DE3244547A1

DE3244547A1 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE3244547A1
Application number: DE19823244547
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 3200 Hildesheim Buchwald
Original assignee: GEA Ahlborn GmbH and Co KG
Current assignee: GEA Ahlborn GmbH and Co KG
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-06-07

Abstract

The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of Claim 1. In order to equalise the temperature distribution along the heat exchange plates, and thus to increase output, it is proposed according to the invention to dimension the cross-sectional area of the ducts in such a way that the volumes of the partial flows penetrating them are equal, or at least approximately equal in size.

Description

Wärmeaustauscher Heat exchanger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher. Bekannt sind Wärmeaustauscher dieser Art, bestehend aus in abwechselnder Folge hintereinander angeordneten, formgleichen Platten, in welch einer jeden Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen für die am Wärmeaustausch teilnehMenden Mittel angeordnet sind und auf der einen Seite einer jeden Platte eine Flachdichtung in der Weise vorgesehen ist, daß die eine Platte auf einer Seite von dem einen Mittel, die nächstfolgende Platte hingegen auf einer Seite lediglich von dem -anderen Mittel bespült ist. The invention relates to a heat exchanger. Are known Heat exchangers of this type, consisting of one behind the other in an alternating sequence arranged, identical plates, in which each inlet and outlet openings for the means participating in the heat exchange are arranged and on the one hand Side of each plate a flat gasket is provided in such a way that the one plate on one side of one middle, the next plate on the other hand on one side is only washed by the other agent.

Bei Plattenwärmeaustauschern, die aus nur einer einzigen Sorte Platten aufgebaut sind, ergeben sich Ein- und Austrittslöcher zu den Fließspalten, die auf einer Seite der Längsachse der Platte liegen. Dadurch haben die Flüssigkeitsteilchen insofern unterschiedlich lange Wege zwischen Ein- und Austritt zurückzulegen, als ein Teil der Flüssigkeit auf die andere Seite der Längsachse überwechseln muß, die Platte der Länge nach überströmen und wieder zurück auf die Ausgangsseite wechseln muß. Der zweimalige Wechsel entfällt für diejenigen Teilchen, die auf der Seite der Ein- und Austrittsöffnung verbleiben. In the case of plate heat exchangers that consist of only one type of plates are built up, there are inlet and outlet holes to the flow gaps, which on one side of the longitudinal axis of the plate. This gives the liquid particles to cover different distances between entry and exit, as a part of the liquid must transfer to the other side of the longitudinal axis, which Flow over the plate lengthways and back again to the exit page must change. There is no need to change twice for those particles that are on the Side of the inlet and outlet openings remain.

Unterschiedlich lange Strömungswege bedeuten aber auch unterschiedlich große Strömungswiderstände für die einzelnen Stromfäden und damit unterschiedliche Volumenströme. Auf der Seite mit dem höheren Widerstand fließt ein kleiner Strom mit weniger Wärmeinhalt, wohingegen im benachbarten Spalt die Situation genau umgekehrt ist. However, flow paths of different lengths also mean different large flow resistances for the individual stream filaments and thus different ones Volume flows. A small current flows on the side with the higher resistance with less heat content, whereas in the neighboring gap the situation is exactly the opposite is.

Dort wird zum Wärmeaustausch ein großer Wärmeinhalt verlangt, und da er nicht vorhanden ist, nimmt die Leistung eines solchen Wärmeaustauschers ab.A large amount of heat is required there for heat exchange, and since it is not present, the performance of such a heat exchanger decreases.

Zur Verbesserung der beschriebenen Situation wird in bekannter Weise ein Leitapparat dem Eintrittsloch nachgeordnet und dem Austrittsloch vorgeordnet, der die Volumenströme'auf den Plattenseiten ausgleichen soll, indem er mehr Teilchen zur Seite mit dem längeren Weg ableitet. Diese konstruktive Maßnahme ist jedoch in ihrer Wirkung begrenzt, da der Leitapparat auf einer kurzen Strecke nur durch Widerstandsverteilung korrigieren kann. To improve the situation described, in a known manner a diffuser downstream of the inlet hole and upstream of the outlet hole, which should equalize the volume flows on the sides of the plate by adding more particles to the side with the longer path. However, this constructive measure is limited in their effect, since the diffuser only passes through on a short distance Can correct resistance distribution.

