DE2722288A1

DE2722288A1 - Plattenfoermiger verdampfer

Info

Publication number: DE2722288A1
Application number: DE19772722288
Authority: DE
Inventors: Hisao Kusuda; Haruo Uehara
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4156459A; JPS52138743A; FR2391751A1; JPS5641916B2; SE415522B; DE2722288C3; SE7705619L; FR2391751B1; DE2722288B2; GB1565869A

Description

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Dip!.-in:. E. Eder Dip!.-!.-:n ■",. TrM 8 München 4 u. U.s^bct-.s traöe 34

Hisaka Works Ltd. Osaka-shi, Osaka-fu, Japan

Plattenförmiger Verdampfer

Die Erfindung betrifft einen plattenförmigen Verdampfer, in dem eine Flüssigkeit durch ein Heizmittel verdampft wird.

Bei elektrischen Energieerzeugungsanlagen, bei denen Energie durch Umlauf eines Arbeitsmittels, z.B. Wasser oder einem organischen Material, erzeugt wird, sowie bei chemischen Anlagen zur Materialveredelung, bei Kühlvorrichtungen und anderen Anlagen werden ausnahmslos Verdampfer eingesetzt. In vielen Fällen hat der Wärmeübertragungsabschnitt eines solchen Verdampfers die Form eines ßundrohrsystems mit glatten Innen- und Außenflächen oder eines Systems von horizontalen und vertikalen gerippten Rundrohren mit auf der Außenseite angeordneten Rippen zur Verbesserung der Wärmeaus tauschge schwindigteit .

Bei einem solchen Verdampfer mit einem Rundrohrsystem kann die Leistung jedoch aus den nachfolgenden Gründen nur äußerst schwer verbessert werden:

a) Wenn die Rundrohre horizontal oder vertikal angeordnet werden und ein Heizmittel hindurchgeführt wird, während eine zu verdampfende Flüssigkeit außerhalb der ^Kohre

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für den Wärmeaustausch entlanggeführt wird, müssen die Rohre zwecks Kostenersparnis dichter angeordnet werden. Infolgedessen erhöht sich der Druckverlust des Heizmittels sowie die erforderliche Energie. Da außerdem die zu verdampfende Flüssigkeit innerhalb der Rohre geführt wird, ergibt sich infolge des sogenannten Zweiphasenflusses eine instabile Strömung, wobei je nach der Menge der zu verdampfenden Flüssigkeit ein Teil nicht zur Wärmeübertragung beiträgt.

b) Wenn ein Heizmittel in den Rohren geführt wird, während eine zu verdampfende Flüssigkeit für den Wärmeaustausch außerhalb der Rohre strömt, trägt etwa die Hälfte der Rohr^außenflachen nidit zur Wärmeübertragung bei.

c) Zusätzlich zu den oben beschriebenen Nachteilen erfordert ein solcher rohrförmiger Verdampfer einen großen Zeit- und Arbeitsaufwand zur Durchbohrung der Abschlußplatten für die Befestigung der Wärmeübertragungsrohre und den Zusammenbau des gesamten Verdampfers. Zudem sind die Wärmeübertragungsrohre sehr kostspielig.

In einigen Chemiewerken wird auch ein plattenförmiger Verdampfer verwendet. Der bekannte plattenförmige Verdampfer weist jedoch aus jeweils zwei Platten bestehende Einheiten auf, die zusammengefügt werden, so daß abwechselnd ein Heizmittel und eine zu verdampfende Flüssigkeit strömen. Da die Flüssigkeit nur in einer Richtung zugeführt wird, ist es schwierig, sie gleichmäßig über die ganze Breite und Länge der Wärmeübertragungsflächen zu verteilen. Infolgedessen bilden sich durch Verbrennung Blechschuppen, die an den Plattenoberflächen auf der Verdampfungsseite ankleben, wodurch die Wärmeübertragung sieistung und die Lebensdauer des Verdampfers stark verringert werden. Wenn umgekehrt eine zu

