DE69306395T2

DE69306395T2 - Heizgerät

Info

Publication number: DE69306395T2
Application number: DE69306395T
Authority: DE
Inventors: John Graham Hart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2013-08-14
Also published as: CA2142291A1; ES2094559T3; EP0654138A1; EP0654138B1; GB9217176D0; DE69306395D1; AU4726293A; WO1994004876A1; JPH08500895A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten und insbesondere auf ein Verfahren für Vorrichtungen zur Erwärmung von Flüssigkeiten in einer indirekten Weise.
Flüssigkeiten werden üblicherweise dadurch erwärmt, daß es ihnen ermöglicht wird, über eine heiße Oberfläche zu strömen, aber einige Flüssigkeiten sind auf diese Weise sehr schwierig zu erwärmen. Beispielsweise lagern viele (z.B. einige biologische Flüssigkeiten) Schichten aus festen Materialien auf der Wärmeübertragungsoberfläche ab, die dann als Isolierung wirken, welche den weiteren Wärmefluß zu der Flüssigkeit behindert. Diese Tendenz, die als Bewuchs oder Fouling bezeichnet wird, kann bis zu einem gewissen Grade durch verschiedene Kunstgriffe reduziert werden, aber dennoch bleibt dies ein beträchtliches Problem.
Die Erfindung strebt danach&sub1; ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten anzugeben, die hinsichtlich der obigen Aspekte verbessert sind.
Die US-A-4 164 441 beschreibt eine Vorrichtung zum Erwärmen und Trennen einer korrosiven Flüssigkeit, wobei zwei beabstandete konzentrische Rohre verwendet werden. Man läßt die Flüssigkeit über die Innenoberfläche des inneren Rohres fließen, und heiße Abgase stehen mit der Außenseite des äußeren Rohres in Kontakt. Bei dieser Anordnung wird die Wärme durch die Wände der Rohre von den heißen Gasen zu der Flüssigkeit übertragen. Das französische Patent 21 29 118 beschreibt einen Wassererhitzer, bei dem man heiße Gase in einer turbulenten Weise über die Außenoberfläche eines Zylinders strömen läßt, während er seine Wärme über eine Reservoirwand an Wasser abgibt, das in einem Reservoir enthalten ist, welches den inneren Zylinder umgibt.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit angegeben, welches das Vorsehen eines nicht erwärmten Dornes in einem Heizelement aufweist, das wenigstens eine Heizoberfläche hat, so daß ein Zwischenraum zwischen dem Dorn und dem Heizelement vorhanden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit an der Oberfläche des Dorns in Form einer dünnen Schicht und auf eine solche Weise nach unten strömt, daß sie keine erwärmte Oberfläche des Heizelementes berührt, sondern durch Wärme erwärmt wird, die von der Heizoberfläche des Heizelementes durch den Zwischenraum zu der Flüssigkeit gelangt.
Die Erfindung sieht außerdem eine Vorrichtung vor, die folgendes aufweist: Ein Heizelement mit wenigstens einer Heizoberfläche, in dem ein nicht erwärmter Dorn derart positioniert ist, daß er einen Zwischenraum zwischen dem Dorn und dem Heizelement bildet, und eine Flüssigkeitsquelle, und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um es zu ermöglichen, daß die Flüssigkeit von der Quelle über die Oberfläche des Dorns in Form einer dünnen Schicht und auf eine solche Weise strömt, daß sie keine erwärmte Oberfläche des Heizelementes berührt, sondern durch Wärme erwärmt wird, die von der Heizoberfläche des Heizelementes durch den Zwischenraum zu der Flüssigkeit gelangt.
Der Dorn wird normalerweise in einer vertikalen Orientierung gehalten, und die Quelle für Flüssigkeit kann sich an seiner Oberseite befinden. Man läßt die Flüssigkeit als dünne Schicht die Oberfläche des Dornes hinunterlaufen. Der Dorn ist von der heißen Oberfläche des Heizelementes umgeben, und die Wärme strömt hauptsächlich durch Strahlungswärme durch den Spalt zwischen der heißen Oberfläche des Heizelementes zu der Flüssigkeit, die den Dorn nach unten strömt, oder durch Konvektion in dem Gas oder Dampf in dem Zwischenraum, oder durch eine Kombination von beiden Prozessen. Somit gibt es keinen direkten Kontakt zwischen der zu erwärmenden Flüssigkeit und irgendeiner beheizten Oberfläche des Heizelementes. Der Dorn wird selbst normalerweise nicht beheizt, und kann in der Tat aus Materialien bestehen, die gute Korrosions- und Trenneigenschaften besitzen, aber eine so schlechte Wärmeleitfähigkeit, daß sie normalerweise nicht bei der Herstellung Wärmetauschern verwendet würden. Er braucht nicht aus Metall zu bestehen und kann beispielsweise aus Materialien, wie zum Beispiel Keramiken oder Glas hergestellt sein, fakultativ mit einer Antihaftbeschichtung, beispielsweise aus PTFE.
