EP3056849B1 - Heat exchanger and method for indirect transmission of thermal energy - Google Patents

Heat exchanger and method for indirect transmission of thermal energy Download PDF

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EP3056849B1
EP3056849B1 EP16167936.0A EP16167936A EP3056849B1 EP 3056849 B1 EP3056849 B1 EP 3056849B1 EP 16167936 A EP16167936 A EP 16167936A EP 3056849 B1 EP3056849 B1 EP 3056849B1
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EP
European Patent Office
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shaft
container
liquid
heat exchanger
fluid
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EP16167936.0A
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EP3056849A2 (en
EP3056849A3 (en
Inventor
Thomas Federrath
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Albert Hodel GmbH
Original Assignee
Albert Hodel GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/06—Hollow screw conveyors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D11/00—Heat-exchange apparatus employing moving conduits
    • F28D11/02—Heat-exchange apparatus employing moving conduits the movement being rotary, e.g. performed by a drum or roller

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, comprising a container for guiding the first liquid and a plurality of disks arranged within the container. Furthermore, the invention relates to a use of such a heat exchanger. Furthermore, the invention relates to a method for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, wherein the first liquid is introduced into a container.
  • a heat exchanger a device for transferring thermal energy from a first to a second material flow is considered. It is distinguished between a heat exchanger for direct and a heat exchanger for the indirect transfer of thermal energy or heat.
  • a heat exchanger for the indirect transfer of heat comprises a spatial separation between two streams, wherein the separation is heat-permeable and thermally conductive.
  • a heat exchanger configured to transfer heat between two liquids may have a plurality of elongate tubes for guiding a first liquid. A second liquid can flow around the tubes with the first liquid, so that a heat transfer from a first to a second liquid or vice versa takes place.
  • a heat exchanger known from the prior art is suitable for transferring heat between two liquids. The disadvantage here, however, is that an efficiency of a known heat exchanger rather low or a heat dissipation of the same is not high enough.
  • the document US 2 610 033 describes a heat exchanger or a method according to the preamble of claim 1, or claim 9. This is where the invention begins.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned, which has a high Entskyrmungs antique. Further, it is an object to provide a use of such a heat exchanger. Moreover, it is an object to provide a method of the type mentioned, with which a heat transfer can be carried out with a high heat dissipation performance.
  • the object of the invention is achieved by a device according to claim 1.
  • An advantage achieved by the invention is to be seen in particular in that a high degree of thermal energy between the liquids transferable and thus a high efficiency can be achieved by the structure of the heat exchanger and the leadership of the two liquids.
  • the second liquid is guided in the hollow panes, which are at least partially connected to each other or merge into one another, so that they at least partially form a helix or helical form.
  • the second liquid is passable through all the discs, wherein the spirally interconnected discs are arranged within the container of the heat exchanger.
  • the first fluid flows in the container of the heat exchanger so that it flows around the discs.
  • the disks are formed of a material which has a good coefficient of thermal conduction, for example of a metal, a metal alloy or a good heat-conducting plastic.
  • the slides are formed from a stainless steel sheet about 3 mm to 4 mm thick.
  • a pitch of the helical shape is advantageously chosen so that the discs are efficiently welded together.
  • the helical shape of the helically extending discs provides the discs with a large surface area which allows heat transfer between the two fluids efficiently.
  • they may be formed uneven, for example with a plurality of elevations.
  • the first liquid has a higher temperature than the second liquid, wherein the heat exchanger, the first liquid is cooled.
  • the container is particularly elongate and may have a hexagonal or octagonal cross-section, so that the first fluid flows around the discs with a constant predetermined flow direction.
  • the helically interconnected discs or the resulting spiral preferably has a constant pitch. However, it can also be provided that the helically interconnected discs have a sectionally varying slope.
  • a rotatable shaft wherein the discs are mounted on the shaft.
  • the discs are helically arranged around the shaft and displaceable together with the shaft in a rotation about its longitudinal axis.
  • the shaft may be arranged approximately centrally in the container and protrude through one or two end faces of the same.
  • the shaft is designed to introduce the second liquid into the disks.
  • the shaft is at least partially hollow on the inside, so that the second fluid can be guided via the shaft into the discs and through them.
  • the second liquid enters the hollow portion of the shaft, after which it flows into the hollow disks.
  • a flow direction of the second liquid is predetermined by the formation of the shaft and the associated disks.
  • the second liquid re-enters the hollow portion of the shaft at a second end of the container from the hollow discs to leave the container.
  • a drive for rotating the shaft and a transmission means for transmitting torque from the drive to the shaft are provided.
  • the drive may for example be designed as a spur gear motor and transmitted via a toothed belt to the shaft. It is advantageous if the drive is arranged on the outside on a first end face of the container at this and transmits to the shaft, which protrudes through the end face.
  • the shaft is thus displaceable by the drive in motion and thereby also the helically associated discs.
  • One direction of rotation and the speed of rotation are specified by the drive. As a result of the rotational movement of the disks, not only is the second liquid flowing within the latter able to induce a flow velocity and flow direction, but also the first liquid flowing around the disks.
  • the shaft rotates with the discs, the first fluid is set in motion, in particular in a turbulent flow. As a result, a heat transfer from the first to the second liquid is increased again.
  • the drive transmits via the transmission means to a drive shaft which extends through the end face in the container and is connected within the container via a Wellenumbleflansch with the shaft. As a result, the shaft can be set in motion indirectly via the drive shaft by the drive.