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verdampfende Flüssigkeit über die gesamten Wärmeübertragungsflächen zugeführt wird, nimmt die Stärke der Flüssigkeitsschicht in Längsrichtungallmählich zu, wodurch die Wärmeübertragungsleistung ebenfalls stark verringert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des herkömmlichen Verdampfers zu beseitigen und einen verbesserten Verdampfer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mehrere Plattenanordnungen, die aus jeweils vier zusammengefügten Platten bestehen, durch eine von zwei gegenüberliegenden inneren Platten gebildete mittlere Kammer in jeder Plattenanordnung, in die eine zu verdampfende Flüssigkeit einführbar ist, wobei die inneren Platten mit einem sich um den Außenumfang der Plattenoberflächen erstreckenden Anschlag zusammenwirken, durch auf beiden Seiten zwischen den inneren Platten und den äußeren Platten gebildete Verdampfungskammern, die mit Anschlägen zusammenwirken, die sich um den Außenumfang der Oberflächen der inneren und äußeren Platten erstrekken, durch eine Anzahl Auslauföffnungen in den inneren Platten, die die Einführungskammer mit den Verdampfungskammem verbinden, und durch unter Zusammenwirken der äußeren Platten mit den äußeren Platten der nächstfolgenden Plattenanordnungen gebildete Wärmeübertragungskammern für ein Heizmittel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung zusammengefügter Platten nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Schnittansichten entlang den Linien II-II und

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III-III in Pig. 1 mit den Platten in zusammengefügter Anordnung;

Pig. 4 die Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Platten nach Pig. 3;

Pig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Plattenanordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 6 und 7 Schnittansichten entlang den Linien VI-VI und VII-VII in Pig. 5 zur Darstellung der Platten in zusammengefügter Anordnung.

Pig. 1 zeigt vier Platten A, B, C und D, die zusammen eine Plattenanordnung bilden. Ein Verdampfer, wie er in Pig. 2 und 3 gezeigt ist, wird durch Zusammensetzen mehreren? aus jeweils vier Platten bestehenden Plattenanordnungen 1 gebildet. Pig. und 3 zeigen verschiedene Schnitte zur Erläuterung des Strömungsverlaufs eines Heizmittels und einer zu verdampfenden Flüssigkeit.

Um den Außenumfan^ der Oberfläche der vier die Anordnung 1 bildenden Platten A, B, C und D erstreckt sich jeweils ein Anschlag 2, durch den der erforderliche Abstand zwischen den zusammengefügten Platten bestimmt wird. Zwischen den beiden innerhalb der Anordnung einander gegenüberliegenden Platten B und C wird durch den Anschlag 2 eine Einführungskammer E für eine zu verdampfende Flüssigkeit gebildet. Zwischen den äußeren Platten A, D und den äußeren Platten D, A der nächstfolgenden Plattenanordnungen Λ bilden die Anschläge 2, 2 Wärmeübertragungskaramern G, G, in welcLe ein Heizmittel eingeleitet wird.

iJie inneren Platten B und C weiseu jeweils eine Anzahl Aus lauf öf fnun^jen 3 von geeigneter Form auf, die über die

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gesamte Fläche verteilt sind und zwischen der Flüssigkeitseinf ührungskammer E und den Verdampfungskammern F, F eine Verbindung herstellen. Die öffnungen 3 werden zur Seite der Flüssigkeitszufuhr hin, d.h. im Bereich nahe des unteren Plattenendes, größer und nach oben hin zunehmend kleiner. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, wäre es möglich, den Abstand der Einführungskammer E auf der Seite der Flüssigkeitszufuhr größer zu halten und ihn nach oben hin allmählich kleiner werden zu lassen, wobei die Größe der Auslauföffnungen 3 unverändert bleibt.

Nachfolgend werden nun die Einführungskammer E, die Verdampfungskammern F, F und die Wärmeübertragungskammern G, G beschrieben, mit Bezug auf den Strömungsverlauf einer zu verdampfenden Flüssigkeit, des Dampfs aus dieser Flüssigkeit und eines Heizmittels.

