DE102016106915A1 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Drei-Medien-Wärmetauscher, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers. Der Wärmetauscher (1) umfasst zumindest: – einen Behälter (2), der ein Behälter-Innenvolumen (3) definiert; – mindestens eine erste Rohrschlange (4), die in dem Behälter (2) angeordnet ist, wobei die erste Rohrschlange (4) zum Führen eines zu temperierenden Mediums (5) vorgesehen und eingerichtet ist; und – mindestens eine zweite Rohrschlange (6), die in dem Behälter (2) und beabstandet zu der ersten Rohrschlange (4) angeordnet ist, wobei die zweite Rohrschlange (6) zum Führen eines Temperier-Mediums (7) vorgesehen und eingerichtet ist. Das Behälter-Innenvolumen (3) ist zwischen der ersten Rohrschlange (4) und der zweiten Rohrschlange (6) zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium (8) gefüllt. Das flüssige Wärmeübertragungsmedium (8) ist ein Thermal-Öl. Der Wärmetauscher sowie das Verfahren ermöglichen es, dass eine Eisbildung in dem Wärmetauscher vermieden wird. Zudem ist ein Einstellen einer Temperaturänderung in dem Wärmetauscher sehr einfach und gleichwohl möglichst präzise und gleichbleibend möglich.The invention relates to a heat exchanger, in particular a three-media heat exchanger, and a method for operating a heat exchanger. The heat exchanger (1) comprises at least: - a container (2) defining a container internal volume (3); - At least a first coil (4) which is arranged in the container (2), wherein the first coil (4) for guiding a medium to be tempered (5) is provided and arranged; and - at least one second coil (6) disposed in the container (2) and spaced from the first coil (4), the second coil (6) being provided and arranged for guiding a tempering medium (7). The container interior volume (3) is at least partially filled with a liquid heat transfer medium (8) between the first coil (4) and the second coil (6). The liquid heat transfer medium (8) is a thermal oil. The heat exchanger and the method make it possible that ice formation in the heat exchanger is avoided. In addition, setting a temperature change in the heat exchanger is very simple and nevertheless possible as precisely and consistently as possible.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Drei-Medien-Wärmetauscher, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers. The invention relates to a heat exchanger, in particular a three-media heat exchanger, and a method for operating a heat exchanger.
Zum Kühlen oder Erwärmen eines zu temperierenden Mediums sind Wärmetauscher bekannt. Diese umfassen, wenn sie beispielsweise zum Kühlen eines zu temperierenden Mediums vorgesehen sind, regelmäßig eine sogenannte Kaltseite, auf der ein Kühlmedium strömt und eine sogenannte Heißseite, auf der das zu temperierende beziehungsweise das zu kühlende Medium strömt. Der Wärmeübergang erfolgt bei diesen „Zwei-Medien-Wärmetauschern“ direkt von der Heißseite zu der Kaltseite. For cooling or heating a medium to be tempered heat exchangers are known. These comprise, if they are provided, for example, for cooling a medium to be tempered, regularly a so-called cold side on which a cooling medium flows and a so-called hot side, on which the medium to be tempered or to be cooled flows. The heat transfer takes place in these "two-media heat exchangers" directly from the hot side to the cold side.
