DE3033431A1

DE3033431A1 - Waermetauscher fuer stroemende medien

Info

Publication number: DE3033431A1
Application number: DE19803033431
Authority: DE
Inventors: Friedrich 8000 München Unterreithmeier
Original assignee: Mueller Wilhelm H & Co KG
Current assignee: Mueller Wilhelm H & Co KG
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3033431C2

Description

!Jbung der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für strömende Medien, bestehend aus einem ein Raumgitter bildenden, in einem Rohr angeordneten Körper aus an einer Vielzahl ihrer Berührungsstellen fest mit einander verbundenen beheizbaren, aus einer gasförmigen Verbindung feromagnetischer Metalle abgeschiedener polykristalldner Whiskers.

Derartige Wärmetauscher dienen zur raschen Aufheizung von flüssigen oder gasförmigen Medien, insbesondere von flüssigen Stoffen, die in sehr kurzen Zeiten in eine Dampf- oder Gasphase überführt werden sollen, wie z. B. Kohlenwasserstoffverbindungen .

Bekannt ist eine elektrische Heizvorrichtung, bei der ein ein solches Raumgitter bildender Körper aus polykristallinen Whiskers ein einem Rohr aus Widerstandsmetall angeordnet ist. Die durch den Stromdurchgang durch das Rohr in dessen Längsrichtung erzeugte Wärme wird als Kontaktwärme den Whiskers zugeführt und von diesen wird ein durch das Rohr und den Whiskerskörper strömendes Medium erhitzt. Die Oberfläche der Whiskers ist im Verhältnis zu ihrem Volumen einerseits ausserordentlich groß, andererseits ist nicht nur der Srömungswiderstand des Whiskerskörpers infolge der geringen

im Mikrometerbereich liegenden Durchmesser der Whiskers sehr niedrig, sondern es kann auch ein sehr günstiges Verhältnis zwischen freien Wegen des strömenden Mediums und dem Gesamtvolumen der Whiskers ohne Minderung der Widerstandsfähigkeit des Whiskerskörpers gegen den Strömungsdruck erreicht werden. Dadurch wird eine Aufheizung auch rasch strömender Möglichkeiten vom Flüssigkeitszustand bis zur Dampfphase ζ. Β. bei Kohlenwasserstoffen möglich. Es ergeben sich damit als weiterer Vorteil sehr kurze Verweilzeiten des Mediums im Wärmetauscher, so daß ζ. Β. bei Kohlenwasserstoffen unerwünschte chemische umsetzungen noch nicht stattfinden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform zum gleichen Vorschlag werden mehrere solche Whiskerskörper in dem Heizrohr hintereinander und zwischen ihnen blättchenförmige für die Strömung des Mediums durchlässige elektrische Heizkörper angeordnet. Die einzelnen Whiskerskörper sind demnach von wärmeabgebenden Flächen allseits umschlossen (DE-OS 23 15 268).

In DE-OS 23 64 455 wurde des weiteren vorgeschlagen, den Whiskerskörper als Hohlzylinder auszugestalten, der an seiner Innen- und Aussenfläche von beheizten Rohren umgeben ist und der axial von den zu beheizenden Medien durchströmt werden kann.

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Die vorgenannten Anordnungen haben den Nachteil, daß die Wärmeleitwege.in den einzelnen Whiskers im Verhältnis zu deren Durchmesser sehr lang sind, so daß die von der Wandung der Heizelemente übertragene Wärme an das Medium abgeführt wird, ohne daß die jeweilige Gesamtlänge der Whiskers für den Wärmetauschvorgang ausgenützt werden kann. Andererseits würde eine weitere Verengung der Räume zwischen den wärmeabgebenden Wänden, was kürzere Wärmeleitwege mit sich brächte, die Durchlässigkeit vermindern. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die bekannten Wärmetauscher verhältnismäßig groß sein müssen.

