DE1025913B

DE1025913B - Waermeaustauscher, in dem ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Mittel abgekuehlt wird

Info

Publication number: DE1025913B
Application number: DEN10968A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Otto Jonkers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-07-24
Filing date: 1955-07-21
Publication date: 1958-03-13
Also published as: FR1127861A

Description

DEUTSCHES

Wenn Luft oder ein anderes· Gasgemisch, das Verunreinigungen enthält, abgekühlt wird, werden, häufig bei bestimmten Temperaturen die im Gasgemisch befindlichen Verunreinigungen¹, im Falle von Luft Wasserdampf und Kabtandioxyd, ausgeschieden. Diese: Verunreinigungen können an: unerwünschte Stellen gelangen, so daß im allgemeinen angestrebt wird, bevor das Gasgemisch verflüssigt oder in Fraktionen, getrennt wird, die Verunreinigungen auf geeignete Weise aus dem Gasgemisch zu beseitigen.

Es ist bekannt, dies mittels eines Wärmeaustauschers durchzuführen, in dem das Mittel abgekühlt wird, wobei sich, ein, oder mehrere Bestandteile aus dem Mittel ausscheiden; der Wärmeaustauscher¹ ist hierbei mit einem Träger mit einer Vielzahl sich quer zu ihm erstreckender, bis an eine außerhalb des Trägers liegende Wand reichender und mit Öffnungen für das Mittel versehener plattenförmiger Ansätze versehen, mit denen das Mittel in wärmeanstauschendier Berührung ist; der Träger erstreckt sich dabei von der warmen Seite das Wärmeaustauschers her, auf der das Mittel zugeführt wird, bis an dessen; kalte Seite, auf der das Mittel abgeführt wird; die Ansätze sind mit zueinander versetzten. Öffnungen für das Mittel versehen, die also in jedem Ansatz dien Wandteilen der nächstliegenden Ansätze gegenüber angeordnet sind. Die Verunreiniguingen setzen sich auf den Ansätzen ab. Ein solcher Wärmeaustauscher muß bestimmte Anforderungen erfüllen, damit die Bestandteile in, ausreichendem Maße aus dem Gasgemisch ausgeschieden werden. So muß die Wärme der Ansätze zu mindestens 20 °/o durch Leitung über den Träger nach der kalten Seite des Wärmeaustauisicihiers abgeführt werden, während wenigstens! auf einigen dieser Ansiätze der (die) a,uiS2uscheidande(n) Bestandteil (e) sich absetzt (absetzen) und durch passende Wahl der Teile des Wärmeaustauschers, von der warmen Seite des Wärmeaustauschers her gerechnet, die mittlere Temperatur eines jeden dieser Ansätze um höchstens 20° C, vorzugsweise um höchstens 10⁰C, höher als diejenige fies nächsten Ansatzes isit, wobei im Noirmalbetrieb des· Wärmeaustauschers die mittlere Temperatur jenes Ansatzes, auf dem die Ausscheidung anfängt, um höchstens 20° C, vorzugsweise um höchstens 10° C, niediiger ist als der Auisischeidepunkt jenes (jener) Bestandteiles (-teile), wie es (säe) den Ansätzen zugeführt wird (werden).

Dadurch, daß die gegenseitige Temperatiuurdiffenenz zwischen den Ansätzen nicht zu groß bemessen wird, wird verhütet, daß die Verunreinigungen bereits ausfrieren, bevor sie mit den Ansätzen in Berührung kommen. Andernfalls könnten die Verunreinigungen im Mittel feine Eiskörnier bilden, die siich nicht auf den. Ansätzen absetzen und zusammen mit dem übrigen Wärmeaustauscher,

in dem ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Mittel abgekühlt wird

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 24. Juli 1954

Cornelius Otto Jonkers, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Teil des somit nicht gereinigten Gaisgemisches den Wärmeaustauscher wieder verlassen.

Es hat sich weiter herausgestellt, daß nicht nur die durch eine Öffnung hindurchgehende Gasgemischmenge, sondern auch die mittlere' Geschwindigkeit des Gases den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers beeinflußt. Wenn diese Menge und die Geschwindigkeit zu gering sind, sinkt die Leistung der Wärmeaustauscher ab.

