DE842359C

DE842359C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE842359C
Application number: DEH6195A
Authority: DE
Inventors: James Andrew Burns; Edward Grassmann Engel
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: Hydrocarbon Research Inc
Priority date: 1946-01-22
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1952-06-26
Also published as: US2566310A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. JUNI 1952

H 6195 IaI 17g

Wärmeaustauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verl >esserten Wärmeaustauscher zur Wiedergewinnung des Kälteinhalts der aus einer Trennsäule kommenden Sauerstoff- und Stickstoffprodukte, die bei der Gewinnung von Sauerstoff durch Verflüssigung und Rektifizierung von Luft eine Temperatur von— 173° haben können.

Kältespeicher oder Rekuperatoren im Umschaltwechselbetrieb mit großer Kapazität für die Speicherung von Kälte sind bekannt. Die verhältnismäßig warme einströmende Luft, die einen Druck von 5 bis 6 atü oder nocli höher haben kann, und die verhältnismäßig kalten, mit einem Druck von etwa 0,5 atü und gewöhnlich nur etwa 0,35 atü abziehenden Sauerstoff- und Stickstoffprodukte der Rektifizierunir werden abwechselnd durch diese Kältespeicher geschickt, so daß periodisch warme Luft durch den mit Füllmaterial versehenen Raum strömt, der bei der vorhergehenden Betriebsstufe von kaltem Sauerstoff und Stickstoff durchflossen wurde. Dabei ao werden die hochsiedenden Verunreinigungen, die sich in diesen Räumen während des Durchströmens der Luft abgesetzt hatten, während des darauffolgenden Durchströmens der Rektifizierungsprodukte durch Sublimierumg entfernt. Solche Kältespeicher ag arbeiten mit einem hohen Wirkungsgrad der Kälteübertragung und großem Durchsatz, wobei jedoch der Raum, durch den die Gase strömen, verhältnismäßig klein sein muß, um Kälteverluste niedrig zu ' halten, da bei jeder Umschaltung das im Austauscher befindliche Volumen kalter Luft verlorengeht und ersetzt weiden muß. Auch soll eine zu große Ver-

mischung der in die Rektifizierungsanlage fließenden komprimierten Luft mit Stickstoff und des austretenden Stickstoffstroms mit Luft vermieden werden, die bei jeder Umschaltung der Strömung stattfindet. Denn bei jeder Umschaltung fließt der Luftstrom durch die Stickstoff enthaltenden, mit Füllmaterial gepackten Räume und der Stickstoffstrom durch die mit Füllmaterial gepackten Räume, die von der vorhergehenden Betriebsstufe her zurückgelassene Luft enthalten. Austauscher, wie sie bisher gebaut wurden, enthalten gewöhnlich ein kompliziertes Rohrsystem, das mit Rippen innen und/oder außen versehen ist, um den gewünschten hohen Wirkungsgrad der Kälteül>ertragung zu erreichen, so daß deren Herstellung sich verhältnismäßig teuer stellt.

Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist die Erstellung eines Wärmeaustauschers, der billig in Konstruktion und Herstellung ist, der die Benutzung

so des verhältnismäßig teuren Röhrenmaterials vermeidet, bei dem im Verhältnis zu der übertragenen Wärmemenge eine nur geringe Menge des verhältnismäßig teuren hochwärmeleitenden Metalls erforderlich ist, der ein verhältnismäßig kleines Ge-

a5 samtvolumen besitzt, so daß die Verluste beim Umschalten verringert werden, und bei dem durch die l>eriodische Umkehrung der Stickstoff- und Luftströme die Entfernung aller kondensierbaren Rückstände durch Sublimierung erfolgt, die während der vorhergehenden Betriebsstufe aus dem Luftstrom ausgefallen waren.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, mehr ins einzelne gehenden Beschreibung derselben.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen der Erfindung, wodurch diese jedoch in keiner Weise beschränkt sein soll.

