DE1269145B

DE1269145B - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1269145B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Thomas H Bachmann; Henry W Bevarly
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1963-11-07
Filing date: 1964-11-06
Publication date: 1968-05-30
Also published as: SE328321B; US3235002A; NL6412499A; BR6463759D0; DK107945C; GB1039900A; BE655025A

Description

Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Rohr mit Einrichtungen zur Zufuhr eines Wärmeaustauschmediums an das Rohr, Leitungen an beiden Enden des Rohres zur Zufuhr und Ableitung von fließfähigem Material, eine im Rohr drehbar angeordnete Welle mit einer Anzahl von beweglich auf der Welle befestigten Schabeklingen, die mit der Innenwand des Rohres in schabender Berührung stehen, und Einrichtungen zum Lagern der Welle.
Ein derartiger Wärmeaustauscher ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 119 885 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Wärmeaustauscher ist die Schabeklingenwelle an beiden Enden mit ihren Zapfen exzentrisch in der zylindrischen Kammer angeordnet.
Hierdurch werden die Schabeklingen bei jeder Umdrehung der Welle in Schwingung versetzt, wodurch das fließfähige Material durchgeknetet wird. Die Knetwirkung bleibt über die ganze Länge der Welle gleich, was bei einem Material, dessen Viskosität sich vom Anfang bis zum Ende des Rohres ändert, nicht zwekmäßig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten Wärmeaustauscher eine Ausführung zu finden, bei der die Knetwirkung der Schabeklingen den sich über die Länge des Wärmeaustauscher ändernden Eigenschaften des fließfähigen Materials angepaßt werden kann.
Durch die USA.-Patentschrift 1 376 016 ist zwar schon ein Wärmeaustauscher mit einem Schabeklingenrotor bekannt, dessen Exzentrizität gegenüber der Kammerwand sich bereits über die Länge der Kammer ändert. Die Exzentrizität ist jedoch nicht an einem Ende der Kammer Null, sondern sie verringert sich von einem Kammerende bis zur Mitte der Kammerlänge auf diesen Wert und nimmt von dort aus in umgekehrter Richtung gegenüber der Kammerwandung wieder zu. Hieraus ergibt sich, daß die Schabeklingen nicht über die ganze Länge der Kammer an deren Wandung anliegen können, selbst wenn sie gelenkig am Rotor befestigt wären. Auf jeden Fall ist mit dieser Ausführung eine Anpassung der Knetwirkung an die sich stetig ändernden Materialeigenschaften nicht möglich.
Der Wärmeaustauscher der eingangs genannten Gattung ist daher zur Lösung der oben angeführten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Welle und der Innenwand des Rohres so längs Welle und Rohr sich ändernd festgelegt ist, daß die Schabeklingen an einem Ende der Welle beim Drehen der Welle im wesentlichen nicht schwingen und sich die Amplitude der beim Drehen der Welle auftretenden Schwingungen von Schabeklingen zum anderen Ende hin fortlaufend vergrößert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die Welle an einem Ende des Rohres im wesentlichen konzentrisch und am gegenüberliegenden Ende des Rohres exzentrisch zur Rohrachse gelagert ist; das Rohr ist vorzugsweise zylindrisch, und an der Hinterkante der beim Drehen der Welle im wesentlichen nicht schwingenden Schabeklingen sind eine Verengung bildende Stangen zwischen den Schabeklingen und der Welle vorgesehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann sich die Welle nach ihrem exzentrisch gelagerten Ende hin verjüngen.
Der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung wird mit besonderem Vorteil für Materialien verwendet, deren Viskosität beim Eintritt in den Wärmeaustauscher verhältnismäßig niedrig ist und während der Behandlung stark ansteigt, wobei das Material an dem Ende des Wärmeaustauschers zugeführt wird, an dem die Schabeklingen nicht schwingen. Aber auch das Einführen am anderen Ende ist in vielen Fällen zweckmäßig, z. B. wenn sich die Viskosität des Materials während der Behandlung im Wärmeaustauscher verringert.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher, F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 3-3 von F i g. 1, Fig. 4 die Darstellung eines Befestigungsteils im Schnitt entlang der Linie 4-4 von F i g. 1, F i g. 5 eine vergrößerte Teildarstellung im Schnitt, F i g. 6 Teile von F i g. 5 in Draufsicht auf die Welle.
In den F i g. 1 bis 6 der Zeichnung ist der Wärmeaustauscher mit 20 angegeben. Der Wärmeaustauscher 20 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Rohr 21, das in der Zeichnung an seinen Enden durch die Platten 22 und 23 abgeschlossen ist.
Obwohl das Rohr 21 vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Zylinder darstellt, damit es leichter und wirtschaftlicher herzustellen ist, kann es auch andere Formen einnehmen, z. B. eine leicht konische Form. Das Rohr 21 ist mantelförmig von einem Rohr oder einem Zylinder 24 umgeben, der in der Zeichnung in einem gewissen Abstand und konzentrisch zum Rohr 21 angeordnet ist, wodurch eine Kammer 25 entsteht, durch die ein Wärmeaustauschmedium geleitet werden kann. In einem gewissen Abstand und konzentrisch um das Rohr oder den Zylinder 24 ist ein Außenrohr oder eine Umhüllung 26 angeordnet. In dem Ringraum zwischen den Rohren 24 und 26 befindet sich ein geeignetes Isoliermaterial. An beiden Enden sind vorzugsweise ringförmige Flansche oder Muffen 28 und 29 befestigt, beispielsweise durch Anschweißen an die Enden des Rohres 24. Die beiden Enden des Rohres 21 passen in die ringförmigen Öffnungen 30 und 31 der Muffen 28 bzw. 29. Das Rohr 21 kann mit den Flanschen 28 und 29 entweder verschweißt oder herausnehmbar daran befestigt sein, und die Platten 22 und 23 sind entfernbar an den Flanschen 28 und 29 bzw. an den Enden des Rohres 21 angebracht. Vorzugsweise verwendet man Achsendichtungen (nicht angegeben). Durch die Stutzen 35 und 36 wird eine Verbindung zwischen den beiden Enden der Kammer 25 geschaffen. Durch den Stutzen 35, die Kammer 25 und den Stutzen 36 oder in umgekehrter Richtung, kann ein geeignetes Wärmeaustauschmedium geleitet werden. Mit der Platte 22 ist eine Leitung 37 verbunden, die eine Verbindung zu einem Ende des Rohrinneren 38 schafft; eine Leitung 39 ist mit der gegenüberliegenden Platte 23 verbunden, wodurch eine Verbindung mit dem anderen Ende des Rohrinneren 38 geschaffen wird.
