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Wärmeaustauschkolonne für Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten, insbesondere
Benzol, Ammoniak u. dgl. Bei den bisher bekannten Wärmeaustauschvorrichtungen, wie
sie in verschiedenen Industriezweigen für Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten, beispielsweise
für Benzol oder Ammoniak, verwendet werden, treten mancherlei Nachteile auf, von
denen wohl der wichtigste vom wirtschaftlichen Standpunkt aus darin besteht, daß
die in den Apparaten vorgesehenen Flächen nur unvollkommen zum Austausch der Wärme
zwischen den beiden in getrennten Strömen durch die Vorrichtung geleiteten Stoffen
ausgenutzt werden. In engem Zusammenhang hiermit steht eine nicht genügend hochwertige
Leistung der bekannten Apparate.
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In den früher vielfach angewendeten Röhrenapparaten bestehen die Röhren
aus Schmiedeeisen, das wegen seiner geringen Widerstandsfähigkeit gegen säurehaltige
Stoffe eine geringe Lebensdauer hat. Diese Röhrenapparatebesitzen infolgedessen
nur ein beschränktes Anwendungsgebiet und bieten unter anderem durch die vielen
Dichtungsstellen zwischen Krümmern und Rohren, die Umständlichkeit des Aufbaus und
durch die mangelhafte Durchwirbelung der in den Rohren gleichmäßig geführten Ströme
Nachteile, die einen minder günstigen Wirkungsgrad gegenüber den Wärmeaustauschvorrichtungen
verursachen, die aus Platten oder Zungenplatten zusammengesetzt sind. Aber auch
bei den Wärmeaustauschvorrichtungen, in denen Platten zur getrennten Führung der
Stoffe, deren Temperaturen ausgetauscht werden sollen, verwendet werden, wird mangels
genügender Ausnutzung der vorhandenen Flächen keine Höchstleistung der Vorrichtung
erzielt. Bei einigen mit Platten ausgestatteten Wärmeaustauschvorrichtungen bzw.
Kühlern werden die zwischen den Platten hindurchstreichenden, getrennten Ströme
der beiden Stoffe sich selbst überlassen, wodurch sie, naturgemäß den kürzesten
Weg wählend, nicht nach allen Stellen der Platten geführt und somit auch nicht die
an diesen Stellen vorhandenen Temperaturen zur Wirkung gebracht werden. Man -hat
zwar schon den Versuch gemacht, diesem Übelstand durch Anbringung von Rippen auf
den Platten abzuhelfen, jedoch wurde durch diese Rippen auch nicht erreicht, daß
jede Stelle der Platten, die mit einem Stoff in Berührung kamen, unbedingt auf den
anderen Stoff einwirkte. Ganz abgesehen davon bot beim Aufbau des Apparates die
Abdichtung der Rippen gegen die Ober- oder unterhalb benachbarten Platten erhebliche
Schwierigkeiten.
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Auch bei den mit den sogenannten Zungenplatten ausgestatteten Wärmeaustauschkolonnen
konnte die erstrebte gegenseitige hohe Einwirkung der Temperaturen der in getrennten
Strömen durch die übereineinanderliegenden Kammern des Apparates geleiteten Stoffe
nicht erreicht werden; weil hier vermöge der
Ausgestaltung der hohlen,
durch eine Scheidewand in zwei Stromwege geteilten Zungen einerseits der durch letztere
fließende Stoff einen - großen Teil seiner Temperatur ungenutzt an die Scheidewände
abgibt, andererseits der andere Stoff die Zungen nur in einem Strom, der etwa der
Breite der Ein- und Austrittsübergänge entspricht, bestreicht, weil dieser Strom
den kürzesten Verbindungsweg zwischen den Ein- und Austrittsübergängen wählt. Eine
Folge hiervon ist, d'aß auch bei den Kolonnenapparaten mit Zungenplatten nicht alle
Teile der Platten- zum Wärmeaustausch ausgenutzt werden und somit die unwirksamen
Flächen die erwünschte Höchstleistung nicht erreichbar machen, weil erhebliche Mengen
der durchgeleiteten Stoffe nur langsam weitergeführt werden oder sogar sich in der
Austauschvorrichtung beiderseits der Durchflußströme stauen.
