DE19931105B4 - Vakuumtrocknungsvorrichtung mit einem Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1), insbesondere für eine Vakuumtrocknungsvorrichtung, wobei der Wärmetauscher (1) einerseits von Dampf als erstes Medium und andererseits von einem zu trocknenden oder einzudickenden schütt- oder fließfähigen Gut als zweites Medium durchströmbar ist, wobei der Dampf unter Abgabe von Wärme an das zweite Medium zumindest teilweise im Wärmetauscher (1) kondensierbar ist. Der neue Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, daß er durch wenigstens einen in Spiralform aufgewickelten abgeflachten Schlauch (10) gebildet ist, wobei das erste Medium durch den Schlauch (10) hindurchleitbar ist und wobei das zweite Medium zwischen den Spiralwindungen des Schlauchs (10) hindurchleitbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vakuumtrocknungsvorrichtung für zu trocknende oder einzudickende schütt- oder fließfähige Güter, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin befindlichen Wärmetauscher, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
• Eine Vakuumtrocknungsvorrichtung dient zum Trocknen und Eindicken von schütt- oder fließfähigen Gut mithilfe von Dampf. Die Vakuumtrocknungsvorrichtung weist dazu einen Wärmetauscher auf, der einerseits von Dampf als erstem Medium und andererseits von dem zu trocknenden Gut als zweitem Medium durchströmt wird, wobei der Dampf unter Abgabe von Wärme an das Gut im Wärmetauscher wenigstens teilweise kondensiert.
• Es stellt sich die Aufgabe, für eine solche Vakuumtrocknungsvorrichtung einen Wärmetauscher zu finden, der für das wärmeabgebende Medium Dampf besonders geeignete Wärmeübergangszonen hat, preiswert zu bauen ist und betriebssicher für die genannten Trocknungsgüter bei einer Vakuumtrocknung einzusetzen ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumtrocknungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
• Für andere Einsatzzwecke als Vakuumtrocknungsvorrichtungen sind Kunststoffschläuche als Wärmetauscher bekannt (vergleiche z. B. DE 87 09 710 U1 ). Hier handelt es sich allerdings um einen Kunststoffschlauch, nicht um einen Kunststoff-Folienschlauch, der in einem Halter befestigt ist. Als Anwendungsgebiet werden galvanische Bäder genannt, in die der bekannte Wärmetauscher hineingesenkt wird. In solchen Bädern wird weder getrocknet noch verdickt.
• Der erfindungsgemäße Wärmetauscher bietet den Vorteil, dass er in seiner einfachsten Form aus einem einzigen Schlauch bestehen kann, der in entsprechender Länge hergestellt und danach zur Spiralform aufgewickelt wird. Zweckmäßig wird dabei ein Schlauch mit einem relativ großen Umfangs und mit relativ geringer Wandstärke verwendet, um ihn problemlos abflachen zu können und um dabei möglichst große Wärmetauscher-Flächen zu erreichen. Außerdem ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher fast automatisch eine im Wesentlichen zylindrische Außenform, so dass dieser Wärmetauscher problemlos in einem zylindrischen Gehäuse mit sehr guter Raumausnutzung unterzubringen ist. Für den Schlauch geeignete Kunststofffolien sind auf dem Markt verfügbar und können mit den für den einzelnen Anwendungsfall des Wärmetauschers erforderlichen Eigenschaften problemlos beschafft und in die gewünschte abgeflachte und zur Spirale aufgewickelte Form gebracht werden.
• Vorzugsweise kann im Zentrum des Wärmetauschers ein Zu- oder Ableitungsrohr für den Dampf angeordnet sein, das zugleich als mechanisch stabiles Tragelement dient. Damit erhält das zentrale Rohr zwei Funktionen, was eine besonders wirtschaftliche Ausführung und zugleich stabile Konstruktion ergibt.
• Zusätzlich können zwischen den Spiralwindungen des Schlauchs mediumdurchlässige Abstandhalter vorgesehen sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass das zweite, zwischen den Spiralwindungen hindurchgeführte Medium sich nicht staut, sondern problemlos seinen Weg nimmt.
• Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass im Schlauch selbst mediumdurchlässige Abstandhalter vorgesehen sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass das erste Medium behinderungsfrei durch den Schlauch strömen kann.
• Für Anwendungen, bei denen eine größere Menge des ersten Mediums bei kürzeren Strömungswegen für das erste Medium durch den Wärmetauscher durchgesetzt werden soll, ist vorgesehen, dass zwei oder mehr Schläuche aufeinanderliegend zu der Spiralform aufgewickelt sind, wobei die Schläuche in Parallelschaltung vom ersten Medium durchströmbar sind.
• Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass der Wärmetauscher im Betrieb eine vertikale Spiralachse aufweist und dass das zweite Medium von oben nach unten, vorzugsweise mittels Schwerkraftwirkung, im Kreuzstrom zum ersten Medium durch den Wärmetauscher führbar ist. Bei diesem Einsatz des Wärmetauschers ist die Förderung des zweiten Mediums besonders einfach, da keine besonderen Fördermittel eingesetzt werden müssen.
• Eine weitere Ausgestaltung des Wärmetauschers sieht vor, dass im Schlauch in dessen im Betrieb unteren Bereich eine Kondensat-Drainageleitung angeordnet ist. Bei dieser Ausführung des Wärmetauschers können aus dem Schlauch getrennt voneinander der am Ende des Schlauchs noch ankommende Dampf einerseits sowie das während der Durchströmung der Schlauchs entstandene Kondensat andererseits abgezogen und einer zweckentsprechenden Weiterbehandlung oder -verwendung zugeführt werden.
• Um die Kapazität des Wärmetauschers optimal zu nutzen, wird vorgeschlagen, dass an seiner im Betrieb oberen Seite Mittel zur gleichmäßigen Aufgabe und Verteilung des zweiten Mediums in die Zwischenräume zwischen den Spiralwindungen vorgesehen sind. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die gesamten wärmetauschenden Oberflächen des Wärmetauschers gleichmäßig mit dem zweiten Medium beschickt werden.
• Schließlich sieht die Erfindung noch vor, dass der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des ersten Mediums betrachtet mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgeführt ist. Hiermit wird eine im Durchsatz entsprechende Querschnittsgröße im gesamten Verlauf des Wärmetauschers gewährleistet, weil bei Verwendung von Dampf als erstem Medium ein Teil davon während des Durchströmens des Wärmetauschers kondensiert, so dass das Dampfvolumen mit zunehmendem Strömungsweg geringer wird. Für das geringer werdende Dampfvolumen genügt dann auch ein geringerer Strömungsquerschnitt, ohne daß sich der Strömungswiderstand dadurch erhöht. Damit kann der Wärmetauscher besonders kompakt und platzsparend ausgeführt werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Wärmetauscher, der in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, im schematischen Querschnitt.
• Wie die Zeichnungsfigur zeigt, besteht der Wärmetauscher 1 aus einem abgeflachten und zu einer Spiralform aufgewickelten Schlauch 10. Die Spiralachse wird durch ein zentrales Rohr 13 gebildet, das im Betrieb des Wärmetauschers vorzugsweise vertikal verläuft. Das zentrale Rohr 13 besitzt einen in seiner Längsrichtung verlaufenden Schlitz 13', der in das Innere des spiralförmig aufgewickelten Schlauchs 10 mündet. Durch das zentrale Rohr 13 ist ein erstes Medium, beispielsweise Wasserdampf, zuführbar und durch den Schlitz 13' in das Innere des Schlauchs 10 und somit in den darin gebildeten ersten Mediumkanal 11 einleitbar. Das erste Medium strömt in Richtung der Strömungspfeile 11' durch den gesamten Schlauch 10. Am Ende des Schlauchs 10 ist am äußeren Umfang der Spirale ein Sammelkanal 14 vorgesehen, der einen nach außen führenden Auslaß 14' aufweist, durch den der verbleibende Dampf sowie gegebenenfalls auf dem Wege dorthin entstandenes Kondensat abziehbar sind.
• Zwischen den Spiralwindungen des Schlauchs 10 ist ein in der Draufsicht gemäß der Zeichnungsfigur ebenfalls spiralförmiger Zwischenraum 12 freigehalten, der zur Hindurchleitung eines zweiten Mediums, z. B. ein zu trocknendes Schüttgut oder eine einzudickende Flüssigkeit, genutzt wird. Das zweite Medium wird bevorzugt an der Oberseite des Wärmetauschers 1 aufgegeben und gleichmäßig über die gesamte Oberseite des Wärmetauschers 1 verteilt in den Zwischenraum 12 eingeleitet. Das zweite Medium wird dann im Sinne der Bewegungspfeile 12' von oben nach unten, vorzugsweise allein mittels Schwerkraft, durch den Wärmetauscher hindurchgeführt und bewegt sich damit im Kreuzstrom zum ersten Medium. An der hier nicht sichtbaren Unterseite des Wärmetauschers 1 können an sich bekannte Mittel zur Sammlung und Abführung des zweiten Mediums nach dessen Durchlaufen des Wärmetauschers 1 vorgesehen sein.
• Die Höhe des Wärmetauschers 1 und damit die Länge des Strömungsweges des zweiten Mediums werden festgelegt durch den Umfang des Schlauchs 10, der abgeflacht und zur Spiralform aufgewickelt wird. Dabei ist die resultierende Höhe des Wärmetauschers 1 nur geringfügig kleiner als die Hälfte des Umfangs des Schlauchs 10, da dieser beim Abflachen auf einen relativ geringen Abstand seiner Wandungen gebracht wird.
• Um definierte Abstände der nach dem Abflachen und Aufwickeln nebeneinanderliegenden Schlauchwandungen einer seits innerhalb des Schlauchs 10 und andererseits im Zwischenraum 12 zu gewährleisten, können, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, mediumdurchlässige Abstandshalter im Schlauch 10 und/oder im Zwischenraum 12 angeordnet sein. Beide Arten von Abstandshaltern werden zweckmäßig vorab in den schon abgeflachten Schlauch 10 eingelegt oder auf diesen aufgelegt und dann zusammen mit dem Schlauch 10 zur Spiralform aufgewickelt. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Schlauch 10 selbst mit einer geeignet strukturierten äußeren und/oder inneren Oberfläche ausgeführt sein, um die gewünschte Mediumdurchlässigkeit zu gewährleisten.
• Wie die Figur schließlich noch zeigt, ist der Wärmetauscher 1 im Inneren eines im Querschnitt zylindrischen Gehäuses 15 angeordnet, wobei die Darstellung besonders klar verdeutlicht, daß mit dem Wärmetauscher 1 eine optimale Ausnutzung des Innenraums des zylindrischen Gehäuses 15 erreicht wird, weil jegliche Toträume vermieden werden.
• Bei Bedarf können auch zwei oder mehr Schläuche 10 aufeinandergelegt und dann parallel zueinander zur Spiralform aufgewickelt werden, was einen größeren Strömungsquerschnitt und verkürzte Strömungswege für das erste Medium ergibt. Auch kann der Wärmetauscher 1 nach einer gewissen Einsatzzeit aus dem Gehäuse 15 entnommen, abgewickelt und dann gereinigt werden, falls sich im Betrieb des Wärmetauschers 1 Schmutz an diesem absetzt. Nach der Reinigung kann der Wärmetauscher 1 problemlos wieder in seine Spiralform gewickelt und dann erneut eingesetzt werden. Bei besonders großem Wärmetauschbedarf können auch mehrere derartige Wärmetauscher 1 übereinander innerhalb eines Gehäuses angeordnet werden, wobei dann zweckmäßig die zentralen Rohre 13 mit entsprechenden Verbindungsstücken miteinander gekoppelt werden. Hierdurch wird eine sehr praktische Modulbauweise ermöglicht, die eine einfache Anpassung an unterschiedlich große benötigte Wärmetauschkapazitäten ermöglicht.

Claims (9)

1. Vakuumtrocknungsvorrichtung für zu trocknende oder einzudickende schütt- oder fließfähige Güter, bestehend aus einem Gehäuse (15) mit einem darin befindlichen Wärmetauscher (1), der eine Spiralform mit beabstandeten Spiralwindungen besitzt, die von Dampf durchströmbar sind und die aus einem abgeflachten Kunststoff-Folienschlauch gebildet sind, wobei das schütt- oder fließfähige Gut zwischen den Spiralwindungen des Schlauchs (10) hindurchleitbar ist.
2. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum des Wärmetauschers (1) ein Zu- oder Ableitungsrohr (13) für den Dampf angeordnet ist, das zugleich als mechanisch stabiles Tragelement dient.
3. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Spiralwindungen des Schlauchs (10) Abstandhalter vorgesehen sind.
4. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schlauch (10) Abstandhalter vorgesehen sind.
5. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, zwei oder mehr Schläuche (10) aufeinanderliegend zu der Spiralform aufgewickelt sind, wobei die Schläuche (10) in Parallelschaltung durchströmbar sind.
6. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher im Betrieb eine vertikale Spiralachse aufweist und dass das schütt- oder fließfähige Gut mittels Schwerkraftwirkung im Kreuzstrom durch den Wärmetauscher (1) führbar ist.
7. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmetauscher (10) in dessen im Betrieb unteren Bereich eine Kondensat-Drainageleitung angeordnet ist.
8. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der im Betrieb oberen Seite des Wärmetauschers Mittel zur gleichmäßigen Aufgabe und Verteilung des schütt- oder fließfähigen Gutes in die Zwischenräume (12) zwischen den Spiralwindungen vorgesehen sind.
9. Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in Dampf- Strömungsrichtung gesehen das schütt- oder fließfähige Gut mit einem abnehmenden Strömungsquerschnitt ausgeführt ist.