Bei, dem Wärmeaustauscher nach der Erfindung geht deshalb durch jede Öffnung je Sekunde mindestens 0,1 g des abzukühlenden Mittels, wie dies der Anlage zugeführt wird, wobei der Durchlaß eimer jeden Öffnung so groß ist, daß die mittlere Geschwindigkeit in einer Öffnung wenigstens 5 cm je Sekunde beträgt.

Die mittlere Geschwindigkeit in den· Öffnungen wird dadurch gefunden, daß die Menge an Mittel, dlie dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, dividiert wird durch den Flächeninhalt der Öffnungen in einem plattenförmigen Ansatz. Beim Abkühlen nimmt das Volumen des Gasgemisches¹ ab, so daß die effektive Geschwindigkeit in den Öffnungen größer als die berechnete Geschwindigkeit ist. Auch das, Gewicht des Gasgemisches, das je Sekunde durch eine Öffnung hindurchgeht, bezieht sich auf das Gasgemisch, wie dies dem Wärmeaustauscher zugeführt wird. Zwar werden während der Abkühlung des Mittels Verunreinigungen ausgefroren, so daß das- Gewicht des Mittels abnimmt, aber diese Mengen sind im allge-

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meinen je dm^s des Mittels vernachlässigbar gering. Vorzugsweise beträgt die Höchstgeschwindigkeit in einer Öffnung 500 cm je Sekunde.

Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung kann als Eisausscheider bei eimer Kaltgaskältemaschiine und insbesondere zum Ausfrieren von Wasserdampf aus Luft Anwendung finden. In diesem Falle wird im allgemeinen die ganze Wärme, die dem zu kühlenden Gasgemisch entzogen, wird, durch den Träger zur Kaltgaskältemaschiine abgeleitet.

Der Wärmeaustauscher kann jedoch auch bei einer Anlage zum Trennen eines Gasgemisches im Fraktionen Verwendung finden. In diesem Falle kann Wärme durch den Träger zum Kocher einer Gastrennkolonne geleiitet werden. In bestimmten Falten kann auch ein Teil des in. der Gasitrennanlage erzeugten gasförmigen Produktes den Wärmeaustauscher durchfließen. In diesem Falle wird das Mittel auch durch das erzeugte Produkt gekühlt, so daß nur ein Teil der dem Mittel entzogenen W^rärme durch den Träger zum Kocher abgeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kaltgaskältemaschine mit einem Wärmeaustauscher nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen Ouerschnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 1.

Die Kaltgaskältemaschiine, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist von der sogenannten Verdrängerart und weist einen Zylinder 1 auf, in dein ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 sich mit wenigstens nahezu konstantem Phasenunterschied auf und ab bewegen. Zu diesem Zweck ist der Verdränger mittels- ainies Triebstangensystems 4 mit einer Kurbel einer Kurbelwelle 5 gekuppelt, während der Kolben mittels eines. Kurbelw^eUenmechanismus 6 mit Kurbeln der gleichen Kurbelwelle gekuppelt ist.

Der Verdränger 2 beeinflußt das Volumen eines Raumes 7, des sogenannten Gefrierraumes, der über einem Gefrierer 8, einen Regenerator 9 und einen Kühler 10 mit einem Raum 11, dem Raum höherer Temperatur, verbunden ist.

Infolge der Aufundabbewegung des Kolbens und des Verdränger« durch Drehung der Kurbelwelle 5, die durch einen Elektromotor 12 angetrieben wird, ergibt sich im Raum 7 im wesentlichen Expansion des in diesem Raum befindlichen Arbeitsmittels, während im Raum 11 im wesentlichen Kompression dieses Mittels auftritt.

Dem Gefrierer 8 und dem Gefrierraum 7 kann somit Wärme zugeführt werden, dlie einem zu kühlenden Mittel entzogen werden kann.

Am Kopf der Kältemaschine ist ein Träger 13 vorgesehen, der mit plattenförmigen Ansätzen 14 mit zueinander versetzten Öffnungen 15 versehen ist, die Öffnungen folglich so angeordnet sind, daß sich die Öffnungen jeder Platte Wandtailen der nächstliegenden Platten gegenüber befinden. Die Ansätze 14 sind von einer Isolierungfewand 16 umgeben. Diese Wand wird von einer zweiten- Wand 17 umgeben, so daß sich zwischen den beiden Wänden ein Ringkanal 18 ergibt. Das von der Kältemaschine zu kühlende Mittel, beispielsweise Luft, wird durch eine Leitung 19 dem Ringkanal 18 zugeführt, fließt aufwärts und tritt an der Oberseite in den Raum 20, von wo es zu den Öffnungen im obersten plattenförmigen Ansatz Zugang hat.