Die indirekte Erwärmung der Flüssigkeit hat verschiedene Vorteile. Erstens wird kontinuierlich Wärme zu der Flüssigkeit übertragen, auch wenn sich eine Schicht aus festen Materialien auf dem Dorn aufbaut, über den sie fließt. Zweitens ist ins Auge gefaßt, daß in den meisten Fällen Feststoffe an dem unbeheizten Dorn nicht in der gleichen Weise haften werden, wie sie es bei einer beheizten Oberfläche tun würden. Dies wird dazu führen, daß ein großer Anteil von irgendwelchen Feststoffen, die sich gebildet haben, einfach an dem Dorn entlang nach unten mit der Flüssigkeit abgewaschen werden und sich nicht permanent an der Oberfläche des Dornes absetzen. Die Vorrichtung kann derart angeordnet werden, daß Dorne zum Reinigen leicht entfernt werden können, und zwar im Gegensatz zu den Rohren oder Platten bei einem Wärmetauscher gemäß einem herkömmlichen Prozeß.
Die Heizelemente können jede geeignete Ausgestaltung haben und werden vorzugsweise als zylindrische Elemente ausgebildet sein, die den Dorn umgeben, aber ihn nicht berühren. Die Beheizung kann beispielsweise mit heißem Öl oder Dampf unter Hochdruck erfolgen, obwohl unter bestimmten Umständen ein elektrisches Heizelement verwendet werden kann. Der Zwischenraum zwischen dem Heizelement und dem Dorn wird so eingestellt, daß er für die Erfordernisse des gerade durchgeführten Prozesses paßt, und er kann Luft oder auch ein anderes Gas enthalten oder evakuiert sein.
Die Wärme, die dem Fluid zugeführt wird, kann einfach dazu dienen, seine Temperatur zu erhöhen, aber es ist auch ins Auge gefaßt, daß die Vorrichtung am häufigsten zu dem Zweck verwendet wird, einen Teil oder die gesamte Flüssigkeit zu verdampfen. In diesem Falle wird Dampf erzeugt, der durch den Zwischenraum zwischen dem Dorn und dem Heizelement hindurchgehen wird, und er kann die Vorrichtung an ihrer Oberseite verlassen, oder aber mit nicht verdampfter Flüssigkeit an der Unterseite.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, in der die einzige Figur eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist eine Vorrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, einen zentralen vertikalen Dorn 12 auf, der von einem zylindrischen Heizelement 14 umgeben ist, das ein elektrisches Heizelement sein kann. Ein Zwischenraum 16 ist zwischen dem Dorn 12 und dem Element 14 und dem Element 16 vorhanden. Ein Fluidreservoir 18 ist an der Oberseite des vertikalen Dornes 12 vorgesehen. Eine Einrichtung, wie z.B. ein schmaler ringförmiger Spalt 20, ist zwischen dem Reservoir 18 und dem Dorn 12 angeordnet, so daß eine dünne Schicht 22 der Flüssigkeit über die Oberfläche des Dornes 12 nach unten fließt.
Im Betrieb wird das Element 14 aktiviert, so daß Wärme durch Strahlung und/oder Konvektion zu dem Dorn 12 gelangt. Die Einrichtung 20 wird aktiviert, um es der dünnen Schicht 22 zu ermöglichen, auf der Oberfläche des Dornes 12 nach unten zu fließen. Die dünne Schicht 22 empfängt die Wärme indirekt von dem Element 14, was bedeutet, daß die Flüssigkeit nicht mit irgendeiner beheizten Oberfläche des Elementes 14 in Kontakt steht, sondern die Wärme durch Strahlung, Konvektion oder eine Kombination von diesen beiden empfängt. Heiße Flüssigkeit 24 wird an der Unterseite der Vorrichtung 10 entfernt.
Sollte es erforderlich sein, einen Teil der Flüssigkeit oder die gesamte Flüssigkeit zu verdampfen, dann wird die Strömungsrate der Flüssigkeit und/oder die Wärmemenge, die von dem Element 14 geliefert wird, so eingestellt, daß die erforderliche Verdampfung stattfindet. Der Dampf kann entweder von der Oberseite des Elementes 14 entfernt werden oder von der Unterseite zusammen mit der beheizten Flüssigkeit.
Für den größten Teil von Anwendungen kann ein typischer Dorndurchmesser in dem Bereich von 40 bis 100 mm liegen, wobei der Wert des Zwischenraumes in dem Bereich von 2 mm bis 20 mm liegt, aber es können auch Dimensionen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden, wenn es geeignet ist.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung werden insbesondere bei Flüssigkeiten verwendet, die schwierig zu erwärmen sind, ohne daß ein Bewuchs oder ein Fouling stattfindet, wie z.B. bei Ölen, wässrigen Lösungen von Salzen und biologischen Fluiden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann allein, bei Mehrfachanwendungen entweder parallel oder in Serie oder zusammen mit anderen herkömmlichen Vorrichtungen verwendet werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung bieten ein verbessertes Verfahren zum Erwärmen oder Beheizen von Flüssigkeiten, die zu einem Anwachsen bzw. Fouling neigen.

Claims

1. Verfahren zum Erwärmen einer Flüssigkeit, welches das Vorsehen eines nicht erwärmten Dorns (12) in einem Heizelement (14) aufweist, das wenigstens eine Heizoberfläche hat, so daß ein Zwischenraum (16) zwischen dem Dorn (12) und dem Heizelement (14) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (22) an der Oberfläche des Dorns in Form einer dünnen Schicht und auf eine solche Weise nach unten strömt, daß sie keine erwärmte Oberfläche des Heizelements (14) berührt, sondern durch Wärme erwärmt wird, die von der Heizoberfläche des Heizelements durch den Zwischenraum (16) zu der Flüssigkeit (22) gelangt.

2. Vorrichtung, die folgendes aufweist: ein Heizelement (14) mit wenigstens einer Heizoberfläche, in dem ein nicht erwärmter Dorn (12) derart positioniert ist, daß er einen Zwischenraum (16) zwischen dem Dorn (12) und dem Heizelement (14) bildet, und eine Flüssigkeitsquelle (18), dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (20) vorgesehen ist, um es zu ermöglichen, daß die Flüssigkeit (22) von der Quelle über die Oberfläche des Dorns (12) in Form einer dünnen Schicht und auf eine solche Weise strömt, daß sie keine erwärmte Oberfläche des Heizelements (14) berührt, sondern durch Wärme erwärmt wird, die von der Heizoberfläche des Heizelements (14) durch den Zwischenraum (16) zu der Flüssigkeit (22) gelangt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) in einer vertikalen Orientierung gehalten ist und sich die Flüssigkeitsquelle (18) an seinem Oberende befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Oberfläche des Heizelements (14) den Dorn (12) umgibt und die Wärme hauptsächlich durch Strahlungswärme durch den Zwischenraum (16) von der heißen Oberfläche des Heizelements (14) zu der Flüssigkeit (22) gelangt, die an dem Dorn (12) nach unten strömt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Oberfläche des Heizelements (14) den Dorn (12) umgibt und die Wärme hauptsächlich durch Konvektion in dem Gas oder Dampf in dem Zwischenraum (16) von der heißen Oberfläche des Heizelements (14) zu der Flüssigkeit (22) gelangt, die an dem Dorn (12) nach unten strömt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) aus einem Material besteht, das gute Korrosions- und Trenneigenschaften, aber eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, ist, daß der Dorn (12) aus einer Keramik oder Glas besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) mit einer Antihaftbeschichtung beschichtet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (12) zum Reinigen leicht entfembar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (14) ein zylindrisches Element ist, das den Dorn (12) umgibt, aber nicht berührt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (14) durch heißes Öl, Hochdruckdampf oder ein elektrisches Heizelement erwärmt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Heizelement (14) und dem Dorn (12) einen Wert von 2 mm bis 20 mm hat.