DE2549600A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

r»· ; ι uu^o-A 79b Btberacti/Riß 1 4. November 1975/1

DipL-Ing. Herbert Braito ^r

Marktplatz 38-Postfach 127

Patentanwalt Telefon (07351)6455

2 F 2019 2549600

FRYMA-Maschinen AG

CH-4310 Rheinfelden Theodorshofweg

(Schweiz)

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Schabkühler für fließfähiges Gut, das zum Ansetzen an der Wärmetauschfläche neigt, mit einem ringförmigen Doppelmantelgehäuse, das von Wärmetauschermedium durchflossen ist und an dessen als Wärmetauschfläche dienenden Innenwand das behandelte Gut entlanggeführt wird, und mit einem innerhalb des Doppelmantelgehäuses um dessen Achse rotierend angetriebenen Abstreifer, der an der Wärmetauschfläche nachgiebig anliegende Schabeleisten zum Abstreifen dort angesetzter Teile des behandelten Gutes aufweist.

Für den Wirkungsgrad von Wärmetauschern ist es von entscheidender Bedeutung, daß sich der Wärmeübergangswert an den Wärmetauschflächen während des Betriebes nicht oder jedenfalls nicht wesentlich ändert. Zwar kann man das Wärmetauschmedium, das Kühl- oder Heizmittel, und den Werkstoff der Wärmeübergangswände so wählen und deren Oberfläche so gestalten, daß diese Bedingung auf einer Seite der Wärmeübergangswand weitgehend erfüllt ist. Auf der Gutseite ist dies jedoch nur sehr bedingt möglich. Einmal ist dem Konstrukteur nicht abschließend bekannt, welches Gut schließlich durchgeleitet wird, und zum anderen läßt sich bisher mit allen zur Verfugung stehenden technischen Möglichkeiten ein Ansetzen recht verschiedenartiger Güter an der Wärmetauschfläche nicht verhindern. Bei sehr

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vielen dieser Stoffe ändert sich beispielsweise beim Abkühlen die Viskosität, und das verdickte Gut haftet dann leichter an der Wärmetauschfläche und bildet dort eine Isolierschicht, die den Wärmeübergangswert und damit den Wirkungsgrad herabsetzt. Andere Stoffe schlagen sich beim Erwärmen an dieser nieder. Um dem abzuhelfen, wurden Schabevorrichtungen entwickelt, die ständig und zwangsläufig die Wärmetauschfläche auf der Gutseite abschaben.

Bekannt ist ein Schabkühler mit einem langgestreckten rohrförmigen Doppelmantelgehäuse, das vom Wärmetauschmedium durchströmt wird und an dessen Innenfläche das behandelte Gut entlanggeführt wird. In diesem innenliegenden Gutraum ist in der Gehäuseachse eine Welle angebracht,die während des Kühlbetriebes ständig angetrieben wird und mehrere Schabeelemente trägt, die an der inneren Wärmetauschfläche angesetztes Gut abschaben, so daß dort der Wärmeübergannswert weitgehend unverändert bleibt.

Diese Bauart hat jedoch Nachteile. Die Wärmeverluste sind verhältnismäßig groß, da die außenliegende Fläche des Doppelmantelgehäuses größer ist als die innenliegende Wärmetauschfläche. Die rohrförmige Ausführung gibt eine sperrige Bauweise mit erhöhtem Platzbedarf. Auch die Reinigung ist schwierig, zeitraubend und oft nur ungenügend durchzuführen.

Die Erfindung dient der Aufgabe, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art möglichst kompakt und einfach so zu gestalten, daß bei hohem Wirkungsgrad und geringen Wärmeverlusten die Reinigung erleichtert und das Gut möglichst gut umgewälzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Wärmetauscher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Doppelmantel gehäuses lösbar ein freitragend in dieses konzentrisch vorragender Einsatz mit wenigstens einem weiteren Wärmetauscherteil angebracht ist, wobei zwischen benachbarten Wärmetauscherteilen jeweils ein Gutringraum gebildet ist, in den von anderen, antriebsseiti gen Ende des Wärmetauschers her Abstreiferarme

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mit an den gegenüberliegenden Wärmetauschflächen anliegenden Schabeleisten vorragen.

Der ganze Wärmetauscher hat hier die Form einer kompakten Trommel, deren Innenraum nahezu beliebig mit Doppelrnantel tei -len ausgefüllt sein kann, so daß sich entsprechend große Wärnetauschflache unterbringen läßt, während die außen freiliegenden Flächen, welche die Wärme- bzw, Kälteverluste bestimmen, relativ klein sind. In den oder die Guträume müssen nur diejenigen Teile eingreifen, die unbedingt zum Abschaben der Wärmetauschf lachen notwendig sind. Zudem lassen sich nach Abnehmen des Einsatzes die Wärmetauschflächen sehr gut zugängiq machen, was eine bequeme und gründliche Reinigung ermöglicht.

Nach einer besonderen Ausführungsform sind die Schabeleisten für die jeweils innere und äußere Wärmetauschfläche in Umfangsrichtung zueinander versetzt und in Umlaufrichtung so keilförmig angestellt, daß das von der einen Wärmetauschfläche abgelenkte Gut zur gegenüberliegenden Wärmetauschfläche hingedrängt wird und dadurch intensiv mit dieser in Berührung gebracht wird, was den Wärmeübergangswert weiter steigert.

Die Schabeleisten für die gegenüberliegenden Wärmetauschflächen können in Richtung der Gehäuseachse zueinander versetzt sein, lassen sich aber am gleichen Abstreifarm anbringen. Ihr Anpreßdruck läßt sich durch ihre verstellbare Befestigung an den Abstreifarmen stufenlos einstellen.

Zweckmäßigerweise hat das Doppelmantelgehäuse die Form eines Topfes, zwischen dessen Boden und dem freien Ende des Einsatzes ein scheibenförmiger Bodenraum gebildet ist, in dem Trägerteile der Abstreifarme des im Topfboden freitragend angeordneten Abstreifers angebracht sind.

Vorzugsweise ist auch der Topfboden hohl ausgebildet und von Wärmetauschmedium durchflossen, und im Bodenraum sind radial verlaufende Schabeleisten für den Topfboden und das freie Ende des Einsatzes angebracht. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, den außenlienenden Endteil des Einsatzes hohl auszubilden und die stirnseitigen Endflächen der Gutringräume abzuschaben. Ein-

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und/oder Auslaß des Wärmetauschmediums sollten an wenigstens einem Wärmetauscherteil tangential vorgesehen werden, damit das Medium spiralenförmig, auf längerer Bahn und mit größerer Strömungsgeschwindigkeit an den Wärmeübergangswänden im Gegenstrom entlanggeführt wird.

Zum Ein- oder Ausleiten des Wärmetauschmediums können in den inneren Wärmetauscherteilen achsparallel bis zum freien Ende des Einsatzes geführte und dort in Umfangsrichtung umgebogene Anschlußrohre angebracht sein. Ein- und Auslaß lassen sich daher am Außenende des Einsatzes anbringen.

Der Gutauslaß sollte dicht am Topfboden angebracht sein. Er kann dann an den relativ großräumigen Bodenraum angeschlossen sein, aus dem auch leicht angedicktes Gut ohne Oberwindung größerer Strömungswiderstände und ohne, daß merkliche Innendrücke aufgebaut werden, frei abfließen kann.

Bei der einfachsten und derzeit bevorzugten Ausführungsform lassen sich die Gutringräume und Wärmetauscherteile für das Wärmetauschmedium in Gegenlauf jeweils parallel schalten.

Wenn jedoch größere Temperaturänderungen mit relativ wenig Wärmetauschmedium ausgeführt werden sollen, dann kann es sich empfehlen, die Gutringräume und/oder Wärmetauscherteile jeweils hintereinander zu schalten. In diesem Fall sollte im Bodenraum zwischen Topfboden und Einsatz wenigstens ein benachbarte Gutringräume voneinander trennender Dichtungs- bzw. Verdrängerring angebracht sein.

Die Zeichnung gibt die Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine räumliche Darstellung dieses Wärmetauschers,

Fig. 4 eine räumliche Darstellung des Wärmetauschers mit herausgenommenem Einsatz und die

Fig. 5 eine Abwandlungen den Fig. 1 und 2 gezeigten Wärme· und 6 tauschers.

