DE1095785B

DE1095785B - Fluessigkeitserhitzer

Info

Publication number: DE1095785B
Application number: DEA26786A
Authority: DE
Inventors: Hugh Frederick Goodman
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1956-03-21
Filing date: 1957-03-19
Publication date: 1960-12-29
Also published as: US3155565A; US2960160A; CH346206A; NL107643C; NL215577A; FR1173083A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitserhitzer, insbesondere für teilweises Verdampfen der Flüssigkeit innerhalb des Erhitzers zur Konzentrationserhöhung derselben.

Es ist bereits bekannt, Wärmetauscher in platzsparender Plattenbauweise zu erstellen. Ein bekannter Wärmetauscher dieser Art, der hauptsächlich für Kondensationszwecke vorgesehen ist, besitzt Dampfkammern, Flüssigkeitskammern und Luftkanäle zwischen den Platten, wobei zwischen Flüssigkeitskammern und Luftkammern Sickertücher angeordnet sind. Das zur Dampfkondensation erforderliche Wärmegefälle wird bei diesem bekannten Apparat in umständlicher Weise dadurch hergestellt, daß ein vorzugsweise erwärmter Luftstrom durch die Luftkanäle geleitet wird, welcher an den Sickertüchern vorbeistreichend die auf deren Oberfläche befindliche Flüssigkeit verdunstet und somit den Flüssigkeitskammern auf dem Wege der Verdungstungskühlung Wärme entzieht, wodurch das gewünschte Wärmegefälle zwisehen Dampf- und Flüssigkeitskammern erreicht werden soll. Wegen der geringfügigen Flüssigkeitsbewegung ist jedoch die Wärmedurchgangszahl und damit der Wirkungsgrad dieses aufwendig durch drei verschiedene Medien beaufschlagten Wärmetauschers gering. Eine Anwendung dieses Apparats als Verdampfer ist nicht geboten, denn die gelöste Phase der Flüssigkeit würde mit zunehmender Konzentrationserhöhung die Sickertuchmaschen verstopfen, so daß die Verdampfung behindert und schließlich unterbunden wird.

Weiterhin ist bereits ein als Flüssigkeitserhitzer dienender Wärmetauscher bekanntgeworden, welcher ebenfalls aus vertikal angeordneten Platten besteht, welche abwechselnd Heizkanäle und Flüssigkeitskanäle mit Richtungsänderungen zwischen jeweils benachbarten Platten aufweisen. Innerhalb dieses bekannten Erhitzers soll die Flüssigkeit jedoch nicht verdampft, sondern lediglich erwärmt werden. Damit diese Erwärmung bei gegen plötzliche Erwärmung empfindlichen Flüssigkeiten langsam erfolgen kann, werden dem Erhitzer drei Dampfe unterschiedlichen Zustands zugeführt. Bei diesem Flüssigkeitserhitzer sind die Strömungskanäle nach dem Gleichstromprinzip angeordnet, es ist aber bei Wärmetauschern *5 bereits bekannt, die Strömungskanäle der wärmetauschenden Medien wärmewirtschaftlich vorteilhaft im KreuEstrom zueinander zu führen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitserhitzer für die Konzentrationserhöhung der Flüssigkeit infolge teilweiser Verdampfung unter Benutzung der vorteilhaften Plattenbauweise und nur zweier im Kreuzstrom geführter wärmetauschender Medien zu schaffen, wobei bei Flüs sigkeits erhitz er

Anmelder:

The A. P. V. Company Limited,
Crawley, Sussex (Großbritannien)

Vertreter: Dr. K. R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. März 1956

Hugh Frederick Goodman, Wimbledon, London

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

minimalen Abmessungen eine optimale Wärmeausnutzung erreicht werden soll. Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß auf den einen Platten Steig- und Fallkanäle und auf den anderen Platten Heizkanäle vorgesehen sind, wobei die Platten mit Steig- und Fallkanälen und die Platten mit Heizkanälen einander abwechselnd angeordnet sind und jede zweite Platte mit Heizkanälen eine die Steig- und Fallkanäle verbindende Öffnung aufweist.