Fig. 1-4- stellen eine Ausführungsform dar, bei der die Platten öffnungen aufweisen, welche Durchführungen für die jeweiligen Flüssigkeiten bilden. So weist die Platte D einen Eingang 4- und einen Ausgang 5 für ein auf einer Diagonalen angeordnetes Heizmittel auf, und zwar an der linken unteren Ecke und der rechten oberen Ecke innerhalb des Anschlags

. WarmeÜbertragungskammer G

nach Fig. 1, wobei Ein- und Ausgang mit der/zwischen den Platten A und D einer nachfolgenden Plattenanordnung in Verbindung stden. Die Platten A, B und C weisen an Stellen, die dem Eingang 4- und dem Ausgang 5 der Platte entsprechen, Verbindungsöffnungen 6 und 7 auf. Diese■·Verbindungsöffnungen 6 und 7 sind durch die äußeren Anschläge 2 und die inneren Anschläge 8 getrennt, so dau sie nicht mit den Oberflächen der Platten A, B und C in Verbindung stehen.

Die Platte D weist auch einen Eingang 10 für eine zu verdampfende Flüssigkeit und einen Ausgang 11 für Dampf auf der anderen Diagonalen auf, d.h. in der rechten unteren und

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der linken oberen Ecke innerhalb des Anschlags 2, wobei Ein- und Ausgang von der Plattenoberfläche getrennt sind. An einer dem Eingang 10 der Platte D entsprechenden Stelle besitzen die Platten A und C eine Verbindungsöffnung 12, dxe entsprechend durch den inneren Anschlag 9 abgetrennt ist, und die Platte B weist einen nicht durch einen Anschlag abgetrennten Eingang 15 auf. An einer dem Ausgang 11 der Platte D entsprechenden Stelle besitzen die Platten A, B und C jeweils eine durch den inneren Anschlag abgetrennte Verbindungsöffnung

Beim Betrieb wird ein Teil eines Heizmittels zwischen der äußeren Platte A einer Plattenanordnung auf einer Seite und der äußeren Platte D einer nachfolgenden Plattenanordnung auf der anderen Seite durch den Heizmxtteleingang 4- der äußeren Platte D dieser nachfolgenden Plattenanordnung in die Wärmeübertragungskaramer G eingeführt und strömt nach oben, wobei die Wärmeübertragungsflächen der Platten A und D erhitzt werden, und flieiit aus der Verbindungsöffnung 7 im oberen Bereich der Platte A, wie mit unterbrochenen Pfeilen in Pilj. 2 dargestellt ist.

Ein anderer Teil des Heizmittels durchläuft die Verbindungsöffnungen 6 der Platten A, B und C und strömt in die Wärineübertragun^skammer G au^ der anderen Seite der Plattenanordnung 1 durch den Heizmitteleingang 4- der äußeren Platte D. Entsprechend strömt er in der Wärmeübertragungskaminer G nach oben, wobei die Platte D und die äußere Platte A der anderen, nächstfolgenden Plattenanordnung erhitzt werden weiter in den oberen Plattenbereich, wo er mit dem vorher erwähnten Teil des Heizmittels zusammentrifft, dessen Wärmeaustauschvorcang bereits beendet ist. Die beiden Teile strömen zusammen durch die Verbindungsöffnung 7 in der Platte A der benachbarten Plattenanordnung.

Somit wird ein in den Verdampfer auf einer Seite eintretendes

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Heizmittel in der oben beschriebenen Weise verteilend den Wärmeübertragungskammern G in der Anzahl von zusammengefügtea Plattenanordnungen 1 zugeführt, wobei Teile des Heizmittels, die den Wärmeaustauschvorgang beendet haben, in Querrichtung strömen, während sie sich im oberen Bereich der Platten vereinen, bis da s gesamte Heizmittel auf der anderen Seite des Verdampfers abgeleitet wird.

Währenddessen durchläuft ein Teil einer zu verdampfenden Flüssigkeit die Verbindungsöffnung 10 in der äußeren Platte D der benachbarten Plattenanordnung sowie die Verbindungsöffnung 12 der äußeren Platte A und fließt in die mxttlere Einführungskammer E durch den Flüssigkeitseingang 1^ der Platte B und wird dann durch die Auslauföffnungen 3 in den Platten B und C in die Verdampfungskammern F, F geleitet und strömt gegen die Oberflächen der Platten A und D, woraufhin sxe auf den Plattenoberflächen durch Wärmeaustausch mit dem Heizmittel durch die Platten A und D verdampft wird. Der entstehende Dampf strömt aus dem Dampfausgang 11 der äußeren Platte D der Plattenanordnung 1.

Auf ähnliche Art wie das Heizmittel wird somit eine zu verdampfende Flüssigkeit in den Verdampfer auf einer Seite eingeführt, verteilend in die Einführungskammern E der Plattenanordnungai geleitet und durch Wärmeaustausch mit einem Heizmittel in den Verdampfungskammern F verdampft. Die gebildeten Dampfströmungen fließen in Querrichtung und vereinen sich im oberen Plattenbereich, bis sie auf der anderen Seite des Verdampfers abgeleitet werden.

Fig. 5-7 stellen eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, wobei anstelle der Flüssigkeitseingänge 19» 12, 13 und und der Dampfausgänge 11, 14 der oben beschriebenen Ausf&hrungsform die Anschläge teilweise ausgeschnitten sind, um entsprechende Eingänge 13' und Ausgänge 14' zu bilfen.

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In diesem Fall wird eine zu verdampfende Flüssigkeit verteilend den Plattenanordnungen von unten durch die Eingänge 1j> zugeführt, und der sich bildende Dampf wird durch die Ausgänge 14-', 14-' im oberen Bereich abgeleitet. Der Strömungsverlauf des Heizmittels unterscheidet sich nicht von dem in der vorhergehenden Ausfuhrungsform. Da in einer solchen Anordnung die Flüssigkeitseingänge 1$' und die Dampfausgänge 14·' durch einfaches Ausschneiden der Anschläge 2 der Platten A, B und C gebildet werden, besteht dadurch der weitere Vorteil einer sehr einfachen Ausführungsform.

V/ie bereits ausgeführt, wird eine zu verdampfende Flüssigkeit nach vorliegender Erfindung in die mittelere Einführungskammer E einer Plattenanordnung eingeführt und in die Verdampf ungskaminern F, F auf gegenüberliegenden Seiten durch Ablauföffnung en 3 in den Platten B und C geleitet, die die 3inführungskammer E bilden, und spritzt gegen die Wärmeübertragungsflächen der Platten A und D außerhalb und gegenüber den Platten B und C. Infolgedessen wird eine Flüssigkeit mit hohem Unterkühlungsgrad direkt den Platten A und D direkt über deren gesamte Oberfläche zugeführt, wobei die Flüssigkeitsschichten auf den Platten A und D durch Luftblasen unterbrochen werden, die aus dem unteren Plattenbereich aufsteigen.

Soinit gibt es keinen Bereich in den Verdampfungskammern F, F, der nicht zur Wärmeübertragung beiträgt, noch besteht die Möglichkeit der Bildung von Blechschuppen durch Verbrennung, die an den oberen Plattenbereichen ankleben. Somit verbessert sich die Wärmeübertragungsleistung gegenüber den herkömmlichen Verdampfern wesentlich. Da die Anordnung sehr einfach aufgebaut ist, sind außerdem die Herstellungskosten des Verdampfers sehr niedrig gehalten

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Claims

Patentanspruch

Plattenförmiger Verdampfer, gekennzeichnet durch mehrere Plattenanordnungen (1), die aus jeweils vier zusammengefügten Platten (A, B, C, D) bestehen, durch eine von zwei gegenüberliegenden inneren Platten (B, C) gebildete mittlere Kammer (E) in jeder Plattenanordnung, in die eine zu verdampfende Flüssigkeit einführbar ist, wobei die inneren Platten mit einem sich um den Axißenumfang der Plattenoberflächen erstreckenden Anschlag (2) zusammenwirken, durch auf beiden Seiten zwischen den inneren Platten (B, C) und den äußeren Platten (A, D) gebildete Verdanipfungskammern (F, F), die mit Anschlägen zusammenwirken, die sich um den Außenumfang der Oberflächen der inneren und äußeren Platten erstrecken, durch eine Anzahl Auslauf öffnungen (3) in. den inneren Platten, ie die Einführungskammer mit den Verdampfungskammern (F, F) verbinden, und durch unter Zusammenwirken der äußeren Platten (A, D) mit den äußeren Platten (D, A) der nächstfolgenden Plattenanordnungen gebildete Wärmeübertragungskammern (G, G) für ein

Heizmittel. Patentanwalt·

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