Die Welle 40 ist mit ihrem zapfenförmigen Ende 41, das praktisch konzentrisch zur Längsachse 42 des Rohres 21 liegt, in der Platte 22 gelagert, wogegen das gegenüberliegende zapfenförmige Ende 43 exzentrisch zur Rohrachse 42 in der Platte 23 gelagert ist.
An der Welle 40 ist eine Anzahl von Schabeklingen 45, die infolge des Materialwiderstandes und der Zentrifugalkraft beim Drehen der Welle 40 mit der Innenwand 46 des Rohres 21 in Berührung gehalten werden, beweglich angebracht. Die Welle 40 wird zweckmäßig an ihrem zapfenförmigen Ende 41 durch einen (nicht angegebenen) Motor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben. Die Klingen 45 sind in gegeneinander versetzten und überstehenden Sätzen angeordnet. Obgleich jeder Klingensatz in den Zeichnungen zwei Klingen aufweist, kann jede passende Anzahl von Klingen verwendet werden. Die Klingen 45 sind mit Hilfe zweier getrennter Gewindebolzen 47 an der Welle 40 angeordnet. Die Bolzen 47 weisen eine abgerundete Einschnürung 47' zum Einfügen der Hinterkante 48 der Klinge 45 auf, so daß diese hin-und herschwingen kann. Die andere Seite jeder Klinge 45 ist mit einer Schabkante 45' zum Abschaben des Materials von der Innenwand 46 des Rohres 21 versehen. Die Welle 40 ist mit eingeschraubten Feststellbolzen 49 versehen, die durch erweiterte Öffnungen 50 in den Klingen 45 hindurchgehen. Die Gewindebolzen 47 und die Feststellbolzen 49 gewährleisten, daß die Schabkanten 45' der Klingen 45 auf ihrer ganzen Länge schabend mit der Innenfläche 46 des Rohres 21 in Berührung sind und bleiben. Hinter jeder Klinge, und zwar nur am konzentrisch gelagerten Ende der Welle 40, ist eine Stange 51 angebracht, die beispielsweise durch Verschweißen an der Welle 40 befestigt ist. Zwischen der Stange 51 und der Hinterkante 48 der daran angreifenden Klinge 45 befindet sich eine Verengung52.
Mit Hilfe der Verengung 52 wird verhindert, daß praktisch das ganze fließfähige Material, das auf die Unterseite jeder praktisch nicht schwingenden Klinge einwirkt, zwischen der Welle 40 und der Hinterkante 48 der an der Welle angreifenden Klinge 45 hindurchfließt, jedoch kann genügend Material zwischen der Welle 40 und der Hinterkante 48 jeder Klinge 45 hindurchfließen, so daß sich die Klinge bewegen kann.
Die Verengung 52 verhindert eine Ansammlung von Material an der Hinterkante 48 der Klinge 45, die die Klingen am konzentrischen Ende in ihrer Bewegung behindern würde.
Die Arbeitsweise des Wärmeaustauschers 20 nach F i g. 1 bis 6 der Zeichnung ist wie folgt: Ein Wärmeaustauschmedium, beispielsweise ein Kühlmittel, wird fortlaufend durch den Stutzen 35 in die Kammer 25 geleitet und nach dem Passieren der Kammer 25 über den Stutzen 36 entfernt. Ein Material mit einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität wird kontinuierlich durch die Leitung 37 in das Rohrinnere 38 eingeleitet und nach der Bearbeitung kontinuierlich durch die Leitung 39 entfernt. Die Welle 40 dreht sich mit einer passenden Geschwindigkeit. Die Klingen 45 in der Nähe des konzentrisch angeordneten Endes sind in schabender Berührung mit der Innenwand des Rohres 21, obgleich das Material an dieser Stelle eine verhältnismäßig niedrige Viskosität aufweist. Es können Federn vorgesehen sein (nicht angegeben), mit deren Hilfe die Klingen 45 in schabender Berührung mit der Innenfläche 46 des Rohres 21 gehalten werden.
In dem Maß, wie das Material weiterverarbeitet, d. h. gekühlt und durchgemischt wird, und in dem Maß, wie es vom konzentrisch gelagerten Ende der Welle 40 gegen das exzentrisch gelagerte Ende der Welle 40 wandert, nimmt seine Viskosität und damit auch sein Materialwiderstand laufend zu. Die Geschwindigkeit der Welle wird so geregelt, daß der Materialwiderstand und die Zentrifugalkraft ausreichen, um die Klingen 45 in schabender Berührung mit der Innenwand 46 zu halten.
In dem Maß, wie das Material vom konzentrisch zum exzentrisch gelagerten Ende wandert, nimmt die Knetwirkung, der das Material ausgesetzt ist, und dementsprechend auch die Wirksamkeit der Vermischung und der Wärmeübertragung stetig zu.
Soll der Wärmeaustauscher 20 zur Erniedrigung der Viskostität des Materials verwendet werden, kann das Wärmeaustauschmedium ein Heizmedium sein, das durch den Stutzen 35, durch die Kammer 25 und durch den Stutzen 36 oder in umgekehrter Richtung strömt. Dabei fließt das hochviskose Material durch die Leitung 39, durch das Rohrinnere 38 und durch die Leitung 37. Die Stutzen 35 und 36 und die Leitungen 37 und 39 können entweder als Zuleitungen oder als Ableitungen dienen.
Der Klingensatz am konzentrisch gelagerten Ende entlang der Innenwand des Rohres 21 kann eine größere Länge aufweisen (etwa die halbe Länge der Welle), so daß die Klingen auch bei einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit der Welle durch das höher viskose Material am Ende der Klinge an die Innenfläche des Rohres 21 gedrückt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann der Querschnitt der Welle 40 des Wärmeaustauschers 20 über deren ganze wirksame Länge zum exzentrisch gelagerten Ende hin verjüngt sein.
Beispielsweise hat die Welle 40 einen Außendurchmesser von etwa 48 mm und eine Länge von etwa 1180 mm zwischen den zapfenförmigen Enden 41 und 43. Der Abstand zwischen der Rohrachse 42 und der Achse 44 der Welle am exzentrischen Ende beträgt etwa 4 mm; das Rohr 21 hat einen Innendurchmesser von etwa 100mm; die Verengung 52 hat eine Breite von nur etwa t/l0 mm.
Vorzugsweise ist die Welle 40 so angeordnet, daß das Verhältnis des maximalen Abstandes zwischen der Welle 40 und der Innenwand 46 des Rohres 21 am exzentrischen Ende gegenüber dem konzentrischen Ende mindestens 1,5: 1 und höchstens etwa 5: 1 beträgt.