Durch diese Anordnung wird jeder Flüssigkeitskanal einmal aufwärts durch die Öffnung in einer Platte mit Heizkanälen hindurch und sodann einmal abwärts geführt. Jeder Flüssigkeitsstrom nimmt also Wärme beim Aufsteigen und Fallen aus dem Heizkanal auf, der sich jeweils zwischen einem Steig- und einem Fallkanal befindet, und nimmt auch noch Wärme aus den Heizkanälen auf, welche die Steig- und Fallkanäle nach beiden Außenseiten hin begrenzen. Dadurch wird die Wärme des Heizmediums nach Maßgabe des zur Verfügung stehenden Wärmegefälls ausgezeichnet ausgenutzt und der Erhitzer bekommt kleine Bauabmessungen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist gut geeignet, nach dem unter den Beizeichnungen Film- oder Dünnschichtverdampfung bekannten Prinzip zu arbeiten, weil dem Querschnitt der Flüssigkeitskanäle eine relativ lange Querschnittsumfanglinie gegenübersteht, die ein unmittelbares Maß für die Flächengröße der Wärmetauschfläche ist. Dadurch kann jeder einzelne Strömungsweg für die Flüssigkeit relativ kurz ausgeführt werden, so daß

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die Erhitzungszeit niedrig ist, was zu einer Qualitäts- mit einer Auslaßöffnung 4 im Kopf H, an welche der

verbesserung des Endprodukts führt. Brüdenabscheider U angeschlossen ist. Außerdem

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können weist jede Platte eine öffnung 5 auf, und die öffnundie Steig- und Fallkanäle in ihrer Breite unterteilt gen 5 aller Platten Pl bis PS usw. fluchten miteinsein. Dadurch ergibt sichu. a. die Möglichkeit, die 5 ander, so daß sich eine Einlaßleitung für das Heiz-Querschnittsfläche der Steig- und Fallkanäle auf ein- mittel, vorzugsweise Dampf, ergibt, die mit einer öfffache Art und Weise in Strömungsrichtung zu ver- nung 6 im Kopf H fluchtet. Schließlich besitzt jede größern, um dem infolge Verdampfung zunehmenden Platte noch eine öffnung 7, und die öffnungen 7 aller Volumen Rechnung zu tragen. Die Querschnittsfläche Platten Pl bis PS usw. fluchten wiederum miteinkann auch zusätzlich oder ausschließlich durch Ände- io ander, so daß sich eine Auslaßleitung für das Heizrung des gegenseitigen Pfattenabstands, d. h. durch medium oder sein Kondensat ergibt. Diese Leitung Änderung der Kanaltiefe, in Strömungsrichtung ver- fluchtet mit einem Anschlußstutzen 8 im Kopf //.
größert werden. Eine weitere Möglichkeit, die Quer- Die Platten werden zusammen mit den zwischenschnittsfläche der Flüssigkeitskanäle zu verändern, liegenden Flachdichtungen 9 gegeneinandergepreßt. besteht darin, die Flüssigkeitskanäle mehreren Plat- 15 Der Flüssigkeitsweg ist in den Fig. 2 bis 6 durch die ten parallel zu schalten, ,. strichpunktierten Linien und der Weg des Heizmittels

Zweckmäßig besitzen die Platten des Flüssigkeits- durch die gestrichelten Linien angedeutet,

erhitzers jeweils miteinander fluchtende Durchtritts- Die Platten P2 und Pi bilden zusammen mit den

öffnungen, so daß gemeinsame Einlaß- und Auslaß- Rückseiten der benachbarten Platten Pl und PZ die

leitungen für die einzudampfende Flüssigkeit und ihr ao Flüssigkeitskanäle LF. Die Platten Pl, PS und PS

Konzentrat mit dem anfallenden Brüden und für das bilden zusammen mit den Rückseiten der Platten P2

Heizmittel entstehen. und Pi sowie der Rückseite des einen Kopfs H die

Zwischen den Platten sind vorteilhaft Flachdich- Heizkanäle SF, die zu beiden Seiten und zwischen tungen angebracht. Diese Flachdichtungen stellen die den Flüssigkeitskanälen liegen. Die Flüssigkeits- und Plattenabstände her und sind so ausgespart, daß die 35 Heizkanäle werden durch die Flachdichtungen 9 be-Flüssigkeits- und Heizkanäle, die Verbindungen zwi- grenzt. Auf der Platte P2 ist die Dichtung so aussehen diesen Kanälen und die Verbindungen zu den gebildet, daß sie den Flüssigkeitskanal LF am ungemeinsamen Einlaß- und Auslaßleitungen, entstehen. teren Ende mit der öffnung 1 verbindet, wodurch die

Im Verfolg des Erfindungsgedankens besteht der Verbindung mit der Einlaßseite der Flüssigkeit her-

Flüssigkeitserhitzer aus einer Mehrzahl von Platten- 30 gestellt ist. Die Platte P2 ist am oberen Ende des

sätzen, in deren Flüssigkeitskanälen Strömungs- Flüssigkeitskanals LF mit einem quer dazu verlaufen-

bemessungseinrichtungen vorgesehen sind. den Öffnungsschlitz 10 versehen, der mit einer ent-

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nach- sprechenden öffnung 11 am oberen Ende der Platte PZ

folgend an Hand der Ausführungsbeispiele darstellen- fluchtet. Der Flüssigkeitskanal der Platte Pi steht am

den Zeichnungen erläutert. Darin zeigt 35 unteren Ende mit der öffnung 3 in Verbindung.