Hier setzt der Erfindungsgedanke ein. Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher der fraglichen Art, bei welchem die Wärmeaustauschfläche in' Form von abwechselnden Wellenbergen und Wellentälern profiliert ist und zwei benachbarte Platten so aufeinanderliegen, daß sich die Scheitelbereiche der Wellenberge berühren. In einem jeden Wellenberg sind Kanäle vorgesehen, welche von Teilströmen mit unterschiedlichen Strömungswegen des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittels während der Bewegung desselben von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung der Platte durchsetzt sind. This is where the idea of the invention comes in. The subject of the invention is a heat exchanger of the type in question, in which the heat exchange surface in ' The shape of alternating wave crests and troughs is profiled and two neighboring ones Plates lie on top of one another so that the apex areas of the wave crests touch. In each wave crest channels are provided, which of partial flows with different Flow paths of the agent participating in the heat exchange during movement the same are penetrated by the inlet opening to the outlet opening of the plate.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen bekannten Wärmeaustauscher in seiner Leistung zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß durch eine solche Bemessung der Kanäle erreicht, daß die Volumina der sie durchsetzenden Teilströme gleich oder zumindest annähernd gleich groß sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme geht also dahin, die Strömungskanäle so zu bemessen, daß im Bereich der kürzeren Strömungswege der Strömungswiderstand größer ist als im Bereich der längeren Strömungswege des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittels. Um dies zu erreichen, nimmt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der hydraulische Durchmesser der jeweils von ein und demselben Teilstrom durchsetzten Kanäle mit länger werdendem Strömungsweg der Teilströme zu. The object of the invention is to provide this known heat exchanger in improve its performance. According to the invention, this is achieved by such a dimensioning of the channels achieved that the volumes of the substreams penetrating them equal or are at least approximately the same size. The measure according to the invention therefore goes as follows: to dimension the flow channels so that in the area of the shorter flow paths Flow resistance is greater than in the area of the longer flow paths of the participant in the heat exchange Means. To achieve this, takes according to a further feature of the invention hydraulic diameter each penetrated by one and the same partial flow Channels with increasing flow path of the partial flows to.

Nach einer sehr zweckmäßigen Ausführungsform des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung liegen die Wellenberge und Wellentäler einer jeden Platte parallel zueinander. Im Prinzip ändert sich nichts, wenn die Wellenberge und Wellentäler der einen Platte sich mit denjenigen der benachbarten Platte unter einem bestimmten Winkel überschneiden. According to a very useful embodiment of the heat exchanger According to the invention, the wave crests and troughs of each plate are parallel to each other. In principle, nothing changes when the wave crests and troughs the one plate is identical to that of the adjacent plate under a certain Intersect angles.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung fluchten die von ein und demselben Teilstrom durchsetzten Kanäle miteinander. According to a further feature of the invention are aligned by a and channels interspersed with the same partial flow.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist nachstehend anhand der Zeichnung noch näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen in rein schematischer Weise: Fig. 1 eine Ansicht der Vorderseite einer Wärmeaustauschplatte des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Ansicht der Rückseite einer Wämmeaustauschplatte des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 3 einen Teilseitenschnitt durch zwei nebeneinanderliegende Wärmeaustauschplatten des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine isometrische Explosionsdarstellung eines Teiles des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig. 5 eine isometrische Teildarstellung der Wärmeaustauschplatte des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers. An embodiment of the heat exchanger according to the invention is illustrated in more detail below with reference to the drawing. Show in the drawing in a purely schematic manner: FIG. 1 is a view of the front side of a heat exchange plate of the heat exchanger according to the invention, Fig. 2 is a view of the rear side of a Thermal exchange plate of the heat exchanger according to the invention, Fig. 3 is a partial side section by two adjacent heat exchange plates of the heat exchanger according to of the invention, Figure 4 is an isometric exploded view of part of the heat exchanger according to the invention, Fig. 5 is a partial isometric view of the heat exchange plate of the heat exchanger according to the invention.

Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß der in Fig. 4 dargestellte Wärmeaustauscher der Einfachheit halber nur mit zwei Platten 1, 2 dargestellt ist. Es ist klar, daß ein derartiger Wärmeaustauscher in der Praxis regelmäßig mehr als zwei Platten enthält, so daß der Erfindungsgedanke keineswegs auf die Zwei-Platten-Ausführung beschränkt ist. First of all, it should be noted that the heat exchanger shown in FIG is shown only with two plates 1, 2 for the sake of simplicity. It is clear that In practice, such a heat exchanger regularly contains more than two plates, so that the idea of the invention is by no means limited to the two-plate version is.

In Fig. 4 der Zeichnung sind der Übersichtlichkeit halber auch nicht die beiden Endplatten dargestellt, zwischen welchen die Wärmeaustauschplatten 1, 2 mit geeigneten Mitteln eingespannt sind. In Fig. 4 of the drawing, for the sake of clarity, are not the two end plates are shown, between which the heat exchange plates 1, 2 are clamped with suitable means.

Die beiden Platten 1, 2 sind formgleich und haben Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen für die am Wärmeaustausch teilnehmenden Medien. So ist beispielsweise in der Wärmeaustauschplatte 2 die Eintrittsöffnung für das wärmere Mittel mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet, während die Austrittsöffnung für das kältere Mittel mit der Bezugsziffer 4 angedeutet ist. Das die Wärme abgebende Mittel strömt dann über die Öffnung 5 zurück, während das kältere Mittel durch die Öffnung 6 hindurchtritt. The two plates 1, 2 are of the same shape and have entry or Outlet openings for the media participating in the heat exchange. So is for example in the heat exchange plate 2, the inlet opening for the warmer medium with the Reference number 3 denotes, while the outlet opening for the colder medium with the reference number 4 is indicated. The agent that emits the heat then overflows the opening 5 back, while the colder medium passes through the opening 6.

Bei der Wärmeaustauschplatte 1 hingegen ist die Eintrittsöffnung für das wärmere Mittel mit der Bezugsziffer 7 angedeutet, während die Eintrittsöffnung für das kältere Medium das Bezugszeichen 8 trägt. Die Austrittsöffnung für das kältere Medium ist mit 9 bezeichnet, während über die Öffnung 10 das sich während des Wärmeaustauschvorganges abgekühlte Mittel abgeführt wird. In the case of the heat exchange plate 1, however, the inlet opening is indicated for the warmer means with the reference number 7, while the inlet opening the reference numeral 8 bears the reference number 8 for the colder medium. The outlet for the colder Medium is denoted by 9, while the opening 10 is during the heat exchange process cooled agent is discharged.

Auf der einen Seite einer jeden Platte 1, 2 sind Flachdichtungen 11, 12 in der Weise angeordnet, daß die eine Platte auf einer Seite von dem einen Mittel, die nächstfolgende Platte hingegen auf einer Seite lediglich von dem anderen Mittel bespült ist. On one side of each plate 1, 2 there are flat seals 11, 12 arranged in such a way that one plate on one side of the one Medium, the next plate on the other hand only from the other on one side Medium is flushed.

Wie die Zeichnung deutlich macht, ist die Wärmeaustauschfläche der jeweiligen Platten 1 bzw. 2 in Form von abwechselnden Wellenbergen 13 bzw. Wellentälern 14 profiliert. Dabei liegen jeweils zwei benachbarte Platten 1, 2 stets so aufeinander, daß sich die Scheitelbereiche der Wellenberge 13 berühren, wie dies die Fig. 3 der Zeichnung zeigt. As the drawing makes clear, the heat exchange surface is the respective plates 1 and 2 in the form of alternating wave crests 13 and wave troughs 14 profiled. Two adjacent plates 1, 2 always lie on top of one another in such a way that that the apex areas of the wave crests 13 touch, as shown in FIG. 3 of the Drawing shows.