  • At least one first inlet and at least one first outlet are provided for the first liquid and at least one second inlet and at least one second outlet are provided for the second liquid and the liquids can be conveyed countercurrently.
  • the at least one inlet for the first liquid and the at least one inlet for the second liquid are arranged on two opposite end faces of the container, so that the counterflow principle of the heat exchanger is upright. It can be provided that an inlet for the first liquid is arranged at an upper end of a second end face of the container. An inlet for the second liquid is arranged on one of these opposite first end face of the container, which inlet is in particular represented by the partially hollow shaft and arranged approximately centrally on the end face.
  • An outlet for the second liquid is also arranged approximately centrally on the first end face.
  • an outlet for the first liquid is disposed at a lower end of the second end face of the container.
  • the first fluid flows around the helical disks rotating with the shaft and is thus directed in a screwing motion.
  • an overflow device for the first liquid can be provided on the first end face.
  • the inlets and outlets or the overflow device are formed for example as recesses in the end faces. It may be beneficial if both liquids enter or be pumped into the container at a predetermined flow rate to optimize heat transfer between the two liquids.
  • the second liquid is pumped into the container at a pressure in the range of about 5 bar to 7 bar.
  • the container is elongated and arranged horizontally.
  • the heat exchanger is therefore preferably arranged horizontally, so that both liquids flow with a substantially horizontal flow direction through the heat exchanger.
  • the heat exchanger is based in particular on a countercurrent principle.
  • the two liquids flow substantially in an opposite direction through the container.
  • the container comprises at least one subdivision, wherein the subdivision divides the container into chambers.
  • two subdivisions are provided, which divide the container into three chambers. The subdivisions are partially connected to an inside of the container.
  • the shaft is guided through the chambers, wherein in each chamber a portion of discs is provided.
  • the shaft passes through the subdivisions, so that the second fluid through the entire container is feasible.
  • disks are helically arranged around the shaft in each chamber and connected thereto.
  • the shaft is connected to the discs so that the second fluid can be passed through a hollow part of the shaft into the hollow discs and from these again into a hollow part of the shaft.
  • the second fluid can be passed through the subdivision via the shaft.
  • a forced guidance for the first liquid can be provided further in each chamber.
  • it may be formed so that the first liquid in each chamber hits the discs from above.
  • a use of a heat exchanger according to the invention is advantageously carried out in the draining of dirty water, in particular waste water from industrial washing facilities.
  • the further goal is achieved if in a method of the type mentioned, the second liquid is guided in hollow and at least partially helically merging into each other and arranged within the container disks to exchange heat with the first liquid.
  • An advantage achieved thereby is to be seen in particular in that a high proportion of heat is transferred from a first liquid to a second liquid by the guidance of the two liquids.
  • the second liquid has a lower temperature than the first liquid, so that the first liquid is cooled by the heat exchanger.
  • the two liquids are guided in particular in an oblong and horizontally arranged container. In this case, therefore, the liquids are also guided substantially horizontally and in particular in an opposite direction to each other.
  • the second fluid is guided over a shaft in associated discs and is set in motion with rotation of the shaft with the discs.
  • the shaft is at least partially hollow and connected to the same, so that the guided therein second liquid is first passed over the shaft and then the hollow discs through the container.
  • the rotational movement of the shaft about its longitudinal axis with the discs, a heat transfer between the liquids is increased again.
  • the shaft and thereby also the helically associated discs are in particular indirectly indirectly via a transmission means of a drive in motion. A torque is transmitted from the drive to the shaft, whereby a direction of rotation and rotational speed is specified by the drive.
  • first liquid and the second liquid are introduced into the container via at least one inlet in each case and are discharged from the container via in each case at least one outlet, the liquids being guided through the container in two opposite directions.
  • the at least one inlet for the first liquid and the at least one inlet for the second liquid are arranged on two opposite end faces of the elongated and horizontally oriented container, so that the two liquids in two substantially mutually aligned flow directions through the container be guided.
  • the rotating helical disks are flowed around by the first liquid, whereby this also performs a screwing movement. It can be favorable if both liquids are guided or pumped into the container at a predetermined flow rate, in order to optimize a heat transfer between the two liquids.
  • the first liquid is passed through a plurality of separate from each other by subdivisions chambers to decelerate the first liquid in the container.
  • the first liquid is decelerated by two subdivisions in the container, wherein the container is divided by these into three chambers.
  • a rotational movement or a screw effect is also induced for the first fluid.
  • the container is subdivided by the subdivisions into chambers which are isolated from each other up to a certain level or overflow. The wave is carried through the subdivisions, so that the second liquid is passed through the entire container.
  • the discs are helically arranged in each chamber around the shaft or connected thereto.
  • the shaft is connected to the discs so that the second fluid passes through a hollow part of the shaft into the hollow discs and from these again into a hollow part of the shaft.
  • the second liquid is thus passed over the shaft through the subdivision.
  • a forced guidance for the first liquid can be provided further in each chamber. For example, it may be formed so that the first liquid in each chamber hits the discs from above.
  • Fig. 1 shows a plan view of a heat exchanger 1 according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid.
  • the heat exchanger 1 comprises a longitudinally formed and horizontally arranged container 2, in which a plurality of discs 3 are arranged.
  • the discs 3 merge into each other like a helix, whereby they have a constant pitch. As a result, a surface over which heat can be conducted is increased.
  • the discs 3 are helically arranged around a shaft 4 and connected thereto.
