DE4240180A1 - Wärmetauscher und Verfahren zu seinem Betreiben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Ein derartiger Wärmetauscher ist bekannt (DE 39 39 778 A1, Fig. 2). Dort erfolgt der Wärmeaustausch durch die Wand des Kern­ rohrs, das im radialen Abstand von einem Mantelrohr umgeben ist. Innerhalb des Kernrohrs ist ein Hohlrohr angeordnet, so daß beide Medien, zwischen denen der Wärmeaustausch stattfin­ det, durch jeweils einen ringförmigen Strömungskanal strömen, der eine vergleichsweise geringe Radialabmessung hat. Beide Ringräume innerhalb bzw. außerhalb des Kernrohrs nehmen eine drehbar gelagerte Käfiganordnung mit Reihen von axial hinter­ einander angeordneten blattförmigen Schabern auf, die an der Innenumfangswand bzw. der an der Außenumfangswand des Kernrohrs anliegen. Auf dem Mantelrohr ist ein Hohlrad gelagert, das mit­ tels der Antriebseinrichtung drehbar ist und durch Magnetkopp­ lung die Schaberkäfige samt den Schabern mitnimmt.

Bei diesem bekannten Wärmetauscher ist es von Vorteil, daß die Schaber, die sich vergleichsweise langsam drehen, ständig für eine Beseitigung der Grenzschichten am Kernrohr sorgen und da­ durch den Wärmeübergang erheblich verbessern. Somit kann unter Berücksichtigung der zu erbringenden Leistung die Baulänge des Wärmetauschers im Vergleich zu einem Wärmetauscher ohne Scha­ bereinrichtung verringert werden. Der Aufwand ist jedoch ver­ gleichsweise groß und zum Teil auch unnötig, weil in sehr vielen Anwendungsfällen von Wärmetauschern nur auf einer Seite der Durchgangswand ein schlechter Wärmeübergangswert infolge einer Grenzschichtbildung herrscht.

Von maßgeblicher Bedeutung aber ist, daß die beim bekannten Wärmetauscher im Gegenstrom geführten zwei Medien im wesentli­ chen unbeeinflußt von der langsamen Schaberbewegung axial auf dem kürzesten Wege durch das Kernrohr bzw. über dieses hinweg strömen. Diese vergleichsweise kurzen Strömungswege der durch­ strömenden Medien im Wärmetauscher setzen einer Verkürzung des Wärmetauschers und damit einer kompakten Bauweise deutliche Grenzen. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß die schabend am Kernrohrumfang anliegenden Schaber schon aus Verschleißgründen langsam gedreht werden müssen. Diese langsame Drehung, die völ­ lig ausreicht, um einer grenzschichtbedingten Verschlechterung des Wärmeübergangs wirksam zu begegnen, erfolgt mit gleichblei­ bender unveränderter Geschwindigkeit.

Schließlich muß beim bekannten Wärmetauscher befürchtet werden, daß beim Einsatz eines stark verschmutzten Mediums wie Abwas­ ser, aus dem Wärme gewonnen werden soll, sich die Wärmeübertra­ gung behindernde Ablagerungen und Anhaftungen auf den Kernrohr­ flächen bilden, denen die dafür nicht vorgesehenen Schaber nicht gewachsen sind. Dann kann es sogar dazu kommen, daß der betreffende Schaberkäfig sich festsetzt und nicht mehr durch die Magnetkraft mitgenommen wird. Daraus können sich ganz er­ hebliche Betriebsstörungen ergeben.

Es ist auch ein Wärmetauscher mit einem Kernrohr und einem Man­ telrohr bekannt, bei dem den durchströmenden Medien in beiden Strömungskanälen ein längerer Strömungsweg entlang dem Kernrohr dadurch erteilt wird, daß Einbauten in Form von wendelförmigen Trennwänden vorgesehen sind, so daß auch die durchströmenden Medien einem schraubenlinienförmigen Weg folgen und somit nicht rein axial sondern auch mit einer Umfangskomponente strömen (DE 34 43 085 A1). Hier fehlt ein antreibbares Bauteil im Wärmetau­ scher, und es besteht keine Möglichkeit, auf die Umfangskompo­ nente der Medienströmung Einfluß zu nehmen und eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten vorzunehmen. Außerdem ist mit einer Grenzschichtbildung an den Wärmeübergangsflächen und so­ gar mit verstärkten Problemen der Verschmutzung sowie der er­ schwerten Reinigung des schraubenlinienförmigen Strömungskanals zu rechnen. Dementsprechend müssen ebenfalls Abstriche hin­ sichtlich der erwünschten hohen Wärmeübertragungsleistung in Verbindung mit einer kompakten Bauweise gemacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei vergleichsweise kleinen Abmessungen eine hohe Wärmeübertragungsleistung bringt, auch für den Einsatz bei zumindest einem ggf. sogar stark verschmutzten Medium geeignet ist und außerdem wechselnden Betriebsbedingungen gut angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauscher ge­ löst, wie er im Anspruch 1 beschrieben ist. Zweckmäßige Ausge­ staltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmetau­ schers sowie vorteilhafte Maßnahmen beim Betreiben dieses Wär­ metauschers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Danach ist eine Rotationseinrichtung mit einem oder mehreren axial hintereinander angeordneten Flügeln im Kernrohr vorgese­ hen, die nicht über die Innenumfangsfläche des Kernrohrs hinweg schaben und ggf. variierbar bis zu einer hohen Rotationsge­ schwindigkeit angetrieben werden können. Jeder Flügel kann dem ersten Medium im Kernrohr eine der Axialströmung überlagerte Umfangsströmung erteilen, die durch entsprechende Steuerung der Antriebseinrichtung stärker oder schwächer gewählt oder einge­ regelt werden kann.

Auf diesem Wege lassen sich mehrere für den Wärmeaustausch sinnvolle Wirkungen erzielen. Durch die Umfangsströmung wird ebenfalls die Grenzschicht von der Innenwandfläche des Kern­ rohrs abgelöst bzw. weggespült. Durch die direkte Flügeleinwir­ kung nur auf den Zentralbereich des Kernrohrvolumens wird in Verbindung mit der aufgebrachten Zentrifugalkraftströmung eine insbesondere auch radiale Durchmischung über den Strömungsquer­ schnitt erzielt. Des weiteren erhält das Medium durch die der Axialströmung über lagerte Umfangsströmung eine weitgehend schraubenlinienförmige Strömungsbahn, so daß ein auf die Kern­ rohrlänge bezogen vergleichsweise langer Kontaktweg besteht. Aus diesen Gründen gelingt es, bei vergleichsweise kurzer bzw. kompakter Bauweise eine leistungsstarke Wärmeübertragung vom ersten auf das zweite Medium zu erreichen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Wärmetauscher auch mit einem das Kernrohr durchströmenden ersten Medium betrieben werden kann, das vergleichsweise stark verschmutzt und mit zum Anhaften neigenden Stoffen beladen ist. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß innerhalb des Kernrohrs ein vom ro­ tierenden Flügel freier Ringquerschnitt verbleibt, daß durch die aufgebrachte Zentrifugalwirkung die Schmutzstoffe vorwie­ gend in den flügelfreien Ringbereich gefördert werden und daß eine entsprechend starke Umfangsströmung dafür sorgt, daß ein Festsetzen von Stoffen an der glatten Innenumfangswand des Kernrohrs unterbleibt. In Verbindung mit einer vorgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung für Feststoffe läßt sich somit nahezu jedes Abwasser durchleiten und wärmetechnisch nutzen.

Bei all diesen vorteilhaften Wirkungen ist zu berücksichtigen, daß sie erforderlichenfalls dadurch verstärkt werden können, daß der Flügel schneller rotiert wird, also mehr Energie einge­ bracht wird. Dementsprechend läßt sich nicht nur eine hohe Wär­ meübertragungsleistung erzielen, diese kann vielmehr durch ent­ sprechendes Betreiben des Wärmetauschers den jeweiligen Gege­ benheiten angepaßt werden. Im Falle kritischer Abwässer kann die Reinigungswirkung durch Freispülen zusätzlich dadurch ver­ bessert werden, daß dem Abwasser vor seinem Eintritt in das Kernrohr geeignete Feststoffe beigemengt werden, die durch die Flügelrotation auf die Innenumfangsfläche des Kernrohrs ge­ schleudert werden und so zum Ablösen eventueller Anhaftungen führen.

Besondere Vorteile bietet auch die Anordnung einer oder mehre­ rer, dann bevorzugt axial hintereinander angeordneter Rohr­ schlangen im flügelfreien Ringbereich innerhalb des Kernrohrs. Die Flügelrotation bzw. die dadurch hervorgerufene Umfangsströ­ mung sorgt gleichzeitig für eine besonders gute Wärmeübertra­ gung durch die Rohrschlangenwand. Die Rohrschlange kann den von einem Mantelrohr gebildeten Strömungskanal auf der Außenseite des Kernrohrs ersetzen oder zusätzlich vorgesehen sein. In letzterem Falle oder aber auch beim Vorsehen von mindestens zwei Rohrschlangen im Kernrohr können dann drei Medien durch den Wärmetauscher geführt und ein doppelter Wärmeaustausch be­ wirkt werden, und zwar bei einer besonders platzsparenden kom­ pakten Bauweise. Gegebenenfalls können dann das zweite und das dritte Medium druck- und/oder phasenverschiedene Anteile eines Kreislaufmediums sein, die vom ersten Medium gekühlt bzw. er­ wärmt werden. Dementsprechend eignet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher gut zum Einsatz in Verbindung mit Wärmepumpen.

Der erfindungsgemäß vorgesehene rotierbare Flügel kann so aus­ gebildet sein, daß er als Fördereinrichtung wirkt, so daß die axiale Strömung durch das Kernrohr als Folge der Druckverhält­ nisse vor und hinter dem Kernrohr erhöht oder evtl. - bei Um­ kehr der Antriebsrichtung - sogar erniedrigt wird. Der Wärme­ tauscher läßt sich auch sehr einfach wirkungslos machen und faktisch abschalten, indem eine Durchströmung des Kernrohrs ganz unterbunden wird. Das geschieht zweckmäßigerweise in Ver­ bindung mit einem beispielsweise vom oberen Ende des vertikal angeordneten Kernrohrs gebildeten Überlaufwehr, das bei einer (minimalen) Förderwirkung des Flügels bereits überwunden wird, ansonsten aber eine Durchströmung des Kernrohrs verhindert.

Die vorbeschriebene Wirkung des Flügels als Fördereinrichtung läßt sich nicht nur durch eine Winkelanstellung des Flügels sondern auch durch den bereits angesprochenen Einbau einer Rohrschlange im Kernrohr erreichen oder zumindest unterstützen. In diesem Falle wird allein durch die Schraubenform der Rohr­ schlange bei deren entsprechender Anordnung die von der Flügel­ rotation herrührende Radial- und Umfangsströmung in die axiale Förderrichtung umgelenkt.

Die Vorteile einer solchen bisher nicht bestehenden Leistungs­ regelung des Wärmetauschers liegen auf der Hand. Sie ermögli­ chen eine Anpassung an häufig wechselnde Betriebsbedingungen und lassen sich insbesondere bei einer paketförmigen Wärmetau­ scheranordnung mit mehreren entsprechenden Wärmetauschern mit parallel oder in Reihe durchströmten Kernrohren nutzen, wobei dann einzelne oder Gruppen von Wärmetauschern stillgelegt oder zugeschaltet werden können.

Ersichtlich läßt sich die Antriebsleistung des Wärmetauschers bzw. jedes Wärmetauschers der Wärmetauscheranordnung anhand verschiedener einzuhaltender Regelkriterien regeln. So kann zum Beispiel eine Anpassung an das vom Zulauf und der Temperatur des ersten Mediums bestimmte Wärmeangebot und/oder an den Wär­ mebedarf oder den Kältebedarf eines Verbrauchers erfolgen, der über das zweite (und ggf. dritte) Medium angeschlossen ist. Entsprechende Schaltungen sind dem Fachmann geläufig und bedür­ fen daher keiner speziellen Erläuterung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen ersten liegend angeordneten Wärmetauscher im Querschnitt bzw. im Längsschnitt;

Fig. 3 und 4 einen ganz ähnlichen jedoch stehend angeordneten Wärmetauscher im Längsschnitt und im Quer­ schnitt;

Fig. 5 und 6 einen entsprechend Fig. 3 und 4 stehend in einem Durchlaufbehälter angeordneten dritten Wärmetauscher im Längsschnitt und im Quer­ schnitt;

Fig. 7 und 8 einen liegend angeordneten vierten Wärmetauscher mit einer Umgehungsleitung für das erste Medium und einem schraubenlinienförmigen Strömungskanal für das zweite Medium im Querschnitt und im Längsschnitt;

Fig. 9 und 10 einen stehend angeordneten fünften Wärmetauscher mit einem schraubenförmigen Wellrohr als Kern­ rohr im Längsschnitt und im Querschnitt; und

Fig. 11 und 12 einen sechsten Wärmetauscher in einer Fig. 9 und 10 entsprechenden Ausführung mit einer zu­ sätzlichen Rohrschlange innerhalb des Kernrohrs im Längsschnitt und im Querschnitt.

Der Wärmetauscher gemäß Fig. 1 und 2 weist in konzentrischer Anordnung ein Kernrohr 1 und ein Mantelrohr 2 auf, das über Stützen 3, 4 auf dem Boden 5 abgestützt ist. Die Rohre 1 und 2 sind an ihren Enden durch gemeinsame Deckel 6 und 7 verschlos­ sen, durch die eine Zuleitung 8 für ein erstes Medium A (gestrichelt angedeutet) und eine Ableitung 9 für das erste Me­ dium A an das Kernrohr 1 angeschlossen sind. Das Mantelrohr 2 ist an seinen entgegengesetzten Enden mit einer Zuleitung 10 für ein zweites Medium B (punktiert angedeutet) bzw. einer Ab­ leitung 11 für das zweite Medium B versehen, und zwar derart, daß die Medien A und B im Gegenstrom innerhalb bzw. außerhalb des Kernrohrs strömen.

Durch das Kernrohr 6 erstreckt sich koaxial, ggf. aber auch mit einer turbulenzfördernden radialen Versetzung zur Kernrohrachse eine Welle 12, die in den Deckeln 6 und 7 gelagert sowie durch den Deckel 6 hindurch nach außen und zu einer Rotationsantrieb­ seinrichtung 13 geführt ist. Diese Welle 12 trägt zwei sich diametral gegenüberliegende blattförmige Flügel 14 und 15, die sich axial nahezu über die ganze Länge des Kernrohrs 1 erstrec­ ken, in radialer Richtung jedoch im Abstand a vor der Innenum­ fangsfläche 16 des Kernrohrs 1 enden. Die innerhalb des Wärme­ tauschers gebildeten Strömungskanäle für die Medien A und B sind mit 18 bzw. 19 bezeichnet.

Die Flügel 14 und 15 können in nicht dargestellter Weise in eine Reihe von Einzelflügeln unterteilt sein, die axial hinter­ einander angeordnet und ggf. zusätzlich in Umfangsrichtung zu­ einander versetzt sind. Ferner können die Flügel 14 und 15 die Form einer sich axial erstreckenden ebenen Platte aufweisen oder aber gewunden sein und schraubenlinienförmig verlaufen, wie es die in Fig. 2 eingezeichnete Flügelmantellinie 17 an­ deutet.

Der Wärmetauscher gemäß Fig. 3 und 4 unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen Wärmetauscher gemäß Fig. 1 und 2 im wesentlichen nur durch die stehende statt liegende Anordnung sowie die teilweise anders orientierten Zu- und Ableitungen für die beiden Medien. Deswegen werden in Fig. 3 und 4 sowie auch in den restlichen Figuren für entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Da der Wärmetauscher gemäß Fig. 3 und 4 mit dem Deckel 7 auf den Boden 5 gestellt ist, entfallen die Stützen 3 und 4. Ferner ist die Zuleitung 8 für das erste Medium A durch das Mantelrohr 2 und das Kernrohr 1 geführt, während die Ableitung 11 für das zweite Medium B an der der Zuleitung 10 diametral entgegenge­ setzten Seite des Mantelrohrs 2 angeschlossen ist. Die Gegen­ stromführung der beiden Medien A und B ist dabei erhalten geblieben.

Bei der Ausführung nach den Fig. 5 und 6 ist der Wärmetau­ scher gemäß den Fig. 3 und 4 nahezu unverändert übernommen aber in einem Durchlaufbehälter 20 mit einer Behälterwand 21 angeordnet. Dabei sind der Deckel 6 durch einen Behälterdeckel 22, der das Kernrohr 1, das Mantelrohr 2 und die Behälterwand 21 an ihren oberen Enden verschließt, und der Deckel 7 durch einen Behälterboden 23 ersetzt, der im Abstand zu den unteren Enden der Rohre 1 und 2 verläuft, wobei das Kernrohr 1 unten offen ist und der Strömungskanal 19 zwischen den beiden Rohren 1 und 2 an seinem unteren Ende durch einen Bodenring 24 ver­ schlossen ist.

Wie Fig. 5 zeigt, sind die Zuleitung 8 und die Ableitung 9 für das erste Medium A an das untere Ende bzw. an das obere Ende des Behälters 20 angeschlossen. Eine Übertrittsleitung 25 ver­ bindet das obere Ende des Kernrohrs 1 mit der Ableitung 9. Das durch die Zuleitung 8 eintretende erste Medium A kann daher sowohl durch den Strömungskanal 18 im Kernrohr 1 wie auch durch den zwischen dem Mantelrohr 2 und der Behälterwand 21 gebilde­ ten Umgehungskanal 26 zur Ableitung 9 abströmen.

Diese Ausführungsform mit parallel verlaufenden Wegen bzw. Kanälen 18 und 26 für das erste Medium A ist in besonderem Maße dazu geeignet, eine axiale Förderwirkung der Flügel 14, 15 zu nutzen, um den Anteil des durch den Strömungskanal 18 strömen­ den ersten Mediums A durch Drehzahländerung der Welle 12 zu verändern, wobei dieser Anteil auf null zurückgenommen werden kann, was praktisch einer Abschaltung des Wärmetauschers gleichkommt, jedenfalls wenn man den Wärmedurchgang durch das Mantelrohr 2 vernachlässigt bzw. durch geeignete Maßnahmen klein hält. Sieht man an der Übertrittsleitung 25 eine (nicht dargestellte) Möglichkeit zum Belüften vor, so kommt bei still­ stehender Welle 12 die Strömung des Mediums A durch das Kern­ rohr 1 vollständig zum Stillstand.

Es bietet sich an, in einem gemeinsamen größeren Durchlaufbe­ hälter 20 mehrere Einzeltauscher mit Kernrohr 1, Mantelrohr 2, Antriebseinrichtung 12, 13 und Flügeln 14, 15 anzuordnen, wobei die Wellen 12 einzeln, gruppenweise oder insgesamt mittels ei­ ner Rotationsantriebseinrichtung 13 angetrieben werden können. Dabei bieten Einzelantriebe jeder Welle bzw. von Wellengruppen vermehrte Einsatz- und Regelungsmöglichkeiten, insbesondere wenn entsprechend den dann mehreren Strömungskanälen 19 im Durchlaufbehälter 20 mehrere Verbraucher bedient werden sollen.

Der Wärmetauscher gemäß Fig. 7 und 8 entspricht mit seiner liegenden Anordnung weitgehend dem Wärmetauscher gemäß Fig. 1 und 2, weist jedoch wie der Wärmetauscher gemäß Fig. 5 und 6 einen zum Strömungskanal 18 parallelen Umgehungskanal 27 für das erste Medium A auf, der aber nicht von einem hüllenartigen Behälter sondern von einer Umgehungsleitung 28 gebildet ist. Diese Umgehungsleitung 28 ist eintrittsseitig und bodenseitig an das Kernrohr 1 angeschlossen und ist mit der Ableitung 9 für das erste Medium A zusammengeführt. Dementsprechend bietet auch dieser Wärmetauscher die vorangehend beschriebenen Möglichkei­ ten, nämlich über eine Steuerung oder Regelung der Rotationsan­ triebseinrichtung 13 den Wärmeaustausch zwischen den Medien A und B zu verstärken, abzuschwächen oder gar vollständig zu un­ terbinden. Dabei führt in diesem Falle die Strömung des Mediums A durch den Umgehungskanal 27 von vornherein nicht zu einem Wärmeaustausch mit dem zweiten Medium B. Auch hier kann in der hochliegend angeordneten Ableitung 9 für das Medium A eine Be­ lüftung vorgesehen sein, um bei stillstehender Welle 12 eine Durchströmung des Kernrohrs 1 zu unterbinden, ohne daß dabei der Durchfluß des Mediums A insgesamt zum Erliegen kommt.

Eine weitere Besonderheit besteht bei dem Wärmeaustauscher ge­ mäß Fig. 7 und 8 darin, daß im Ringraum zwischen dem Kern­ rohr 1 und dem Mantelrohr 2 eine wendelförmige Trennwand 29 an­ geordnet ist, wodurch ein schraubenlinienförmiger Strömungska­ nal 30 für das zweite Medium B gebildet ist. Auf diese Weise strömt das zweite Medium B nicht wie bei den vorangehend be­ schriebenen Wärmetauschern im wesentlichen axial sondern schraubenlinienförmig durch den Wärmetauscher, also ebenfalls mit einer Umfangskomponente und einem verlängerten Strömungs­ weg, wodurch sich der Wärmeübergang auch auf der Außenseite des Kernrohrs 1 verbessern läßt.

Gemäß Fig. 8 ist die Trennwand 29 mit gleichmäßiger Steigung um das Kernrohr 1 gewickelt. Insbesondere wenn das zweite Me­ dium B im Wärmetauscher kondensiert oder verdampft wird, also beim Durchströmen fortschreitend eine beträchtliche Volumenver­ änderung erfährt, kann es sehr zweckmäßig sein, die Steigung der Trennwand vorzugsweise kontinuierlich zu ändern und dadurch den Querschnitt des schraubenlinienförmigen Strömungskanals den örtlichen Verhältnissen im Wärmetauscher anzupassen, so daß auf der ganzen Wärmetauscherlänge eine im wesentlichen gleichmäßige Wärmeübertragung stattfindet.

Der Wärmetauscher gemäß Fig. 9 und 10 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 3 und 4 nur dadurch, daß nicht ein glat­ tes Kernrohr 1 sondern ein Kernrohr 31 in Form eines schrauben­ förmigen Wellrohrs vorgesehen ist, wobei das Mantelrohr 32 mit kleinerem Durchmesser ausgeführt ist und an der radial nach au­ ßen vorspringenden ebenfalls schraubenlinienförmigen Scheitel­ linie 33 des gewellten Kernrohrs 31 anliegt. Auf diese Weise ist - wie beim Wärmetauscher gemäß Fig. 7 und 8 - ebenfalls ein schraubenlinienförmiger Strömungskanal 34 gebildet, der zu­ dem in für den Wärmetausch vorteilhafter Weise von vergleichs­ weise großen Kernrohrflächen begrenzt ist.

Der Wärmetauscher gemäß Fig. 11 und 12 baut auf dem Wärme­ tauscher gemäß Fig. 9 und 10 mit einem gewellten Kernrohr 31 auf. Die Welle 12 trägt Flügel 35 und 36, die etwas weniger weit radial in Richtung auf das Kernrohr 31 vorspringen. Da­ durch ist ein vergleichsweise breiter flügelfreier Ringbereich 37 vorhanden, in dem eine Rohrschlange 38 mit einer Zuleitung 39 und einer Ableitung 40 für ein drittes Medium C plaziert ist. Dieses dritte Medium C tritt beim Durchströmen der Rohr­ schlange 38 ebenso wie das zweite Medium B in Wärmeaustausch mit dem durch das Kernrohr 31 strömenden Medium A. Dieser Wär­ meaustausch ist durch das vollständige Eintauchen der Rohr­ schlange 38 in das erste Medium A sogar besonders intensiv und wird ebenfalls durch die Wirkung der rotierenden Flügel 35 und 36 noch erheblich gesteigert.

Wie leicht ersichtlich kann die Rohrschlange 38 auch bei einem Wärmetauscher mit glattem zylindrischen Kernrohr 1 eingesetzt werden. Das Mantelrohr kann ggf. entfallen, wenn Wärme (Kälte) nur an ein einziges Medium übertragen werden soll. Natürlich könnte dieses Medium B auch sowohl durch den schlangenförmigen Strömungskanal 41 der Rohrschlange 38 wie durch den mantelför­ migen Strömungskanal 34 geführt werden. Ebenso ist es möglich, beim Wärmeaustausch mit zwei Medien B und C auf das Mantelrohr 2 bzw. 32 zu verzichten und statt dessen im flügelfreien Ring­ bereich 37 zwei getrennte Rohrschlangen für das Medium B bzw. für das Medium C anzuordnen.

Bei allen vorstehend beschriebenen Wärmetauschern kann es zweckmäßig sein, diesen mit einem Isoliermantel zu versehen. Ferner ergeben sich keine entscheidenden Probleme, falls der Wärmeaustausch mit einem aggressiven oder besonders korrodierend wirkenden Medium durchgeführt werden soll. Angesichts der ein­ fachen Formen der verwendeten Wärmetauscher-Bauteile können diese ohne übermäßigen Aufwand aus beständigen Werkstoffen wie beispielsweise Edelstahl hergestellt werden.

Claims (21)

1. Wärmetauscher mit einem vom ersten Medium (A), insbesondere Abwasser, durchströmten Kernrohr (1, 31) und einem inner­ halb eines zum Kernrohr konzentrischen Ringbereichs verlau­ fenden Strömungskanal (19, 34) für ein zweites Medium (B), insbesondere Kreislaufmedium, wobei im Kernrohr (1, 31) we­ nigstens ein Blatt (14, 15; 35, 36) von axialer und radi­ aler Ausdehnung angeordnet ist, das mittels einer Antriebs­ einrichtung (12, 13) um die Kernrohrachse drehantreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Blatt als dem axial durchströmenden ersten Medium (A) eine Strömungs­ komponente in Umfangsrichtung erteilender Flügel (14, 15; 35, 36) ausgebildet ist, der mit einer axial im Kernrohr (1, 31) verlaufenden und durch ein Kernrohrende zur Rota­ tionsantriebseinrichtung (13) geführten Welle (12) verbun­ den ist und im radialen Abstand (a) zur Innenumfangsfläche (16) des Kernrohrs (1, 31) endet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (19, 34) für das zweite Medium (B) zwi­ schen dem Kernrohr (1, 31) und einem dieses Kernrohr um­ schließenden Mantelrohr (2, 32) gebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (29) vorgesehen ist, die dem zweiten Me­ dium (B) im Strömungskanal (30, 34) ebenfalls eine Strö­ mungskomponente in Umfangsrichtung erteilt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum zwischen dem Kernrohr (1) und dem Mantelrohr (2) eine wendelförmige Trennwand (29) angeordnet ist, die einen schraubenlinienförmigen Strömungskanal (30) für das zweite Medium (B) abgrenzt.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (31) ein schraubenförmiges Wellrohr ist, mit dem das Mantelrohr (32) einen schraubenlinienförmigen Strö­ mungskanals (34) für das zweite Medium (B) bildet.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, insbesondere für zu kondensierendes oder zu verdampfendes zweites Medium (B), dadurch gekennzeichnet, daß der schraubenlinienförmige Strömungskanal (30, 34) für das zweite Medium (B) mit einer sich ändernden Steigung ausgeführt ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im flügelfreien Ringbereich (37) inner­ halb des Kernrohrs (31) wenigstens eine Rohrschlange (38) mit einem Strömungskanal (41) angeordnet ist, der entweder vom zweiten Medium (B) oder von einem dritten Medium (C) durchströmt ist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kernrohr (1, 31) eintrittsseitig eine insbesondere über die Welle (12) angetriebene Zerklei­ nerungseinrichtung für vom ersten Medium (A) mitgeführte Feststoffe zugeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) mit veränderbarer Dreh­ zahl und/oder Drehrichtung antreibbar ist.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) eine den Druckverlust im Kernrohr verändernde Fördereinrichtung (14, 15; 35, 36) wie ein Pumpenlaufrad trägt.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung im Sinne einer drehzahlunabhängigen Wirkungsverstellung einstellbar ist, insbesondere durch eine Schaufelwinkelverstellung.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. wenigstens ein Flügel (14, 15; 35, 36) schrauben­ förmig angestellt ist und zugleich die Fördereinrichtung bildet.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Kernrohr (1) paralleler Umge­ hungskanal (26, 27) für das erste Medium (A) vorgesehen ist, wobei die Durchsatzanteile durch das Kernrohr (1) und durch den Umgehungskanal (26, 27) mittels der Förderein­ richtung (14, 15; 35, 36) gegenläufig veränderbar sind.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (1) mit dem Strömungskanal (19) für das zweite Medium (B) in einem Durchlaufbehälter (20) für das erste Medium (A) aufgenommen ist, der den Umgehungskanal (26) bildet.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzanteile bis zum vollstän­ digen oder nahezu vollständigen Durchsatz des ersten Medi­ ums (A) durch das Kernrohr (1) bzw. den Umgehungskanal (26, 27) veränderbar sind.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er mit anderen gleichen Wärmetauschern zu einer Wärmetauscheranordnung mit vom ersten Medium (A) durchströmten Kernrohren (1, 31) zusammengebaut ist, wobei Einzelantriebe (13) für die Wellen (12) oder Teilgruppen von Wellen (12) vorgesehen sind.

17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er mit anderen gleichen Wärmetauschern zu einer Wärmetauscheranordnung mit vom ersten Medium (A) durchströmten Kernrohren (1, 31) zusammengebaut ist, wobei ein Gesamtantrieb für die antriebsmäßig miteinander verbun­ denen Wellen (12) vorgesehen ist.

18. Verfahren zum Betreiben des Wärmetauschers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ zahl und/oder die Drehrichtung der Welle(n) (12) schwanken­ den Betriebsbedingungen wie dem Wärmeangebot des zuströmen­ den ersten Mediums (A), dem Wärmebedarf und/oder dem Kälte­ bedarf eines durch das zweite Medium (B) und ggf. auch das dritte Medium (C) bedienten Verbrauchers von Hand oder au­ tomatisch angepaßt bzw. geregelt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18 zum Betreiben der Wärmetau­ scheranordnung gemäß Anspruch 16, insbesondere mit senk­ recht angeordneten Kernrohren (1, 31), dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelantriebe (13) für die ver­ schiedenen Wellen (12) getrennt geschaltet und geregelt werden.

20. Verfahren zum Betreiben des Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch das Kernrohr (1, 31) bzw. die Kernrohre strömenden ersten Medium (A) Feststoffkörper von vorzugsweise höherem spezi­ fischem Gewicht als dasjenige des ersten Mediums (A) zum mechanischen Reinigen der Innenumfangsfläche (16) des Kern­ rohrs (1, 31) bzw. der Kernrohre und ggf. der darin ange­ ordneten Rohrschlange(n) (38) beigemengt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkörper nach dem Passieren des Kernrohrs (1, 31) bzw. der Kernrohre wieder abgetrennt und vorzugsweise zur erneuten Beimengung zurückgeführt werden.