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Nach den Fig. 1 bis 4 sitzt in einem topfförmigen Doppelmantelgehäuse 1 herausnehmbar ein Einsatz 2. Mit 3 ist ein Abstreifer bezeichnet, der über ein Getriebe 4 durch einen Elektromotor 5 in Umdrehung versetzt werden kann.

Das Doppelmantelgehäuse 1 wird gebildet durch einen äußeren Zylinderteil 6, einen Topfboden 7 und einen NabenteiT 8, an dem das Getriebe 4 angeflanscht ist und der zusammen mit einem Gehäusefuß 9 und einem Bodenflansch 10 als Gußstück ausgeführt ist. An diesem Bodenflansch 10 ist der Zylinderteil 6, der einstückig mit einer inneren Bodenwand 11 ausgeführt ist, in nicht näher gezeigter Weise angeflanscht und umgrenzt einen äußeren zylindrischen Kühlmittelraum 12 und im Boden 7 einen scheibenförmigen Kühlmittelraum 13, welche beide zusammenhängende Räume durch Abnehmen des Zylinderteiles 6 für die Reinigung zugängig gemacht werden können. Sie weisen einen Einlaßstutzen 14 und einen Auslaßstutzen 15 auf, die nach Fig. tangential einmünden und unmittelbar an einen zentralen Kühlmitteleinlaß 16 bzw. Kühlmittelauslaß 17 angeschlossen sind.

Am freien Ende des Doppelmantelgehäuses 1 ist mitt-els einer Flanschplatte 18 der Einsatz 2 angeflanscht. Er weist zwei konzentrisch zum Zylinderteil 6 angebrachte Wärmetauscher-Doppelmantel tei Ie 19 und 20 auf, die wiederum abnehmbar an der Flanschplatte 18 angeschlossen sind und zylindrische Kühlmittelräume 21 und 22 begrenzen. Zur Befestigung des Doppelmantelteiles 20 an der Flanschplatte 18 dient ein Innenflansch 44. Der Innenraum 23 ist zur Antriebsseite hin durch eine Stirnplatte 24 abgeschlossen. In die Kühlmittelräume ragen von der Flanschplatte 18 her in Axialrichtung erstreckte Auslaßrohre 25 und 26 hinein, deren Enden 27, 28 dicht am freien Ende des Einsatzes tangential abgebogen sind. Die Auslaßrohre sind gemäß Fig. 3 durch ein Bogenstück 29 und einen Schlauch mit dem gemeinsamen Kühlmittelauslaß 17 verbunden. Gegenüberliegend sind Einlaßstutzen 31, 32 vorgesehen, die nach Fig. 3 wiederum durch ein Bogenstück 33 und einen Schlauch 34 mit dem Kühlmitteleinlaß 16 verbunden sind. Auch diese Auslaßstutzen 31, 32 können tangential in die Kühlmittelräume 21,

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22 einmünden, so daß alle Kühlmittelräume 12, 21 und 22 spiralenförmig durchströmt werden.

Zwischen dem topfförmigen Doppelmantelgehäuse 1 und dem Einsatz 2 werden somit zwei konzentrische Gutringräume 36, 37 gebildet, die zu einem scheibenförmigem Bodenraum 38 hin geöffnet sind, in dessen Ebene der radiale außen liegende Gutauslaß 39 angebracht ist. Zwei Guteinlaßstutzen 40, 41 sind nach Fig. 3 durch ein Bogenstück 42 an den zentralen Guteinlaß 43 angeschlossen. Das zu behandelnde Gut strömt also im Gegenstrom zum Kühlmittel parallel durch die beiden Gutringräume 36, 37 und den Bodenraum 38 zum Auslaß 39. Auch die Guteinlaßstutzen 40, 41 können so angeordnet sein, daß sich eine spiralenförmige Bewegung des Gutes an den vier konzentrischen zylindrischen Wärmetauschflächen ergibt. Alle Wärmetauschflächen können zur Reinigung dadurch freigelegt werden, daß man lediglich den Einsatz herausnimmt,wie dies Fig. 4 erkennen läßt. Sollte eine noch bessere Zugängigkeit der Wärmetauschflächen im inneren Gutringraum 37 gewünscht werden, dann kann auch der innere Einsatzteil bzw. Doppelmantelteil 20 von der Flanschplatte 18 abgenommen werden.

Der Abstreifer 3 ist mit seiner Nabe 45 auf die Abtriebswelle des Getriebes 4 aufgekeilt. Eine Dichtung46,die zwischen dieser Nabe und dem Nabenteil 8 angeordnet ist, dichtet die Guträume zum Getriebe hin ab. Von der Nabe ragen im Bodenraum 38 radial sternförmig Speichen 47 nach außen, an welchen Schabeleisten 48, 49 für die Stirnfläche des Einsatzes und die Bodenfläche des Topfbodens 7 angebracht sind.

An den z.B. in 90°-Teilung angebrachten Speichen 47 sind gegenüberliegend jeweils achsial in die Gutringräume vorragende längere Abstreifarme 50 und kürzere Abstreifarme 51 befestigt. Diese tragen nach der Darstellung in Fig. 1 in Längsrichtung zueinander versetzte und sich jeweils über die halbe Länge der Wärmetauschflächen erstreckende Schabeleisten 52 für die innenliegenden Wärmetauschflächen, während Schabeleisten 53 für die außenliegenden Wärmetauschflächen nach

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Fig. 2 an den unter 90° versetzt angeordneten Abstreifarmen 50' angebracht sind. Diese Schabeleisten sind zur UmI aufrichtung keilförmig nach vorn unter Winkeln von ca. 35 bis 50° angestellt und selbst elastisch ausgebildet, so daß sie unter Federkraft alle ausgeschiedenen Teile des behandelten Gutes von den Wärmetauschflächen abschaben und zudem das Gut unmittelbar zur gegenüberliegenden Wärmetauschflache hinlenken, wie dies durch die Ringpfei1 anordnung in Fig. 2 verdeutlicht ist.

Die Schabeleisten sind durch Schlitzlöcher einstellbar an den Abstreifarmen angeschraubt. Dadurch läßt sich ihr Anpreßdruck dem Produkt entsprechend stufenlos ändern.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen zunächst dadurch, daß im Innenraum 23 des bisherigen Einsatzes ein ringförmiger Kühlmitteltopf 55 angebra<ht ist, der durch die Stirnplatte 24' am freien Ende des Einsatzes abgeschlossen ist. Dadurch wird.ein weiterer Gutringraum 56 geschaffen. Zur besseren Reinigung der Gutringräume muß auch hierbei wenigstens der Doppelmantelteil 20 abnehmbar an der Flanschplatte 18 befestigt sein.

Ferner sind dort die Guträume hintereinander geschaltet. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Topfboden 7 und dem freien Ende des Einsatzes 2 ein an den Speichen des Abstreifers befestigter Dichtungsring 54 angebracht. Das Gut strömt hier vom Guteinlaß 43* durch den Gutringraum 36 zum Bodenraum 38, von dort durch den mittleren Gutringraum 37 zur Flanschplatte 18, wird durch Durchbrechungen 57 im. Doppelmanteltei> 20 in den inneren Gutringraun 56 eingeleitet und gelangt durch diesen aus dem inneren Teil des Bodenraumes 38 zum Gutauslaß 39'.

Das Kühlmittel gelangt vom KUhlmitteleinlaß 16 über Verzweigungsschläuche 58 und Einleitungsrohre 59 jeweils.zum links in Fig. 5 liegenden Ende der einzelnen KUhlmittelringräume. Es wird dort tangential eingeleitet und am rechten Ende wiederum in dort nicht gezeigter Weise tangential ausgeleitet und über Schläuche 60 dem Kühlmittelauslaß 17 zugeführt.

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Die Kühlmittelräume werden hier von insgesamt sieben zylindrischen Wärnedurchgangswänden begrenzt, von welchen sechs für den Wärmeübergang ausgenutzt werden. Nur die äußerste Zylinderfläche müßte also ggf. isoliert werden. Die Wärmeverluste sind daher außergewöhnlich klein gehalten.

Die gleiche Anordnung kann stets unverändert zur Anwendung kommen, wenn anstelle eines Kühlmittels ein Heizmittel durchgeleitet wird, das Rut also erwärmt werden soll. Wenn mehrere Geräte betrieben v/erden, von welchen einige mit Heizung, andere mit Kühlung arbeiten, kommt man weitgehend ohne äußere Wärmezufuhr oder -ableitung aus. Ggf. kann dann in geschlossenem Kreislauf gearbeitet werden.

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Claims (13)

795 Dlberach/Riß l 4. November 1975/1 DipL-Ing. Herbert Braito Marktplatz 38 - Postfach 127 Patentanwalt Telefon (07351) 6455 2 F 2019 254960Q Ansprüche

1. Wärmetauscher, insbesondere Schabkühler für fließfähiges Gut, das zum Ansetzen an der Wärmetauschfläche neigt, mit einem ringförmigen Doppelmantelgehäuse, das von Wärmetauschermedium durchflossen ist und an dessen als Wärmetauschfläche dienenden Innenwand das behandelte Gut entlanggeführt wird, und mit einem innerhalb des Doppelmantelgehäuses um dessen Achse rotierend angetriebenen Abstreifer, der an der Wärmetauschfläche nachgiebig anliegende Schabeleisten zum Abstreifen dort angesetzter Teile des behandelten Gutes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Doppelmantelgehäuses (1) lösbar ein freitragend in dieses konzentrisch vorragender Einsatz (2) mit wenigstens einem weiteren Wärmetauscherteil (19,20,55) angebracht ist, wobei zwischen benachbarten Wärmetauscherteilen jeweils ein Gutringraum (36,37,56) gebildet ist, in den vom anderen, antriebsseiti gen Ende des Doppelmantelgehäuses her Abstreiferarme (50,51) mit an den gegenüberliegenden Wärmetauschflächen anliegenden Schabeleisten (52,53) vorragen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabeleisten (52,53) für die jeweils innere und äußere Wärmetauschfläche in Umfangsrichtung.zueinander versetzt und in UmI aufrichtung so keilförmig angestellt sind, daß das von der einen Wärmetauschfläche abgelenkte Gut zur gegenüberliegenden Wärmetauschfläche hingedrängt wird (Fig. 2).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabeleisten (52,53) für die gegenüberliegenden Wärmetauschflächen in Richtung der Gehäuseachse zueinander versetzt sind.

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4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabeleisten (52,53) zur Änderung ihres Anpreßdruckes stufenlos einstellbar an den Abstreifarmen (50,51) befestigt sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmantelgehäuse (1) die Form eines Topfes hat,zwischen dessen Boden (7) und dem freien Ende des Einsatzes (2) ein scheibenförmiger Bodenraum (38) gebildet ist, in dem Trägerteile (47) der Abstreifarme (50,51) des im Topfboden freitragend angeordneten Abstreifers (3) angebracht sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Topfboden (7) hohl ausgebildet und von Wärmetauschmedium durchflossen ist und daß im Bodenraum (38) radial vei— laufende Schabeleisten (48,49) für den Topfboden und das freie Ende des Einsatzes (2) angebracht sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6_t dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und/oder Auslaß des Wä'rmetauschmedi ums an wenigstens einem Wärmetauscherteil (6,19,20,55) tangential vorgesehen sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ein- oder Ausleiten des Wärmetauschmediums in den inneren Wärmetauscherteilen (19,20,55) achsparallel bis zum freien Ende des Einsatzes (2) geführte und dort in Umfangsrichtung umgebogene Anschlußrohre (25,26) angebracht sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gutauslaß (39) dicht am Topfboden (7) angebracht ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutringräume (36,37) und Wärmetauscherteilt (6,19,20) für das Wärmetauschmedium im Gegenlauf jeweils parallel geschaltet sind (Fig. 1).

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11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet,daß wenigstens die Gutringräune (36,37,56) hin· tereinandergeschaltet sind (Fig. 5).

12. Wärmetauscher nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenraum (38) zwischen Topfboden (7) und Einsatz (2) wenigstens ein benachbarte Gutringräune (36,37) voneinander trennender Dichtungsring (54) angebracht ist.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmetauscherteil (20) für das Wärmetauschmedium lösbar an einer Endplatte (18) des Einsatzes angebracht ist.

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