DE1047807B - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der aus mindestens einem Block mit je zwei Sätzen von gebohrten und sich kreuzenden Kanälen zur Aufnahme zweier Wärmeaustauschmittel besteht, von denen mindestens eines eine Flüssigkeit ist.

Bei solchen Wärmeaustauschern machte es Schwierigkeiten, den gewöhnlich würfelförmigen oder rechteckigen Block aus Kohlenstoff oder Graphit mit den erforderlichen Sätzen von Kanälen zu versehen, weil man so lange Löcher nicht bohren konnte, ohne daß der Bohrer verläuft und Stellen entstehen, in denen die Flüssigkeiten von der einen Bohrung in die andere gelangen können. Man ist infolgedessen dazu übergegangen, an Stelle eines kubischen Blockes einen länglichen Block zu verwenden, um die Kanäle kürzer zu machen. Es ergab sich aber dadurch ein bequemerer Aufbau. Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten dadurch, daß der vorzugsweise aus Graphit hergestellte Block mit einem mindestens nach einer der Endflächen des Blockes hin offenen Hohlraum versehen ist, in den die in verschiedenen Richtungen verlaufenden Kanäle des einen Satzes münden, während die Kanäle des anderen Satzes parallel zur Längsachse des Hohlraumes verlaufen.

Wenn der Wärmeaustauscher in das Wärmeaustauschmittel eingetaucht wird, welches die in den Hohlraum einmündenden Kanäle durchströmt, dann ist vorzugsweise der Block mit einer oberen und unteren Kopfplatte versehen, wobei die obere Kopfplatte Ein- und Ausströmkanäle für die parallel zur Längsachse verlaufenden Kanäle und die untere Kopfplatte Umlenkkanäle aufweist, welche diese Kanäle miteinander verbinden, und ferner in die obere Kopfplatte konzentrische Rohre einmünden, die mit den Ein- und Austrittskanälen in Verbindung stehen, und die untere Kopfplatte mit einer dem Durchmesser des Hohlraumes entsprechenden Öffnung versehen ist.

Diese Anordnung hat gleichzeitig den Vorzug, daß man den Wärmeaustauschblock sowohl aus Kohlenstoff als auch aus Metall herstellen kann, und es wird eine große Wärmeaustauschfläche erzielt, die der gesamten Oberfläche aller Bohrungen entspricht. Durch die Unterteilung der Flüssigkeitsströme in eine große Anzahl kleiner Ströme erfolgt ein sehr energischer Wärmeaustausch, so· daß der Wirkungsgrad der Einrichtung gegenüber den bisher verwendeten Einrichtungen dieser Art erheblich vergrößert wird.

Die Zeichnungen zeigen als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar stellt

Fig. 1 eine Vorrichtung dar, die einen Wärmeaustauscher nach der Erfindung trägt, der in das den ■einen Satz der Kanäle durchströmende Wärmeaustauschmittel eingetaucht ist und drehbar an der Vorrichtung aufgehängt ist, und

Wärmeaustaus eher

Anmelder:
Societe Le Carbone-Lorraine, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Bochum,

und Dr.-Ing. B. Bloch, Berlin-Wilmersdorf,

Ballenstedter Str. 17, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. April 1952

Jean Clause, Paris,

Jean Parisot, Argenteuil, Seine-et-Oise,
ao Charles Roos, Paris (Frankreich),

Alfred Hilliard, London,
und Francis Ferdinand Jaray,

Kingswood, Martley, Worcestershire (Großbritannien), 2g sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 ist ein Schnitt in der Richtung 5-5 von. Fig. 1.

In der Zeichnung ist die hohle Stahlwelle, an der der Wärmeaustauschkörper angeordnet ist, mit 10 bezeichnet. Sie trägt an ihrem oberen Ende einander gegenüberliegende, kegelstumpfförmige oder abgeflacht-kugelförmige Lagerteile 11,12 aus hartem Kohlenstoff. Der Teil 12 ist an der Welle befestigt, und der Teil 11 kann auf ihr gleiten. Eine Feder 13 drückt die beiden Teile auseinander, so daß sie an entsprechend geformten Lagerteilen 15, 16 aus Graphit anliegen. Die Teile 15, 16 sind an Platten 17, 18 angebracht, die an den beiden Enden eines rohrförmigen Teiles 20 befestigt sind, das mit einem Verbindungsstutzen 19 versehen ist. Die obere Platte 17 trägt eine Auslaßhaube 21, an die sich ein Verbindungsrohr 22 anschließt. Der Ring 20 ist mit einem waagerechten, ringförmigen Flansch 24 versehen, der in einem gewissen Abstand von einer waagerechten Platte 25 mit dieser mittels Bolzen 26 verbunden ist. Die Welle 10 hat an ihrem oberen Ende öffnungen 28 und trägt zu ihrem Antrieb zwischen den Teilen 24, 25 eine Riemenscheibe 29.

Innerhalb der Welle 10 und in einem gewissen Abstand von dieser ist ein Rohr 30 aus Metall, harter Harzverbindung oder anderem starrem Werkstoff angeordnet, dessen oberes Ende durch den Lagerteil 11

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hindurchgeht und an diesem befestigt ist. Eine der beiden Flüssigkeiten, zwischen denen der Wärmeaustausch bewirkt werden soll, fließt von dem Rohr 22 in das Rohr 30 und, nachdem es den eigentlichen Wärmeaustauscher durchströmt hat, durch den Spalt zwischen der Welle 10 und dem Rohr 30 in den Ring 20 zurück und durch das Rohr 19 hinaus; die Fließrichtung kann aber auch umgekehrt sein.

Die Welle 10 wird von einem starken Stahlrohr 32 umgeben, dessen oberes Ende an die Platte 25 angeschweißt oder mit ihr verbolzt ist, wobei zwischen dem Rohr 32 und der Welle 10 Kugel- oder Rollenlager 33, 34 vorgesehen sind.

Die Platte 25 trägt einen nach unten ragenden Ring 36, der einen Graphitdichtungsring 37 hält, der sich gegen einen von einem Ring 39 getragenen Kohlenstoffring 38 legt. Der Ring 39 ist an dem oberen Ende eines Mantels 40 befestigt, der das Rohr 30 umgibt und aus mit Kohlenstoff oder Gummi überzogenem Stahl oder einem sonstigen schützenden Werkstoff gefertigt ist. Das untere Ende dieses Mantels ist an dem Wärmeaustauschblock angebracht. Der Ring 39 kann auch an dem Rohr 32 angebracht sein. Eine federnde Scheibe oder eine Spiralfeder kann, wie bei 90 gezeigt, zwischengelegt sein.

Die eigentliche Wärmeaustauschvorrichtung besteht aus einem dickwandigen, hohlen Block 70 mit oberen und unteren Kopfplatten 71, 72, die an dem Block befestigt oder unter Einlage von Dichtungen an ihm angeklemmt sind. Die Kopfplatten sind an dem Block mittels Bolzen 73 befestigt, deren Köpfe und Muttern in Vertiefungen angeordnet sind, die mit einem Bindemittel 76 gefüllt sind. Das Lager 34 wird von einem Ring 64 getragen, der auf einer Kappe 65 sitzt, die über das untere Ende des Rohres 32 gelegt ist und daran befestigt, beispielsweise angeschweißt ist. Die obere Hohlplatte 71 wird mittels einer Stahlplatte 67 und Schraubenbolzen 66 von der Haube 65 getragen. Der Block besteht aus Graphit, und die Kopfplatten sind aus Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt. Die obere Kopfplatte

71 hat zwei Reihen waagerechter, radialer Kanäle 74, 75, von denen die obere Reihe 74 mit dem Spalt zwischen der Welle 10 und dem Rohr 30 und die andere Reihe 75 mit dem Innern des Rohres 30 in Verbindung steht. Die radialen Kanäle setzen sich bei 77,78 im rechten Winkel nach unten zur Unterfläche der Kopfplatte 71 fort, wo sie mit zwei Reihen entsprechender, in senkrechter Richtung verlaufender Kanäle 79, 80 in dem Block in Verbindung stehen. Die Kanäle der beiden Reihen können radial oder beliebig anders zueinander angeordnet sein. Zwischen zwei benachbarten Kanälen 79 und 80 oder zwischen zwei Gruppen von Kanälen 79 und 80 befindet sich eine Reihe von Bohrungen oder Schlitzen 82, die vom Inneren des Zylinders nach dessen Außenseite führen und radial oder unter einem Winkel zu der radialen Richtung verlaufen. Die Oberflächen dieser radialen Bohrungen oder Schlitze bilden die Hauptwärmeaustauschflächen, die radial und senkrecht verlaufen, so daß die darin befindlichen Flüssigkeitsströme in Umlauf versetzt und durch Zentrifugalkraft aus der senkrechten Stromrichtung in dem Inneren des Zylinders nach außen gefördert werden. Die untere Kopfplatte

72 weist an ihrer oberen Fläche radiale Kanäle 84 auf, die die einzelnen abwärtsführenden Kanäle mit dem entsprechenden aufwärts führenden Kanal verbinden, so daß eine Zirkulation des Wärmeaustauschniittels von der Welle 10 durch die Kopf platten und •den Block zurück zu dem Ausflußrohr 30 oder umgekehrt erzeugt wird. Die untere Kopfplatte hat die Form eines Ringes, durch dessen Mittelöffnung die zu_behandelnde Flüssigkeit einfließt.

Die Stahlplatte 67 kann gegen chemische Einwirkungen geschützt werden, indem sie mit einem Überzug aus Kohle oder anderem geeignetem Werkstoff versehen wird. Wo notwendig, sind nachgiebige Dichtungen und Verschlüsse vorgesehen, auch können Federn od. dgl. angebracht sein, um die Teile nachgiebig aneinanderzudrücken.

Die hohle Stahlwelle 10 kann gegebenenfalls ortsfest sein. Es kann auch ein zusätzliches drehbares oder ortsfestes Mittelrohr zum Abfluß und zur Verteilung des Wärmeaustauschmittels von der unteren Platte vorgesehen sein.

Gegebenenfalls können die Wände der Bohrungen

oder Schlitze in der Draufsicht divergieren, um die

Fließgeschwindigkeit an der Innenseite zu vergrößern und einen Wirbel zu erzeugen, sie können aber in bestimmten Fällen auch konvergieren.

Durch Anordnung von Sperren in den Kopfplatten kann eine Mehrwegewirkung des Wärmeaustauschmittels erzielt werden.

Die Schlitze 82 können gegebenenfalls in einem Winkel, z. B. in einem Winkel von 45°, zur Senkrechten verlaufen.

Die Teile des Wärmeaustauschers können auch aus Metall gefertigt werden, z. B. rostfreiem Stahl, Kupfer oder Monelmetall, wie es für den besonderen Verwendungszweck wünschenswert ist.

Die Wärmeübertragungsmittel, z.B. Dampf, können gegebenenfalls auch dazu dienen, den Wärmeaustauscher zu drehen, so daß sich ein besonderer Hilfsantrieb erübrigt.

Für das untere Ende des Wärmeaustauschers kann am Boden des Flüssigkeitsbehälters oder an einer Plattform oberhalb dieses Bodens ein Lager angebracht sein, wobei Öffnungen vorgesehen sein müssen, durch die der Eintritt der Flüssigkeit aus dem Behalter in den unteren Teil des Wärmeaustauschers erfolgen kann.

Es kann Dampf beispielsweise durch eine Welle in das System eingeführt und von dieser über eine Kopfplatte durch die Wärmeübertragungsvorrichtung geleitet werden. An dem anderen Ende können die Wärmeübertragungsblöcke mit unter dem erforderlichen Winkel zu der Achse verlaufenden Düsenrohren versehen sein. Die obere Kopfplatte dient dann als Turbine, die die Drehung der Wärmeaustauschvorrichtung bewirkt. Diese Kopfplatte ist mit einem Ablaßrohr verbunden, das mit der Welle in einer Linie liegen kann, die aus dem Tank, Gefäß oder Behälter hinausragt.

Bei bestimmten Verwendungen, besonders wenn der Wärmeaustauscher, verglichen mit der Größe des Tankes, in dem er arbeitet, klein ist, kann es wünschenswert sein, seine Mischwirkung zu vergrößern. Beispielsweise kann sich von dem drehbaren Teil ein Saugrohr nach unten erstrecken und die Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Gefäßes ansaugen.

Der Aufwärtsfluß durch das Saugrohr kann durch eine Schraube, einen oder mehrere Flügel, Schaufeln oder andere geeignete Mittel unterstützt werden. Die Drehung der Schraube, des Flügels oder der Schaufein kann entweder dadurch bewirkt werden, daß sie an dem Saugrohr angebracht werden, gegebenenfalls können sie unabhängig mittels einer Welle angetrieben werden, die mitten durch die Vorrichtung geht.

Bei einer solchen Anordnung wäre es auch möglich, den Wärmeaustauscher in die Flüssigkeit völlig oder

zum Teil einzutauchen oder oberhalb der zu erwärmenden oder zu kühlenden Flüssigkeit zu verwenden. Ein weiteres Mittel zur Förderung des Flüssigkeitsstromes in dem Tank, in dem der Wärmeaustauscher arbeitet, besteht in einem den Wärmeaustauscher umgebenden, oben und unten offenen Mantel, der zylindrisch oder von jeder anderen geeigneten Form sein kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, bestehend aus mindestens einem Block mit je zwei Sätzen von gebohrten und sich kreuzenden Kanälen zur Aufnahme zweier Wärmeaustauschmittel, von denen mindestens eines eine Flüssigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise aus Graphit hergestellte Block (70) mit einem zumindestens nach einer der Endflächen des Blocks hin offenen Hohlraum versehen ist, in den die in verschiedenen Richtungen verlaufenden Kanäle (82) des einen Satzes münden, während die Kanäle (79, 80) des anderen Satzes parallel zur Längsachse des Hohlraumes verlaufen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, der in das Wärmeaustauschmittel eingetaucht wird, welches die in den Hohlraum einmündenden Kanäle durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Block mit einer oberen und unteren Kopfplatte (71, 72) versehen ist, wobei die obere Kopfplatte Ein- und Ausströmkanäle (74, 75) für die parallel zur Längsachse verlaufenden Kanäle (79, 80) und die untere Kopfplatte Umlenkkanäle (84) aufweist, welche diese Kanäle (79, 80) miteinander verbinden, und daß ferner in die obere Kopfplatte (71) konzentrische Rohre (10, 30) einmünden, die mit den Ein- und Austrittskanälen (74, 75) in ■Verbindung stehen, und die untere Kopfplatte (72) mit einer dem Durchmesser des Hohlraumes entsprechenden öffnung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 821 653, 597 719, 684;

österreichische Patentschriften Nr. 134175,
113190;

französische Patentschriften Nr. 894 869, 589 522; britische Patentschrift Nr. 629 988;

Chemical Engineering, November 1951, S. 168.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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