DE1451266B1 - Wärmtetauscher mit natürlichem Umlauf für eine zu erwärmende Flüssigkeit, insbesondere Kochapparat für die Zuckerindustrie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Bei dem bekannten Wärmetauscher sind die Abnatürlichem Umlauf für eine zu erwärmende Flüssig- stände zwischen den Unterkanten der einzelnen Heizkeit, dessen Flüssigkeitsraum von einem liegenden ^platten und dem Mantelboden und damit die für die Behälter mit zwei stirnseitigen, symmetrisch zu seiner Rezirkulationsströmung zur Verfügung stehenden vertikalen Quermittelebene angeordneten, ebenen 5 Strömungsquerschnitte gleich groß bzw. diese Queroder flach gewölbten, vertikalen Böden und einem schnitte nehmen mit Annäherung an die vertikale symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene des Be- Längsmittelebene sogar zu. Da aber die Rezirkulationshälters ausgebildeten, mit zunehmender Höhe sich strömung jeweils um die zwischen den Platten nach erweiternden Mantel begrenzt ist und dessen Heiz- oben steigenden Zweigströme vermindert wird, redukörper aus einer Reihe von hohlen, in ihrem Innen- io ziert sich auch ihre Geschwindigkeit mit Annäherung raum mit dem Heizfluid beaufschlagten, symmetrisch an die Längsmittelebene, so daß sich in deren Bereich zur Quermittelebene des Behälters angeordneten und tote Zonen ausbilden können. Das in den toten Zonen ausgebildeten Platten besteht, die mit gegenseitigem enthaltene Flüssigkeitsvolumen nimmt an dem durch Abstand zwischen ihren ebenen, vertikalen Außen- die Rezirkulationsströmung bewirkten Homogenisieflächen parallel und symmetrisch zur vertikalen 15 rungsvorgang bezüglich der Temperatur und der Längsmittelebene des Behälters angeordnet sind, wo- gleichmäßigen Verteilung eventuell darin enthaltener bei zwischen der unteren und seitlichen, dem Mantel Feststoffteilchen nicht oder nur ungenügend teil und zugewandten Hüllfläche der Platten und dem Mantel neigt zur Absetzung von Feststoffteilchen. Darüber ein Abstand für die absteigende Flüssigkeits-Rezirku- hinaus führt die zunehmende Verringerung der Relationsströmung vorgesehen ist. 20 Zirkulationsgeschwindigkeit, gefolgt von einer Ge-

Derartige bekannte Wärmetauscher (französische schwindigkeitserhöhung beim Eintritt der Zweig-Patentschrift 1 232 985), welche vorzugsweise als ströme zwischen die Heizplatten zu einer Erhöhung Kochapparate für die Zuckerindustrie eingesetzt wer- des Strömungswiderstandes, wodurch sich der Geden, weisen einen Behälter auf, dessen Mantel einen samtdurchsatz der Rezirkulationsströmung verminoberen, zylindrischen Teil besitzt, der sich angenähert 25 dert.

in seinem unteren Sechstel in zwei symmetrisch zur Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

vertikalen Längsmittelebene verlaufenden und zu insbesondere als Kochapparat für die Zuckerindustrie dieser parallelen Mantelflächen fortsetzt, die ihrer- verwendbaren Wärmetauscher zu schaffen, bei dem seits über einen Mantelboden verbunden sind, der bei- unter weitgehender Ausschaltung von toten Ströderseits der Längsmittelebene nach oben ansteigend 30 mungszonen der Strömungswiderstand des Rezirkuausgebildet sein kann, um den Auslauf der zu erwär- lationspfades vermindert ist.

menden Flüssigkeit zu verbessern. Die jeweils über Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

ihre Länge und auch untereinander gleich hoch aus- löst, daß sich bei einem Wärmetauscher der eingangs gebildeten Platten des Heizkörpers sind mit ihren genannten Art in Übereinstimmung zum Durchsatz Oberkanten angenähert in der durch die Übergangs- 35 der um die zwischen den Platten nach oben steigenstelle des zylindrischen und der parallelflächigen den Zweigströme verminderten Rezirkulationsströ-Mantelteile gehenden Horizontalebene angeordnet, _mUng der Abstand von der Hüllfläche der Platten während die Unterkanten der Platten eine ebenfalls in zum Mantel des Behälters vermindert,
einer Horizontalebene verlaufende Hüllfläche defl- Auf Grund dieser Ausbildung erfährt die Rezirku-

nieren. 40 lationsströmung auf dem größten Teil ihres Strö-

Im Betrieb gibt das im Inneren der Platten ent- mungspfades keine schädliche Geschwindigkeitshaltene Heizfluid Wärme an die zwischen den Platten änderung, und es kann auch beim Wiedereintritt zwibefindliche Flüssigkeit ab, welche durch Wärmeaus- sehen die Heizplatten und Aufteilung in die aufsteidehnung und/oder durch Dampfblasenbildung spezi- genden Zweigströme eine Geschwindigkeitsänderung fisch leichter wird und nach oben steigt. Diese einzel- ₄₅ gering gehalten werden. Wegen der sehr günstigen nen Zweigströme vereinigen sich oberhalb der Heiz- Strömungsverhältnisse unter Vermeidung toter Zonen plattenoberkanten zu der zur vertikalen Längsmittel- _w}_rd eine gleichförmige Rezirkulation der in dem ebene symmetrischen Rezirkulationsströmung, welche Behälter enthaltenen Flüssigkeit mit hoher Rezirkusich beim Wiedereintritt an den Unterkanten der lationsgeschwindigkeit erzielt, so daß insbesondere Platten wieder in die aufsteigenden Zweigströme teilt. 50 bei Verwendung als Kochapparat gleichmäßig große,

Bei Wärmetauschern mit Schwerkraftumlauf eines nicht verfärbte Zuckerkristalle erhalten werden,
der Fluide wird allgemein eine möglichst hohe natür- Es sind zwar Vakuumkocher mit einem stehenden

liehe Rezirkulaticrisströmung gefordert, da mit zuneh- zylindrischen Behälter mit schwach kegelstumpfmender Geschwindigkeit der an dem Heizkörper vor- förmig nach unten gewölbtem Boden bekannt (deutbeiströmenden Flüssigkeit auch die abgegebene 55 sehe Patentschrift 1 054 065), bei denen der Heiz-Wärmemenge ansteigt und somit die Leistungsfähig- körper aus konzentrisch angeordneten Ringplattenkeit des Wärmetauschers verbessert wird. Ist der heizkörpern besteht, wobei für die Rezirkulations-Wärmetauscher beispielsweise als Kochapparat für strömung benachbart zur vertikalen Mittelachse ein die Zuckerindustrie vorgesehen, wird die Rezirkula- Platz freigelassen ist. Es ist hier zwar wegen des kontionsströmung durch die hohe Viskosität der zu er- 60 kav gewölbten Behälterbodens der Abstand zu den in wärmenden bzw. einzudampfenden Flüssigkeit behin- einer Horizontalebene befindlichen Heizplattendert. In diesem Fall soll aber auch noch eine mög- Unterkanten fortwährend mit sich vergrößerndem liehst gleichförmige Erwärmung der gesamten Abstand von der Mittelachse und damit abnehmender Flüssigkeit eintreten, um das Wachstum gleich großer Rezirkulationsströmung sich verkleinernd ausgebildet, Zuckerkristalle zu fördern, und es sollen insbesondere 65 aber es nimmt der als Zylinderfläche anzusehende örtliche Überhitzungen, welche zur Verfärbung der Durchflußquerschnitt für die Rezirkulationsströmung, sich bildenden Zuckerkristalle führen, vermieden der proportional dem Produkt aus dem betrachteten werden. Radius von der Mittelachse und dem Abstand der

Plattenunterkante vom Behälterboden ist, mit wachsendem Abstand des betrachteten Durchflußquerschnittes von der Mittelachse sogar zu. Bei dem bekannten Vakuumkocher erhöht sich daher, entgegengesetzt zur Erfindung, der Durchflußquerschnitt für die Rezirkulationsströmung, während diese auf Grund der nach oben steigenden Teilströme abnimmt. Bei dem bekannten Vakuumkocher können auch tote Strömungszonen auftreten, und zwar benachbart zu der Mittelachse am Behälterboden und in dem Randbereich, an dem der Boden an dem Behältermantel befestigt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der zeigt

Fig. 1 einen durch die vertikale Quermittelebene geführten schematischen Schnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen durch die vertikale Quermittelebene geführten schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Der in F i g. 1 veranschaulichte, als Kochapparat für die Zuckerindustrie ausgebildete Wärmetauscher weist einen liegenden Behälter 1 für die zu erwärmende Flüssigkeit auf, dessen Mantel im wesentlichen aus einem halbzylindrischen Unterteilt, zwei zur vertikalen Längsmittelebene parallelen Mantelflächen 3 und einem Oberteil 4 zusammengesetzt ist. Der Mantel ist an jeder Stirnseite parallel zur Zeichnungsebene durch einen Boden 5 abgeschlossen, der nach außen gewölbt ausgebildet sein kann. Im halbzylindrischen Unterteil 2 können ein oder mehrere geneigte Abläufe 6 vorgesehen sein, die zu Entleerungsöffnungen führen, während das Manteloberteil 4 einen Abzug 7 für den Auslaß der sich bei der Erwärmung der Flüssigkeit entwickelnden Dämpfe aufweist.

In dem Behälter 1 ist unterhalb des Spiegels der diesen nur teilweise füllenden Flüssigkeit ein Heizkörper 8 angeordnet, der aus einer Reihe von hohlen Heizplatten 9 besteht, weiche jeweils ebene, vertikale und zueinander parallele Außenflächen aufweisen. Die Heizplatten 9, welche symmetrisch zur vertikalen Quermittelebene des Behälters 1 ausgebildet sind, erstrecken sich im wesentlichen über dessen ganze Länge und sind parallel zu seiner vertikalen Längsmittelebene unter Belassung eines Abstandes zwischen den Außenflächen aufeinanderfolgender Platten angeordnet. Die Beschickung der hohlen Heizplatten 9 mit dem Heizfluid erfolgt an deren Stirnseiten. Sofern das Heizfluid aus Dampf besteht, ist ein die Heizplatten an ihren Unterkanten verbindender Sammler 10 für das Kondenswasser vorgesehen, welcher an seiner tiefsten Stelle mit einem Ableitungsrohr 11 verbunden ist. In ähnlicher Weise sind die Platten im Bereich ihrer Oberkanten durch einen Sammler 12 für die nicht kondensierbaren Gase verbunden, der zu einem Ableitrohr 13 führt. Die Sammler 10 und 12 s'nd in der vertikalen Quermittelebene des Behälters angeordnet.

Die Heizplatten 9 sind bezüglich der Höhe ihrer Unterkanten gestaffelt so angeordnet, daß die von den Unterkanten der Heizplatten definierte Hüllfläche einen Abstand von dem halbzylindrischen Unterteil 2 aufweist, der sich mit Annäherung an die vertikale Längsmittelebene vermindert, und zwar in Übereinstimmung zum Durchsatz der um die zwischen den Platten nach oben steigenden Zweigströme verminderten Rezirkulationsströmung 14.

In dem Behälter 1 sind Formteile 15 und Platten 16 vorgesehen, welche für die Rezirkulationsströmung einen möglichst gleichförmigen Strömungspfad schaffen.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch die Ausbildung des Behälters la als vollständig zylindrischer Körper.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmetauscher mit natürlichem Umlauf für eine zu erwärmende Flüssigkeit, dessen Flüssigkeitsraum von einem liegenden Behälter mit zwei stirnseitigen, symmetrisch zu seiner vertikalen Quermittelebene angeordneten, ebenen oder flach gewölbten, vertikalen Böden und einem symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene des Behälters ausgebildeten_s mit zunehmender Höhe sich erweiternden Mantel begrenzt ist und dessen Heizkörper aus einer Reihe von hohlen, in ihrem Innenraum mit dem Heizfluid beaufschlagten, symmetrisch zur Quermittelebene des Behälters angeordneten und ausgebildeten Platten besteht, die mit gegenseitigem Abstand zwischen ihren ebenen, vertikalen Außenflächen parallel und symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene des Behälters angeordnet sind, wobei zwischen der unteren und seitlichen, dem Mantel zugewandten Hüllfläche der Platten und dem Mantel ein Abstand für die absteigende Flüssigkeits-Rezirku-Iationsströmung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Übereinstimmung zum Durchsatz in der um die zwischen den Platten (9) nach oben steigenden Zweigströme verminderten Rezirkulationsströmung (14) der Abstand von der Hüllfläche der Platten zum Mantel des Behälters (1,1 a) vermindert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen