DE10326381A1 - Turburlenzerzeuger - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft Gehäuse, die beispielsweise als Wärmeaustauscher fungieren können und in die als Turbulenzerzeuger mindestens zwei einsteckbare kammförmig strukturierte Bleche lösbar eingeschoben sind, wobei diese beim Durchströmen des Gehäuses mit Fluiden als Turbulenzerreger und Mischer wirken, indem sie den freien Strömungsquerschnitt des Gehäuses verkleinern und im rechten Winkel zur Anströmfläche mindestens zwei verschiedene Abschnitte haben, einen ersten nicht strukturierten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, der entlang der Hauptströmungsrichtung durch wechselnde Stege und Lücken strukturiert ist, und dadurch die einsteckbaren Bleche gegenüberliegende durchgehende und/oder unterbrochene Kontaktlinien zur inneren Gehäusewand bilden, um durch Wärmeleitung eine Temperierung in den Strömungsbereich des Fluids zu ermöglichen und gleichzeitig die kammförmigen Bleche mechanisch zu verspannen, und die Stege in einem Winkel alpha von 10 bis 80 DEG zur Hauptströmungsrichtung geneigt sind, und mindestens zwei übereinander geschichtete Bleche im Strömungsquerschnitt des Gehäuses durch den alternierenden Winkel alpha der Stege eine Gitterstruktur bilden, und die äußere Fläche des Gehäuses mindestens zu 50% mit einer Temperierzone umgeben ist.The present invention relates to housings which can function, for example, as heat exchangers and in which at least two plug-in comb-shaped structured sheets are detachably inserted as turbulence generators, these acting as turbulence exciters and mixers when flowing through the housing with fluids by reducing the free flow cross-section of the housing and have at least two different sections at right angles to the inflow surface, a first unstructured section and a second section, which is structured along the main flow direction by changing webs and gaps, and thereby form the plug-in plates opposite continuous and / or broken contact lines to the inner housing wall, to allow thermal conduction by a temperature control in the flow region of the fluid and at the same time mechanically clamp the comb-shaped sheets, and the webs at an angle alpha of 10 to 80 DE G are inclined to the main flow direction, and formed at least two sheets stacked in the flow cross-section of the housing by the alternating angle alpha of the webs a lattice structure, and the outer surface of the housing is at least 50% surrounded by a tempering zone.
Description
Die
vorliegende Erfindung betrifft Gehäuse (
Bekannte Turbulenzelemente bzw. Turbulenzerzeuger werden aus Drähten bzw. dünnen Stäben mit rundem Querschnitt gefertigt und beispielsweise durch die Firma CalGavin auf deren Internet Homepage http://www.calgavin.co.uk/HITRAN/hitran.htm (15. November 2002) unter der Bezeichnung HITRAN® Thermal System vertrieben. Der darin angewandte runde Draht bewirkt nur eine geringe Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung wenn hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen. Die zur Leistungserhöhung benötigte ausgeprägte Mischwirkung wird jedoch aufgrund der runden Drahtquerschnitte nicht ausreichend verbessert. Liegen hohe Strömungsgeschwindigkeiten vor, wie z.B. bei wässrigen oder gasförmigen Systemen, wird normalerweise das turbulente Strömungsverhalten verbessert. Aus der Strömungslehre ist bekannt, dass Einbauten mit runden Querschnitten eine geringe Querströmung erzeugen und schon bei niedrigen Viskositäten eines Stoffes (wenige mPa·s) diese Eigenschaften hinsichtlich der mischenden Querströmung fast vollständig verloren geht.Known turbulence elements or turbulence generators are made of wires or thin rods with a round cross-section and, for example, by the company CalGavin on their Internet homepage http://www.calgavin.co.uk/HITRAN/hitran.htm (15 November 2002) under called HITRAN ® thermal distributed system. The round wire used therein causes little improvement in heat transfer performance when high flow rates exist. However, the pronounced mixing effect required to increase the power is not sufficiently improved due to the round wire cross sections. If high flow rates are present, such as in aqueous or gaseous systems, the turbulent flow behavior is usually improved. From fluid mechanics it is known that internals with round cross-sections produce a small cross-flow and even at low viscosities of a substance (a few mPa · s) these properties are almost completely lost with regard to the mixing cross-flow.
Daher
sind Turbulenz-Elemente oder Turbulenzerreger auch nur in Verbindung
mit wässrigen Systemen
bekannt.
Turbulenz-Erreger können auch statische Mischer sein. In der industriellen Anwendung sind jedoch statische Mischer (Fa. Kenics, Sulzer, Koch-Glitsch) häufig zu teurer, so dass derartige Ausführungen nur selten zur Anwendung kommen.Vortex pathogens can also be static mixer. In industrial application are However, static mixers (Messrs. Kenics, Sulzer, Koch-Glitsch) often too more expensive, so that such designs rarely used.
Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen gewellte Bleche in Profilkanäle eingeschoben und nachträglich verlötet werden. Auch bei diesen technischen Lösungen erfolgt eine geringfügige Vergrößerung der produktseitigen wärmeübertragenden Fläche und damit eine Leistungserhöhung.It are also versions known in which corrugated sheets are inserted into profile channels and soldered subsequently. Even with these technical solutions is a minor one Magnification of the product-side heat-transferring surface and thus a performance increase.
Aus EP-A 0 659 500 sind zur Verbesserung von Wärmeaustauschvorgängen Flachrohre bekannt, die durch Plattwalzen von runden Rohren hergestellt werden. In Flachrohren ist der Abstand von temperierter Kanalinnenwand zur Kanalmitte verkleinert. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die kleine Temperierfläche und die geringe Druckstabilität der Flachrohre. Werden höher viskose Stoffe in derartigen Flachkanälen temperiert, kommt es zu einer ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung, die wiederum eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Produktstrom erzeugt. Höher viskose Stoffe erzeugen zusätzlich hohe Differenzdrücke, so dass diese Flachrohre aufgrund der geringen Druckstabilität zum Ausbeulen neigen und nicht formstabil sind. Hohe auftretende Differenzdrücke in Flachrohren führen zudem dazu, dass der rechteckige Querschnitt der Flachrohre sich zurückbildet und wieder einen runden Querschnitt annimmt. Zur Erhöhung der Druckstabilität eines Flachrohres kann die Rohrwandstärke erhöht werden mit dem Nachteil, dass die Wärmeübertragungsleistung sich ebenfalls verschlechtert.Out EP-A 0 659 500 are flat tubes for improving heat exchange processes known, which are produced by flat rolling of round tubes. In flat tubes, the distance from tempered channel inner wall to Channel center reduced. The disadvantage of this design is the small temperature control surface and the low pressure stability the flat tubes. Get higher Viscous substances tempered in such flat channels, it comes to a nonuniform velocity distribution, in turn, a non-uniform temperature distribution generated in the product stream. Higher Viscous substances additionally produce high differential pressures, so that these flat tubes due to the low pressure stability for buckling tend and are not dimensionally stable. High occurring differential pressures in flat tubes also lead in that the rectangular cross-section of the flat tubes regresses and again takes a round cross section. To increase the pressure stability a flat tube, the tube wall thickness can be increased with the disadvantage that the heat transfer performance also deteriorates.
Aus EP-A 0 302 232 ist ein Flachrohr für einen Wärmetauscher bekannt, welches aus einem gebogenen Blechstreifen herstellbar ist. Dieses Flachrohr kann auch mit Turbulenzeinlagen versehen werden, wobei in einem Lötvorgang alles dicht verlötet wird. Solch gebogene Blech-Flachrohre sind nur für geringe Differenzdrücke einsetzbar. Sobald das Flachrohr sich aufgrund eines hohen Druckes aufbiegt, verliert es die verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften. Die Druckstabilität des beschriebenen Flachrohres wird erhöht, indem Stege durch Falzung eingearbeitet werden. Die Stege verändern das Flachrohr dahingehend, dass ein mehrkanaliger Flachkanal mit höherer Druckstabilität entsteht. Der entstehende Einzelkanal des Flachrohres ist nahezu quadratisch. Der quadratische Strömungsquerschnitt führt jedoch dazu, dass nur zwei Temperierflächen wirksam sind. Zudem ist der Abstand von Kanalmitte zur inneren Temperierfläche so groß, dass sich ein Temperaturgradient einstellt, der eine gleichmäßige schnelle und produktschonende Temperierung verhindert. Soll ein höher-viskoser Stoff bei niedriger, laminarer Strömungsgeschwindigkeit temperiert werden, sind die Temperaturunterschiede im Strömungsquerschritt besonders ausgeprägt.From EP-A 0 302 232 a flat tube for a heat exchanger is known, which can be produced from a bent metal strip. This flat tube can also be provided with turbulence inserts, wherein in a soldering process everything is soldered tight. Such curved sheet metal flat tubes can only be used for low differential pressures. As the flat tube bends due to high pressure, it loses the improved heat transfer properties. The pressure stability of the flat tube described is increased by webs are incorporated by folding. The webs change the flat tube so that one more Channel-shaped flat channel with higher pressure stability arises. The resulting single channel of the flat tube is almost square. However, the square flow cross-section means that only two tempering surfaces are effective. In addition, the distance from the center of the channel to the inner tempering surface is so large that a temperature gradient is established which prevents a uniform, rapid and product-gentle tempering. If a higher-viscous substance is to be tempered at a low, laminar flow rate, the temperature differences in the flow cross-section are particularly pronounced.
Schließlich werden in der EP-A 1 213 556 Flachrohre mit mehreren nebeneinander angeordneten Strömungsbereichen beschrieben die in einem Sammelrohr münden. Die Flachrohre bestehen aus mehreren parallelen Strömungskanälen, so dass die Wände der Einzelkammern eine druckstabilisierende Wirkung auf die Form des Flachrohres haben. Mehrere parallel angeordnete Flachrohre, die alle in ein Sammelrohr münden bilden einen Wärmeaustauscher. Die Form des beschriebenen Flachrohres wird im Strangpressverfahren mit z.B. Aluminium hergestellt. Die Herstellung dieser Flachrohre ist kompliziert und es bedarf besonderer Werkzeuge. Infolgedessen sind derartige Flachrohre nicht in hoch-korrosionsfesten Werkstoffen herstellbar.Finally in EP-A 1 213 556 flat tubes with a plurality of juxtaposed flow regions described in a manifold lead. The flat tubes exist from several parallel flow channels, so that the walls the individual chambers a pressure-stabilizing effect on the shape of the flat tube. Several parallel flat tubes, which all lead into a manifold form a heat exchanger. The shape of the flat tube described is in the extrusion process with e.g. Made of aluminum. The production of these flat tubes is complicated and requires special tools. Consequently Such flat tubes are not in highly corrosion-resistant materials produced.
Es bestand daher die Aufgabe eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln mit dem Temperiervorgänge einphasiger und/oder zweiphasiger flüssiger oder gasförmiger Stoffströme verbessert werden und betriebliche Probleme, wie z.B. das auftretende Fouling innerhalb der Vorrichtung, minimiert werden. Zusätzlich sollte eine einfache und gute Reinigungsmöglichkeit geschaffen werden. Aus dieser erweiterten Aufgabenstellung resultiert auch eine Veränderung des Strömungskanals, so dass Turbulenzerzeuger bzw. Turbulenzerreger in Verbindung des aufnehmenden Strömungskanals zusammen verbessert werden sollten. Der Strömungskanal und auch die Turbulenzerzeuger müssen einfach herstellbar sein, so dass die Fertigungskosten niedrig sind, so dass eine preiswerte neue Technik entsteht. Die gesamte Vorrichtung sollte eine kleine und kompakte Bauweise erhalten, um weitere Vorteile zum Stand der Technik zu erhalten. Die Temperierleistung von strömungsführenden Kanälen oder Rohren soll durch möglichst einfach zu montierende Elemente erhöht werden, so dass bei verbessertem Verweilzeitspektrum und minimalem Produktvolumen im Temperierkanal die Temperierleistung wesentlich erhöht wird. Des Weiteren sollen die verbesserte Temperierleistung auch für Stoffe mit erhöhter Viskosität von z.B. bis 100000 mPas sichtbar werden. Die Aufgabe ist besonders schwierig, da Stoffe mit hoher Viskosität ein laminares Strömungsverhalten, und die Strömungsgeschwindigkeiten niedrig gehalten werden, um die auftretenden Druckverluste klein zu halten. In Fachkreisen wird bei diesen geringen Strömungsgeschwindigkeiten von kriechenden bzw. schleichenden Strömungen gesprochen. Aufgrund der möglichen hohen Druckverluste, muss eine Druckstabilität von mindestens 300 bar erreicht werden.It Therefore, the object was a device and a method to develop with the tempering processes single-phase and / or two-phase liquid or gaseous streams can be improved and operational problems, such as the occurring fouling within the device to be minimized. In addition, should be a simple and good cleaning possibility be created. This extended task results also a change the flow channel, so that turbulence generator or turbulence exciter in connection of receiving flow channel should be improved together. The flow channel and also the turbulence generator have to be easy to produce, so that the production costs are low, so that a cheap new technology is created. The entire device should get a small and compact design for more benefits to obtain the state of the art. The temperature control of flow-leading channels or pipes should be through as possible easy-to-mount elements are increased, so with improved Dwell time spectrum and minimum product volume in the temperature control channel the temperature control is significantly increased. Furthermore, should the improved tempering performance also for substances with increased viscosity of e.g. to 100,000 mPas become visible. The task is especially difficult because substances with high viscosity laminar flow behavior, and the flow rates be kept low, the occurring pressure losses small to keep. In professional circles is at these low flow rates of creeping or creeping currents spoken. by virtue of the possible high pressure losses, a pressure stability of at least 300 bar must be achieved become.
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
ein für
flüssige
oder gasförmige
Stoffströme gleichermaßen geeignetes
Gehäuse
(
Das Gehäuse zur Aufnahme der kammförmigen Bleche die als Turbulenzerzeuger dienen kann ein Rohr, ein Profilrohr, aber insbesondere ein Rechteckkanal sein.The casing for receiving the comb-shaped Sheets that can serve as a turbulence generator can be a pipe, a profile pipe, but especially a rectangular channel.
Das erfindungsgemäße Gehäuse erlaubt die effiziente Durchführung von Temperiervorgängen bei geringen Investitionskosten.The housing according to the invention allowed efficient implementation of tempering processes at low investment costs.
Die
vorliegende Erfindung betrifft deshalb auch ein Verfahren zur effizienten
Durchführung
von Temperiervorgängen
einphasiger und/oder zweiphasiger flüssiger oder gasförmiger Stoffströme, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Gehäuse
(
Die mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse mit Turbulenzerzeuger durchgeführten Temperiervorgänge einphasiger und/oder zweiphasiger flüssiger oder gasförmiger Stoffströme können in einem Temperaturbereich von –100°C bis 800°C angewandt werden und haben deshalb gegenüber dem bekannten Stand der Technik wesentliche Vorteile. Des Weiteren eignen sie sich für Stoffe mit Viskositäten von 0,1 mPas bis zu 100000 mPas. Aufgrund großer Volumenströme und einem großen Viskositätsbereich können hohe Differenzdrücke entstehen, die von wenigen mbar bis zu mehreren hundert bar reichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist deshalb auch für den turbulenten und den laminaren Strömungsbereich aber auch für kriechende bzw. schleichende Strömungen einsetzbar. Wegen der hohen mechanischen Stabilität des erfindungsgemäßen Gehäuses mit Turbulenzerzeugern sind diese bei laminarer Strömung und hohen Stoffviskositäten von z.B. 50 Pas bei hohen auftretenden Differenzdrücken einsetzbar.The with the housing according to the invention with Turbulence generator performed Temperiervorgänge single-phase and / or two-phase liquid or gaseous material streams can in a temperature range of -100 ° C to 800 ° C are applied and therefore have opposite the prior art significant advantages. Furthermore they are suitable for Fabrics with viscosities from 0.1 mPas up to 100,000 mPas. Due to large volume flows and one huge Viscosity range can be high differential pressures arise, ranging from a few mbar up to several hundred bar. The device according to the invention is therefore synonymous for the turbulent and the laminar flow area but also for crawling or creeping currents used. Because of the high mechanical stability of the housing according to the invention with Turbulence generators these are laminar flow and high material viscosities of e.g. 50 Pas can be used at high differential pressures.
Die in der industriellen Anwendung häufig auftretenden Verschmutzungen bzw. Fouling-Probleme werden wesentlich reduziert, da das erfindungsgemäße Gehäuse gut und besonders einfach gereinigt werden kann, da die Turbulenzerzeuger einsteckbar ausgeführt sind.The common in industrial applications Soiling or fouling problems are significantly reduced, because the housing of the invention is good and especially easy to clean, since the turbulence generator insertable are.
Erfindungsgemäße Gehäuse mit Turbulenzerzeuger eignen sich zudem besonders gut für korrosive zu temperierende Substanzen und Substanzgemische, weil sie aus hochwertigen und korrosionsbeständigen Materialien besonders preiswert hergestellt werden können.Inventive housing with Turbulence generators are also particularly suitable for corrosive to be tempered substances and mixtures of substances, because they are made of high quality and corrosion resistant Materials can be produced particularly inexpensively.
Die Erfindung betrifft deshalb auch insbesondere Wärmeaustauscher, die als Rohre bzw. Gehäuse, den erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern angepasst sind.The The invention therefore also relates in particular to heat exchangers, which are tubes or housing, the turbulence generators according to the invention are adjusted.
Die erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger oder Turbulenzerhöher in Form von strukturierten Schichten und daraus gebildeten Schichtpaketen dienen insbesondere der Verbesserung der Temperierleistung von Wärmeaustauscherkanälen mit Rechteckprofil. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger in Kombination mit Füllstücken, erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids bei konstantem Durchfluss, so dass auch der wirtschaftliche Einsatz bei runden Kanalquerschnitten bzw. Rohren. ermöglicht wird. Die strukturierten Schichten haben das Aussehen eines Kammes, jedoch stehen die Kammzähne zur Strümungsrichtung unter einem Winkel.The Turbulence generator according to the invention or turbulence- in the form of structured layers and layer packages formed therefrom in particular the improvement of the temperature control of heat exchanger channels with rectangular profile. The application of the turbulence generator according to the invention in combination with filling pieces, increases the flow velocity the fluid at constant flow, so that the economic Use with round channel cross sections or pipes. is possible. The structured layers have the appearance of a comb, however stand the comb teeth to the flow direction under an angle.
Des
Weiteren ist auch erfinderisch, dass ein Turbulenzerzeuger so gestaltet
ist, dass an einem nicht strukturierten Abschnitt (
In
der speziellen Ausführung
baut sich der Turbulenzerzeuger mit drei Abschnitten auf, und zeigt
die Form eines Doppelkammes mit zur Strömungsrichtung geneigten Stegen.
Die durch Stege und Lücken
strukturierten Abschnitte eines erfindungsgemäßen Doppelkammes können unterschiedlich
sein, so dass je nach technischer Anwendung der Winkel α, die Länge der
Stege und der Stegabstand variiert werden kann, um optimale strömungstechnische
Bedingungen für
einen Temperierprozess zu ermöglichen.
Dabei können
in speziellen Fällen
die Turbulenzerzeuger mit beidseitigen strukturierten Abschnitten
so gestaltet werden, dass eine Schicht in Hauptströmungsrichtung
unterschiedliche strukturierte Abschnitte (
Die einfache fertigungstechnische Gestaltung durch Variation der strukturierten Abschnitte, durch Veränderung der Steglage, des Stegwinkels, der Stegbreite in Hauptströmungsrichtung, durch Veränderung des Stegabstandes und auch der Stegform, ermöglicht alle Freiheitsgrade zur optimalen verfahrenstechnischen Auslegung der Turbulenzerzeuger auf die jeweilige Temperieraufgabe.The simple manufacturing design by variation of the structured Sections, through change the web position, the web angle, the web width in the main flow direction, through change the web distance and also the web shape, allows all degrees of freedom for optimum process engineering design of the turbulence generator to the respective tempering task.
Die Kammschichten können durch wirtschaftliche Fertigungsverfahren sehr preiswert hergestellt werden, so dass die Leistungserhöhung von Temperiervorgängen nur mit geringen Kosten verbunden ist, und vorhandene Wärmeaustauscher einer verfahrenstechnischen Anlage nicht ersetzt werden müssen. Die Kammschichten werden in der Regel aus preiswerten Blechtafeln gefertigt. Die benötigten Bleche zur Fertigung der Kammschichten sind am Markt in allen technischen Werkstoffen verfügbar.The comb layers can be produced very inexpensively by economical production methods, so that the increase in performance of tempering processes is only associated with low costs, and existing heat exchangers of a process plant are not replaced have to. The comb layers are usually made of inexpensive metal sheets. The required sheets for the manufacture of the comb layers are available on the market in all technical materials.
Kammschichtpakete sind auslegungstechnisch einfach zu gestalten, da die Blechdicke, Stegabstände, Länge der Kammschichten, Breitenverhältnis der strukturierten und nichtstrukturierten Abschnitte leicht variierbar sind. Es können alle verfahrenstechnischen Parameter die für einen Temperiervorgang notwendig sind in ausreichendem Umfang berücksichtigt werden. Weil die Turbulenzerzeuger lösbar in Wärmeübertragungskanäle eingebracht werden können und immer eine Vielzahl von Schichten benötigt wird ist nahezu immer eine Serienfertigung nötig, so dass Stückkosten stark reduziert werden.Comb-layer packages are design-wise easy to design, since the sheet thickness, Web distances, Length of Comb layers, width ratio the structured and unstructured sections can be easily varied are. It can all procedural parameters necessary for a tempering process are sufficiently considered become. Because the turbulators are releasably inserted into heat transfer channels can and getting a variety of layers is needed is almost always a series production necessary, so that unit costs be greatly reduced.
Das Fertigen der erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger aus Blechen bzw. Blechtafeln erzeugt immer Stegformen mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt. Die quadratischen unter einem Winkel stehenden Stege sind strömungstechnisch besonders wirkungsvoll und erhöhen die Turbulenz besonders wirksam. Insbe sondere bei viskosen Fluiden erfolgt zwangsweise eine gute Quervermischung, so dass eine ständige Verlagerung des zu temperierenden Stoffes, von der inneren Heizfläche zur Strömungskanalmitte erfolgt. Die zwangsweise Verlagerung bewirkt eine ständige Quervermischung und verhindert Temperierspitzen im Fluid. Ein weiterer Vorteil der intensiven Quervermischung wirkt sich auf die Temperierleistung der erfindungsgemäßen Gehäuse mit Turbulenzerzeuger aus, da in jedem durchströmten Abschnitt des Temperierkanals mit maximaler mittlerer Temperaturdifferenz der Temperaturausgleich zwischen Temperiermittel und Produkt erfolgt. Das führt dazu, dass die eingesetzten Wärmeaustauscher, insbesondere wenn ein Rechteckkanal-Bündelwärmeaustauscher eingesetzt wird, kürzere Bauformen hat, als vergleichsweise bekannte Wärmeaustauscher.The Finishing the turbulence generator according to the invention From sheet metal or sheet metal always creates web forms with a square or rectangular cross section. The square under one Angled webs are fluidic especially effective and increase the turbulence is particularly effective. In particular special with viscous fluids Forcibly, a good cross-mixing takes place, so that a constant relocation of the material to be tempered, from the inner heating surface to Flow channel center he follows. The forced displacement causes a constant cross-mixing and prevents temperature peaks in the fluid. Another advantage of the intense Cross-mixing has an effect on the tempering performance of the housing according to the invention Turbulence generator, since in each through-flow section of the tempering with maximum mean temperature difference the temperature compensation takes place between the temperature control agent and the product. This leads to, that the heat exchangers used, especially when a rectangular channel bundle heat exchanger is used, shorter Designs has, as a comparatively well-known heat exchanger.
Soll die Temperierleistung von sehr großen Strömungskanälen bzw. -querschnitten, wie z.B. bei Gehäusen größer 200 mm verbessert werden, so können die erfindungsgemäßen kammförmigen Turbulenzerzeuger in hohler Ausführung, gefertigt aus Hohlprofilen, eingesetzt werden, so dass eine erhebliche Gewichtsreduzierung der benötigten Kammschichten erfolgt.Should the tempering of very large flow channels or cross-sections, such as e.g. in housings greater than 200 mm can be improved so can the comb-shaped turbulence generator according to the invention in hollow design, made of hollow sections, are used, so that a considerable Weight reduction of the needed Comb layers done.
Wärmeaustauscherkanäle mit rechteckigem Querschnitt haben ein großes Potential zur Standardisierung und zur preiswerten Serienfertigung von Wärmeaustauschern, da die aufgabenspezifische Auslegung sich auf die Struktur der Kammschichten bzw. der Kammschichtpakete konzentriert. Dieses Konzept ist besonders vorteilhaft bei der Verwendung für Autokühler, Kühler für Ölhydraulikanlagen, Abgaskühlern und Kurzzeit-Erhitzern für die pharmazeutische oder biotechnische Industrie.Heat exchanger channels with rectangular cross section have a big one Potential for standardization and low-cost mass production of heat exchangers, since the task-specific design is based on the structure of the comb layers or the comb layer packages concentrated. This concept is special advantageous in use for Car radiators, cooler for oil hydraulic systems, exhaust gas coolers and Short-term heating for the pharmaceutical or biotechnology industry.
Insbesondere die Verwendung von Werkstoffen mit hohen materialspezifischen Wärmeleitzahlen bei gleichzeitig hoher produktseitiger Wärmeübertragungsfläche und geringem Hold-up des Temperierkanals fördert das produktschonende Temperieren. Selbst Fluidgemische deren einzelne Komponenten unterschiedliche Dichten haben, lassen sich gut temperieren, weil ein ständiges vollständiges Mischen des Fluidstroms im mit Kammschichten bestückten Kanal gewährleistet ist.Especially the use of materials with high material-specific thermal conductivities at the same time high product side heat transfer surface and Low hold-up of the tempering channel promotes gentle handling Tempering. Even fluid mixtures whose individual components are different Dens have, can be tempered well, because a constant complete mixing ensures the fluid flow in equipped with comb layers channel is.
Die lösbaren Turbulenzerzeuger in den Profilkanälen ermöglichen ein einfaches Reinigen und auch Sterilisieren der Temperiereinheiten. Zu Reinigungszwecken können die Kammschichtpakete aus den Temperierkanälen herausgezogen werden, gereinigt und vor erneuter Montage ggf. einer Sichtprobe hinsichtlich der Sauberkeit unterzogen werden. Bei besonders sensiblen biotechnischen Verfahren mit erforderlicher hoher Keimfreiheit ist die Reinigung besonders einfach durchzuführen. Aufgrund der niedrigen Fertigungskosten besteht die Möglichkeit, je nach Anwendung die Kammschichtpakete als Einweg-Einsätze zu verwenden und bei Produktwechsel bzw. bei jeder Produktionskampagne auszutauschen.The releasable Turbulence generators in the profile channels allow easy cleaning and also sterilizing the tempering units. For cleaning purposes can the comb layer packages are pulled out of the temperature control channels, cleaned and before reassembly, if necessary, a visual inspection of the Be subjected to cleanliness. For particularly sensitive biotechnical Process with required high sterility, the cleaning is special easy to perform. Due to the low production costs, it is possible ever after application, to use the comb layer packages as disposable inserts and to be exchanged at product change or in any production campaign.
Deshalb sind gerade in der pharmazeutischen Industrie Apparatekombinationen wie z.B. metallischer Rechteckkanal-Bündelwärmeaustauscher mit Kammschichtpaketen, die aus z.B. Kunststoffen gefertigt sind, besonders vorteilhaft. Die aus Kunststoff bestehenden Kammschichten sind sehr preiswert auf Spritzgussmaschinen herstellbar, so dass die Turbulenzerzeuger bzw. Turbulenzerhöher ohne großen finanziellen Verlust als Einweg-Einbausätze eingesetzt werden können.Therefore are just in the pharmaceutical industry apparatus combinations such as. metallic rectangular channel bundle heat exchanger with comb layer packages, made of e.g. Plastics are made, particularly advantageous. The plastic comb layers are very inexpensive manufacturable on injection molding machines, so that the turbulence generator or Turbulenzerhöher without big ones financial loss can be used as disposable mounting kits.
Deshalb sind auch Anwendungen wirtschaftlich, wo die Korrosionsanforderungen besonders hoch sind und metallische Werkstoffe nicht zum Einsatz kommen können. Rechteckkanal-Bündelwärmeaustauscher aus Graphit bzw. aus Glas können technisch einfach gefertigt werden. Insbesondere bei dem Werkstooff Glas mit geringer Wärmeleitung ist es vorteilhaft mit den erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern zu arbeiten, um an jeder Stelle des Temperierkanals mit maximal möglicher mittlerer Temperaturdifferenz arbeiten zu können. Sind die Temperierrohre bzw. -kanäle aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitzahl können z.B. Kammschichten aus Kunststoffen wie z.B. Polytetrafluorethylen, Polypropylen oder andere Thermoplaste vorteilhaft zum Einsatz kommen. Bei diesen Anwendungen erfolgt eine Turbulenzerzeugung mit nur zwei Schichten und das Gehäuse ist ein extrem flacher Rechteckkanal.Therefore Also, applications are economical where the corrosion requirements are particularly high and metallic materials are not used can come. Rectangular duct bundle heat exchanger graphite or glass be made technically easy. Especially with the Werkstooff Glass with low heat conduction it is advantageous to work with the turbulence generators according to the invention, at any point of the tempering channel with maximum possible to be able to work with a medium temperature difference. Are the tempering tubes or channels of a material having a low thermal conductivity may e.g. Comb layers of plastics such as e.g. Polytetrafluoroethylene, polypropylene or other thermoplastics are advantageously used. In these Applications are turbulence generation with only two layers and the case is an extremely flat rectangular channel.
Erfindungsgemäß haben
die strukturierten Bleche oder Schichten (
Die Schichten sind bevorzugt Bleche, deren größte Breitenausdehnung dem parallelen Abstand der direkt gegenüberliegenden inneren Gehäusekontaktpunkte im Strömungsquerschnitt des Gehäuses entspricht. Die Kammschichten sind immer mit der inneren Gehäusewand in Kontakt. Es bildet sich immer eine geschlossene Kontaktlinie am nicht strukturierten Kammbereich und oder mindestens eine unterbrochene Kontaktlinie am strukturierten Kammbereich entlang der Gehäuselängenausdehnung. Die Gehäuselängenausdehnung entspricht der Ausdehnung parallel zur Hauptströmungsrichtung.The Layers are preferably sheets whose largest width extension parallel Distance of directly opposite inner housing contact points in the flow cross-section of the housing corresponds. The comb layers are always in contact with the inner housing wall. It forms always a closed contact line at the non-structured Comb area and or at least one broken line of contact at the textured crest area along the housing length extent. The housing length extent corresponds to the extent parallel to the main flow direction.
Mindestens zwei übereinander gelegte und montierte bzw. eingesetzte Kammschichten bilden im Innern des Gehäuses im Strömungsbereich, ein schichtenweise aufgebautes dreidimensionales Gitter, welches sich insbesondere in der Kanallänge ausdehnt.At least two on top of each other laid and mounted or used comb layers form inside of the housing in the flow area, a layered three-dimensional grid, which extends in particular in the channel length.
Im erfindungsgemäß bevorzugten Fall sind die strukturierten Bleche in der Breite etwas größer dimensioniert um den metallischen Kontakt und damit die Energieübertragung zu verbessern. Werden zwei gleichstrukturierte Bleche mit geringfügigem Breitenüberschuss übereinander gelegt und in das Temperiergehäuse eingezogen, verändert sich der Winkel α durch die federnde Eigenschaft der schrägen Kammzähne. Die strukturierten Bleche stehen nach der Montage in ein Gehäuse unter Spannung; sie sind quasi zwischen den parallelen Kontaktpunkten im Innern des Gehäuses eingespannt, so dass aufgrund der Fluiddurchleitung und des entstehenden Druckverlustes ein Herausrutschen der montierten Kammschichten verhindert wird.in the preferred according to the invention Case, the structured sheets are dimensioned slightly larger in width around the metallic contact and thus the energy transfer to improve. Become two equally structured sheets with a slight excess of width on top of each other placed and in the tempering moved in, changed the angle α through the resilient property of the oblique comb teeth. The structured sheets are under tension after mounting in an enclosure; you are almost clamped between the parallel contact points inside the housing, so that due to the fluid passage and the resulting pressure loss slipping out of the mounted comb layers is prevented.
Die Länge der strukturierten Bleche bzw. Kammschichten, die als Turbulenzerzeuger wirken, entspricht einem Vielfachen der Blechbreite.The Length of structured sheets or comb layers acting as turbulence generators act, corresponds to a multiple of the sheet width.
Die strukturierten Kammbleche können aus allen wärmeleitenden und metallischen Werkstoffen und Legierungen, nicht-metallischen Materialien, Kunststoffen, gegebenenfalls auch aus Glas oder Keramik gefertigt werden, so dass hinsichtlich unterschiedlicher chemischer Korrosionsanforderungen es keine Beschränkungen gibt. Allerdings muss je nach Elastizitätseigenschaften des eingesetzten Materials die Schichtbreite so gewählt werden, dass der jeweilige lageabhängige Abstand im Innern des Gehäuses, also die gegenüberliegenden inneren Gehäusekontaktpunkte der Schicht so gewählt werden, so dass die Stege bei der Montage sich nur geringfügig biegen aber nicht brechen.The structured comb plates can from all heat-conducting and metallic materials and alloys, non-metallic Materials, plastics, possibly also of glass or ceramic be manufactured so that in terms of different chemical Corrosion requirements There are no restrictions. However, must depending on the elasticity properties of the material used, the layer width can be selected that the respective position-dependent Distance inside the housing, So the opposite inner housing contact points the layer is chosen so that the webs bend only slightly during assembly but do not break.
Die strukturierten Kammbleche werden bevorzugt aus Blechen bzw. Blechtafeln gefertigt. So können wirtschaftlich Laser- und Ätzverfahren zur Fertigung eingesetzt werden. Weitere wirtschaftliche Fertigungsverfahren sind das Stanzen, Drahterodieren, bzw. bei Blechdicken größer 10 mm können auch Gussverfahren in Betracht kommen.The structured comb plates are preferably made of sheets or metal sheets manufactured. So can Economical laser and etching process used for manufacturing. Other economical production methods are the punching, wire eroding, or for sheet thicknesses greater than 10 mm can also Casting considered.
In
einer bevorzugten Variante betrifft die Erfindung Turbulenzerzeuger
und diese beinhaltende Gehäuse
gemäß
Der größere Anteil des strukturierten Abschnittes eines Turbulenzerzeugers ist für die jeweilige Anwendung vorteilhaft, es können stoffspezifische und physikalische Eigenschaften wie z.B. Viskosität oder unterschiedliche Dichte und entstehender Druckverlust optimal berücksichtigt werden.Of the larger proportion the structured section of a turbulence generator is for the respective Application advantageous, it can fabric specific and physical properties such as e.g. Viscosity or different Density and resulting pressure loss are optimally taken into account.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse (Wärmeaustauscherkanal), worin die durch strömbare Querschnittsfläche eines Gehäuses, Rohres, Profilrohres oder Rechteckrohr mit Kammschichten zu 20 % bis 100 %, bevorzugt zu 30 % bis 100 % und besonders bevorzugt zu 50 % bis 100 % des freien Strömungsquerschnittes gefüllt sind.In a further preferred embodiment The invention relates to turbulence generators and those containing them casing (Wärmeaustauscherkanal) in which the flow through Cross sectional area a housing, Pipe, profile tube or rectangular tube with comb layers to 20% to 100%, preferably to 30% to 100% and more preferably to 50% % to 100% of the free flow cross-section are filled.
Zur Ermittlung der Gehäusefüllung oder des Ausfüllgrades einer angeströmten Kanalquerschnittsfläche mit Kammschichten, wird die Schicht-Querschnittsfläche zur angeströmten Querschnittsfläche des Kanals ins Verhältnis gesetzt. Dabei ist der Füllflächenanteil einer einzelnen Schicht, das Produkt aus Schichtdicke multipliziert mit der Schichtbreite.to Determining the housing filling or the degree of completion a streamed Channel cross-sectional area with comb layers, the layer cross-sectional area becomes be streamed Cross sectional area of the channel in proportion set. Here is the Füllflächenanteil a single layer, the product of layer thickness multiplied with the layer width.
Der Füllgrad beschreibt die Bestückung des einzelnen Strömungskanals mit erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern. Deshalb ist es vorteilhaft die inneren Abmessungen des Strömungskanals auf die Turbulenzerzeuger abzustimmen, um möglichst einen Füllgrad von 100 % zu erreichen.Of the filling level describes the equipment of the single flow channel with turbulence generators according to the invention. Therefore, it is advantageous the inner dimensions of the flow channel to vote on the turbulence generator to a degree of filling of as possible 100% reach.
Ist beispielsweise ein runder Strömungskanal bzw. ein Rohr mit Kammschichten zu füllen, so dass aufgrund einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit die Turbulenz erhöht und dadurch ein verbesserter Temperaturaustausch von der Temperierkammer bzw. Temperierzone zum Fluid erfolgt, so kann der Strömungsquerschnitt schichtenweise gefüllt werden. Für die Ausfüllung eines Rohrkanals werden eine Vielzahl von Kammschichten gestapelt. Dabei kann es für den Anwender vorteilhaft sein, mehrere Schichten zu einem Schichtenpaket zu fixieren und das Paket als Ganzes zu montieren. Das Bilden von Schichtenpaketen vereinfacht die Montage und die Demontage.If, for example, a round flow channel or a pipe with comb layers to be filled, so that due to an increased flow velocity increases the turbulence and thereby an improved temperature exchange from the temperature control or Temperierzone to the fluid, the flow cross section can be filled in layers become. For the filling of a pipe channel, a plurality of comb layers are stacked. It may be advantageous for the user to fix several layers into a layer package and to assemble the package as a whole. Forming layer packages simplifies assembly and disassembly.
Daher gehört auch zur Erfindung, dass mehr als zwei Schichten für eine Montage untereinander fixiert sind, so dass ein gebildetes Schichtenpaket im Strömungskanal einsteckbar und lösbar montiert werden kann.Therefore belongs also to the invention that more than two layers for assembly are fixed to each other, so that a formed layer package in the flow channel insertable and detachable can be mounted.
Das Fixieren mehrerer übereinander gestapelter Kammschichten kann durch punktuelles Schweißen, durch Verstiften, durch Verschrauben oder durch Verlöten erfol gen. Das Fixieren ist vorzugsweise im nicht strukturierten Abschnitt der Schichten vorzunehmen, so dass für die Montage die Stege unter geringem Kraftaufwand biegbar sind.The Fix several over each other stacked comb layers can by spot welding, through Pinning, by screwing or by soldering suc conditions. The fixing is preferably in the non-structured portion of the layers so that for the assembly, the webs are bendable with little effort.
Das Füllen von runden Strömungskanälen mit erfindungsgemäßen Kammschichten erfordert eine lageabhängige Breitenanpassung der Turbulenzerzeuger zur Gehäuseinnenkontur. Besonders einfach sind Anpassungen wenn ein Schichtenpaket gebildet ist und dieses Paket durch einen Schleifvorgang auf die Gehäusekontur angepasst wird.The To fill with round flow channels comb layers according to the invention requires a position-dependent Width adaptation of the turbulence generator to the housing inner contour. Especially easy are adjustments when a layer package is made and this Package is adapted by a grinding process on the housing contour.
Werden
Kammschichten in Profilrohre, insbesondere in Rechteckrohre (
Die vorliegende Erfindung betrifft Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin zur ständigen Erniedrigung des lokalen Temperaturgradienten die Stege der Kammschichten über die Länge eines Temperierkanals unter einem Winkel α zur Strömungsrichtung stehen.The The present invention relates to turbulence generators and to those containing them Casing, in which to the permanent Lowering of the local temperature gradient the ridges of the comb layers over the Length of one Temperature control channel at an angle α to the flow direction.
Die Stege der Kammschichten stehen dabei in einem Winkelbereich α von 20 bis 80 Grad, bevorzugt von 30 bis 60 Grad und besonders bevorzugt von 40 bis 50 Grad zur Strömungsrichtung des Fluids, um dreidimensionale Gitter über die gesamte durchströmbare Kanallänge aufzubauen.The Webs of the comb layers are in an angular range α from 20 to 80 degrees, preferably from 30 to 60 degrees, and more preferably from 40 to 50 degrees to the flow direction of the fluid to build three-dimensional grids over the entire channel length.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin die strukturierten Schichten dadurch gekennzeichnet sind, dass die Breite der Kammschichten größer ist als der geradlinige innere Abstand zwischen den parallelen inneren Gehäusekontaktpunkten, so dass sich der Stegwinkel β im nicht montierten Zustand um weniger als 5 Grad während der Montage verändert und den Stegwinkel α annimmt, wodurch die strukturierten Schichten nach der Montage immer Kontakt zur Innenwand des Gehäuses haben.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and to those containing them Casing, wherein the structured layers are characterized that the width of the comb layers is greater than the straight line inner distance between the parallel inner housing contact points, so that the web angle β in the unassembled condition changed by less than 5 degrees during assembly and assumes the web angle α, whereby the structured layers are always in contact after assembly Inner wall of the housing to have.
Die maximale Breitenausdehnung der Kammschichten im nicht-montierten Zustand ist größer als die Breite im montierten Zustand. Daraus resultiert, dass der gewählte Stegwinkel β sich während der Montage auf den Winkel α reduziert. Die größere Breitenausdehnung einer Kammschicht führt während der Montage dazu, dass sich die Stege elastisch verbiegen und der metallische Kontakt zur inneren temperierten Gehäusewand immer gewährleistet wird.The maximum width extension of the comb layers in the unassembled Condition is greater than the width in the mounted state. As a result, the selected web angle β during the Mounting reduced to the angle α. The larger width extension a comb layer leads while the assembly to the fact that the webs bend elastically and the metallic contact with the inner tempered housing wall is always ensured.
Aus
diesem Grunde ist es vorteilhaft die Stege im Übergangsbereich zum nicht-strukturierten
Abschnitt mit einer Querschnittsverjüngun (
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin die Stege der Kammschicht eine bevorzugte Querschnittsform haben um eine Turbulenzerhöhung zu bewirken und gleichzeitig die radiale und die horizontale Mischwirkung der Stege zu verstärken. Die Stege der Schichten weisen dann Querschnittformen wie quadratisch, rechteckig oder sechseckig auf.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein the webs of the comb layer is a preferred cross-sectional shape have a turbulence increase to effect and at the same time the radial and horizontal mixing action reinforce the webs. The webs of the layers then have cross-sectional shapes such as square, rectangular or hexagonal on.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin der Quotient aus Blechdicke bzw. Steghöhe zur parallel zur Strömungsrichtung liegenden Stegbreite vorzugsweise im Bererich von 0,1 bis 5 liegt. Besonders bevorzugt liegt der Quotient im Bereich 0,1 bis 3.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein the quotient of sheet thickness or web height to parallel to the flow direction lying ridge width is preferably in Bererich from 0.1 to 5. Particularly preferably, the quotient is in the range 0.1 to 3.
Der Quotient gebildet aus Stegdicke zur Stegbreite sichert während der Durchströmung des mit Kammschichten gefüllten Kanals eine gute Mischwirkung und Turbulenzerhöhung, selbst dann, wenn Substanzen mit hohen Viskositäten, beispiels weise von 1 Pas bis 10 Pas (Pascal·Sekunde), strömen und es zu einem laminaren Strömungsverhalten kommt. Gleichzeitig werden Temperaturspitzen auf der gesamten Kanallänge vermieden, so dass auch temperaturempfindliche Stoffe schonend temperiert werden können.Of the Quotient formed from web thickness to web width secures during the flow of the crested layers Channels a good mixing effect and turbulence increase, even if substances with high viscosities, example, from 1 Pas to 10 Pas (Pascal · second), flow and it comes to a laminar flow behavior. At the same time, temperature peaks over the entire channel length are avoided, so that even temperature-sensitive substances are gently tempered can.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin der strukturierte Abschnitt einer Kammschicht in Strömungsrichtung eine Folge von Stegen und Lücken bildet. Der Abstand der Kammzähne bzw. Stege zueinander hat Auswirkungen auf den während der Durchströmung entstehenden Druckverlust.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein the structured portion of a comb layer in the flow direction a sequence of webs and gaps forms. The distance between the comb teeth or webs to each other has an effect on the resulting during the flow Pressure loss.
Der Stegmittenabstand der Kammschichten ist deshalb bevorzugt größer als die zweifache Stegbreite, besonders bevorzugt größer als die vierfache Stegbreite und insbesondere bevorzugt größer als die fünffache Stegbreite der Kammschicht.Of the Web center distance of the comb layers is therefore preferably greater than twice the web width, particularly preferably greater than four times the web width and especially preferably larger than that quintuple Bridge width of the comb layer.
Der Stegmittenabstand beeinflusst den auftretenden Druckverlust eines Kanals, insbesondere wenn Substanzen mit höheren Viskositäten temperiert werden müssen, bietet es sich an einen höheren Stegmittenabstand zu realisieren um den Druckverlust zu minimieren.Of the Bar center distance influences the occurring pressure loss of a Channels, especially when tempered substances with higher viscosities Need to become, it offers a higher bridge center distance to realize the pressure loss to minimize.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin die Kammschichten bzw. die Kammschichtpakete in ihrer Länge zur Strömungsrichtung durch eine Montagelasche einseitig oder beidseitig verlängert sind, wobei die Gesamtlänge der Schichten oder Pakete zuzüglich der Montagelasche länger ist, als der für die Montage zugeordnete Kanal, so dass nach der Montage der Turbulenzerzeuger die Montagelaschen aus dem Kanal herausragen und eine zusätzliche Fixierung der Schichten bzw. der Schichtpakte außerhalb des Kanals möglich ist.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein the comb layers or the comb layer packets in the length of the flow direction are extended by a mounting tab on one or both sides, wherein the total length the layers or packages plus the mounting tab longer is as the one for the Assembly associated channel, so that after installation of the turbulence generator the mounting tabs protrude from the channel and an additional Fixation of the layers or layer pacings outside the channel is possible.
Die Kammschichten können eine zusätzliche Montagelasche haben, die vorzugsweise mittig zur Schichtbreite angeordnet ist und eine Öffnung oder Bohrung hat.The Comb layers can an additional mounting tab have, which is preferably arranged centrally to the layer width and an opening or bore has.
Die Öffnung kann zur Aufnahme eines Montagewerkzeuges dienen, so dass ein vollständiges unfixiertes Kammschicht-Paket in einen Kanal eingezogen werden kann. Nach der Montage können die übereinander stehenden Öffnungen der Montagelaschen genutzt werden um einen zusätzlichen Querriegel, beispielsweise eine Schraube, zu setzen. Ein Verschieben der Schichten ist dann während des Betriebes aufgrund möglicher auftretender hoher Druckverluste zusätzlich gesichert, da neben der Verspannung der Schichtstege im Innern des Gehäuses eine weitere Sicherung außerhalb des Kanals durch eine überstehende Schraube oder einen Querbolzen ermöglich wird.The opening can to accommodate a mounting tool, leaving a completely unfixed Comb layer package can be fed into a channel. After Assembly can the one above the other standing openings the mounting tabs are used by an additional cross bar, for example a screw to put. A shift of the layers is then while of the operation due to possible occurring high pressure losses additionally secured, there beside the tension of the layer webs in the interior of the housing another Fuse outside of the channel by a protruding Screw or a transverse bolt is possible.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin ein Strömungskanal mit einem Schichtenpaket gefüllt ist und wobei das Schichtenpaket durch unterschiedlich dicke Kammschichten aufgebaut ist um neben einer Turbulenzerhöhung und einer verbesserten Mischwirkung verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten im Strömungsquerschnitt zu produzieren und aufgrund unterschiedlicher Schichtdicken gleichzeitig den Druckverlust zu minimieren.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein a flow channel filled with a layer package and wherein the layer package by differently thick comb layers is built around a turbulence increase and an improved mixing effect different flow rates in the flow cross-section to produce and due to different layer thicknesses at the same time To minimize pressure loss.
Strukturierte Bleche in Form von Turbulenzerzeugern mit verschiedenen Blechdicken können zu Bleckpaketen vereint werden, so dass die Turbulenzerhöher lösbar im Gehäuse montiert sind und so leicht wechselbar sind.Structured Sheets in the form of turbulence generators with different sheet thicknesses can be combined to Bleckpaketen so that the turbulence remover solvable in the casing are mounted and so easily changeable.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger und diese beinhaltende Gehäuse, worin die Länge einer Kammschicht mindestens so lang ist wie der zur Montage zugeordnete Kanal.In a further preferred embodiment The present invention relates to turbulence generators and those containing them Casing, wherein the length a comb layer is at least as long as that associated with the assembly Channel.
In diesem Fall haben die strukturierten Bleche oder Kammschichten eine Länge von 0,05 m bis 5 m, bevorzugt eine Länge von 0,05 m bis 2 m und besonders bevorzugt eine Länge von 0,05 m bis 1 m, um möglichst einstückig gefertigt und montiert zu werden.In In this case, the structured sheets or comb layers have one length of 0.05 m to 5 m, preferably one length from 0.05 m to 2 m, and more preferably a length of 0.05 m to 1 m, to the extent possible one piece to be manufactured and assembled.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger mit Doppelkammschicht und diese enthaltende Gehäuse, worin eine Kammschicht drei Abschnitte hat und von einem inneren nicht strukturierten Abschnitt beidseitig strukturierte Stegabschnitte ausgehen.In a further preferred embodiment The present invention relates to dual comb layer turbulators and housings containing them, wherein a comb layer has three sections and an inner one unstructured section on both sides structured web sections out.
Mit Stegabschnitten sind die durch Stege und Lücken strukturierten Abschnitte eines erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugers bzw. einer Kammschicht bezeichnet.With Web sections are the sections structured by webs and gaps a turbulence generator according to the invention or a comb layer.
Beidseitig gebildete Stegabschnitte einer Kammschicht, auch bezeichnet als Fischgrätenschicht oder Doppelkammschicht, bieten strömungstechnische Vorteile, indem an den temperierten Kanalinnenwänden alle Stegkontaktstellen gut umströmt werden und keine Totzonen und somit Produktablagerungen auftreten. Produktablagerungen an temperierten Wänden führen zu einer Schädigung und Alterung des Produkts.both sides formed web sections of a comb layer, also referred to as Herringbone layer or Doppelkammschicht, provide fluidic advantages by at the tempered channel inner walls all web contact points are flowed around well and no dead zones and thus product deposits occur. Product deposits on tempered walls to lead to injury and Aging of the product.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger mit Doppelkammschicht
gemäß
Die unterschiedliche Ausdehnung der strukturierten Abschnitte bedeutet insbesondere, dass unter gleichem Winkel α stehende Kammzähne unterschiedlich lang sind. Dadurch werden beim Durchströmen des mit Doppelkammstrukturen bestückten Kanals, beispielsweise einem Rechteckkanal, aufgrund der entstehenden Druckdifferenzen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeitsprofile erzeugt, welche die Mischwirkung erhöhen und lokale Temperierdifferenzen schnell ausgleichen. Es treten keine schlecht durchströmten Kanalbereiche auf, so dass keine Toträume vorhanden sind und Produktablagerungen vermieden werden.The different extent of the structured sections means in particular that at the same angle α standing comb teeth are different lengths. As a result, different flow velocity profiles are generated when flowing through the equipped with double comb structures channel, such as a rectangular channel, due to the resulting pressure differences, which increase the mixing effect and local Compensate for temperature differences quickly. There are no poorly flowed through channel areas, so that no dead spaces are present and product deposits are avoided.
Strukturierte Doppelkammschichten bestehend aus drei Abschnitten können so ausgebildet werden, dass vom nicht strukturierten Kammabschnitt unterschiedlich lange Kammstege ausgehen. Dabei kann es beispielsweise vorteilhaft sein, dass der Abschnitt der langen Stege unter einem anderen Winkel zur Hauptströmungsrichtung steht als der Abschnitt der kurzen Stege.Structured Double comb layers consisting of three sections can do so be formed that of the non-structured comb section go out of different lengths comb ridges. It can, for example be advantageous that the portion of the long webs under a other angle to the main flow direction stands as the section of short bridges.
Des
Weiteren können
die langen Stege verschiedene Verläufe (
Strukturierte Schichten mit drei Abschnitten, einem nicht strukturierten Abschnitt und zwei strukturierten Abschnitten zur Bildung der Stege und Lücken können auch als Doppelkammelemente oder als Fischgrätenstrukturen bezeichnet werden.Structured Layers with three sections, one unstructured section and two structured sections for forming the lands and gaps can also be referred to as double comb elements or herringbone structures.
Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch Turbulenzerzeuger mit Doppelkammschicht oder einfacher Kammschicht und diese beinhaltende Gehäuse, die bei nicht vollständiger Füllung eines z.B. runden Strömungskanalquerschnittes mit Kammschichten den nicht ausgefüllten Strömungsquerschnitt durch querschnittsangepasste Füllstücke ausfüllen, und gleichzeitig als Umlenkkonturen zur Strömungsführung dienen.The however, the present invention also relates to dual comb layer turbulence generators or simple comb layer and enclosing housing, the if not complete filling of e.g. round flow channel cross-section with comb layers the unfilled flow cross section through cross-section adapted Fill in filling pieces, and at the same time serve as Umlenkkonturen for flow guidance.
Die Füllstücke oder Füllelemente können beidseitig alternierend auf einem Kammschichtpaket positioniert sein. Innenliegende Füllstücke bzw. Umlenkvorrichtungen in Form von versetzt angeordneten Füllstücken parallel zu einem montierten Kammschichtpaket verringern den Druckverlust bei guter Strömungsturbulenz. Gleichzeit wird eine Querströmung durch das Kammschicht-Paket erzwungen.The Putties or infill can be two-sided be positioned alternately on a comb layer package. internal Putties or Deflection devices in the form of staggered filling pieces in parallel to a mounted comb layer package reduce the pressure loss with good flow turbulence. At the same time a cross-flow enforced by the comb layer package.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger mit einfacher
Kammschicht oder mit Doppelkammschicht und Gehäuse, die diese Turbulenzerzeuger
enthalten, worin die Anström-
und Abström flächen der
zu einer Strömungsumlenkung
eingesetzten Füllstücke auf
einem Schichtenpaket einen zur mittleren Gehäuseachse stehenden Winkel γ gemäß
Der Winkelbereich γ der Anström- und Abströmflächen der Füllstücke beträgt 20 bis 70 Grad, bevorzugt 30 bis 60 Grad und besonders bevorzugt 40 bis 50 Grad.Of the Angular range γ of Airflow and outflow surfaces of Putties is 20 to 70 degrees, preferably 30 to 60 degrees, and more preferably 40 to 50 degrees.
Die eingesetzten kürzeren Füllstücke sind zur inneren Kanalwand angepasst, so dass keine unerwünschten nicht-durchströmten Bereiche im Strömungskanal entstehen. Die Füllstücke können an den nicht strukturierten Abschnitten der Kammschichten befestigt sein, so dass über die Schichtenpaketlänge eine einfach versetzte, also alternierende Anordnung der Füllstücke möglich ist. Der im gefüllten Kanal durchfließende Stoff strömt dann teilweise durch das Kammschichtpaket und teilweise einmal oberhalb und in Folge unterhalb des Kammschichtpaketes. Dadurch wird den durchströmenden Stoffen eine zusätzliche Querströmung durch das Kammschichtpaket auferlegt, so dass eine gute Umschichtung insbesondere bei Stoffen mit laminarer Strömung erfolgt.The used shorter Patches are for adapted inner channel wall, so that no unwanted non-perfused areas in the flow channel arise. The patches can be attached to the be attached to non-structured sections of the comb layers, so that over the layer packet length a simply staggered, so alternating arrangement of the filler is possible. The one in the filled Channel flowing through Fabric flows then partly through the comb layer package and partly once above and in succession below the comb layer package. This will be the flowing through Substances an additional crossflow imposed by the comb layer package, allowing a good redeposition especially for substances with laminar flow.
In einer weiteren bevorzugten Variante betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger mit einfacher Kammschicht oder Doppelkammschicht und diese enthaltende Gehäuse, worin die Umlenkelemente gegenüberliegend, also oberhalb und unterhalb des Kammschichten angeordnet sind, oder überlappend oder versetzt in Strömungsrichtung angeordnet sind.In Another preferred variant relates to the present invention Turbulence generator with a single comb layer or double comb layer and these containing housings, wherein the deflecting elements opposite, So are located above and below the comb layers, or overlapping or offset in the flow direction are arranged.
