DE102019009099A1 - Heat exchanger with mixing function - Google Patents

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Abstract

Die Anmeldung beschreibt einen neuartigen generativ erzeugten Wärmetauscher zum Abkühlen oder Aufheizen eines Stoffstroms der idealerweise ein rundes Gehäuse 1 besitzt, und der wenigstens eine Außenwand 2, eine Innenwand 3, wenigstens eine Zwischenwand 16, eine Einströmkammer 17 und eine Ausströmkammer 18, einen Einströmkanal 4 und einen Ausströmkanal 5, Tauscherelemente 13 besitzt, die im Inneren Strömungskanäle 14 haben, und die idealerweise parallel angeordnet sind und die an ihrem einen Ende mit der Einströmkammer 17 und gegenüberliegend am anderen Ende mit der Ausströmkammer 18 stoffschlüssig verbunden sind. Die Wärmetauscher zeichnen sich dadurch aus, dass die gesamte den Fließkanal bildende Innenwand 3 vom Temperiermittel umströmt wird, und dass die Tauscherelemente 13 zwischen dem Einströmkammer 17 und dem Ausströmkammer 18 einen gekrümmten Verlauf nehmen, wobei die maximale Länge L der Tauscherelemente 13 kleiner als das zweifache des Strömungskanaldurchmessers D ist, und dass der Querschnitt der Tauscherelemente 13 eine strömungsgünstige langgestreckte Form besitzt, die in Hauptströmungsrichtung spitz beginnt und auch wieder spitz endetThe application describes a new generatively generated heat exchanger for cooling or heating a material flow, which ideally has a round housing 1 and at least one outer wall 2, an inner wall 3, at least one partition 16, an inflow chamber 17 and an outflow chamber 18, an inflow channel 4 and has an outflow channel 5, exchanger elements 13 which have flow channels 14 inside, and which are ideally arranged in parallel and which are firmly connected at one end to the inflow chamber 17 and opposite at the other end to the outflow chamber 18. The heat exchangers are characterized by the fact that the temperature control medium flows around the entire inner wall 3 forming the flow channel, and that the exchanger elements 13 take a curved course between the inflow chamber 17 and the outflow chamber 18, the maximum length L of the exchanger elements 13 being less than twice that of the flow channel diameter D, and that the cross section of the exchanger elements 13 has an elongated shape that is favorable to the flow and begins to be pointed in the main flow direction and also ends to be pointed again

Description

Die Erfindung betrifft einen vorteilhaften Wärmetauscher zur thermischen Beeinflussung von Stoffströmen, insbesondere von Fluidströmen wie beispielsweise von viskosen Schmelzen.The invention relates to an advantageous heat exchanger for thermally influencing material flows, in particular fluid flows such as, for example, viscous melts.

Wärmetauscher werden in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt. Ziel ist es jeweils die Temperatur eines Stoffstroms zu verändern. Im Bereich der Kunststoffverarbeitung werden Wärmetauscher hauptsächlich eingesetzt, um eine Schmelze zu kühlen. Wichtig ist es in der Regel, die Temperatur der Schmelze zu verringern, aber dabei den Fließwiderstand im Wärmetauscher möglichst zu minimieren, um eine geringe Druckdifferenz zwischen dem Ein- und dem Austritt des Wärmetauschers zu realisieren. Weiterhin soll meist eine möglichst hohe Temperaturdifferenz erreicht werden, wobei es jedoch Ziel ist, die dabei unvermeidlich auftretenden Temperaturdifferenzen in der Schmelze möglichst klein zu halten.Heat exchangers are used in many areas of industry. The aim is to change the temperature of a material flow in each case. In the field of plastics processing, heat exchangers are mainly used to cool a melt. As a rule, it is important to reduce the temperature of the melt, but to minimize the flow resistance in the heat exchanger as much as possible in order to achieve a low pressure difference between the inlet and outlet of the heat exchanger. Furthermore, the greatest possible temperature difference should usually be achieved, but the aim is to keep the temperature differences that inevitably occur in the melt as small as possible.