Es sind auch sogenannte „Drei-Medien-Wärmetauscher“ bekannt, bei denen zwischen der Heißseite und der Kaltseite ein Transfermedium beziehungsweise ein Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist. Solche Drei-Medien-Wärmetauscher werden beispielsweise zum Kühlen von Getränken beispielsweise von Bier im Ausschank verwendet, wobei in der Regel Wasser als Wärmeübertragungsmedium dient. In dem Wasser sind zwei Leitungen getrennt voneinander geführt, wobei durch eine der zwei Leitungen ein Kühlmittel und durch die andere der zwei Leitungen das zu kühlende Getränk fließt. Das Wasser ruht hierbei in einem Behälter, beispielsweise einem Tank, durch den die zwei Leitungen geführt sind. Im Zusammenhang mit den bekannten Drei-Medien-Wärmetauschern hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass das Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Wasser, während des Betriebs schnell einfriert, wodurch zum einen der Kühlprozess negativ beeinflusst wird, insbesondere schwieriger zu kontrollieren ist, und zum anderen der Drei-Medien-Wärmetauscher bei stärkerer Eisbildung beschädigt werden kann. There are also known as "three-media heat exchangers" in which a transfer medium or a heat transfer medium is provided between the hot side and the cold side. Such three-media heat exchangers are used, for example, for cooling drinks, for example, beer in the dispenser, wherein water is usually used as a heat transfer medium. In the water, two lines are separated from each other, with one of the two lines, a coolant and through the other of the two lines, the drink to be cooled flows. The water rests here in a container, for example a tank, through which the two lines are guided. In connection with the known three-medium heat exchangers, however, it has proven to be disadvantageous that the heat transfer medium, especially water, freezes rapidly during operation, whereby on the one hand, the cooling process is adversely affected, in particular difficult to control, and on the other Three-media heat exchanger can be damaged during heavy ice formation.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ein Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers angegeben werden, wobei eine Eisbildung in dem Wärmetauscher vermieden wird. Zudem soll ein Einstellen einer Temperaturänderung in dem Wärmetauscher sehr einfach und gleichwohl möglichst präzise und gleichbleibend möglich sein. On this basis, it is an object of the present invention, at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, a heat exchanger and a method for operating a heat exchanger are to be specified, wherein ice formation in the heat exchanger is avoided. In addition, setting a temperature change in the heat exchanger should be very simple and nevertheless as precise and consistent as possible.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. These objects are achieved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the dependent claims. It should be noted that the features listed individually in the dependent claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, wherein further preferred embodiments of the invention are shown.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher, insbesondere Drei-Medien-Wärmetauscher, umfasst zumindest:
- – einen Behälter, der ein Behälter-Innenvolumen definiert;
- – mindestens eine erste Rohrschlange, die in dem Behälter angeordnet ist, wobei die erste Rohrschlange zum Führen eines zu temperierenden Mediums vorgesehen und eingerichtet ist; und
- – mindestens eine zweite Rohrschlange, die in dem Behälter und beabstandet zu der ersten Rohrschlange angeordnet ist, wobei die zweite Rohrschlange zum Führen eines Temperier-Mediums vorgesehen und eingerichtet ist;
- A container defining a container internal volume;
- - At least a first coil, which is arranged in the container, wherein the first coil is provided for guiding a medium to be tempered and set up; and
- - At least a second coil, which is arranged in the container and spaced from the first coil, wherein the second coil for guiding a tempering medium is provided and arranged;
Das Thermal-Öl ist vorzugsweise mit einem Silikon-Öl beziehungsweise einem Silikonpolymer gebildet. Die Verwendung des Thermal-Öls als Wärmeübertragungsmedium erlaubt es in vorteilhafter Weise, dass das Wärmeübertragungsmedium auch in sehr niedrigen Temperaturbereichen (vollständig) flüssig bleibt. Somit kann durch das Thermal-Öl eine ungewünschte Eisbildung in dem Wärmetauscher vermieden werden. Bevorzugt ist das Thermal-Öl dazu vorgesehen und eingerichtet, in einem Wärmeübertragungsmedium-Temperaturbereich von –100°C bis +260°C [Grad Celsius], insbesondere von –70°C bis +160°C, (vollständig) flüssig zu bleiben. Besonders bevorzugt liegt der Gefrierpunkt des Thermal-Öls im Bereich von –120°C bis –50°C, insbesondere bei ca. –111°C. Ganz besonders bevorzugt weist das Thermal-Öl bei –100°C eine (dynamische) Viskosität von ca. 78,6 mPa·s [Millipascalsekunden] auf. Dadurch, dass das Thermal-Öl bei sehr niedrigen Wärmeübertragungsmedium-Temperaturen eine niedrige Viskosität aufweist, können auch bei diesen Temperaturen in besonders vorteilhafter Weise hohe Wärmeübergangskoeffizienten erreicht werden. The thermal oil is preferably formed with a silicone oil or a silicone polymer. The use of the thermal oil as a heat transfer medium advantageously makes it possible for the heat transfer medium to remain (completely) liquid even in very low temperature ranges. Thus, unwanted ice formation in the heat exchanger can be avoided by the thermal oil. Preferably, the thermal oil is intended and arranged to remain (completely) liquid in a heat transfer medium temperature range of -100 ° C to + 260 ° C [degrees Celsius], especially from -70 ° C to + 160 ° C. Particularly preferably, the freezing point of the thermal oil is in the range of -120 ° C to -50 ° C, in particular at about -111 ° C. Most preferably, the thermal oil at -100 ° C has a (dynamic) viscosity of about 78.6 mPa · s [millipascal seconds]. Due to the fact that the thermal oil has a low viscosity at very low heat transfer medium temperatures, high heat transfer coefficients can be achieved in a particularly advantageous manner even at these temperatures.
