-
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