DE2801075B2

DE2801075B2 - Wärmeübertrager mit mindestens einer Strahlwand

Info

Publication number: DE2801075B2
Application number: DE2801075A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Amagasaki Hyogo Sumitomo; Haruo Saga Uehara
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2801075C3; GB1578208A; SE7800258L; US4347897A; SE436447B; DE2801075A1; FR2378247B1; FR2378247A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit mindestens einem zwischen zwei Wärmeübertragungswänden strömenden. Wärme aufnehmenden Fluid, dem Wärme von einem auf die Außenseiten der beiden Wärmeübertragungswände aufgebrachten, Wärme abgebenden Fluid übertragen wird, und mit mindestens einer zu einer der Wärmeübertragungswär.-de mit Abstand parallel angeordneten und mit einer Anzahl über die Flächen verteilter, kleiner Durchgangskanäle versehener Strahlwand, durch die das Wärme abgebende Fluid auf mindestens eine Wärmeübertragungswand gespritzt wird.

Als Stand der Technik ist bereits ein doppelseitig beheizter Trommelerhitzer mit den Merkmalen der eingangs genannten Art bekannt (DE-PS 7 02 177). Bei diesem Trommelerhitzer tritt aus Düsen Dampf aus, welcher auf die Innenseite einer Trommel aufprallt. Das zweite Fluid wird in dem Zwischenraum zwischen der Trommel und einem Gehäuse geführt, wobei das Gehäuse außenseitig mit Dampf beheizt wird. Nachteilig ist hierbei der relativ geringe Wirkungsgrad, da das äußere Gehäuse lediglich eine Dampfheizung erfährt, wohingegen die Innenseite der Trommel mit Dampf beaufschlagt wird.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Kühleinrichtung für thermisch hoch beanspruchte Wände (DE-AS 11 08 372). Hierdurch soll die Kühlwirkung erheblich erhöht werden, wobei auf eine den Kühlmittelabflußraum begrenzende, zu kühlende Fläche eine größere Anzahl von Kühlmittelstrahlen auftrifft. Diese bekannte Vorrichtung ist damit kein Wärmeübertrager mit den Merkmalen der eingangs genannten Art, Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, einen Wärmeübertrager mit mindestens einer Strahlwand mit den Merkmalen der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einen verbesserten Wirkungsgrad und einen vergrößerten Anwendungsbereich

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur zweiten Wärmeübertragungswand eine weitere Strahlwand angeordnet ist und daß mehrere Wärmeübertragungswände sowie Strahlwände als ebene Platten in Reihe in einem Plattenwärmeübertrager angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß infolge der weiteren Strahlwand der Wirkungsgrad erhöht wird.

Weiterhin wird der Anwendungsbereich vergrößert

•durch Anwendung der erfinderischen Merkmale auf einen Plattenwärmeübertrager.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das

Wärme aufnehmende Fluid durch zwei, zwischen zwei Wärmeübertragungswänden mit Abstand parallel zu diesen angeordneten sowie mit einer Anzahl über die Fläche verteilter, kleiner Durchgangskanäle versehener Strahlplatten geführt sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß jede Strahlplatte in Strahlrichtung angeordnete, bis zur benachbarten Wärmeübertragungsplatte reichende und zu einem Auslaß abfallende Vorsprünge aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Sprengansicht einer Gruppe von Platten, welche einen Plattenwärmeübertrager darstellen, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie TI-II von F i g. 1 mit einer Darstellung der Wände im zusammengebauten Zustand,

F i g. 3 einen der F i g. 2 ähnlichen Längsschnitt einer Ausführungsform, bei der eine Einrichtung vorgesehen ist zum Sammeln und Entleeren des auf den Strahl folgenden Stroms von der Wärmeüi;ergangsfläche, F i g. 4 eine Vorderansicht gemäß der Linie IV-IV von F i g. 3 des Hauptteils einer Strahlwand, F i g. 5 einen der F i g. 2 ähnlichen Längsschnitt einer Ausführungsform, bei der zwei Fluide gespritzt werden, zwischen denen ein Wärmeaustausch ausgeführt werden soll,

F i g. 6 eine Ansicht gemäß der Linie IV-IV von F i g. 2 einer Kondensationsform von Dampf, die erhalten wird.

so wenn ein Aufprallstrahl-Plattenwärmetauscher zur Kondensation von Dampf verwendet wird.

