DE102019121027A1

DE102019121027A1 - Hohlmantelrohr-Wärmetauschereinrichtung

Info

Publication number: DE102019121027A1
Application number: DE102019121027.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-03
Filing date: 2019-08-03
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung (1) mit einem Wärmetauscher (10), der ein Leitungsrohr (100) umfasst, umfassend ein Rohr (110), welches einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt (120) aufweist, der spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130,131) des Zuleitungsabschnitts (120) beabstandet voneinander sind, und einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt (140) aufweist, der ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) ebenfalls voneinander beanstandet sind, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) einen rohrförmigen Zuleitungsanschluss (125) aufweist, wobei der Ableitungsabschnitt (140) einen rohrförmigen Ableitungsanschluss (145) aufweist, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) mit dem Ableitungsabschnitt (140) über einen Übergangsabschnitt (150) mit zumindest einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt (152) miteinander fluidisch verbunden ist, wobei der Zuleitungsanschluss (125) und der Ableitungsanschluss (145) an einem ersten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet sind und der Übergangsabschnitt (150) an einem zweiten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet ist, wobei der Ableitungsabschnitt (140), insbesondere dessen Windungen (130, 135) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 131) des Zuleitungsabschnitts (120) verläuft und entsprechend der Zuleitungsabschnitt(120) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) verläuft, wobei Zuleitungsabschnitt (120) und Ableitungsabschnitt (140) für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet sind, wobei ein äußeres Abmaß des zumindest einen Verbindungsabschnitts (152) des Übergangsabschnitts (150) geringer ist als ein äußeres Abmaß des jeweils benachbarten Ableitungsabschnitt (140) bzw. des Zuleitungsabschnitts (120).

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitungsrohr für einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher gemäß Anspruch 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher gemäß Anspruch 5.
Nicht zuletzt betrifft die Erfindung eine Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 9 und eine Verwendung der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 11.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind verschiedene Wärmetauschereinrichtungen und auch Leitungsrohre für Wärmetauschereinrichtungen bekannt. U.a. sind auch Spiralförmige Leitungsrohre für Wärmemedien bekannt. Derartige Wärmetauscher werden beispielsweise für die Eiserzeugung verwendet. Hier lässt sich eine Unterscheidung hinsichtlich des zu produzierenden Eises erzeugen. So lässt sich mit den bekannten Wärmetauschern beispielsweise Scherbeneis durch Abkratzen von Eis an Wärmetauscheroberflächen erzeugen. Andere Wärmetauscher erzeugen ohne ein Abkratzen Eis, beispielsweise in Form von Binäreis, auch „Slurryeis“, „Eisbrei“ oder ähnlich genannt. Bei derartigen Wärmetauschern erfolgt die Eiserzeugung ohne ein Abkratzen von Eis von einer Wärmetauscheroberfläche. Abhängig von der Wärmetauscheroberfläche lassen sich die Wärmetauscher weiter kategorisieren, zum Beispiel in Wärmetauscher mit mehreren parallelen Wärmetauscherplatten oder Wärmetauscher mit mantelförmigen Wärmetauscherplatten. Für eine optimierte Eiserzeugung ist es von Vorteil, wenn möglichst große Wärmetauscheroberflächen bereit stehen. Weiter von Vorteil ist es, wenn die Wärmetauscheroberflächen möglichst wenig belastet werden.
Beispielsweise ist aus der DE 34 86 374 T2 eine Eisherstellungsmaschine bekannt, umfassend: ein Gehäuse mit einem Einlass zum Aufnehmen einer Flüssigkeit in Form einer wässrigen Lösung von einer Konzentration, die unterhalb ihrer eutektischen Konzentration liegt, aus welchem das Eis herzustellen ist, mit einem Auslass zum Ermöglichen des Austretens von Eis aus dem Gehäuse; einen Wärmetauscher im Gehäuse, mit einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass zum Ermöglichen einer Strömung von Kühlmitteln zwecks Abziehens von Wärme aus der Flüssigkeit und wenigstens eine Wärmetauscherfläche enthaltend, die das Kühlmittel von der Flüssigkeit trennt; einen Schaber, der im Gehäuse angeordnet, um eine Achse beweglich ist, wobei sich der Schaber und die genannte jeweilige Wärmetauscherfläche quer zu der genannten Achse erstrecken; Mittel zum Aufnehmen eines Flüssigkeitsquantums im Gehäuse, um das Gehäuse im Wesentlichen anzufüllen und die jeweilige Wärmetauscherfläche zu bedecken, wobei der Schaber mit der jeweiligen Wärmetauscherfläche in Berührung steht und um die Achse herum bewegbar ist, um die jeweilige Wärmetauscherfläche abzuschaben, und dass die Eisherstellungsmaschine ferner umfasst: einen Antrieb, der den Schaber antreibt und über die genannte Wärmetauscherfläche bei einer solchen Geschwindigkeit bewegt, dass der Schaber bei aufeinanderfolgenden Umläufen über der jeweiligen Wärmetauscherfläche diese abschabt, um eine gekühlte Schicht der Flüssigkeit von der jeweiligen Wärmetauscherfläche vor der Kristallisation des Eises hierauf abschabt, wobei der Schaber Flüssigkeit von der jeweiligen Wärmetauscherfläche dem Flüssigkeitsquantum im Gehäuse zuführt, um dort eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur aufrechtzuerhalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche größere Wärmetauscheroberflächen bereitstellt, bei der eine Wärmeübertragung ohne größere Belastung der Wärmetauscheroberflächen erfolgt, wobei die Vorrichtung für möglichst viele Anwendungsgebiete in Frage kommt.
Diese und weitere Aufgaben werden ausgehend von einem Leitungsrohr gemäß Anspruch 1, einem Hohlmantel-Wärmetauscher gemäß Anspruch 5 einer Hohlmantel-Wärmetauschervorrichtung gemäß Anspruch 9 und einer Verwendung nach Anspruch 11 in Verbindung mit deren Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Leitungsrohr für einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher, umfassend ein Rohr, welches einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt aufweist, der spiral- oder wendelförmig gewunden ist, vorgesehen ist, dass die Windungen des Zuleitungsabschnitts beabstandet voneinander sind, und einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt aufweist, der ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen des Ableitungsabschnitts ebenfalls voneinander beanstandet sind, wobei der Zuleitungsabschnitt einen rohrförmigen Zuleitungsanschluss aufweist, wobei der Ableitungsabschnitt einen rohrförmigen Ableitungsanschluss aufweist, wobei der Zuleitungsabschnitt mit dem Ableitungsabschnitt über einen Übergangsabschnitt mit zumindest einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt miteinander fluidisch verbunden ist, wobei der Zuleitungsanschluss und der Ableitungsanschluss an einem ersten Ende des Leitungsrohrs angeordnet sind und der Übergangsabschnitt an einem zweiten Ende des Leitungsrohrs angeordnet ist, wobei der Ableitungsabschnitt zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen des Zuleitungsabschnitts verläuft und entsprechend der Zuleitungsabschnitt zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen des Ableitungsabschnitts verläuft, wobei Zuleitungsabschnitt und Ableitungsabschnitt für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet sind, wobei ein äußeres Abmaß des zumindest einen Verbindungsabschnitts des Übergangsabschnitts geringer ist als ein äußeres Abmaß des jeweils benachbarten Ableitungsabschnitt bzw. des Zuleitungsabschnitts.
Das Leitungsrohr bzw. das Rohr ist vorzugsweise als einfaches Rohr mit einem Rohrinnenraum und einem den Rohrinnenraum umgebenden Rohrmantel, mit einer (Rohr-)Außenseite und einer (Rohr-)Innenseite ausgebildet. In anderen Ausführungsformen ist das Leitungsrohr oder kurz das Rohr als Axialdoppelrohr, d.h. mit einem in dem Rohr verlaufenden weiteren Rohr ausgebildet. Die Innenseite des Rohrs sind in einer Ausführungsform zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, unbeschichtet. In anderen Ausführungsformen ist die Innenseite zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, beschichtet. Weiter bevorzugt ist, dass die Außenseite und/oder die Innenseite zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, glatt bzw. unprofiliert ist/sind. In anderen Ausführungsformen ist bevorzugt, dass die Außenseite und/oder die Innenseite, zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, profiliert ist/sind. Derartige Profilierungen unterscheiden sich von einer glatten Ausführung dadurch, dass außerhalb der Oberflächenrauhigkeit liegende Profilierungen wie Kerben, Anformungen, Ausformungen und dergleichen vorgesehen sind, insbesondere fertigungstechnisch eingebrachte Aus- oder Anformungen vorgesehen sind.
Das (Leitungs-)Rohr ist zum Durchströmen mit einem Fluid oder Medium ausgebildet. Das Fluid oder Medium kann ein beliebiges Medium sein, insbesondere eines, das für eine Wärmeübertragung geeignet ist. Vorzugsweise ist das Rohr zum Durchströmen mit einem flüssigen Medium ausgebildet. Somit sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Rohr aus einem für eine Wärmeübertragung geeigneten wärmeleitfähigem Material hergestellt ist. Weiter bevorzugt ist das Material zur Ausbildung des Rohres korrosionsbeständig.
Das (Leitungs-)Rohr ist in einer Ausführungsform einteilig ausgeführt. In anderen Ausführungsformen ist das (Leitungs-)Rohr mehrteilig ausgeführt. Insgesamt weist das Leitungsrohr einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt, daran anschließend - mit oder ohne Übergangsbereich - einen Zuleitungsabschnitt, daran anschließend - mit oder ohne Übergangsbereiche - einen rohrförmigen Übergangsabschnitt, daran anschließend - mit oder ohne Übergangsbereich - einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt, und daran anschließend - mit oder ohne Übergangsbereich - einen rohrförmigen Ableitungsanschluss auf.
Die jeweiligen (Rohr-)Abschnitte sind fluidisch miteinander verbunden, sodass ein über den Zuleitungsanschluss zugeführtes Medium oder Fluid weiter durch den Zuleitungsabschnitt, den Übergangsabschnitt, den Ableitungsabschnitt zu dem Ableitungsanschluss strömbar ist. Es lässt sich über das Rohr somit ein erster, insbesondere geschlossener, Fluidkreislauf realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr dreiteilig ausgebildet, mit einem ersten Teil, welcher den Zuleitungsanschluss und den Zuleitungsabschnitt, ggf. mit Übergangsbereichen, aufweist, einem zweiten Teil, welcher den Übergangsabschnitt, ggf. mit Übergangsbereichen, aufweist, und einem dritten Teil, welcher den Ableitungsabschnitt und den Ableitungsanschluss, ggf. mit Übergangsbereichen, aufweist.
Der Übergangsabschnitt ist mit dem Zuleitungsabschnitt und dem Ableitungsabschnitt vorzugsweise fluiddicht verbunden.
Das Zuleitungsrohr ist bevorzugt als Doppelspiralrohr ausgeführt. Dabei verläuft der Zuleitungsabschnitt spiralförmig gewunden, wobei die einzelnen Windungen der Zuleitungsabschnitte voneinander beabstandet sind. Der Ableitungsabschnitt ist ebenfalls gewunden und verläuft spiralförmig gewunden zwischen den durch die beabstandeten Windungen gebildeten Abstände des Zuleitungsabschnitts. Die Windungen von Ableitungsabschnitt und Zuleitungsabschnitt verlaufen vorzugsweise kontaktfrei, sodass zwischen dem Zuleitungsabschnitt und dem Ableitungsabschnitt ein weiterer Kanal gebildet ist. Der Kanal weist einen Zuflussabschnitt und eine Abflussabschnitt auf, die fluidisch in dem Übergangsbereich durch eine Verengung des Außenabmaßes des Leitungsrohrs in dem Übergangsbereich verbunden sind. Ein durch das Rohr strömendes Fluid strömt zunächst weg von dem Zuleitungsanschluss in Richtung Übergangsabschnitt und wird dort zurück in Richtung Ableitungsabschnitt umgelenkt, sodass es den Ableitungsabschnitt gegenläufig durchströmt. Parallel dazu strömt ein Fluid von dem Zuflussabschnitt durch den Kanal hin zu dem Abflussabschnitt.