Bevorzugt wird der Wärmetauscher zum Einstellen einer Temperaturänderung des zu temperierenden Mediums verwendet. Besonders bevorzugt dient der Wärmetauscher zum Durchführen des hier vorgestellten Verfahrens. Bevorzugt ist das Temperier-Medium flüssiger Stickstoff (LIN). Weiter bevorzugt ist das zu temperierendes Medium Ammoniak. Preferably, the heat exchanger is used to set a temperature change of the medium to be tempered. Particularly preferably, the heat exchanger is used to carry out the method presented here. This is preferred Temperature control medium liquid nitrogen (LIN). More preferably, the medium to be tempered is ammonia.
Der vorgeschlagene Wärmetauscher sowie das vorgestellte Verfahren erlauben in vorteilhafter Weise, dass besonders einfach, insbesondere ohne hohen regelungstechnischen Aufwand, ein exaktes Einstellen einer Temperaturänderung des zu temperierenden Mediums in der ersten Rohrschlange möglich ist. Hierbei kann die Temperaturänderung des zu temperierenden Mediums zwischen einem ersten Auslass und einem ersten Einlass der ersten Rohrschlange bestimmt, insbesondere gemessen, werden. Das Thermal-Öl und/oder die Homogenisierungseinrichtung erlauben einen hohen und besonders gleichmäßigen beziehungsweise einheitlichen Wärmeübergangskoeffizienten entlang zumindest der ersten Rohrschlange oder der zweiten Rohrschlange, wodurch das Einstellen der Temperaturänderung vorteilhaft vereinfacht wird. Ein gleichmäßiger beziehungsweise einheitlicher Wärmeübergangskoeffizienten wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass mittels des Thermal-Öls und/oder der Homogenisierungseinrichtung eine lokale Eisbildung in dem Behälter-Innenvolumen, insbesondere an der ersten und/oder zweiten Rohrschlange vermieden wird. The proposed heat exchanger and the proposed method allow in an advantageous manner that a particularly simple, in particular without high control engineering effort, an exact setting a temperature change of the medium to be tempered in the first coil is possible. In this case, the temperature change of the medium to be tempered can be determined, in particular measured, between a first outlet and a first inlet of the first tube coil. The thermal oil and / or the homogenizing device allow a high and particularly uniform heat transfer coefficient along at least the first coil or the second coil, whereby the adjustment of the temperature change is advantageously simplified. A uniform or uniform heat transfer coefficient is ensured, in particular, by means of the thermal oil and / or the homogenizing device, avoiding local ice formation in the container internal volume, in particular at the first and / or second tube coil.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauschen weiter umfasst:
- – eine antreibbare Homogenisierungseinrichtung, die in dem Behälter angeordnet und zur Vergleichmäßigung einer Temperaturverteilung einer Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen vorgesehen und eingerichtet ist.
- A drivable homogenizing device which is arranged in the container and is provided and arranged to equalize a temperature distribution of a heat transfer medium temperature of the heat transfer medium in the container interior volume.
Die Homogenisierungseinrichtung kann elektrisch und/oder pneumatisch angetrieben werden. Bevorzugt umfasst die Homogenisierungseinrichtung einen Elektromotor oder ist mit einem Elektromotor (wirk-)verbunden. Die Homogenisierungseinrichtung umfasst bevorzugt zumindest eine Pumpe, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe oder eine Strahlpumpe, einen Rotor und/oder einen Rührer. Bevorzugt ist ein mit der Homogenisierungseinrichtung verbundener Antriebsmotor außerhalb des Behälter, bevorzugt an einer Behälteraußenwand, angeordnet. Der Antriebsmotor kann mittels einer Welle, beispielsweise einer Spindelverlängerung, mit der Homogenisierungseinrichtung verbunden sein. Die Welle kann hierbei eine Behälterwand, vorzugsweise einen Behälterboden, und/oder einen Behälterdeckel (fluiddicht) durchdringen. The homogenizing device can be driven electrically and / or pneumatically. The homogenizing device preferably comprises an electric motor or is (actively) connected to an electric motor. The homogenizing device preferably comprises at least one pump, such as a gear pump or a jet pump, a rotor and / or a stirrer. Preferably, a drive motor connected to the homogenizing device is arranged outside the container, preferably on a container outer wall. The drive motor can be connected to the homogenizing device by means of a shaft, for example a spindle extension. The shaft can in this case penetrate a container wall, preferably a container bottom, and / or a container lid (fluid-tight).
