DE1022248B - Waermeaustauscher zum Ausscheiden von Verunreinigungen aus Gasen durch Abkuehlung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher zum Ausscheiden von Verunreinigungen aus Gasen, worunter auch Gasgemische und Dämpfe zu verstehen sind, durch Abkühlung. Es ist bekannt, zu diesem Zweck einen Wärmeaustauscher anzuwenden, der eine Anzahl in der Bahn der Gase angeordneter vorstehender Teile aufweist, die auf einem gemeinsamen Träger angebracht sind, wobei im Betrieb des Wärmeaustauschers zwischen diesen vorstehenden Teilen oder Gruppen dieser vorstehenden Teile von der warmen Seite her zur kalten Seite eine Differenz der mittleren Temperatur von höchstens 20° C, vorzugsweise höchstens 10° C, besteht. Die beschriebenen vorstehenden Teile können als Platten ausgebildet sein, die auf der ganzen Platte eine nahezu konstante Temperatur aufweisen. Man könnte den vorstehenden Teilen jedoch einen derartigen Wärmewiderstand geben, d. h. sie derart bemessen, oder sie aus derartigem Material herstellen, daß sich im Betrieb auf der Höhe des vorstehenden Teiles ein Temperaturgefälle von wenigstens 5⁰C zwischen den Enden des Teiles ergibt, von dem Ende gerechnet, an dem der Teil am Träger befestigt ist.

Bei den bekannten Wärmeaustauschern strömt das Gasgemisch an in einiger Entfernung voneinander angeordneten Wänden entlang durch den Kanal, der nahezu überall die gleichen Abmessungen aufweist. Im allgemeinen wird in einem verhältnismäßig kleinen Temperaturbereich eine verhältnismäßig große Menge eines in einem Gasgemisch vorhandenen Be-Standteiles ausgeschieden, während bei weiterer Abkühlung erheblich weniger ausgeschieden wird. Manchmal sind in einem Gasgemisch mehrere Bestandteile vorhanden, die durch Abkühlung entfernt werden müssen. Insbesondere bei Luft müssen aus diesem Gasgemisch sowohl Wasserdampf als auch Kohlensäure ausgeschieden werden, wobei die Menge an Kohlensäure erheblich geringer als die Menge an Wasserdampf ist, so daß der Raum zum Speichern der Kohlensäure erheblich kleiner als der Raum zum Speichern des Wasserdampfes sein kann.

Die Erfindung bezweckt, einen Wärmeaustauscher derart auszubilden, daß der Raum zum Speichern eines Bestandteiles, beispielsweise Kohlensäure, und der Raum zum Speichern eines anderen Bestandteiles, beispielsweise Wasserdampf, auf einfache Weise den ursprünglich im Gasgemisch vorhandenen Mengen dieser Bestandteile angepaßt sind. Gemäß der Erfindung ist der Träger plattenförmig, und die vorstehenden Teile sind so auf ihm angeordnet, daß der vorstehende Teil oder die Gruppe von vorstehenden Teilen mit der niedrigsten mittleren Temperatur wenigstens im wesentlichen gemäß einer Zylinderfläche angeordnet sind, wobei, diesen Zylinder um-

von Verunreinigungen aus Gasen

durch Abkühlung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 5. November 1955

Cornells Jacobus Marie van der Laan,

Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

gebend, gleichfalls gemäß Zylinderflächen die vorstehenden Teile oder die Gruppen vorstehender Teile mit einer jeweils höheren mittleren Temperatur angeordnet sind, während die Zufuhr für das Gasgemisch sich am Außenumfang des Wärmeaustauschers befindet und die Abfuhr in der Mitte des Wärmeaustauschers liegt.

An sich ist es bekannt, dem Kanal in einem Wärmeaustauscher einen abnehmenden oder zunehmenden Querschnitt zu erteilen, je nachdem das diesen Kanal durchströmende Gas abgekühlt oder erhitzt wird. Dies bezweckt, eine nahezu konstante Gasgeschwindigkeit zu erzielen. Bei dem Wärmeaustauscher nach der Erfindung, der zum Ausscheiden gasförmiger oder flüssiger Bestandteile in festem Zustand Verwendung findet, ist die Gasgeschwindigkeit zwar wichtig, insbesondere jedoch ist hierbei die Größe des Raumes zum Speichern der Bestandteile maßgebend. Dadurch, daß der Kanal der Menge der auszuscheidenden Bestandteile angepaßt wird, kann dafür gesorgt werden, daß der Rauminhalt des Wärmeaustauschers möglichst zweckmäßig ausgenutzt wird.

Wenn hier von der mittleren Temperatur eines vorstehenden Teiles die Rede ist, so ist hierunter das arithmetische Mittel der Temperatur an dem Ende des vorstehenden Teiles, an dem es an dem Träger befestigt ist, und der Temperatur desjenigen Endes, das möglichst weit vom Träger entfernt ist, zu verstehen.