F i g. 1 und 2 zeigen eine Grundausführung des Wärmeübertragers mit Strahlwänden 1 und 2 sowie V/ärmeübertragungswänden 3 und 4. Diese Wände sind in der dargestellten Reihenfolge zusammengesetzt und begrenzen zwischen sich einen Kanal A, dem ein erstes Fluid zugeführt wird, Kanäle A\ und A₂, in die das erste Fluid gespritzt wird, und einen Kanal B, dem ein zweites Fluid zugeführt wird. Jede Wand hat an den vier Ecken

eo vier Öffnungen. Von diesen Öffnungen bilden die Öffnungen 5 einen Einlaßkanal für das erste Fluid, die Öffnungen 6 einen Auslaßkanal für das erste Fluid, die öffnungen 7 einen Einlaßkanal für das zweite Fluid und die Öffnungen 8 einen Auslaßkanal für das zweite Fluid.

Die Strahlwand 1 liegt der anderen Strahlwand 2 gegenüber zur Begrenzung des Kanals A für die Zufuhr des ersten Fluids, wobei dieser Kanal A ebenfalls von einer zugehörigen Dichtung 10 begrenzt wird, die sich in

$t einem zwischen den Platten gebildeten Zwischenraum

§ befindet Im einzelnen ist die Dichtung 10 so

Ü angeordnet, daß sie den mattieren Bereich der Wand und

ft die Einlaßöffnung 5 für das erste Fluid umgibt. Jede

B Strahlwand 1 und 2 weist eine Anzahl von Weinen s

f| Löchern 9 auf, durch die das erste Fluid gespritzt wird,

ti Daher steht der Zufuhrkanal A für das erste Fluid in

Sf Verbindung mit den Einlaßöffnungen 5 für das erste

|I Fluid und mit den kleinen Löchern 9. Die Auslaßöffnung

jH 6 für das erste Fluid und die öffnungen 7 und 8 für das

j§! zweite Fluid sind, jeweils durch Dichtungen 11,12 und 13

Hj von der Außenseite getrennt

I^ Die Strahlwand I liegt der Strahlwand 2 gegenüber.

* Der Strahlkanal A\ für den ersten Kanal wird durch eine

^r j zugehörige Dichtung 10 begrenzt die den Wärmeüber-

\ tragungsbereich der Wärmeübertragungswand 3 und

die Auslaßöffnung 6 des ersten Fluids umgibt Der (' Strahlkanal A\ steht daher in Verbindung mit der

Auslaßöffnung 6 für das erste Fluid und die öffnungen 7 ι ΐ und 8 für das zweite Fluid sind jeweils durch Dichtungen

' 14,12 und 13 von der Außenseite getrennt

Die Wärmeübertragungswand 3 ist einer weiteren - Wärmeübertragungswand 4 benachbart und liegt dieser

gegenüber, wodurch dazwischen der Zuführte vnal 3 rür das zweite Fluid gebildet wird. Der Zufuhrkanal B wird durch eine zugehörige Dichtung 10 begrenzt die den Wärmeübertragungsbereich der Wärmeübertragungsplatten 3 und 4 und die öffnungen 7 und 8 für das zweite Fluid umgibt Der Zufuhrkanal B steht daher nur mit diesen öffnungen 7 und 8 in Verbindung. Die öffnungen 5 und 6 für das erste Fluid sind jeweils durch Dichtungen 15 und 16 von der Außenseite getrennt Die Wärmeübertragungswand 4 liegt einer nachfolgenden Strahlwand 1 gegenüber und begrenzt den Strahlkanal Ai für das erste Fluid, der nur mit den Auslaßöffnungen 6 für das erste Fluid in Verbindung steht wie im Fall des oben beschriebenen Strahlkanals A\. F i g. 1 und 2 zeigen mit strichpunktierten Linien, wie die ersten und zweiten Fluide strömen. Der Betrieb des Aufprallstrahl-Plattenwärmeübertragers wird nun entsprechend der Strömung der Fluide beschrieben.

