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Wärmeaustauschelement für Verdampfungs-, Kondensations- und Destillationszwecke.
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Im Kühlerbau sind Systeme von nebeneinander angeordneten, meistens
zu Trommeln aufgerollten Blechen in Verwendung, deren Zweck ist, die nötige Berührungsoberfläche
für den Temperaturausgleich zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit zu bilden.
Sollen diese vom Dampf bestrichenen Oberflächen wirksam sein, so muß eine sorgfältige
beständige Befeuchtung durch die Flüssigkeit gewährleistet sein.
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Die eine Art von Kühlern erreicht diese Befeuchtung durch von außen
erfolgende mechanische Bewegung der Trommeln durch die Flüssigkeit, die andere will
sie durch Berieselung herstellen. wobei die T,uft. Gase u. dgl. im Gegenstrom aufsteigen.
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Der diesem letzten Scstetn zugrunde liegenden Auffassung, daß die
Flüssigkeit in dünner Haut über die Flächen herabläuft, widersetzen sich die Molekularkräfte
der Flüssigkeiten.
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Während die Kohäsion fiir die feine Berieselung von Oberflächen ungünstig
wirkt, ist sie bei der vorliegenden Erfindung niitzlich gemacht.
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Beim Wärmeaustauschelement gemäß vorliegender Erfindung sind nun
die verhältnismäßig niedrigen Bleche in einer solchen Distanz nebeneinander angeordnet,
daß die Molekularkräfte der zu verarbeitenden Flüssigkeit gerade ausreichen, um
sie in den Zwischenräumen festzuhalten (dieselben vollständig anzufüllen), so daß
also eine Schwammwirkung entsteht und dem Gasstrom ein förmlicher Flüssigkeitsverschluß
entgegengesetzt ist.
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Das Gas oder der Dampf muß die Fliissigkeit durchdringen, diese fällt
als Schaum auf den tiefer gelegenen Teil des Elementes, wo sie sich bis zu derjenigen
Höhe ansammelt, die den durch den Dampf erzeugten Gegendruck zu überwinden vermag,
um von hier senkrecht auf den oberen Teil des nächsten Bodens zu fallen, wo sie
neuerdings vom Dampf durchdrungen wird usw. Die Flüssigkeit fließt also in gebrochener
Linie durch die Kolonne herab, das eine Element ron der Mitte nach dem Umfange,
das andere von dem Umfang nach der Mitte wagerecht überquerend, und das entsprechende
Element am Umfang oder in der SIitte verlassend, während der Dampf ins chwach gebrochener
Linie emporsteigend ein Element nach dem andern durchdringt.
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Im Gegensatz zu den bestehenden Berieselungseinbauten und Füllkörpern
ist hier der Flüssigkeit ein ganz bestimmter zwangsläufinger NVeg vorgeschrieben
(wie bei Sieb- oder Tauchböden), sie fließt nicht an den Flächen herab, welche voin
Dampf bestrichen werden, sondern sie läuft auf jedem einzelnen Element über alle
Windungen hinweg, um dann vom tiefer gelegenen Bodenteil den Weg nach unten zu finden.
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Das Element bildet einen fertigen Einbaukörper in einen Gegenstromapparat,
die heiden Typen können abwechselnd in der für einen bestimmten Zweck nötigen Anzahl
in einen Hohlzylinder geschichtet werden.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgegenstandes dargestellt.
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Abb. I zeigt das erste Ausführungsbeispiel in vertikalem, achsialem
Längsschnitt und Abb. 2 einen Grundriß dazu.
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Abb. 3 zeigt eine Einzelheit.
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Abb. 4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in vertikalem, achsialem
Längsschnitt, eingebaut in eine Kolonne.
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Abb. 5 zeigt eine Variante zu Abb. I bzw. eine Einzelheit zu Abb.4.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1 und 2 ist um eine zentrale Büchse
1 ein MessingbAnd 2 spiralförmig gewickelt, welches oben und unten in geeigneten
Entfernungen voneinander Einbuchtungen 3 aufweist. gegen welche sich jeweils die
nächste Windung anlegt, so daß die Wände bzxv. die einzelnen Gänge des Metallbandes
in einer gewissen Entfernung voneinander bleiben.
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Diese Einbuchtungen 3 haben eine derartige Tiefe, daß die Entfernung
zweier Gänge des . Nietallbandes der Vsikosität der zu behandelnden Flüssigkeit
entspricht, d. h. daß die letztere zufolge ihrer Viskosität zwischen den einzelnen
Gängen der Spirale, also zwischen den wänden hängen zu bleiben vermag.
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Die aus Nietallband gewickelte Spirale ist in eine gewölbte Form
gebracht, wie Abb. t zeigt, und wird in dieser Form durch die Lötstellen 4 gehalten.
Ein Teil dieser Lötstellen geht radial von der Mitte des so geformten Bodens aus,
ein anderer Teil radial rom L'mfang des Bodens, jedoch so, daß möglichst wenig Raum
vom Boden verdeckt wird, damit die Wirksamkeit nicht beinträchtigt wird bzw. ein
Teil des Bodens der Wirkung entzogen wird. Die Höchstwirkung liegt dann vor, wenn
die Entfernung der einzelnen ÄVindungen so bemessen ist, daß alle Flüssigkeit zu
Schaum wird. Rings um den Boden hefindet sich eine als Stauwand dienende ÄVandung
5.
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Die Abb. 3 zeigt, wie die Einbuchtungen die einzelnen Windungen der
Spirale in der gewünschten Entfernung halten. Wenn ein Element in eine Kolonne eingebaut
ist, bleibt die von oben her kommende Flüssigkeit selbsttätig infolge ihrer Viskosität
im Boden hängen. Das von unten her aufsteigende Gas sucht sich einen Weg zwischen
den Wandungen des Bodens hindurch und gelangt dabei äußerst wirkungsvoll mit der
Flüssigkeit in Berührung. Bei einem solchen Boden ist 60 Prozent vom ganzen Querschnitt
frei, so daß eine bedeutende Durchgangsmöglichkeit für das aufsteigende Gas vorhanden
ist. Da die Wirksamkeit des Bodens auch abhängig ist von der Berührungsfläche des
Gases mit der Flüssigkeit, so ist der Wirkungsgrad im vorliegenden Falle bedeutend
größer als bei einem Siebboden mit Durchlochungen. Der Umfang der Spirale ist für
die Wirksamkeit
eines Bodens maßgebend, und da dieser Umfang sehr
groß ist, ist auch die Wirksamkeit eine äußerst gesteigerte, wobei noch bei der
Beurteilung des Nutzeffektes die Höhe der über dem Boden stehenden Flüssigkeit,
durch welche das Gas doch auch streichen muß, für die Kontaktwirkung von Gas und
Flüssigkeit in Betracht kommt Man kann die Distanzierung der einzelnen Wände, die
durch das Nietallband gebildet werden, auch dadurch erreichen, daß man das Äletallband
mit einem Kartonstreifen oder Papier gleichzeitig aufwickelt, sodann den Boden durch
Zusammenlöten der einzelnen Windungen in der gewünschten Form hält, wobei die Lötstellen
sich nur an einer Seite des Bodens befinden, um sodann das Papier zu entfernen.
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Es ist nicht notwendig, in Spiralform zu wickeln, sondern es könnte
der Boden auch durch ein Metallband gebildet sein, dessen einzelne Gänge eine Schlangenlinie
bilden.
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Statt gewölbt können die Böden auch flach sein.
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Das Wärmeaustauschelement gemäß Bb. 4 weist eine Zweiteiligkeit des
Bodens auf. Es sind eine Mehrzahl solcher zweiteiliger Böden in einer Kolonne eingebaut
gezeigt.
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Der in Abb. 4 gezeigte oberste Boden hat einen gegen seine Mitte
ansteigenden Bodenteil 6 mit einer Stauwand 7 außen, welche so hoch ist, daß sie
den mittleren Teil des Bodenteiles 6 überragt. Die Stauwand 7 weist eine Mehrzahl
Löcher 8 auf (Abb. 5), und auch die äußersten Windungen des Metallbandes 2 weisen
eine Mehrzahl tfflnungeng auf, die ermöglichen, daß zwischen den einzelnen Windungen
hängende Flüssigkeit durch die Öffnungen 9 und 8 austreten kann. Außerhalb und unterhalb
des Bodenteiles 6 ist ein Ringboden 10 vorhanden, der ebenfalls aus einer Mehrzahl
Wände besteht, die in einer Entfernung entsprechend der Viskosität der zu behandelnden
Flüssigkeit zueiander angeordnet sind. Unterhalb des aus den beiden Teilen 6 und
Io bestehenden Bodens befindet sich in der Kolonne wieder ein zweiteiliger Boden
II, I2, wobei aber der Ringboden II höher angeordnet ist als der mittlere Boden
I2, und gegen diesen Boden leicht abfällt, wobei wiederum eine Stauwand 13 die beiden
Böden und I2 voneinander trennt. Die Stauwand 13 überragt den höchsten Punkt bzw.
die äußerste Windung des Ringbodens II, weist aber eine Mehrzahl Durchlochungen
rq auf, die ein Ausströmen von Flüssigkeit aus den inneren Windungen ermöglichen,
damit der mittlere Boden 12 sich mit Flüssigkeit füllt. Die Stauwände 7 und I3 dienen
nicht allein dazu, die Flüssigkeit über dem Bodenteil 6 bzm. über dem Ringboden
1 1 zu stauen, sondern auch als ueberlauf. Die aus dem Bodenteil 6 und dem Ringboden
10 unten austretende Flüssigkeit wird vom nächstunteren Boden 11, 12 aufgefangen
und bleibt in diesem Boden hängen. Es ist selbstverständlich, daß die Höhe der beiden
Bodenteile übereinander bzw. die Höhe vom Ringhoden 10 bis zum Überlaufrand der
Stauwand 7 größer sein soll als der Gegendruck des aufwärts strömenden Gases.