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Homogenisierungseinrichtung mindestens ein Rührwerk umfasst. Bevorzugt ist die Homogenisierungseinrichtung beziehungsweise das Rührwerk am Boden des Behälters angeordnet beziehungsweise ausgebildet. According to a further advantageous embodiment, it is proposed that the homogenizing device comprises at least one agitator. Preferably, the homogenization device or the agitator is arranged or formed at the bottom of the container.
Die Homogenisierungseinrichtung kann das Wärmeübertragungsmedium in dem Behälter-Innenvolumen bewegen. Dies hat zum einen den Vorteil, dass eine Eisbildung aufgrund der Bewegung des Wärmeübertragungsmediums zumindest erschwert und bevorzugt verhindert wird, zum anderen können durch die Homogenisierungseinrichtung die Bildung lokaler Wärme- oder Kältenester und/oder Temperaturschichtungen des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen vermieden werden. Bevorzugt kann das Wärmeübertragungsmedium mittels der Homogenisierungseinrichtung mit einer (vor-)bestimmten Strömungsgeschwindigkeit bewegt werden. Besonders bevorzugt ist die Homogenisierungseinrichtung dazu vorgesehen und eingerichtet, das Wärmeübertragungsmedium mit einer (vor-)bestimmten Strömungsgeschwindigkeit um die erste und/oder zweite Rohrschlange herum und/oder entlang der ersten und/oder zweiten Rohrschlange zu bewegen. Hierdurch können in vorteilhafter Weise der Wärmeübergangskoeffizient und der konvektive Wärmeübergang in dem Wärmetauscher vergrößert werden. The homogenizer may move the heat transfer medium in the container interior volume. On the one hand, this has the advantage that ice formation due to the movement of the heat transfer medium is at least impeded and preferably prevented; on the other hand, the formation of local heat or cold esters and / or temperature stratifications of the heat transfer medium in the container interior volume can be avoided by the homogenizing device. Preferably, the heat transfer medium can be moved by means of the homogenization device with a (pre) determined flow rate. Particularly preferably, the homogenizing device is provided and arranged to move the heat transfer medium at a (pre) certain flow rate around the first and / or second coil and / or along the first and / or second coil. In this way, advantageously, the heat transfer coefficient and the convective heat transfer in the heat exchanger can be increased.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein erster Temperatursensor in dem Behälter und in Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmedium, zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange angeordnet ist und wobei mindestens ein zweiter Temperatursensor in dem Behälter und in Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmedium, zwischen einer Behälterwand und der ersten Rohrschlange oder der zweiten Rohrschlange angeordnet ist. Bevorzugt sind mindestens zwei zweite Temperatursensoren in dem Behälter vorgesehen, wobei einer der zweiten Temperatursensoren zwischen der ersten Rohrschlange und der Behälter(innen)wand und der andere der zweiten Temperatursensoren zwischen der zweiten Rohrschlange und der Behälter(innen)wand angeordnet sind. Bevorzugt sind die (alle) Temperatursensoren und ein Antriebsmotor der Homogenisierungseinrichtung miteinander (wirk-)verbunden und besonders bevorzugt mit einer (gemeinsamen beziehungsweise übergeordneten) Steuereinheit verbunden. Hierbei kann die Steuereinheit von den Temperatursensoren Messsignale empfangen und Steuersignale an den Antriebsmotor der Homogenisierungseinrichtung senden. According to an advantageous embodiment, it is proposed that at least one first temperature sensor in the container and in contact with the heat transfer medium, is disposed between the first coil and the second coil and wherein at least one second temperature sensor is disposed in the container and in contact with the heat transfer medium, between a container wall and the first coil or the second coil. Preferably, at least two second temperature sensors are provided in the container, wherein one of the second temperature sensors between the first coil and the container (inner) wall and the other of the second temperature sensors between the second coil and the container (inner) wall are arranged. Preferably, the (all) temperature sensors and a drive motor of the homogenization device are connected to each other (active) and are particularly preferably connected to a (common or higher-level) control unit. In this case, the control unit can receive measurement signals from the temperature sensors and send control signals to the drive motor of the homogenization device.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Mindestabstand zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange wenigstens 2,5 cm [Zentimeter] beträgt. Bevorzugt beträgt der Mindestabstand wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 10 cm oder sogar wenigstens 15 cm. Je größer der Abstand zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange gewählt ist, desto besser können die Vorteile des Wärmeübertragungsmediums genutzt werden, da mit Zunahme des Abstands eine direkte Beeinflussung zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange abnimmt. Bevorzugt ist der Mindestabstand so gewählt, dass eine direkte beziehungsweise unmittelbare Wärmeübertragung, beispielsweise eine Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung, zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange (nahezu vollständig) vermieden wird. Der Mindestabstand zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange vereinfacht in vorteilhafter Weise das Einstellen der Temperaturänderung in der ersten Rohrschlange, da Wärmestrahlungs- und Wärmeleitungseinflüsse stark reduziert werden können und es möglich wird, dass entlang der ersten Rohrschlange nahezu die gleiche (isotherme) beziehungsweise eine einheitliche Wärmeübertragungsmedium-Temperatur vorliegt. According to an advantageous embodiment, it is proposed that a minimum distance between the first coil and the second coil is at least 2.5 cm [centimeter]. Preferably, the minimum distance is at least 5 cm, more preferably at least 10 cm or even at least 15 cm. The greater the distance between the first coil and the second coil, the better the advantages of the heat transfer medium can be utilized, since as the gap increases, direct interference between the first coil and the second coil will decrease. Preferably, the minimum distance is selected so that a direct or immediate heat transfer, for example, a heat conduction and / or thermal radiation, between the first coil and the second coil (almost completely) is avoided. The minimum distance between the first coil and the second coil advantageously facilitates adjusting the temperature change in the first coil, since heat radiation and heat conduction influences can be greatly reduced and it is possible that along the first coil almost the same (isothermal) or a uniform heat transfer medium temperature is present.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers vorgeschlagen, wobei ein Behälter-Innenvolumen eines Behälters des Wärmetauschers zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a) Führen eines zu temperierenden Mediums durch mindestens eine erste Rohrschlange, die in dem Behälter angeordnet ist,
- b) Führen eines Temperier-Mediums durch mindestens eine zweite Rohrschlange, die in dem Behälter und beabstandet zu der ersten Rohrschlange angeordnet ist,
- c) Einstellen einer Temperaturänderung einer Medientemperatur des zu temperierenden Mediums zwischen einem ersten Einlass und einem ersten Auslass der ersten Rohrschlange,
- a) guiding a medium to be tempered by at least one first tube coil, which is arranged in the container,
- b) passing a tempering medium through at least one second tube coil which is arranged in the container and at a distance from the first tube coil,
- c) setting a temperature change of a medium temperature of the medium to be tempered between a first inlet and a first outlet of the first coil,
Bevorzugt wird das Verfahren in einem hier vorgeschlagenen Wärmetauscher durchgeführt. Die angedeutete Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) ergibt sich bei einem regulären Ablauf des Verfahrens. Einzelne oder alle Verfahrensschritte können zeitgleich, nacheinander und/oder zumindest teilweise parallel durchgeführt werden. The process is preferably carried out in a heat exchanger proposed here. The indicated sequence of process steps a), b) and c) results in a regular course of the process. Individual or all method steps can be performed simultaneously, sequentially and / or at least partially in parallel.
Zum Führen beziehungsweise Fördern des zu temperierenden Mediums durch die erste Rohrschlange können zusätzliche beziehungsweise externe Strömungserzeuger, wie beispielsweise mindestens eine (Förder-)Pumpe, und/oder Strömungsbeeinflussungsmittel, wie beispielsweise mindestens eine Drossel, vorgesehen und mit der ersten Rohrschlange strömungstechnisch verbunden sein. Zum Führen beziehungsweise Fördern des Temperier-Mediums durch die zweite Rohrschlange kann, insbesondere wenn es sich bei dem Temperier-Medium um flüssigen Stickstoff (LIN) handelt, ein Druckunterschied zwischen einem hohen Temperier-Medium-Druck in einem Vorratstank beziehungsweise einem Temperier-Medium-Speicher und einem niedrigen beziehungsweise niedrigeren Temperier-Medium-Druck am Auslass der zweiten Rohrschlange genutzt werden. Alternativ oder kumulativ können zum Führen beziehungsweise Fördern des Temperier-Mediums durch die zweite Rohrschlange zusätzliche beziehungsweise externe Strömungserzeuger, wie beispielsweise mindestens eine (Förder-)Pumpe, und/oder Strömungsbeeinflussungsmittel, wie beispielsweise mindestens eine Drossel, vorgesehen und mit der zweiten Rohrschlange strömungstechnisch verbunden sein. For guiding or conveying the medium to be tempered by the first coil, additional or