Fig. ι ist der Grundriß einer Trogtype, wie sie für den Aufbau eines Wärmeaustauschers nach der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Grundriß einer anderen Trogtype, wie sie zusammen mit der in Fig. 1 gezeigten Type bei der Herstellung eines Austauschers nach der Erfindung verwendet werden kann. Diese Abbildung zeigt außerdem noch eine andere Rippenforrn zur Erreichung eines hohen Kälteaustauschgrades und zur Verstärkung der Bodenflächen der aufeinanderliegenden Tröge, damit diese den Druck der durch sie fließenden Luft aushalten können;

Fig. 4 ist ein Schnitt durch den in Fig. 3 gezeigten Trog längs der Linie 4-4;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Stapels von zehn aufeinanderliegenden Trögen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Typen, wobei der Klarheit halber die Einlaß- und Auslaßköpfe weggelassen sind;

Fig. 6 ist eine Endansicht des Trogstapels, der den in Fig. 5 gezeigten Austauscher bildet;

Fig. 7 is-t ein Grundriß eines Austauschers nach der Erfindung, der die Einlaß- und Auslaßköpfe für die Sauerstoff-, Stickstoff- und Luftströme, die durch den Austauscher gehen, zeigt;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Austauschers nach Fig. 7;

Fig. 9, 10 und 11 sind Vertikalschnitte durch verschiedene Arten von Rippen, die statt der in Fig. 2 bis 4 gezeigten verwendet werden können.

Der Austauscher nach der Erfindung ist aufgebaut aus einer Anzahl von Trögen, die aus drei verschiedienen Typen bestellen: Eine für das abwechselnde Durchströmen von Luft und Stickstoff mit Ein- und Auslaßöffnungen in den Seitenwänden in der Nähe von -sich diagonal gegenüberliegenden Ecken des Troges; eine zweite Type für das abwechselnde Durchströmen von Stickstoff und Luft mit Ein- und Auslaßöffnungen in den Seitenwänden, nahe von sich diagonal gegenüberliegenden Ecken des Troges, wobei diese Ecken an entgegengesetzten Seiten des Troges liegen in bezug auf die Ecken der ersten mit Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Tröge; und eine dritte Type für das Durchströmen des Sauerstoffs mit Ein- und Auslaßöffnungen in den Endwänden, wobei die ersten und zweiten Trogtypen paarweise angeordnet sind für das periodische Wechsein der Strömung, d. h. daß lx'i jedem Wechsel der Stickstoff durch denjenigen Trog jedes Paares strömt, durch welchen vorher Luft strömte, und die Luft durch den Trog jedes Paares strömt, durch welchen vorher Stickstoff strömte.

Fig. ι zeigt einen Luft- oder Stickstofftrog der ersten Type, der eine längliche Form haben kann. Dieser Trog wird durch Biegen oder Falten eines flachen Metallbleches von hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet, wobei das Blech so dünn ist, daß es ohne besondere Versteifung oder Verstärkung kaum dem Drudk der über das Blech strömenden Luft widierstehep kann, der etwa 5 bis 6 atü !«tragen kann. Dieses Metallblech bildet den Boden 11 eines Troges und hat vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 3 mm. Die Seiten und Endendes Bledhes werden umgebogen und bilden die Seitenwähde 12 und 13 mit den olieren Flanschen 14 und 15 und die Endwände 16 und 17 mit den Flanschen 18 und 19. Wenn die Tröge aufeinandergestapelt sind, so bilden, wie später noch erklärt werden wird, die Seitenwände 12 und 13 und die Endiwände 16 und 17 die Außenwände des Austauschers. Die Flansche 14 und 18 bilden eine rechtwinklige Verbindung 20 an einem ihrer Enden, während das andere Ende des Flansches 18 und die Seite 16 mit der Fläche 13 des Troges abschneiden und das andere Ende des Flansches 14 sowie die Seite 12 kurz vor der Endwand 17 enden, wie bei 21 gezeigt. Am anderen Ende bilden die Flansche 15 und 19 eine rechtwinklige Verbindung 22 an der Ecke des Troges, die diagonal gegenüber derjenigen liegt, an der sich die rechtwinklige Verbindung 20 befindet. Das andere Ende des Flansches 15 sowie der Seite 13 enden vor der Endwand 16, wie bei 23 gezeigt, und das andere Ende des Flansches 19 und die Seite 17 enden fluchtrecht mit der Fläche der Seitenwand 12. Die Seitenwand 13 ist in der Nähe einer Ecke des Troges zur Bildung einer öffnung 24 ausgeschnitten, und die Seitenwand 12 ist an der diagonal gegenüberliegenden Ecke des Troges zur Bildung einer öffnung 25 ausgeschnitten.

