DE2831639A1

DE2831639A1 - Plattenbatterie fuer stoff- und waermetauscher sowie fuer tropfenabscheider

Info

Publication number: DE2831639A1
Application number: DE19782831639
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Regehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1978-07-19
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DE2831639C2

Description

Plattenbatterie für Stoff- und Wärmetauscher
sowie für Tropfenabscheider Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Plattenbatterie für Stoff- und Wärmetauscher sowie für Tropfenabscheiders - mit einer Mehrzahl von gegeneinandergesetzten, gewellten Platten, deren Wellentäler sich kreuzende Strömungskanäle bilden, wobei bei benachbarten Platten die Wellenkämme sich berührten oder mit Spaltabstand gegeneinandergesetzt sind. - Der Kreuzungswinkel der Strömungskanäle kann bei derartigen Plattenbatterien beliebig sein, liegt aber im allgemeinen im Bereich von 900. Derartige Plattenbatterien werden auch als Füllkörper bezeichnet. Sie werden von den Medien, die zu behandeln sind, im allgemeinen 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. Der Strom des zu behandelnden Mediums kann 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 den (aus der Praxis) bekannten Plattenbatterien der beschriebenen Gattung 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. Zumindest der Hauptteil eines zu behandelnden Mediums oder zu behandelnder Medien strömt daher in einer solchen Plattenbatterie 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 gattungsgemäßen Plattenbatterie den Wirkungsgrad zu verbessern. Konkreter soll ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil über dem Querschnitt einer solchen Plattenbatterie erreicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in den Strömungskanälen Querwände angeordnet sind, die Wellenkämme der jeweils benachbarten Platten, berührend oder mit Spaltabstand, zugeordnet sind, und daß dadurch aus Strömungskanalabschnitten benachbarter Platten gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildet sind. 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 Strömungskanälen benachbarter Platten den Verschluß bilden würden). 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 Strömungswiderstand. 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 gekennzeichnet 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, daß 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 besonderem Vorteil ist eine andere 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 bleiben dann in den Strömungskanalseitenwänden die oeffnungen, die durch das Ausstanzen oder Ausschneiden entstanden sind, was praktisch ohne Erhöhung des Strömungswiderstandes die Durchmischung, 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 Durchmischung 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 den gleichen Wert aufweisen.
Das gilt insbesondere für die Ausführungsform, bei der die Querwände aus Wandteilen der Platten ausgestanzt und in die Strömungskanäle hineingebogen sind. Bei Verwendung erfindungsgemäßer Plattenbatterien in Tropfenabscheidern erreicht man eine beachtliche Verbesserung des Abscheidegrades bei kleinen Grenztropfen 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 zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 perspektivisch und aufgebrochen eine erfindungsgemäße Plattenbatterie, Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab eine einzelne, in die Horizontale geklappte Platte aus der Plattenbatterie der Fig. 1 mit einer benachbarten Platte, die vertikal aufgestellt wurde, ausschnittsweise, Fig. 3 die Plattenausschnitte aus Fig. 1 im aufeinandergeklappten Zustand, Fig. 4 entsprechend der horizontal angeordneten Platte aus dem Gegenstand nach Fig. 2 eine Platte für eine erfindungsgemäße Plattenbatterie in anderer Aus führungs form.
Die in Fig. 1 dargestellte Plattenbatterie ist für Stoff- oder Wärmeaustauscher oder auch für Tropfenabscheider bestimmt. Sie besteht aus einer Mehrzahl von gegeneinandergesetzten Platten 1.
Diese sind gleichsam als Wellplatten mit im Aus führungsbeis piel trapezförmiger Wellung ausgeführt. Die Wellung ist aber grundsätzlich beliebig. Sie kann insbesondere auch sinusförmig sein.
Die Wellentäler 2 bilden jedoch 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 Wellenkamm 4 oder bilden mit diesem auch einen Spaltabstand. Dadurch wird erreicht, daß aus Strömungskanalabschnitten 7 benachbarter Platten 1 in einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie gleichsam dreidimensional zickzackförmige Strömungswege gebildet sind.
Um dieses zu erläutern, wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen.
In der Fig. 2 erkennt man zunächst eine Platte 1 aus einer erfindungsgemäßen Plattenbatterie, die in 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 hier erkennt man die Strömungskanäle 3 und die Querwände 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 Fig. 3 dargestellt worden, jedoch aufgebrochen. Durch strichpunktierten Pfeil 10 ist einer der dreidimensional zickzackförmigen Strömungswege verdeutlicht worden, der aus Strömungskanalabschnitten 7 benachbarter Platten gebildet ist.
In der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 sind die Querwände 6 in die Strömungskanäle 3 eingesetzt oder eingeformt. Fig. 4 macht deutlich, daß die Querwände 6 auch aus Wandteilen der Platten 1 bestehen können, die an den Strömungskanalseitenwänden 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 Fig. 2 und 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt bzw. nicht angedeutet.
Wird eine Plattenbatterie, 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 Fig. 1 aufgebaut ist.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche : 14 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, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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 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 Wellenkamm (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. Plattenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (6) in die Strömungskanäle (3) eingesetzt oder eingeformt sind.
5. Plattenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (6) aus Wandteilen der Platten (1) bestehen, die aus den Strömungskanalseitenwänden (11) ausgestanzt und in die Strömungskanalquerschnitte hineingebogen sind.