Wärmetauscher nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in DE 68905806 , in EP 183712 , in EP 0976004 , in EP2065503 und in EP3489603 beschrieben sind, verwenden zur Wärmeübertragung Rohre mit einer runden, einer rechteckigen oder einer ovalen Querschnittgeometrie, die senkrecht oder aber auch in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung des Schmelzestroms angeordnet sind. Diese Querschnittgeomtrien sind sowohl aus strömungstechnischer Sicht als auch bezüglich der Wärmeübertragung auf den Stoffstrom nicht optimal. Selbst bei einem strömungsgünstigeren Ovalrohr, das in Strömungsrichtung ausgerichtet ist, wird der Stoffstrom im Anström- und im Abströmbereich des Rohrs stark abgebremst, wodurch der Stoff in diesen Bereichen länger verweilt und damit auch stärker abgekühlt oder aufgeheizt wird. Speziell dann, wenn Schmelze gekühlt werden soll, wird zusätzlich die Viskosität an der Rohrwand durch die Abkühlung erhöht, was im ungünstigsten Fall dazu führen kann, dass die Strömungsgeschwindigkeit in diesen Bereichen zu null wird. Dann bleibt dort erkaltete Schmelze hängen und eine Wärmeübertragung von der Rohroberfläche auf den Stoffstrom wird stark behindert.Prior art heat exchangers, such as those shown in, for example DE 68905806 , in EP 183712 , in EP 0976004 , in EP2065503 and in EP3489603 are described, use tubes with a round, rectangular or oval cross-sectional geometry, which are arranged perpendicularly or at an angle to the main flow direction of the melt flow, for heat transfer. These cross-sectional geometries are not optimal both from a fluidic point of view and in terms of heat transfer to the material flow. Even with an oval tube that is more streamlined and oriented in the direction of flow, the flow of material in the inflow and outflow area of the tube is strongly slowed down, so that the material lingers longer in these areas and is therefore cooled or heated more strongly. Especially when the melt is to be cooled, the viscosity on the pipe wall is additionally increased by the cooling, which in the worst case can lead to the flow velocity in these areas becoming zero. The cooled melt then remains there and the transfer of heat from the pipe surface to the material flow is severely hindered.

Auch bezüglich der erreichbaren Temperaturhomogenität ist beispielsweise die in EP 3489603 gezeigte Lösung nicht überzeugend. Der beschriebene Wärmetauscher besitzt auf der Hälfte des Umfangs eine Mantelelementkammer 23 zum Einspeisen des Temperiermittels und auf der gegenüberliegenden Hälfte eine Mantelelementkammer 18 zum Ausspeisen des Temperiermittels. Das führt zwangsläufig dazu, dass über dem Umfang der Innenoberfläche des Fließkanals unterschiedliche Temperaturen vorhanden sind, da im Fall der Kühlung des Stoffstroms die Temperatur des Temperiermediums in der Mantelelementkammer 18 höher ist als die in der Mantelelementkammer 23. Wird der Stoffstrom erwärmt, dann ist es genau umgekehrt.Also with regard to the achievable temperature homogeneity, for example, the in EP 3489603 The solution shown is not convincing. The heat exchanger described has a casing element chamber 23 for feeding in the temperature control medium on half of the circumference and a casing element chamber 18 for feeding out the temperature control medium on the opposite half. This inevitably leads to the fact that different temperatures are present over the circumference of the inner surface of the flow channel, since in the case of cooling of the material flow, the temperature of the temperature control medium in the jacket element chamber 18 is higher than that in the jacket element chamber 23. If the material flow is heated, then it is exactly reversed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen leistungsfähigeren Wärmetauscher zu realisieren, der gegenüber dem Stand der Technik eine größere Tauscherleistung ermöglicht, um einen Stoffstrom mit einer möglichst geringen Temperaturdifferenz bei einem möglichst geringen Fließwiderstand austragen zu können. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Wärmetauscher gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Varianten des Wärmetauschers sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben. Ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist Gegenstand von Anspruch 8.The object of the invention is therefore to realize a more efficient heat exchanger which, compared to the prior art, enables a greater exchange capacity in order to be able to discharge a material flow with the lowest possible temperature difference with the lowest possible flow resistance. The object of the invention is achieved by a heat exchanger according to claim 1. Advantageous variants of the heat exchanger are described in claims 2 to 7. A method for operating a heat exchanger according to the invention is the subject matter of claim 8.

Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung besitzt zum Abkühlen oder Aufheizen eines Stoffstroms ein Gehäuse, enthaltend wenigstens eine Außenwand, eine Innenwand, wenigstens eine Zwischenwand, enthaltend eine Einströmkammer und eine Ausströmkammer, enthaltend einen Einströmkanal und einen Ausströmkanal, enthaltend Tauscherelemente, die im Inneren Strömungskanäle besitzen, und die idealerweise parallel angeordnet sind und die an ihrem einen Ende mit der Einströmkammer und gegenüberliegend an ihrem anderen Ende mit der Ausströmkammer stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte den Fließkanal bildende Innenwand vom einströmenden Temperiermittel umströmt wird, und dass die Tauscherelemente zwischen dem Einströmkanal und dem Ausströmkanal einen gekrümmten Verlauf nehmen, wobei die maximale Länge L der Tauscherelemente kleiner als das zweifache des Strömungskanaldurchmessers D ist, und wobei der Querschnitt der Tauscherelemente eine strömungsgünstige langgestreckte Form besitzt, die in Hauptströmungsrichtung spitz beginnt und auch wieder spitz endet.The heat exchanger according to the invention has a housing for cooling or heating a material flow, containing at least one outer wall, an inner wall, at least one partition wall, containing an inflow chamber and an outflow chamber, containing an inflow channel and an outflow channel, containing exchanger elements which have flow channels inside, and which are ideally arranged in parallel and which are cohesively connected at one end to the inflow chamber and opposite at their other end to the outflow chamber, characterized in that the entire inner wall forming the flow channel is flowed around by the inflowing temperature control medium, and that the exchanger elements between the The inflow channel and the outflow channel take a curved course, the maximum length L of the exchanger elements being less than twice the flow channel diameter D, and the cross section of the exchanger elements having a streamlined elongated Fo rm, which begins pointedly in the main flow direction and also ends pointedly again.

Idealerweise sollte das Verhältnis der Länge A der Querschnittgeometrie der Tauscherelemente in Hauptströmungsrichtung zur Länge B der Querschnittgeometrie senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Stoffstroms größer gleich 1,5 sein. Damit ergibt sich eine große Wärmeübertragungsfläche bei einem geringen Fließwiderstand. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn sich in Hauptströmungsrichtung an ein Tauscherelementsystem wenigstens ein Mischsystem anschließt, mit dem der Stoffstrom aufgeteilt, partiell umgelenkt, gemischt und damit thermisch vergleichmäßigt wird. Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturänderung im Stoffstrom zu erreichen, sollten benachbarte Tauscherelemente wechselweise einmal an ihrem Anfang und einmal an ihrem Ende mit der Einströmkammer bzw. der Ausströmkammer des Wärmetauschers verbunden sein. Größere Oberflächen zur Energieübertragung können dabei erreicht werden, wenn die Mittellinien der Strömungskanäle Krümmungen aufweisen, und wenn auch die gesamte Fließkanalwand vom einströmenden Temperiermedium umströmt wird. Das ist auch vorteilhaft, um eine möglichst gleichmäßige Temperaturänderung im Stoffstrom zu ermöglichen.Ideally, the ratio of the length A of the cross-sectional geometry of the exchanger elements in the main flow direction to the length B of the cross-sectional geometry perpendicular to the main flow direction of the material flow should be greater than or equal to 1.5. This results in a large heat transfer surface with a low flow resistance. It is also advantageous if at least one mixing system is connected to an exchanger element system in the main flow direction, with which the material flow is divided, partially deflected, mixed and thus thermally evened out. In order to achieve a temperature change in the material flow that is as uniform as possible, adjacent exchanger elements should be connected to the inflow chamber or the outflow chamber of the heat exchanger alternately once at their beginning and once at their end. Larger surfaces for energy transfer can be achieved if the center lines of the flow channels have curvatures, and even if the Entire flow channel wall is flowed around by the inflowing temperature control medium. This is also advantageous in order to enable a temperature change in the material flow that is as uniform as possible.