Der Träger 13 und die Ansätze 14 sind so bemessen und aus derartigem Material hergestellt, daß die mittlere Temperaturdiffereriz zwischen zwei aufein anderfolgenden plattenförmigen Ansätzen höchstens 20" C beträgt, während die Temperatur des Ansatzes, auf dem die Ausscheidung anfängt, um höchstens 20^J C, vorzugsweise: um höchstens 10³C, niedriger als der Aussicheidepunkt der auszufrierenden Verunreinigung im Gasgemisch ist. Auf diese Weise wird die Bildung von feinem Schnee erschwert oder sogar verhütet.

Das abgekühlte Mittel wird dann mittels durch den Gefrierer 8 geleisteter Kälte verflüssigt und durch eine Leitung 21 mit einem Schwanenhals 22 abgeführt.

Durch die Öffnungen 15 in den Ansätzen geht je Sekunde mindestens 0,1 g des abzukühlenden Mittels hindurch, wobei die mittlere Geschwindigkeit in jeder Öffnung mindestens 5 cm je Sekunde beträgt.

Wird der dargestellten Kältemaschine je Stunde 6kg Luft, d.h. je Sekunde 1,67g zugeführt, so sind nach der Erfindung je Ansatz höchstens sechzehn Öffnungen vorges eben.

Wird für das spezifische Gewicht von Luft bei 20° C und 760 mm Quecksilbersäule 1,205 kg/m³ angenommen, so- wird je Sekunde 1385 cm³ Luft zugeführt. Die mittlere Geschwindigkeit der Luft soll wenigstens cm je Sekunde betragen, und deshalb ist die gesamte Durchströniungsfläche je Ansatz höchstens 277 cm².

Weist der Wärmeaustauscher sechs öffnungen auf, wie dies in der Figur dargestellt ist, so muß nach der Erfindung der Flächeninhalt je Öffnung höchstens 277
-— — 46,2 cm² betragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, in dem ein. aus mehreren Bestandteilen bestehendes Mittel gekühlt wird, wobei sich wenigstens ein Bestandteil aus dem Mittel ausscheidet, welcher Wärmeaustauscher mit einem Träger versehen ist, der eine Anzahl sich quer zu ihm erstreckender, mit dem Mittel in wärmeaustauschender Berührung stehender, bis an eine außerhalb des Trägers liegende Wand reichender und mit Öffnungen für das Mittel versehener plattenförmiger Ansätze trägt, wobei die öffnungen bei jedem Ansatz gegenüber Wandteilen der nächstlliegenden Ansätze angeordnet sind, und der sich von der warmen Seite des Wärmeaustauschers her, an der das Mittel zugeführt wird, nach der kalten Seite, an der das Mittel abgeführt wird, erstreckt, und wobei die Wärme der Ansätze zu mindestens 20% durch Leitung über den Träger zur kalten. Seite des Wärmeaustauschers abgeführt wird, während auf wenigstens einigen dieser Ansätze sich die auszuscheidenden Bestandteile absetzen und durch passende Wahl der Teile des Wärmeaustauschers, von der warmen Seite des Wärmeaustauschers gerechnet, die mittlere Temperatur eines jeden dieser Ansätze um höchstens 20° C, VOrZUg¹SAVeJiSe um höchstens 10° C, höher als diejenige des nächstfolgenden Ansatzes ist, während im Normalbetrieb des Wärmeaustauschers die mittlere Temperatur des Ansatzes, auf dem die Ausscheidung anfängt, um höchstens 20° C, vorzugsweise um höchstens 10° C, niedriger als der Ausscheidungspunkt dieser Bestandteile ist. wie sie den Ansätzen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede Öffnung je Sekunde mindestens 0,1 g des abzukühlenden Mittels hindurchgeht, wie dies der Anlage zugeführt wird, und daß der Durchlaß einer

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jeden Öffnung so groß i/st, daß die mittlere Ge- Beseitigen von Wasserdampf aus· Luft verwendet

sohwindigkeit in einer Öffnung mindestens 5 cm wird,

je Sekunde beträgt.

2. Wärmeaustauscher nadi Anspruch 1, dadurch In Betracht gezogene Drudischriften:

gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher zum 5 Deutsche Patentschriften Nr. 961 630, 966 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen