DE3148375A1 - "plattenverdampfer" - Google Patents
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Description
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' 8. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Distanzelemente quer über die Rippen verlaufende Stabelemente (y) sind.
9. Verdampfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Verdampfungskanäle (15a)
in der Ausdehnungsebene der Platten in der Strömungsrichtung des zu verdampfenden Mediums abnimmt, um den Umfang
der Verdampfungskanäle in dieser Strömungsrichtung weiter
zu verringern.
10. Verdampfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei einen Verdampfungskanal (15a) bildende Platten (11a, 12a) in Strömungsrichtung des zu verdämpfenden
Mediums divergierend angeordnet sind, so daß die Querschnittsfläche der Verdampfungskanäle (15a) in
dieser Richtung weiter zunimmt.
*' "' 3H8375
Plattenverdampfer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer der Plattenwärmetauscher-Art mit mehreren Wärmetauscherplatten,
die im wesentlichen vertikal einander gegenüber angeordnet sind, so daß Strömungsräume zwischen den Platten
entstehen, in denen eine Flüssigkeit verdampfen und ein Wärmemittel strömen kann.
In Fallschicht- und Steigschicht-Wärmetauschern werden
Flüssigkeitsschichten dazu gezwungen, sich auf im wesentlichen vertikalen Wärmetauscherflächen mit dem erzeugten Dampf
zwischen den Schichtoberflächen in den Verdampfungskanälen zu bewegen. Der herkömmliche Verdampferkanal· mit konstantem
Querschnitt hat zwei Nachteile: Zum einen nimmt die Geschwindigkeit
des erzeugten Dampfes in Strömungsrichtung der Speiseflüssigkeit zu und zum anderen ist der von der Flüssigkeit
benetzte Umfang in dieser Richtung konstant. Daher wird die Flüssigkeitsschicht entlang den Heizflächen immer
dünner, was bei zu schwacher Zufuhr der Speiseflüssigkeit
3U8375
zum Abreißen der Schicht und zum trokkenen Sieden führt. In
der Praxis löst man dieses Problem oft durch überlast auf
der Produktseite, was darauf hinausläuft, daß man über den größeren Teil der Heizflächen eine unnötig dicke Schicht
aufrechterhält, so daß die Wärmeübergangswerte niedrig bleiben und lange Heizflächen erforderlich werden. Falls im
Falle eines wärmeempfindlichen Produktes das Problem durch Rückführung gelöst wird, muß man infolge der längeren Verweilzeit
auch Qualitätseinbußen des Produktes in Kauf nehmen.
Aus diesen Gründen sollte der ideale Vordampferkanal in
Strömungsrichtung einen sich verringernden Umfang und
einen zunehmenden Querschnitt aufweisen. 15
Die Forderung nach einem allmählich zunehmenden Querschnitt der Verdampferkanäle ist bereits in bekannten
Platten- und Rohr-Wärmetauschern realisiert worden. Die US-PS 2 117 337, die einen Rohr-Wärmetauscher betrifft,
zeigt einen kreisrunden Verdampferkanal· mit einem innenliegenden
konischen Körper zum Erhitzen von Dampf; dabei werden weiter werdende Verdampferkanäle und ein abnehmender
benetzter Umfang bezüglich der internen Wärmetauscherfläche erreicht. Entlang der externen Wärmeübergangs-"
fläche ist der benetzte Umfang jedoch konstant. Die schwedische Patentschrift 219 561 beschreibt einen speziellen
Verdampfer, bei dem beide erwünschten Merkmale - abnehmender benetzter Umfang und zunehmender Querschnitt der
Verdampferkanäle - durch Kanäle zwischen zwei konischen Plattenelementen mit unterschiedlichen Kegelwinkein erreicht
sind.
Für Plattenwärmetauscher hat man mehrere Wege vorgeschlagen, den Querschnitt der StrömungskanäLe zu vergrößern.