In einer weiteren bevorzugten Variante betrifft die vorliegende Erfindung Turbulenzerzeuger mit Doppelkammschicht oder mehr als zwei Kammschichten und diese enthaltende Gehäuse, worin mindestens zwei Kammschichten ein Kammschichtenpaket bilden, und die Kammschichten bzw. einzelne Kammschichten unterschiedlich lange strukturierte Zonen oder nicht strukturierie Zonen in Strömungsrichtung haben und dadurch in Strömungsrichtung über die gesamte Kanallänge Bereiche gebildet wer den, die zum einen eine Turbulenzerhöhung bewirken und zum anderen wieder eine beruhigte Strömung haben.In Another preferred variant relates to the present invention Turbulence generators with a double comb layer or more than two comb layers and housings containing them, wherein at least two comb layers form a comb layer packet, and the comb layers or individual comb layers differ long structured zones or non-structured zones in the direction of flow and thereby in the flow direction over the entire channel length Areas formed the who, on the one hand cause a turbulence increase and again have a calm flow.
Kammschichten mit unterschiedlich strukturierten Zonen bedeutet auch, dass Kammzähne in den verschiedenen Zonen unterschiedliche Winkel zur Hauptströmungsrichtung haben können und oder unterschiedlichen Steg-Mittenabstände haben.comb layers with differently structured zones also means that comb teeth in the different zones different angles to the main flow direction can have and or have different bridge center distances.
Dadurch können je nach Prozessanforderungen unterschiedliche Strömungszustände mit differenzierten Temperierleistungen geschaffen werden. Unterschiedliche Zonen der Kammschichten in Strömungsrichtung bedeutet auch, dass ein Kammschichtpaket variiert werden kann, wobei Schichten mit einseitig und oder beidseitigen Kammzahnabschnitten verwendet werden können, die Mittenabstände der eingebrachten Kammzähne über die Länge der Schichten variiert werden können, und die nicht strukturierten Kammabschnitte der Schichten mittig oder außermittig positioniert sind, so dass bei der Durchströmung von z. B. einem niedrigviskosen Produkt, keine geordneten Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen, sondern nahezu erzwungene chaotische Strömungszustände vorliegen.As a result, depending on the process requirements, different flow states with differentiated tempering powers can be created. Different zones of the comb layers in the flow direction also means that a comb layer package can be varied, wherein layers can be used with unilaterally and or bilaterally comb tooth portions, the center distances of the introduced comb teeth can be varied over the length of the layers, and unstructured comb portions of the layers are positioned centrally or eccentrically, so that in the flow of z. As a low-viscosity product, no ordered flow rates, but almost forced chaotic flow conditions are present.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Turbulenzerzeuger und Gehäuse, die diese enthalten, worin die Kammschichten untereinander an den Kontaktstellen verlötet sind und dadurch auch geringste Spalte in einem Kammschichtpaket, insbesondere im Überlappungsbereich der Stege vermieden werden.The The present invention further relates to turbulence generators and housings these contain, wherein the comb layers with each other at the contact points soldered are and thus also smallest column in a comb layer package, especially in the overlapping area the webs are avoided.
Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, deren Kammschichten bis zu einer Schichtdicke von kleiner 10 mm bevorzugt aus Blechtafeln durch Laser-, Drahterodier- oder Wasserstrahltechnik hergestellt werden.The However, the present invention also relates to turbulence generators and these containing housing whose Comb layers to a layer thickness of less than 10 mm is preferred from sheet metal by laser, wire EDM or water jet technology getting produced.
Kammschichten mit einer Schichtdicke von größer 10 mm werden bevorzugt in Gusstechnik hergestellt. Gusstechnisch hergestellte Kammschichten können ein stückig massiv oder einstückig hohl gefertigt werden, so dass Materialeinsparungen und Gewichtsreduzierungen erfolgen.comb layers with a layer thickness of greater than 10 mm are preferably produced by casting. Casting technology Comb layers can a lumpy solid or one-piece be made hollow, allowing material savings and weight reductions respectively.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin die Kammschichtelemente und -pakete zur Turbulenzerhöhung in katalytischen Verfahren eingesetzt werden und aus strukturierten Schichten mit drei Abschnitten bestehen, wobei die Oberflächen der Schichten vollständig mit einem Katalysatorwerkstoff beschichtet sind.The The present invention further relates to turbulence generators and these containing housings, wherein the comb layer elements and packages for turbulence increase in catalytic processes are used and structured from Layers consist of three sections, with the surfaces of the layers Completely coated with a catalyst material.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin die Kammschichtelemente und -pakete zur Turbulenzerhöhung in katalytischen Verfahren eingesetzt werden und aus strukturierten Abschnitten bestehen, wobei die Lücken mit Katalysator-Granulat gefüllt sind.The The present invention further relates to turbulence generators and these containing housings, wherein the comb layer elements and packages for turbulence increase in catalytic processes are used and structured from Sections exist, with the gaps with catalyst granules are filled.
Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch Turbulenzerzeuger und Gehäuse die diese enthalten, worin eine Anordnung von Kammschicht-Paketen mit beidseitig angeordneten Montagelaschen so angeordnet ist, dass mindestens zwei Kammschichtpakete hintereinander mit einer Kupplung verbunden sind und die gesamte Länge eines Temperierkanals ausfüllen.The However, the present invention also relates to turbulence generators and housings these include, wherein an array of comb layer packages with both sides arranged mounting tabs is arranged so that at least two Comb layer packages are connected in series with a clutch and the entire length fill a temperature control channel.
Die Anordnung von mindestens zwei Kammschichtpaketen in Reihenfolge in einem Strömungskanal bildet eine Kette von Kammschichtpaketen.The Arrangement of at least two comb layer packages in order in a flow channel forms a chain of comb layer packages.
Ketten von Kammschichtpaketen, sogenannte Kammschichtketten können auch in nicht gerade verlaufenden temperierten Kanälen, Rohren oder Profilrohren eingesetzt werden, wenn die Verbindungselemente bzw. Kupplungen Drehgelenke besitzen.chain of comb layer packages, so-called comb layer chains can also in non-tempered channels, pipes or profile tubes be used when the fasteners or couplings Own swivel joints.
Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin die kettenförmig aneinander gereihten Kammschicht-Pakete eine bevorzugte Länge von 50 mm bis 200 mm und besonders bevorzugt eine Länge von 50 mm bis 100 mm aufweisen.The However, the present invention also relates to turbulence generators and these containing housing, wherein the chain-shaped lined comb layer packages a preferred length of 50 mm to 200 mm and more preferably have a length of 50 mm to 100 mm.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Turbulenzerzeuger und diese enthaltende Gehäuse, worin die kettenförmig aneinander gereihten Kammschichtpakete kombiniert mit Füllstücken für den Einsatz in Kanäle um 70 bis 100 Grad und vorzugsweise 75 bis 95 Grad zueinander verdreht angeordnet und an Montagelaschen beweglich miteinander verbunden sind.The The present invention further relates to turbulence generators and these containing housings, wherein the chain-shaped lined comb layer packages combined with filler pieces for use in channels rotated by 70 to 100 degrees and preferably 75 to 95 degrees to each other arranged and movably connected to mounting brackets are.
Die vorliegende Erfindung betrifft aber auch Wärmeaustauscher, die mit Turbulenzerzeugern aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Turbulenzerzeugern das Zusammenwirken mehrerer parallel durchströmter Rechteckkanäle die mit lösbaren Kammschichtpaketen, insbesondere mit mindestens zwei Kammschichten pro Rechteckkanal, vollständig bestückt sind, und die Rechteckkanäle mit einer gemeinsamen größeren Anström- und Abströmplatte verschweißt sind, so dass eine gleichmäßige Anströmung aller Rechteckkanäle erfolgt und alle Rechteckkanäle einen gemeinsamen Temperierraum haben und dadurch einen Rechteckkanal- bzw. Bündelwärmeaustauscher bilden, der im Bereich von –50°C bis 500°C produktschonende und insbesondere schnelle Temperierungen von Fluiden ermöglicht und in einem Druckbereich von 1 mbar bis 200 000 mbar betreibbar ist, wobei das produktseitige Hold-up des Gehäuses bzw. Wärmeaustauschers maximal 10 % bis 70 % aufgrund der einsteckbaren Kammschichtpakete des Brutto-Strömungskanalvolumens beträgt.The However, the present invention also relates to heat exchangers having turbulence generators are constructed, characterized in that in the turbulence generators the interaction of several parallel flowed rectangular channels with releasable Comb layer packages, in particular with at least two comb layers per square channel, completely stocked are, and the rectangular channels with a common larger inflow and outflow plate welded are, so that a steady flow of all rectangular ducts takes place and all rectangular channels have a common tempering room and thereby a rectangular channel or bundle heat exchanger form, which is gentle on products in the range from -50 ° C to 500 ° C and in particular allows rapid temperature control of fluids and is operable in a pressure range from 1 mbar to 200,000 mbar, wherein the product-side hold-up of the housing or heat exchanger is not more than 10 % to 70% due to the plug-in comb layer packages of the gross flow channel volume is.
Das Brutto-Strömungskanalvolumen ermittelt sich aus dem Volumen aller durchströmten Produktkanäle Bündelwärmeaustauscher.The Gross flow channel volume determined from the volume of all product passages bundle heat exchanger.
Der Rechteckkanal-Bündelwärmeaustauscher besteht aus mindestens zwei parallel durchströmten Rechteck- oder Schlitzkanälen die gleiche oder verschiedene Kanalquerschnitte haben und mit erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern bestückt sind. Die Kanäle besitzen eine gemeinsame größere Anström- und Abströmplatte und einen gemeinsamen Temperierraum. Durch die Bestückung der Schlitzkanäle mit Turbulenzerzeugern kann das Hold-up und das Verweilzeitverhalten des zu temperierenden Fluids in den Kanälen optimiert werden. Durch entsprechende Wahl der Kammschichtstrukturen ist zusätzlich der auftretende Druckverlust veränderbar, so dass mit niedrigen Investitionskosten ein Hochleistungswärmeaustauscher hergestellt werden kann.The rectangular channel bundle heat exchanger consists of at least two parallel-flowed rectangular or slot channels have the same or different channel cross-sections and are equipped with turbulence generators according to the invention. The channels have a common larger inflow and outflow plate and a common tempering. By equipping the slot channels with turbulence generators, the hold-up and the residence time behavior of the fluid to be temperature-controlled in the channels can be optimized. By appropriate choice of Kammschichtstruktu In addition, the occurring pressure loss is changeable, so that a high-performance heat exchanger can be produced with low investment costs.
Aufgrund einer angepassbaren Kammschicht- oder Doppelkammschichtstruktur kann der Druckverlust in weiten Bereichen variiert werden, so dass auch Wärmeaustauscher für viskose Fluide mit einem Druckverlust von kleiner 100 bar, bevorzugt kleiner 50 bar und besonders bevorzugt kleiner 10 bar hergestellt werden können.by virtue of a conformable comb layer or double comb layer structure The pressure loss can be varied within wide limits, so that also heat exchangers for viscous Fluids with a pressure drop of less than 100 bar, preferably smaller 50 bar and more preferably less than 10 bar are produced can.
Für eine produktschonende Temperierung ist die Verweilzeit und das Verweilzeitverhalten im Temperierkanal entscheidend, so dass mit nahezu unverändertem Verweilzeitverhalten aller parallel angeordneter Strömungskanäle gleichzeitig die Temperierzeit durch entsprechende Wahl der Kammschichtstrukturen reduziert werden kann. Die gleichmäßige Temperierzeit wird vom Hold-up und der zur Verfügung stehenden Wärmeaustauschfläche mitbestimmt, so dass die Rechteckkanäle mit Kammschichtpakten ein bevorzugtes reduziertes Hold-Up-Volumen von 20 % bis 60 % und besonders bevorzugt von 30 % bis 60 % bezogen auf das nicht mit Turbulenzerzeugern bestückte Kanalvolumen aufweist.For a gentle product Tempering is the residence time and the residence time in the Temperature control crucial, so with almost unchanged Dwell behavior of all parallel flow channels simultaneously the tempering by appropriate choice of comb layer structures can be reduced. The uniform tempering time is from Hold-up and the available co-determined with the heat exchange surface so that the rectangular channels with comb layer patches a preferred reduced hold-up volume from 20% to 60%, and more preferably from 30% to 60% on the not equipped with turbulence generators channel volume.
Wie bereits beschrieben betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur effizienten Durchführung von Temperiervorgängen einphasiger und/oder zweiphasiger flüssiger oder gasförmiger Stoffströme, dadurch gekennzeichnet, dass ein Turbulenzerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.As As already described, the present invention also relates to Method of efficient implementation of tempering processes single-phase and / or two-phase liquid or gaseous streams, characterized in that a turbulence generator according to the present invention is used becomes.
Die Erfindung betrifft bevorzugt ein Temperiererfahren mit den erfindungsgemäßen Kammschichtstrukturen und dem erfindungsgemäßen Rechteckkanal-Wärmeaustauscher für die Kurzzeit-Temperierung eines Fluids oder eines Fluid-Gemisches dadurch gekennzeichnet, dass die zu temperierenden Stoffe einen Viskositätsbereich von 0,001 bis 1 Pas haben, bevorzugt eine Viskosität von 0,1 mPas bis 5000 mPas und besonders bevorzugt eine stoffspezifische Viskosität von 0,1 mPas bis kleiner 10000 mPas haben, so dass bei kleiner Verweilzeit aufgrund des geringen Hold-Up's und aufgrund des engen Verweilzeitspektrums sowie aufgrund der guten Querver mischung im Strömungskanal im Austrittsbereich der Schlitzkanäle eine Temperaturdifferenz zwischen Temperiermittel und der Produktaustrittstemperatur sich einstellt, die im Bereich 2–20°C, bevorzugt im Bereich 2–10°C und besonders bevorzugt im Bereich 2–5°C ist.The The invention preferably relates to a tempering process with the comb layer structures according to the invention and the rectangular channel heat exchanger according to the invention for the Short-term temperature control of a fluid or a fluid mixture thereby characterized in that the substances to be tempered a viscosity range from 0.001 to 1 Pas, preferably has a viscosity of 0.1 mPas up to 5000 mPas and more preferably a substance-specific viscosity from 0.1 mPas to less than 10000 mPas, so that with a small residence time due to the low hold-up and due to the tight retention time spectrum as well as the good Querver mixture in the flow channel in the exit region of the slot channels, a temperature difference between the temperature control and the product outlet temperature itself which is in the range 2-20 ° C, preferred in the range 2-10 ° C and especially preferably in the range 2-5 ° C is.
Insbesondere bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur effizienten Temperierung einphasiger und/oder zweiphasiger flüssiger oder gasförmiger Stoffströme, wobei zur Durchführung von endothermen oder exothermen Reaktionen mit Fluiden im einphasigen oder mehrphasigen Zustand und Verwendung als Rohrreaktor, sowie einem vorgeschalteten Mischer zur ersten Homogenisierung der Reaktionspartner vor einem oder mehreren in Reihe hintereinander oder parallel zueinander installierten Schlitzwärmeaustauschern, so dass die nach dem Passieren des Mischers einsetzende chemische Reaktion einer unmittelbar intensiven Temperierung in den Schlitzkanälen mit Turbulenzerzeugern zugeführt werden kann und die im Vormischer erzeugte hohe Mischgüte während des Reaktionsverlaufes im Schlitzkanal aufrecht erhalten wird.Especially Preferably, the present invention relates to a method for efficient Tempering single-phase and / or two-phase liquid or gaseous Material flows, being to carry of endothermic or exothermic reactions with fluids in single-phase or multiphase state and use as a tubular reactor, as well an upstream mixer for the first homogenization of the reactants in front of one or more in series one behind the other or parallel to each other installed slot heat exchangers, so that after passing the mixer incipient chemical Reaction of an immediately intensive tempering in the slot channels with Supplied to turbulence generators can be and the high mixing quality produced in the pre-mixer during the Reaction course is maintained in the slot channel.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Turbulenzerzeuger bevorzugt mit zugeordneten Rechteckkanälen als Kurzzeiterhitzer oder als Kreuzstrom-Wärmeaustauscher für die Lebensmittelindustrie, als Sterilisator für pharmazeutische oder biologische Prozesse, als Abgaskühler für eine vollständige Kondensation von Dämpfen und für die Rückhaltung von Wertstoffen in einem Abgasstrom zur Vermeidung von umweltbelastenden Emissionen, als Wärmeaustauscher für Autokühler oder als Ölkühler, jedoch ohne gemeinsamen Temperierraum und die Abführung der Wärmemenge über die Außenfläche der Rechteckkanäle an die Umgebungsluft, wodurch die Leistung des Kühlers erhöht wird indem die Rechteckkanalaußenflächen durch Anbringen bzw. Anlöten von Blech-Lamellen vergrößert werden und eine gute Wärmeableitung an die Umgebungsluft erfolgt, sowie in einer bevorzugten Form die Verwendung als Auto- bzw. Ölkühler, dadurch gekennzeichnet dass die Kühler aus einem Werkstoff mit einer spezifischen Wärmeleitzahl von 50 KJ/m·h·Grad bis 1500 KJ/m·h·Grad hergestellt sind.Finally, concerns the present invention the use of the turbulence generator according to the invention preferably with associated rectangular channels as a short-term heater or as a cross-flow heat exchanger for the Food industry, as a sterilizer for pharmaceutical or biological Processes, as exhaust gas cooler for one full Condensation of vapors and for the retention of recyclables in an exhaust gas stream to avoid polluting Emissions, as a heat exchanger for car radiator or as oil cooler, but without common tempering and the removal of the amount of heat through the outer surface of the rectangular channels to the Ambient air, whereby the performance of the radiator is increased by the rectangular duct outer surfaces through Attach or solder be enlarged by sheet-metal fins and good heat dissipation takes place in the ambient air, and in a preferred form the Use as a car or oil cooler, thereby marked that the radiator from a material with a specific thermal conductivity of 50 KJ / m · h · degrees to 1500 KJ / m · h · degrees produced are.
Figuren:Characters:
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
In
In
In
Die strukturierten Bleche können auch so übereinander positioniert werden, dass die nicht strukturierten Kammabschnitte zur benachbarten Schicht alternierend liegen, d.h. sich auf der entgegengesetzten Seite befinden.The structured sheets can also so one above the other be positioned that the unstructured comb sections alternate to the adjacent layer, i. on the located opposite side.
Beispiel 2Example 2
In
Vergleichsweise
ist in
In
Beispiel 3Example 3
Das
strukturierte Doppel-Kammelement ist mit einem außermittigen
nicht strukturierten Abschnitt (
Dadurch können sich unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile im Strömungsquerschnitt des Kanals einstellen.Thereby can different velocity profiles in the flow cross-section of the channel.
Des
Weiteren können
in sehr breiten Profilkanälen
oder -gehäusen
(Rechteckkanälen)
unterschiedliche dreidimensionale Gitterstrukturen schichtenweise
aufgebaut werden. In
Beispiel 4Example 4
In
Beispiel 5Example 5
Zur
einfacheren Montage sind die Doppelkammschichten ungefähr so lang
wie der Strömungskanal
selbst und beidseitig mit einer Montagelasche (
Beispiel 6Example 6
In
Der Schlitzkanal-Bündelwärmeaustauscher ist in seine Länge nicht gezeigt, wobei auf der Temperierseite entsprechende Umlenkbleche vorgesehen werden können.Of the Slot channel bundle heat exchanger is in his length not shown, wherein on the tempering corresponding baffles can be provided.
Beispiel 7Example 7
In
In
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