DE2111026C - Kondensator-Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

mungswege für die Fluide bilden, wobei minde-

stens bereichsweise die gegeneinander gerichteten Profilkämme benachbarter, miteinander einen

Strömungsweg für das kondensierende Fluid bil- Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher

dender Blechplatten infolge Schneidens ihrer in ao für Trennwand-Wärmetausch von Fluiden mit Konjeweils einer zumindest annähernd lotrecht veriau- densaüon des wärmeabgebenden Fluids aus einem fenden Ebene liegenden und darin geneigt verlau- Stapel im wesentlichen gleich gestalteter, viereckiger, fenden Kammlinien sich an zahlreichen Beruh- durch Riffelung oder Wellung profilierter und zu Paarungsstellen aufeinander abstützen, g e k e η η - ren zusammengefaßter, zumindest annähernd lotrecht zeichnet durch die Verbindung der folgen- »5 gestellter Blechplatten, von denen jeweils die einem den Merkmale: Paar zugehörigen an zwei gegenüberliegenden Kanten

a) Die Kammlinien (31 c, 32 c) der beiden je- und die jeweils benachbarten, jedoch verschiedenen weils gegeneinander gerichteten, sich aufeinander Paaren zugehörigen Blechplatten an den zwei anderen abstützenden Profilkamme (31,32) verlaufen beide gegenüberliegenden Kanten gasdicht miteinander verzur Kondensatabzugseite (Sammelkasten 17) des 30 bunden sind und so Strömungswege für die Fluide Plattenrands hin geneigt, und zwar jeweils zumin- bilden, wobei mindestens bereichsweise die gegen dest bereichsweise die Kammlinien (31 c) der einen einander gerichteten Profilkämme benachbarter, mit Profilkämme (31) leicht fallend und die (32 c) der einander einen Strömungsweg für das kondensierende anderen Profilkämme (32) steil fallend; Fluid bildender Blechplatten infolge Schneidens ihr..

b) jeder Profilkamm (31, 32) weist im Quer- 35 in jeweils einer zumindest annähernd lotrecht verlauschnitt jeweils einen Stufenteil (31 b, 32 b) auf, der fenden Ebene liegenden und darin geneigt verlaufenin seiner Erstreckung senkrecht zur Platienhaupt- den Kammlinien sich an zahlreichen Berührungsstellen ebene zumindest annähernd waagerecht verläuft aufeinander abstützen.

und so in an sich bekannter Weise als Konden- Eine derartige Anordnung ist gemäß der deutschen

satfangrinne gestaltet ist. 40 Patentschrift 147 656 bekannt. Sie hat den Vorteil,

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch eine große spezifische Heizfläche auf geringem Raum gekennzeichnet, daß an jeder Blechplatte (6, 10) und mit geringem Materialaufwand bei verhältnisdie leicht fallenden Profilkämme (31) und die steil mäßig einfacher Herstellungsweise unterbringen zn fallenden Profilkämme (32) in lotrechten Gruppen, können.

die waagerecht fortschreitend einander abwech- 45 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ganz be-

seln, angeordnet sind ( F i g. 3 ). sonders günstige Verhältnisse an den Wärmetausch-

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch flächen für das kondensierende Fluid zu erzielen, ingekennzeichnet, daß zwischen den lotrechten dem mit kleinem baulichen Aufwand die kondensat-Gruppen Streifen (11) vorgesehen sind, die im we- abführende Wirkung der Blechplatten-Profilierung wesentlichen nicht profiliert sind. 50 seitlich verbessert wird.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 2 bis 3 Für einen Plattenwärmetauscher der vorstehend bemit Verdampfung des wärmeauf nehmenden Fluids, schriebenen Art wird als erfindungsgemäße Lösung dadurch gekennzeichnet, daß dieses durch Strö- eine durch die Verbindung der folgenden Merkmale mungswege in im wesentlichen senkrechter Rieh- gebildete Anordnung vorgeschlagen:

tung geführt ist. 55 a) die Kammlinien der beiden jeweils gegeneinan-

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch der gerichteten, sich aufeinander abstützenden Profilgekennzeichnet, daß der Plattenstapel (5) in an kämme verlaufen beide zur Kondensatabzugsseite des sich bekannter Weise die Form eines Kreisringes Plattenrandes hin geneigt, und zwar jeweils zumindest aufweist, in dem die Blechplatten (6, 7, 1Θ) in bereichsweise die Kammlinien der einen Profilkämme radial verlaufenden Ebenen angeordnet sind, der 60 leicht fallend und die der anderen Profilkämme steil Plattenstapel in die flüssige Phase des verdampfen- fallend;

den Fluids zumindest teilweise eingetaucht ist, b) jeder Profilkamm weist im Querschnitt jeweils das zu kondensierende Fluid in etwa radial ver- einen Stufenteil auf, der in seiner Erstreckung senklaufende, sich gegen die Kreisringachse verengende recht zur Plattenhauptebene zumindest annähernd Strömungswege (15) von außen zuführbar ist und 65 waagerecht verläuft und so in an sich bekannter der'Kondensatabzug (Sammelkasten 17) längs dem Weise als Kondensatfangrinne gestaltet ist. Innenumfang des Plattenstapels (5) angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird in vorteilhafter Weise

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch erreicht, daß jedes sich bildende Kondensatteilchen

auf kürzestem Wege zu einem Kondensatabflußpfad gelangen muß, in dem es aufgenommen wird und mit dem es auf kurzem und schnellem Wege voü der kondensatbildenden Wärmetauschfläche weggeführt wird Damit kann die Dicke des den Wärmeübergang hemmenden Kondensatfilmes auf ein Minimum "herabgesetzt werden, so daß ein optimaler Wärmeübergang zwischen Wärmetauschfläche und kondensierendem Fluid und ein Höchstmaß von vom Koniensatabfluß freibleibender Kondensationsfläche erzielbar sind. Dieser Vorteil wird durch die Wirkung erreicht, daß an jedem Berührungspunkt der Profilkämme der in den flacheren Profilkämmen langsam fließende Kondensatstrom von dem in den steileren Profilkämmen schneller fließenden Kondensatstrom mitgerissen und so in den steileren und schneller fließenden Kondensatstrom einverleibt wird. Außerdem gewähren jeweils die zur Hauptströmungsrichtung des kondensierenden Euids mit geringem Winkel schräg angestellten Profiüerungen eine wenig behinderte Strömung, so daß ao der Druckabfall zwischen dem Eintritt des kondensierenden Fluids in den Plattenstapel und dem Austritt aus diesem wirkungsvoll herabgesetzt ist, während an den Profilierungen mit zur Hauptströmungsrichtung großem Querstellungswinkel eine wirkungsvolle as Durchmischung des Fluids und damit ebenfalls eine Intensivierung des Wärmeübergangs stattfindet. Ein Tei! der in dem Merkmal a) angeführten Maßnahmen, nämlich an beiden einander gegenüberstehenden Platten eines Strömungsweges für das kondensierende so Fluid zu der einen Kondensatabzugseite des Pianenrandes hin gering geneigte Kondensatabführrinnen, sied bereits durch die deutsche Patentschrift 873 094 bekannt. Diese in der Rinnenerstreckung von der Platteniiäehe weg unter einem Winkel von etwa 45° angestellten Rippen sind reine Abflußrinnen, mit denen das erfindungsgemäße Ziel, nämlich das Überleiten des fl&cheren, langsamer fließenden Kondensatsiromes in den steileren und schnelleren, nicht erreichbar ist.

!m Merkmal b) enthaltene Maßnahmen sind z. T. bereits durch die deutsche Patentschrift 367 899 insofern bekannt, als an der Seite des kondensierenden Fluids Profilkämme vorhanden sind, die jeweils einen Stufenteil aufweisen, der in seiner Erstreckung von der Wärmetauschwand weg zumindest annähernd waagerecht verläuft und so als Kondensatfangrinne geaaltet ist. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung sind jedoch keine hervortretenden Profilkämme an der Kondensationsfläche ausgebildet, so daß eine gegenseitige Abstützung mittels der Profilkämme nicht zu erreichen wäre.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Erfindungsgegenstands sind an jeder Blechtafel die leicht abfallenden Profilkämme und die steil fallenden Profilkämme in lotrechten Gruppen, die waagerecht fortschreitend einander abwechseln, angeordnet. Damit tritt in vorteilhafterweise eine zwischen den Platten ausgeglichene Wirkung ein. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform können zwischen den lotrechten Gruppen Streifen vorgesehen sein, die im wesentlichen nicht profiliert sind. Bei einem Wärmetauscher in der erfindungsgemäßen Bauart mit Verdampfung des wärmeaufnehmenden Fluids kann dieses durch Strömungswege in im wesentlichen senkrechter Richtung geführt sein. Mit besonderem Vorteil kann dabei die streifenförmige Anordnung parallel zur Strömungsrichtung des verdampfenden Fluids ausgebildet sein. Bei einer besonders zweckmäßigen Anordnung kann der Plattenstapel in an sich bekannter Weise die Form eines Kreisringes aufweisen, in dem die Blechplatten in radial verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Der Plattenstapel kann in die flüssige Phase des verdampfenden Fluids zumindest teilweise eingetaucht sein. Das zu kondensierende Fluid kann in etwa radial verlaufende sich gegen die Kreisringachse verengende Strömungswege von außen zuführbar sein und der Kondensatabzug-Sammelkasten kann längs dem Innenumfang des Plattenstapels angeordnet sein. Ein derartiger Wärmetauscher kann mit besonderem Vorteil so ausgebildet sein, daß der kreisringförmige Plattenstapel in einer topfförmigen Wanne innerhalb eines zylindrischen Behälters angeordnet ist, der damit räumlich in einen oberen und einen unteren Teil getrennt ist, das im oberen Teil befindliche Fluid in flüssiger Phase in der topfförmigen Wanne gesammelt ist, das im unteren Teil befindliche dampfförmige Fluid durch öffnungen in den Seitenflächen der topfförmigen Wanne in den Plattenstapel zuführbar und nach der Verflüssigung in den Plattenstapel durch einen Sammelkasten in flüssiger Phase ableitbar ist.

Zur weiteren Erläuterung sind in den Figuren Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus zwei Blechpl.iiien 6 und 10, die ein Plattenpaar bilden, zwischen dem ein Strömungsweg für das zu kondensierende Fluid gebildet ist, dessen Hauptströmungsrichtung durch die Pfeile 33, 34 angedeutet ist. Dabei ist die Blechplatte 10 so dargestellt, als ob sie durchsichtig wäre, so daß die Blechplatte 6 in Ansicht erscheint. Die Blechplatte 6 hat ein sägezahnartiges Profil, das in Richtung der Strömung, also der Pfeile 33, 34, untei einem verhältnismäßig kleinen Winkel nach abwärts geneigt ist. Die Blechplatte 10 hat ebenfalls ein sägezahnartiges Profil, vorzugsweise gleicher Bemessung, das jedoch in Richtung der Strömung, gemäß Pfeilen 33, 34, mit verhältnismäßig großer Neigung nach abwärts gerichtet ist. Die Oberfläche der beiden Blechplatten 6 und 10 ist dermaßen in leicht fallende Profilkämme 31 bzw. in steil fallende Profilkämme 32 mit den wandflächigen Teilen 31 α bzw. 32 a und den stufenflächigen Teilen 31 b bzw. 32 b gegliedert. Die Verschneidung eines stufenflächigen Teils 31 b bzw. 32 b mit dem darunter liegenden wandflächigen Teil 31 α bzw. 32 α ergibt eine Kammlinie 31 c bzw. 32 c. Die Kammlinien 31 c und 32 c der beiden Blechplatten 6 und 10 eines Plattenpaares haben eine Vielzahl von gemeinsamen, über ihre Oberfläche netzartig verteilt angeordneten Berührungspunkten 41,42, an denen sie sich aufeinander abstützen können. Es ist auch noch ein weiteres von den Blechplatten 43 und 44 gebildetes Plattenpaar gezeigt, das ebenfalls einen Stromungsweg für das kondensierende Fluid gemäß Pfeil 45 einschließt, während ein Strömungsweg für das zu verdampfende Fluid gemäß Pfeil 46 zwischen den Blechplatten 6 und 43 gegeben ist.

