetauschers werden mehrere Platten A und B zwischen einer Oberplatte und einer Unterplatte in Schichtbauweise abwechselnd übereinander angeordnet. Die Oberplatte und die Unterplatte haben hierbei jeweils dfe Form der Platten Ä und der Platten B, nur sind sie dicker ausgeführt.

Der Zusammenbau der Wärmetauscher-Elemente erfolgt in einer Vorrichtung, die aus einer Fundamentplatte mit acht vertikal angeordneten Führungszapfen für das Ausrichten der unteren Wärmetauscherplatte, der Wärmetauscherplatten und der oberen Platte mit de» äußeren abgewinkelten und quer gerichteten Distanzstücken und den dazwischen angeordneten dreieckigen Stützplatten. Hierbei sind die Führungszapfen außerhalb des Umfanges des Wärmetauscher-Bündels oder -blockes angeordnet. Der Zusammenbau derselben wird dadurch beendet, dass die obere Platte und die untere Platte gegeneinander gedrückt werden, woraufhin die gesamte Wärmetauschereinheit über ihre volle Höhe an geeigneten Stellen an ihrem Umfang verschweißt wird. Ist dies geschehen, dann wird die Wärmetauscher-Baueinheit von der Spezialvorrichtung abgenommen. ■■■>

Die ganze Baueinheit wird nun mit einem Lötmittel beschichtet und in einem Öfen einem Lötvorgang derart unterworfen, dass sich eine in sich geschlossene Vorrichtung ergibt.

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FIg. 8 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch vier jeweils abwechselnd angeordnete Platten A und B und eine Badplatte, die alle miteinander verschweißt sind. Hierbei, ist zu erkennen, dass die Distanzstege 3 abwechselnd auf jeder zweiten Wellenbiegung in den Strömungskanälen P angeordnet sind und dass die Distanzstege 3 benachbarte Strömungskanäle quer zur StrömungsrShtung der Medien zueinander versetzt angebracht sind.

Die Distanzstucke 3 sorgen nicht nur für einen konstanten Abstand zwischen den geraden und parallelen Abschnitten der einander benachbarten Platten A und B, sondern verstärken auch aufgrund ihrer abgeschrägten Seitenkanten die Wellenbiegungen und halten die Breite der Strömungsdurchlässe an den Biegungen konstant, wo die Distanzstücke angeordnet sind.

Vorzugsweise besitzen die IMSbanzstücke 2 und 1o nach den dargestellten AusfUhrungsbeisplelen eine Stärke von 1mm; der Abstand zwischen den Wellenbiegungen beträgt 5mm, die Blechdicke o,1mm und die konstante Breite zwischen den geraden Abschnitten benachbarter Platten o,9mm. Die Distanzstege 3 haben eine Breite von o,4m.

Falls erforderlich, können de Distanzstege an allen ¥ellenbiegungen der Strömungsdurchlässe angebracht werden. Im allgemeinen ist dies nicht erfaderlich, weil jener hierdurch erreichte Vor-

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-loteil durch den zusätzlichen Widerstand, den das Strömungsmedium zu überwinden hat, rückgängig gemacht würde.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   (1) !plattenwärmetauscher mit Strömungsdurchlässen zwischen parallel zueinander im Abstand voneinander angeordneten Platten, wobei die Strömungsmedien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfindet, im Gegenstrom in einander benachbarten Strömungsdurchlässen mit abwechselnder Strömungsrichtung zwischen den Platten fHessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten ( A, B ) gewellt sind, die Wellen längs der Ströaungsdurchlässe verlaufen, ferner die Wellen einander benachbarter Platten derart ausgerichtet und ausgelegt sind, dass die zwischen den Platten entstehenden Strömungsdurchlässe im Querschnitt eine konstante Breite erhalten.
2. 2) Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch sich längs der Strömungsdurchlässe zwischen den Platten ( A, B ) angeordnete Distanzstücke (3), von denen mindestens einige auf Höhe .der Wellenbiegungen gelegen sind, die Distanzstücke eine Form besitzen, dass sie die Breite des Strömungsquerschnitts zwischen einander benachbarten Durchlässen an den Wellenbiegungen wie auch die Breite der Strömungsquerschnitte der an diese Biegungen angrenzenden Geraden Abschnitte konstant halten.

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3. 3) Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Distanzstück (3) an dem Ende angeschrägt
   ist, mit dem es an der Außenseite einer Plattenbiegung befestigt ist.

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