Dabei sind in einem jeden Wellenberg 13 Kanäle 15 vorgesehen, welche von Teilströmen sl - s6 (Fig. 1) des am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittels während der Bewegung desselben von der Eintrittsöffnung, z. B. 3, zur Austrittsöffnung, z. B. 5, der Platte, z. B. 2, durchsetzt sind. Die Querschnittsfläche f (Fig. 5) dieser Kanäle ist so bemessen, daß die Volumina der sie durchsetzenden Teilströme sl -gleich oder zumindest gleich groß sind. Dazu nimmt der hydraulische Durchmesser der jeweils von ein und demselben Teilstrom s1 - s6 durchsetzten Kanäle 15 mit länger werdendem Strömungsweg dieser Teilströme S1 - S6 zu. In this case, 13 channels 15 are provided in each wave crest, which of partial flows sl - s6 (FIG. 1) of the means participating in the heat exchange during the movement of the same from the inlet opening, e.g. B. 3, to the outlet opening, z. B. 5, the plate, e.g. B. 2, are interspersed. The cross-sectional area f (Fig. 5) this channel is dimensioned so that the volumes of the partial flows penetrating them sl - are the same or at least the same size. To do this, the hydraulic diameter increases the channels 15 penetrated by one and the same partial flow s1-s6 are longer the flow path of these substreams S1-S6.

Wie namentlich die Fig. 5 zeigt, liegen die Wellenberge 13 und Wellentäler 14 einer jeden Platte 1 bzw. 2 parallel zueinander. As FIG. 5 shows by name, the wave crests 13 and wave troughs are located 14 of each plate 1 or 2 parallel to one another.

Die Wellentäler und Wellenberge können auch miteinander einen Winkel einschließen.The wave troughs and wave crests can also form an angle with one another lock in.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, fluchten die von ein und demselben Teilstrom, z. B. sl, durchsetzten Kanäle miteinander. As FIGS. 1 and 2 show, those of one and the same partial flow are aligned z. B. sl, interspersed channels with each other.

Die Kanäle 15 eines jeden Wellenberges 14 sind mit Abstand zueinander angeordnet. The channels 15 of each wave crest 14 are spaced from one another arranged.

Durch die erfindungsgemäße Vorkehrung wird erreicht, daß durch entsprechende Dimensionierung der Querschnitte der Kanäle 15 die Volumina der einzelnen Teilströme s1 - s6 gleich, zumindest aber annähernd gleich groß sind, was eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Platte hinweg und damit auch einen außerordentlich günstigen thermischen Wirkungsgrad sicherstellt. The provision according to the invention ensures that by appropriate Dimensioning of the cross-sections of the channels 15 the volumes of the individual partial flows s1 - s6 are the same, but at least approximately the same size, which is a uniform Temperature distribution over the entire plate and therefore an extraordinary one ensures favorable thermal efficiency.

Claims

P! \ TENT! \ NSPRUCHE 0 heat exchanger, consisting of in alternating Sequence of panels of the same shape arranged one behind the other, in which each entry or outlet openings for the means participating in the heat exchange are arranged are, and on the. one side of each plate a flat gasket in the way it is provided that the one plate on one side of the one means, the next one In contrast, the plate is only flushed by the other agent on one side, with the heat exchange surface in the form of alternating wave crests and wave troughs is profiled and two adjacent plates lie on top of one another that the apex areas of the wave crests touch and channels are provided in each wave crest, which of partial flows with different flow paths of the participant in the heat exchange Means during the movement of the same from the inlet opening to the outlet opening the plate are penetrated, d u r h e k e n n e i c h n e t that the cross-sectional area (F) the channels (15) is dimensioned so that the volumes of the partial flows passing through them (sl- s6) are the same or at least approximately the same size.

2. Heat exchanger according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the hydraulic diameter of each of En and the same Partial flow (sl- s6) traversed channels (15) with increasing flow path of the Partial flows (sl - - increases.

3. Heat exchanger according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e -k e nn z e i h n e t that the wave crests (14) and wave troughs (13) of each Plate (1 or 2) lie parallel to each other.

4. Heat exchanger according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the channels traversed by one and the same substream (sl (15) align with each other.

5. Heat exchanger according to claim 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the channels (15) of each wave crest (14) at a distance are arranged to each other.