Wellblechartig gefaltete folienähnliche Metallbäiider 26, deren Falten engen Abstand voneinander halmen, begrenzen mit ihren untersten Teilen 27 die Böden der Kanäle 28, während die Teile 29 die Spitzen einer zweiten Kanalreihe 30 begrenzen. Die Metallbänder sind in jedem Trog mit den Teilen 27 und 29 hart oder weich an der Bodenfläche des Troges und der Unterseite des darül>erliegenden Troges angelötet, so daß dieses folienartige WeIlblech eine feste Verbindung mit dem Boden eines Troges und der Unterseite des darül>erliegenden Troges an einer Reihe von nahe aneinander liegenden Stellen herstellt. Die Seitenwände der Falten 26, welche die Kanäle 28 und 30 begrenzen, sowie die flachen Böden und Spitzenteile 2J und 29 dienen zur Wärmeleitung und gleichzeitig zur Verstärkung fler Bodenteile der Tröge, so daß diese dem Druck der durch sie strömenden Luft widerstehen können. Die Kanäle 28 und 30 sind so breit, daß der Abstand zwischen den senkrechten Mittellinien zweier benachbarter Kanäle zwischen 1,5 und 10 mm l>eträgt, vorzugsweise etwa 2,5 mm.

Die Kanäle 28 und 30 erstrecken sich in dersell>en Längsrichtung wie die Tröge und werden in bestimmten Abständen von schmalen Schlitzen 31 unterbrochen, die etwa 1,5 bis 6,5 mm breit sind, vorzugsweise etwa 3 nun. Breitere Schlitze können auch verwendet werden, was aber nur zur Verschwendung von Material und Raum führen würde.

Der Abstand zwischen den l)enachbarten Schlitzen in den sich längsweise erstreckenden Kanälen 28 und 30 kann etwa 10 bis 30 cm 1>etragen, vorzugsweise etwa 20 cm. Die Metallfolien, welche die wärmeleitenden Rippen bilden, sind mit ihren flachen Teilen 2~] und 29 an den Trögen in Stellung gehalten und befestigt durch Weich- oder Hartlötung. Bei dieser Konstruktion fließt ein wirl>elnder Gasstrom durch die Kanäle 28 und 30. Mit anderen Worten, die in bestimmten Abständen voneinander angeordneten Schlitze 31 rufen eine Wirbelung der Gasströme hervor, die sonst geradlinig durchströmen wurden. Der Abstand zwischen den Schlitzen 31 ist so l>emessen, daß etwa zur Zeit, wo die durch einen Schlitz hervorgerufene Wirl>eUing nachläßt, ein weiterer Schlitz neue Wirl>eliing hervorruft.

