DE3005929A1 - HEAT EXCHANGE ELEMENT AND METHOD FOR REGULATING THE HEATING OR COOLING PERFORMANCE THEREOF - Google Patents

HEAT EXCHANGE ELEMENT AND METHOD FOR REGULATING THE HEATING OR COOLING PERFORMANCE THEREOF

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DE3005929A1 DE19803005929 DE3005929A DE3005929A1 DE 3005929 A1 DE3005929 A1 DE 3005929A1 DE 19803005929 DE19803005929 DE 19803005929 DE 3005929 A DE3005929 A DE 3005929A DE 3005929 A1 DE3005929 A1 DE 3005929A1
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Abstract

The insert is used to heat or cool a fermenter by means of a circulating device for the fermenter contents. The heating or cooling insert consists of vertical manifold chambers (3, 4) and cambered heat exchange surfaces (2), which are joined to the latter and together enclose a circular cylindrical cavity. The inner wall (11) of the cylindrical insert can be constructed smooth for the purpose of easier cleaning. The heat output of the heating or cooling insert can be controlled by providing the insert with a ventilating or de-aerating line (6), as a result of which the effective surface of the heating or cooling insert is varied. <IMAGE>

Description

Wärmetauschelement und Verfahren zur RegelungHeat exchange element and method of regulation

der Heiz- oder Kühlleistung desselben Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschelement, insbesondere einen zylindrischen oder prismatischen Kühl- oder Heinzeinbau für Fermentoren, dessen Wärmetauschflächen im wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen Blechen bestehen, und ein Verfahren zur Regelung der Heiz- oder Kühlleistung eines Wärmetauschelementes. the heating or cooling capacity of the same The invention relates to a heat exchange element, in particular a cylindrical or prismatic one Cooling or heating installation for fermentors, the heat exchange surfaces of which are essentially consist of two sheets connected to one another, and a method of regulation the heating or cooling capacity of a heat exchange element.

Es ist bekannt, Fermentoren mit einer Umwälzeinrichtung zu kühlen oder auch zu beheizen, wobei je nach zu übertragender Wärmeleistung entweder der Boden oder die Seitenwände der Fermentoren durch Aufschweißung von Halbrohren oder ähnlichen Einrichtungen gekühlt werden. Es ist auch bekannt, in Fermente Heizrohrbündel einzubauen. Ein wesentlicher Nachteil der Wandheizflächen besteht darin, daß die Wände nur auf einer Seite bespült sind und so nicht vollständig ausgenützt werden können. Der Einbau von Heiz- oder Kühirohrbündel scheitert an der schlechten Reinigungsmöglichkeit Sowie an den sonst vorhandenen Einbauten.It is known to cool fermentors with a circulation device or to heat, depending on the heat output to be transferred either the Bottom or the side walls of the fermentors by welding on half-tubes or similar facilities are cooled. It is also known to use heating tube bundles in ferments to be built in. A major disadvantage of the wall heating surfaces is that the Walls are only washed on one side and are therefore not fully utilized can. The installation of heating or cooling pipe bundles fails due to the poor cleaning possibility As well as the other existing fixtures.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den Stand der Technik zu verbessern, indem die vorhandenen Einbauten als Wärmetauschelement ausgebildet werden.The invention has set itself the task of the prior art to improve by the existing internals designed as a heat exchange element will.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche örtlich durch Punktschweißung verbunden, mindestens an einer Seite, insbesondere an der Außenseite, ausgebaucht sind und daß das Wärmetauschelement mindestens aus zwei schalenförmigen Wärmetauschflächen besteht, die durch eine Eintritts- und eine Austrittssammelkammer angespeist werden, wobei jede Sammelkammer mit zwei Wärmetauschflächen verbunden ist und jeweils in der Richtung einer Erzeugenden des Zylinders angeordnet ist. Weitere wesentliche Erfindungsmerkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.The present invention is characterized in that the sheets locally connected by spot welding, at least on one side, in particular on the outside, are bulged and that the heat exchange element is at least off two shell-shaped heat exchange surfaces, which are through an inlet and a Outlet plenum chamber are fed, each plenum chamber with two heat exchange surfaces is connected and each arranged in the direction of a generating line of the cylinder is. Further essential features of the invention are specified in the subclaims.