  • the shaft 4 is at least partially hollow to guide the second liquid in the also hollow discs 3, so that they can be transported within the same with a predetermined direction.
  • the first liquid can be guided in the container 2 so that it surrounds the disks 3 and the shaft 4 in order to exchange heat with the second liquid.
  • the shaft 4 is rotatably mounted and performs together with the associated discs 3 rotation about its own longitudinal axis.
  • the rotation of the disks 3 gives the liquid flowing around a first direction, so that a turbulent flow is induced to the first liquid.
  • This increases a heat transfer between the two liquids.
  • the first liquid has a higher temperature than the second liquid.
  • the first liquid may have a temperature in the range of about 40 ° C to 50 ° C
  • the second liquid may have a temperature in the range of about 5 ° C to 10 ° C.
  • the first liquid may be cooled to a temperature of 25 ° C or less.
  • FIG. 2 a further view of a heat exchanger 1 according to the invention is shown. This provides a section through the heat exchanger 1 according to Fig. 1 along the line II-II.
  • Fig. 3 shows a part of a heat exchanger 1 according to the section III in Fig. 2 , The helical arrangement of the discs 3 around the shaft 4 is shown.
  • FIG. 4 A section through the heat exchanger 1 according to Fig. 1 along the line IV-IV is in Fig. 4 shown.
  • a part of a heat exchanger 1 according to the section V in Fig. 4 shows Fig. 5 ,
  • the shaft 4 comprises a drive shaft 11, which protrudes from a first end face 121 of the container 2 and is connected via a Wellenumbleflansch 12 within the container 2 with the shaft 4.
  • the drive shaft 11 is drivable by a drive 5 for carrying out a rotational movement, which transmits the rotational movement to the shaft 4 and thus the discs 3.
  • the shaft 4 itself projects out of the first end face 121 or passes through it and can be driven directly by the drive 5.
  • FIG. 6 and 7 show two views of another heat exchanger 1 according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, wherein Fig. 6 a cut through and Fig. 7 a plan view of the heat exchanger 1 shows.
  • the heat exchanger 1 comprises an elongated, horizontally arranged container 2, which comprises an inlet 71 and an outlet 81 for a first liquid and an inlet 72 and an outlet 82 for a second liquid.
  • the inlets 71, 72 for the first and second liquid are arranged on two opposite end faces 121, 122 of the elongate container 2.
  • Fig. 6 show two views of another heat exchanger 1 according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, wherein Fig. 6 a cut through and Fig. 7 a plan view of the heat exchanger 1 shows.
  • the heat exchanger 1 comprises an elongated, horizontally arranged container 2, which comprises an inlet 71 and an outlet 81 for a first liquid and
  • the heat exchanger 1 comprises a first fluid overflow device 14, which is arranged on a first end face 121 of the container 2 and is essentially designed as an opening in the same.
  • the first liquid can be guided into the container 2 via the inlet 71 for the first liquid, while helix-shaped interconnected hollow disks 3 are provided for the second liquid.
  • the heat exchanger 1 comprises a shaft 4, which is partially hollow and connected to the discs 3.
  • the second liquid can be guided via the inlet 72 for the second liquid into a hollow part of the shaft 4, via which it can be conducted into the hollow disks 3.
  • the container 2 of the heat exchanger 1 further comprises two subdivisions 9 which divide the container 2 into three chambers 10.
  • the subdivisions 9 are flat and connected to a lower lateral surface and partially with lateral lateral surfaces of the container 2, wherein these spaced from an upper lateral surface of the Container 2 are arranged so that the first liquid from one chamber 10 to a next chamber 10 can flow. Through the subdivisions 9, the first liquid can be braked.
  • a drive 5 is provided, in particular on the end face 121, which comprises the inlet 72 for the second liquid.
  • the drive 5 drives the shaft 4 to a rotational movement about its longitudinal axis, wherein a transmission means 6 transmits from the drive 5 to the shaft 4. Since the shaft 4 is connected to the discs 3, subsequently, these also perform a rotational movement or a screw movement.
  • the shaft 4 passes through the subdivisions 9.
  • the subdivisions 9 are each sealed on both sides to the shaft 4, so that the first liquid can flow only above the subdivisions 9 of a chamber 10 to a next chamber 10.
  • FIG. 8 A view of the first end face 121 with the drive 5 and a section through a heat exchanger 1 according to Fig. 6 along the line VIII-VIII is in Fig. 8 shown.
  • the drive 5 is formed, for example, as a spur gear motor and the transmission means 6 as a toothed belt.
  • Fig. 8 also shown the overflow device 14.
  • All components of a heat exchanger 1 according to Fig. 1 and a heat exchanger 1 according to Fig. 6 can also be provided at the other heat exchanger 1.
  • a heat exchanger 1 according to Fig. 1 Inlets 71, 72 and outlets 81, 82 include. It can also be provided that a heat exchanger 1 according to Fig. 6 a drive shaft 11 which is connected via a Wellenumbleflansch 12 with the shaft 4.
  • a first liquid is introduced into an elongate container 2 of a heat exchanger 1, in particular via an inlet 71 for the first liquid.
  • the second liquid is introduced via an inlet 72 for the second liquid into a shaft 4, to which connect spirally or helically interconnected hollow discs 3.
  • the second liquid is thus guided via the shaft 4 in the discs 3, in which it flows through the container 2.
  • the second liquid is again in the shaft 4th passed through which this leaves the container 2 via an outlet 82 for the second liquid.
  • the disks 3 are surrounded by the first liquid, which is guided out of the container 2 via an outlet 81 for the first liquid.
