DE1269144B - Plattenwaermetauscher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F28d

Deutsche KL: 17 f-5/30

1269 144
P 12 69 144.0-13
28. April 1964
30. Mai 1968

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit mindestens einem Durchgangskanal für ein Fluid, das zugleich in flüssiger und dampfförmiger Phase vorliegt, mit einem Verteilraum für die dampfförmige Phase vor der Eintrittsöffnung des Durchgangskanals und einem senkrecht zu den Platten im Verteilraum angeordneten Sprührohr, welches Sprühöffnungen für den Durchgang der flüssigen Phase aufweist.

Ein derartiger Wärmetauscher ist durch die deutsche Patentschrift 889 136 bekannt. Nach dieser Patentschrift sind durch eine Vielzahl von Platten mehrere parallele Durchgangskanäle entsprechend dem üblichen Aufbau eines Plattenwärmetauschers geschaffen. Durch die Anordnung des Sprührohrs und der Sprühöffnungen gemäß dieser Patentschrift wird bereits eine gewisse, im Ausmaß in der Patentschrift nicht erörterte gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase auf die einzelnen Durchgangskanäle erreicht. Als. Nachteil verbleibt hierbei jedoch, daß innerhalb des einzelnen Durchgangskanals, bedingt durch die Zufälligkeit der Strömungsverhältnisse für die gasförmige Phase im Verteilraum und die Zufälligkeit der Verteilung in den Sprühkegeln der flüssigen Phase, für beide Phasen keine gleichmäßige Verteilung über den Querschnitt des Durchgangskanals erreicht wird; erst recht nicht wird ein ungefähr über den Querschnitt des einzelnen Durchgangskanals gleichbleibendes Verhältnis der Mengenanteile an flüssiger und gasförmiger Phase gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Ausführung zu beseitigen und eine möglichst gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase über den Querschnitt des Durchgangskanals zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Durchgangskanal eine an sich bekannte Rippeneinlage angeordnet ist, durch die mindestens der Eintrittsabschnitt des Durchgangskanals in mehrere, voneinander getrennte Teilkanäle unterteilt ist, und daß die Sprühöffnungen derart am Sprührohr über einen in einer Radialebene liegenden Umfangsbereich verteilt sind, daß ihre Mittellinien in gleichmäßiger Verteilung auf die Eintrittsöffnungen der Teilkanäle treffen.

Weiter ist aus der USA.-Patentschrift 2439 208 bereits ein Plattenwärmetauscher bekannt, in dessen Durchgangskanälen Rippeneinlagen angeordnet sind, durch die der Durchgangskanal in mehrere voneinander getrennte Teilkanäle unterteilt ist. Bei diesem bekannten Wärmetauscher ist nahe den Rippeneinlangen eine die Durchmischung und die gleichmäßige Verteilung auf die Teilkanäle fördernde, Plattenwärmetauscher

Anmelder:

Societe Trane, Golbey (Frankreich)

Vertreter:

Dr. H. H. Willrath und Dr. D. Weber,

Patentanwälte, 6200 Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

William H. Stahlheber, LaCrosse, Wis. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. April 1963 (276 441)

quer zur Strömungsrichtung verlaufende, durchbrochene Scheibe den Rippeneinlagen vorgeschaltet. Die durch den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher erzielbare gleichmäßige Verteilung beider Phasen über den Querschnitt des ganzen Durchgangskanals läßt sich jedoch mit diesem bekannten Wärmetauscher ebenfalls nicht erzielen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers, bei dem die Rippeneinlage nur einen Teil des Querschnitts des Durchgangskanals einnimmt, zeichnet sich dadurch aus, daß an diese Rippeneinlage eine Verbreiterungseinlage anschließt, deren Teilkanäle einerseits die Teilkanäle der Rippeneinlage fortsetzen, andererseits auf den im wesentlichen ganzen Querschnitt des Durchgangskanals ausmünden.

Eine besonders gute Durchmischung läßt sich mit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erzielen, welche darin besteht, daß an die Verbreiterungseinlage eine sich über den ganzen Querschnitt des Durchgangskanals erstreckende Durchmischungseinlage anschließt, die aus quer zur Strömungsrichtung verlaufenden durchbrochenen Rippen besteht.