Die GB-PS 788 193 zeigt Wärmetauscherplatten mit waagerecht verlaufenden Viellungen, bei denen zwar ein in Strömungsrichtung
zunehmender Querschnitt des Verdampfungskanals durch aufeinanderfolgende Änderungen des Lagewinkels
der Wellungen in dieser Richtung, nicht jedoch die gewünschte Verringerung des benetzten ümfangs in Strömungsrichtung erreicht ist. Die GB-PS 859 876 offenbart einen
Verdampfer, in dem die zu verdampfende Flüssigkeit zunächst
zwischen einem Plattenpaar aufwärts und dann zwischen einem weiteren Plattenpaar abwärts geführt wird. Ein Vorschlag,
bei diesem'Verdampfer den Kanalquerschnitt zu vergrößern,
besteht darin, das letzte Plattenpaar mit größerem Abstand als das ersterwähnte anzuordnen. Gemäß einem weiteren Vor- ·
schlag wird für die Abwärtsströmung eine größere Anzahl von Plattenzwischenräumen verwendet als für die Aufwärts^
strömung. Schließlich hat man auch vorgeschlagen, die Strömungskanäle für die Speiseflüssigkeit in einen aufwärts
und einen abwärts divergierenden Teil aufzuteilen und die Flüssigkeit zu zwingen, zuerst den aufwärts divergierenden
Teil eines Plattenzwischenraums hinauf und dann den abwärts divergierenden Teil eines anderen Plattenzwischenraums
hinab zu strömen. Man erhält so einen allmäh*-
lieh zunehmenden Querschnitt des Verdampfungskanals; der Umfang nimmt jedoch in Strömungsrichtung sogar zu.
Um eine nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten realistische
Alternative darzustellen, bei der beide obengenann-JO
ten erwünschten Merkmale verwirklicht sind, darf der Verdampfer in der Herstellung nicht zu aufwendig sein.
Werden insbesondere gepreßte Platten verwendet, muß das
Pressenmuster so angelegt sein, daß die Kosten für die Preßstempel selbst sowie die Anzahl der unterschiedlichen
Preßmuster bzw. Plattenausführungen im Rahmen bleiben.
Um weiterhin das Reinigen der Verdampfungsflächen zu erleichtern
und Betriebsstörungen infolge eines Zusetzens der Verdampferkanäle zu vermeiden, sollte die Kanalstruktur
selbst so einfach wie möglich sein.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Plat-"""
tenverdampfer anzugeben, der die genannten Forderungen
nach einem abnehmenden benetzten Umfang und zunehmendem Querschnitt der Verdampferkanäle in Strömungsrichtung
mit einem einfachen Kanalaufbau und sicherem Betrieb in
sich vereint.
'15
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Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht mit einem Plattenverdampfer, der im wesentlichen
dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der einen Verdampferkanal einschließenden beiden gegenüber-"
liegenden Platten mit Ausbuchtungen, d.h. Rippen ausgeführt ist, die im Vergleich mit gedachten, vollständig
ebenen Platten eine Volumenverringerung der Verdampferkanäle bewirken, und daß das Volumen der Ausbuchtungen
in der Strömungsrichtung der zu verdampfenden Flüssigkeit
so abnimmt, daß in dieser Richtung der Querschnitt der Verdampfungskanäle zu- und ihr Umfang abnehmen.
Die Änderung des Volumens der Ausbuchtungen in der Strömungsrichtung läßt sich auf unterschiedliche
Weise erreichen. Beispielsweise kann man am Anfang des Verdampfungskanals eine größere Anzahl von Ausbuchtungen
vorsehen als an dessen Ende; eine weitere Möglichkeit ist, in Längsrichtung der Platten Ausbuchtungen
mit zunehmenden Abmessungen (beispielsweise abnehmender
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Höhe) vorzusehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
handelt es sich bei den Ausbuchtungen in den Platten um vertikal verlaufende Rippen, deren Höhe in Strömungsrichtung
abnimmt. Zweckmäßigerweise kann man die Höhe der Rippen kontinuierlich verringern," wobei die
Scheitellinie der Rippen im wesentlichen einer Geraden folgt, die unter einem flachen Winkel zur Grundebene
der Platte verläuft. Bei dieser Ausführungsform werden die Verdampfungskanäle von Wandungen eingefaßt, die im
wesentlichen gradlinig und glatt in vertikaler Richtung verlaufen, so daß auch bei sehr dünnen Filmschichten
diese wenig Gefahr laufen zu reißen. 15
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind beide einen Verdampfungskanal einfassende Platten mit gegenüberliegenden Rip-'
pen ausgeführt, wobei die Rippen einer Platte um die
halbe Teilungsweite gegenüber den Rippen der anderen Platte versetzt sind. Diese Ausführungsform hat mehrere
Vorteile. Falls erwünscht, kann man eine starke Änderung des Querschnitts und des ümfangs des Verdampfungskanals erreichen. Weiterhin können die beiden einen
" Verdampfungskanal einfassenden und mit diesem festen Versatz angeordneten Platten mit dem gleichen Pressenprofil
ausgeführt werden; die Anzahl der P.reßstempelausführungen läßt sich daher auf eine einzige reduzieren.
Da weiterhin diese Anordnung der Plattenpaare zur Ausbildung eines Verdampferkanals auch ermöglicht,
die beiden Platten, die einen Kanal für das Heizmittel bilden, mit unmittelbar gegenüberliegenden Rippen änzu-
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ordnen, sind auf der Heizmittelseite Abstützpunkte zwischen den Platten in den Bereichen zwischen den Rippen
verfügbar. Man kann also einen stabilen Plattenstapel ohne zusätzliche Abstützpunkte oder -elemente in den
Verdampfungskanälen innerhalb der Plattenumrisse, d.h. im Hauptbereich der Verdampfungskanäle aufbauen, so daß
das Reinigen der Verdampferflächen erleichtert und die
Gefahr eines Zusetzens und eines Schichtabrisses verringert sind.
Nach einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung erreicht man den allmählich zunehmenden Querschnitt der
Verdampferkanäle durch divergierende Plattenoberflächen
in Strömungsrichtung gleichzeitig mit der erwünschten Um-"*'
fangsverringerung durch allmähliche Verringerung der Gesamtbreite der Verdampfungskanäle. Die Kombination einer
oder beider dieser Maßnahmen mit der nach der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Maßnahme zur Anordnung sich
ändernder Ausbuchtungen entlang eines Verdampfungskanals verbessert die Möglichkeit, für eine spezielle Verdampferanwendung
eine optimale Kanalkonstruktion zu finden.
Die Erfindung soll nun anhand einiger Ausführungsformen von Verdampfern des Fallschichttyps unter Bezug auf die
^5 beigefügte Zeichnung erläutert werden.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Verdampfungskanal;
Fig. 2 zeigt mehrere Querschnittsformen
eines Verdampfungskanals mit trapezförmigem Rippenprofil;
Fig. 3 zeigt eine Anzahl von Querschnitten eines Verdampfungskanals mit dreieckigem
Rippenprofil;
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Fig. 4 zeigt die Anordnung der Platten
anhand eines schematischen .
Schnitts durch einen Verdampfungskanal
mit dem Rippenprofil der Fig. 3;
Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Verdampferelemente eines
Plattenstapels;
Fig. 6 und 7 zeigen Plattenelemente nach der Fig. 5 im Aufriß;
Fig. 8 zeigt eine modifizierte Form des" Plattenstapels nach der Fig» 5;
und
Fig. 9 und 10 zeigen die Elemente nach der
Fig. 8 im Aufriß.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Erfindung für den Fall von zwei
Platten 1, 1', die die Verdampfungskanäle E bilden; das
Wellungsmuster ist in beiden Platten identisch, wobei
^ die Platten jedoch mit ihren Rippen 2, 21 um die halbe
Teilungsweite gegeneinander versetzt liegen. Aus den
Schnitten AA-DD ist ersichtlich, daß in StrÖmungsrichtung
der Fallschicht die Querschnittsfläche der Verdampf ungskanäle stark zunimmt, ihr Umfang aber abnimmt.
über dem Schnitt AA ist das nächstliegende Plattenpaar 3, 31 gezeigt; zwischen den Plattenpaaren 1, I1 und 3,. 3'
verläuft der Heizmittelkanal H.