  • the shaft 4 is set in motion by a drive 5, which is rotated about its longitudinal axis. Thereby also connected to the shaft 4 discs 3 are set in motion, which perform a helical movement due to their helical arrangement.
  • the shaft 4 is like the discs 3 at least partially hollow and connected to the same, so that the guided therein second liquid is passed over the shaft 4 and the hollow discs 3 through the container 2.
  • a heat transfer between the liquids is increased.
  • the shaft 4 is set in motion indirectly via a transmission means 6 by a drive 5, as a result of which the discs 3 connected in a helically manner are also moved.
  • a direction of rotation and rotational speed is specified by the drive 5.
  • the container 2 is subdivided by the subdivisions 9 into chambers 10.
  • the shaft 4 is performed by the partitions 9, so that the second liquid is passed through the entire container 2.
  • the disks 3 are helically arranged in each chamber 10 around the shaft 4 and connected thereto.
  • the shaft 4 is connected to the discs 3, that the second liquid is passed through a hollow part of the shaft 4 in the hollow discs 3 and from these again in a hollow part of the shaft 4.
  • the second liquid is thus guided via the shaft 4 through the subdivision 9.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von thermischer Energie zwischen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, umfassend ein Behältnis zum Führen der ersten Flüssigkeit und mehrere innerhalb des Behältnisses angeordnete Scheiben.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Wärmeübertragers.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum indirekten Übertragen von thermischer Energie zwischen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, wobei die erste Flüssigkeit in ein Behältnis eingebracht wird.
Als ein Wärmeübertrager wird eine Vorrichtung zum Übertragen von thermischer Energie von einem ersten zu einem zweiten Stoffstrom angesehen. Es wird zwischen einem Wärmeübertrager zum direkten und einem Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von thermischer Energie bzw. Wärme unterschieden. Ein Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von Wärme umfasst eine räumliche Abtrennung zwischen zwei Stoffströmen, wobei die Abtrennung wärmedurchlässig und wärmeleitend ausgebildet ist.
Ein zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten ausgebildeter Wärmeübertrager kann beispielsweise mehrere längliche Rohre zum Führen einer ersten Flüssigkeit aufweisen. Eine zweite Flüssigkeit kann dabei die Rohre mit der ersten Flüssigkeit umfließen, sodass ein Wärmeübertrag von einer ersten zu einer zweiten Flüssigkeit oder umgekehrt erfolgt. Grundsätzlich eignet sich ein aus dem Stand der Technik bekannter Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten. Nachteilig dabei ist jedoch, dass ein Wirkungsgrad eines bekannten Wärmeübertragers eher niedrig bzw. eine Entwärmungsleistung desselben nicht hoch genug ist. Das Dokument US 2 610 033 beschreibt einen Wärmeübertrager bzw. ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bzw. Anspruchs 9. Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art anzugeben, welcher eine hohe Entwärmungsleistung aufweist. Weiter ist es ein Ziel, eine Verwendung eines solchen Wärmeübertragers anzugeben. Darüber hinaus ist es ein Ziel, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Wärmeübertragung mit einer hohen Entwärmungsleistung durchgeführt werden kann.The invention relates to a heat exchanger for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, comprising a container for guiding the first liquid and a plurality of disks arranged within the container.
Furthermore, the invention relates to a use of such a heat exchanger.
Furthermore, the invention relates to a method for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, wherein the first liquid is introduced into a container.
As a heat exchanger, a device for transferring thermal energy from a first to a second material flow is considered. It is distinguished between a heat exchanger for direct and a heat exchanger for the indirect transfer of thermal energy or heat. A heat exchanger for the indirect transfer of heat comprises a spatial separation between two streams, wherein the separation is heat-permeable and thermally conductive.
For example, a heat exchanger configured to transfer heat between two liquids may have a plurality of elongate tubes for guiding a first liquid. A second liquid can flow around the tubes with the first liquid, so that a heat transfer from a first to a second liquid or vice versa takes place. In principle, a heat exchanger known from the prior art is suitable for transferring heat between two liquids. The disadvantage here, however, is that an efficiency of a known heat exchanger rather low or a heat dissipation of the same is not high enough. The document US 2 610 033 describes a heat exchanger or a method according to the preamble of claim 1, or claim 9. This is where the invention begins. The object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned, which has a high Entwärmungsleistung. Further, it is an object to provide a use of such a heat exchanger. Moreover, it is an object to provide a method of the type mentioned, with which a heat transfer can be carried out with a high heat dissipation performance.