DE2733197A1

DE2733197A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2733197A1
Application number: DE19772733197
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: EUROBURNER
Current assignee: EUROBURNER
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1978-01-26
Also published as: NL189215B; NL7708104A; NL189215C; FR2359390A1; FR2359390B1; USRE32169E; NL9000003A; DE2733197C2; JPS5334158A; CH596530A5; BE856970A; JPS5924794B2; IT1080635B; GB1589722A

Description

PATENTANWALT Erwill ZlUyj

—3 - DipL-Ing, Dipl.-Wirtsdi.-Ing.

8000 MOndien 90 Grfinwalder Straße 175a Telefon 64 68 46

ETABLISSEMENT EUROBURNER, Box 34.722, 9490 Vaduz/Liechtenstein

Wärmetauscher

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für das Erwärmen bzw. Aufheizen oder Kühlen eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, die mit einer bestimmten Temperatur in einen Verbraucherkreis eingeführt wird.

Es ist bekannt, da/3 übliche Heizfluide durch lokale überhitzung aufgrund des direkten Kontakts mit den Heizflächen der verwendeten Heizvorrichtung nacheinander zersetzt werden. Aus diesem Grunde ist es bei der industriellen Verwendung solcher Heizfluide und zur Erhöhung ihrer Heizgeschwindigkeit bis auf ein Maximum allgemein zugelassen, die Heizflächen auf Temperaturen zu bringen, die rundweg über denjenigen liegen, welche ohne Gefahr einer Zersetzung dieser öle annehmbar sind. Dies bedingt dann die Konstruktion von Kesseln mit großen Abmessungen, die bedeutsame Heizflächen aufweisen, was häufig sowohl vom Gesichtspunkt des Platzbedarfes als auch inn Hinblick auf die zu tätigenden Investitionen nachteilig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen vorerwähnten Nachteilen vorzubeugen und einen Wärmetauscher für das Erwärmen oder Abkühlen eines Fluids

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zu schaffen, dessen Abmessungen bezogen auf bereits bestehende Vorrichtungen gleicher Leistung und mit gleichem Nutzeffekt deutlich geringer sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Wärmetauscher für die Erwärmung bzw. für das Aufheizen oder Kühlen eines Fluids gekennzeichnet durch eine Zelle oder einen Kessel mit außen angeordneter Heiz- oder Kühlvorrichtung, eine Antriebsvorrichtung zum ununterbrochenen Umwälzen mit erhöhter Geschwindigkeit eines mit der beheizten oder gekühlten Wand der Zelle oder des Kessele in Berührung stehenden Fluids und durch eine Vorrichtung zum Einbringen des warmen oder kalten Fluids in einen äußeren Verbraucherkreis.

Die ins Auge gefaßte Aufgabe dieser Erfindung wird folglich durch die Kombination einer Pumpe zum Umwälzen des Fluids mit erhöhter Geschwindigkeit in einem Heizkessel oder einer gekühlten Zelle mit "Abstreif vorrichtungen" für die beheizten oder gekühlten Wände erreicht, die ein örtliches überheizen oder zu starkes Kühlen der in Kontakt mit diesen Wänden befindlichen Fluis zu verhindern bestimmt sind.

Der Wärmetauscher zum Erwärmen oder Kühlen eines Fluids gemäß der Erfindung wird nun an Hand einer einzigen Zeichnung beschrieben, in der die Erfindung beispielsweise dargestellt ist.

Bei der echematisch und teilweise im Schnitt in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform umfaßt der Wärmetauscher, insbesondere die Vorrichtung zum Heizen, einen Heizkessel, der im wesentlichen einen Boden 1 und einen zylindrischen Teil 2 aufweist, der senkrecht zum Boden 1 steht, wobei der zylindrische Teil 2 aus einem gut wärmeleitenden Material besteht und durch eine übliche außen angeordnete Vorrichtung

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beheizt wird, die hier durch Pfeile I dargestellt ist und beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung sein kann.

Im Inneren des zylindrischen Teils 2 des Heizkessels ist konzentrisch hierzu eine Trommel 3 angeordnet, die mittels einer Achse 4 und eines Motors 5 in Umdrehung versetzbar ist, wobei die Achse 4 mit der Mittelachse dieses zylindrischen Teiles 2 übereinstimmt. Die Außenfläche der Trommel 3 ist mit einer Schraubenwindung 6 versehen und diese drehbare Anordnung bildet eine Schraube ohne Ende, wobei die Außenkante der Schraubenwindung 6 in unmittelbarer Nähe der inneren heizenden Fläche des zylindrischen Teils 2 gleitet, ohne diese Innenfläche zu berühren.

Die Schraubenwindung 6 kann bei anderen Ausführungsformen durch ein ein- oder mehrgängiges Gewinde, beispielsweise mit trapezförmigem dreieckigem oder kreisbogenförmigem Querschnitt ersetzt sein. Ferner soll das Spiel zwischen der Schraubenwindung oder dem Gewinde 6 und der Innenfläche des zylindrischen Teils 2 so gering sein, wie es die Bearbeitungstoleranzen und die verwendeten Materialien gestatten, um ein Festfressen zu vermeiden.

Der zylindrische Teil 2 des Heizkessels ist ferner durch ein Teil 7 verschlossen, das als Deckel dient und mit einem zentralen Zuführung 8-fohr 8 und zwei parallelen zylindrischen Wänden 9 versehen ist, die sich in der Nähe seines Um fange s und im Betriebszustand, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, im Inneren der Trommel 3 erstrecken, wobei die beiden zylindrischen Wände zwischen sich eine Kammer 9' begrenzen. Das freie Ende dieser Kammer 9' ist verschlossen und das mit dem Deckel 7 verbundene Ende umfaßt zwei öffnungen, und zwar eine Eintritteöffnung 10 und eine Austritts öffnung 11 für ein Kühlfluid, beispieleweise Wasser.

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Der Heizkessel umfaßt auch noch am Schnittpunkt der Innenwand des zylindrischen Teiles 2 und des Bodens 1 eine Zentrifugalpumpe 12, während der Boden 1 mittels eines Austrittskanales 13 durchbrochen ist, der an ein Auelaßrohr 14 angeschlossen ist.

Das Fluid, beispielsweise ein Heizöl, welches man im Hinblick auf seine Verwendung in einem äußeren Verbraucherkreis auf eine bestimmte Temperatur zu bringen wünscht, wird in die Kammer 15, die durch die Innenwand 9 der Kammer 9' begrenzt ist, mit Hilfe des Zuführungsrohres 8 in Richtung des Pfeiles II eingeführt. Das öl strömt hierauf zwischen die Außenwand 9 der Kammer 9' und der Innenwand der Trommel 3 und wird dann durch die Schraubenwindung 6 der Trommel 3 in Drehung versetzt, die ähnlich einer Schraube ohne Ende arbeitet.

Die Schraubenwindung oder das Gewinde 6 dient hauptsächlich zum Abbauen der Grenzschicht des Öls, die dazu neigt, an der Innenwand des zylindrischen Teils still zu stehen und dadurch aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit die Erwärmung des verbleibenden Öls zu behindern. Der Wärmeaustausch für die Erwärmung des umgewälzten Öls kann daher in wirksamer Weise ohne Gefahr einer lokalen überhitzung erfolgen.

Wenn das durch die Schraube ohne Ende bewegte öl in die Nähe des Bodens des Heizkessels kommt, wird das warme öl dann beispielsweise durch eine Zentrifugalpumpe 12 angesaugt und in den Austrittskanal 13 befördert, worauf es in den nicht dargestellten äußeren Verbraucherkreis durch Vermittlung des Austrittsrohres 13 (Pfeil III) gelangt.

Eine Wärmesonde 16 ist ferner beispielsweise in dem Austrittskanal 13 angeordnet, derart, daß die Auetrittstemperatur des Öls überwacht wird. Die Messung dieser Temperatur kann unter Vermittlung einer automatischen Regeleinrichtung zur Regelung des Steuerkreises für die Intensität

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der äußeren Heizung I dienen. Außerdem ist es auch zur Verbesserung der Wirksamkeit der Wärmeregelung möglich, mit der Thermoeonde die Temperaturregelung und/oder Durchsatzregelung eines Kühlfluids vorzunehmen, das in der Kammer 9' entsprechend den Pfeilen IV und V umläuft.

Es ist selbstverständlich, daß andere Ausführungsformen (nicht dargestellt) des weiter oben als einziges Ausführungsbeispiel beschriebenen Wärmetauschers nach der Erfindung ins Auge gefaßt werden können. Insbesondere ist es möglich, als Vorrichtung zum Umwälzen der Flüssigkeit auf den geheizten Flächen des Heizkessels Abetreifsegmente, Abstreifabschnitte oder Abstreiflamellen oder andere Abetreifvorrichtungen und/oder Rührvorrichtungen bzw. Umwälzvorrichtungen in unmittelbarer Nähe dieser Flächen anzuordnen; man kann auch die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschriebene Zentrifugalpumpe durch irgendeine andere Pumpe, beispielsweise eine Saugpumpe, eine Zahnradpumpe, eine volumetrische Pumpe usw., ersetzen.

Der Hauptvorteil des Wärmetauschers für die Erwärmung eines Fluide nach der Erfindung besteht in seinem Verhältnis von Dirne ns ionie rung zu Geschwindigkeit und in seiner Wirksamkeit der Erwärmung bzw. Heizung. Tatsächlich ist es beispielsweise möglich, Heizleistungen von mehr als lO W/cm bei der Vorrichtung nach der Erfindung in einer Ausführungeform mit Abmessungen von ungefähr 1 5 cm χ 15 cm (den Antriebsmotor nicht inbegriffen) und mit einer Umwälzgeschwindigkeit der Flüssigkeit, beispielsweise einem üblichen Heizöl, von ungefähr 10 bis 15m/sec (Drehgeschwindigkeit der Schraube ohne Ende ungefähr 3000 Umdrehungen/Minute) anzuwenden, und zwar im Gegensatz zu einer üblichen Vorrichtung der gleichen Abmessungen, bei der die angewendete Heizleistung den Wert von ungefähr 1,8 W/cm nicht überschreiten kann, unbeschadet der Gefahr einer relativ schnellen Zersetzung des Öls.