Die Öffnung 24 ist mit einem Rippensatz 32 der gleichen Art und Konstruktion wie der ot>en beschrielx-nen Rippensätze 26 versehen, nur mit dem Unterschiede, daß der Rippensatz 32 im rechten Winkel zu den Rippensätzen 26 liegt. Der Satz 32 und der nächste Satz 26 sind durch einen diagonalen Schlitz 31' voneinander getrennt, der diesell)en Abmessungen hat wie d_ie Schlitze 31. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Länge der Kanäle des Rippensatzes 32 von unten nach oben immer kleiner, wobei der längste Kanal an der Wand 16 liegt und der kürzeste beim Ende 23 des Flansches 15. Die öffnung 25 ist in gleicher Weise mit einem Rippensatz 33 ähnlich dem Satze 32 versehen, bei dem jedoch der längste Kanal am Ende 17 und der kürzeste längs dem Ende 21 des Flansches 14 liegt. Bei dieser Anordnung der kippensätze sind die von den Kanälen 2^ und 30 und den damit im rechten Winkel verj bundenen Kanälen der Sätze 32 und 33 gebildeten Strömungsstrecken von gleicher Länge, da der längste Kanal in der Öffnung 24 zu dem sich längsweise erstreckenden Kanal gehört, der mit dem kürzesten Kanal in der öffnung 25 in Verbindung steht, so daß die Längenunterschiede der Kanäle in der öffnung 24 durch diejenigen der öffnung 25 ausgeglichen werden, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die oberen und unteren flachen Teile der Rippensätze 32 ! und 33 sind weich oder hart mit den Böden der Tröge verlötet, zwischen denen sie liegen, wodurch die Teile dieser Böden, welche die öffnungen 24 und 25 bilden, verstärkt werden.
! Die wärmeleitenden und d'ie Konstruktion xer- ! stärkenden Rippensätze bestehen aus hochwärmeleitendem Material und sind vorteilhaft 0,13 bis 1,5 mm dick, vorzugsweise 0,2 mm. Wegen der • Dünne dieser Rippen, ihrer engen Abstände von- ; einander und ihrer hohen Wärmeleitungsfähigkeit hat der Austauscher eine außerge\vöhnlich hohe Kälteüt>ertragungskapazität. Im übrigen bilden, wie oben bereits erwähnt, die Rippen auch noch eine Verstärkung der Trogböden, so daß diese in der Lage sind, dem Druck der über sie fließenden Luft zu widerstehen, die von allen durch den Austauscher strömenden Gasen den höchsten Druck besitzt. Im übrigen haben alle Teile des Austauschers nach der Erfindung eine kälteübertragende Funktion, d. h. alle Konstruktionsteile, die zur Verstärkung der dünnen Metallbleche dienen, welche die Wände der Kanäle ; bilden, durch welche die Gase strömen, sind so ausgebildet, daß sie nicht nur diese Funktion ausüben, sondern auch zum Austausch der Kälte zwischen den gasförmigen Mitteln dienen, die durch den Austauscher fließen.

Die Tröge der Fig. 1 sind in einem Stapel abwechselnd mit anderen Trögen angeordnet, die sich '· von den in Fig. 1 gezeigten dadurch unterscheiden, daß, wie Fig. 3 zeigt, die öffnungen 34 und 35 nahe den sich diagonal gegenüberliegenden Ecken der ! Seitenwände angeordnet sind, die gegenüber denen liegen, welche solche öffnungen haben, wie in Fig. i. Im Troge der Fig. 3 liegt die öffnung 34 in der entgegengesetzten Seite in bezug auf die Seite des Troges der Fig. 1 mit der öffnung 24, und die öffnung 35 liegt an der entgegengesetzten Seite in ^: bezug auf die Seite des Troges Fig. 1 mit der OfF-nung 25. In anderer Beziehung kann die Konstruktion der l>eiden Trogtypen die gleiche sein. Wie ersichtlich, liegt die öffnung 35 in einer Ecke diagonal gegenül>er derjenigen, welche die öffnung 34 im j Troge der Fig. 3 enthält, und in gleicher Weise liegt die öffnung 25 des Troges Fig. 1 diagonal gegenüber der öffnung 24. Wie weiter ersichtlich, liegen die öffnungen 24 und 34 der Tröge Fig. 1 und 3 an gegenül>erliegenden Seiten, aber an denselben Enden der Tröge, nämlich dem unteren in diesen Figuren gezeigten Ende; auch die öffnungen 25 und 35 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten, aber am gleichen, nämlich dem oberen Ende.

Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten veränderten Ausführung wird statt des Biegens eines flachen las [ Metallbleches zu der in Fig. 1 und¹ 2 gezeigten Form,

ein flaches, dünnes Metallblech 36 für den Boden verwendet, das vorteilhaft 0,2 bis 3 mm dick ist, vorzugsweise aber etwa 0,8 mm. Die Seiten- und Endwände und die Flansche bestehen aus U-Profilen, wie sie. in Fig. 4 gezeigt sind, die durch Hartlötung oder irgendeine andere Weise längs der Seiten und Enden des Bodenbleches befestigt sind und an den Seiten offene Stellen frei lassen, die den öffnungen 34 und 35 entsprechen. Die Profilstangen können oben und unten etwa 10 mm breite Flansche haben, wobei die oberen Flansche den Flanschen 14, 15, 18 und 19 des Troges der Fig. 1 entsprechen und wobei die unteren Flansche zur Bildung des fertigen Troges mit dem Bodenblech 36 verschweißt oder sonstwie fest verbunden werden. Die Profilstangen 37 sind vorteilhaft 1,5 bis 10 mm dick, vorzugsweise etwa 3 mm. Die sich längsweise erstreckenden Kanäle, entsprechend den Kanälen 28 und 30 der Fig. 2, werden, wie Fig. 4 zeigt, aus einer Mehrzahl von einzelnen Profilstangen 38 gebildet, die vorteilhaft 0,13 bis 1,5 mm und vorzugsweise etwa 0,2 mm dick und etwa 16 mm hoch sind und deren Flansche 39 etwa 3 mm breit sind. Die unteren Flansche sind mit dem Bodenblech eines Troges durch Weich- oder Hartlötungiverbunden und die oberen Flansche in gleicher Weise mit der Unterseite des darüberliegenden Troges, wobei die Profilstangen 38 so angeordnet sind, daß die Flansche einer Profilstange an die Rückseite einer benachbarten Profilstange stoßen, wie Fig. 4 zeigt.

Die dritte Trogtype, nämlich der Sauerstofftrog, kann so ausgeführt sein, wie es Fig. 1 und 3 zeigen, mit dem Unterschied, daß die Seitenwände ganz geschlossen sind und die Ein- und Auslaßöffnungen in gegenüberliegenden Endwänden vorgesehen sind. Alle Rippensätze sind natürlich so angeordnet, daß die von ihnen gebildeten Kanäle parallel zur Länge des Troges verlaufen und nicht zum Teil im rechten Winkel hierzu.

Die Tröge sind in Stapeln aufeinandergeschichtet, wobei die Tröge der in Fig. 1 gezeigten Type sich abwechselnd mit solchen, die öffnungen der in Fig. 3 gezeigten Art besitzen, wobei in bestimmten Abständen diese Anordnung von Trögen durch Ein- setzung eines der oben beschriebenen Sauerstofftroge unterbrochen wird, der, wie oben beschrieben, öffnungen nur in den Seitenwänden hat. Die Höhe jedes Troges, d. h. der Abstand zwischen den Bodenblechen aufeinanderliegender Tröge innerhalb des Stapels, ist vorteilhaft zwischen 6 und 25 mm und vorzugsweise etwa 13 mm. Die Seitenflansche 14 und 15 und die Endflansche 18 und 19 jedes Troges können mit der Unterseite des darüberliegenden Troges durch Schweißung oder sonstwie fest verbunden werden, um den Zusammenbau des Stapels zu vollenden. Jeder Trog kann aus einem einzigen flachen Metallblech gebogen sein, wie bei Fig. 1 beschrieben, oder durch Verbinden eines dünnen, flachen \letallbleches mit U-förmigen Profilstangen gebildet sein, wie für Fig. 3 beschrieben, und er kann die darin gebildeten unterbrochenen Kanäle enthalten, wie in Fig. 1 oder 3 gezeigt, oder es können anders geformte Rippen verwendet werden, wie sie z. B. in Verbindung mit Fig. 9, 10 und 11 noch beschrieben werden.

Eine passende Anordnung von Trögen ist in Fig. 5 und 6 gezeigt. Bei dieser Konstruktion haben die Tröge 40, 43, 45 und 48 Öffnungen der in Fig. 3 gezeigten Art, und Tröge 41, 44, 46 und 49 des Stapels haben öffnungen wie in Fig. 1, und die Tröge 42 und 47 haben öffnungen nur in den Endwänden, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Die Tröge 40 und 41, 43 und 44, 45 und 46, 48 und 49 bilden Trogpaare für die Umkehrung des Luft- und Stickstoffstroms durch sie. Eine Platte 49⁰ ist auf den obersten Trog zur Abdeckung gelötet.

Wie Fig. 7 und 8 zeigen, sind Ein- und Auslaßköpfe an den gegenüberliegenden Seitenecken des Trogstapels angeordnet. Die öffnungen 34 der Tröge 40, 43, 45 und 48 stehen in Verbindung mit dem Kopf 50, der sich längs einer Seitenwand von oben nach unten erstreckt, und öffnungen 35 dieser Tröge sind verbunden mit einem Kopf 51, der sich längs der anderen Seitenwand des Stapels von oben nach unten erstreckt. Die öffnungen 24 der Tröge 41, 44, 46 und 49 stehen in Verbindung mit einem Kopf 52, der sich direkt gegenüber dem Kopf 50 an der anderen Seitenwand des Trogstapels befindet, und die öffnungen, 25 dieser Tröge sind verbunden mit einem Kopf 53, der sich nahe der diagonal gegenüberliegenden Ecke des Trogstapels befindet. Wie Fig. 8 zeigt, erstrecken sich die Köpfe 50 und 53, wie auch die Köpfe 51 und 52 von der Spitze bis zum Boden des Stapels. An den einander gegenüberliegenden entgegengesetzten Enden des Stapels befinden sich die Köpfe 54 und 55, die mit den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen der Tröge 42 und 47 verbunden sind. Jeder der Köpfeso, 51, 52, 53, 54 und 55 ist mit einem der Leitungsstutzen 56, 57, 58, 59, 60 und 61 verbunden.

Statt der in Fig. 2 und 4 gezeigten Rippenarten können auch andere Typen verwendet werden, wie z.B. in Fig. 9, 10 und 11 gezeigt ist. Fig. 9 zeigt eine fortlaufende Art von Folie derselben Dicke wie die der in Fig. 1 und 2 gezeigten, jedoch so geformt, daß zwei Sätze sich der Länge nach erstreckender Kanäle gebildet werden, die im wesentlichen einen dreieckigen Querschnitt haben. Diese Kanäle werden begrenzt durch die Böden 62 und 63 und die Seiten 64, wobei die Böden 62 und 63 die flachen Stellen für das Anlöten an den Boden eines Troges bzw. die Unterseiteeines darüberliegenden Troges darstellen, so daß eine feste Verbindung zwischen den Rippen und den anliegenden Trögen entsteht.

Bei der in Fig. 10 gezeigten andersartigen Ausführung besteht die Rippe aus einzelnen folienähnlichen Metallstreifen. Diese Streifen haben einen Z-förmigen Querschnitt mit unteren Flächen 65 und oberen Flächen 66, die an die anliegenden Tröge gelötet werden, wobei die einzelnen Streifen eng aneinander liegen, wie Fig. 10 zeigt.