Mit besonderem Vorteil ist der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher in Anlagen zur Gastrennung durch tiefe Temperaturen verwendbar. Die Erfindung bezieht sich daher auf die Verwendung des Plattenwärmetauschers in solchen Anlagen.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen einzelnen Durohgangskanal des erfindungsgemäßen Plattenwärme-

809 557/S03

tauschers, wobei dieser Kanal mit dem Verteilraum in Verbindung steht,

F i g. 2 eine Schrägansicht eines Teils des in den Durchgangskanälen des Wärmetauschers verwendeten Rippenmaterials,

Fig. 3 eine Schrägansicht eines Teils eines in den Durchgangskanälen verwendeten, mit Durchbrüchen versehenen Rippenmaterials,

F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Sprührohrs und F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4.

An der Oberseite des Kerns neben dem Sammler 74 des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist ein Verteilraum.80 vorgesehen. Jeder Durchgangskanal78 hat einen in den Verteüraum 80 führenden Einlaß für das Wärmetauschfluid. Das in den Einlaß eintretende Fluid fließt nach unten durch eine aus einem gewellten Metallblech- 28 bestehende, nicht durchbrochene, mit den Wellenscheiteln in Hauptströmungsrichtung verlaufende, im wesentlichen dreieckige Rippeneinlage 84. Das aus den beiden unteren Seiten der dreieckigen Rippeneinlage 84 austretende Fluid wird über die ganze Breite des Durchgangskanals 78 durch Verbreiterungseinlagen 86 aus diagonal verlaufendem Rippenmaterial 30' verteilt. Jeweils eine solche trapezförmige Einlage ist auf jeder Seite der bereits oben erwähnten dreieckigen Rippeneinlage 84 vorgesehen. Unterhalb der trapezförmigen Verbreiterungseinlagen 86 befindet sich eine rechteckige Durchmischungseinlage 88 aus durchbrochenem, querverlaufendem Rippenmaterial 30. Das von den trapezförmigen Verbreiterungseinlagen 86 kommende Fluid muß durch die Einlage 88 in einer Richtung senkrecht zu den Stegen 16 des Rippenmaterials 30 hindurchfließen. Da das Rippenmaterial 30 mit Durchbrüchen 31 versehen ist, die 10 bis 20% seiner gesamten Oberfläche ausmachen, ist der Strömungswiderstand für das Fluid in der Hauptströmungsrichtung größer als quer dazu.

Die Wirkung der Durchmischungseinlage 88 besteht in einer gleichmäßigeren Verteilung des Fluids, das von der Verbreiterungseinlage 86 kommt. Nach gründlicher Verteilung über die gesamte Durchgangskanalbreite fließt das Wärmetauschfluid durch eine mittlere Einlage 90 aus durchbrochenem, in Längsrichtung verlaufendem Rippenmaterial 30", von wo aus das Fluid in einen trapezförmigen Abschnitt von durchbrochenem, diagonal verlaufendem Rippenmaterial 30'" hineinfließt, in dem das Fluid auf die eine Seite des Durchgangskanals 78 abgelenkt und dem Auslaß 92 über eine im wesentlichen dreieckig geformte, nicht durchbrochene, in Längsrichtung verlaufende Rippeneinlage 94 zugeleitet wird. Der Sammler 96 sammelt das Wärmetauschfluid, das aus dem Auslaß 92 austritt, und führt es der Auslaßleitang 98 zu. Das Wärmetauschfluid wird innerhalb jedes Durchgangskanals 78 durch Seiten- und Stirnstäbe 38 geführt, die zwischen den unter gegenseitigem Abstand befindlichen Platten 18 an deren Umfangskanten vorgesehen sind.

Besonders wird hingewiesen auf den querverlaufenden VerteHraum 80, der über den Eintrittsöffnungen 82 der durch die Rippenstege 16 des gewelllten Metallblechs 28 gebildeten Teilkanäle angebracht ist. Der Verteilraum 80 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt, dessen Enden geschlossen sind. Von der konvexen Seite erstreckt sich an beiden Enden dieses Sammlers eine Einlaßleitung 100 für gasförmiges Fluid nach oben. Die Einlaßleitungen 100 sowie die übrigen, zum Teil für andere Kanäle des Wärmetauschers verwendeten Leitungen 98, 24 und 36 sind mit Verstärkungsstiften 102 versehen.