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch den Aufbau des Wärmeübertragers und die Führung der zwei Flüssigkeiten ein hoher Grad an thermischer Energie zwischen den Flüssigkeiten übertragbar und somit ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist. Die zweite Flüssigkeit wird in den hohlen Scheiben geführt, welche zumindest abschnittsweise so miteinander verbunden sind bzw. ineinander übergehen, dass diese zumindest abschnittsweise eine Helix bzw. Schraubenform ausbilden. Die zweite Flüssigkeit ist durchgängig durch alle Scheiben führbar, wobei die spiralförmig miteinander verbundenen Scheiben innerhalb des Behältnisses des Wärmeübertragers angeordnet sind. Die erste Flüssigkeit fließt so im Behältnis des Wärmeübertragers, dass diese die Scheiben umspült. Die Scheiben sind aus einem Material gebildet, welches einen guten Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, beispielsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem gut wärmeleitenden Kunststoff. Insbesondere sind die Schieben aus einem etwa 3 mm bis 4 mm dicken Edelstahlblech gebildet. Bei einer Herstellung der Helixform der Scheiben kann es günstig sein, dass diese miteinander verschweißt werden. Eine Steigung der Helixform ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass die Scheiben effizient miteinander verschweißbar sind. Durch die schraubenförmige Form der helixartig verlaufenden Scheiben weisen die Scheiben darüber hinaus eine große Oberfläche auf, wodurch Wärme zwischen den beiden Flüssigkeiten effizient übertragbar ist. Um eine Oberfläche der Scheiben und somit des die Flüssigkeiten trennenden Materials weiter zu erhöhen, können diese uneben ausgebildet sein, beispielsweise mit mehreren Erhebungen. Besonders bevorzugt weist die erste Flüssigkeit eine höhere Temperatur auf als die zweite Flüssigkeit, wobei der Wärmeübertrager die erste Flüssigkeit entwärmt. Das Behältnis ist insbesondere länglich ausgebildet und kann einen sechseckigen oder achteckigen Querschnitt aufweisen, sodass die erste Flüssigkeit mit einer konstanten vorgegebenen Fließrichtung um die Scheiben fließt. Die helixartig miteinander verbundenen Scheiben bzw. die dadurch entstehende Spirale weist bevorzugt eine konstante Steigung auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die helixartig miteinander verbundenen Scheiben eine abschnittsweise variierende Steigung aufweisen.The object of the invention is achieved by a device according to claim 1. An advantage achieved by the invention is to be seen in particular in that a high degree of thermal energy between the liquids transferable and thus a high efficiency can be achieved by the structure of the heat exchanger and the leadership of the two liquids. The second liquid is guided in the hollow panes, which are at least partially connected to each other or merge into one another, so that they at least partially form a helix or helical form. The second liquid is passable through all the discs, wherein the spirally interconnected discs are arranged within the container of the heat exchanger. The first fluid flows in the container of the heat exchanger so that it flows around the discs. The disks are formed of a material which has a good coefficient of thermal conduction, for example of a metal, a metal alloy or a good heat-conducting plastic. In particular, the slides are formed from a stainless steel sheet about 3 mm to 4 mm thick. When producing the helical shape of the discs, it may be favorable that they are welded together. A pitch of the helical shape is advantageously chosen so that the discs are efficiently welded together. In addition, the helical shape of the helically extending discs provides the discs with a large surface area which allows heat transfer between the two fluids efficiently. In order to further increase a surface of the disks and thus of the material separating the liquids, they may be formed uneven, for example with a plurality of elevations. Particularly preferably, the first liquid has a higher temperature than the second liquid, wherein the heat exchanger, the first liquid is cooled. The container is particularly elongate and may have a hexagonal or octagonal cross-section, so that the first fluid flows around the discs with a constant predetermined flow direction. The helically interconnected discs or the resulting spiral preferably has a constant pitch. However, it can also be provided that the helically interconnected discs have a sectionally varying slope.

Vorteilhaft ist es, wenn eine drehbare Welle vorgesehen ist, wobei die Scheiben an der Welle gelagert sind. Insbesondere sind die Scheiben helixartig um die Welle angeordnet und mitsamt der Welle in eine Drehung um deren Längsachse versetzbar. Die Welle kann etwa mittig im Behältnis angeordnet sein und durch eine oder zwei Stirnflächen desselben aus diesem herausragen.It is advantageous if a rotatable shaft is provided, wherein the discs are mounted on the shaft. In particular, the discs are helically arranged around the shaft and displaceable together with the shaft in a rotation about its longitudinal axis. The shaft may be arranged approximately centrally in the container and protrude through one or two end faces of the same.

Günstig ist es, wenn die Welle zur Einleitung der zweiten Flüssigkeit in die Scheiben ausgebildet ist. Dafür ist die Welle innenseitig zumindest teilweise hohl ausgebildet, sodass die zweite Flüssigkeit über die Welle in die Scheiben und durch diese hindurch führbar ist. Die zweite Flüssigkeit tritt in den hohlen Abschnitt der Welle ein, wonach diese in die hohlen Scheiben fließt. Eine Fließrichtung der zweiten Flüssigkeit ist von der Ausbildung der Welle und den damit verbundenen Scheiben vorgegeben. Die zweite Flüssigkeit tritt an einem zweiten Ende des Behältnisses von den hohlen Scheiben wieder in einen hohlen Abschnitt der Welle ein, um das Behältnis zu verlassen.It is advantageous if the shaft is designed to introduce the second liquid into the disks. For this purpose, the shaft is at least partially hollow on the inside, so that the second fluid can be guided via the shaft into the discs and through them. The second liquid enters the hollow portion of the shaft, after which it flows into the hollow disks. A flow direction of the second liquid is predetermined by the formation of the shaft and the associated disks. The second liquid re-enters the hollow portion of the shaft at a second end of the container from the hollow discs to leave the container.

Von Vorteil ist es, wenn ein Antrieb zum Drehen der Welle und ein Übertragungsmittel zum Übertragen eines Drehmomentes vom Antrieb auf die Welle vorgesehen sind. Der Antrieb kann beispielsweise als Stirnradgetriebemotor ausgebildet sein und über einen Zahnriemen zur Welle übertragen. Günstig ist es dabei, wenn der Antrieb außenseitig an einer ersten Stirnfläche des Behältnisses an diesem angeordnet ist und auf die Welle überträgt, welche durch die Stirnfläche herausragt. Die Welle ist folglich durch den Antrieb in Bewegung versetzbar und dadurch auch die helixartig damit verbundenen Scheiben. Eine Drehrichtung sowie Drehgeschwindigkeit ist vom Antrieb vorgegeben. Durch die Drehbewegung der Scheiben ist nicht nur der innerhalb derselben fließenden zweiten Flüssigkeit eine Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung induzierbar, sondern auch der um die Scheiben fließenden ersten Flüssigkeit. Dreht sich die Welle mit den Scheiben, wird die erste Flüssigkeit in Bewegung versetzt, insbesondere in eine turbulente Strömung. Dadurch ist ein Wärmeübergang von der ersten zur zweiten Flüssigkeit nochmals erhöht. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Antrieb über das Übertragungsmittel zu einer Antriebswelle überträgt, welche durch die Stirnfläche in das Behältnis reicht und innerhalb des Behältnisses über einen Wellengegenflansch mit der Welle verbunden ist. Dadurch ist die Welle mittelbar über die Antriebswelle vom Antrieb in Bewegung versetzbar.It is advantageous if a drive for rotating the shaft and a transmission means for transmitting torque from the drive to the shaft are provided. The drive may for example be designed as a spur gear motor and transmitted via a toothed belt to the shaft. It is advantageous if the drive is arranged on the outside on a first end face of the container at this and transmits to the shaft, which protrudes through the end face. The shaft is thus displaceable by the drive in motion and thereby also the helically associated discs. One direction of rotation and the speed of rotation are specified by the drive. As a result of the rotational movement of the disks, not only is the second liquid flowing within the latter able to induce a flow velocity and flow direction, but also the first liquid flowing around the disks. If the shaft rotates with the discs, the first fluid is set in motion, in particular in a turbulent flow. As a result, a heat transfer from the first to the second liquid is increased again. It can also be provided that the drive transmits via the transmission means to a drive shaft which extends through the end face in the container and is connected within the container via a Wellengegenflansch with the shaft. As a result, the shaft can be set in motion indirectly via the drive shaft by the drive.

Es ist günstig, wenn für die erste Flüssigkeit zumindest ein erster Einlass und zumindest ein erster Auslass und für die zweite Flüssigkeit zumindest ein zweiter Einlass und zumindest ein zweiter Auslass vorgesehen und die Flüssigkeiten im Gegenstrom führbar sind. Der zumindest eine Einlass für die erste Flüssigkeit und der zumindest eine Einlass für die zweite Flüssigkeit sind dabei an zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des Behältnisses angeordnet, sodass das Gegenstromprinzip des Wärmeübertragers aufrecht ist. Es kann vorgesehen sein, dass ein Einlass für die erste Flüssigkeit an einem oberen Ende einer zweiten Stirnfläche des Behältnisses angeordnet ist. Ein Einlass für die zweite Flüssigkeit ist auf einer dieser gegenüberliegenden ersten Stirnfläche des Behältnisses angeordnet, wobei dieser Einlass insbesondere durch die teilweise hohle Welle dargestellt und etwa mittig auf der Stirnfläche angeordnet ist. Auch ein Auslass für die zweite Flüssigkeit ist etwa mittig auf der ersten Stirnfläche angeordnet. Im Gegensatz dazu ist ein Auslass für die erste Flüssigkeit an einem unteren Ende der zweiten Stirnfläche des Behältnisses angeordnet. Die erste Flüssigkeit umströmt die sich mit der Welle drehenden helixartigen Scheiben und wird dadurch in eine Schraubbewegung gelenkt. Darüber hinaus kann auf der ersten Stirnfläche eine Überlaufeinrichtung für die erste Flüssigkeit vorgesehen sein. Die Einlässe und Auslässe bzw. die Überlaufeinrichtung sind beispielsweise als Aussparungen in den Stirnflächen ausgebildet. Es kann günstig sein, wenn beide Flüssigkeiten mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit in das Behältnis eintreten oder in dieses gepumpt werden, um einen Wärmeübertrag zwischen den beiden Flüssigkeiten zu optimieren. Insbesondere wird die zweite Flüssigkeit mit einem Druck im Bereich von etwa 5 bar bis 7 bar in das Behältnis gepumpt.It is favorable if at least one first inlet and at least one first outlet are provided for the first liquid and at least one second inlet and at least one second outlet are provided for the second liquid and the liquids can be conveyed countercurrently. The at least one inlet for the first liquid and the at least one inlet for the second liquid are arranged on two opposite end faces of the container, so that the counterflow principle of the heat exchanger is upright. It can be provided that an inlet for the first liquid is arranged at an upper end of a second end face of the container. An inlet for the second liquid is arranged on one of these opposite first end face of the container, which inlet is in particular represented by the partially hollow shaft and arranged approximately centrally on the end face. An outlet for the second liquid is also arranged approximately centrally on the first end face. In contrast, an outlet for the first liquid is disposed at a lower end of the second end face of the container. The first fluid flows around the helical disks rotating with the shaft and is thus directed in a screwing motion. In addition, an overflow device for the first liquid can be provided on the first end face. The inlets and outlets or the overflow device are formed for example as recesses in the end faces. It may be beneficial if both liquids enter or be pumped into the container at a predetermined flow rate to optimize heat transfer between the two liquids. In particular, the second liquid is pumped into the container at a pressure in the range of about 5 bar to 7 bar.

