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Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Abkühlen
oder Erwärmen von chemisch aggressiven Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen.
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Wärmetauscher zum Abkühlen oder Erwärmen von Flüssigkeiten, Gasen
und Dämpfen sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. So kennt man beispielsweise
einen Wärmetauscher zum Kühlen von Getränken wie Bier, Milch u. dgl., der im wesentlichen
aus einem oder aus mehreren gleichen koaxial angeordneten Scheibenelementen besteht,
die sich aus zwei spiegelbildlich einander zugeordneten gleichen zentrisch gelagerten
Scheiben und einer dazwischenliegenden mit einer Aussparung versehenen Trennplatte
zusammensetzen, wobei die Scheiben auf beiden Seiten konzentrisch angeordnete Ringnuten
von dreieckigem Querschnitt aufweisen und das Ringnutsystem der einen Seite mit
dem Ringnutsystem der anderen Seite verzahnt ist. Da bei dieser bekannten Einrichtung
nur das eine der beiden wärmeaustauschenden Medien zwangsweise geführt ist und außerdem
die in der Mitte des Ringnutquerschnitts befindlichen Teilchen des zwangsweise geführten
Mediums einerseits einen sehr viel größeren Abstand zum umgebenden Medium, andererseits
infolge verminderter Wandreibung aber eine sehr viel größere Strömungsgeschwindigkeit
aufweisen als die übrigen Teilchen, läßt sich mit ihr nur ein verhältnismäßig geringer
und ungleichmäßiger Wärmeaustausch zwischen den beiden miteinander in einem Wärmeaustauschverhältnis
stehenden Medien erreichen und kann daher nicht befriedigen.
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Bei einem anderen koaxial angeordnete Scheiben aufweisenden bekannten
Wärmetauscher sind zwar beide miteinander im Wärmeaustausch stehenden Medien zwangsweise
geführt und weisen die ringförmigen konzentrischen Nuten rechteckigen Querschnitt
auf. Da das eine der beiden Medien den Wärmetauscher praktisch rein axial, also
auf verhältnismäßig kurzem Wege durchströmt und die einzelnen Teilchen der beiden
wärmeaustauschenden Medien demzufolge nur sehr kurzzeitig in einem Wärmeaustauschverhältnis
zueinander stehen, findet auch bei dieser Einrichtung nur ein unvollkommener Wärmeaustausch
statt. Um eine ausreichende Kühlung oder Erwärmung des einen der beiden Medien zu
erreichen, muß dieser Wärmetauscher entweder in axialer Richtung relativ große Abmessungen
aufweisen, was beispielsweise durch eine entsprechend große Anzahl von Scheiben
erreicht werden kann, oder aber es muß eine entsprechend große Menge kühlendes oder
erwärmendes Medium durch den Wärmetauscher hindurchgeführt werden. Beide Maßnahmen
erfordern einen verhältnismäßig großen Aufwand und sind daher unwirtschaftlich,
ganz abgesehen davon, daß sie nicht in jedem Falle verwirklicht werden können, sei
es infolge Raummangels oder auch weil nur abgegrenzte Mengen der Medien zur Verfügung
stehen.
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Um Wärmetauscher auch bei chemisch aggressiven, beispielsweise stark
korrodierend wirkenden Medien verwenden zu können, wurde auch schon vorgeschlagen,
die Scheiben bzw. Scheibenelemente aus Graphit herzustellen. Hinsichtlich der erzielbaren
Wärmeaustauschleistung haften diesen aus Graphit hergestellten Wärmetauschern im
wesentlichen aber die gleichen Mängel an wie den oben beschriebenen, so daß auch
sie nicht völlig zufriedenstellen.