Es wurden des weiteren im Magnetfeld aus einem Karbonyl abgeschiedene polykristalline Whiskers, insbesondere "in Verwendung bestimmter Metalle und anderer Stoffe als Promotoren, als Katalysatoren z. B. für Kohlehydrierung oder die Fischer-Tropsch-Synthese vorgeschlagen. Für derartige heterogene Katalytverfahren wird ebenfalls eine Wärmezufuhr benötigt, für die sich die beschriebenen Whiskerskörper als Wärmetauscher anbieten, wobei die Whiskers selbst als Katalysatoren dienen. Die einzelnen Fäden der polykristallinen Whiskers weisen wegen ihrer zahlreichen Versetzungen ein Mehrfaches der Oberfläche eines zylindrischen Körpers gleichen Durchmessers auf. Sie eigenen sich daher nicht nur für den Effekt der Wärmeübertragung i.auf das ihre Oberfläche überströmenden Mediums, sondern vor allem gerade für Katalyteffekte.

ORiGINAL JNSPECTED

Katalytprozesse sind aber nicht nur endotern sondern in großem Umfang exotern, so daß, z. B. nach einer notwendigen Zufuhr von Wärme zur Einleitung des Prozesses Maßnahmen zur Kühlung der Katalysatoren notwendig werden. Die dafür notwendigen Vorrichtungen beschneiden aber wieder die Möglichkeit die an sich sehr kleinen Durchstromungsquerschnitte der beschriebenen Whiskerskörper auszunutzen, wenn durch Nebeneinanderschalten von solchen Körpern große Durchsätze ermöglicht werden sollen.

Aufgabe der Erfindung war es daher, sowohl den Durchströmungsquerschnitt bei gleichem Durchsatz durch den Whiskerskörper erheblich zu verkleinern, wie andererseits das Auffinden einer Möglichkeit, sowohl eine Erhitzung wie eine Kühlung des durchströmenden Mediums mit der gleichen Vorrichtung durchzuführen, den Whiskerskörper also sowohl für rasche Aufheizung wie für rasche Kühlung von strömenden Medien in endotermen wie exotermen Katalytprozessen einsetzen zu können.

Eine Kühlung mit den bekannten oben beschriebenen Anordnungen durch Zuführung von Kühlmitteln an die Aussenseite der wärmeabgebenden Rohrwände würde nicht ausreichend sein, da die Wärmeleitwege in den Whiskers zu lang sein wurden, um überhitzungen in ihren wandfernen Bereichen zu vermeiden. Solche überhitzungen und unkontrollierte Temperaturverhältnisse wären aber für die genannten Katalytverfahren nicht zulässig.

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Diese Aufgaben werden gemäß f3er Erfindung dadurch gelöst, daß der Whiskerskörper von niit den Whiskers in wärmeleitendem Kontakt stehenden Hejz- und/oder Kühlelementen in mehrfachen Windungen durchsetzt ist. Diese Heiz- und/oder Kühlelemente können ein Rohr aus Widerstandsmetall sein, das zur Beheizung der Whiskers in einen Stromkreis und zu deren Kühlung in einen Kühlmittelkreislauf eingeschaltet werden kann.

Dieses Rohr kann aus einzelnen geradlinig durch den Whiskerskörper verlaufenden Rohrabschnitten bestehen, die mit Bögen verbunden und einzeln hintereinander oder, parallel geschaltet sein können.

Durch diese Anordnung können die Abstände zwischen den temperaturabgebenden bzw. -aufnehmenden Flächen klein und die Wärmeleitwege durch den Whiskerskörper sehr kurz gehalten werden, so daß über den ganzen Whiskerskörper auch bei rascher Strömung und großen Temperaturgefällen eine gleichmäßige Verfahrenstemperatur im gesamten Whiskerskörper bzw. in den jeweilig senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums liegenden Querschnittsebenen eingehalten werden kann.

Die Whiskers können eine regellos angeordnetes Raumgitter aus an ihren Berührungs- oder Überkreuzungsstellen fest, z. B. durch Versintern oder durch Metallabscheidung, verbundenen Whiskers sein, wie dies bereits bekannt ist. Die Whiskers sind dann untereinander verfilzt oder verknäult. Einen be-

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sonders guten Wärmeübergang kann man jedoch dann erzielen, wenn die Whiskers in Strömungsrichtung parallel ausgerichtet sind. Die dann sich ergebenden Wärmeleitwege sind nicht nur die einer idealen Zylinderpackung, sondern die Versetzungen an den Whiskersoberflachen wirken als Abstandshalter, so daß nicht nur gegenüber der Zylinderpackung ein Mehrfaches an Oberfläche angeboten wird sondern auch sehr viel weitere Strömungswege bei geringem Strömungswiderstand gegeben sind.

Weitere Ausführungsformen und Herstellungsverfahren ergeben sich aus den Ansprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt

durch einen erfindungsgemäßen Wärme tau s ehe r,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch den

Wärmetauscher gemäß Fig. 1 in Ebene H-II,

Fig. 3 den gleichen Radialschnitt wie

in Fig. 2, jedoch mit einer anderen Anordnung der Heiz;- bzw. Kühlelemente,

COPY

Fig. 4 den gleichen Radialschnitt wie

in Fig. 2, jedoch mit einer
weiteren Anordnung der Heiz- · bzw. Kühlelemente/

Fig. 5 eine Seitenansicht des Wärme

tauschers gemäß Fig. 1,

Fig. 6 einen Radialschnitt durch den

Wärmetauscher gemäß Fig. 1 in der Ebene VI-VI in Fig. 1 , jedoch mit maßiven Heizelementen,

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine

Vorrichtung zur Herstellung des Whiskerskörpers des Wärmetauschers gemäß Fig. 1,

Fig. 8 einen teilweisen axialen Schnitt

durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in schematischer Darstellung,

Fig. 9 einen Radialschnitt durch den

Wärmetauscher gemäß Fig. 8 in Ebene IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 einen radialen Teilschnitt durch

eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers gem. Fig. 8 in Ebene X-X in Fig. 11,

COPY

Fig. 11 einen teilweisen Axialschnitt

durch einen Wärmetauscher gem. Fig. 8 und Fig. 1O in Ebene XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen teilweisen Axialschnitt

durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher.

Der in Fig. 1 bis 7 dargestellte Wärmetauscher weist einen im Querschnitt kreisförmigen Mantel 1 auf. In ihm ist ein aus mehreren Teilstücken'2 zusammengesetzter Whiskerkörper 3 angeordnet, der axial von dem zu erhitzenden und/oder zu kühlenden Medium durchströmt werden kann. Die Unterteilung des Whiskerskörpers in Teilstücke 2 hat lediglich herstellungstechnische Gründe. Dieser Whiskerkörper besteht aus einer Verfilzung von polykristallinen Eisenwhiskers, die je nach dem Verwendungszweck des Wärmetauschers, insbesondere als Katalysator mit anderen Stoffen beschichtet oder dotiert sein können. Die Whiskers sind an den Stellen ihrer gegenseitigen Berührung insbesondere ihren Überkreuzungsstellen durch Abscheiden von Metall fest verbunden, so daß das sich ergebende Raumgitter erheblichen Strömungsdrücken standhält. Da der Porenanteil des Whiskerkörper ausserordentlich hoch und der Strömungswiderstand der einzelnen Whiskersfäden sehr gering ist, kann in der Praxis dieser Strömungsdruck keine unzulässigen Werte erreichen, der das Raumgitter zusammendrücken könnte und andererseits wird dadurch eine hohe, kaum behinderte Strömungsgeschwindigkeit des Mediums möglich.

Die einzelnen Teilstücke 2 des Whiskerskörpers weisen eine Mehrzahl im Querschnitt des Whiskerskörpers radial symmetrisch'ängeordnete achs- """""

ι -.-. .-■■■■ ■ - .,.,.._■

parallele zylindrische Ausnehmungen 4 auf, die über sämtliche Teilstücke 2 fluchten. In jeweils zwei Benachbarte solche Ausnehmungen sind haarnadelförmig gebogene Rohre 5 von einer Seite her eingeschoben, die mit den Aüsseriseiteh ihrer geraden' Abschnitte bündig an den Whiskers anliegen, so daß ein guter Wärmeleitkontäkt zwischen den Rohren

5 und den Whiskers entsteht. An ihrer anderen Seite sind jeweils zwei Rohre 5 durch angeschweißte Rohrbogen 6 so miteinander verbunden, daß alle geraden Abschnitte dieser Rohre hintereinanderge- . Schaltet sind und je ein Rohr 5 an einer Zuflußleitung 7 und an einer Abflußleitung 8 angeschlossen ist. Die Anordnung dieser Rohrverbindungen und das sich daraus ergebende Muster von je zwei oder drei zur Achse des Mantel 1 koaxialen Kreisen zeigen die Beispiele in den Figuren 2, 3 und 4.

Das sich aus den haarnadelförmigen Rohren 5 und den Rohrbögen 6 ergebende in Serie geschaltete Rohrsystem kann mit einer Beheizungs- oder einer Kühlflüssigkeit über die Zu- und Abflußleitungen beschickt werden. Das Material des Rohrsystemes 5,

6 ist ein Widerstandsmetall, so daß das Rohrsystem als elektrisches Heizelement verwendet werden kann. Zu diesem Zweck ist an der Zuflußleitung 7 ein elektrischer Kontakt 9 und an der Abflußleitung 8 ein solcher.Kontakt 10 vorgesehen, die an eine

ORIGINAL INSPECTED

elektrische Stromquelle 11 angeschlossen werden können. Um Kurzschlüsse zwischen den in die Whiskers eingebetteten Teilen des Rohrsystemes zu vermeiden, sind die Rohre 5 und die Rohrbögen 6 von einer Isolierschicht 12, z. B. einem geeigneten Metalloxyd oder einer in dem Arbeitsbereich des Wärmetauschers temperaturbeständigen Lackschicht überzogen. Wenn der Wärmetauscher nicht als Katalysator verwendet werden soll ist es jedoch ebenso möglich, die Whiskers nach ihrer gegenseitigen Vernetzung mit einer Oxydhaut zu versehen.

In Figur 5 ist der oben beschriebene Wärmetauscher in Seitenansicht dargestellt. Der Mantel ist auf der rechten Seite von einem Abschlußstück 13 verschlossen, das die Zuleitungen 9 und 10 trägt sowie eine Zuführungsleitung 14 für das zu erhitzende bzw. zu kühlende Medium. Auf der linken Seite ist der Mantel 1 durch eine Auslaßdüse 15 abgeschlossen, bei der das erhitzte bzw. gekühlte Medium austreten kann.

In Figur 1 und 2 ist gezeigt, daß,axial in der Mitte des Whiskerskörpers 3 ein Thermoelement 16 angeordnet ist, zu dem das Stromkabel 17 (Figur 5) führt und mit dem die Temperatur des Whiskerkörpers kontrolliert werden kann.

Der beschrieben Wärmetauscher kann mit einem als Katalysator wirkenden Whiskerkörper versehen sein.

Erfordert der durchzuführende Katalytprozeß zunächst eine Wärmezufuhr zum zu behandelnden Medium, um diesen in Gang zu setzen, wird der Stromkreis über die Kontakte 9 und 10 an das Rohrsystem 5, 6 gelegt, das dann als elektrisches Heizelement den Whiskerkörper 1 die erforderliche Verfahrenstemperatur zuführt. Verläuft der Katalytprozeß nach Zuführung der Startwärme exotern, so wird das Rohrsystem 5, 6 mit einem flüssigen Kühlmittel beschickt, wobei die von ihm abtransportierte Reaktionswärme nach Austritt des Kühlmittels bei 8 für andere Zwecke genutzt ,werden kann. Das Verfahrensmedium wird bei 14 dem Wärmetauscher zugeführt, durchströmt den Whiskerkörper 1, wobei die kurzen Weglängcn der Whiskers, die im Wärmekontakt und in Wärmeleitung die einzelnen geraden Rohre 6 untereinander verbinden, eine volle übertragung der dem Rohrsystem 5, 6 bzw. den Whiskers zugeführten Wärme ermöglichen.

Soll dagegen der Wärmetauscher nur zur Aufheizung eines Mediums bzw. zur überführung seiner Flüssigform in die Dampfphase dienen, so können die Rohre 5 und die Rohrbogen 6 auch massiv als dicke Drähte aus Widerstandsmetall ausgestaltet sein, wie dies Figur 6 zeigt, d. h. der lichte Durchmesser der Rohre 5, 6 kann auf Null gebracht werden. Bei einer solchen Anordnung kann dann z. B. flüssiger Brennstoff in Dampf mit einer sehr feinen Tröpfchenstruktur, z. B. von Tröpfchen mit Durchmesser im Mikrometerbereich überführt werden. Bei dem geringen Strömungswiderstand des Whiskerkörper und der raschen

Aufheizung durch die sehr große Oberfläche der einzelnen Whisker kann dieser Prozeß so schnell ablaufen, daß unerwünschte Umsetzungen des sich erhitzenden Mediums, insbesondere Kohleabscheidungen erzeugendes Kracken auch über längste Verfahrenszeiten nicht spürbar werden.

Die Anordnung der Whiskers im Whiskerskörper 3 ist an sich willkürlich, d. h. die einzelnen Whiskers können in beliebigen Richtungen filzartig oder verknäult liegen. Besonders günstige Ergebnisse lassen sich aber erzielen, wenn die Whiskers untereinander parallel und zum Mantel 1 axial ausgerichtet sind. Es entsteht dabei die bereits beschriebene Packung mit einem sehr günstigen Verhältnis von Porengröße und wärmetauschender Oberfläche, wobei die Strömungswege durchgehend axial zum Mantel 1 verlaufen.

Für die Herstellung des Whiskerkörpers 3 bzw. der Teilstücke 2 wird das folgende Verfahren vorgeschlagen, dessen Durchführung es nahelegt, den Whiskerkörper 3 in die Teilstücke 2 zu zerlegen, die aber dann im Zusammenbau funktional eine vollständige Einheit bilden. In einem Werkzeug 18 mit zylindrischer Hohlform 19, das von unten von einem Boden 20 verschlossen ist, sind an diesem entsprechend dem Muster der Ausnehmung 4 in dem herzustellenden Whiskerkörper 3 bis auf ihre Spitze zylindrische Dornen 21 befestigt, die achsparallel zum Werkzeughohlraum ausgerichtet

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sind und den gleichen Querschnitt wie die Ausnehmungen 4 aufweisen. In den von den Dornen 21 und der Hohlform 19 gebildeten Raum werden Whiskers 22 lose eingefüllt, so daß sie willkürlich gerichtet oder verknäult um die Dornen 21 liegen. Sodann wird in die Hohlform 19 ein Kolben 23 als Gegenwerkzeug eingeführt, das Ausnehmungen 24 aufweist, in die die Dornen 21 eintreten können. Durch diesen Kolben werden die Whiskers zu dem erwünschten Körper 3 bzw. den Teilstücken 2 zusammengedrückt. Am Boden 20 ist eine Auswurfvorrichtung in Form, einer Lochplatte 25 vorgesehen, deren Löcher 26 die Dornen 21 umgeben. Mittels einer durch den Boden 20 geführten Stange 27 kann die Lochplatte 25 hochgeschoben und der Whiskerkörper 3 bzw. das Teilstück 2 ausgestoßen werden. Per Whiskerkörper wird sodann durch Abscheiden von Metall in der Gasphase oder andere Mittel an den Berührungspunkten der Whiskers verfestigt, woran sich bei einer Verwendung als Katalysator weitere Beschichtungen oder Dotierungen mit Katalysator- oder Promotorenstoffen anschließen kann.

Zur Herstellung von Whiskerskörpern mit achsparallel ausgerichteten Whiskers können diese bereits gerichtet, in das Werkzeug 18 eingefüllt und dort durch Rütteln und weiteres Ausrichten im Magnetfeld geordnet und durch leichtes Andrücken des Kolbens 3 in die gewünschte Form gebracht werden. Die zunächst strangförmigen Whiskers können vor ihrem Einbringen in das Werkzeug entsprechend abgelängt sein.

Bei Anordnung einer Mehrzahl der beschriebenen Wärmetauscher nebeneinander kann es zweckmäßig sein, dem Mantel 1, dem Whiskerkörper 3 und somit auch der Innenform des Werkzeugs 18 einen prismenförmig sechseckigen Querschnitt zu geben, so daß eine wabenförmige Anordnung einer Mehrzahl von Wärmetauschern z. B. bei Verwendung als Katalysatoren möglich ist.

Eine weitere Ausführungsform ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Der zylindrische Whiskerkörper 28 ist unterteilt in einzelne kurze Abschnitte 29, die nur aus unter sich in der beschriebenen Weise vernetzten Whiskers bestehen und zwischen denen Heizplättchen 30 angeordnet sind. Diese Heizplättchen 30 bestehen aus einer Packung 31 ebenso unter sich verbundener Whiskers, in denen untereinander parallel und in der Ebene des Heizplättchens 30 gerade Rohre 5¹ verlegt sind, die durch Bögen 6¹ untereinander in Serie zusammengeschaltet sind und die die Zuflußleitungen 32 und die Abflußleitungen 33 aufweisen. In dem Mantel 34 dieses Wärmetauschers sind Sammelzuflußleitungen 35 und Sammelabflußleitungen 36 vorgesehen, die jeweils mit den Zu- und Abflußleitungen 32, 33 der einzelnen Heizplättchen 30 in Verbindung stehen. Da es zweckmäßig ist, die Heizplättchen abwechselnd um 90° versetzt anzuordnen, müssen je zwei Sammelzu- und-abflußleitungen 35, 36 vorgesehen sein.

Die einzelnen Abschnitte 29 des Whiskerskörper 28 werden somit bis auf die an den Enden dieser Säulen liegenden Abschnitte von beiden Seiten von Heizplättchen 30 beheizt und der gesamte Whiskerskörper 28, der ebenfalls exial von dem zu beheizenden bzw. zu kühlenden Medium durchströmt werden kann ist somit, diesmal quer zu seiner Längsachse von den Rohrschlangen 5', 6¹ durchsetzt. Diese Rohrschlangen 5¹, 6' sind, wie die Rohre 5, 6 aus Widerstandsmetall während die Sammelzu- und -abflußleitungen 35, 36 aus

elektrisch
gut /leitendem Metall bestehen sollen und mit elektrischen Kontakten 37, 38, 39, 4 0 an eine Stromquelle 41 angeschlossen werden können. Wenn mit dem Wärmetauscher ein Medium nur aufgeheizt werden soll, kann auch hier statt der Rohrschlangen 5 und 6 ein massiver Widerstandsdraht verwendet werden.

In einer anderen Ausführungsform zu Figur 10 und 11 kann die Rohr- bzw. Drahtführung 4 2 in den Heizplättchen 43 spiralförmig und ebenso in einer Packung 44 aus an ihren Berührungsstellen fest verbundenen Whiskers eingebettet sein. Diese Heizplättchen 43 sind ebenso wie die Heizplättchen 30 in Form einer Säule entsprechend derjenigen zu Figur 8 mit den kurzen Abschnitten 29 zu einem Wärmetauscher zusammensetzbar, der achsparallel verlaufende Sammel- und Abschlußleitungen bzw. Stromzu- und -abführungen aufweist.

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Schließlich kann, wie Figur 12 das zeigt, eine Rohrleitung 45 aus Widerstandsmetall in eine Whiskerspackung 46 in Form eines Wendeis eingebaut sein, der an beiden Enden des Whiskerskörpers mit Zu- und Abflußleitungen bzw. Stromanschlüssen verbunden werden kann. Auch hier kann die Rohrleitung 45 durch einen Widerstandsdraht ersetzt werden.

Die Herstellung des in Figur 11 dargestellten Wärmetauschers kann in folgender Weise erfolgen: In einem Werkzeug mit zylindrischer Hohlform mit dem Durchmesser des herzustellenden Wärmetauschers wird das wendeiförmige Rohr 45 oder ein entsprechender Draht mit einer größeren Steigung als im fertigen Wärmetauscher zusammen mit verfilzten oder verknäulten Whiskers eingelegt. Durch die größere Steigung des Wendeis 45 wird das Eindringen der Whiskers in den Wendel oder zwischen seine einzelnen Windungen erleichtert. Durch Einführen eines zylindrischen Gegenwerkzeuges in den Werkzeughohlraum kann durch Anpressen der Wendel auf seine gewünschte Steigung zusammengedrückt und die Whiskers zusammengepreßt werden. Danach erfolgt die Verbindung der Whiskers durch Metallbeschichtung oder Versintern.

zu Fig. 8,9,10,11,12 Bei allen beschriebenen Ausführungsformen^ist es, wenn eine elektrische Beheizung erfolgen soll notwendig, das Rohrsystem 5, 6, 5¹, 6¹, 42, 45 gegenüber den Whiskers elektrisch zu isolieren,

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ohne dabei den Wärmeübergang von dem Rohr- oder Drahtsystem zu den Whiskers und umgekehrt zu behindern, was, wie bereits beschrieben durch Aufbringen einer Oxydschicht entweder auf das Rohroder Drahtsystem oder auf die Whiskers oder mit Hilfe, einer Lackschicht auf dem Rohr- oder Drahtsystem geschehen kann.

In allen beschriebenen Ausführungsformen sind die Heiz- bzw. Kühlelemente allseitig in einen Körper aus fest an ihren Berührungspunkten verbundenen Whiskers eingebettet. Dadurch ist es möglich, die Weglängen der Wärmeübertragung zu oder von den Whiskers so kurz wie möglich zu halten, ohne daß dabei die Querschnitte der Strömungswege durch den Whiskerskörper so eingeengt werden, daß eine Behinderung der Strömung eintritt. Die Temperaturgefälle entlang der einzelnen Whiskersfäden dind dabei vernachlässigbar klein, so daß über den ganzen Whiskerkörper die gleiche erwünschte Temperatur besteht. Insbesondere treten keine überhitzungen an einzelnen Bereichen des Whiskerskörpers auf. Diese kontrollierbaren Temperaturverhältnisse sind sowohl in den Verdampfungs- wie den Katalytprozessen, für die die erfindungsgemäßen Wärmetauscher bevorzugt einsetztbar sind, von erheblicher Bedeutung. Es können damit sowohl unerwünschte Umsetzungen wie ein nur teilweises Stattfinden von erwünschten Prozessen vermieden werden. Zudem ist eine Verkleinerung der Gesamtmaße gegenüber den bekannten Wärmetauschern um weit mehr als die Hälfte möglich. Auch ist der erfindungsgemäße

Wärmetauscher für andere Aufheizungs- bzw. Kühlprozesse als die beschriebenen einsetzbar.

Bezugszeichen-Verzeichnis

1	Mantel
2	Teilstück zu 3
3	Whiskerskörper
4 ,	Ausnehmungen in 3
5	Rohre
6	Rohrbogen
7	Zuflußleitung
8	Abflußleitung
9	Kontakt an 7
TO	Kontakt an 8
11	Stromquelle
12	Isolierschicht
13	Abschlußstück
14	Zuführungsleitung
15	Auslaßdüse
16	Th e ririo e 1 eme η t
17	Stromkabel
18	Werkzeug
19	zylindrische Hohlform
20	Boden zu 19
21	Dornen
22	Whiskers
23	Kolben
24	Ausnehmungen in 23
25	Lochplatte
26	Löcher in 25
27	Stange

Claims

HUBERT FREIHERR VON WEL53ER ^θοο° ^{MONCHtti AO}

DANZlGER S TRA'-.f-E 16 RECHTSANWALT

TELhI ON ObB..«FM. >"ί JO

S\ K il I A«i' .Γ N AN DEN LANDGC HICIHI EN MÜNCHEN I IINU II.

AM OUERLANDtBGERICMT MÜNCHEN UND AM

BAYILRISCHEN OBERSTEN LANDESGERICHT

Wärmetauscher für strömende Medien

Anmelder:

Wilhelm Müller & Co. KG

Physikalisch-metallurgisches Forschungslabor Hannover

Patentan _s ρ r ü_ c h__e

Wärmetauscher für strömende Medien, bestehend aus einen ein Raumgitter bildenden, in einem Rohr angeordneten Körper aus an einer Vielzahl ihrer Berührungsstellen fest miteinander verbundener beheizbarer, aus einer gasförmigen Verbindung feromagnetischer Metalle abgeschiedener polykristalliner Whiskers, dadurch gekennzeichnet, daß der Whiskerskörper (3, 28, 44, 46) von mit den Whiskers in wärmeleitendem Kontakt stehenden Heiz- und/oder Kühlelementen (5, 6, 6', 6', 42, 45) in mehrfachen Windunaen durchsetzt ist.

BAD ORIGINAL

BANKKONTO. DEUI !jCHE ΒΛΝΚ AG MUNCHLN Iv/.-ι BI.-- (BL.' /OP TOO IuI f .1',1'.CMI iKIMWIO MlIIJi^-M' ANDE.RKONTO: DEUTSCHL BANK AG MÜNCHEN Ρ2/ί·β fitti (t-'>-2 70Ο7ΟΟ1Ο)
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und/oder Kühlelemente (5, 6, 5', 6', 42, 45) ein Rohr aus Widerstandsmetall sind, das zur Beheizung der Whiskers in einen Stromkreis und zu deren Kühlung in einen Kühlmittelkreislauf eingeschaltet werden kann.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einzelnen geradlinig durch den Whiskerskörper verlaufenden Rohrabschnitten (5, 5¹) besteht, die mit Bögen (6, 6¹) verbunden und einzeln hintereinander oder parallel geschaltet sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Whiskerskörper (28, 44, 46) aus in Strömungsrichtung des zu erhitzenden und/oder zu kühlenden Mediums parallel ausgerichteten Whiskers besteht.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Whiskerskörper (28) radial in einzelne Abschnitte (29) unterteilt ist, zwischen denen Heizplättchen (30) angeordnet sind, die aus mehreren hintereinander geschalteten Windungen eines in einen elektrischen Stromkreis einschaltbaren Rohres (5¹, 6¹, 43) aus Widerstandsmetall, die in eine Whiskerspackung (31, 44); eingebettet sind, besteht, wobei die Zuleitungen (32) eines jeden solchen Rohres (5¹, 6¹, 43) mit einer Samme1ζufIußleitung (35) und jede Abflußleitung (33) eines solchen Rohres mit einer Sammelabflußleitung (36) in Verbindung stehen, die in

ORIGiNAL INSPECTED

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dem den Whiskerskörper (28) umgebenden Mantel.(34) angeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß das Rohr aus Widerstandsmetall aus hin- und hergehenden parallel geradegerichteteh Rohren (5¹) besteht, die mit Bögen (6¹) verbunden und hintereinandergeschaltet sind und die in der mittleren Radialebene des Heizplättchens (30) liegen.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (42) aus Widerstandsmetall eine in der mittleren Radialebene des Heizplättchens (43) liegende Spirale bildet.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 1,2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz- und/oder Kühlelement ein aus Widerstandsmetall bestehendes in eine Whiskerspackung (46) eingebettetes wendeiförmiges Rohr (45) mit einer zur Achse des Mantels parallelen Achse ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 1,2,3,4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Werkzeug (18) mit zylindrischer Hohlform (19), an dessen Boden .(2C) eine Mehrzahl von zu der Hohlform (19) achsparallelen Dornen (21) angeordnet sind, Whiskers lose eingelegt werden, sodann in die Hohlform (19) ein Kolben (23) eingeführt wird, der Bohrungen (24)

aufweist/ in die die Dornen (21) passen/ und daß mit diesem Kolben die Whiskers zn einem Whiskerskörper (28) zusammengepreßt werden, der mittels eines Auswerfers (25, 26, 27) entnommen und anschließend zur Verbindung der Whiskers an ihren Berührungsstellen mit Metall beschichtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskers zur Achse der Hohlform (19) parallel ausgerichtet in diese eingebracht werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ein wendeiförmiges Rohr (45) zusammen mit den es einbettenden Whiskers in eine zylindrische Hohlform eingebracht und das wendeiförmige Rohr auf seine gewünschte Steigung und die Whiskers auf die Packung (46) gewünschter Dichte zu einer dauernden Verformung zusammengepreßt werden.