Die Fig. 3 zeigt eine Anzahl von Schnitten durch einen
Verdampfungskanal zwischen den Platten 4, 4' mit drei.ek^
kigem Rippenprofil. Anhand der Pfeile (a) - (c) ist zu
ersehen, daß über die Platten.länge in Strömungsrichtung
der Umfang der Kanäle sich etwa halbiert, die Querschnittsfläche A1-A- sich aber etwa verdreifacht.·
■ ■ ' -1 ό ' . ■
' Fig. 4 zeigt schematisch eine Anordnung in einer Verdampfereinheit
der Platten 5, 5', 6, 6' mit dem Ripr penprofil der Fig. 3. Die Platten der Plattenpaare 5,
5' und 6, 61 usw. sind so angeordnet, daß die Scheitel
7, 8 in den Verdampfungskanälen E' zwischen die Scheitel
71, 8' hinein vorstehen, so daß zickzackförmige
Kanäle entstehen. Um auch die Heizmittelkanäle H auszubilden, sind die Platten 5', 61 usw. mit genau gegenüberliegenden
Rippen angeordnet. Stangenelemente 9 sind auf der Heizmittelseite quer zu den Rippen angeordnet
und wirken als Distanz- und Stabilisierungselemente. Die Talbereiche zwischen den Rippen 7, T1 8,
dienen daher als Stützpunkte in den Heizmittelkanälen
H, während die Verdampfungskanäle E1 frei von Abstütz-
punkten sind.
Die Fig. 5-7 zeigen schematisch ein Beispiel eines Fallschichtverdampfers nach der vorliegenden Erfindung.
Ein Plattenstapel besteht aus einer Anzahl von Wärmetauscherplatten 11, 12, die zwischen abwechselnden Distanzrahmen
13, 14 angeordnet sind und Verdampfungskanäle 15, Heizraittelkanäle 16 sowie die Abschlußelemente 17, 18
bilden. Das Abschlußelement 17 ist in seinem oberen Teil mit einem Einlaß 19 für das zu verdampfende Produkt, im
unteren Teil mit einem Auslaß 20 für das verdampfte Produkt und den erzeugten Dampf sowie einem Einlaß 21 und
einem Auslaß 22 für das Heizmittel versehen.
Die dem Verdampfer zugeführte Produktströmung strömt in
die verschiedenen Verdampferkanäle 15 durch die öffnungen
23, 24 in den Platten 11, 12 und die Kanäle 25 durch die Distanzrahmen 14, welche Kanäle gegen die Heizmittel
durch die Dichtungen 26 abgeschlossen sind. Das verdampfte Produkt und der erzeugte Sekundärdampf strömen im
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unteren Verdampferteil zum Auslaß 20 durch die Öffnungen
27, 28 in den Platten 11, 12 und durch die entsprechenden
Kanäle 30, die mit den Dichtungen 29 abgeschlossen sind, in den Distanzrahmen 14. Das durch die Einlaßöffnung 21 einströmende
Heizmittel strömt durch die Öffnungen 31, 32 in den Platten 11, 12 und die entsprechend abgedichteten
Kanäle (nicht gezeigt) in den Distanzrahmen 14 in die Heizkanäle 16 und durch die Öffnungen 33, 34 in den
Platten 11, 12 und durch die entsprechend abgedichteten
Kanäle (nicht gezeigt) in den Distanzrahmen 13 zum Auslaß 22.
Die Platten 11, 12 sind mit vertikal langgestreckten .
Rippen 35, 36 ausgeführt. Bezüglich der Verdampferkanäle 15 sind die Rippen 3 5 relativ zu den Rippen
36 so versetzt angeordnet, daß der zickzackförmige Kanalquerschnitt entsteht. Die Verdampferkanäle 15 sind
gegen die Umgebung durch die Dichtringe 37 in den Distanzrahmen 13 abgedichtet.
Die Fig. 8-10 zeigen eine modifizierte Form der in den Fig. 5-7 gezeigten Ausführungsform. Da die meisten
Einzelheiten den in den Fig. 5-7 gezeigten entsprechen, gelten die gleichen Bezugszeichen, aber um den Buchstaben
"a" ergänzt. Eine Abänderung besteht darin, daß die Dicke der Distanzrahmen 13a in Strömungsrichtung der
Fallschicht zunimmt, eine weitere Modifikation darin, daß die Platten 11a, 12a mit Wärmetauscherflächen ausgeführt
sind, deren Breite in Strömungsrichtung abnimmt, JO so daß die Rippen 35a, 36a zur Plattenmitte hin etwas
konvergieren.
Die Fig. 9 zeigt im Aufriß den Distanzrahmen T3a, in dem
die schräg verlaufende Abdichtung 37a die entsprechende
.