Das Verfahren zur Regelung der Heiz- oder Kühlleistung des Wärmetauschelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduktion der Heiz- oder Kuhileistung die Menge der durch das Wärmetauschelement strömenden Flüssigkeit gedrosselt wird und die Entlüftungsleitung des Wärmetauschelementes geöffnet wird, wodurch die Höhe des Elüssigkeitsspiegels im vertikal angeordneten Eintrittssammler entsprechend der gewünschten Heiz- oder Kühlleistung einstellbar ist.The method for regulating the heating or cooling capacity of the heat exchange element is characterized in that the amount to reduce the heating or cow output the liquid flowing through the heat exchange element is throttled and the Ventilation line of the heat exchange element is opened, whereby the height of the Liquid level in the vertically arranged inlet collector according to the desired heating or Cooling capacity is adjustable.

Die Erfindung ist in den angeschlossenen Figuren 1 bis 4 beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig.1 einen Fermentor im Aufriß, Fig.2 einen zugehörigen Grundriß, Fig.3 die Ausbildung eines ebenen Wärmetauschelementes und Fig.4 einen Schnitt gemäß Schnittlinie IV in Fig.3 In den Figuren 1 und 2 ist ein Fermentor 10 in Auf- und Grundriß dargestellt. Der Fermentor 10 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Behälter mit einem eingebauten Wärmetauschelement 1 und einer rotierenden Umwälzeinrichtung 5, die das flüssige Medium innerhalb des Behälters umwälzt, sodaß Überhitzungen und Unterkühlungen vermieden werden. Das Wärmetauschelement 1 ist als konzentrischer Zylinder ausgebildet und besteht aus zwei schalenförmigen Wärmetauschflächen 2, die durch eine Eintritts- und eine Austrittssammelkammer angespeist werden. Jede Sammelkammer 3 bzw.4 ist mit jeweils zwei Wärmetauschflächen verbunden. Die Wärmetauschflächen 2 bestehen aus zwei parallelen Blechen 11 und 12 und aus Anschlußrohren 13 und 14. Die beiden Bleche 11 und 12 weisen vorzugsweise unterschiedliche Blechstärken auf, sind an den Rändern mit den Anschlußrohren 13 und 14 verschweißt und weisen rasterförmige Punktschweißungen 15 auf. Wird nun durch die Anschlußrohre 13 bzw. 14 eine Druckflüssigkeit zwischen die beiden Bleche gepreßt, so wird sich der schwächere Blechteil zwischen den Schweißstellen ausbauchen und es bildet sich ein Durchgang für die Druckflüssigkeit vom Anschlußrohr 13 zum Anschlußrohr 14. Nach Bildung dieser ebenen Wärmetauschfläche 2 wird diese eingerollt und in die Sammelkammern 3 und 4 mittels der Anschlußrohre 13 und 14 eingeführt und verschweißt, sodaß sich im Grundriß gesehen die Form gemäß Figur 2 ergibt. Zur Gewährleistung eines kreiszylindrischen Durchganges weisen die Wärmetauschflächen 2 an ihren den Sammelkammern 3 und 4 zugewandten Enden gerade Fortsätze 8 bzw.The invention is shown in the attached Figures 1 to 4, for example and shown schematically. They show: FIG. 1 a fermenter in elevation, FIG. 2 a associated plan, Figure 3 the formation of a planar heat exchange element and 4 shows a section according to section line IV in FIG. 3. In FIGS. 1 and 2, a Fermentor 10 shown in elevation and plan. The fermentor 10 consists essentially from a cylindrical container with a built-in heat exchange element 1 and a rotating circulation device 5, which the liquid medium within the container circulates so that overheating and hypothermia are avoided. The heat exchange element 1 is designed as a concentric cylinder and consists of two shell-shaped Heat exchange surfaces 2, which are fed by an inlet and an outlet plenum will. Each collecting chamber 3 or 4 is connected to two heat exchange surfaces. The heat exchange surfaces 2 consist of two parallel metal sheets 11 and 12 and Connecting pipes 13 and 14. The two sheets 11 and 12 preferably have different ones Sheet metal thicknesses are welded to the connecting pipes 13 and 14 at the edges and have grid-shaped spot welds 15. Is now through the connecting pipes 13 and 14, if a hydraulic fluid is pressed between the two sheets, it becomes the weaker sheet metal part bulges out between the welds and it forms a passage for the pressure fluid from the connecting pipe 13 to the connecting pipe 14. After the formation of this flat heat exchange surface 2, it is rolled up and inserted into the Collection chambers 3 and 4 introduced and welded by means of the connecting pipes 13 and 14, so that, seen in plan, the shape according to FIG. 2 results. To guarantee a circular cylindrical passage have the heat exchange surfaces 2 at their the Collection chambers 3 and 4 facing ends straight extensions 8 or