Claims

Patentansprüche: 1. Wärmeaustauscher, bestehend aus einem Rohr mit Einrichtungen zur Zufuhr eines Wärmeaustauschmediums an das Rohr, Leitungen an beiden Enden des Rohres zur Zufuhr und Ab- leitung von fließfähigem Material, eine im Rohr drehbar angeordnete Welle mit einer Anzahl von beweglich auf der Welle befestigten Schabeklingen, die mit der Innenwand des Rohres in schabender Berührung stehen, und Einrichtungen zum Lagern der Welle, d a du r c h g e -kennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Welle(40) und der Innenwand des Rohres (21) so längs Welle und Rohr sich ändernd festgelegt ist, daß die Schabeklingen (45) an einem Ende (41) der Welle beim Drehen der Welle im wesentlichen nicht schwingen und sich die Amplitude der beim Drehen der Welle auftretenden Schwingungen von Schabeklingen zum anderen Ende (43) hin fortlaufend vergrößert.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (40) an einem Ende des Rohres (21) im wesentlichen konzentrisch (Fig. 2) und am gegenüberliegenden Ende des Rohres exzentrisch (Fig.3) zur Rohrachse (42) gelagert ist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (21) zylindrisch ist und daß an der Hinterkante (48) der beim Drehen der Welle (40) im wesentlichen nicht schwingenden Schabeklingen (45) eine Verengung (52) bildende Stangen (51) zwischen den Schabeklingen und der Welle vorgesehen sind (Fig. 5, 6).
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle (40) nach ihrem exzentrisch gelagerten Ende hin verjüngt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 119 885; britische Patentschrift Nr. 889 657; USA.-Patentschrift Nr. 1 376 016.