Bei einer weiteren andersartigen Ausführung nach Fig. 11 sind die einzelnen Rippenteile I-förmig gestaltet mit flachen Unter- und Oberflächen 67 und 68 zur Erleichterung des Anlötens an die Tröge. Diese Einzelteile können, wie Fig. 11 zeigt, eng an-

einander liegen und können dieselben Abmessungen und Dicken haben wie die Teile 38 der Fig. 4.

Das für die Tröge und Rippen verwendete Konstruktionsmaterial soll, wie oben bereits erwähnt, hoch wärmeleitungsfähig sein. Kupfer ist das bevorzugte Material. Nickelstahl mit etwa 8 °/o Nickel, Aluminium oder Messing können ebenfalls verwendet werden.

Beim Betriebe des Austauschers strömt der Sauerstoff, \vie durch die Pfeile mit ausgezogenen Strichen angedeutet ist, durch den Hauptstutzen 60 in den Kopf 54 und weiter durch dieLängskanale der Tröge 42 und 47 zum Kopf 55 am anderen Ende des Austauschers, wo er durch den Stutzen 61 abzieht.

Dieser Strom fließt ununterbrochen während des Betriebes des Austauschers, es findet also keine Umkehrung des Sauerstoffstroms statt. Während einer Betriebsperiode strömt, wie die ausgezogenen Pfeile zeigen, Stickstoff durch den Stutzen 57 in den Kopf

ao 51, von dort durch die Kanäle der Tröge 40, 43, 45 unid 48 und zieht ab über den Kopf 50 und Verbindungsstutzen 56. Gleichzeitig tritt relativ warme Luft durch den Verbindungsstutzen 58 in den Kopf 52 ein, fließt durch die Tröge 41, 44, 46 und 49 und tritt aus über den Kopf 53 durch den Stutzen 59. Bei der Umkehrung während der darauffolgenden Periode strömt, wie die gestrichelten Pfeile andeuten, Luft durch den Verbindungsstuizen 56, den Kopf 50, die Kanäle der Tröge 40, 43, 45 und 48 und fließt ab über den Ko'pf 51 und Stutzen 57, während der Stickstoff vom Stutzen 59 über den Kopf 53, durch die Tröge 41, 44, 46 und 49 strömt und über Kopf 52 durch den Stutzen 58 abfließt.

Wenn in der Zeichnung ein Austauscher mit zehn Trögen gezeigt ist, so ist es selbstverständlich, daß dieses nur zum Zweck der Veranschaulichung des Verfahrens dient und auch eine größere Zahl von Trögen verwendet werden kann, wobei deren Zahl sich nach der Kapazität des Austauschers richtet.

Da bei der Konstruktion des Wärmeaustauschers für die Tröge nur dünne Bleche verwendet werden, die verhältnismäßig billig sind, und für die Längskanäle nur Folien, so ist die Herstellung¹ außergewöhnlich billig. Mit der hier beschriebenen Rippenkonstruktion mit Blechen und Folien der erwähnten geringen Dicke, mit Trögen, die nahe aneinander liegen, nämlich etwa 13 mm voneinander in der bevorzugten Anordnung, mit Rippen, die ebenfalls nahe aneinander liegen, nämlich mit etwa 2,5 mm Abstand in der bevorzugten Ausführung, kann ein Wärmeaustauscher ohne Schwierigkeiten mit einer Kälteaustauschfläche von 900 bis 1800 m² für jedes Kubikmeter Austauschervolumen gebaut werden. Durch diesen Faktor und die Wirbelströme, die durch die zwischen den Längskanälen angeordneten Zwischenschlitze hervorgerufen werden sowie durch den Flächenkontakt zwischen den Trögen und den Rippen wird ein außerordentlich hoher Kälteübertragungswirkungsgrad erreicht. Des weiteren kann der Raum, durch den Stickstoff und die Luft strömen, sehr klein gehalten werden, wodurch die Verluste bei den Umschaltungen verringert werden.
Die Erfindung kann auf die verschiedenste Art verkörpert werden, ohne den Rahmen der Erfindungsidee zu überschreiten. Die obige Beschreibung sowie die Zeichnungen sind daher lediglich als beispielsweise Darstellung der Erfindung anzusehen und beschränken diese in keiner Weise.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Vorrichtung für den Wärmeaustausch zwischen Luft, Stickstoff und Sauerstoff in einer Luftzerlegungsanlage, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in einem Stapel übereinanderliegenden länglichen Trögen (40 bis 49), wobei einzelne Tröge, durch die der Sauerstoff fließt, Ein- und Auslaßöffnungen an ihren Längsenden besitzen, während die übrigen mit Ein- und Auslaßöffnungen in einander gegenüberliegenden Seitenwänden versehenen Tröge abwechselnd so angeordnet sind, daß jeweils einer der Tröge während einer Betriebsperiode von Luft und der folgende von Stickstoff durchflossen wird, während nach der Umschaltung am Ende der Betriebsperiode der vorher von Stickstoff durchflossene Trog von Luft und der vorher von Luft durchflossene Trog von Stickstoff durchflossen wird, wobei jeder Trog eine Mehrzahl von Rippen mit hoher Wärmeleitfähigkeit besitzt, die in geringem Abstand voneinander so angeordnet sind, daß sie eine Anzahl von Kanälen bilden, die sich in der gleichen Längsrichtung wie die Tröge erstrecken, und wobei die Tröge so übereinandergestapelt sind, daß der Boden des einen Troges den Deckel dies darunterliegenden Troges bildet, während die Rippen in jedem Trog an einer Reihe von nahe beieinander liegenden Stellen an dem Boden des jeweiligen Troges sowie an der Unterseite des diarüberliegeniden. Troges befestigt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in bestimmten Abständen ihrer Länge durch enge Schlitze (31) unterbrochen sind, die eine Wirbelung der die Tröge durchfließenden gasförmigen Stoffe bewirken (Fig. ι und 3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Rippen (32,33) Kanäle geschaffen werden, die zu den Längskanälen der Tröge im rechten Winkel liegen und mit ihnen kommunizieren, wobei die Gesamtlänge der so in jedem Troge gebildeten Strömungsstrecke bei allen Kanälen im wesentlichen dieselbe ist (Fig. 1 und 3).
4. Vorrichtung nach Anspruch; 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden jedes Troges eine Dicke von zwischen 0,2 und 3 mm besitzt, daß der Abstand zwischen den Längsmittellinien zweier angrenzender Kanäle zwischen 1,5 und iao 10 mm liegt und daß die Rippen flache Stellen besitzen, die fest mit den Trögen zu deren Verstärkung verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Trog "5 aus einem als Boden dienenden flachen Blech (36)

besteht, auf dem U-förmige Profilstangen (37) längs der Ränder des Bleches befestigt sind, welche die Seiten- und Endwände des Troges bilden (Fig. 4).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trog der abwechselnd für den Durchfluß von Luft und Stickstoff bestimmten Anordnung ein Paar öffnungen (24, 25) in gegenüberliegenden Seitenwänden nahe von sich diagonal gegenüberliegenden Ecken besitzt und der folgende Trog ein Paar öffnungen (34, 35) in gegenüberliegenden Seiten nahe der sich diagonal gegenüberliegenden anderen Ecken hat, so daß je zwei aufeinanderfolgende Tröge ein Öffnungspaar, das am gleichen Ende des Stapels, al>er an entgegengesetzten Seiten desselben liegt, sowie ein zweites Öffnungspaar besitzen, das am anderen Ende des Stapels, aber an entgegengesetzten Seiten desselben liegt (Fig. 5 bis 7).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröge und die Rippen aus Kupfer bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Rippen zwischen 0,13 und 1,5 mm liegt, während der Abstand zwischen benachbarten Trögen zwischen 6 und 25 mm groß ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 5203 6.