F i g. 2 zeigt den Ausschnitt aus einem Plattenstapel gemäß F i g. 1 im Schnitt nach der Linie II—II gemäß Fig. 1. Dabei sind die Bezugsziffern aus F i g. 1 für gleiche Teile übernommen.

Die Kondensatabführung geht folgendermaßen vonstatten: Jedes an den wandflächigen Teilen, z. B. 31 β, gebildete Kondensatteilchen A fließt, indem es sich dabei mit weiteren Kondensatteilchen vereinigt, in der Fall-Linie 47 des wandflächigen Teils 31 a nach abwärts bis es auf den stufenflächigen Teil 31 b gc-

langt. Auf dem stufenflächigen Teil 31 b vereinigen sich weitere Teilchen, die an dem wandflächigen Teil 31a gemäß Fall-Linien 47 nach unten kommen und bilden dabei einen immer stärker werdenden Flüssigkeitsfaden 48, der 'auf dem stufenflächigen Teil 31 b, der die Wirkung einer Abflußrinne hat, nach abwärts fließt. Jedes sich an dem wandflächigen Teil, z.B. 32a der Blechplatte 10 bildende Kondensatteilchen B fließt in der Fall-Linie 49 dieses wandflächigen Teils 32 α nach abwärts — wieder unter Mitnahme weiterer Kondensatteilchen — bis es auf den stufenflächigen Teil 32 b gelangt, auf dem es sich mit weiteren längs ihrer Fall-Linien 49 von dem wandflächigen Teil auf den stufenflächigen Teil kommenden Teilchen vereinigt und dabei einen sich verstärkenden Flüssigkeitsfaden 50 bildend, nach abwärts fließ!.

Im Berührungspunkt 42 berühren sich nicht nur die beiden Kammlinien 31 c und 32 c der beiden stufenflächigen Teile 31 b und 32 b, sondern auch die darauf fließenden Stromfäden 48 und 50, so daß es infolge der Molekularkräfte zu einer Vereinigung ihrer Flüssigkeitsteilchen kommt. Da jedoch die Strömungsenergie des Stromfadens 50 infolge der an der größeren Neigung auftretenden höheren Geschwindigkeit wesentlich größer ist als die des Stromfadens 48, erfolgt ein bevorzugtes Mitreißen und Überleiten des Stromfadens 48 in den Stromfaden 50 und damit auf die Seite der Blechplatte 10, so daß eine um den Berührungspunkt entstehende Flüssigkeitsmenge entweder längs der Fall-Linie 51 am wandflächigen Teil 32 a als sehr schneller Stromfaden nach abwärts fließt oder durch die verschiedenartig einwirkenden Kräfte so aufgeteilt wird, daß ein Teil längs der Fall-Linie 51 nach abwärts fließt, während ein anderer Teil auf dem stufenflächigen Teil 32 b verbleibt und längs diesem nach unten gelangt. In jedem Falle gelingt es, einen sich auf den Oberflächen bildenden Kondensatfilm sehr frühzeitig in schnell fließende Stromfäden zusammenzufassen und somit die Kondensatmengen auf raschen und kurzen Wegen abzuführen und damit die hauptsächlichen Kondensat bildenden Wärmetauschflächen von bereits gebildetem Kondensat möglichst frei zu machen. Somit ist eine beachtliche Intensivierung des Wärmeübergangs erreichbar. Wenn sehr schnelle und kräftige Stromfäden, wie z. B. im Berührungspunkt 52 aufeinandertreffen, kann es auch zu einem Verspritzen eines Anteils der Flüssigkeitsmenge in den Raum zwischen den Platten gemäß der Pfeile 53, 54 kommen, woraus sich der Vorteil ergibt, daß der spritzende Anteil der Kondensatmenge ebenfalls durch den freien Fall sehr rasch nach unten gelangt und so an der Bildung eines den Wärmeübergang S hemmenden dickeren Kondensatfilms nicht teilhaben kann.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Behälter, in dem ein aus Blechplatten gemäß F i g. 1 und 2 gebildeter kreisringförmiger Plattenstapel in »ο einer topfartigen Wanne angeordnet ist.
F i g. 4 zeigt einen Querschnitt dazu.
In F i g. 3 und 4 ist der Verdampfer-Kondensator in einem zylindrischen Behälter 1 angeordnet, der durch eine topfförmige Bodenwanne 2 in einen oberen Teil 3 und in einen unteren Teil 4 getrennt ist. Der Behälterteil 4 kann dabei als Drucksäule und der Behälterteil 3 als Niederdrucksäule oder obere Säule einer Gas- bzw. Luftzerlegungsanlage dienen. In der topfartigen Wanne 2, die gleichzeitig als Behältertrennboden dient, ist ein kreisringförmiger Plattcnstapel 5 angeordnet, von dem jeweils zwei benachbarte Platten 6, 7 an zwei gegenüberliegenden Seiten 8,9 und die jeweils zwischen diesen Platten angeordneten benachbarten Platten 6, 10 an den zwei anderen gegenüberlicgenden Seiten 12,13 gasdicht miteinander verbunden sind.