external flow generators, such as at least one (conveying) pump, and / or flow influencing means, such as at least one throttle, may be provided and fluidly connected to the first coil. For guiding or conveying the tempering medium through the second coil, in particular when the tempering medium is liquid nitrogen (LIN), there is a pressure difference between a high tempering medium pressure in a storage tank or a tempering medium. Memory and a low or lower tempering medium pressure at the outlet of the second coil can be used. Alternatively or cumulatively, additional or external flow generators, such as at least one (conveying) pump, and / or flow influencing means, such as at least one throttle, may be provided and fluidically connected to the second coil for guiding or conveying the tempering medium through the second coil be.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt wird. Bevorzugt wird zum Einstellen der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur auf die vorbestimmte Temperatur ein Massenstrom des Temperier-Mediums durch die erste Rohrschlange geändert. Bevorzugt wird der Massenstrom des Temperier-Mediums in Abhängigkeit der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur im Behälter-Innenvolumen, insbesondere in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur, die mittels des ersten Temperatursensors gemessen wird, geregelt. Bevorzugt wird die vorbestimmte Temperatur in dem Behälter-Innenvolumen, insbesondere zumindest in einem Bereich zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange (nahezu) konstant gehalten. Besonders bevorzugt beträgt die vorbestimmte Temperatur zwischen –40°C und +40°C. Besonders bevorzugt beträgt eine maximale Temperaturabweichung der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur in dem Behälter-Innenvolumen, insbesondere zumindest in einem Bereich zwischen der ersten Rohrschlange und der zweiten Rohrschlange, +/–5°C, ganz besonders bevorzugt +/–2°C oder sogar +/–1°C. Mit anderen Worten ausgedrückt, beträgt eine Regelgenauigkeit der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur in dem Behälter-Innenvolumen bevorzugt maximal +/–5°C, besonders bevorzugt maximal +/–2°C oder ganz besonders bevorzugt maximal +/–1°C. According to an advantageous embodiment, it is proposed that the heat transfer medium temperature of the heat transfer medium in the container interior volume is adjusted to a predetermined temperature. Preferably, for adjusting the heat transfer medium temperature to the predetermined temperature, a mass flow of the tempering medium is changed by the first coil. The mass flow of the temperature-control medium is preferably controlled as a function of the heat transfer medium temperature in the container internal volume, in particular as a function of the heat transfer medium temperature which is measured by means of the first temperature sensor. Preferably, the predetermined temperature in the container internal volume, in particular at least in an area between the first coil and the second coil is kept (almost) constant. More preferably, the predetermined temperature is between -40 ° C and + 40 ° C. Particularly preferably, a maximum temperature deviation of the heat transfer medium temperature in the container interior volume, in particular at least in a region between the first coil and the second coil, +/- 5 ° C, most preferably +/- 2 ° C or even + / -1 ° C. In other words, a control accuracy of the heat transfer medium temperature in the container internal volume is preferably at most +/- 5 ° C, more preferably at most +/- 2 ° C, or most preferably at most +/- 1 ° C.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt d) umfasst:
- d) Sensorisches Erfassen einer Temperaturverteilung einer Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen.
- d) Sensing a temperature distribution of a heat transfer medium temperature of the heat transfer medium in the container internal volume.
Bevorzugt erfolgt das sensorische Erfassen mittels des mindestens einen ersten Temperatursensors und des mindestens einen zweiten Temperatursensors, die in dem Behälter und in Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmedium angeordnet sind. Besonders bevorzugt werden die erfassten Sensordaten mittels einer Auswerteeinheit einer (übergeordneten) Steuereinheit ausgewertet. The sensory detection preferably takes place by means of the at least one first temperature sensor and the at least one second temperature sensor, which are arranged in the container and in contact with the heat transfer medium. Particularly preferably, the detected sensor data are evaluated by means of an evaluation unit of a (higher-level) control unit.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt e) umfasst:
- e) Vergleichmäßigen der Temperaturverteilung der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen.
- e) Comparing the temperature distribution of the heat transfer medium temperature of the heat transfer medium in the container internal volume.