Das Rohr kann einen oder mehrere Querschnitte aufweisen. Bevorzugt ist, dass der rohrförmige Zuleitungsabschnitt über dessen Länge einen konstanten Rohrquerschnitt aufweist. Ebenfalls bevorzugt ist, dass der rohrförmige Ableitungsabschnitt über dessen Länge einen konstanten Rohrquerschnitt aufweist. In noch einer bevorzugten Ausführungsform weisen der Zuleitungsabschnitt und der Ableitungsabschnitt den gleichen Rohrquerschnitt auf. Insbesondere weisen der Zuleitungsabschnitt und der Ableitungsabschnitt die gleiche äußere Form des Rohrquerschnitts auf, sodass deren Außenabmaße sich entsprechen. Bevorzugt weist der Übergangsabschnitt einen von dem Außenabmaß der benachbarten Abschnitte abweichendes Außenabmaß auf. Der rohrförmige Übergangsabschnitt weist in Summe zumindest eine Querschnittsfläche auf, welche im Durchfluss nicht kleiner als die des Zuleitungsabschnitts und/oder des Ableitungsabschnitt, sodass es hier nicht zu einem Fluidstau kommt. Der Außendurchmesser des Übergangsabschnitt ist an mindestens einer Stelle kleiner als der Abstand zwischen den benachbarten Wandungen bzw. Wandungsoberflächen des Hohlmantels. Der rohrförmige Übergangsabschnitt weist in einer Ausführungsform ein Verbindungsrohr auf. In anderen Ausführungsformen weist der Übergangsabschnitt mehrere Verbindungsrohre auf, welche mit dem Zuleitungsabschnitt und dem Ableitungsabschnitt fluidisch verbunden sind. Zumindest ein äußeres Abmaß eines Verbindungsrohrs ist dabei geringer als ein äußeres Abmaß des benachbarten Zuleitungsabschnitts und des benachbarten Ableitungsabschnitts. Die Querschnittsfläche von Zuleitungsabschnitt, Übergangsabschnitt und Ableitungsabschnitt ist in einer Ausführungsform gleich.
In einer Ausführungsform sind die Windungen des Zuleitungsabschnitts und des Ableitungsabschnitts konstant gleich beabstandet (ggf. mit Ausnahme eines Übergangsabschnitts). Auf diese Weise ist ein zwischen Zuleitungsabschnitt und Ableitungsabschnitt gebildeter zweiter Strömungskanal mit einer konstanten Strömungsquerschnittsfläche ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ableitungsanschluss und/oder der Zuleitungsanschluss gerade und/oder parallel beabstandet zueinander ausgebildet ist/sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zuleitungsabschnitt und/oder der Ableitungsabschnitt ein konstantes äußeres und/oder inneres Abmaß aufweist/ aufweisen.
Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Zuleitungsabschnitt und der Ableitungsabschnitt das gleiche äußere Abmaß und/oder einen gleichen Durchflussquerschnitt aufweisen.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Übergangsabschnitt ein oder mehrere Verbindungsrohre aufweist, deren gesamter Durchflussquerschnitt derart ausgebildet ist, dass ein rückstaufreier Durchfluss von Zuleitungsabschnitt zum Ableitungsabschnitt gewährleistet ist und/oder dass der Gesamtdurchflussquerschnitt des Übergangsabschnitts nicht geringer ist, als der Durchflussquerschnitt des Zuleitungsabschnitts und/oder des Ableitungsabschnitts.
Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einem Hohlmantelrohr-Wärmetauscher, umfassend ein Gehäuse mit einem inneren Hohlrohr mit einem Innenraum und einen den Innenraum umgebenden inneren Mantel und einem den inneren Mantel beabstandet dazu umgebenden äußeren Mantel, vorgesehen ist, dass eine Seite des Gehäuses deckelartig fluidisch verschlossen ist, sodass weder durch den Innenraum noch durch den Abstand zwischen den beiden Mantelflächen ein Fluid durch die Seite strömen kann, wobei in dem Abstand zwischen dem äußeren Mantel und dem inneren Mantel ein Leitungsrohr angeordnet ist, insbesondere eine Leitungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Leitungsrohr ein Rohr umfasst, welches einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt aufweist, der spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen des Zuleitungsabschnitts voneinander beabstandet voneinander sind, und einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt aufweist, der ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen des Ableitungsabschnitts voneinander beanstandet sind, wobei der Zuleitungsabschnitt einen rohrförmigen Zuleitungsanschluss aufweist, wobei der Ableitungsabschnitt einen rohrförmigen Ableitungsanschluss aufweist, wobei der Zuleitungsabschnitt mit dem Ableitungsabschnitt über einen Übergangsabschnitt mit zumindest einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt miteinander fluidisch verbunden ist, wobei der Zuleitungsanschluss und der Ableitungsanschluss an einem ersten Ende des Leitungsrohrs angeordnet sind und der Übergangsabschnitt an einem zweiten Ende des Leitungsrohrs angeordnet ist, wobei der Ableitungsabschnitt zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen des Zuleitungsabschnitts verläuft und entsprechend der Zuleitungsabschnitt zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen des Ableitungsabschnitts verläuft, wobei Zuleitungsabschnitt und Ableitungsabschnitt für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet sind, wobei der Ableitungsanschluss und der Zuleitungsanschluss von der nicht deckelartig verschlossenen Seite zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel herausragen und/oder wobei ein äußeres Abmaß des zumindest einen Verbindungsabschnitts des Übergangsabschnitts geringer ist als ein äußeres Abmaß des jeweils benachbarten Ableitungsabschnitt bzw. des Zuleitungsabschnitts.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zuleitungsabschnitt beabstandet zu dem Ableitungsabschnitt verläuft und/oder der Zuleitungsabschnitt und der Ableitungsabschnitt sowohl den inneren Mantel als auch den äußeren Mantel kontaktieren, sodass durch die Abstände zwischen dem Zuleitungsabschnitt und dem Ableitungsabschnitt ein neben dem durch das Leitungsrohr gebildeten Strömungskanal ein zweiter Strömungskanal mit einer Zulaufrichtung und einer Ablaufrichtung zwischen dem Leitungsrohr und den beiden Mänteln gebildet ist, durch welches ein Fluid (außen) entlang des Leitungsrohrs strömbar ist.
Wiederum eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Übergangsabschnitt des Leitungsrohrs in dem Bereich mit geringerem äußeren Abmaß nicht den inneren Mantel und den äußeren Mantel an einer Stelle gleichzeitig kontaktiert, sodass durch den zwischen den Mänteln und den Leitungsabschnitten gebildeten zweiten Strömungskanal ein von einem Zuflussanschluss in Zulaufrichtung Richtung Übergangsabschnitt strömendes Fluid über den Übergangsabschnitt zwischen Leitungsrohr und zumindest einem Mantel strömbar und weiter in Ablaufrichtung Richtung Abflussanschluss strömbar ist.
Nicht zuletzt schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einer Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung, umfassend einen hier beschriebenen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher vorgesehen ist, dass ein fluiddichtes Gehäuse vorgesehen ist, welches einen von einem Gehäusemantel umgebenden Gehäuseinnenraum aufweist, in welchem der Hohlmantelrohr-Wärmetauscher angeordnet ist, wobei weiter ein Rührwerk vorgesehen ist, welches zum Rühren in dem Innenraum des Hohlmantel-Wärmetauschers als auch in dem Gehäuseinnenraum außerhalb des Hohlmantel-Wärmetauschers ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist, sodass ein über den Fluideinlass zugeführtes Fluid den Hohlmantelrohr-Wärmetauscher sowohl durch dessen Innenraum als auch entlang dessen äußerer Mantelfläche, die Innenseite der inneren Mantelfläche und die Außenseite der äußeren Mantelfläche kontaktierend, strömbar ist, um so eine Wärmeübertragung von dem Hohlrohrmantel-Wärmetauscher auf das umströmende Fluid und umgekehrt zu realisieren.
Die technische Lehre schließt auch ein, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten, insbesondere gekühlten, Masse oder Kühlmasse, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel aus einer fließfähigen Grundmasse, die Schritte vorgesehen sind: Einfüllen der fließfähigen Grundmasse in ein Gehäuse, Temperieren, insbesondere Kühlen der fließfähigen Grundmasse bzw. der bereits hergestellten Kühlmasse mittels Kontaktieren einer in dem Gehäuse angeordneten Wärmetauschereinrichtung oder allgemeiner einer Wärme- und/oder Kühleinrichtung unter Rühren, insbesondere kontinuierlichem Rühren, der Grundmasse, um so die Kühlmasse zu erzeugen, wobei insbesondere dass das Temperieren, insbesondere Kühlen bei Bildung einer Schicht, insbesondere einer Eisschicht, an der Wärmetauschereinrichtung unterbrochen wird, sobald die Schicht, insbesondere die Eisschicht, eine vorbestimmte Dicke erreicht und das Temperieren bzw. Kühlen fortgeführt wird, sobald die Schicht, insbesondere die Eisschicht, die vorbestimmte Dicke unterschreitet. Vorzugsweise erfolgt das Kontaktieren mit einer Wärmetauschereinrichtung durch Kontaktieren mittels eines hier beschriebenen Hohlmantelrohr-Wärmetauschers bzw. einer Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung. Die Grundmasse ist eine beliebige, fließfähige bzw. pumpfähige Masse. Die Grundmasse kann flüssig, zähflüssig, breiig, musig oder dergleichen sein. Bevorzugt ist die Grundmasse eine Gemisch oder Gemenge aus einem Grundfluid oder einer Grundflüssigkeit und einem oder mehreren Zusätzen. Der Zusatz (oder die Zusätze) ist in einer Ausführungsform lösbar in dem Grundfluid. Bevorzugt ist die Grundmasse ein binäres Fluid, beispielsweise wie eine Binäreissole. In einer Ausführungsform ist die Grundmasse ein Mus, wie ein Apfelmus, eine Konfitüre oder dergleichen. Die Grundmasse ist für den Einsatz als Lebensmittel, Nahrungsmittel und/oder als Zusatz für diese geeignet. In einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse eine Binäreissohle. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse ein Wasser-Zucker-Lösung. In noch einer anderen Ausführungsform ist die Grundmasse eine Wasser-Salz-Zucker-Lösung oder eine andere Rezeptur. Das Grundfluid weist einen definierten oder gleitenden Schmelz- und/oder Gefrierpunkt auf. Der Zusatz ist so ausgebildet, dass dieser den Schmelzpunkt und/oder den Gefrierpunkt verändert, insbesondere derart, dass der Schmelzpunkt und/oder der Gefrierpunkt herabgesetzt ist. Das Temperieren kann sowohl ein Kühlen, ein Erwärmen als auch beides umfassen. Die Konzentration des Zusatzes in dem Grundfluid ist beliebig einstellbar bis hin zu einer Sättigung des Zusatzes in dem Grundfluid. Die Grundmasse wird in einer Ausführungsform auf oder unter den Gefrierpunkt des Grundfluids abgekühlt. Durch den Zusatz gefriert die Grundmasse nicht. Die Grundmasse wird entsprechend derart heruntergekühlt, dass die Grundmasse in einer Ausführungsform als Kühlmasse, die weiterhin pumpfähig ist, verwendbar ist. Die Kühlmasse ist insbesondere zur Kühlung und zur Beimengung des Zusatzes und/oder des Grundfluids in weiteren lebensmittelverarbeitenden Prozessen, wie bei der Fleischherstellung, der Teigherstellung, der Brotherstellung, der Süßwaren, insbesondere Backwarenherstellung und dergleichen einsetzbar ist. Insbesondere ist das Verfahren für die Prozesskühlung bei der Herstellung von Lebensmitteln und Nahrungsmitteln einsetzbar. Das Grundfluid ist bevorzugt Wasser, insbesondere lebensmittelechtes Wasser, das heißt Wasser, welches für die Lebensmittelherstellung einsetzbar ist. Der Zusatz ist bevorzugt ein lebensmittelechter Zusatz, das heißt ein Zusatz, der für die Lebensmittelherstellung einsetzbar ist. Ein anderes Grundfluid ist Milch. Noch ein anderes Grundfluid ist Saft oder dergleichen. Die Kühlmasse wird aus einer flüssigen Grundmasse hergestellt. Hierzu wird ein Grundfluid mit einem vorbestimmten Prozentsatz an einem Zusatz hergestellt. Beispielsweise ist die Grundmasse eine Binäreissole. Entsprechend ist das Grundfluid Wasser und der Zusatz Salz. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Grundfluid Wasser und der Zusatz Zucker. Vorzugsweise umfasst die beispielsweise als Binäreissole ausgebildete Grundmasse als Bestandteile Wasser, beispielsweise Leitungswasser, und ein Salz, beispielsweise Kochsalz, NaCl bzw. bei der Backwarenherstellung Zucker oder dergleichen. Die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole wird bevorzugt als eine etwa 0,01 - 20%-ige Grundmasse bzw. Binäreissole, bevorzugt als eine etwa 0,5 - 4,5 %-ige Grundmasse bzw. Binäreissole und am meisten bevorzugt als eine etwa 1,0 - 3,5 %-ige Grundmasse bzw. Binäreissole gemischt. Entsprechendes gilt für eine Zuckerwasserlösung. Um eine gewünschte Grundmasse mit einem entsprechenden Mischverhältnis bereitzustellen, wird eine gesättigte Grundmassenlösung, beispielsweise eine Kochsalzlösung oder Zuckerwasserlösung der ungesättigten Grundmassenlösung oder dem Grundfluid, beispielsweise der ungesättigten Binäreislösung oder Zuckerwasserlösung, bereitgestellt bzw. beigemengt. Wird beispielsweise NaCl und H₂0 als Binäreissole verwendet, so wird in einem Schritt eine gesättigte Lösung NaCl + H₂0 bereitgestellt bzw. gemischt. Weiter wird davon getrennt eine weitere Binäreissole bereitgestellt. Bei der weiteren Binäreissole wird zunächst ein gewünschtes Lösungsverhältnis von NaCl und H₂0 erfasst. Weist die Lösung einen zu hohen Natriumchlorid- (NaCl) oder allgemein Salzanteil auf, so wird H₂0 hinzugefügt. Weist die Lösung einen zu hohen H₂O-Gehalt auf, so wird der weiteren Binäreissole ein Teil der gesättigten Binäreissole hinzugefügt. Analoges gilt für die Zuckerwasserlösung bzw. allgemeiner für die Grundmasse oder einer Mischung von Zucker-, Salz und allen weiteren Lösungen. Bevorzugt erfolgt die vorstehend beschriebe Niveauregulierung automatisch bzw. über einen Regelkreis gesteuert. Dabei wird ein gewünschter Konzentrationswert eingestellt. Der Konzentrationswert wird ermittelt. Bei Über- bzw. Unterschreiten wird ein gewünschter Bestandteil hinzugefügt, beispielsweise aus der gesättigten Lösung oder einer ungesättigten und/oder niederkonzentrierten Lösung. Ist ein gewünschter Konzentrationswert erreicht, wird die Grundmasse, zum Beispiel die Binäreissole oder das Zuckerwasser einem Behälter zugefügt oder direkt in dem Behälter gemischt, in welchem das Kühlen stattfindet. Der Behälter ist vorzugsweise zylindrisch ausgeführt, in einer anderen Form ist er konisch ausgeführt. Vorzugsweise ist der Behälter entsprechend der Mediumstemperatur und der Umgebungstemperatur isoliert, um Transmissionswärmeverluste und Taupunktunterschreitung zu verhindern. In einer anderen Ausführung ist der Behälter doppelwandig ausgeführt, um weitere Wärmetauscherfläche an der Innenwandung zu schaffen. Der Behälter ist vorzugsweise als Kühlbehälter ausgeführt, in einer anderen Ausführung ist er als Heizbehälter oder als Kühl- und Heizbehälter ausgeführt. Dabei wird in einem Schritt die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, vor dem Zufügen in den Behälter vorgekühlt. Ein Zufügen erfolgt bevorzugt gesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von einem Füllstand des Behälters gesteuert. Bevorzugt ist das Zufügen derart gesteuert, dass ein gewünschter Füllstand eingehalten wird. Sobald die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, mit dem gewünschten Konzentrationsverhältnis in dem Behälter zugefügt ist und diese somit den dort befindlichen Wärmetauscher an den entsprechenden Wärmetauscheroberflächen kontaktiert, beginnt die Kühlung der Grundmasse. Das Kühlen erfolgt gesteuert, beispielsweise temperaturgesteuert, zeitgesteuert, energiegesteuert, eisdickengesteuert oder dergleichen. Bevorzugt erfolgt das Kühlen unter permanentem Rühren der Grundmasse. Auf diese Weise wird von Anfang an eine gute Durchmischung der Grundmasse realisiert. Im Laufe des Kühlens der Grundmasse kommt es aufgrund des Kühlens in den Bereich des Gefrierpunktes des Grundfluids bzw. der Grundmasse zu einer Kristallbildung, einem teilweisen Aggregatszustandswechsel und somit einer Eisschichtbildung an den Wärmetauscheroberflächen. Aber auch andere Schichtbildungen wie anhaften, ankleben oder dergleichen führen zu einer Schichtbildung. Da das Rühren kontaktlos zu den Wärmetauscheroberflächen stattfindet, wird das Rühren zunächst nicht durch die Schicht, insbesondere die Eisschicht, blockiert. Das Rühren erfolgt allerdings auch in eng beabstandeter Nähe zu den Wärmetauscheroberflächen. Hierbei wird ein Abstand zwischen einer Rühroberfläche eines Rührelements und einer Wärmetauscheroberfläche derart gewählt, dass erst eine vorbestimmte Schichtdicke bzw. Ansammlung von festen Bestandteilen bzw. Eisdicke ein Rühren blockieren kann. Der Abstand wird dabei so ausgewählt, dass dieser im Bereich von etwa 0,1 bis 60 Millimeter, bevorzugt im Bereich von etwa 0,1 bis 30 Millimeter und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Millimeter liegt. Wird an der Wärmetauscheroberfläche eine Schicht wie eine Eisschicht mit einer Schichtdicke bzw. Eisschichtdicke gebildet, die einen vorgegebenen Wert überschreitet, so wird das Kühlen unterbrochen, sodass das an der Wärmetauscheroberfläche gebildete Eis abtauen kann bzw. sich in der Grundmasse lösen kann bzw. die Schicht entfernt oder reduziert werden kann. Sobald die (Eis-) Schichtdicke einen vorgegebenen Wert unterschreitet oder ein vorgegebenes Zeitfenster oder eine andere Steuergröße überschritten wird, wird das Kühlen fortgesetzt. Dieser Prozess setzt sich solange fort, bis eine gewünschte Konsistenz an Kühlmasse, beispielsweise von Binäreis oder Zuckereis erreicht wird. Die dann fertige, pumpfähige Kühlmasse bzw. das dann fertige Binäreis bzw. Zuckereis ist pumpfähig und wird über eine Zapfstelle aus dem Behälter entnommen. Entsprechend ist die Kühltemperatur so eingestellt, dass die Grundmasse nicht komplett gefriert. Die Kühlmassenherstellungsvorrichtung ist ausgelegt für die Produktion von etwa 5 kg bis 20 t Kühlmasse pro Stunde, bevorzugt von 25 kg bis 250 kg oder 2,5 bis 25 kg.
Als Kühlmedium für das Kühlen mittels Wärmetauscher wird in einer Ausführungsform ein lebensmittelechtes Kühlmedium bzw. Kälteträger, beispielsweise Glykol, Temper, Thermera Friogel Neo oder lebensmittelechte Sole, lebensmittelechtes Zuckerwasser oder dergleichen verwendet. Hierdurch sind das Verfahren und die im Folgenden beschriebene Vorrichtung für die Herstellung von Kühlmasse wie Binäreis oder Zuckereis im Lebensmittelbereich verwendbar. Bei einer evtl. Leckage kommt somit das lebensmittelechte Kühlmedium nicht in Kontakt mit der Kühlmasse bzw. dem Binäreis oder Zuckereis, sodass hier keine Gefahr für Benutzer durch Kontamination entsteht. Ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmediums durchströmt hierbei einen Sekundärkreis. Statt eines lebensmittelechten Kühlmediums wird in anderen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer Kühlung von Beton, Gummi, Öl, Abwasser oder dergleichen, eine technische Sole verwendet. Entsprechend ist das Verfahren auch für andere Bereiche als in der Lebensmittelkühlung einsetzbar. Insbesondere ist das Verfahren für alle Bereiche einsetzbar, in denen eine pumpfähige, gekühlte oder beheizte Grundmasse aus einer fließfähigen Grundmasse hergestellt wird oder derselben Wärmeenergie entzogen wird, um an anderer Stelle nutzbar zu machen, anwendbar. Bei dem Beispiel Betonkühlung wird als Kühlmedium allgemein ein Wasser-Frostschutz-Gemisch verwendet. Die gekühlte, pumpfähige Kühlmasse wird im Folgenden auch als Kühlmasseeis oder kürzer Kühleis bezeichnet. Das Vermischen von Grundmasse und Kühleis erfolgt innerhalb des Gehäuses. Hierzu wird ein Rühren mittels eines Rührwerks vorgesehen. Das Rührwerk befindet sich innerhalb des Gehäuses. Der Aktuator zum Antreiben des Rührwerks bzw. der daran angeordneten Rührelemente befindet sich außerhalb des Gehäuses. Für die Kraftübertragung ist eine Kraftübertragungseinheit wie eine Kupplung und/oder ein Getriebe vorgesehen. Um das Gehäuse möglichst dicht, also mit möglichst wenig Durchbrüchen oder Durchgangsöffnungen auszuführen, wird die Kraftübertragung kontaktlos durchgeführt. Das heißt, dass innerhalb des Gehäuses angeordnete Rührwerk wird kontaktlos mit dem außerhalb des Gehäuses angeordneten Aktuator kontaktlos gekoppelt. Die Kopplung wird in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Magnetkopplung durchgeführt. Die Magnetkopplung weist ein außerhalb des Gehäuses liegendes Kopplungsteil auf und ein innerhalb des Gehäuses liegendes Kopplungsteil auf. Die Kopplungsteile wirken magnetisch miteinander zusammen, sodass eine kontaktlose Kopplung der Kopplungsteile und somit des Rührwerks und des Aktuators gewährleistet ist. Das innenliegende Kopplungsteil steht entsprechend in Wirkverbindung mit dem Rührwerk. Das außenliegende Kopplungsteil steht entsprechend in Wirkverbindung mit dem Aktuator.
In einer anderen Ausführungsform wird für das Temperieren/Kühlen als Temperier-/Kühlmedium ein Temperier-/Kältemittel verwendet, sodass das Verfahren bzw. die Vorrichtung in einem Direktverdampferbetrieb oder als Direktverdampfer betrieben wird. Ein Kältemittel ist beispielsweise CO₂ oder dergleichen. Dasselbe Wärmetauschersystem kann in umgekehrte Richtung als Kältemittelverflüssiger und somit als Wärmerückgewinnungseinheit verwendet werden. Somit ist die Anwendung auch als Latentwärmespeicher und Rückgewinnungssystem zu verwenden zum Beispiel beim Übertragen der Verflüssigungswärme in ein Medium ähnlich Parafin beim Temperaturbereich um die + 38°C bis +65°C.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Temperieren bzw. Kühlen der Masse ein Temperieren bzw. Kühlen der Masse auf eine Temperatur im Bereich von plus/minus 50 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder einen anderen für die Lebensmittelverarbeitung definierbaren Temperaturbereich der Grundmasse durchgeführt wird, bevorzugt in einem Bereich von plus/minus 3 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder den definierten Temperaturbereich und am meisten bevorzugt um plus/minus 1,5 Grad um den Schmelzpunkt bzw. Gefrierpunkt oder den definierten Temperaturbereich.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schichtdickenerfassung durchgeführt wird. Die Schichtdickenerfassung wird auf verschiedene Weise durchgeführt, beispielsweise direkt, über eine direkte Messung der Schichtdicke, beispielsweise optisch, haptisch, mittels Schall- oder anderen Wellen, oder dergleichen, oder indirekt, beispielsweise durch Erfassung abgeleiteter Größen. Bevorzugt wird die Schichtdickenerfassung indirekt durchgeführt. Beispielsweise wird die Schichtdickenerfassung über ein Rühren bzw. durch einen Abstand zwischen dem Eis und einem Rührelement durchgeführt. Ist die Eisschichtdicke zu stark, so wird das Rühren blockiert. Hierdurch erhöht sich der Widerstand für ein Rührwerk, welche das Rühren durchführt. Durch Erfassen des Widerstands kann abgeleitet werden, wann eine Eisschichtdicke zu stark ist. Entsprechend wird das Kühlen bei einer ausreichenden Widerstandserhöhung unterbrochen. Das Unterbrechen ist beispielsweise zeitgesteuert, eisschichtdickengesteuert, temperaturgesteuert oder dergleichen. Das Unterbrechen erfolgt beispielsweise für eine voreingestellte oder variable Zeitspanne. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Unterbrechen in Abhängigkeit von der Eisschichtdicke, in anderen Ausführungsformen in Abhängigkeit von dem Widerstand, in einer anderen Ausführungsform in Abhängigkeit der Stromaufnahme des Aktuators. Die Schichtdickenerfassung wird in einer Ausführungsform integriert mit dem Rühren durchgeführt.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Rühren kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung erfolgt. Das Rühren erfolgt kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung, insbesondere zu den Wärmetauscheroberflächen. Dabei erfolgt ein Rühren entlang der Wärmetauscheroberflächen, sodass eine gute Vermischung des an den Wärmetauscheroberflächen gebildeten Eis bzw. der dort gebildeten Schicht und der Grundmasse, beispielsweise der Binärsole oder des Zuckerwassers, realisiert wird. Bevorzugt erfolgt ein paralleles Rühren an mehreren Stellen. Das Rühren ist insbesondere als axiales und/oder radiales Rühren ausgebildet. Dabei erfolgt das Rühren in einer Ausführungsform in einer Ebene, beispielsweise einer Ebene parallel zu den Wärmetauscheroberflächen. Bevorzugt wird dabei die Grundmasse, beispielsweise die Binäreissole oder das Zuckerwasser, und/oder das Eis bzw. die Kühlmasse radial entlang der Wärmetauscheroberflächen nach außen bewegt. In einer anderen Ausführungsform erfolgt ein Rühren in mindestens eine weitere Richtung, beispielsweise senkrecht zu der vorstehend beschriebenen Richtung. Die Wärmetauscheroberfläche wird durch den Mantel des Hohlmantelrohr-Wärmetauschers gebildet. Das Hohlmantelrohr weist eine innere Manteloberfläche und eine äußere Manteloberfläche auf. Auf diese Weise sind zwei Manteloberflächen vorgesehen, die jeweils als Wärmetauscheroberfläche fungieren. Das Rührwerk umfasst entsprechend ein inneres Rührelement, welches innen rührt, und ein äußeres Rührelement, welches außen rührt. Das innere Rührelement ist beabstandet zu der inneren Manteloberfläche. Das äußere Rührelement ist beabstandet zu der äußeren Manteloberfläche. Bevorzugt sind die beiden Rührelemente über ein Verbindungselement miteinander gekoppelt. Auf diese Weise lassen sich die Rührelemente mittels eines gemeinsamen Antriebs antreiben. Der Antrieb ist vorzugsweise mittels einer Magnetkopplung mit dem Verbindungselement der beiden Rührelemente gekoppelt, sodass eine kontaktlose Kopplung realisierbar ist.
Noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Verfahren in einer Schräglage durchgeführt wird. Insbesondere wird für eine Durchführung des Verfahrens zumindest das Gehäuse geneigt. Hierbei wird das Gehäuse, die Wärmetauschereinrichtung und/oder die Rühreinrichtung bzw. das Rührwerk schräg ausgerichtet. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Kühlmasse, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, des Eises bzw. der Eiskristalle und der Grundmasse wird die Grundmasse bei einer Schräglage an den untersten Punkt des Gehäuses bewegt, beispielsweise aufgrund der Schwerkraft. Die fertige Kühlmasse wird aufgrund der geringeren Dichte zu einem höheren Punkt bewegt. Auf diese Weise wird fertiges Grundmasseeis bzw. die Kühlmasse, an einer höheren Position angeordnet. Bevorzugt ist deshalb das Grundfluid Wasser. Entsprechend wird eine noch nicht fertiggestellte Kühlmasse, beispielsweise noch nicht fertiggestelltes Binäreis oder Zuckereis, beispielsweise die Grundmasse wie die Binäreissole oder das Zuckerwasser, mit nicht gemischtem Eis, an einer tieferen Stelle oder Lage angeordnet. Durch entsprechendes Anordnen einer Zapfstelle an einer höheren oder niedrigeren Lage lässt sich so das fertige Kühleis bzw., die fertige Kühlmasse, beispielsweise das Binäreis dem Behälter entnehmen, bevor die gesamte Grundmasse in eine Kühlmasse umgewandelt ist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Herstellung von Kühlmasse realisierbar, da sich früher Kühlmasse entnehmen lässt und somit aufgrund der Niveauregelung oder Füllstandregelung sich die Grundmasse früher nachfüllen lässt. In einer anderen Anwendung kann dieselbe Vorrichtung zum Trennen von Stoffen verwendet werden in dem durch die thermische Behandlung über die unterschiedliche Stoffdichte Stoffe voneinander separiert werden. Die Schräglage wird beispielsweise über eine Regeleinheit gesteuert. So wird in einer Ausführungsform ein Winkelbereich von etwa 0° bis etwa 90°, bevorzugt von etwa 5° bis etwa 35° und am meisten bevorzugt ein Winkelbereich von etwa 10° bis etwa 20°, bevorzugt um 15° eingestellt. Andere Werte lassen sich ebenfalls einstellen. Die Schräglage wird in einer Ausführungsform während der Kühlmasseherstellung variiert. Beispielsweise ist die Schräglage zu Beginn eines Herstellungsprozesses größer und nimmt im Lauf des Prozesses ab. Entsprechend der gerade eingestellten Schräglage ist die Kühlung einstellbar. So erfolgt bei größerer Schräglage eine stärkere Kühlung, beispielsweise verstärkt im Bereich der tieferliegenden Wärmetauscheroberflächen. Entsprechend der Schräglage wird in einer Ausführungsform der Füllstand eingestellt. So ist bei größerer Schräglage beispielsweise der Füllstand geringer. Mit abnehmender Schräglage werden in einer Ausführungsform ursprünglich höher liegende Wärmetauscheroberflächen zu- und/oder abgeschaltet.
Wiederum eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Fördern der temperierten Grundmasse, insbesondere des Kühleises, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, und/oder der Grundmasse wie der Binäreissole oder des Zuckerwassers in mindestens eine Richtung, bevorzugt in mehrere Richtungen, durchgeführt wird. Dabei ist eine bevorzugte Richtung vom Einlass zum Auslass des Kühleises bzw. der Grundmasse. Aufgrund der Schräglage wird das Fördern beispielsweise durch die Schwerkraft unterstützt. In anderen Ausführungsformen sind Rühreinrichtungen oder Rührwerke vorgesehen, die beispielsweise über eine spiralförmige Bewegung, zum Beispiel mittels einer Förderschnecke, ein Fördern bewirken. Bevorzugt erfolgt ein Rühren entlang einer Ebene der entsprechenden Wärmetauscheroberfläche. Aufgrund der Schräglage oder Neigung und der unterschiedlichen Eigenschaften des Kühleises und der Grundmasse erfolgt eine Vermischung quer zu der Ebene, entlang welcher das Rühren erfolgt.
Zudem sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass das Temperieren/Kühlen/Heizen parallel und/oder seriell an mehr als einer Oberfläche der Wärmetauschervorrichtung durchgeführt wird. Zum Kühlen sind mehrere Oberflächen vorgesehen. Eine Oberfläche wird durch die Innenseite des Hohlmantelrohrs gebildet. Die andere Oberfläche wird durch die Außenseite des Hohlmantelrohrs gebildet. Aufgrund einer Schräglage bzw. eines Schrägstellens, gerade auch eines variierenden Schrägstellens, erfolgt die Kühlung nicht konstant an einem gleichen Anteil aller Wärmetauscheroberflächen. Ein Teil der Kühlung erfolgt parallel. Bei veränderter Schrägstellung erfolgt der Wärmeaustausch nacheinander an einem veränderbaren Anteil der Wärmetauscheroberflächen. Bevorzugt lassen sich einzelne Wärmetauscheroberflächen zu- und/oder abschalten.
Außerdem sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass eine Niveauregelung durchgeführt wird. Die Niveauregelung umfasst eine Regelung eines Füllstandes des Behälters, eine Konzentration der Grundmasse und eine Schräglagenregelung. Insbesondere wird die Niveauregelung in Abhängigkeit verschiedener Größen wie Konzentrationsgrößen, Temperaturgrößen, Zeitgrößen, Winkelgrößen, Füllstandsgrößen und dergleichen durchgeführt. Abhängigkeiten der einzelnen Größen werden dabei bevorzugt erfasst. Die Regelung ist bevorzugt als selbstlernende Regelung ausgebildet. In einer Ausführungsform erfolgt eine selbsttätige Optimierung aufgrund der erfassten Werte, der Ist-Werte und der Sollwerte, insbesondere in Abhängigkeit der Zielvorgaben.
Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass das Temperieren/Kühlen mittels eines indirekten Wärmetauscherbetriebs durchgeführt wird. Hierbei werden ein Primärkreislauf und ein Sekundärkreislauf vorgesehen. In dem Primärkühlkreislauf zirkuliert beispielsweise eine lebensmittelechte Sole. In dem Sekundärkreislauf zirkuliert beispielsweise ein Kältemittel. In einer anderen Ausführungsform ist ein direkter Wärmetauscherbetrieb mit einem Kreislauf vorgesehen. In dem Kreislauf zirkuliert beispielsweise ein Kältemittel.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Klimatisierung von Räumen oder Fahrzeugen, bei dem Energie und/oder Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert oder eingepuffert bzw. herausgeführt oder abgezogen wird, vorgesehen ist, dass als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher eine temperierte, insbesondere gekühlte, pumpfähige Masse, gekühlte Grundmasse, Kühlmasseneis oder Kühleis bzw. binäres Kühleis oder Binäreis, insbesondere eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte temperierte Masse bzw. eine hergestellte Kühlmasse, vorgesehen wird. Beispielsweise ist die in der temperierten Masse, insbesondere der Kühlmasse bzw. dem Kühleis gespeicherte Energie nicht nur zur Kühlung, sondern über entsprechend ausgelegte Wärmepumpen und Wärmekreise auch zum Wärmen von Räumen, Brauchwasser, Schwimmbadwasser, Prozesse oder dergleichen nutzbar. Hierzu wird das Binäreis oder Kühleis entsprechend gelagert und ggf. über eine entsprechende Regelung nachgefüllt. Mittels Kühleis als Energiespeicher ist ein Heizen und/oder Kühlen realisierbar. Dabei ist ein Umschalten möglich.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einer Kühlmassenherstellungsvorrichtung, beispielsweise einer Binäreisherstellungsvorrichtung zur Herstellung von einer fließfähigen, pumpfähigen temperierten, insbesondere gekühlten, Masse oder Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis, insbesondere zur Verwendung als und/oder für Lebensmittel und Nahrungsmittel, aus einer fließfähigen Grundmasse, beispielsweise einer flüssigen Binäreissole oder eines flüssigen Zuckerwassers, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sind. Durch die Mittel ist eine verbesserte Kühlmassenherstellung, beispielsweise eine Binäreisherstellung, insbesondere eine schnellere, energieeffizientere und großproduktionsoptimierte Kühleis-, Kühlmasseneis-, Kühlmassen- bzw. Binäreisherstellung realisierbar. Genauso ist eine verbesserte erwärmte Masse analog herstellbar. Gerade durch die flexible Ausführung einschließlich der Neigungs- bzw. Schräglagenveränderung ist eine effektive temperierte Masseherstellung, insbesondere eine Kühleis- oder Binäreisherstellung realisiert. Insbesondere gewährleisten die Mittel eine kontinuierliche Kühleis- oder Binäreisherstellung bzw. die kontinuierliche Herstellung einer temperierten Masse.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel eine Wärmetauschereinrichtung, insbesondere eine Hohlmantel-Wärmetauschervorrichtung umfassen, welche mehrere zueinander beabstandete und zumindest teilweise miteinander fluidisch verbundene Wärmetauscheroberflächen aufweist, wobei für ein Rühren nach Rührelemente vorgesehen sind, wobei für eine Kraftübertragung auf die Rührelemente von außerhalb des Gehäuses nach innen eine kontaktlose Kraftübertragungseinheit, insbesondere eine Magnetkopplung, vorgesehen ist, sodass im Bereich der Kraftübertragung das Gehäuse durchbruchsfrei ausgebildet ist. Die Wärmetauschereinrichtung umfasst in einer Ausführungsform einen Wärme- bzw. Kühlmittelkreislauf, in dem ein Wärme- bzw. Kältemittel zirkulieren bzw. fließen kann. Der Kreislauf umfasst einen Zulauf und einen Ablauf. Fluidisch mit dem Zulauf und dem Ablauf verbunden sind die Wärmetauscheroberflächen. Die Wärmetauscheroberflächen werden in dem Hohlmantel-Innenraum von dem Kühlmittel durchströmt. Der Innenraum wird durch die Wandungen des Hohlmantelrohres sowie das darin angeordnete Leitungsrohr begrenzt.
Für ein Betätigen der Rührelemente bzw. eines Rührelemente aufweisenden Rührwerks ist ein Aktuator vorgesehen. Das Rührwerk befindet sich in dem Gehäuse, in dem die Grundmasse sich befindet bzw. das Kühleis erzeugt wird. Der Aktuator, beispielsweise ein Motor wie ein Elektromotor, ggf. mit einem Kraftübersetzer wie einem Getriebe, befindet sich außerhalb des Gehäuses. Für eine Kraftübertragung von Aktuator zu dem Rührwerk ist eine Kraftübertragungseinheit vorgesehen. Die Kraftübertragungseinheit ist als kontaktlose Kraftübertragungseinheit vorgesehen. Diese umfasst einen ersten Kupplungsteil, der mit dem Aktuator in zusammenwirkender Weise verbunden ist. Weiter umfasst diese eine zweiten Kupplungsteil, der mit dem Rührwerk in zusammenwirkender Weise verbunden ist. Die beiden Kupplungsteile sind Bestandteile einer als Kupplung ausgebildeten Kraftübertragungseinheit. Die Kupplung ist bevorzugt als Magnetkopplung ausgebildet, bei der die beiden Kupplungsteile magnetisch zusammenwirken. Die beiden Kupplungsteile sind durch das Gehäuse getrennt voneinander angeordnet. Dabei wirken die Kupplungsteile magnetisch zusammen, wobei ein zwischen den Kupplungsteilen ausgebildetes Magnetfeld das Gehäuse im Bereich der Kupplungsteile durchdringt, sodass eine Magnetkopplung realisiert ist. In dem Bereich der Kupplung ist das Gehäuse bevorzugt durchbruchsfrei ausgebildet.
Bevorzugt weist der Boden des Hohlmantelrohrs eine Durchgangsöffnung auf, durch die sich beispielsweise eine Achse oder eine Welle erstrecken kann.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel eine Regeleinrichtung umfassen, um bei Überschreiten einer Massenschichtdicke mindestens an einer Wärmetauscherplatte anhaftenden Masse, beispielsweise einer (Binäreis-)Schichtdicke, die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln und bei Unterschreiten der Massenschichtdicke bzw. der (Binäreis-)Schichtdicke die Wärmetauschereinrichtung herauf- bzw. herunterzuregeln. Herunterregeln bzw. Heraufregeln bedeutet eine Leistung der Wärmetauschereinrichtung zu verändern, beispielsweise eine Kühlleistung zu senken (Herunterregeln) oder anzuheben (Heraufregeln). Die Regeleinrichtung umfasst eine (Eis-)Schichtdicken- Konsistenz- oder Temperaturerfassung.
Auch ist in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass eine zu der Wärmetauschereinrichtung beabstandete Rühreinrichtung zum Rühren der Grundmasse, beispielsweise der Binäreissole oder des Zuckerwassers, und/oder der Kühlmasse bzw. des Kühleises, beispielsweise des Binäreises oder des Zuckereises, kontaktlos zu der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist. Die Rühreinrichtung ist so ausgebildet, dass diese die Wärmetauschereinrichtung, insbesondere die Wärmtauscheroberflächen, nicht kontaktiert. Vorzugsweise weist die Rühreinrichtung eine Antriebseinheit, bevorzugt eine Antriebswelle, auf. Die Antriebswelle ist bevorzugt durch die zentrischen Durchgangsöffnungen des Bodens des Hohlmantelrohres angeordnet. Dabei ist die Antriebswelle beabstandet zu der inneren Wärmetauscheroberfläche angeordnet. Die Rührelemente sind beabstandet zu den jeweiligen Wärmetauscheroberflächen angeordnet. Dabei sind die Rührelemente beispielsweise als Schneide oder Paddel ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform sind die Rührelemente als Rührpaddel ausgebildet. In noch einer anderen Ausführungsform sind die Rührelemente als Rührstäbe ausgebildet. Wiederum eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Rührelemente als Rührbürsten ausgebildet sind, eine weitere Ausführungsform ist eine Kombination von diesen. Weitere Ausführungsformen der Rührelemente sind denkbar. Die Rührelemente werden in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten inneren Wärmetauscheroberflächen bzw. wischen Gehäuse und äußeren Wärmetauscheroberflächen durch die Antriebswelle rotiert. Dabei drängen diese Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis bzw. Grundmasse, Binäreissole, Zuckerwasser radial nach außen. Durch den Abstand der Antriebswelle zu der jeweiligen Wärmetauscherplatte kann die Grundmasse - Binäreissole bzw. Binäreis nachrücken. Für ein Rühren nach außen weisen die Rührelemente entsprechende Förder- oder Leitmittel auf. Die Rühreinrichtung bzw. das Rührwerk ist mit der Regelung gekoppelt bzw. in diese zumindest teilweise integriert. Die Regelung übernimmt die Schaltung von Rührintervallen, Rührgeschwindigkeit etc. Als Regelgröße können Grundmassen bzw. Sole- oder Zucker- und/oder Binäreiskonsistenz, Stromaufnahme, beispielsweise des Rührwerkmotors, Temperatur der Behälterwandung und/oder des Behälterinhalts etc. dienen.
Zudem ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Mittel eine Neigungsregulierung umfassen, um die Kühlmasse-, Kühleis- oder Binäreisherstellungsvorrichtung zu neigen. Die Neigungsregulierung ist bevorzugt außen an dem Behälter angeordnet, in welchem die Wärmetauschereinrichtung und die Rühreinrichtung angeordnet sind. Beispielsweise umfasst die Neigungsregulierung eine oder mehrere ausfahrbare und/oder schwenkbare Standfüße, Halterungen oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist eine Wiegeeinrichtung vorgesehen, auf welcher der Behälter angeordnet ist. Entsprechend sind statt einfacher Standfüße Wiegefüße, Messzellen oder Wiegefühler vorgesehen. Auf diese Weise ist bei einem Abzapfen oder Zuführen von Binäreis bzw. Grundmasse eine Gewichtserfassung und/oder Gewichtsregulierung bzw. - steuerung realisierbar. Insbesondere ist so eine Dosiereinrichtung über eine Gewichtssteuerung realisierbar. In einer Ausführungsform ist eine Niveauerfassung vorgesehen, welche einen Neigungswinkel erfasst. In einer anderen Ausführungsform ist ein Antrieb, beispielsweise ein hydraulischer, pneumatischer oder sonstiger Antrieb vorgesehen.
Weiterhin ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Mittel eine Fördereinrichtung, vorzugsweise integriert in das Rührwerk, umfassen, um das Binäreis bzw. die Grundmasse zu fördern. Die Förderung erfolgt bevorzugt von einem Einlass zu einem Auslass. Beispielsweise liegen Einlass und Auslass nicht auf einem gemeinsamen Höhenniveau. Bevorzugt liegt der Auslass auf einem höheren Höhenniveau, sodass die Förderung bei einer entsprechenden Neigung in Richtung Ausgang erfolgt.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass sie bei einem Energiesystem, insbesondere einem Klimatisierungssystem zum Klimatisieren von Räumen und/oder Erwärmen von Brauchwasser oder dergleichen, als Wärme- und Energiequelle für Wärmepumpensysteme, bei dem Energie und/oder Wärme in einem latenten Energie- bzw. Wärmespeicher gespeichert und/oder gezogen bzw. abgeführt wird, vorgesehen ist, dass eine erfindungsgemäße Kühlmassen-, Kühleis bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ist, um als latenten Energie- bzw. Wärmespeicher Kühl- bzw. Binäreis, insbesondere Kühl- bzw. Binäreis, das mit der erfindungsgemäßen Kühlmassen- bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung hergestellt ist, bereitzustellen.
Nicht zuletzt schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass eine Verwendung von fließfähiger, pumpfähiger Kühlmasse, Kühleis bzw. Binäreis, insbesondere von einem gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und/oder einem mit einer erfindungsgemäßen Kühlmassen-, Kühleis- bzw. Binäreisherstellungsvorrichtung nach hergestellten Kühleis bzw. Binäreis, als latenter Energie- bzw. Wärmespeicher, insbesondere bei der Lebensmittelkühlung wie der Frischfischkühlung, der Teigkühlung, bei der Energie- bzw. Wärmespeicherung wie der latenten Energie- bzw. Wärmespeicherung in Energie- bzw. Wärmesystemen, Energie- bzw. Wärmerückführungssystemen und dergleichen, vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform wird die Vorrichtung für den Betrieb mit einer Wärmepumpe verwendet. Dabei entsteht beispielsweise das Kühleis/Binäreis als Abfallprodukt. Durch die Verwendung von Binäreis in einem derartigen System ist ein latenter Wärmespeicher mit einer hohen Energieleistung realisiert.
Bei der Verwendung einer Vorrichtung wird Wärme aus Sonnenstrahlen und/oder Wärme aus Umgebungsluft genutzt. Ein Teil der Wärme wird im Eiswasserspeicher gepuffert, wo die Wärme weitestgehend verlustfrei gespeichert wird. Dank des extrem hohen Wärmeübergangs im Wasser-/Eisspeicher weist dieser beispielsweise eine Fassungsvolumen von 20 bis 200, in Ausnahmefällen von300 bis 400 Litern auf. Im Sommer benötigt die Wärmepumpe keine oder nur sehr wenig Energie. Bei der Verwendung als Wärmevorrichtung umfasst die Wärmevorrichtung bevorzugt mindestens einen Hybridkollektor, eine Wärmepumpe, einen Flüssigeisspeicher und einen Wärmespeicher. Als Flüssigeisspeicher oder Wasser/Eisspeicher sind besonders platzsparende Energiespeicher vorgesehen. In Verbindung mit einer Wärmepumpe lässt sich Energie auf ein nutzbares Temperaturniveau z. B. für eine Raumheizung und/oder zur Warmwassererwärmung verwenden. Um so näher die benötigte Nutztemperatur beim Schmelzpunkt von Wasser liegt, um so höher ist der Wirkungsgrad und somit um so geringer auch ein Strom für die Wärmepumpe, um eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Die Bauteile einer entsprechenden Wärmevorrichtung - der Eisspeicher, der Kollektor sowie die Wärmepumpe - sind auf den jeweiligen Wärmebedarf ausgelegt. Ein Absorber ist dauerhaft funktionsfähig, das heißt am Tag sowie auch nachts. Spezielle Hybridkollektoren nehmen selbst bei diffuser Helligkeit und bei Bewölkung noch ausreichend Wärme auf, um sie danach in nutzbare Wärme zu wandeln oder im (Flüssig-)Eisspeicher das Überangebot einzulagern. Während der Sommertage kann über Kollektoren direkt ohne Wärmepumpe die Warmwasserversorgung abgedeckt in dem die Wärme in den Pufferspeicher geleitet wird. Im Winter wird die Energie, wenn die Temperaturen der Kollektoren ausreichen, in die Heizung oder den Pufferspeicher geführt. Reichen die Temperaturen nicht aus, wird die Wärme über die Wärmepumpe auf nutzbare Temperaturen gebracht oder im Eisspeicher zwischengespeichert. Der Warmwasserspeicher hält die Wärme bereit, welche zur Bereitung des Warmwassers benötigt wird. Ein Heizen mit Eis bzw. Flüssigeis ist somit auf einfache Weise möglich. Heizen mit Eis basiert auf folgendem physikalischen Prinzip: Durch die Bildung von Kristallen durch Energieentzug bei der Eisbildung lässt sich die sogenannte Kristallisationswärme gewinnen. Beim Auftauen muss genau die gleiche Wärme wieder zugeführt werden. Dies kann beliebig oft wiederholt werden, was das Medium Wasser auszeichnet. Dabei dient der Wasser/Eisspeicher oder Flüssigeisspeicher nicht als richtige Wärmequelle, sondern immer als Zwischenspeicher der beliebig oft be- und entladen wird. Dabei erfolgt eine Wärmeentnahme von dem Flüssigeisspeicher wie folgt: Über eine Wärmepumpe wird dem Wasser so lange Wärme entzogen bis sich Eis bildet. Die Wärmepumpe arbeitet - bei leistungsfähigen Eisspeicher-Wärmetauschern - bis zum vollständigen Einfrieren des Wassers mit der Gefriertemperatur von 0 Grad besonders effizient, da ihre Betriebstemperatur nicht absinkt. Eine große Oberfläche des Wärmetauschers und ein geringer Abstand der Wärmetauscherflächen von wenigen Zentimetern sind wichtig für eine hohe Wärmeübertragung im Hochleistungs-Eisbreispeicher. Die von der Wärmepumpe entzogene Wärme kann auf einer höheren (nutzbaren) Temperatur genutzt werden, in dem die Wärmepumpe diese Wärme an einen Pufferspeicher oder baugleichen Latentwärmespeicher zur Heizung bzw. zur Wassererwärmung abgibt. Bevorzugt wird Flüssigeis verwendet, welches über die erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt wird. In dem Fall ist die Vorrichtung Bestandteil der Wärmevorrichtung. Die Wärmezuführung über den Eisbreispeicher erfolgt wie folgt: Die Zuführung von Energie bzw. Wärme an den Eisbreispeicher kann z. B. über Luft-Wärmetauscher mit Gebläse, Sonnenkollektoren oder eine Kombination daraus, sogenannte Hybridkollektoren erfolgen. Je effizienter die Kollektoren arbeiten, und z. B. auch bei Schnee in der Lage sind diesen zum Abrutschen zu bringen bzw. abzutauen um so kleiner kann der Eisbreispeicher sein. Für den Fall reicht die Auslegung für eine Nacht aus denn am nächsten Tag reicht sogar ein bedeckter Himmel, um über die Kollektoren wieder genügend Energie zu ernten. Statt eines herkömmlichen Eisspeichers oder ergänzend dazu ist, bevorzugt ein oder sind mehrere Flüssigeisspeicher vorhanden. Die Energie, welche während des Gefrierens dem Eis entzogen wird, lässt sich für Heizungswärme puffern und nutzen. Dieses birgt zwei wichtige Vorteile: Eisspeicher, insbesondere Flüssigeisspeicher sind relativ kostengünstig und äußerst platzsparend. Die Funktionsweise stellt sich folgendermaßen dar: Wird ein kg Eis mit einer Temperatur von null Grad Celsius in Wasser verwandelt (aufgetaut), wird so viel Energie benötigt, wie während der Erwärmung von einem Liter Wasser mit einer Temperatur von null Grad Celsius auf achtzig Grad Celsius. Somit kann im gleichen Volumen im Vergleich zu einem Wasserspeicher die achtzigfache Energiemenge gespeichert werden. Durch die Mitwirkung einer Wärmepumpe kann regenerative Niedertemperatur-Energie nutzbar gemacht werden in dem sie auf entsprechende Temperaturen für die Heizung und Warmwassererwärmung gebracht wird. Durch die hohe Energiedichte lässt sich so sehr viel Platz sparen. Der Flüssigeisgenerator unterscheidet sich sehr stark in der Eissorte - festgefrorenes Wasser bei der Eisheizung gegenüber flüssiger Eissole oder Zuckereis oder anderes technisches Eis mit Ethanol oder Glykol und dergleichen beim Flüssigeisgenerator -bei dem Verfahren der Herstellung des Eises. Bevorzugt wird hier Kühleis, Flüssigeis, binäres Eis oder pumpfähiges Eis verwendet. Mit dem Flüssigeisgenerator kann eine ganz ähnliche Art der Energie(rück)gewinnung und Speicherung praktiziert werden. Der Vorteil des flüssigen Eises ist das sehr schnelle Auftauen schon bei geringer Wärmezufuhr und bei niedrigen Temperaturen knapp über 0°C. Somit kann der Flüssigeisgenerator als regenerative Wärmequelle für Wärmepumpen auch bei sehr niedrigen Temperaturen knapp über 0 °C und bei schwacher Sonneneinstrahlung sehr gut eingesetzt werden.
Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass damit eine Art Wärmeenergietransformator, bei dem mit einer kleinen Energiequelle über den Faktor Zeit, eine große Energiemenge herzustellen ist und diese dann innerhalb kürzester Zeit wieder abgerufen werden kann, oder über einen längeren, jedoch zeitversetzten Zeitraum gespeichert werden kann. Dasselbe gilt bei sogenannten Phasenwechsel-Materialien mit denen im selben verfahren eine Energiespeicherung auf höherem Temperaturniveau bei +30°C bis +80°C vorgenommen werden kann. Damit sind hohe Kühl- oder Heizenergiespitzen mit wenig, aber sehr energiereicher Masse effizient abzudecken und auszugleichen. Beispiele hierfür sind die Wasserkühlung bei Schneekanonen. In den kalten Nachtstunden wird mittels „freier Kühlung“ eine hohe Energiemenge eingesammelt, die dann tagsüber in den wärmeren Stunden wieder abgerufen werden kann. Weitere Beispiele von sehr hohen Abkühlleistungen ist die Gebäudeklimatisierung, Prozesskühlung bei der Metallverarbeitung, beim Ernte- und Verarbeitungsvorgang bei Obst und Gemüse wie Spargel, Prozesskühlung bei der Lebensmittelherstellung, Kunststoff- und Spritzgussmaschinenkühlung, Farbbäder Eloxierbäder, Druckereien, Farbindustrie IT-Prozessorkühlung, Gär- und Brauvorgängen, Getränkeherstellung etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Grundmasse eine Zuckerwasserlösung verwendet. Diese wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gekühlt, sodass pumpfähiges Zuckereis erzeugt wird. Dieses wird bei der Teigherstellung verwendet. Insbesondere für Backwaren wird dieses Zuckereis eingesetzt. Dabei wird das Zuckereis einer Teiggrundmasse zugeführt. Das Zuckereis kühlt einerseits die vorhandene Teiggrundmasse, sodass dieser bei niedrigen Temperaturen lebensmittgeeignet weiter verarbeitbar ist. Zum anderen vermischt sich das Zuckereis mit der vorhandenen Teiggrundmasse. Entsprechend ist für eine Teiggrundmasse weniger Wasser bzw. Zucker als bisher erforderlich, da diese Bestandteil durch Zuführen von Zuckereis der Teiggrundmasse zugeführt werden. Gerade beim Waffelbacken oder beim Backen von anderen Süß- und/oder Backwaren ist das Zuführen von Zuckereis bislang nicht bekannt. Insofern sieht eine Ausführungsform vor, dass beim Herstellen eines Teigs für Back- und/oder Süßwaren einer Teiggrundmasse Zuckereis, welches bevorzugt nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte hergestellt ist, zugeführt wird. Bevorzugt sieht eine Ausführungsform vor, dass bei der Herstellung eines Süß- und/oder Backwarenprodukts Zuckereis einer Grundteigmasse zugeführt wird. Die Mischung aus Teiggrundmasse und Zuckereis wird in einem späteren Schritt gebacken. Das so erzeugte Produkt weist eine höhere Qualität bei einem geringeren Aufwand auf. Entsprechend ist in einer Ausführungsform ein Süß- und/oder Backwarenprodukte vorgesehen, welches nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das Zuckereis ist somit sowohl für eine Prozesskühlung, insbesondere bei der Herstellung von Teig, verwendbar. Zudem wird Zuckereis zur gekühlten Zuführung von in dem Zuckereis vorhandenen Zusätzen zu dem Teig verwendet.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Anwendung im Metzger- und/oder Fleischereibetrieben. Hier wird ein Kühleis einem Fleischteig zugeführt. Das Kühleis kühlt einerseits den Fleischteig, sodass dieser bei geringen Temperaturen weiter verarbeitbar, zum Beispiel knetbar, zerkleinerbar etc. ist. Zum anderen wird eine Zusatz, beispielsweise Wasser und Salz dem Fleischteig zugeführt. Die Fleischteiggrundmasse weist entsprechend weniger Bestandteile an Wasser und Salz bzw. an den in der Kühlmasse enthaltenen Bestandteilen auf. Auch lässt sich das Kühleis bei der Herstellung von Pizzateig und ähnlichen aus Teig hergestellten Produkten anwenden. Die Grundmasse weist entsprechende Bestandteile auf, die später in dem Teig Verwendung finden. Die Zumischung von Kühlmasse stellt eine niedrige Verarbeitungstemperatur des Teigs sicher.
In einer anderen Ausführungsform lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip umkehren. Hier wird, sofern es für die Lebensmittelherstellung erforderlich ist, die Grundmasse nicht abgekühlt, sondern mit den vorhandenen Wärmetauschern erwärmt. Somit lässt sich die Vorrichtung auch für die Prozesssteuerung verwenden, bei der nicht gekühlt, sondern erwärmt werden soll.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Anwendung bei der direkten und kontinuierlichen Abkühlung durch die Vorrichtung nach Kochvorgängen von Massen und Lebensmittel wie beispielsweise Konfitüre, Marmelade, Apfelmus, Brei, Milchreis, Soßen oder Ähnliches nach dem Kochvorgang. Hierbei werden die vorgegebenen Temperaturen und Abkühlzeiten hygienisch und effizient nach Vorgabe der HACCP-Verordnung oder ähnlichen erreicht. Eine schnellere Anbindung an die Kühlkette, Weiterverarbeitung oder Verpackung etc. ist dadurch möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist unter einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung ein Verfahren zu verstehen, bei welchem der Behälter bzw. das Gehäuse, in dem die Grundmasse oder Masse angeordnet ist, nicht in seiner horizontalen und/oder vertikalen Lage verändert wird, insbesondere bei dem der Behälter oder das Gehäuse nicht gekippt oder geschwenkt wird, um beispielsweise die Grundmasse oder Masse aus diesem herauszubewegen. Vielmehr erfolgt das Herstellen in dem Gehäuse/Behälter kippfrei. In einer anderen Ausführungsform ist ein diskontinuierliches Herstellen vorgesehen, bei dem der Behälter gefüllt, verschlossen und entleert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter/das Gehäuse, in dem die Grundmasse oder Masse angeordnet ist, lagefest angeordnet, zumindest für die Dauer des Herstellverfahrens. So ist in einer Ausführungsform der Behälter drehfest angeordnet. Der Behälter rotiert somit nicht um die Längsachse des Behälters oder eine andere Achse zum Herstellen von Binäreis. Das Verfahren zur Herstellung des Binäreises verläuft mit einem bewegungsfreien Behälter. Während des Herstellungsprozesses rotieren bzw. bewegen sich somit lediglich die Rührelemente gegenüber den Wärmetauscheroberflächen und dem Behälter. Die Wärmetauschereinrichtung bzw. kürzer der Wärmetauscher und/oder der Behälter sind lagefest, d.h. sie werden nicht gekippt, nicht rotiert oder anderweitig rotiert. Rotiert werden lediglich die Rührelemente. Der Behälter und/oder die Wärmetauscheroberflächen sind sowohl während der Entnahme des Binäreises als auch während der Herstellung des Binäreises lagefest, d.h. rotationsfest und/oder bewegungsfest angeordnet. Eine Entnahme des Binäreises ist während des Herstellungsverfahrens realisierbar, insbesondere auch ohne bewegen des Behälters und/oder des Wärmetauschers. Beweglich sind lediglich die Rührelemente angeordnet.
Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass ein Wärmetauscher bereitgestellt ist, der mehrere voneinander angeordnete Wärmetauscheroberflächen aufweist. Die Wärmetauscheroberflächen sind durch den dazwischen befindlichen Hohlraum des Hohlmantelrohres fluidisch miteinander verbunden. Weiter weist der Boden des Hohlmantelrohres eine Durchgangsöffnung auf, durch welche sich ein Antrieb einer und/oder die Welle/Achse einer Rühreinrichtung erstreckt. Radial und/oder quer von dem Antrieb/der Welle/Achse ragen innen bzw. außen zu den Wärmetauscheroberflächen Rührelemente ab. Der Antrieb und/oder die Rührelemente sind bewegbar innen bzw. außen zu den Wärmetauscheroberflächen ausgeführt. Die Rührelemente sind drehfest mit dem Antrieb verbunden. Entsprechend sind die Rührelemente innen bzw. außen zu den benachbarten Wärmetauscheroberflächen bewegbar.
Die Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung ermöglicht ein optimiertes Raum-Medienkanal-Verhältnis. In dem Hohlrohr sind zwischen der inneren Wandung und der äußeren Wandung zwei Kanäle ausgebildet. Ein Kanal ist durch das Innere des Leitungsrohrs gebildet. Der andere Kanal ist durch den Raum zwischen Leitungsrohr und Wandungsoberflächen gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Merkmale werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet. Merkmale oder Bauteile verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen zu erhalten. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können so für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:

1 schematisch in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform eines Leitungsrohrs für einen Hohlmantelrohr-Wärmetaucher einer Hohlmantelrohr-Wärmetaus chervorrich tung;
2 schematisch in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform einer Hohlmantelrohr-Wärmetauchereinrichtung mit einem Hohlmantelrohr-Wärmetauscher mit einem Leitungsrohr nach 1 ohne Hohlmantelrohr und teilweise ohne Gehäuse;
3 schematisch in einer Perspektivansicht die Ausführungsform nach 2 mit Hohlmantelrohr aber ohne Gehäuse,
4 schematisch in einer Perspektivansicht die Ausführungsform nach 2 und 3 mit einem Hohlmantelrohr-Wärmetauscher mit Gehäuse
5 schematisch in einer Perspektivansicht einen Teil einer Ausführungsform eines Rührwerks der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung nach 1 in Alleinstellung und
6 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine Anordnung des Leitungsrohrs in dem Hohlmantelrohr der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung.

Die 1 bis 6 zeigen in verschiedenen Ansichten und Detaillierungsgraden eine Ausführungsform einer Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird verzichtet.
Die Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1 umfasst einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher 10, in dem ein Leitungsrohr 100 vorgesehen ist. Das Leitungsrohr 100 ist in einer Ausführungsform in 1 dargestellt.
1 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht die Ausführungsform des Leitungsrohrs 100 für den Hohlmantelrohr-Wärmetaucher 10 der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1. Das Leitungsrohr 100 umfasst ein einziges Rohr 110. Das Rohr 110 weist einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt 120 auf. Der Zuleitungsabschnitt 120 ist spiral- oder wendelförmig gewunden. Entsprechend weist der Zuleitungsabschnitt 120 mehrere Windungen 130, genauer Zuleitungswindungen 131 auf. Die Windungen 130 sind in der dargestellten Ausführungsform parallel zueinander und sowohl zueinander als auch von einer (Windungs-)Achse gleich beabstandet. Weiter umfasst das Rohr 110 einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt 140. Der Ableitungsabschnitt 140 ist ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden. Entsprechend weist auch der Ableitungsabschnitt 140 mehrere Windungen 130, genauer Ableitungswindungen 135 auf. Die Windungen 130, 135 des Ableitungsabschnitts 140 sind in der dargestellten Ausführungsform parallel zueinander und sowohl zueinander als auch von einer (Windungs-)Achse gleich beabstandet. Für ein Durchströmen des Zuleitungsabschnitts 130 weist der Zuleitungsabschnitt 120 einen Zuleitungsanschluss 125 auf. Der Zuleitungsanschluss 125 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. Analog weist der Ableitungsabschnitt 140 einen Ableitungsanschluss 145 auf. Der Ableitungsanschluss 145 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. Durch den Ableitungsanschluss 145 kann ein den Ableitungsabschnitt 140 durchströmendes Fluid aus dem Ableitungsabschnitt 140 hinausströmen. Um ein Durchströmen des Rohres 110 zu gewährleisten, sind der Ableitungsabschnitt 140 und der Zuleitungsabschnitt 120 über einen Übergangsabschnitt 150 miteinander fluidisch verbunden. In der dargestellten Ausführungsform weist der Übergangsabschnitt 150 einen rohrförmigen Verbindungsabschnitt 152 auf. Über den Übergangsabschnitt 150, hier den rohrförmigen Verbindungsabschnitt 152 ist eine fluidisch Verbindung zwischen Zuleitungsabschnitt 120 und Ableitungsabschnitt 140 realisiert, sodass ein Fluid von dem Zuleitungsabschnitt 120 zu dem Ableitungsabschnitt 140 strömen kann. Der Übergangsabschnitt 150 ist an dem jeweils entgegengesetzten Ende zu dem Zuleitungsanschlusses 125 bzw. Ableitungsanschluss 145 angeordnet. Somit ist der Zuleitungsanschluss 125 an einem ersten Ende des Zuleitungsabschnitts 120 bzw. des Leitungsrohrs 100 ausgebildet und der Übergangsabschnitt 150 an einem zweiten Ende des Zuleitungsabschnitts 120 bzw. des Leitungsrohrs 100 ausgebildet. Entsprechend ist der Ableitungsanschluss 145 an einem ersten Ende des Ableitungsabschnitts 140 bzw. des Leitungsrohrs 100 ausgebildet und der Übergangsabschnitt 150 an einem zweiten Ende des Ableitungsabschnitts 140 bzw. des Leitungsrohrs 100 ausgebildet. Der Ableitungsabschnitt 140 und der Zuleitungsabschnitt 120 derart zueinander angeordnet sind, dass der Ableitungsabschnitt 140 mit seinen Windungen 130,135 zwischen den Windungen 130, 131 des Zuleitungsabschnitts 120 verläuft. Zuleitungsabschnitt 120 und Ableitungsabschnitt 140 bilden somit eine Art Doppelrohr- oder Parallelrohr-Spirale. Dabei sind Zuleitungsabschnitt 120 und Ableitungsabschnitt 140 für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet. Das heißt die Strömungsrichtung in benachbarten Windungen 130, 131 und 130,135 ist gegenläufig. Damit ein optimierter Übergang von Zuleitungsabschnitt 120 zu Ableitungsabschnitt 140 über den Übergangsabschnitt 150 erfolgt ist ein Durchflussquerschnitt des Verbindungsabschnitts 152 geringer als ein Durchflussquerschnitt des benachbarten Ableitungsabschnitts 140 bzw. Zuleitungsabschnitts 120. Insbesondere ist der geringste Durchflussquerschnitt des Verbindungsabschnitts 152 geringer als der Durchflussquerschnitt des benachbarten Zuleitungsabschnitts 120 bzw. Ableitungsabschnitts 140, insbesondere in dem Bereich, an dem die Bereich aneinander anschließen bzw. ineinander übergehen.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Ableitungsanschluss 145 als gerader Rohrabschnitt ausgebildet. Der Zuleitungsanschluss 125 ist ebenfalls als gerader Rohrabschnitt ausgebildet. Hier dargestellte verlaufen beide Anschlüsse 125, 145 in etwa parallel zueinander.
In der hier dargestellten Ausführungsform weisen der Zuleitungsabschnitt 120 und der Ableitungsabschnitt 140 einen konstanten Querschnitt auf, sowohl der Wandung als auch des Strömungsquerschnitts. Das heiß, die Wandung ist über die Länge der Abschnitte 120, 140 konstant. Ebenso ist der Strömungsquerschnitt der Abschnitte 120, 140 konstant.
Das Rohr 110 weist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einen hohlzylindrischen Querschnitt auf. Dabei ist das äußere Abmaß, hier der Außendurchmesser, des Zuleitungsabschnitts 120 und des Ableitungsabschnitts 140 gleich ausgebildet. Da die Wandung konstant ausgebildet ist, ist auch das innere Abmaß, hier der Innendurchmesser des Zuleitungsabschnitts 120 und des Ableitungsabschnitts 140 gleich ausgebildet. Das innere bzw. äußere Abmaß bezieht sich sowohl auf das Rohr 110 selbst als auch auf die Spirale, welche das Rohr 110 bildet. Das innere Abmaß entspricht bei Bezug auf die Spirale dem radialen Abstand der Spiralachse zu dem Rohr 110, einerseits zu dem der Spiralachse nächsten Abstand des Rohrs 110 (inneres Abmaß) und zum anderen zu dem der Spiralachse weitesten Abstand des Rohrs 1109(äußeres Abmaß).
Durch das Leitungsrohr 100 strömt im Betrieb ein erstes Fluid oder Medium, beispielsweise ein Kältemittel oder dergleichen. Um das Leitungsrohr strömt ein zweites Fluid oder Medium. Zwischen erstem und zweiten Medium erfolgt über die Wandung des Leitungsrohrs 100 eine Wärmeübertragung. Entsprechend ist für das zweite Fluid oder Medium ein Gehäuse (20) vorgesehen, um einen Wärmetauscher zu realisieren.
2 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform einer Hohlmantelrohr-Wärmetauchereinrichtung 1 mit einem Hohlmantelrohr-Wärmetauscher 10 mit einem Leitungsrohr 100 nach 1 ohne Hohlmantelrohr 50 und teilweise ohne Gehäuse 2, um den inneren Aufbau der Wärmetauschervorrichtung 1 deutlicher darzustellen. Das Leitungsrohr 100 ist in einer Haltestruktur 3 angeordnet. Die Haltestruktur 3 umfasst einen Lagerkäfig 4, über welchen ein Antrieb (hier nicht detailliert dargestellt) über ein Lager 5 gelagert ist. Der Lagerkäfig 4 weist vier bügelartige Elemente 6 auf, die in einer Draufsicht um 90° versetzt zueinander, somit äquidistant voneinander beabstandet sind. Die bügelartigen Elemente 6 oder kurz Bügel 6 ragen von dem zentrischen Lager 5, welches sich auf der Seite des zweiten Endes des Leitungsrohrs 100 befindet, brückenartig über das ebenfalls zentrische Leitungsrohr 100 zu einem Gehäuseboden 7. Mit dem Gehäuseboden 7 sind die Bügel 6 verbunden, um eine stabile Haltestruktur 3 zu realisieren. Dabei bildet der Gehäuseboden 7 einen Teil des Gehäuses 2 der Wärmetauchervorrichtung 1, wie in 4 detaillierter zu sehen ist. Ein Teil eines Gehäuses 20 des Hohlmantelrohr-Wärmetauschers 10 ist ebenfalls dargestellt, genauer der Boden 21 des Gehäuses 20. Auf dem Boden 21 steht das verbleibende Gehäuse 20 des Hohlmantelrohr-Wärmetauschers 10 auf.
3 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht die Ausführungsform nach 2 mit Hohlmantelrohr.
4 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht die Ausführungsform einer Hohlmantelrohr-Wärmetauchervorrichtung 1 mit dem Hohlmantelrohr-Wärmetauscher 10 mit Gehäuse 2.
5 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht einen Teil einer Ausführungsform eines Rührwerks 170 der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1 nach 1 in Alleinstellung. Das Rührwerk 170 umfasst einen bügelartigen Rührer 171. Der Rührer 171 umfasst eine Verbindungsstrebe 172, von welcher schräg die eigentlichen Rührelemente 173 abragen. Die Rührelemente 173 ragen in der dargestellten Ausführungsform senkrecht von der Verbindungsstrebe 172 ab. Dabei ragen an jedem Ende der Verbindungsstrebe 172 zwei zueinander zugeordnete Rührelemente 173 ab. Die Rührelemente sind als Längsstreben 174 ausgebildet. Dabei sind die Längsstreben 174 zueinander parallel und beabstandet zueinander ausgebildete. Der Abstand der einander zugeordneten Längsstreben 174 an jedem Ende der Verbindungsstrebe 172 ist derart bemessen, dass der Mantel 23 der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1 zwischen den Längsstreben 174 aufnehmbar ist. Dabei ist der Abstand zwischen den zueinander zugeordneten Längsstreben 174 so bemessen, dass die Rührelemente benachbart zu einer Innenseite bzw. einer Außenseite des Mantels 23 verlaufen, ohne den Mantel 23 zu kontaktieren. Vorzugsweise ist der Abstand so bemessen, dass der Abstand von der Innenseite zu dem benachbarten Rührelement 173 etwa genauso groß ist, wie der Abstand von der Außenseite zu dem benachbarten Rührelement 173. Der Mantel 23 ist somit etwa mittig zwischen den zwei zueinander zugeordneten Rührelementen 173 im zusammengebauten Zustand angeordnet. Der maximale Abstand der Rührelemente 173 zu der jeweiligen Oberfläche des Mantels 23 liegt vorzugsweise in einem Bereich von kleiner gleich20 mm, weiter bevorzugt von kleiner gleich 15 mm und am meisten bevorzugt von kleiner gleich 10mm. Bevorzugt liegt der maximale Abstand in einem Bereich um die 5 mm. Der minimale Abstand der jeweiligen Oberfläche des Mantels 23 zu dem benachbarten Rührelement 173 liegt vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 0,5 mm, weiter bevorzugt von mindestens 1,0 mm und am meisten bevorzugt von mindestens 1,5 mm. Andere Abstände lassen sich je nach Verwendungszweck einstellen. Etwa mittig an der Verbindungsstrebe 172 ist ein Drehlager 175 ausgebildet, über welches das Rührwerk 170 drehbar gelagert ist. An einer dem Drehlager 175 gegenüberliegenden Seite sind die innenliegend angeordneten Rührelemente 173 über eine Antriebsstrebe 176 miteinander verbunden. Die Antriebsstrebe 176 weist mittig eine Aufnahme 177 für einen Wellenantrieb auf. Die Aufnahme 177 weist einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt auf, sodass eine drehfeste Verbindung mit dem Wellenantrieb realisierbar ist. Schematisch ist auch der Boden 21 in der 5 dargestellt.
6 zeigt schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine Anordnung des Leitungsrohrs 100 in dem Hohlmantelrohr oder kurz Hohlrohr 22 des Hohlmantelrohr-Wärmetauschers. 10 bzw. der Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung 1. Das Leitungsrohr liegt mit seiner Wandung - außer im Bereich des Übergangsabschnitt -- an der jeweiligen benachbarten Wandung des Hohlrohrs 22 an. Auf diese Weise ist ein Kanal 180 zwischen den benachbarten Zuleitungswindungen 131 und Ableitungswindungen 135 gebildet. Der Kanal 180 weist einen Zuflussteil 181 und einen Abflussteil 182 auf. Fluidisch verbunden sind der Zuflussteil 181 und der Abflussteil 182 in dem Übergangsabschnitt 150 durch den veränderten Querschnitt des Leitungsrohrs 100. Der Zuflussteil 181 ist mit einem Zuflussanschluss 184 fluidisch verbunden. Der Abflussteil 182 ist mit einem Abflussanschluss 185 fluidisch verbunden. Über den Zuflussanschluss 184 bzw. den Abflussanschluss 185 lässt sich der Kanal 180 mit einer Medienquelle bzw. Mediensenke verbinden.
Wie aus den Fig. weiter ersichtlich umfasst der Hohlmantelrohr-Wärmetauscher 10 das Gehäuse 20, welches neben dem Boden 21 das Hohlrohr 22. Das Hohlrohr 22 weist einen Innenraum (hier nicht explizit dargestellt) auf. Der Innenraum ist von einem inneren Mantel 23 (siehe 6) umgeben. Der innere Mantel 23 ist von einem äußeren Mantel 23 umgeben. Der äußere Mantel 23 ist beabstandet zu dem inneren Mantel ausgebildet. Zwischen innerem Mantel und äußerem Mantel 23 ist somit ein Hohlraum realisiert. Das den inneren Mantel und den äußeren Mantel 23 umfassendes Gehäuse 20 weist weiter einen Deckel 24 auf, welcher das Gehäuse 20 an der dem Boden 21 gegenüberliegenden Seite fluidisch verschließt. An der dem Deckel gegenüberliegenden Seite ist ein Boden vorgesehen, an welchem die Magnetkupplung für den Antrieb vorgesehen ist. Durch den Boden wird das innenliegendes Rührwerk 170(siehe 5) angetrieben. Dies erfolgt kontaktlos, das heißt ohne Bodendurchbruch, über die Magnetkupplung. Der Boden weist einen ringförmigen Teil 21 auf ausgebildet. Auf dem Ring steht das Hohlrohr 22 auf. Über den Freiraum im dem ringförmigen Boden 21 erfolgen die Anschlüsse bzw. Durchleitungen. Der Boden 21 ist beabstandet zu dem Boden 7 des Gehäuses 2 beabstandet ausgebildet.
Der Aufbau der Wärmetauschervorrichtung 1 ist somit wie folgt. Zunächst werden zwei Rohrabschnitte parallel zu einer Doppel-Spirale gewunden. An dem einen Ende der Spirale werden die Rohrabschnitte über ein entsprechend verjüngtes Rohr oder mehrere Rohre miteinander verbunden, um so ein einziges Leitungsrohr herzustellen, welches für den Durchfluss eines Fluids ausgebildet ist. Das so gebildete Leitungsrohr wird in einem Hohlraum angeordnet, welcher durch zwei zylindrische Wandungen gebildet wird. Die beiden Wandungen kontaktieren dabei das Leitungsrohr innen als auch außen, mit Ausnahme in dem Bereich des Übergangabschnitts. Verschlossen werden die beiden Wandungen einerseits mit einem Boden, sodass neben des Strömungskanals des Leitungsrohrs ein zweiter Strömungskanal durch die Zwischenräume der Rohrabschnitte gebildet ist. Durch das im Querschnitt gegenüber dem verbleibenden Teil des Leitungsrohrs veränderte Verbindungsrohr ist eine Umleitung des zweiten Strömungskanal realisiert, sodass das Fluid in als auch aus dem Hohlraum strömen kann. Durch die beiden Wandungen des Hohlmantelrohrs sind zwei Wärmetauscheroberflächen gebildet. An der äußeren und der inneren Wärmetauscheroberfläche, gebildet durch die Außenwandung und die Innenwandung des Hohlrohrs kontaktiert ein weiteres Medium die äußere Wärmetaucheroberfläche. Auf diese Weise ist eine effektive Wärmetauscheroberfläche bereitgestellt. Genauer erfolgt eine Wärmeübertragung an zwei voneinander beabstandete Oberflächen. Zudem wird ein geschlossener Wärmetauscherkreis im Inneren des Hohlraums gebildet, der eine Sicherheit von einem Übertritt eines Kältemittels aus dem inneren Wärmetauscherkreis in den äußeren Wärmetauscherkreis realisiert.
Es versteht sich, dass, obwohl in der vorstehenden Zusammenfassung und der ausführlichen Beschreibung der Figuren lediglich eine beispielhafte Ausführung beschrieben wurde, eine Reihe weiterer Ausführungen existiert. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung dem Fachmann als geeignete Anleitung zum Ausführen zumindest einer beispielhaften Ausführungsform nutzen. Es versteht sich auch, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung
2: Gehäuse (Wärmetauschervorrichtung)
3: Haltestruktur
4: Lagerkäfig
5: Lager
6: Bügel
7: Gehäuseboden
10: Hohlmantelrohr-Wärmetauscher
20: Gehäuse (Hohlmantelrohr-Wärmetauscher)
21: Boden (Hohlmantelrohr-Wärmetauscher)
22: Hohlrohr
23: Mantel
23i: innerer Mantel
23a: äußerer Mantel
24: Deckel
100: Leitungsrohr
110: Rohr
120: Zuleitungsabschnitt
125: Zuleitungsanschluss
130: Windung
131: Zuleitungswindung
135: Ableitungswindung
140: Ableitungsabschnitt
145: Ableitungsanschluss
150: Übergangsabschnitt (Übergangsbereich)
152: Verbindungsabschnitt
170: Rührwerk
171: Rührer
172: Verbindungsstrebe
173: Rührelement
174: Längsstrebe
175: (Dreh-)Lager
176: Antriebsstrebe
177: Aufnahme
180: Kanal
181: Zuflussteil
182: Abflussteil
184: Zuflussanschluss
185: Abflussanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3486374 T2 [0005]

Claims

Leitungsrohr (100) für einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10), umfassend ein Rohr (110), welches einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt (120) aufweist, der spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130,131) des Zuleitungsabschnitts (120) beabstandet voneinander sind, und einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt (140) aufweist, der ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) ebenfalls voneinander beanstandet sind, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) einen rohrförmigen Zuleitungsanschluss (125) aufweist, wobei der Ableitungsabschnitt (140) einen rohrförmigen Ableitungsanschluss (145) aufweist, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) mit dem Ableitungsabschnitt (140) über einen Übergangsabschnitt (150) mit zumindest einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt (152) miteinander fluidisch verbunden ist, wobei der Zuleitungsanschluss (125) und der Ableitungsanschluss (145) an einem ersten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet sind und der Übergangsabschnitt (150) an einem zweiten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet ist, wobei der Ableitungsabschnitt (140), insbesondere dessen Windungen (130, 135) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 131) des Zuleitungsabschnitts (120) verläuft und entsprechend der Zuleitungsabschnitt(120) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) verläuft, wobei Zuleitungsabschnitt (120) und Ableitungsabschnitt (140) für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet sind, wobei ein äußeres Abmaß des zumindest einen Verbindungsabschnitts (152) des Übergangsabschnitts (150) geringer ist als ein äußeres Abmaß des jeweils benachbarten Ableitungsabschnitt (140) bzw. des Zuleitungsabschnitts (120).
Leitungsrohr (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungsanschluss (145) und/oder der Zuleitungsanschluss (125) gerade und/oder parallel beabstandet zueinander ausgebildet ist/sind.
Leitungsrohr (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsabschnitt (120) und/oder der Ableitungsabschnitt (140) ein konstantes äußeres und/oder inneres Abmaß aufweist/aufweisen.
Leitungsrohr (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsabschnitt (120) und der Ableitungsabschnitt (140) das gleiche äußere Abmaß und/oder einen gleichen Durchflussquerschnitt aufweisen.
Leitungsrohr (100) nach einen der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (150) ein oder mehrere Verbindungsrohre (152) aufweist, deren gesamter Durchflussquerschnitt derart ausgebildet ist, dass ein rückstaufreier Durchfluss von Zuleitungsabschnitt (120) zum Ableitungsabschnitt (140) gewährleistet ist und/oder dass der Gesamtdurchflussquerschnitt des Übergangsabschnitts (150) nicht geringer ist, als der Durchflussquerschnitt des Zuleitungsabschnitts (120) und/oder des Ableitungsabschnitts (140).
Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10), umfassend ein Gehäuse (20) mit einem Hohlrohr (30) mit einem Innenraum und einen den Innenraum umgebenden inneren Mantel (23i) und einem den inneren Mantel (23i) beabstandet dazu umgebenden äußeren Mantel (23a), sodass ein Hohlraum zwischen innerem und äußerem Mantel (23) gebildet ist, wobei mindestens eine Seite des Gehäuses (20) deckelartig fluidisch, insbesondere mit einem Deckel (24), verschlossen ist, sodass weder durch den Innenraum noch durch den Abstand zwischen den beiden Mantelflächen ein Fluid strömen kann, wobei in dem Abstand zwischen dem äußeren Mantel (23a) und dem inneren Mantel (23i) ein Leitungsrohr angeordnet ist, insbesondere eine Leitungsrohr (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Leitungsrohr (100) ein Rohr (110) umfasst, welches einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt (120) aufweist, der spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130, 131) des Zuleitungsabschnitts (120) beabstandet voneinander sind, und einen rohrförmigen Ableitungsabschnitt (140) aufweist, der ebenfalls spiral- oder wendelförmig gewunden ist, wobei die Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) voneinander beanstandet sind, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) einen rohrförmigen Zuleitungsanschluss (125) aufweist, wobei der Ableitungsabschnitt (140) einen rohrförmigen Ableitungsanschluss (145) aufweist, wobei der Zuleitungsabschnitt (120) mit dem Ableitungsabschnitt (140) über einen Übergangsabschnitt (150) mit zumindest einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt (152) miteinander fluidisch verbunden ist, wobei der Zuleitungsanschluss (125) und der Ableitungsanschluss (145) an einem ersten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet sind und der Übergangsabschnitt (150) an einem zweiten Ende des Leitungsrohrs (100) angeordnet ist, wobei der Ableitungsabschnitt (140) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 131) des Zuleitungsabschnitts (120) verläuft und entsprechend der Zuleitungsabschnitt (120) zumindest teilweise zwischen den Abständen der Windungen (130, 135) des Ableitungsabschnitts (140) verläuft, wobei Zuleitungsabschnitt (120) und Ableitungsabschnitt (140) für einen gegenläufigen Durchfluss eines durchströmenden Mediums ausgebildet sind, wobei der Ableitungsanschluss (145) und der Zuleitungsanschluss (125) von der nicht deckelartig verschlossenen Seite zwischen dem inneren Mantel (23I(und dem äußeren Mantel (23a) herausragen und/oder wobei ein äußeres Abmaß des zumindest einen Verbindungsabschnitts (152) des Übergangsabschnitts (150) geringer ist als ein äußeres Abmaß des jeweils benachbarten Ableitungsabschnitt bzw. des Z ulei tungsabschni tts.
Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsabschnitt (120) beabstandet zu dem Ableitungsabschnitt (140) verläuft und/oder der Zuleitungsabschnitt (120) und der Ableitungsabschnitt (140) sowohl den inneren Mantel (23i) als auch den äußeren Mantel (a) kontaktieren, sodass durch die Abstände zwischen dem Zuleitungsabschnitt (120) und dem Ableitungsabschnitt (140) ein neben dem durch das Leitungsrohr (100) gebildeten Strömungskanal ein zweiter (Strömungs-)Kanal(180) mit einer Zulaufrichtung und einer Ablaufrichtung zwischen dem Leitungsrohr (100) und den beiden Mänteln (23) gebildet ist, durch welches ein Fluid außen entlang des Leitungsrohrs (100) strömbar ist.
Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (150) des Leitungsrohrs (100) in dem Bereich mit geringerem äußeren Abmaß nicht den inneren Mantel (23a) und den äußeren Mantel (23a) an einer Stelle gleichzeitig kontaktiert, sodass durch den zwischen den Mänteln (23) und den Leitungsabschnitten (120, 140) gebildeten zweiten Strömungskanal ein von einem Zuflussanschluss (184) in Zulaufrichtung Richtung Übergangsabschnitt (150) strömendes Fluid über den Übergangsabschnitt (150) zwischen Leitungsrohr (100) und zumindest einem Mantel (23) strömbar und weiter in Ablaufrichtung Richtung Abflussanschluss (185) strömbar ist.
Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung (1), umfassend einen Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddichtes Gehäuse (20) vorgesehen ist, welches einen von einem Gehäusemantel umgebenden Gehäuseinnenraum aufweist, in welchem der Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10) angeordnet ist, wobei weiter ein Rührwerk (170) vorgesehen ist, welches zum Rühren in dem Innenraum des Hohlmantel-Wärmetauschers (10) als auch in dem Gehäuseinnenraum außerhalb des Hohlmantel-Wärmetauschers (10) ausgebildet ist.
Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist, sodass ein über den Fluideinlass zugeführtes Fluid den Hohlmantelrohr-Wärmetauscher (10) sowohl durch dessen Innenraum als auch entlang dessen äußerer Mantelfläche (23a), die Innenseite der inneren Mantelfläche (23a) und die Außenseite der äußeren Mantelfläche (23a) kontaktierend, strömbar ist, um so eine Wärmeübertragung von dem Hohlrohrmantel-Wärmetauscher (10) auf das umströmende Fluid und umgekehrt zu realisieren.
Verwendung einer Hohlmantelrohr-Wärmetauschervorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10 zur Latentenergieumwandlung und Speicherung, Herstellung von Phasenwechselstoffe wie Eisbrei auch in Lebensmittelqualität, zum Trennen oder verbinden von Gemischen, zum Kühlen oder Heizen oder temperieren von Flüssigkeiten auch mit Feststoffanteilen (zum Beispiel Eiskristalle) oder breiigen oder flüssigen Gemischen aus Flüssigkeit und Gas drucklos, unter Druck und im Vakuum etc.