•j weitere Umfang sab nähme der Verdampfungskanäle 1 5a in
Strömungsrichtung ausweist. Diese Zeichnung zeigt auch die Kanäle 38a für das Heizmittel sowie die entsprechenden
Dichtungen 39a.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen wurden hauptsächlich als Beispiele für das Prinzip der vorliegenden
Erfindung gewählt. Die Funktion der dargestellten Distanzrahmen kann natürlich von den Platten selbst ausgeführt
werden, in die dann auch Nuten für die Dichtungen auf bekannte Weise eingepreßt werden. Die Divergenz der beiden
Wärmetauscherflächen läßt sich in diesem Fall erreichen,
indem man die beiden Plattenflächen zum Einlaßende hin zueinanderlaufend auspreßt. Weiterhin ist nicht erforderlich,
sämtliche Strömungen durch innerhalb des Plattenumfangs
liegende Öffnungen zu- und abzuführen. Beispielsweise kann man den Plattenstapel in ein Gehäuse
für den Produktdampf aufnehmen und die Platten so ausführen, daß das Produkt am unteren Ende des Plattenstapels
frei austritt. Dies erbringt den Vorteil, daß die gesamte Länge der Platten zum Wärmeaustausch' zur Verfügung
steht.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf solche Plattenverdämpfer,
bei denen zwei Wärmetauscherplatten auf beliebige Weise - beispielsweise durch Schweißen - entlang
des Plattenumfangs zusammengefügt sind, um geschlossene
Räume für das Produkt und das Heizmittel auszubilden, wobei das Produkt entweder in die Räume eingeführt oder
JO außerhalb derselben mit einem geeigneten Speisesystem in den Umlauf gezwungen werden kann,
Cl/bm
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Leerseite
Claims (7)
1. Plattenverdampfer des Steigschicht- und/oder Fallschichttyps,mit
mehreren Wärmetauscherplatten, die im wesentlichen vertikal beabstandet einander gegenüber angeordnet sind, so
daß sie zwischen sich abwechselnd Verdampfungs- und Heizmittelkanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
der beiden nebeneinanderliegenden Platten (1, 11), die einen
Verdampfungskanal (E) bilden, mit Ausbuchtungen (2, 21) wie
beispielsweise Rippen ausgeführt ist, die im Vergleich mit gedachten, vollständig flachen Platten das Volumen der Verdampfungskanäle
(E) verringern, und daß das Volumen der Ausbuchtungen (2, 2') in Strömungsrichtung des zu verdampfenden
Mediums so abnimmt, daß in der genannten Strömungsrichtung
der Querschnitt der Verdampfungskanäle zunimmt und ihr Umfang abnimmt.
2. Verdampfer nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausbuchtungen im wesentlichen vertikal verlaufende Rippen (2, 21) sind, deren Höhe in Strömungsrichtung
des zu verdampfenden Mediums abnimmt.
3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Platten (5, 5'), die zwischen sich einen
Verdampfungskanal· (E1) einschließen, mit entgegengesetzt
gerichteten Rippen (7,7') ausgeführt sind, wobei die Rippen (7) der einen Platte um die halbe Teilung gegenüber
den Rippen (71) der anderen Platte versetzt sind.
4. Verdampfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil jedes Verdampfungskanals'
(E1) frei von Abstützpunkten oder Abstützelementen zwischen
den den Kanal begrenzenden beiden Platten (5, 51) ist.
5. Verdampfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide einen Verdampfungskanal (E1) umgrenzenden
Platten (5, 51) mit entgegengesetzt gerichteten
Rippen (7, 7") ausgeführt sind und daß Stützpunkte zwischen jeweils zwei einen Heizmittelkanal (H1) umgrenzenden Platten
vorgesehen sind, wobei sich die Stützpunkte in den zwischen den Rippen (5, 5') liegenden Plattenbereichen befinden.
6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei einen Heizmittelkanal (H1) bildende Platten (5, 61)
mit ihren Rippen (71, 8) einander unmittelbar gegenüberliegend
angeordnet sind.
7. Verdampfer nach Anspruch 5 öder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abstützpunkte mit Hilfe von Distanzelementen
(9) gebildet sind, die in den zwischen den Rippen (71, 8)
gebildeten .Plattenbereichen die beiden Platten voneinander beabstandet halten.
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