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Nach der Erfindung werden nun die getrennt durch die Wärmeaustauschkolonne
geleiteten Stoffe infolge der eigenartigen Ausgestaltung der die Austauschflächen
bildenden Platten gezwungen, jede Stelle der Flächen zu bestreichen, so daß unwirksame
Stellen nicht vorhanden und somit die wirksamen Flächen den in der Kolonne tatsächlich
vorhandenen Flächen gleichzusetzen sind. Gemäß der Erfindung sind die Platten auf
ihrer ganzen Fläche mit Rinnen von jeweilig den Betriebsbedürfnissen angepaßtem
Querschnitt versehen. Die Rinnen wechseln mehrfach ihre Richtung und sind so untereinander
verbunden, daß durch die oberen und unteren Seiten jeder Platte in Verbindung mit
den benachbarten Plattenseiten voneinander getrennte zwangsweise Führungswege für
die Stoffe gebildet werden und somit das Übertreten eines Stoffes in den Strom des
anderen Stoffes ausgeschlossen ist. Hierbei gelangen die Stoffe nach allen Stellen
der Platten, wobei jeder Strom ständig in seinem ganzen Umfang mit Austauschflächen
in Berührung steht und sich in den Strömen tote Kerne infolge des häufigen Richtungswechsels
nicht bilden können.
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Die Platten in einer Kolonne können Rinnen von gleichem Querschnitt
bzw. Rinnen mit oben und unten gleicher oder ungleicher OOuerschnittsform besitzen.
Man kann aber auch Platten mit verschiedener Binnengröße zu einer Kolonne zusammensetzen,
so daß die Führungswege von Platte zu Platte im Querschnitt zu- bzw. abnehmen. Dies
ist besonders vorteilhaft beim Abkühlen und Verdichten von Dämpfen, deren Volumen
bei zunehmender Abkühlung oder Verdichtung sich verringert.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch
dargestellt, und zwar zeigen die Abb. i bis 4 senkrechte Schnitte durch zu Kolonnen
zusammengesetzte Platten, während die Abb. 5 bis io Draufsichten auf die Platten
darstellen.
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Die Platten a, aus denen d'ie Kolonne zusammengesetzt ist, besitzen
auf der Ober-und Unterseite im Querschnitt winklige oder abgerundete Rinnen c, die
den Gesamtquerschnitt durch jede Platte zickzack- oder wellenförmig machen. Die
Rinnen verteilen sich auf die ganze Fläche der Platten und sind der Außenform der
letzteren entsprechend kreisförmig (Abb. 5 bis 7) oder rechteckig (Abb. 8 bis io)
angeordnet. Die Rinnen c einer jeden Austauschfläche stehen untereinander unter
mehrfachem Richtungswechsel in fortlaufender Verbindung. Der Richtungswechsel kann
durch Zickzackführung (Abb. 8 oder io), durch glatte oder gegenläufige Spiralführung
(Abb. 9 bzw. 6 und 7) der Rinnen oder auch durch eine Art Labyrinthführung (Abb.
5) bewirkt werden. Die Platten a sind am Umfang mit Abschlußrändern versehen, die
durch Flansche verbreitert sein können und beim Aufeinandersetzen der Platten den
Außenmantel der Kolonne bilden. Die Wände, durch welche die Rinnen c gebildet werden,
endigen in denselben waagerechten Ebenen wie die Abschlußränder. Die Wärmeaustauschkolonne
kann aus Platten zusammengesetzt sein, deren Rinnen c gleichartig angeordnet sind,
wobei auf jede Platte immer eine umgedrehte gleichartige Platte gelegt wird, so
daß also die Scheitelpunkte der Wände der Rinnen der einen Platte mit den Scheitelpunkten
der benachbarten Platte zusammenfallen, wie aus Abb. 2 und q. ersichtlich ist. Hierbei
kann die Querschnittsgröße der Rinnen und gegebenenfalls auch die Form der Rinnen
c in den verschiedenen Platten verschieden sein. Es kommt dabei darauf an, daß die
Rinnen der einen Platte mit denen der anderen Platte und somit auch die Ränder der
Rinnen beider Platten zusammenfallen. Werden die Platten immer mit derselben Seite
nach oben aufeinander angeordnet, wie aus den Abb. i und -3 hervorgeht, so werden
zwischen den Scheitelpunkten der Binnenwände einer Platte und der Unterseite der
benachbarten Platte Stege oder Rippen b angeordnet, die die Rinnen c gegenseitig
voneinander abschließen.
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Die durch die Rinnen zwischen je zwei Platten gebildeten Führungswege
stehen umschichtig durch Übergänge d, e in an sich bekannter Weise miteinander in
Verbindung, so daß die beiden Stoffe, unter denen der Wärmeaustausch erfolgen soll,
auf vollkommen voneinander getrennten Wegen im Gegenstrom durch die Kolonne geleitet
werden, ohne daß ein Stoff in den anderen übertreten
könnte. Die
den oberen und unteren Abschluß der Kolonne bildenden Teile sind aus der Zeichnung
fortgelassen.
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Die Querschnittgestaltung der Kühlerplatten a macht die mittels ihrer
Rinnen c gebildeten Kammern gegen den Druck der durchgeleiteten Stoffe sehr widerstandsfähig.
Dies tritt besonders dann augenfällig in Erscheinung, wenn nur einer der durchgeleiteten
Stoffe unter Druck steht, während in den benachbarten Kammern kein Druck oder sogar
ein Unterdruck vorhanden ist.