DE2103102A1

DE2103102A1 - Wärmeaustauscher für Feststoff-Flüssigkeitsgemenge, insbesondere für schlammartige Fluide

Info

Publication number: DE2103102A1
Application number: DE19712103102
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen 5828 Ennepetal Heinrich
Original assignee: Rittershaus & Blecher Gmbh, 5600 Wuppertal
Priority date: 1971-01-23
Filing date: 1971-01-23
Publication date: 1972-07-27
Also published as: GB1328941A; FR2122577A1; CH531697A

Description

Patentanwalt

Dipl.-Phys. Rudolf Peerboor...

56 Wuppertal-Barmen ' ^[D ' '

Friedrich-Engels-Allee 349/351 · Ruf 55 61 47

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Anmelder : Rittershaus & Blecher GmbH 56 Wuppertal-Barmen

Wärmeaustauscher für Feststoff-Flüssigkeitsgemenge, insbesondere für "schlammartige Fluide

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für Feststoff -Flüssigkeitsgemenge, insbesondere für schlammartige Pluide, die einen hohen Förderdruck, z, B« bis etwa 20 atü, erfordern.

Wärmeaustauscher werden für gut fließ- oder strömungsfähige Medien wie Gase und Flüssigkeiten vielfältig eingesetzt, Bei Medien geringer Fließfähigkeit hat man Wärmeaustauscher bisher nur in wenigen Fällen eingesetzt. In der Praxis besteht jedoch auch ein Bedürfnis nach geeigneten Wärmeaustauschern für solche Medien, was im folgenden, allerdings ohne Einschränkung für das Anwendungsgebiet der vorliegenuen Erfindung, am Beispiel einer modernen Fäkalienkläranlage erläutert sei. Bei solchen Kläranlagen wird der zu klärende Schlamm zunächst auf etwa 200° G aufgeheizt, damit auch feiner verteilte Schmutzstoffe koagulieren, und danach

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einer Filtervorrichtung, im allgemeinen einer Platten- oder Kammerfilterpresse, zugeführt. Hierbei ist man aus wirtschaftlichen Gründen gezwungen, einen Wärmeaustausch zwischen dem aufgeheizten und dem noch kalten Schlamm durchzuführen.

Bei den bekannten, nach dem beschrienenen Prinzip arbeitenden Kläranlagen bestehen die Wärmeaustauscher aus Doppelrohrapparaten mit Mantel— und Kernrohr, die von dem kalten und heißen Schlamm jeweils im Gegenstrom durchflossen werden. Ein solcher Doppelrohrapparat kann zwar im Hinblick auf den erforderlichen hohen Förderdruck geeignet ausgebildet werden, jedoch erweist sich hierbei schon der Strömungsquerschnitt insbesondere des Mantelrohres als ungünstig in Anbetracht des geringen Fließvermögens des Schlammes„ Noch entscheidender ist jedoch der Nachteil, daß solche Doppelrohrapparate nur mit umständlichen und aufwendigen Arbeitsvorgängen gereinigt werden können. Bei den zu behandelnden schlammartigen Medien kommt es jedoch unvermeidbar nach verhältnismäßig kurzen Zeiten zu Feststoffabsetzungen an den 4P' Wärmeübergangsflächen, wodurch bekanntlich der Wärmeübergang sehr stark reduziert wird. Es ist deshalb unumgänglich, den Wärmeaustauscher in regelmäßigen Zeitabständen zu reinigen. Bei den bekannten als Doppelrohrapparat ausgebildeten Wärmeaustauschern, bei denen die Doppelrohre mäanderi'örwig hin und her verlaufen, müssen die Umkehrbögen der Doppelrohre deshalb jeweils als getrennte Rohrkrümmer ausgebildet und über Flanschverbindungen an die geradlinigen Doppelrohr-

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abschnitte angeschlossen werden. Zur Vornahme einer Reinigung müssen dort also zunächst alle Doppelrohr-Krümmer abgeschraubt und dann alle geradlinigen und gekrümmten Doppelrohrabschnitte einzeln gereinigt werden, was einen Arbeitsaufwand bedingt, der die Zweckmäßigkeit des geschilderten Klärverfahrens grundsätzlich in Präge stellt.

Pur andere Anwendungsgebiete sind zahlreiche weitere Bauformen von Wärmeaustauschern bekannt, z. B. Rohrbündelaustauscher oder Nadelheizkörper (Field-Rohre). Bei allen diesen, mit rohrartigen Leitungen arbeitenden Wärmeaustauschern sind jedoch die grundsätzlich gleichen Schwierigkeiten bei einer Reinigung zu erwarten.

Als leicht zu reinigender Wärmeaustauscher sind dagegen sog. Plattenaustauscher bekannt, wie diese beispielsweise in Molkereien und Brauereien für allerdings gut fließfähige Medien eingesetzt werden. Bei diesen Plattenaustausehern, die ähnlich wie Filterpressen aufgebaut sind, begrenzen jeweils zwei benachbarte Platten einen flächigen, meist rechteckigen, Kalt— oder Heißmediumraum, der im allgemeinen diagonal vom Medium durchflossen wird, wobei meist noch durch im Mediumraum verteilte Leitbleche spezielle Wirbelungseffekte erzwungen werden, die der Ausbildung von mehr oder weniger ruhenden, laminaren Flüssigkeitsgrenzschichten an den Plattenoberflächen entwirken sollen. Der Fachwelt ist es aber bekannt, daß solche Plattenaustauscher nur bei ge-

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ringen Mediumdrücken einsetzbar sind«, Pur schlammartige Fluide sind die bekannten Plattenaustauscher allein schon wegen des hier erforderlichen hohen Forderdruckes nicht verwendbar. Hinzu kommt, daß solche flächigen Mediumkammern strömungstechnisch für schlammartige Fluide äußerst ungünstig sind, da es in solchen Kammern sehr rasch zu einem Ansetzen von Schlamm kommt, dem durch die Strömungskräfte selbst praktisch nicht entgegengewirkt wird«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher für Feststoff-Flüssigkeitsgemenge zu schaffen, die einen hohen Förderdruck erfordern, wobei der Wärmeaustauscher insbesondere mit geringem Arbeitsaufwand zu reinigen sein soll und darüber hinaus strömungstechnisch derart ausgelegt sein soll, daß einer Schlammabsetzung bereits durch die Strömungskräfte stark entgegengewirkt wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise als Plattenaustauscher aus einem Paket von, alternierend aufeinander folgende Heißmedium- und Kaltmediumräume begrenzenden, auseinanderfahrbaren Platten aufgebaut ist, daß eine hydraulische Kolben/ Zylindereinrichtung zum Schließen des Plattenpaketes vorgesehen ist, daß die Platten in der Grundform eben.sind und an ihren Hauptflächen Rillen besitzen, wobei die Rillen von zwei aneinander liegenden Plattenhauptflachen jeweils einen rohrschlangenartigen Fluidumraum bilden und in den Platten

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Durchgangsbohrungen zur Verbindung jeweils der Heiß- und Kaltmediumräume vorgesehen sind und daß die Platten sich außer an ihrem Rand auch auf ihren zwischen den Rillen liegenden HauptflächenlDereichen gegeneinander abstützen_e

Bei der Erfindung ist also der Vorteil der "bekannten Plattenaustauscher, nämlich die Mediumräume durch Auseinanderfahren der Platten offenlegen und dann leicht reinigen zu können, ebenfalls gegeben,, Die Erfindung hat sich jedoch von der den bekannten Plattenaustauschern und auch den Filterpressen zugrunde liegenden Vorstellung von flächenartigen Mediumkammern vollständig gelöst und stattdessen ein aus Platten aufgebautes Leitungssystem analog einem Rohrbündelsystem geschaffen, wobei der strömungstechnische Vorteil solcher Rohrbündelsysteme mit der weitgehenden selbstreinigenden Wirkung gewonnen ist und vor allen Dingen ein Wärmeaustauscher erreicht ist, der einen hohen Förderdruck des Mediums ermöglicht und bei dem das Plattenpaket mit dem entsprechend erforderlichen hohen Schließdruck zusammengepreßt werden kann«. Bei einer Verwendung des Wärmeaustauschers nach der Erfindung bei beispielsweise dem Klärverfahren der eingangs beschriebenen Art werden die mit der Reinigung verbundenen Arbeiten und Kosten auf einen Bruchteil des bisherigen reduziert und wird die Zweckmäßigkeit dieses Klärverfahrens wieder gewährleiste C.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung können die Platten

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auf horizontalen Trägern verschiebbar zwischen zwei Ständern gelagert sein und kann die hydraulische Kolben/Zylindereinrichtung zwischen einem der Ständer und einem Ende des Plattenpaketes angeordnet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird jedoch vorgesehen, daß die Platten über Rollen an einem von zwei Ständern getragenen horizontalen Träger aufgehängt und zwischen diesen beiden Ständern angeordnet sind, daß der Träger über einen der Ständer hinaus verlängert ist und an seiner Verlängerung eine Zugplatte verfahrbar aufgehängt ist, daß zwischen der Zugplatte und dem benachbarten Ständer die hydraulische Kolben/Zylindereinrichtung angeordnet ist und daß die Zugplatte über längs des Plattenpaketes geführte Zugstangen mit einer auf der ihr abgewandten Seite des Plattenpaketes angeordneten Druckplatte verbunden ist, welche ebenfalls als Träger verfahrbar gelagert ist. Bei dieser Bauform, die einerseits den erforderlichen Schließdruck für das Plattenpaket und andererseits auch ein leichtes Öffnen des Plattenpaketes gewährleistet, ist insbesondere noch berücksichtigt, daß die von der Kolben/Zylindereinrichtung ausgeübten Kräfte sich gegenseitig innerhalb des Wärmeaustauschers aufheben und also nicht auf die Fundamente geleitet werden, was in Anbetracht der hohen auftretenden Kräfte bei der Gesamterstellung des Wärmeaustauschers stark kostenmindernd ins Gewicht fällt.

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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung können ά e Rillen entweder mäanderförmig oder spiralförmig in den Plattenhauptflächen verlaufen. Hierbei kann vorgesehen werden, daß die an den beiden Hauptflächen jeder Platte vorgesehenen Rillen im wesentlichen miteinander fluchtend angeordnet sind. Alternativ können aber auch die an den beiden Hauptflachen jeder Platte vorgesehenen Rillen auf Lücke versetzt angeordnet sein. Im ersteren Fall kann es sich empfehlen» daß die Rillen im Querschnitt die 3?orm einer flachen Mulde mit ebenem Boden besitzen, wodurch große Wärmeübergangsflächen erzielt werden. Bei auf Lücke versetzten Rillen wird der Erfindung zufolge bevorzugt vorgesehen, daß die Rillen einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen, so daß also die von den Platten gebildeten Leitungen den strömungstechnisch günstigen, kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Schließlich kann der Erfindung zufolge noch vorgesehen werden, daß die Platten außer an ihrem Rand auch im Bereich der Durchgangsbohrungen mit Dichtungen versehen sind. Die Abdichtung ist jedoch bei dem Wärmeaustauscher nach der Erfindung nicht kritisch, da z. B. bei dem beschriebenen Klärverfahren geringe Leckströme ohne weiteres in Kauf genommen werden können, zumal die Lecks sich rasch durch den Schlamm oder dgl. zusetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zeigen :

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Pig. 1 eine Gesamtansicht des WL ..ne aus tauschers nach der Erfindung,

Fig. 2 in einer schematischen Explosivdarstellung ein Plattenpaket mit mäanderförmig verlaufenden Heiß- und Kaltmediumleitungen,

Fig. 3 eine Platte nach Fig. 2 in Vorderansicht,

Pig. 4 in einem Schnitt gemäß der Linie 17-17 in

Fig. 3 mehrere zu einem Paket zusammengefahre-. ne Filterplatten

Fig. 5 in schematischer Explosivdarstellung ein Plattenpaket mit spiralförmig verlaufenden Leitungen,

Fig. 6 in 7orderansicht eine Platte nach Fig_e 5 und

Fig. 7 in einem Schnitt gemäß der Linie 7II-7II in Fig 6 ein Paket aus mehreren aneinander liegenden Platten.

Fig_o 1 zeigt zwei Ständer 1, 2, die einen horizontalen, über den Ständer 1 hinaus verlängerten Träger 3 abstützen, an welchem - zwischen den Ständern 1 und 2 liegend - über Rollen 4 eine Vielzahl von Platten 5 verfahrbar aufgehängt ist. An der den Platten 5 abgewandten Seite trägt der Ständer

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eine hydraulische Kolben/zylindereinrichtung 6, die auf eine Zugplatte 7 einwirkt, die an der Verlängerung des Trägers 3 ebenfalls verfahrbar aufgehängt ist. Die Zugplatte ist über längs der Platten 5 vorbeigeführte Zugstangen 8, mit einer auf der ihr abgewandten Seite des Plattenpaketes angeordneten Druckplatte 10 verbunden, welche ebenfalls am Träger 3 verfahr gelagert ist. Bei der gezeigten geschlossenen ^teilung des Plattenpaketes werden die Platten von der hydraulischen Kolben/Zylindereinrichtung 6 über die Zugplatte 7, die Zugstangen 8, 9 und die Druckplatte 10 gegen den Ständer 1 gedrückt, wobei sich am Ständer 1 die Aktions- und Reaktionskräfte gegenseitig aufheben. Bei der Kolben/Zylindereinrichtung 6 handelt es sich vorzugsweise um eine doppeltwirkende, durch welche die Zug- und Druckplatten 7, 10 in die gestrichelt eingezeichnete, geöffnete Stellung gefahren werden können, bei der die Hauptflächen der Platten 5 zwecks Reinigung freigelegt werden können.

In den Platten 5 sind, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, zwei Leitungssysteme ausgebildet, durch welche die beiden Wärmeaustauachmedien I und II im Gegenstrom geleitet werden. Die Platten sind vorzugsweise aus Druckguß gefertigte

Die Figo 2, 3 und 4 veranschaulichen eine Ausfuhrungsform des Plattenpaketes mit mäanderförmig verlaufenden Mediumleitungen. Die Platten 11 bis 16, bei denen es sich um mittlere Platten des Paketes handeln soll, sind an ihren beiden

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Hauptflachen mit im wesentlichen jeweils fluchtend angeordnet^ von einer Plattenecke diagonal sur anderen Platteneekeifianderförmig verlaufenden Rillen versehen, wobei in Pig. 2 lediglich die auf der jeweils sichtbaren Plattenseite liegenden Rillen 18, 19 gezeigt sind. Sie auf der Rückseite der Platte 11 liegende mäanderförnige Rille 19* (vergle auch Pig 3) ist spiegelbildlich gleich der angrenzenden Rille 19 der Platte 12 und bildet alt dieser zusammen einen Kanal 20, wie aus Pig. 4 ersichtlich ist. Die Rillen 18, 19, 19' besitzen im Querschnitt die form einer flachen Mulde mit ebenem Boden. Wie insbesondere aus Pig» ersichtlich ist, sind die Platten in der Grundform eben. In zusammengefahrenem Zustand stützen sich die Platten außer an ihrem Rand auch auf ihren zwischen den Rillen liegenden Hauptflächenbereichen 21 gegenseitig ab, wodurch einerseits die Trennung der übereinander liegenden Mäanderbogen bewirkt wird und zum anderen dem Plattenpaket eine für den erforderlichen hohen Schließdruck ausreichende innere Stabilität gegeben ist. Wie insbesondere aus Pig. 2 ersichtlich ist, bilden die Platten 11 bis 16 jeweils alternierend aufeinanderfolgende Kaltmedium- und Heißmediumräume, wobei die Räume jeweils der einen und die jeweils der anderen Art über Durchgangsbohrungen 22, 23, 24, 25, 26, 2? bzw. 28, 29, 30, 31, 32, 33 miteinander verbunden sind. Die Platten sind an ihrem Rand durch O-Ringdichtungen 34 abgedichtet. Ferner sind die Durchgangsbohrungen 22 bis 33 Jeweils auf der Plattenseite, auf der das kalte Medium durch den von zwei

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Platten gebildeten Heißmediumraum hindurch geht (und umgekEhrt), durch eine O-Ringdichtung 35 abgedichtet.

Bei der in den Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsform sind im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungsform spiralförmig verlaufende Rillen 36, 37 bezw. 37' an den beiden Plattenhauptflachen vorgesehen und sind die Rillen an den beiden Hauptflächen einer Platte jeweils auf Lacke versetzt, wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich ist«, In den aufeinanderfolgenden Heißmediumräumen (das gleiche gilt für die Kaltmediumräume) werden die spiralför- φ migen Rillen abwechselnd von außen nach innen und in der nächsten Kammer von innen nach außen durchflossen, so dfiß die Durchgangsbohrungen 39, 40, 41, 42, 43, 44 bzw. 45, 46, 47, 48, 49, 50 paarweise abwechselnd am Randbereich oder im mittleren Bereich der Platten anzuordnen sind. Fig. 6 zeigt die Ansicht auf die in Fig. 5 links gezeigte Platte 38, die in dem Plattenpaket nach Fig. 7 ebenfalls mit der Positionsziffer 38 versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein halbkreisförmiger Querschnitt für die Rillen vorgesehen, so m daß sich im Plattenpaket Leitungen mit kreisförmigem Querschnitt ergeben.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Je nach Anwendungsgebiet kann der Wärmeaustauscher statt im Gegenstrom auch im Gleichstrom durchflossen werden. Ebenfalls ist der Verlauf der Rillen in weitem Umfang variierbar. So kann beispielsweise bei der Ausfüh-

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rungsform nach Pig. 2 auch ein War ?austauscher mit Kreuzstrom erreicht werden, indem man die Mäander-Rillen für das eine Medium statt horizontal vertikal orientierte

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Claims

Patentansprüche

*!Wärmeaustauscher für Peststoff-Flüssigkeitsgemenge, insbesondere für schlammartige Fluide, die einen hohen Förderdruck, z. B₀ bis etwa 20 atü, erfordern, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise als Plattenaustauscher aus einem Paket von, alternierend aufeinander folgende Heißmedium- und Kaltmediumräume begrenzenden, auseinander fahrbaren Platten (5) aufgebaut ist, daß eine hydraulische Kolben/Zylindereinrichtung (6) zum Schließen des Plattenpaketes vorgesehen ist, daß die Platten in der Grundform eben sind und an ihren Hauptflächen Rillen (18, 19 und 36, 37) besitzen, wobei die Rillen von zwei aneinanderliegenden Plattenhauptflachen jeweils einen rohrschlangenartigen Mediumraum bilden und in den Platten Durchgangsbohrungen (22 bis 33, 39 bis 50) zur "Verbindung jeweils der Heiß- und Kaltmediumräume vorgesehen sind und daß die Platten sioh außer an ihrem Rand auch auf ihren zwischen den Rillen liegenden Hauptflächenbereichen (21) gegeneinander abstützen.

2„ Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (5) auf horizontalen Trägern (3) ver-

schiebbar zwischen zwei Ständern gelagert sind und daß die hydraulische Holben/Zylindereinrichtung zwischen einem der Ständer und einem Ende des Plattenpaketes angeordnet ist·

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (5) über Rollen (4) an einen von zwei Ständern (1, 2) getragenen horizontalen Träger (3) verfahrbar aufgehängt und zwischen den beiden Ständern angeordnet sind, daß der Träger über einen der Ständer hinaus verlängert ist und an seiner Verlängerung eine Zugplatte (7) verfahrbar aufgehängt ist, daß die hydraulische Kolben/Zylindereinrichtung (6) zwischen der Zugplatte (7) und dem benachbarten Ständer (1) angeordnet ist und daß die Zugplatte über längs des Plattenpaketes geführte Zugstangen (8, 9) mit einer auf der ihr abgewandten Seite des Plattenpaketes angeordneten Druckplatte (10) verbunden ist, welche ebenfalls am Träger verfahrbar gelagert ist.

4ο Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18, 19 und 36, 37) mäanderförmig oder spiralförmig in den Plattenhauptflächen verlaufen.

5· Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden

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Hauptflächen jeder Platte (11) vorgesehenen Rillen (18, 19¹) im wesentlichen miteinander fluchtend angeordnet sind«

6. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Hauptflächen jeder Platte (38) vorgesehenen Rillen (36, 37') auf Lücke versetzt angeordnet sind«,

7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18, 19) im Querschnitt die Form einer flachen Mulde mit ebenem Boden besitzen.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (36, 37) einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen.

9«· Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten außer an ihrem Rand auch im Bereich der Durchgangsbohrungen (33) mit Dichtungen (35) versehen sind«

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