Zur Erreichung einer möglichst gleichmäßigen Temperatur des Stoffstroms empfiehlt es sich, nach einem Energieübertragungsbereich einen Mischbereich nachzuschalten, so dass dann mindestens zwei Tauscherelementsysteme vorhanden sind, denen jeweils ein Mischelementsystem folgt, wobei entweder nur die Tauscherelementsysteme oder die Tauscherelementsysteme und die Mischelementsysteme oder aber auch nur die Mischelementsysteme innerhalb des Strömungskanals zueinander um einen bestimmten Winkel verdreht oder um ein bestimmtes Maß radial versetzt zueinander angeordnet sind. Das Mischelementsystem kann dabei auch Temperierkanäle enthalten. Es können aber natürlich auch Mischelementsysteme verwendet werden, die keine Temperierkanäle besitzen. Zur Realisierung eines Mischelementsystems können beliebige Mischelementgeometrien eingesetzt werden, mit denen der Stoffstrom partiell aufgeteilt, umgelenkt und somit gemischt wird.To achieve the most uniform possible temperature of the material flow, it is advisable to connect a mixing area after an energy transfer area, so that at least two exchanger element systems are then available, each followed by a mixing element system, with either only the exchanger element systems or the exchanger element systems and the mixing element systems or only the Mixing element systems are rotated to one another by a certain angle within the flow channel or are arranged radially offset to one another by a certain amount. The mixing element system can also contain temperature control channels. Of course, it is also possible to use mixing element systems that do not have any temperature control channels. Any mixing element geometries with which the material flow is partially divided, deflected and thus mixed can be used to implement a mixing element system.

Zur Minimierung der nicht erwünschten Energieübertragung von der Einströmkammer zur Ausströmkammer ist es ratsam, zwischen der Außenwand und der Innenwand des Wärmetauschers wenigstens zwei weitere Zwischenwände vorzusehen, so dass zwischen den beiden Zwischenwänden eine Luftkammer vorhanden ist, über die die Einströmkammer gegenüber der Ausströmkammer thermisch isoliert ist. Eine gezieltere Beeinflussung der Stoffstromtemperatur wird möglich, wenn der Wärmetauscher unabhängige Temperierbereiche besitzt. Dafür benötigt dann das Gehäuse wenigstens zwei Einströmkanäle und wenigstens zwei Ausströmkanäle, die nicht miteinander in Verbindung stehen und die unabhängig voneinander durchströmbar sind. Für Wärmetauscher, die in kleinen Laboranlagen verwendet werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn der Strömungskanaldurchmesser D über der Länge des Wärmetauschers verändert wird, um bei einem möglichst geringen Fließwiderstand für den Stoffstrom eine möglichst große Tauscheroberfläche zu ermöglichen.To minimize the undesired transfer of energy from the inflow chamber to the outflow chamber, it is advisable to provide at least two further partition walls between the outer wall and the inner wall of the heat exchanger, so that an air chamber is present between the two partition walls, via which the inflow chamber is thermally insulated from the outflow chamber . A more targeted influence on the material flow temperature is possible if the heat exchanger has independent temperature control areas. For this purpose, the housing then requires at least two inflow channels and at least two outflow channels which are not connected to one another and which can be traversed independently of one another. For heat exchangers that are to be used in small laboratory systems, it is advantageous if the flow channel diameter D is changed over the length of the heat exchanger in order to enable the largest possible exchanger surface with the lowest possible flow resistance for the material flow.

Erfindungsgemäße Wärmetauscher ermöglichen wirtschaftlichere Verfahren zur thermischen Beeinflussung von Stoffströmen, bei denen ein Stoffstrom mit Hilfe eines geeigneten Förderaggregats in einen nach den vorgenannten Ansprüchen 1-7 gestalteten Wärmetauscher eingespeist wird, und bei denen der Stoffstrom aus dem Wärmetauscher mit einer geänderten Temperatur wieder ausgetragen wird.Heat exchangers according to the invention enable more economical processes for thermally influencing material flows, in which a material flow is fed into a heat exchanger designed according to the preceding claims 1-7 with the aid of a suitable delivery unit, and in which the material flow is discharged again from the heat exchanger at a changed temperature.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Wärmetauschersystem anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:

  • 1 einen perspektivischen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung des Stoffstroms durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
  • 2 einen perspektivischen Längsschnitt in Strömungsrichtung des Stoffstroms durch das Ausführungsbeispiel nach 1
  • 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tauscherelements
The heat exchanger system according to the invention is shown below using an exemplary embodiment. Show it:
  • 1 a perspective cross-section perpendicular to the direction of flow of the material flow through an embodiment of a heat exchanger according to the invention,
  • 2 a perspective longitudinal section in the direction of flow of the material flow through the embodiment according to 1
  • 3 a perspective view of an embodiment of an exchanger element according to the invention

1 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Das Gehäuse 1 des Wärmetauschers enthält eine Außenwand 2 und eine Innenwand 3, wobei die Außenoberfläche der Außenwand 2 das Gehäuse 1 nach außen zur Umgebung abschließt und die Innenoberfläche der Außenwand 2 die Ausströmkammer 18 begrenzt. Die Innenoberfläche der Innenwand 3 begrenzt den Strömungskanal 7 für den Stoffstrom, der mittels des Wärmetauschers thermisch beeinflusst werden soll. Die Außenoberfläche der Innenwand 3 bildet eine Wand der Einströmkammer 17. Idealerweise befinden sich zwischen der Innenwand 2 und der Außenwand 3 noch zwei weitere Wände 15 und 16, wobei die Innenoberfläche der Wand 16 eine Wand der Einströmkammer 17 und die Außenoberfläche der Wand 15 eine Wand der Ausströmkammer 18 bildet. 1 shows an example of an embodiment of a heat exchanger according to the invention. The case 1 of the heat exchanger contains an outer wall 2 and an inner wall 3 , being the outer surface of the outer wall 2 the case 1 to the outside to the environment and the inner surface of the outer wall 2 the discharge chamber 18th limited. The inner surface of the inner wall 3 limits the flow channel 7th for the material flow that is to be thermally influenced by means of the heat exchanger. The outer surface of the inner wall 3 forms a wall of the inflow chamber 17th . Ideally they are located between the inner wall 2 and the outer wall 3 two more walls 15th and 16 , being the inner surface of the wall 16 one wall of the inflow chamber 17th and the outside surface of the wall 15th one wall of the discharge chamber 18th forms.

Die Wände 2, 3, 15 und 16 sind im Eintrittsbereich 6 und im Austrittsbereich 8 für den Stoffstrom idealerweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Zwischen den Wänden 15 und 16 befindet sich ein Luftspalt 9, über den die Einströmkammer 17 von der Ausströmkammer 18 thermisch isoliert ist. Damit wird erreicht, dass die Innenwand 3 eine einheitliche Temperatur besitzt. Natürlich kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher zwischen der Innenwand 3 und der Außenwand 2 auch nur eine Trennwand besitzen. Dies hat aber den Nachteil, dass über diese Trennwand Energie zwischen dem Einströmkanal 4 und dem Ausströmkanal 5 übertragen wird, was die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers verringert.The walls 2 , 3 , 15th and 16 are in the entrance area 6th and in the exit area 8th for the material flow ideally connected to one another in a materially bonded manner. Between the walls 15th and 16 there is an air gap 9 over which the inflow chamber 17th from the discharge chamber 18th is thermally insulated. This ensures that the inner wall 3 has a uniform temperature. Of course, a heat exchanger according to the invention can be between the inner wall 3 and the outer wall 2 also have only one partition. However, this has the disadvantage that energy is passed between the inflow channel via this partition 4th and the outflow channel 5 is transferred, which reduces the efficiency of the heat exchanger.