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs- Es ergibt sich somit ein Flüssigkeitsstrom, der an

gemäßen Flüssigkeitserhitzers in geöffneter Stellung, der Platte P2 aufsteigt, über das obere Ende der

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Platten- Platte PZ hinwegtritt und an der Platte Pi. nach unten

Satzes, dessen Einzelplatten auseinandergerückt sind, auf den Auslaßkanal zu fällt.

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, jedoch mit 40 Für die Platten Pl, PZ und PS strömt der Dampf

Platten anderer Ausführungsform, von den öffnungen 5 aus in die Heizkanäle SF ein

Fig. 4 eine den Fig. 2 und 3 ähnliche Ansicht, aber und auf den Platten bis zur Auslaßöffnung 7 für das

mit Platten einer dritten Ausführungsform, Kondensat herab, wobei der Dampf seine Wärme an

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch eine zusam- die Flüssigkeit abgibt und kondensiert. Wie in den

menliegende Plattenanordnung, 45 Fig. 2 bis 4 gezeigt, sind die Platten Pl, PZ und PS

Fig. 6 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere mit Umlenkstreifen 12 versehen, damit der Dampf

zusammenliegende Plattenanordnung, einen gewundenen Weg nimmt.

Fig. 7 einen vertikalen Schnitt eines Teils einer In der in Fig. 5 gezeigten Anordnung haben die

Plattenanordnung und Steig- und Fallkanäle LF die gleiche Querschnitts-

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Strö- 5° fläche und besitzen beide eine Tiefe, die ungefähr der

mungsbemessungseinrichtung. Plattendicke entspricht. Die Anordnung kann aber

Wie übersichtlich aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt auch so getroffen sein, daß sich die Querschnittsder Verdampfer einen Stapel von Platten P₁ die bün- fläche in Strömungsrichtung der Flüssigkeit verdig gegeneinandergelegt und zwischen Spannköpfen H ändert. Zum Beispiel kann die in Fig. 6 gezeigte Aneingespannt sind, die mittels Zugschrauben 5 zusam- 55 Ordnung verwendet werden, bei welcher der Quermengezogen werden. Die Köpfe und die Platten wer- schnitt des Fallkanals größer ist als der des Steigden von einem Rahmen F getragen, der auch an einem kanals. In diesem Fall wird der Abstand zwischen den Ende einen Brüdenabscheider U trägt, um den Brüden Platten PS und Pi größer ausgeführt als der Abstand von der konzentrierten Flüssigkeit zu trennen. zwischen den Platten Pl und P2.

Die in Fig. 2 gezeigte Plattenzusammenstellung be- 60 In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist ein einsteht aus Platten Pl, P2, PZ, Pi und PS. Jede ziger Strömungsweg für die Flüssigkeit zwischen den Platte besitzt zwei öffnungen 1, und die öffnungen 1 vier Platten Pl bis Pi, die einen Satz bilden, geschafaller Platten Pl bis PS usw. fluchten miteinander, fen. Es ist jedoch auch möglich, die Platten in ihrer um Einlaßleitungen für die zu behandelnde Flüssig- Breite so zu unterteilen, daß zwei oder mehrere Flüskeit zu bilden. Die öffnungen 1 fluchten mit Anschluß- 65 sigkeitsströmungswege LF entstehen, die nebeneinstutzen 2 im Kopf H. Jede Platte besitzt auch eine ander liegen. In Fig. 3 sind zwei Strömungswege LFl Öffnung 3, und die öffnungen 3 aller Platten Pl bis und LF2 dadurch geschaffen, daß an die Dichtungen 9 PS usw. fluchten miteinander, so daß sich eine Aus- ein Teilungsstreifen 9¹ angesetzt ist. Die beiden Hälflaßleitung für die konzentrierte Flüssigkeit und den ten des Flüssigkeitskanals werden jeweils durch eine frei werdenden Brüden ergibt. Diese Leitung fluchtet 70 der aus den öffnungen 1 auf gegenüberliegenden Sei-

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ten der Platten gebildeten Zuführungsleitungen beliefert. Beide Kanäle LFl und LF2 öffnen sich in den Kanal, der durch die öffnungen 3 gebildet ist.