Das erste Fluid a wird durch die ausgefluchteten Einlaßöffnungen 5 für das erste Fluid zugeführt und strömt in die einzelnen Zufuhrkanäle A für das erste Fluid, von wo aus es durch die kleinen Löcher 9 in den , Strahlwänden 1 und 2 in die benachbarten Strahlkanäle

A] und A₂ gespritzt wird. Die Strahlen aus den kleinen

¹W Löchern 9 prallen auf den Wärmeübsrgangsflächen der

e den Strahlv/änden 1 und 2 gegenüberliegenden Wärmeübertragungswände 3 und 4 auf. Die auf die Strahlen folgenden Ströme fließen dann längs der Wärmeübergangsflächen zu den uliteren Auslaßöffnungen 6. Das ^!. zweite Fluid b wird durch die Einlaßöffnungen 7 für das

zweite Fluid zugeführt und strömt in den Zufuhrkanal B für das zweite Fluid. Wenn das zweite Fluid innerhalb des Kanals B zur Auslaßöffnung 8 strömt, erfolgt durch die Wärmeübertragungswände 3 und 4 eine Wärmeübertragung vom ersten Fluid a in den benachbarten Strahlkanälen A\ und A₇.

Fig.3 und 4 «eigen eine weitere Ausführungsform des Wärmeübertragers mit einer Strahlplatte 21 mit einer Anzahl Von kleinen Löchern 22, mit einer WarmeiibertragungsplatfJr 23 mit ebenen Wärmeübertragungsflächen Und mit Strahlen 24 des aus den kleinen Löchern 22 gespritzten Fluids. Die Strahlplatte 21 ist auf ihrer einen Seite mit Vorsprüngen 25 versehen, die sich zur Wärmeübertregungsplatte 23 erstrecken und schräg auf der Plattenfläche verlaufen. Vorsprünge 25 sind in Draufsicht bandförmig und sind entweder einstückig mit der Strahlplatte 21 durch Pressen geformt oder durch Befestigen gesonderter Teile an der Strahlplatte 21 geformt Durch den Zusammenbau der Strahlplatten 21 befinden sich die Vorsprünge 25 mit ihren vorderen Enden in Anlage an der Wärmeübergangsfläche der Wärmeübertragungsplatte 23, die der Strahlplatte 21 benachbart ist und ihr gegenüberliegt wodurch ^e>ne Entwässerungsnutanordnung 26 gebildet wird.

Die Entwässerungsnutanordnung 26 dient zum Sammeln der auf die Strahlen folgenden Ströme 27, die erzeugt werden, nachdem die Strahlen aus den kleinen Löchern 22 in der Strahlplatte 21 auf die Wärmeübertragungsfläche der Wärmeübertragungsplatte 23 aufgeprallt sind. Die Entwässerungsnutanordnung 26 bewirkt eine wirkungsvolle Abwärtsbewegung dieser Ströme 27 längs der Vorsprünge 25 zur Entleerung. Es bildet sich somit kein abwärts strömender Film aufgrund der vom stromauf gelegenen Bereich der Wärmeübergangsfläche nach unten fließenden Ströme, so daß die Wärmeleitfähigkeit verbessert werden kann.

Die übereinander und parallel zueinander angeordneten Vorsprünge 25 dienen auciv wirkungsvoll als Verstärkung zum Einhalten des Zwischenraums zwischen der Strahiplatte 21 und der Wärmeübertragungsplatte 23. Die Vorsprünge 25 sind beim dargestellten Beispiel auf der Strahlplatte 21 vorgesehen, können aber auch auf der Wärmeübertragungsplatte 23 vorgesehen sein. Da in einem Aufprallstrahl-Plattenwärmetauscher die Strahlplatten nicht unmittelbar am Wärmeübergang zwischen den Fluiden teilnehmen, erfordern sie nicht unbedingt ein spezielles Material, sondern können aus einem Material, etwa Kunststoff, hergestellt werden, dessen Wärmeleitfähigkeit gering ist Es ist daher vorteilhafter, auf der Strahlplatte Vorsprünge vorzusehen, die aus einem leicht verformbaren Material hergestellt werden können.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird eines der Fluide, zwischen denen der Wärmeübergang ausgeführt werden soll, gespritzt Es ist aber selbstverständlich möglich, beide Fluide zu spritzen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig.5 gezeigt, die einen der F i g. 2 ähnlichen Schnitt zeigt, bei der das zweite Fluid b, das bei der Ausführungsform von F i g. 2 lediglich durch den Zufuhrkanal B strömt, wie im Fall des ersten Fluids a vom zwischen den Strahlplatten 3' und 4' begrenzten Zufuhrkanal B durch die kleinen Löcher 9 in den Strahlplatten 3' und 4' in die Strahlkanäle B\ und Bi gespritzt wird und auf den Wärmeübergangsflächen der Wärmeübertragungsplatten 3 und 4 aufprallt.

Bei der Entscheidung, welches von beiden Fluiden gespritzt werden soll, ist von folgendem auszugehen.

Wie beim gesamten Wärmeübergangskoeffizienten, der die Leistung von Wärmetauschern bestimmt, ist im allgemeinen der niedrigere Film-Wärmeübergangskoeffizient für das Fluid mit der höheren oder niedrigeren Temperatur ein entscheidender Faktor. Dinch Berücksichtigung des Fluids, dessen Film-Wärmeübergangskoeffizient niedriger (in vielen Fällen ist der Film-Wärmeübergangskoef'izient für Gase niedriger als für Flüssigkeiten) ist als beim ersten Fluid, kann daher eine ausgeprägte Verbesserung der Gesamtleistung erwartet werden.

F i g. 6 zeigt die Kondensation von Dampf, wenn der Aufprallstrahl-Plattenwärmetauscher bei der Kondensation von Dampf verwendet wird.

Dies wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2

beschrieben.

Das Gas, dessen Film-Wärmeübergangskoeffizient niedriger ist, z. B. Dampf, wird dem Zufuhrkanal A zugeführt, vom dem aus es durch die kleinen Löcher 9 in die Strahlkanäle A\ und Ai gespritzt wird und sich zu den Wärmeübertragungswänden 3 und 4 bewegt. Die Kühlflüssigkeit strömt durch den Zufuhrkanal B. Selbstverständlich kann auch die Kühlflüssigkeit gespritzt werden, was in Verbindung mit der in Fig.5 gezeigten Ausführungsform beschrieben ist.

Als Ergebnis erfolgt der Wärnietausch zwischen dem Dampf und der Kühlflüssigkeit durch die Wärmeübertragungswände 3 und 4, wobei der Dampf auf den Wärmeübergangsflächen der Wärmeübertragungswände kondensiert. Er kondensiert zu Tröpfchen (F i g. 6) oder wenigstens zu sehr dünnen Filmen. Da der Dampf mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit auf die Wärmeübertragungswand gespritzt wird, wird das Kondensat durch den dynamischen Dampfdruck zerstreut und durch die Wirkung der Oberflächenspannung in Form von Tröpfchen verteilt. Es befinden sich daher

ίο viele, nicht mit Filmkondensai; bedeckte freigelegte Bereiche auf den Wärmeübergmngsflächen, so daß der Übergang von Kondensationswiärme verbessert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

\, Wärmeübertrager mit einem zwischen zwei Wärmeübertragungswänden strömenden, Wärme aufnehmenden Fluid, dem Wärme von einem auf die Außenseften:der beiden ^Yärmeübertragungswände aufgebrachten, Wärme abgebenden Fluid übertragen wird, und mit mindestens einer zu einer der Wärmeübertragungswände mit Abstand parallel angeordneten und mit einer Anzahl über die Fläche verteilter, kleiner Durchgangskanäle versehener Strahlwand, durch die das Wärme abgebende Fluid auf mindestens eine Wärmeübertragungswand gespritztwird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur zweiten Wärmeübertragungswand (3j 4) eine weitere Strahlwand (1; 2) angeordnet ist und daß mehrere Wärmeübertragungswände (3,4) sowie Strahlwände (I, 2) als ebene Platten in Reihe in einem Plattenwärmeübertrager angeordnet sind.

.2. Wärmeübertrager nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme aufnehmende Fluid durch zwei, zwischen zwei Wärmeübertragungswänden mit Abstand parallel zu diesen angeordneten sowie mit einer Anzahl über die Fläche verteilter, kleiner Durchgangskanäle versehener Strahlplatten (3', 4') geführt ist (F i g. 5).

3. Wärmeübertrager naciv Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strahlplatte (21) in Strahlrichtung angeordnete, bis zur benachbarten Wärmeübertragungsplatte (23) reichende und zu einem Auslaß (8) abfallende Vorsprünge (25) aufweist