Bevorzugt dient eine in dem Behälter angeordnete Homogenisierungseinrichtung zum Vergleichmäßigen der Temperaturverteilung der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur. Besonders bevorzugt wird die Homogenisierungseinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Temperaturverteilung betrieben und/oder von der (übergeordneten) Steuereinheit angesteuert. Insbesondere wird zum Vergleichmäßigen der Temperaturverteilung die Homogenisierungseinrichtung so lange betrieben, wie eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor detektiert wird. Eine Drehzahl der Homogenisierungseinrichtung und/oder eines mit der Homogenisierungseinrichtung wirkverbundenen Antriebsmotors kann in Abhängigkeit der Größe der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor von der Steuereinheit vorgegeben werden. Hierbei kann die Drehzahl erhöht werden, wenn die Temperaturdifferenz steigt. Preferably, a homogenizing device arranged in the container serves to equalize the temperature distribution of the heat transfer medium temperature. Particularly preferably, the homogenization device is operated as a function of the detected temperature distribution and / or controlled by the (higher) control unit. In particular, to homogenize the temperature distribution, the homogenizing device is operated as long as a temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor is detected. A rotational speed of the homogenizing device and / or a drive motor operatively connected to the homogenizing device can be predetermined by the control unit as a function of the size of the temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor. In this case, the speed can be increased when the temperature difference increases.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Wärmetauscher erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. The details, features and advantageous embodiments discussed above in connection with the heat exchanger can accordingly also occur in the method presented here and vice versa. In that regard, reference is made in full to the statements there for a more detailed characterization of the features.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines Thermal-Öls als Wärmeübertragungsmedium in einem Drei-Medien-Wärmetauscher in einem Herstellungsprozess eines pharmazeutischen Erzeugnisses oder eines Kunststoff-Erzeugnisses vorgeschlagen. Bevorzugt wird in dem Drei-Medien-Wärmetauscher flüssiger Stickstoff als Temperier-Medium verwendet. Weiter bevorzugt wird Ammoniak als zu temperierendes Medium verwendet. In another aspect, there is proposed use of a thermal oil as a heat transfer medium in a three-media heat exchanger in a manufacturing process of a pharmaceutical product or a plastic product. Preferably, liquid nitrogen is used as the tempering medium in the three-medium heat exchanger. More preferably, ammonia is used as medium to be tempered.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Wärmetauscher und/oder dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. The details, features and advantageous embodiments discussed above in connection with the heat exchanger and / or the method can accordingly also occur with the use presented here and vice versa. In that regard, reference is made in full to the statements there for a more detailed characterization of the features.
Zur Lösung der genannten Aufgaben kann (alternativ oder kumulativ) auch ein Wärmetauscher, insbesondere Drei-Medien-Wärmetauscher, dienen, zumindest umfassend:
- – einen Behälter, der ein Behälter-Innenvolumen definiert;
- – mindestens eine erste Rohrschlange, die in dem Behälter angeordnet ist, wobei die erste Rohrschlange zum Führen eines zu temperierenden Mediums vorgesehen und eingerichtet ist;
- – mindestens eine zweite Rohrschlange, die in dem Behälter und beabstandet zu der ersten Rohrschlange angeordnet ist, wobei die zweite Rohrschlange zum Führen eines Temperier-Mediums vorgesehen und eingerichtet ist; und
- – eine antreibbare Homogenisierungseinrichtung, die in dem Behälter angeordnet und zur Vergleichmäßigung einer Temperaturverteilung einer Wärmeübertragungsmedium-Temperatur eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen vorgesehen und eingerichtet ist;
- A container defining a container internal volume;
- - At least a first coil, which is arranged in the container, wherein the first coil is provided for guiding a medium to be tempered and set up;
- - At least a second coil, which is arranged in the container and spaced from the first coil, wherein the second coil for guiding a tempering medium is provided and arranged; and
- A drivable homogenizing device disposed in the container and provided and arranged to equalize a temperature distribution of a heat transfer medium temperature of a liquid heat transfer medium in the container internal volume;
Zur Lösung der genannten Aufgaben kann (alternativ oder kumulativ) auch ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers dienen, wobei ein Behälter-Innenvolumen eines Behälters des Wärmetauschers zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a) Führen eines zu temperierenden Mediums durch mindestens eine erste Rohrschlange, die in dem Behälter angeordnet ist,
- b) Führen eines Temperier-Mediums durch mindestens eine zweite Rohrschlange, die in dem Behälter und beabstandet zu der ersten Rohrschlange angeordnet ist,
- c) Einstellen einer Temperaturänderung einer Medientemperatur des zu temperierenden Mediums zwischen einem ersten Einlass und einem ersten Auslass der ersten Rohrschlange,
- d‘) Bewegen des flüssigen Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen, insbesondere mittels einer (vorstehend beschriebenen) Homogenisierungseinrichtung.