Enden auf, sodaß die Sammeikammern 3 und 4 der rotierenden Umwälzeinrichtung 5 nicht im Wege sind. Die Umwälzeinrichtung 5 kann als Belüftungseinrichtung ausgebildet werden, indem beispielsweise über die Leitung 9 durch die Rotattonsachse der Umwälzeinrichtung 5 Luft zu den Flügelspitzen über entsprechend angeordnete Leitungen zugeführt wird. Dies kann durcklos erfolgen, wenn die Enden der Leitungen in Strömungsgebiete münden, wo Unterdruck herrscht. Durch diese Belüftungsmaßnahme wird der Flüssigkeit in Form von kleinen Bläschen Luft zugeführt, die infolge ihrer großen Wirkungsoberfläche eine günstigen Stoffaustausch ermöglichen.Ends so that the collecting chambers 3 and 4 of the rotating circulation device 5 are not in the way. The circulation device 5 can as a ventilation device be formed by, for example, via the line 9 through the Rotattonsachse the circulation device 5 air to the wing tips via appropriately arranged Lines is fed. This can be done without pressure if the ends of the lines open into flow areas where there is negative pressure. Through this ventilation measure is supplied to the liquid in the form of small air bubbles, which as a result of it large effective surface enable a favorable exchange of substances.

Dem Fermentor 10 wird über die Leitung 23 Kühl- oder Heizflüssigkeit zugeführt, die in den Sammelkammern 3 auf die gesamte Fläche des Wärmetauschelementes aufgeteilt wird. Die aufgeteilte Flüssigkeitsmenge wird im Austrittssammler 4 wieder gesammelt und durch die Ableitung 24 aus dem Fermentor entfernt. Infolge wechselnder Menge von zu fermentierender Flüssigkeit bzw. zur Optimierung des Fermentationsprozesses ist es oftmals notwendig die Heiz- oder Kühlleistung des Wärmetauschelementes 1 zu beeinflussen. Wir weisen in diesem Zusammenhang nur auf die Tatsache hin, daß die Lebensbedingungen für den mikrobiologischen Prozeß weitestgehend von der Einhaltung eines engen Temperaturintervalles abhängen und daß durch die Einhaltung dieses Temperaturintervalles die Zahl der unerwünschten Bakterien gering gehalten werden. Zur Regelung der Wärmetauschleistung ist nun einerseits in der Zuflußleitung 23 ein Drosselventil 7 angeordnet, sodaß die eintretende Flüssigkeit einen geringeren Druck aufweist und anderseitggine Entlüftungsleitung an der höchsten Stelle des Austrittssammlers 4 vorgesehen, sodaß der maximale Flüssigkeitsstand im Wärmetauschelement 1 durch die Betätigung des Drosselventiles 7 und damit auch die thermische Leistung desselben eingestellt werden kann.The fermentor 10 is via the line 23 cooling or heating liquid supplied, which in the collecting chambers 3 on the entire surface of the heat exchange element is divided. The divided amount of liquid is in the outlet header 4 again collected and removed through the discharge line 24 from the fermentor. As a result of changing Amount of liquid to be fermented or to optimize the fermentation process it is often necessary to increase the heating or cooling capacity of the heat exchange element 1 to influence. We only point out in this connection the fact that the living conditions for the microbiological process largely depend on compliance depend on a narrow temperature interval and that by maintaining this temperature interval the number of unwanted bacteria can be kept low. To regulate the heat exchange capacity a throttle valve 7 is now arranged on the one hand in the inflow line 23, so that the entering liquid has a lower pressure and, on the other hand, a vent line provided at the highest point of the outlet header 4, so that the maximum liquid level in the heat exchange element 1 by actuating the throttle valve 7 and thus also the thermal power of the same can be adjusted.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich die Wärmetauschflächen 2 im Gegensatz zu Fig.4 mit beidseitiger Aufwölbung auszubilden, indem Bleche gleicher Festigkeit und Wandstärke verwendet werden, und gleichzeitig dem aufblähenden Material genügend Raum gelassen wird.In the context of the invention, it is also possible to use the heat exchange surfaces 2, in contrast to FIG Strength and wall thickness are used, and at the same time the puffy material enough space is left.

Claims (6)

atentansprüche: 1 AWärmetauschelements insbesondere zylindrischer oder prismatischer Kühl- oder Heizeinbau für Fermentoren, dessen Wärmetauschflächen im wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen Blechen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche örtlich durch Punktschweißung verbunden, mindestens an einer Seite, insbesondere an der Außenseite, ausgebaucht sind und daß das Wärmetauschelement (1) mindestens aus zwei schalenförmigen Wärmetauschflächen (2) besteht, die durch eine Eintritts- und eine Austrittssammelkammer (3,4) angespeist werden, wobei jede Sammelkammer (3,4) mit zwei Wärmetauschflächen verbunden ist und jeweils in der Richtung einer Erzeugenden des Zylinders angeordnet ist. claims: 1 A heat exchange element, in particular cylindrical or prismatic cooling or heating installation for fermentors, their heat exchange surfaces consist essentially of two metal sheets connected to one another, characterized in that that the sheets are locally connected by spot welding, at least on one side, in particular on the outside, are bulged and that the heat exchange element (1) consists of at least two shell-shaped heat exchange surfaces (2) which pass through an inlet and an outlet plenum chamber (3, 4) are fed, each Collection chamber (3,4) is connected to two heat exchange surfaces and each in the Direction of a generatrix of the cylinder is arranged. 2. Wärmetauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses einen kreiszylindrischen Durchgang aufweist und Raum für eine rotierende Umwälzeinrichtung (5) oder Belüftungseinrichtung bildet(Fig.2).2. Heat exchange element according to claim 1, characterized in that this has a circular cylindrical passage and space for a rotating one Circulation device (5) or ventilation device forms (Fig.2). 3. Wärmetauschelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflächen (2) des Elementes (1) an ihren den Sammelkammern (3,4) zugewandten Enden gerade Fortsätze (e) aufweisen, die in die jeweilige Sammelkammer (3 bzw. 4) eingeführt bzw. mit dieser verschweißt sind (Fig.2).3. Heat exchange element according to claim 2, characterized in that the heat exchange surfaces (2) of the element (1) facing the collecting chambers (3, 4) The ends have straight extensions (e) which enter the respective collecting chamber (3 or 4) are introduced or welded to this (Fig. 2). 4. Wärmetauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflächen (2) aus Blechen unterschiedlicher Stärke gebildet sind und daß das stärkere Blech an der ebenen Zylinderinnenwand angeordnet ist (Fig.4).4. Heat exchange element according to claim 1, characterized in that the heat exchange surfaces (2) are formed from sheets of different thickness and that the thicker sheet is arranged on the flat inner wall of the cylinder (Fig. 4). 5. Wärmetauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses an seiner höchsten Stelle, insbesondere am Austrittssammler (4) eine Entlüftungsleitung (6) aufweist, mittels welcher im Zusammenwirken mit einem Drosselventil (7) die Heiz-oder Kühlleistung des Wärmetauschelementes geregelt wird.5. Heat exchange element according to claim 1, characterized in that this at its highest point, in particular at the outlet header (4) a vent line (6), by means of which in cooperation with a throttle valve (7) the Heating or cooling capacity of the heat exchange element is regulated. 6. Verfahren zur Regelung der Heiz- oder Kühlleistung eines Wärmetauschelementes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduktion der Heiz- oder Ruhlleistung die Menge der durch das Wärmetauschelement strömenden Flüssigkeit gedrosselt wird und die Entlüftungsleitung des Wärmetauschelementes geöffnet wird, wodurch die Höhe des Flüssigkeitsstandes im vertikal angeordneten Eintrittssammler entsprechend der gewünschten Heiz- oder Kühlleistung einstellbar ist.6. Method for regulating the heating or cooling capacity of a heat exchange element according to claim 5, characterized in that to reduce the heating or cooling power the amount of liquid flowing through the heat exchange element is throttled and the vent line of the heat exchange element is opened, whereby the height the liquid level in the vertically arranged inlet collector according to the desired heating or cooling output can be set.
DE3005929A 1979-02-20 1980-02-16 The invention relates to a heat exchange element for fermentors with heat exchange plates consisting of two metal sheets which are locally connected to one another by spot welding and which are bulged on at least one side Expired DE3005929C2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3458917A (en) * 1966-01-03 1969-08-05 Mueller Co Paul Method of fabricating metal sheets with fluid passages

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