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Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden. Für
einen Wärmetauscher zum Abkühlen oder Erwärmen von chemisch aggressiven Flüssigkeiten,
Gasen und Dämpfen, der im wesentlichen aus einem oder mehreren gleichen koaxial
angeordneten Scheibenelementen besteht, die sich aus zwei spiegelbildlich einander
zugeordneten gleichen, im wesentlichen zentrisch gelochten Scheiben und einer dazwischenliegenden,
mit einer Aussparung versehenen Trennplatte zusammensetzen, wobei die Scheiben auf
beiden Seiten konzentrisch angeordnete Ringnuten enthalten und das Ringnutensystem
der einen Seite mit dem Ringnutensystem der anderen Seite ineinander verzahnt ist,
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Scheiben, wie es für derartige Scheiben
in anderer Ausführung bekannt ist, aus Graphit herzustellen, in an sich bekannter
Weise die konzentrisch angeordneten Ringnuten mittels im wesentlichen radial verlaufender
Einschnitte in den Scheiben parallel zu schalten, :einen auf der einen Scheibenseite
vorgesehenen Einschnitt von der im
wesentlichen zentrischen Bohrung
der Scheibe ausgehend und einen auf der anderen Scheibenseite vorgesehenen Einschnitt
in an sich bekannter Weise vom Außenrand der Scheibe ausgehend anzuordnen, die Trennplattenaussparung
schlitzförmig und im wesentlichen radial verlaufend auszubilden und die äußeren
Ringnutensysteme eines jeden Scheibenelements durch ebenfalls eine schlitzförmige,
im wesentlichen radial verlaufende Aussparung aufweisende Deckplatten abzudecken.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des Wärmetauschers macht es möglich,
in einem Körper bestimmter Abmessungen eine größtmögliche Wärmeaustauschfiäche unterzubringen
sowie durch entsprechende Dimensionierung der Ringnuten den beiden Medien eine über
die ganze Höhe der Ringnuten hinweg gleiche und insbesondere auch bestimmte gewünschte
Strömungsgeschwindigkeit mitzuteilen, so daß bei verhältnismäßig geringem Aufwand
ein sehr guter und gleichmäßiger Wärmeaustausch erzielt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel gezeigt
und wird im folgenden an Hand dieses noch näher erläutert. Es zeigt F i g. I einen
Wärmetauscher im Axialschnitt, F i g. II die Teile eines Scheibenelements der F
i g. I im Axialschnitt gemäß den Linien A-A der F i g. III und IV, F i g. III eine
Draufsicht in Richtung des Pfeiles auf die Scheibe a der F i g. 1I, F i g. IV eine
Draufsicht in Richtung des Pfeiles auf die Scheibe b der F i g. 1I.
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Zwischen den beiden Scheiben a und b befindet sich eine
Trennplatte c aus Graphit, Glas, keramischem Material oder Teflon, die an einer
Stelle eine Aussparung hat. In die Bohrungen der Hälften sind Endstücke d oder Nippel
e eingeschraubt oder eingekittet, durch die das erste der beiden wärmeaustauschenden
Medien (im allgemeinen das aggressivere) ein- bzw. durch- bzw. abgeführt wird. Durch
eines der beiden Endstücke d gelangt dieses Medium durch einen fast radial verlaufenden
Einschnitt f (verläuft ebenso, wie in der unteren Hälfte b der Einschnitt i) zu
mehreren konzentrisch verlaufenden Ringnuten g. Die Trennplatte c ist nun so zwischen
die beiden Hälften gelegt, daß das durch die Ringnuten strömende Medium, wenn es
am Ende der Ringnuten angelangt ist, durch die Aussparung h von der oberen Hälfte
a in die untere Hälfte b herabfällt (wenn das Medium von oben zugeleitet
wird) oder von der unteren in die obere Hälfte gedrückt wird (wenn das Medium von
unten zugeleitet wird). In den Ringnuten der zweiten Hälfte fließt das Medium in
der umgekehrten Richtung zurück und gelangt durch den Einschnitt i in den Nippel
e und von diesem in die nächste Einheit. Die beiden Hälften sind durch eine Kittung
oder eine Dichtung r verbunden.
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In das Fleisch der Stege zwischen den Ringnuten, die das durch das
Innere geleitete Medium durchströmt, sind von der Gegenseite her ebenfalls Ringnuten
k eingefräst oder eingedreht, durch die das zweite wärmeaustauschende Medium fließt.
Dieses gelangt durch einen Stutzen im Deckel oder im Boden in den Wärmetauscher
und durch eine Aussparung der Scheiben 1 in die Ringnuten k und von dort in den
Einschnitt m. Die Umleitung von der einen in die andere Hälfte der Einheit erfolgt
hier durch Einschnitte n, die durch Halbrohre o nach außen abgedeckt sind. Die Überleitung
von der einen auf die andere Einheit erfolgt durch eine Aussparung in der Zwischenscheibe
p.
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Durch Variation von Höhe und Zahl der Scheiben, Zahl der Ringnuten
und Schaltung derselben ist es möglich, für alle Bedarfsfälle von kleinsten Flüssigkeits-
oder Gasmengen bis zu Flüssigkeitsmengen bis zu 1.50 m3/h und Gasmengen bis zu 2000
m-3/h geeignete Wärmetauscher anzufertigen.
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Werden die Ringnuten so miteinander verbunden, daß das eine der beiden
wärmeaustauschenden Medien (oder beide Medien) zunächst die erste, dann die zweite
usw. und schließlich die letzte Ringnut durchströmt, so eignet sich diese Art der
Vorrichtung für kleine Flüssigkeitsmengen. Verbindet man aber die Ringnuten derart
miteinander, daß das eine der beiden wärmeaustauschenden Medien (oder beide Medien)
gleichzeitig mehrere oder alle Ringnuten durchströmt, so eignet sich diese Apparatur
für mittlere Flüssigkeits- und Gasmengen und für die Kondensation von mittleren
Dampfmengen. Durchströmt das eine der beiden wärmeaustauschenden Medien (oder beide
Medien) gleichzeitig die Ringnuten aller Graphitkörper, aus denen der Wärmetauscher
besteht, so kann diese Apparatur für sehr große Flüssigkeits- und Gasmengen verwendet
werden.