Wenngleich es prinzipiell möglich ist, das Behältnis beliebig auszubilden und senkrecht anzuordnen, ist es vorteilhaft, wenn das Behältnis länglich ausgebildet und horizontal angeordnet ist. Der Wärmeübertrager ist folglich bevorzugt waagrecht angeordnet, sodass beide Flüssigkeiten mit einer im Wesentlichen waagrechten Fließrichtung durch den Wärmeübertrager fließen. Darüber hinaus beruht der Wärmeübertrager insbesondere auf einem Gegenstromprinzip. Dabei fließen die beiden Flüssigkeiten im Wesentlichen in eine zueinander entgegengesetzte Richtung durch das Behältnis. Erfindungsgemäss umfasst das Behältnis zumindest eine Unterteilung wobei die Unterteilung das Behältnis in Kammern teilt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zwei Unterteilungen vorgesehen sind, welche das Behältnis in drei Kammern unterteilen. Die Unterteilungen sind dabei teilweise mit einer Innenseite des Behältnisses verbunden. Diese sind jedoch von einer oberen Mantelfläche beabstandet angeordnet, sodass die erste Flüssigkeit von einer Kammer zur nächsten gelangen kann. Die Unterteilungen bewirken eine Abbremsung der ersten im Behältnis geführten Flüssigkeit, wodurch eine Entwärmungsleistung nochmals gesteigert ist.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Welle durch die Kammern geführt ist, wobei in jeder Kammer ein Abschnitt von Scheiben vorgesehen ist. Die Welle reicht durch die Unterteilungen hindurch, sodass die zweite Flüssigkeit durch das gesamte Behältnis führbar ist. Dabei sind in jeder Kammer Scheiben helixartig um die Welle angeordnet und mit dieser verbunden. Die Welle ist so mit den Scheiben verbunden, dass die zweite Flüssigkeit über einen hohlen Teil der Welle in die hohlen Scheiben und von diesen wieder in einen hohlen Teil der Welle leitbar ist. Dadurch ist die zweite Flüssigkeit über die Welle durch die Unterteilung hindurchführbar. Erfindungsgemäß kann weiter auch in jeder Kammer eine Zwangsführung für die erste Flüssigkeit vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese so ausgebildet sein, dass die erste Flüssigkeit in jeder Kammer von oben auf die Scheiben trifft.
Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers erfolgt mit Vorteil beim Entwärmen von Schmutzwasser, insbesondere Schmutzwasser aus industriellen Waschanlagen.
Das weitere Ziel wird erreicht, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die zweite Flüssigkeit in hohlen und zumindest abschnittsweise helixartig ineinander übergehenden sowie innerhalb des Behältnisses angeordneten Scheiben geführt wird, um Wärme mit der ersten Flüssigkeit auszutauschen.Although it is possible in principle to form the container arbitrarily and to arrange vertically, it is advantageous if the container is elongated and arranged horizontally. The heat exchanger is therefore preferably arranged horizontally, so that both liquids flow with a substantially horizontal flow direction through the heat exchanger. In addition, the heat exchanger is based in particular on a countercurrent principle. In this case, the two liquids flow substantially in an opposite direction through the container. According to the invention, the container comprises at least one subdivision, wherein the subdivision divides the container into chambers. In particular, it is advantageous if two subdivisions are provided, which divide the container into three chambers. The subdivisions are partially connected to an inside of the container. However, these are arranged at a distance from an upper lateral surface, so that the first liquid can pass from one chamber to the next. The subdivisions cause a deceleration of the first guided in the container liquid, whereby a cooling performance is increased again.
It is advantageous if the shaft is guided through the chambers, wherein in each chamber a portion of discs is provided. The shaft passes through the subdivisions, so that the second fluid through the entire container is feasible. In this case, disks are helically arranged around the shaft in each chamber and connected thereto. The shaft is connected to the discs so that the second fluid can be passed through a hollow part of the shaft into the hollow discs and from these again into a hollow part of the shaft. As a result, the second fluid can be passed through the subdivision via the shaft. According to the invention, a forced guidance for the first liquid can be provided further in each chamber. For example, it may be formed so that the first liquid in each chamber hits the discs from above.
A use of a heat exchanger according to the invention is advantageously carried out in the draining of dirty water, in particular waste water from industrial washing facilities.
The further goal is achieved if in a method of the type mentioned, the second liquid is guided in hollow and at least partially helically merging into each other and arranged within the container disks to exchange heat with the first liquid.

Ein damit erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Führung der beiden Flüssigkeiten ein hoher Anteil von Wärme von einer ersten Flüssigkeit auf eine zweite Flüssigkeit übertragen wird. Insbesondere weist die zweite Flüssigkeit eine geringere Temperatur auf als die erste Flüssigkeit, sodass die erste Flüssigkeit vom Wärmeübertrager entwärmt wird. Durch die Führung der beiden Flüssigkeiten wird eine relativ große Wärmemenge zwischen den beiden Flüssigkeiten ausgetauscht, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Die beiden Flüssigkeiten werden insbesondere in einem länglich ausgebildeten und waagrecht angeordneten Behältnis geführt. Dabei werden also auch die Flüssigkeiten im Wesentlichen waagrecht und insbesondere in einer zueinander entgegengesetzten Richtung geführt.An advantage achieved thereby is to be seen in particular in that a high proportion of heat is transferred from a first liquid to a second liquid by the guidance of the two liquids. In particular, the second liquid has a lower temperature than the first liquid, so that the first liquid is cooled by the heat exchanger. By guiding the two liquids, a relatively large amount of heat is exchanged between the two liquids, resulting in a high efficiency. The two liquids are guided in particular in an oblong and horizontally arranged container. In this case, therefore, the liquids are also guided substantially horizontally and in particular in an opposite direction to each other.