In Fig. 3 haben die beiden nebeneinanderliegenden Kanäle LFl und LF2 über ihre Gesamtlänge eine gleichbleibende Breite. Um einen sich ändernden Querschnitt zu erhalten, können sie im Steig- und Fallkanal eine unterschiedliche Tiefe haben, wie das in Fig. 6 gezeigt ist. Andererseits oder zusätzlich können sie aber auch eine sich ändernde Breite aufweisen, wie das in Fig. 4 gezeigt ist. Damit hierbei die Breite der Platten vorteilhaft ausgenutzt ist, liegt der eine Strömungsweg mit seiner zunehmenden Breite neben der abnehmenden Breite des anderen. Das wird dadurch erreicht, daß die Dichtung 9 der Platten P2 und F4 mit einem geneigten Teilungsstreifen 9² versehen ist. In diesem Fall wird der eine Kanal LFl mit der einen Einlaßleitung verbunden, während die Zuführung für den anderen Kanal LF2 über die andere Zuführungsleitung erfolgt, wobei ent- _ao sprechend der Breitenzunahme die Flüssigkeit in entgegengesetzten Richtungen durch die Kanäle LFl und LF2 strömt.

In Fig. 2 ist nur ein Plattensatz Pl bis F4 und die Anfangsplatte F5 des nächsten Plattensatzes gezeigt, die Anzahl der Sätze kann jedoch beliebig vergrößert werden. Die Apparatgröße kann auch noch durch Parallelschalten mehrerer Satzgruppen vergrößert werden.

Die Steig- und Fallkanäle LF können einzeln oder beide durch die Abstände zwischen mehr als einem Paar von Platten gebildet werden. So können unter Bezugnahme auf Fig. 5 beispielsweise zwei Platten P2 verwendet werden, um zwei parallele Steigkanäle LF zu schaffen, und drei Platten F4 können verwendet werden, um drei parallele Fallkanäle LF zu schaffen, so daß für den fallenden Strom eine größere Querschnittsfläche (wie in Fig. 6) zur Verfugung steht.

Insbesondere wenn ein hoher Konzentrationsgrad gewünscht wird, kann es vorteilhaft sein, an jeder Einlaßöffnung für jedes Steig- und Fallkanalpaar eine Strömungsbemessungseinrichtung anzuordnen. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 8 gezeigt und besteht aus einem Einsatz 13, der eine Bemessungsöffnung 14 enthält. Dieser Einsatz wird in die Dichtung 9 an der Stelle eingesetzt, an der sie weggeschnitten ist, um den Strömungsweg LF mit der gemeinsamen Zuführungsleitung 1 zu verbinden. Diese Einrichtung arbeitet so, daß sie eine gleichmäßig verteilte Zuführung der Flüssigkeit für die verschiedenen Plattensätze gewährleistet, die alle aus derselben Zuführungsleitung beliefert werden.

Beschriebene Einzelapparate können miteinander so verbunden werden, daß sich ein Flüssigkeitserhitzer mit einer mehrfachen Wirkung ergibt. Die Brüden, die in der einen Einrichtung entstehen, nachdem sie von der teilweise konzentrierten Flüssigkeit abgetrennt sind, können in die Heizkanäle anderer Einrichtungen geleitet werden, wodurch sich eine wirtschaftliche Beheizung ergibt. Andere Möglichkeiten, wie eine Gleich- oder Gegenstromführung, können ebenfalls angewandt werden, und wo es wünschenswert ist, kann ein Teil des konzentrierten Produkts erneut zirkuliert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitserhitzer, insbesondere für teilweises Verdampfen der Flüssigkeit innerhalb des Erhitzers zur Konzentrationserhöhung derselben, bestehend aus vertikal angeordneten Platten, die Heizkanäle und Flüssigkeitskanäle mit Richtungsänderungen nach dem Kreuzstromprinzip zwischen jeweils benachbarten Platten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Platten (P 2, F 4 usw.) Steig- und Fallkanäle (LF) und auf den Platten (Fl, F 3, P 5 usw.) Heizkanäle (SF) vorgesehen sind, und die Platte (F3) eine die Steig- und Fallkanäle verbindende öffnung (11) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steig- und Fallkanäle (LF) in ihrer Breite unterteilt (9¹, 9²) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (Fl... F 4) jeweils aufeinanderpassende Durchtrittsöffnungen (1, 3, 5, 7) besitzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Platten Flachdichtungen (9,12) angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitserhitzer aus einer Mehrzahl von Plattensätzen (Fl.. . F 4) besteht, in deren Flüssigkeitskanälen (LF) Strömungsbemessungseinrichtungen (13) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 62 213, 70 334.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 009 680/449 12.60