DE2831639C2 - Plattenbatterie für Stoff- und Wärmetauscher sowie für Tropfenabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Plattenbatlerie für Stoff- und Wärmetauscher sowie für Tropfenabscheider, — mit einer Mehrzahl von gegeneinandergesetzten, gewellten Platten, deren Wellentäler sich kreuzende Strömungskanäle bilden, wobei bei benachbarten Platten die Wellenkämme sich berühren oder mit Spaltabstand gegeneinandergesetzt sind und in den Strömungskanälen Strömungsbeeinflussende Einbauten vorhanden sind.

Der Kreuzungswinkel der Strömungskanäle kann bei derartigen Plattenbatterien beliebig sein, liegt aber im allgemeinen im Bereich von 90°. Derartige Plattenbatterien können auch als Füllkörper verwendet werden. Sie werden von den Medien, die zu behandeln sind, so angeströmt, daß die Strömungskanäle schräg zur Anströmrichtung verlaufen, die Strömung in der Plattenbatterie also nach Maßgabe der Richtung der Strömungskanäle eine Auslenkung oder Umlenkung erfährt. Das bedingt die für den Wärme- und/oder Stoffaustausch erforderliche Durchmischung im Strom der zu behandelnden Medien, Das definiert außerdem die Prallflächen, an denen die Tropfenabscheidung erfolgt. Die Hauptströmungsrichtung und die Anströmrichtung können horizontal oder auch vertikal sein. Bei Tropfenabscheidern mit gattungsgemäßen Plattenbatterien ist sie im allgemeinen horizontal; dann läuft die abgeschiedene Flüssigkeit aus der Plattenbatterie unten heraus. Offenbar kommt es für den Wirkungsgrad darauf an, bei geringem Strömungswiderstand, d, h. mit geringen Druckverlusten, eine intensive Durchmischung im Strom der zu behandelnden Medien bzw, eine möglichst vollständige Abscheidung zu erreichen. Strom * der zu behandelnden Medien bezeichnet dabei auch die Vielzahl der Teilströme, in die ein auftreffender Strom eines zu behandelnden Mediums nach Maßgabe der Anzahl der Platten und der Strömungskanäle aufgeteilt wird, per Strom des zu behandelnden Mediums kann

to vor der Plattenbatterie, aber auch in der Plattenbatterie noch eine Behandlung, z. B. durch Beimischung einer Flüssigkeit o. dgl., erfahren. Als Stoffaustauscher funktionieren solche Plattenbatterien auch dann, wenn die Platten eine Benetzung durch eine aufgegebene Flüssigkeit erfahren, die von dem strömenden Medium dampfförmig abgeführt wird. Bei Wärmetauschern kann es sich um solche für Mischungswärmetausch oder indirekten Wärmetausch handeln. Dann funktionieren die Platten auch als rekuperative Trennwände.

Bei bekannten gattungsgemäßen Plattenbatterien (DE-OS 17 51 393) sind die strömungsbeeinflussenden Einbauten oder Ausbildungen Küfswcüungcn, die die Hauptwellungen kreuzen. Diese Hilfswellungen sollen neben einer Verbesserung der Stabilität der einzelnen Platten die Querschnitte der Strömungskanäle derart ändern, daß die Strömung ausgeprägten und abrupten Querschnittsänderungen nicht unterwerfen ist Mit anderen Worten sofi durch die Hilfswellungen eine Beruhigung der Strömung in den Strömungskanälen erreicht werden. Eine Beeinflussung des Strömungsweges (läßt sich dadurch nicht erreichen, weil die Störung der Strömung durch die Hilfsweliungen dazu nicht ausreicht Bei den bekannten Plattenbatterien bilden die zwischen benachbarten Platten sich kreuzenden und zueinander offenen Strömungskanäle insgesamt ein räumliches Strömungsgitter eigener Art, in dem sich die Strömung nach Maßgabe des Strömungswiderstandes statistisch verteilt, hauptsächlich aber in Richtung der Strömungskanäle passiert Das gilt auch, für die in der

■»" Praxis zumeist üblichen Plattenbatte, ien, bei denen in den Strömungskanälen die strömungsbeeinflussenden Einbauten fehlen. Zumindest der Hauptteil eines zu behandelnden Mediums oder zu behandelnder Medien strömt in einer solchen Piattenbatterie zweidimensional.

Das über den Querschnitt einer solchen Plattenbatterie aufgetragene Geschwindigkeitsprofil der behandelten Medien zeigt ein Geschwindigkeitsmaximum im Bereich der Mitte und starken Geschwindigkeitsabfall zu den Begrenzungswänden der Plattenbatterie hin.

Entsprechendes gilt für die Mengenströme. Der Wirkungsgrad ist daher verbesserungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gat'ungsgemäßen Plattenbatterie den Wirkungsgrad zu verbessern und ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil über den Querschnitt einer jioichen Plattenbatterie zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, in den Strömungskanälen Querwände anzuordnen, die Wellenkämmen der jeweils benachbarten Platten, berührend oder mit Spaltabstand, zugeordnet sind, so daß aus Strömungskanalabschnitten benachbarter Platten gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildet sind. — Bei Plattenbatterien anderer Art (DE-OS 24 25 26t, DE-OS 23 43 007), die als Wärmetauscher funktionieren und bei denen sich die im Wärmetauscher stehenden Medien nicht mischen, kennt man Einbauten in den Strömungskanälen, die als Turbulenzerzeuger dienen und den Zweck haben, den

Wärmeübergang durch Verwirbelung zu verbessern. Diese bekannten Maßnahmen haben die Probleme der Erfindung nach Aufgabe und Lösung nicht beeinflußt.