Durch den Verteüraum 80 und durch dessen Enden hindurch verläuft ein Sprührohr 104. Dieses Sprührohr 104 erstreckt sich über sämtliche Einlasse der Durchgangskanäle 78. Eine Reihe von acht radialen, im wesentlichen runden Sprühöffnungen 106 (s. F i g. 4) ist oberhalb jedes Einlasses im Sprührohr vorgesehen. Das Sprührohr 104 dient der gleichmäßigen Verteilung der flüssigen Phase auf die Durchgangskanäle 78 und innerhalb dieser Kanäle praktisch unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der dampfförmigen Phase in den Einlassen der Durchgangskanäle 78.

Um eine gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase am Einlaß zu erzielen, hat sich jedoch herausgestellt, daß der Abstand der radial verlaufenden Bohrungen 106 ungleich sein muß. Aus diesem Grunde ist darauf hinzuweisen, daß die Bohrungen an den Enden jeder Reihe näher aneinanderliegen als die Öffnungen in der Mitte der Reihe. Bei dem hier beschriebenen Sprührohr beträgt der Winkelabstand der einzelnen Bohrungen in jeder Reihe 9,5, 14, 19,5, 22, 19,5, 14 und 9,5°, wie Fig. 5 der Zeichnung zeigt. Die Mittellinien der im wesentlichen kreisrunden Sprühöffnungen jeder Reihe verlaufen radial, von dem Sprührohr 104 ausgehend, durch die Fläche des Einlasses des jeweiligen Durchgangskanals 78 an über diesen Einlaß gleichmäßig verteilten Punkten. Mit diesem besonderen Abstand der einzelnen Sprühöffnungen voneinander hat sich in der Praxis eine völlig gleichmäßige Verteilung der flüssigen Phase auf die Teilkanäle erzielen lassen. Die Rippeneinlage 84 und gegebenenfalls die Verbreiterungseinlage 86 halten diese gleichmäßige Verteilung über die Gesamtbreite jedes Durchgangskanals 78 aufrecht. Die Durchmischungseinlage 88 vervollständigt die Verteilung sowohl der flüssigen als auch der dampfförmigen Phase vor dem Eintritt in den Mittelteil des Wärmetauschers.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher mit mindestens einem Durchgangskanal für ein Fluid, das zugleich in . flüssiger und dampfförmiger Phase vorliegt, mit " einem Verteüraum für die dampfförmige Phase vor der Eintrittsöffnung des Durchgangskanals und einem senkrecht zu den Platten im Verteüraum angeordneten Sprührohr, welches Sprühöffnungen für den Durchgang der flüssigen Phase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchgangskanal (78) eine an sich bekannte Rippeneinlage (84) angeordnet ist, durch die mindestens der Eintrittsabschnitt des Durchgangskanals in mehrere, voneinander getrennte Teilkanäle unterteüt ist, und daß die Sprühöffnungen (106) derart am Sprührohr (104) über einen in einer Radialebene liegenden Umfangsbereich verteilt sind, daß ihre Mittellinien in gleichmäßiger Verteilung auf die Eintrittsöffnungen (82) der Teilkanäle treffen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, bei dem die Rippeneinlage nur einen Teil des Querschnitts des Durchgangskanals einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß an diese Rippeneinlage (84) eine Verbreiterungseinlage (86) anschließt,

deren Teilkanäle einerseits die Teilkanäle der Rippeneinlage fortsetzen, andererseits auf den im wesentlichen ganzen Querschnitt des Durchgangskanals ausmünden.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbreiterungseinlage (86) eine sich über den ganzen Querschnitt des Durchgangskanals erstreckende Durchmischungseinlage (88) anschließt, die aus quer zur Strömungsrichtung verlaufenden, durchbrochenen Rippen besteht.

4. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch dessen Verwendung in Anlagen zur Gastrennung durch tiefe Temperaturen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 889 136;
USA.-Patentschrift Nr. 2 439 208;
Chemie—Ingenieur—Technik, März 1954, S. 137; Progress in Cryogenics, London 1961, Vol. 3, S. 43 und 44.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen