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Vorrichtung zum unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen zwei miteinander
nicht mischbaren Flüssigkeiten. Der unmittelbare Wärmeaustausch zwischen zwei miteinander
nicht mischbaren Flüssigkeiten, z. B. i51 und Wasser, beruht immer darauf, die beiden
Flüssigkeiten eine gewisse Zeit lang und über eine gewisse räumliche Ausdehnung
hinreg in innige Berührung miteinander zu bringen und sie, soweit sie hierdurch
gegenseitig vermischt worden sind, am Ende der Behandlung unter Ausnutzung des praktisch
immer vorhandenen Unterschieds ihrer spezifischen Gewichte wieder voneinander zu
scheiden. Diese Arbeitsweise bietet die Schwierigkeit, daß bei den in der Praxis
in Betracht kommenden Flüssigkeiten die Unterschiede der spezifischen Gewichte fast
immer sehr gering und dadurch die Kräfte, die zur nachträglichen Scheidung des Flüssigkeits-'
gemisches verfügbar sind, so klein sind, daß ein vollkommenes Entmischen und damit
das Wiedererhalten reiner Flüssigkeiten bei ihrem Austritt schwer erreichbar ist,
wenn zugleich eine weitgehende und innige Berührun- in der Wärmeaustauschvorrichtung
gesichert bleiben soll.
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E: ist zwar bereits eine Vorrichtung zum unmittelbaren Wärmeaustausch
zweier miteinander nicht mischbarer Flüssigkeiten bekannt geworden, bei der das
gegenseitige Vermischen und Emulgieren der Flüssigkeiten dadurch zu verringern versucht
wird, ciaß die beiden Flüssigkeiten als flache, nach ihrer verschiedenen Schwere
übereinandergelagerte Schichten durch mehrere wagerechte Kammern hindurch über längere
Wegstrecken hinweggeführt werden. Diese bekannte Vorrichtung besitzt jedoch die
Unvollkommenheit und den Nachteil, daß an den Übergangsstellen von dt: einen zur
jeweils benachbarten Flüssigkeitsschicht ein offenes Hindurchtreten der einen Flüssigkeit
-durch die andere hindurch stattfindet und infolgedessen hier doch wieder Vermischungen
und Emulsionen auftreten. Damit werden aber die erstrebten Vorteile der Schichtenführung
der Flüssigkeiten wieder hinfällig.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung beseitigt diese erheblichen Nachteile
dadurch, daß die wagerechten Kammern an ihren Übertrittsenden mit gesonderten .Abläufen
für jede der beiden Flüssigkeiten versehen sind, wodurch jede dieser Flüssigkeiten
für sich auf ihrem ganzen Wege durch die Vorrichtung eine ununterbrochene Flüssigkeitssäule
bildet.
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Die Abbildungen veranschaulichen eine hiernach ausgebildete Wärmeaustauschvorrichtung,
und zwar stellt die Abb. i einen senkrechten Längsschnitt und die Abb.2 einen senkrechten
Ouerschnitt nach der Schnittlinie A-B von Abb. i, in Richtung der beigesetzten Pfeile
projiziert, dar.
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Die Vorrichtung besitzt ein wagerecht liegendes, rechteckig-kastenförmiges
Gehäuse ti, das im Grundri ß eine verhältnismäßig große Länge und eine verhältnismäßig
geringe
Breite aufweist. In seinem Innern befinden sich mehrere
wagerechte, über die ganze Breite des Gehäuses reichende Böden b in solcher Anordnung,
daß zwischen ihnen wagerechte, niedrige Kammern entstehen, die, wie Abb. i zeigt,
eine zusammenhängende Aufeinanderfolge in Reihenschaltung bilden. Zu diesem Zwecke
stehen die Böden b, im Längsschnitt der Abb. i betrachtet, in einer wechselständigen
Anordnung, indem beispielsweise vier oberste Boden b am linken Ende an die dortige
Stirnwand des Gehäuses d anschließt, an seinem rechten Ende dagegen einen freien
Raum zwischen letzterem und der benachbarten Stirnwand beläßt, während der nächstfolgende
zweite Boden b umgekehrt wie der erste und alle weiteren Böden in gleichartiger
Weise abwechselnd angeordnet sind. An der Seite, wo jeder Boden b frei endigt, besitzt
er eine senkrechte Abschlußwand c, die nicht bis zum darüberliegenden Boden
b hinaufreicht, und einen Ablauf d, der unten ebenfalls ein Stück
vor dem darunterliegenden Boden b frei endigt. Die Abläufe d nehmen, wie die Abb.
2 zeigt, nicht die ganze lichte Weite des Gehäuses d in seiner Breitenrichtung ein,
sondern lassen noch gewissen Raum neben sich frei. Am linksseitigen Ende (vgl. Abb.-i)
der obersten wagerechten Kammer sind ein Zulauf e für die wärmeabgebende und ein
Ablauf f für die wärmeaufnehmende Flüssigkeit vorgesehen, und in gleicher Weise
sind am linksseitigen Ende der untersten Kammer ein Ablauf g für die wärmeabgebende
und ein Zulauf h für die wärmeaufnehmende Flüssigkeit angeordnet. Zugleich ist am
Orte dieser Zu- und Abläufe, in der obersten wie auch untersten Kammer, je eine
wagerechte Scheidewand i eingebaut, um die beabsichtigte Schichtenbildung der beiden
Flüssigkeiten zu erleichtern und gegen örtliche Störungen durch das Zu-und Abströmen
daselbst besser zu sichern. Der Ablauf g der untersten Kammer istferner mit einem
Standrohr k versehen, dessen oben befindlicher Auslauf etwas niedriger als ' der
zugehörige Zulauf e liegt, und in gleicher Weise ist der Zulauf 1a der untersten
Kammer mit einem Standrohr l ausgestattet, dessen Höhe etwas über den zugehörigen
Ablauf f hinausreicht.
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Durch die geschilderte Ausbildung der Wärmeaustauschvorrichtung wird
es, wie die Abb. r übersehen läßt, ermöglicht, in jeder der übereinanderliegenden
Kammern, während dieselben ganz von Flüssigkeit ausgefüllt sind, zwei übereinandergelagerte
Flüssigkeitsschichten zu halten. Dabei stehen die unteren, also spezifisch schwereren
Flüssigkeitsschichten zweier unmittelbar iibereinanderliegender Kammern jeweils
durch die Abläufe d und in gleichartiger Weise die oberen, also spezifisch leichteren
Flüssigkeitsschichten durch die zwischen den Osterwänden c und den ihnen benachbarten
Stirnwänden des Gehäuses a frei gelassenen i"bertrittskanäle miteinander in Verbindung.
Durch diese Anordnung, die das Wesen der Erfindung ausmacht, bildet jede der beiden
Flüssigkeiten durch die ganze Vorrichtung hindurch eine zusammenhängende Flüssigkeitssäule,
indem die auf solche Weise miteinander zusammenhängenden und in wechselnder Aufeinanderfolge
geschichteten beiden Flüssigkeiten ein System von kommunizierenden Röhren darstellen.
Für ein praktisches Beispiel sei, was auch in :den Abbildungen vorausgesetzt worden
ist, einmal angenommen, daß die schwerere Flüssigkeit die wärmeabgebende sei, etwa
heißes abgetriebenes Waschöl aus der Benzolgewinnung mit einem spezifischen Gewicht
von im Mittel vielleicht i,o6, und daß die leichtere, wärmeaufnehmende Flüssigkeit
gewöhnliches Kühlwasser sei, dessen spezifisches Gewicht bekanntlich nahezu gleich
i,o ist. Im regelrechten Betriebs- und Beharrungszustand tritt dann das abzukühlende
heiße Waschöl durch den Zulauf e links in die oberste Kammer der Vorrichtung ein,
strömt nach ihrem entgegengesetzten rechten Ende, tritt durch den Ablauf d in die
nächstuntere Kammer über, durchläuft diese und in gleichartiger Aufeinanderfolge
alle übrigen, bis es aus der untersten Kammer links durch den Ablauf g und das Standrohr
k abzieht: Das Kühlwasser dagegen tritt durch das Standrohr l und. den Zulauf h
in die unterste Kammer links ein, strömt darin nach ihrem rechten Ende, tritt hier
nach der nächstoberen Kaminer über, durchläuft diese und in gleichartiger Aufeinanderfolge
die sämtlichen darüberlie-_ -enden Kammern, um schließlich aus der obersten Kammer
durch den Ablauf f wegzufließen. Es besteht also in diesem Beispiel vollkommener
Gegenstrom zwischen den beiden .in Wärmeaustausch tretenden Flüssigkeiten, und es
sind die sämtlichen übereinanderliegenden Kammern in Reihe hintereinandergeschaltet,
so daß sie also in einer zusammenhängenden Aufeinanderfolge von dem ein Schichtenbündel
bildenden Flüssigkeitsstrom durchzogen werden.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung wird erreicht, daß .die beiden übereinandergeschichteten
Flüssigkeiten über längere Wegstrecken geführt und dadurch weitgehend miteinander
in Wärmeaustausch gebracht werden, dabei jedoch die gegenseitige unmittelbare Berührung
der Flüssigkeiten ausschließlich längs der wagerechten Grenzflächen der ühereinandergelagerten
Schichten
stattfindet, wo die Flüssigkeiten ruhig aneinander vorbeiströmen.
Ein offenes Hindurchtreten der einen Flüssigkeit durch die andere kommt nirgends
vor. Bei den übergangsstellen, die sich jeweils an .den offenen Enden der- Zwischenböden
b befinden, werden jegliche gegenseitige Berührungen der hier sich kreuzenden Ströme
verschiedener Flüssigkeiten durch die Anordnung der Abläufe c und d ausgeschlossen.
Durch diese Einrichtung wird jede Möglichkeit und Gelegenheit zum Vermischen und
Emulgieren der beiden Flüssigkeiten beseitigt. Zugleich verhält sich, weil das Paar
der beiden je für sich zusammenhängenden Flüssigkeitssäulen zugleich ein Paar nebeneinander
bestehender Drucksäulen bildet; die ihrem Wesen nach offene Wärmeaustauschvorrichtung
hinsichtlich Führung der beiden Flüssigkeiten praktisch wie ein geschlossener= Wärmeaustauscher,
in welchem also jeder Flüssigkeitsstrom zwangläufig ist. plan kann z. B. an Hand
der Abb. r leicht erkennen, daB an dem Gleichgewichtszustand der Flüssigkeiten im
Innern der Vorrichtung gar nichts geändert wird, wenn man die sämtlichen Zu- und
Abläufe e, f, g, h gemeinsam um ein beliebiges Höhenmaß nach oben oder unten
verschiebt.
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Die Art und Weise der gegenseitigen Führung der beiden aus flachen
übereinandergelagerten Schichten gebildeten Flüssigkeitsströme ist nicht wesentlich
für die Erfindung. Beispielsweise könnten statt der Gegenstromführung, wie sie in
vorstehender Schilderung angenommen worden ist, andere Betriebsweisen, wie Parallelstrom,
Querstrom usw., rein oder gemischt zur Anwendung kommen.