Es versteht sich von selbst und liegt in dem Merkmal, daß aus Strömungskanalabschnitten benachbarter Platten gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildet sind, daß die Querwände nicht so angeordnet sind, daß die Plattenbatterie insgesamt gleichsam verschlossen ist, (wobei stoßende Querwände in den Strömuegskanälen benachbarter Platten als u> Verschluß funktionieren wurden). Um in der beschriebenen Weise gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege zu bilden, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Anordnung der Querwände. Ihre Anzahl bestimmt letztenendes den Strömungswider- π stand. Die Höhe der Querwände kann der Tiefe der Strömungskanäle entsprechen, aber auch kleiner sein. Durch geringe Druckverluste und guten Wirkungsgrad ausgezeichnet ist eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichet ist, daß die Querwände, bezogen auf die Wellungen der benachbarten Platte, jedem zweiten Wellenkamm zugeordnet sind. Im allgemeinen wird man dabei die Anordnung so treffen, uaß die Querwände in den Strömungskanälen benachbarter Platten nach Maßgabe des Kreuzungswinkels der Strömungskanäle auch winkelförmig aneinander anschließen.

In der konstruktiven Gestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten. Im allgemeinen bestehen bei einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie die Platten selbst aus Kunststoff, sie können durch Tiefziehen geformt sein. Dann kann man auch die Querwände einformen. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, die Querwände in die Strömungskanäle nachträglich einzusetzen. Von beson- y, derem Vorteil ist eine weitere Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Querwände aus Wandteilen der Platten bestehen, die an den Strömungskanalseitenwänden ausgeschnitten oder ausgestanzt und in die Strömungskanalquerschnitte hineingebogen sind. Dabei Ve₁ bleiben dann in den Strömungskanalseitenwänden die Öffnungen, die durch das Ausstanzen oder Ausschneiden entstanden sind, was praktisch ohne Erhöhung des Strömungswiderstandes die Durchrnischung, die ein zu behandelndes Medium in einer solchen Plattenbatterie erfährt, weiter verbessert. — Es versteht sich von selbst, daß die Platten erfindungsgemäßer Plattenbatterien auch beflust oder zusätzlich, z. B. mit vergleichsweise kleinen Wellungen, profiliert sein können.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie die Durchrnischung bei geringem Strömungswiderstand wesentlich verbessert ist Im Ergebnis wird damit, zunächst für den Stoff- und Wärmetausch, auch der Wirkungsgrad verbessert. Diese Verbesserung kommt auch darin zum Ausdruck, daß bei einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie das über dem Strömungsquerschnitt insgesamt aufgetragene Geschwindigkeitsprofil sowie die Mengenströme eines behandelten Mediums praktisch überall und auch in den Randbereichen annähernd den gleichen Wert aufweisen. Das gilt insbes. für die Ausführungsform, bei der die Querwände aus Wandteilen der Platten ausgestanzt und in die Strömungskanäle hineingebogen sind. Bei Verwendung erfindungsgemäßcr Plattenbatterien in Tropfenabscheidern erreicht man eine beachtliche Verbesserung des Abscheidegrades bei kleinen Grenztropicn und gutem Wirkungsgrad.

Tatsächlich ist die Zahl der abscheidewirksamen Prallflächen nach Maßgabe der dreidimensional zickzackförmigen Strömungswege vergrößert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 perspektivisch und aufgebrochen eine erfindungsgemäße Plattenbatterie,

F i g. 2 in gegenüber der F i g. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab eine einzelne, in die Horizontale geklappte Platte aus der Plattenbatterie der F i g. 1 mit einer benachbarten Platte, die vertikal aufgestellt wurde, ausschnittsweise,

F i g. 3 die Plattenausschnitte aus F i g. 1 mit aufeinandergeklappten Zustand,

Fig.4 entsprechend der horizontal angeordneten Platten aus dem Gegenstand nach F i g- 2 eine Platte für eine erfindungsgemäße Plattenbatterie in anderer Ausführungcform.

Die in F : g. 1 dargestellte Plattenbr lerie ist für Stoffoder Wärmeaustauscher oder auch für Tropfenabscheider bestimmt. Sie besteht aus einer Mehrzahl von gegeneinandergesetzten Platten 1. Diese sind gleichsam als Wellplatte mit im Ausführungsbeispiel trapezförmiger Welhing ausgeführt. Die Wellung ist grundsätzlich beliebig. Sie kann insbes. auch sinusförmig sein. Die Wellentäler 2 bilden stets sich kreuzende Strömungskanäle 3, und zwar derart, daß bei benachbarten Platten 1 die Wellenkämme 4 sich berühren oder mit Spaltabstand gegeneinandergesetzt sind. Die Strömung eines zu behandelnden Mediums ist beim Eintritt in die dargestellte Plattenbatterie durch den Pfeil 5 angedeutet worden. Sie wird in der Plattenbatterie in eine Vielzahl von Teilströmungen zerlegt, welche Teilströmungen sich hinter der Plattenbatterie wieder vereinigen.