Der Energieaustauch zwischen dem Temperiermittel und dem Stoffstrom wird vorrangig mit Hilfe von Tauscherelementen 13 realisiert. Um den Fließwiderstand zu minimieren, besitzen die Tauscherelemente 13 eine in Strömungsrichtung langgestreckte Querschnittgeometrie. Um auch eine möglichst große Übertragungsfläche zu realisieren, sollte die Länge A des Querschnittprofils in Strömungsrichtung größer gleich 1,5 mal der Breite B des Querschnittprofils senkrecht zur Strömungsrichtung sein. Die Tauscherelemente 13 erstrecken sich jeweils von der einen Seite des Wärmetauschers zur gegenüberliegenden. Die Tauscherelemente 13 sollten nicht zu lang sein, um eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zwischen dem Anfang und dem Ende der Tauscherelemente 13 sicherzustellen. Ihre maximale Länge L sollte deshalb auch nur höchstens doppelt so lang sein, wie der Strömungskanaldurchmesser D des Wärmetauschers.The exchange of energy between the temperature control medium and the material flow is primarily carried out with the aid of exchanger elements 13th realized. In order to minimize the flow resistance, the exchanger elements have 13th a cross-sectional geometry elongated in the direction of flow. In order to achieve the largest possible transfer area, the length A. of the cross-sectional profile in the direction of flow is greater than or equal to 1.5 times the width B. of the cross-sectional profile must be perpendicular to the direction of flow. The exchanger elements 13th each extend from one side of the heat exchanger to the opposite. The exchanger elements 13th should not be too long in order to minimize the temperature difference between the beginning and the end of the exchanger elements 13th to ensure. Your maximum length L. should therefore only be at most twice as long as the flow channel diameter D. of the heat exchanger.

Ebenfalls zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche ist es vorteilhaft, wenn die Tauscherelemente 13 einen gekrümmten Verlauf besitzen. Die Tauscherelemente 13 können natürlich auch in einem Winkel zu Strömungsrichtung angeordnet werden, der ungleich 90 Grad ist. Um eine möglichst homogene Stofftemperatur zu erreichen, sollten die Tauscherelemente 13 jeweils im Gegenstrom vom Temperiermittel durchströmt werden. Zur Minimierung von Temperaturunterschieden im Stoffstrom sollte sich nach einem Bereich 19, in dem der Stoffstrom gekühlt wird, ein Bereich 20 anschließen, in dem der Stoffstrom gemischt wird. Die Homogenität der Stoffstromtemperatur wird weiterhin erhöht, wenn sich die Ausrichtung sowohl der Tauscherelemente 13 als auch der Mischelemente 10 von einem Tauscher-Mischbereich 21 zum nächsten Tauscher-Mischbereich 12 verändert. Je nach Anwendungsfall können natürlich auch die Tauscherelemente 13 in einem Winkel zur Mittelachse des Wärmetauschers angeordnet werden. Das erhöht allerdings den Fließwiderstand, den der Stoffstrom beim Durchströmen des Wärmetauschers überwinden muss.It is also advantageous to enlarge the heat transfer surface if the exchanger elements 13th have a curved course. The exchanger elements 13th can of course also be arranged at an angle to the direction of flow that is not equal to 90 degrees. In order to achieve the most homogeneous material temperature possible, the exchanger elements should 13th are flowed through by the temperature control medium in countercurrent. To minimize temperature differences in the material flow, you should look for an area 19th , in which the material flow is cooled, an area 20th connect, in which the material flow is mixed. The homogeneity of the material flow temperature is further increased when the alignment of both the exchanger elements 13th as well as the mixing elements 10 from an exchanger mixing area 21 to the next exchanger mixing area 12th changed. Depending on the application, the exchanger elements can of course also be used 13th be arranged at an angle to the central axis of the heat exchanger. However, this increases the flow resistance that the material flow has to overcome when flowing through the heat exchanger.