Ein Fluid, das verflüssigt werden soll, befindet sich gasförmig oben in dem Behälterteil 4, der z. B. d ie Drucksäule einer Luftzerlegungsanlage darstellt; es ist in diesem Falle Stickstoff. Es kann durch die schlitzförmigen öffnungen 14 zwischen die Platten 6 und 10 gelangen, wobei sich sein Strömungsweg 15 in radialer Richtung keilförmig verengt. Damit sind die sich verkleinernden Strömungsquerschnitte längs der Strömungswege der mit zunehmender Verflüssigung bedingten Verringerung des gasförmigen Volumens angepaßt, so daß sich ein minimaler Strömungswiderstand einstellt. Der flüssige Anteil gelangt durch die öffnungen 16 in einen ringförmigen Sammelkasten 17 und von da mittels einer Rohrleitung 18 in den Behälterteil 4 zurück. Das andere Fluid steht als flüssige Phase in der Wanne 2, so daß die Zwischenräume zwischen den Platten 6 und 7 mit siedender Flüssigkeit erfüllt sind. Der allgemeine Strömungsweg verläuft von einem Lintrittsspalt 19 zum Austrittsspalt 20 in vertikaler Richtung nach oben. Im Falle einer Luftzerlegungsanlage ist die zu verdampfende Flüssigkeit der Sauerstoff in der Niederdrucksäule, die im Gefäßteil 3 untergebracht ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Platten· Patentansprüche: stapel (S) in einer topfförmigen Wanne (2) inner halb eines zylindrischen Behälters (1) angeordnet

1. Plattenwärmetauscher für Trenuwand-Wär- ist, der damit räumlich in einen oberen (3) und

metausch von Fluiden mit Kondensation des war- 5 einen unteren (4) Teil getrennt ist, das im oberen meabgebenden Fluids aus einem Stapel im we- Teil (3) befindliche Fluid in flüssiger Phase in der

sentlichen gleich gestalteter, viereckiger, durch topfförmigen Wanne (2) gesammelt ist, das im un-

Rtöelung oder Wellung profilierter und zu Paaren teren Teil (4) befindliche dampfförmige Fluid

zusammengefaßter, zumindest annähernd lotrecht durch öffnungen (14) in den Seitenflächen der

gestellter Blechplatten, von denen jeweils die io topffönnigen Wanne (2) in den Plattenstapel zueinem Paar, zugehörigen an zwei gegenüberliegen- führbar und nach der Verflüssigung im Platten den Kanten und die jeweils benachbarten, jedoch stapel durch einen Sammelkasten (17) in flüssiger

verschiedenen Paaren zugehörigen Blechplatten an Phase ableitbar ist

den zwei anderen gegenüberliegenden Kanten gasdicht miteinander verbunden sind und so Stsö- 15