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Weiterhin wird bei dem Wärmetauscher nach der Erfindung selbst für den Fall, daß ein freiwilliger oder nichtfreiwilliger Stillstand des umgewälzten Fluide in dem äußeren Verbraucherkreis eintritt, das Fluid an den Heizflächen unaufhörlich weiter umgewälzt, so lange die Schraube ohne Ende angetrieben wird, was jede Gefahr einer Zersetzung des Öls durch örtliche überhitzung ausschließt.

Alle ursprünglichen Teile dieser Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beschriebene besondere Ausführungeform erwähnt wurden, gestatten folglich die Verminderung der Abmessungen einer Heizvorrichtung für ein Fluid entsprechend einem Faktor von ungefähr 5 ine Auge zu fassen.

Selbstverständlich kann eine Vorrichtung, die derjenigen entspricht bzw. ähnlich ist, welche unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Zeichnung beschrieben wurde, auch als Wärmetauscher für die Kühlung einer Flüssigkeit verwendet werden. Hierfür genügt es, einfach einerseits die äußere Heizeinrichtung I durch äußere Kühlmittel, beispielsweise einen Kühlfluidkreis, zu ersetzen, und andererseits eine Umwälzung eines warmen Fluids in der Kammer 9' entsprechend den Pfeilen IV und V im Hinblick auf eine wirksamere Thermoregelung vorzusehen.

Der Wärmetauscher nach der Erfindung, der als Kühlvorrichtung für ein Fluid verwendet wird, weist den Vorteil auf, daß er einerseits, wie bei der Heizvorrichtung, eine beträchtliche Verminderung der Abmessungen in bezug auf bekannte Vorrichtungen mit gleicher Leistung und gleichem Kühleffekt gestattet, und andererseits aufgrund der erzwungenen ständigen Umwälzung an den gekühlten Flächen unerwünschte Veränderungen der Viskosität oder eine partielle Kristallisation des Fluids aufgrund einer lokalen Unterkühlung vermeidet.

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Selbstverständlich können durch den Fachmann bei der Vorrichtung,die nur beispielsweise und nicht einschränkend beschrieben wurde, verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

-Patentansprüche -

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1.) Wärmetauscher für das Erwärmen bzw. Aufheizen oder Kühlen eines Fluids, gekennzeichnet durch eine Zelle oder einen Kessel (2) mit außen angeordneter Heiz- oder Kühlvorrichtung (I), eine Antriebsvorrichtung (3, 4,6) zum ununterbrochenen Umwälzen mit erhöhter Geschwindigkeit eines mit der beheizten oder gekühlten Wand der Zelle oder des Kessels (2) in Berührung stehenden Fluide und durch eine Vorrichtung (12) zum Einbringen des warmen oder kalten Fluids in einen äußeren Verbraucherkreis.

Z, Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung eine Trommel (3) umfaßt, die an ihrer Außenfläche mit einem Gewinde (6) mit einem Gang oder mehreren Gängen versehen ist und daß die Trommel (3) konzentrisch zu der beheizten oder gekühlten Zelle (2) in Umdrehung versetzbar ist, derart, daß das Gewinde (6) in unmittelbarer Nähe der beheizten oder gekühlten Innenwand der Zelle (2) umläuft.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung Abstreifsegmente, Abstreifabschnitte oder Abstreiflamellen und/oder Rühr- bzw. Umwälz Segmente, -abschnitte oder -lamellen umfaßt, die in unmittelbarer Nähe der beheizten oder gekühlten Innenwand der Zelle (2) bewegbar sind.

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ONdTNAL INSf⁵ECTED

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (12) zum Einbringendes Fluide in den äußeren Verbraucherkreis eine Saugpumpe umfaßt.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 für das Aufheizen eines Fluids, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf (9. 9', 10, 11) im Inneren der heizenden bzw. wärmenden Zelle (2).

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 für das Kühlen eines Fluids, gekennzeichnet durch einen Heizkreis (9, 9'» 10, 11) im Inneren der kühlenden Zelle (2).

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturmeßvorrichtung (16) am Ausgang der Zelle bzw. des Kessele (2) in den Fluidstrom eingesetzt ist.

8. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 5 und 7 für das Aufheizen eines Fluids, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Regelnder Beheizung der Zelle bzw. des Kessels (2) und/oder zur Regelung der Temperatur und/oder des Durchsatzes im Kühlkreis (9,9',10,11) mit Hilfe der Auetrittstemperaturmessung des Fluids.

9. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 6 und 7 für das Kühlen eines Fluide, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Regeln der Kühlung der Zelle bzw. des Kessels (2) und/oder zur Regelung der Temperatur und/oder des Durchsatzes im Heizkreis (9, 9' , 10, 11) mit Hilfe der Austrittstemperaturmessung des Fluids.

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