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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung' Material mit einem derartigen Wärmeleitungskoeffihat wenigstens eine Anzahl der vorstehenden Teile zienten hergestellt, daß *ich zwischen den niitteinen solchen Wärmewiderstand, daß im Betrieb des leren Temperaturen der vorstehenden Teile jedes Wärmeaustauschers das dem Träger abgewendete Ringes 3". 3* usw. höchstens ein Temperaturunter-Ende eine um wenigstens 5° C höhere Temperatur 5 schied von 20° C ergibt, mit der Maßgabe, daß die aufweist als das Ende, an dem dieser Teil am gemein- vorstehenden Teile mit der niedrigsten Temperatur samen Träger befestigt ist. Aus baulichen Gründen sich in der Mitte und die mit der höchsten Tempegeht das Temperaturgefälle auf einem vorstehenden ratur sich am Außenumfang des Wärmeaustauschers Teil vorzugsweise nicht über 30° C hinaus. Wenn die befinden. Die Stifte selbst sind so bemessen und aus vorstehenden Teile das vorerwähnte Temperatur- io derartigem Material hergestellt, daß sich auf einem gefälle von wenigstens 5° C aufweisen, ist der Stift ein Temperaturgefälle von mindestens 5⁰C und effektive Zeitraum, bevor der Wärmeaustauscher vorzugsweise höchstens 30° C ergibt. Das Gas, aus durch das Eis verstopft wird, größer als bei einem dem die Bestandteile ausgeschieden werden müssen. Wärmeaustauscher, dessen vorstehenden Teilen diese wird am Außenumfang zugeführt und, während es Eigenschaft fehlt. Vorzugsweise sind die vorstehen- 15 an den Stiften entlang strömt, gleichmäßig abgekühlt, den Teile als Stifte ausgebildet, obgleich auch mit Wenn Luft zugeführt wird, setzt sich auf den ersten Schlitzen versehene plattenförmige vorstehende Teile Ringen am unteren Ende der Stifte, wo die Tempe-Verwendung finden können. ratur hinreichend niedrig ist. der Wasserdampf in Im allgemeinen ist es erwünscht, den Temperatur- Form von Eismengen 14 ab. wie dies in Fig. 1 durch unterschied zwischen den Stiften, die zu den unter- 2° gestrichelte Linien dargestellt ist. Infolgedessen wird schiedlichen aufeinanderfolgenden Gruppen gehören, das Gas gezwungen, an dem oberen Ende der Stifte nicht übermäßig groß zu halten, während dennoch der entlang zu strömen, wo jedoch eine höhere Temperatur Abstand zwischen den Gruppen von Stiften nicht herrscht, so daß erst bei einer weiter innen liegenden übermäßig klein ist. Gemäß einer weiteren Ausfall- Gruppe an den oberen Enden der Stifte sich wieder rungsform der Erfindung sind zu diesem Zweck in 25 Eis 15 ausscheidet, wie dies in Fig. 1 gleichfalls durch dem Wärmeaustauscher zwischen den Stiften Leit- gestrichelte Linien angegeben ist. Dadurch, daß die wände vorgesehen, durch die das Gas gezwungen wird, Luft an der oberen Seite der ersten Gruppen von den \¥ärmeaustauscher in einer wenigstens im Stiften entlang strömt, wird diesen Stiften Wärme wesentlichen spiralförmigen Bahn zu durchströmen. zugeführt, wodurch ein Teil des am unteren Ende ge-Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfin- 3° bildeten Eises wegschmilzt und gegebenenfalls weiter dung sind die vorstehenden Teile wenigstens im unten erneut gefriert. Die Bildung von Eis 15 geht wesentlichen zylinderförmig und mit Löchern ver- weiter, bis die Öffnungen zwischen den zweiten sehen, durch die das Gas hindurchströmen kann, wo- Gruppen von Stiften völlig verstopft sind. Auf den bei die Zylinder konzentrisch angeordnet sind. nahe bei der Mitte angeordneten Stiften wird die in Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungs- 35 der Luft vorhandene Kohlensäure niedergeschlagen, beispiele näher erläutert. so daß ein von Wasserdampf und Kohlensäure ge-Fig. 1 und 2 stellen einen Wärmeaustauscher dar, reinigtes Gas durch die öffnungen 8 und den Kanal 9 der mit Stiften versehen ist, wobei zwischen den Enden hindurch zu den Rippen 10 des Gefrierers der KaItdieser Stifte ein Temperaturunterschied besteht, gaskältemaschine geführt wird. Auf diesen Rippen während 40 verflüssigt sich das Gas, und das Kondensat kann Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform darstellen, bei durch die Leitung 12 mit dem Flüssigkeitsverschluß der die vorstehenden Teile zylinderförmig und kon- 13 abgeführt werden. Durch das Vorhandensein des zentrisch angeordnet sind; Flüssigkeitsverschlusses 13 bleibt bei den Rippen 10 Fig. 5 stellt eine Ausführungsform dar, die mit ein Unterdruck bestehen, so daß die Luft infolge Stiften versehen ist, wobei das Gas den Wanne- ⁴5 dieses L^Tnterdruckes am Außenumfang des Wärmeaustauscher gemäß einer spiralförmigen Bahn durch- austauschers angesaugt wird.

strömt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist ein Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Wärme- Kocher 16 einer Gastrennanlage vorgesehen, in dem austauscher, während Fig. 2 einen gemäß der sich die Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt, beiLinie H-II der Fig. 1 geführten Schnitt zeigt. Der 50 spielsweise flüssiger Sauerstoff, befindet. Am Boden Wärmeaustauscher besitzt einen plattenförmigen 17 dieses Kochers ist eine Stange 18 mit einem Träger 1, auf dem eine Anzahl Gruppen von Stiften 2 plattenförmigen Trägers 19 befestigt. Diese Platte ist in konzentrischen Ringen 3, 3", 3⁶ usw. angeordnet mit einer Anzahl von zylindrischen, vorstehenden sind. Oberhalb der Stifte befindet sich eine Platte 4, Teilen 20«, 20^&, 20'' usw. versehen, die mit Löchern 21 durch die ein Kanal für das abzukühlende Gasgemisch 55 versehen sind, wobei die Löcher in aufeinanderfolgenbegrenzt wird, wobei die Stifte 2 in diesem Kanal an- den Teilen so angebracht sind, daß für das den geordnet sind. Der Wärmeaustauscher weist eine in Wärmeaustauscher durchströmende Gas eine Vielder Mitte angeordnete Stange 5 auf. die mit der zahl von Sperren aufgeworfen wird. Auf der Ober-Platte 1 in wärmeleitender Verbindung steht und bei seite der vorstehenden Teile liegt eine Verschlußdiesem Ausführungsbeispiel dadurch abgekühlt wird, 60 platte 22, während nahe bei der Mitte eine Abfuhrdaß sie beispielsweise auf einem Kopf 6 einer Kalt- öffnung 23 vorgesehen ist, die in einen den Kocher gaskältemaschine 7 angeordnet ist. Die Stange 5 ist umgebenden Kanal 24 mündet. Auch bei dieser Ausdurch eine Anzahl Öffnungen 8 umgeben, die in einen führungsform wird das Gasgemisch, beispielsweise Kanal 9 münden, in dem sich Rippen 10 eines Ge- Luft, am Außenumfang angesaugt und strömt an den frierers der Kaltgaskältemaschine befinden. Auf der 65 vorstehenden Teilen entlang, die auf der ganzen Höhe Unterseite des Kanals 9 ist eine ringsum laufende eine konstante Temperatur aufweisen, wobei Eis ab-Rinne 11 vorgesehen, die mit einer Abfuhrleitung 12 gesetzt wird.

versehen ist, in der ein Flüssigkeitsverschluß 13 an- Fig. 5 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen

geordnet ist. mit Stiften versehenen Wärmeaustauscher. In dieser

Die Platte 1 ist derart bemessen und aus einem 70 Figur sind diejenigen den Fig. 1 und 2 entsprechenden

Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dieser Wärmeaustauscher weist Gruppen von Stiften 3j 3^ff, 3^& usw. auf. Zwischen diesen Stiften sind Leitwände 25 angebracht, so daß das am Außenumfang zugeführte Gasgemisch gezwungen wird, in einer im wesentlichen spiralförmigen Bahn zu strömen. Hierdurch wird die von den Gasen im Wärmeaustauscher zurückgelegte Strecke verlängert.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher zum Ausscheiden von Verunreinigungen aus Gasen durch Abkühlung, der eine Anzahl in der Bahn der Gase angeordneter vorstehender Teile aufweist, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei im Betrieb des Wärmeaustauschers zwischen diesen vorstehenden Teilen oder Gruppen dieser vorstehenden Teile von der warmen Seite her zur kalten - Seite ein Unterschied in den mittleren Temperaturen von höchstens 20° C besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger plattenförmig ausgebildet ist und die vorstehenden Teile derart auf ihm angeordnet sind, daß der Teil oder die Gruppe von Teilen mit der niedrigsten mittleren Temperatur wenigstens im wesentlichen gemäß einer Zylinderfläche angeordnet sind, wobei. diesen Zylinder umgebend, die vorstehenden Teile oder Gruppen von vorstehenden Teilen mit jeweils höherer mittlerer Temperatur gleichfalls gemäß Zylinderflächen angeordnet sind, wobei die Zufuhr für das Gasgemisch sich am Umfang des Wärmeaustauschers befindet und die Abfuhr in seiner Mitte liegt.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Anzahl der vorstehenden Teile einen derartigen Wärmewiderstand aufweist, daß im Betrieb das dem Träger abgewendete Ende eine Temperatur annimmt, die um wenigstens 5⁰C über die Temperatur an der Befestigungsstelle am gemeinsamen Träger hinausgeht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den vorstehenden Teilen Leitwände vorgesehen sind, durch die das Gas gezwungen wird, den Wärmeaustauscher in einer wenigstens im wesentlichen spiralförmigen Bahn zu durchströmen.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Teile wenigstens im wesentlichen zylinderförmig und mit Löchern versehen sind, durch die das Gas hindurchströnien kann, wobei die Zylinder konzentrisch angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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