In den Strömungskanälen sind Querwände 6 angeordnet. Diese sind Wellenkämmen 4 der jeweils benachbarten Platte 1 zugeordnet und berühren den zugeordneten WeHenkamm 4 oder bilden mit diesem auch einen Spakdbstand. Dadurch wird erreicht, daß aus Strömungskanslabschnitten 7 benachbarter Platten 1 in einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildetsind.

Um dieses zu erläutern, wird auf die Fig.2 und 3 Bezug genommen. In der Fig.2 ekennt man zunächst eine Platte 1 aus einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie, die eine horizontale Ebene gelegt und ausschnittsweise perspektivisch dargestellt wurde. Man erkennt die Strömungskanäle 3 und die darin angeordneten Querwände 6. Rechts von dem dargestellten Plattenabschnitt ist ebenfalls perspektivisch eine Nachbarplatte 1 ausschnittsweise dargestellt worden, jedoch in vertikaler Stellung. Auch hi<v erkennt man die Ströimrngskanä-Ie 3 und die Querände 6. Um zu der Anordnung zu kommen, die benachbarte Platten 1 in einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie einzunehmen haben, möge die in Fig.2 vertikal dargestellte Platte 1 in Richtung des eingezeichneten Bogenpfeiles 8 und um die strichpunktierte Linie 9 auf die horizontal liegend dargestellte Platte 1 geschwenkt und damit auf die horizontale Platte 1 aufgelegt werden. Dann befinden sich beide Platten 1 in diesem Beispiel in horizontaler Lage. Eine solche ist in F i g. 3 dargestellt worden, jedoch aufgebrochen. Durch den strichpunktierten Pfeil 10 ist einer der dreidimensional zickzackförmiEen Strömungswege verdeutlicht

worden, der aus Strömungskanalabschnitten 7 benachbarter flatten gebildet ist.

In der Ausführungsfomi nach den F i g. I bis 3 sind die Querwände in die Ströniungskanäle 3 eingesetzt oder eingel'ormt. F i g. 4 macht deutlich, daß die Querwände 6 auch aus Wandteilen der Platten 1 bestehen können, die an den Strömungskanalseitenwiinden 11 ausgestanzt und in den Strömungskanalquerschnitt hineingebogen sind. Dann entstehen Ausstanzöffnungen 12, die die Durchmischung weiter verbessern. Der dreidimensionalen Strömung wird hier noch eine zweidimensionale überlagert.

Es versteht sich von selbst, daß bei Vereinigung von mehr als zwei Platten 1 zu einer Plattenbatterie regelmäßig alle Platten — bis auf die Randplatten — auf beiden Seiten in den Strömungskanälen 3 Querwände 6 aufweisen. Das wurde in den F i g. 2 und 4 aus Gründen der Übersichlichkeit nicht dargestellt bzw. nicht angedeutet.

Wird eine Platienbatterie, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. zum Beispiel bei einem Tropfenabscheider eingesetzt, so kann sie dort auch als Primärabscheider in einem Aggregat angeordnet sein, bei dem dem Primärabscheider eine Ablaufzone nachgeschaltet ist. Die Ablaufzone kann z. B. aus Wellplatten mit einander parallelen Wellungen bestehen. Sie kann von einem Kontaktteil gefolgt sein, welches wieder gemäß F i g. ! aufgebaut ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Plattenbatterie für Stoff- und Wärmetauscher sowie für Tropfenabscheider, — mit einer Mehrzahl von gegeneinandergesetzten, gewellten Platten, deren Wellentäler sich kreuzende Strömungskanäle bilden, wobei bei benachbarten Platten die Wellenkämme sich berühren oder mit Spaltabstand gegeneinandergesetzt sind und in den Strömungskanälen Strömungsbeeinflussende Einbauten vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungskanälen (3) Querwände (6) angeordnet sind, die Wellenkämmen (4) der jeweils benachbarten Platten (1), berührend oder mit Spaltabstand, zugeordnet sind, und daß dadurch aus den Strömungskanalabschnitten (7) benachbarter Platten (1) gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildet sind.

2. Plattenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (6), bezogen auf die Wellungen der benachbarten Platten, jedem zweiten Weiienkamm (4) zugeordnet sind.

3. Plattenbatterie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (6) in den Strömungskanälen (3) benachbarter Platten (1) winkelförmig aneinander anschließen.

4. Piattenbatterie nach einem e'er Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (6) in die Strömungskanäle (3) eingesetzt oder eingeformt sind.

5. Piattenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch geL nnzeichnet, daß die Querwände (6) aus Wandteilen der Platten (1) bestehen, die aus den Strömungskanalseitenwänden (II) ausgestanzt und in die Strömungskanalquerschnhf?. hineingebogen sind.