Die Größe der Querschnittgeometrie der einzelnen Tauscherelemente 13, das heißt der Abstand A in Strömungsrichtung von einer Ecke zur gegenüberliegenden, sowie der Abstand B senkrecht zur Strömungsrichtung kann entsprechend den Anforderungen bezüglich des Wärmeübergangs und des Fließwiderstands frei gewählt werden. A sollte aber idealerweise wenigstens um den Faktor 1,5 größer sein als B. Die minimale Wanddicke d des Tauscherelements 13 kann ebenfalls passend für den Innendruck, dem der Wärmetauscher standhalten muss, frei gewählt werden. Natürlich sollte man aus Gründen eines möglichst geringen Wärmedurchgangswiderstands eine möglichst geringe minimale Wanddicke d wählen, die idealerweise im Bereich von kleiner gleich 2 mm liegen sollte.The size of the cross-sectional geometry of the individual exchanger elements 13th , that is, the distance A. in the direction of flow from one corner to the opposite, as well as the distance B. perpendicular to the direction of flow can be freely selected according to the requirements with regard to heat transfer and flow resistance. A. but should ideally at least by the factor 1.5 be greater than B. . The minimum wall thickness d of the exchanger element 13th can also be freely selected to match the internal pressure that the heat exchanger has to withstand. Of course, for reasons of the lowest possible heat transfer resistance, the smallest possible wall thickness d should be selected, which ideally should be in the range of less than or equal to 2 mm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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  • EP 3489603 [0003, 0004]EP 3489603 [0003, 0004]

Claims (8)

Wärmetauscher zum Abkühlen oder Aufheizen eines Stoffstroms enthaltend ein idealerweise rundes Gehäuse 1, enthaltend wenigstens eine Außenwand 2, eine Innenwand 3, wenigstens eine Zwischenwand 16, enthaltend eine Einströmkammer 17 und eine Ausströmkammer 18, enthaltend einen Einströmkanal 4 und einen Ausströmkanal 5, enthaltend Tauscherelemente 13, die im Inneren Strömungskanäle 14 besitzen, und die idealerweise parallel angeordnet sind und die an ihrem einen Ende mit der Einströmkammer 17 und gegenüberliegend am anderen Ende mit der Ausströmkammer 18 stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte den Fließkanal bildende Innenwand 3 vom Temperiermittel umströmt wird, und dass die Tauscherelemente 13 zwischen dem Einströmkanal 4 und dem Ausströmkanal 5 einen gekrümmten Verlauf nehmen, wobei die maximale Länge L der Tauscherelemente kleiner als das zweifache des Strömungskanaldurchmessers D ist, und wobei der Querschnitt der Tauscherelemente 13 eine strömungsgünstige langgestreckte Form besitzt, die in Hauptströmungsrichtung spitz beginnt und auch wieder spitz endet.Heat exchanger for cooling or heating a material flow, containing an ideally round housing 1, containing at least one outer wall 2, an inner wall 3, at least one partition 16, containing an inflow chamber 17 and an outflow chamber 18, containing an inflow channel 4 and an outflow channel 5, containing exchanger elements 13 which have flow channels 14 inside, and which are ideally arranged in parallel and which are connected at one end to the inflow chamber 17 and on the opposite end to the outflow chamber 18 with a material fit, characterized in that the entire inner wall 3 forming the flow channel is removed from the temperature control medium is flowed around, and that the exchanger elements 13 take a curved course between the inflow channel 4 and the outflow channel 5, the maximum length L of the exchanger elements being less than twice the flow channel diameter D, and the cross section of the exchanger elements 13 being green Stige has an elongated shape which begins to be pointed in the main flow direction and also ends to a point again. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge A der Querschnittgeometrie der Tauscherelemente 13 in Hauptströmungsrichtung zur Länge B der Querschnittgeometrie senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Stoffstroms größer gleich 1,5 ist, und dass sich in Hauptströmungsrichtung an ein Tauscherelementsystem 19 wenigstens ein Mischelemntsystem 20 anschließt, mit dem der Stoffstrom aufgeteilt, partiell umgelenkt, gemischt und damit thermisch vergleichmäßigt wird.Heat exchanger after Claim 1 , characterized in that the ratio of the length A of the cross-sectional geometry of the exchanger elements 13 in the main flow direction to the length B of the cross-sectional geometry perpendicular to the main flow direction of the material flow is greater than or equal to 1.5, and that in the main flow direction an exchanger element system 19 is followed by at least one mixing element system 20, with which the material flow is divided, partially deflected, mixed and thus thermally evened out. Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle 14 von benachbarten Tauscherelementen 13 wechselweise einmal an ihrem Anfang und einmal an ihrem Ende mit der Einströmkammer 17 bzw. der Ausströmkammer 18 verbunden sind, und dass die Mittellinien der Strömungskanäle 14 Krümmungen aufweisen.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channels 14 of adjacent exchanger elements 13 are alternately connected to the inflow chamber 17 or the outflow chamber 18 once at their beginning and once at their end, and that the center lines of the flow channels 14 have curvatures. Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Hauptströmungsrichtung abwechselnd mindestens zwei Tauscherelementsysteme 19 vorhanden sind, denen jeweils ein Mischelementsystem 20 folgt, wobei entweder nur die Tauscherelementsysteme 19 oder die Tauscherelementsysteme 19 und die Mischelementsysteme 20 oder aber auch nur die Mischelementsysteme 20 innerhalb des Strömungskanals 7 zueinander um einen bestimmten Winkel verdreht oder um ein bestimmtes Maß radial versetzt angeordnet sind.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least two exchanger element systems 19 are alternately present in the main flow direction, each of which is followed by a mixing element system 20, with either only the exchanger element systems 19 or the exchanger element systems 19 and the mixing element systems 20 or only the mixing element systems 20 within of the flow channel 7 rotated to each other by a certain angle or arranged radially offset by a certain amount. Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenwand 2 und der Innenwand 3 wenigstens zwei weitere Zwischenwände 15, 16 vorhanden sind, und dass sich zwischen den beiden Zwischenwänden 15, 16 eine Luftspalt 9 befindet, über den die Einströmkammer 17 gegenüber der Austsrömkammer 18 thermisch isoliert ist.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least two further partition walls 15, 16 are present between the outer wall 2 and the inner wall 3, and that there is an air gap 9 between the two intermediate walls 15, 16, via which the inflow chamber 17 opposite the Aussrömkammer 18 is thermally insulated. Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse 1 wenigstens zwei Einströmkanäle 4 und mindestens zwei Ausströmkanäle 5 besitzt, die nicht miteinander in Verbindung stehen und die unabhängig voneinander durchströmbar sind.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the housing 1 has at least two inflow channels 4 and at least two outflow channels 5 which are not connected to one another and which can be traversed independently of one another. Wärmetauscher nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungskanaldurchmesser D über der Länge des Wärmetauschers ändert.Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel diameter D changes over the length of the heat exchanger. Verfahren zur thermischen Beeinflussung eines Stoffstroms dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoffstrom mit Hilfe eines geeigneten Förderaggregats in einen nach den vorgenannten Ansprüchen 1-7 gestalteten Wärmetauscher eingespeist wird, und dass der Stoffstrom den Wärmetauscher mit einer geänderten Temperatur wieder verlässt.Method for thermally influencing a material flow, characterized in that a material flow is fed into one of the aforementioned with the aid of a suitable conveying unit Claims 1 - 7th designed heat exchanger is fed, and that the material flow leaves the heat exchanger with a changed temperature.
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