- a) guiding a medium to be tempered by at least one first tube coil, which is arranged in the container,
- b) passing a tempering medium through at least one second tube coil which is arranged in the container and at a distance from the first tube coil,
- c) setting a temperature change of a medium temperature of the medium to be tempered between a first inlet and a first outlet of the first coil,
- d ') moving the liquid heat transfer medium in the container interior volume, in particular by means of a homogenizing device (described above).
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Wärmetauscher und dem Verfahren, bei denen stets ein Thermal-Öl als Wärmeübertragungsmedium eingesetzt ist erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Wärmetauscher mit einer antreibbaren Homogenisierungseinrichtung und dem hier vorgeschlagenen Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. The above in connection with the heat exchanger and the method in which always a thermal oil is used as a heat transfer medium is discussed details, features and advantageous embodiments may accordingly also occur in the heat exchanger presented here with a drivable homogenizer and the method proposed here, and vice versa. In that regard, reference is made in full to the statements there for a more detailed characterization of the features.
Nach einem weiteren Aspekt wird insbesondere auch eine Verwendung einer antreibbaren Homogenisierungseinrichtung vorgeschlagen, die in einem Behälter eines (Drei-Medien-)Wärmetauschers angeordnet ist, wobei ein Behälter-Innenvolumen des Behälters zwischen einer ersten Rohrschlange und einer zweiten Rohrschlange zumindest teilweise mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist, zum Vergleichmäßigen einer Temperaturverteilung einer Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen des Behälters und zum Erzeugen einer (vorbestimmten) Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeübertragungsmediums in dem Behälter-Innenvolumen. Hierbei umfasst die Homogenisierungseinrichtung bevorzugt mindestens ein Rührwerk. Weiter bevorzugt beträgt die (vorbestimmte) Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s bis 25 m/s [Meter pro Sekunde], besonders bevorzugt von 10 m/s bis 20 m/s. According to a further aspect, in particular, a use of a drivable homogenizing device is proposed, which is arranged in a container of a (three-media) heat exchanger, wherein a container internal volume of the container between a first coil and a second coil at least partially with a liquid heat transfer medium is filled to equalize a temperature distribution of a heat transfer medium temperature of the heat transfer medium in the container internal volume of the container and for generating a (predetermined) flow rate of the heat transfer medium in the container internal volume. In this case, the homogenizing device preferably comprises at least one agitator. More preferably, the (predetermined) flow rate of 2 m / s to 25 m / s [meters per second], more preferably from 10 m / s to 20 m / s.
Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch: The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to the figures. It should be noted that the invention should not be limited by the embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and / or findings from other figures and / or the present description. They show schematically:
Die erste Rohrschlange
Die zweite Rohrschlange
Gemäß der Darstellung nach
Die Drehzahl des Rührwerks
Zum Erfassen der Temperaturverteilung der Wärmeübertragungsmedium-Temperatur des Wärmeübertragungsmediums
Es werden hier ein Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere ermöglichen es der Wärmetauscher sowie das Verfahren, dass eine Eisbildung in dem Wärmetauscher vermieden wird. Zudem ist ein Einstellen einer Temperaturänderung in dem Wärmetauscher sehr einfach und gleichwohl möglichst präzise und gleichbleibend möglich. Here, a heat exchanger and a method for operating a heat exchanger are specified, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the heat exchanger and the method make it possible to avoid ice formation in the heat exchanger. In addition, setting a temperature change in the heat exchanger is very simple and nevertheless possible as precisely and consistently as possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wärmetauscher heat exchangers
- 22
- Behälter container
- 33
- Behälter-Innenvolumen Container internal volume
- 44
- Erste Rohrschlange First pipe coil
- 55
- Zu temperierendes Medium To be tempered medium
- 66
- Zweite Rohrschlange Second pipe coil
- 77
- Temperier-Medium Tempering medium
- 88th
- Wärmeübertragungsmedium Heat transfer medium
- 99
- Homogenisierungseinrichtung homogenizing
- 10 10
- Rührwerk agitator
- 11 11
- Erster Temperatursensor First temperature sensor
- 12 12
- Zweiter Temperatursensor Second temperature sensor
- 13 13
- Behälterwand container wall
- 14 14
- Ersten Einlass First inlet
- 15 15
- Erster Auslass First outlet
- 16 16
- Zweiter Einlass Second inlet
- 17 17
- Zweiter Auslass Second outlet
- 18 18
- Mindestabstand minimum distance
- 19 19
- Ablassventil drain valve
- 20 20
- Antriebsmotor drive motor
Claims (10)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112828673A (en) * | 2021-02-02 | 2021-05-25 | 王丽梅 | Cooling and lubricating system of numerical control lathe |
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-
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