Es ist von Vorteil, wenn die zweite Flüssigkeit über eine Welle in damit verbundenen Scheiben geführt wird und unter Drehung der Welle mit den Scheiben in Bewegung versetzt wird. Die Welle ist zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet und mit denselben verbunden, sodass die darin geführte zweite Flüssigkeit zunächst über die Welle und dann die hohlen Scheiben durch das Behältnis geführt wird. Durch die Drehbewegung der Welle um deren Längsachse mit den Scheiben wird ein Wärmeübertrag zwischen den Flüssigkeiten nochmals gesteigert. Die Welle und dadurch auch die helixartig damit verbundenen Scheiben werden insbesondere mittelbar über ein Übertragungsmittel von einem Antrieb in Bewegung versetzt. Ein Drehmoment wird vom Antrieb auf die Welle übertragen, wobei eine Drehrichtung sowie Drehgeschwindigkeit vom Antrieb vorgegeben wird. Durch die Drehbewegung der Scheiben wird nicht nur der innerhalb derselben fließenden zweiten Flüssigkeit eine Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung induziert, sondern auch der um die Scheiben fließenden ersten Flüssigkeit. Dreht sich die Welle mit den Scheiben, wird der ersten Flüssigkeit eine turbulente Strömung induziert.It is advantageous if the second fluid is guided over a shaft in associated discs and is set in motion with rotation of the shaft with the discs. The shaft is at least partially hollow and connected to the same, so that the guided therein second liquid is first passed over the shaft and then the hollow discs through the container. The rotational movement of the shaft about its longitudinal axis with the discs, a heat transfer between the liquids is increased again. The shaft and thereby also the helically associated discs are in particular indirectly indirectly via a transmission means of a drive in motion. A torque is transmitted from the drive to the shaft, whereby a direction of rotation and rotational speed is specified by the drive. As a result of the rotational movement of the disks, not only the second liquid flowing within the same is induced a flow velocity and flow direction, but also the first liquid flowing around the disks. If the shaft rotates with the discs, a turbulent flow is induced in the first fluid.

Es ist günstig, wenn die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit über jeweils zumindest einen Einlass in das Behältnis eingelassen und über jeweils zumindest einen Auslass aus dem Behältnis ausgelassen werden, wobei die Flüssigkeiten in zwei entgegengesetzte Richtungen durch das Behältnis geführt werden. Der zumindest eine Einlass für die erste Flüssigkeit und der zumindest eine Einlass für die zweite Flüssigkeit sind dabei an zwei gegenüberliegenden Stirnflächen des länglichen und horizontal ausgerichteten Behältnisses angeordnet, sodass die beiden Flüssigkeiten in zwei im Wesentlichen gegeneinander ausgerichtete Strömungsrichtungen durch das Behältnis geführt werden. Die sich drehenden helixartigen Scheiben werden von der ersten Flüssigkeit umströmt, wodurch auch diese eine Schraubbewegung ausführt. Es kann günstig sein, wenn beide Flüssigkeiten mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit in das Behältnis geführt oder gepumpt werden, um einen Wärmeübertrag zwischen den beiden Flüssigkeiten zu optimieren. Efindungsgemäss wird die erste Flüssigkeit durch mehrere voneinander durch Unterteilungen getrennte Kammern geführt, um die erste Flüssigkeit im Behältnis abzubremsen. Insbesondere wird die erste Flüssigkeit durch zwei Unterteilungen im Behältnis abgebremst, wobei das Behältnis durch diese in drei Kammern geteilt wird. Durch die Drehbewegung der Welle mit den damit verbundenen Scheiben wird auch der ersten Flüssigkeit eine Drehbewegung bzw. ein Schraubeneffekt induziert. Um die dadurch zudem beschleunigte erste Flüssigkeit abzubremsen und somit einen Wärmeübertrag zwischen den Flüssigkeiten zu erhöhen, wird das Behältnis durch die Unterteilungen in Kammern unterteilt, welche bis zu einem bestimmten Niveau bzw. Überlauf voneinander isoliert sind. Die Welle wird durch die Unterteilungen durchgeführt, sodass auch die zweite Flüssigkeit durch das gesamte Behältnis geführt wird. Dabei sind die Scheiben in jeder Kammer helixartig um die Welle angeordnet bzw. mit dieser verbunden. Die Welle ist so mit den Scheiben verbunden, dass die zweite Flüssigkeit über einen hohlen Teil der Welle in die hohlen Scheiben und von diesen wieder in einen hohlen Teil der Welle geleitet wird. Die zweite Flüssigkeit wird also über die Welle durch die Unterteilung geführt. Erfindungsgemäß kann weiter auch in jeder Kammer eine Zwangsführung für die erste Flüssigkeit vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese so ausgebildet sein, dass die erste Flüssigkeit in jeder Kammer von oben auf die Scheiben trifft.It is expedient if the first liquid and the second liquid are introduced into the container via at least one inlet in each case and are discharged from the container via in each case at least one outlet, the liquids being guided through the container in two opposite directions. The at least one inlet for the first liquid and the at least one inlet for the second liquid are arranged on two opposite end faces of the elongated and horizontally oriented container, so that the two liquids in two substantially mutually aligned flow directions through the container be guided. The rotating helical disks are flowed around by the first liquid, whereby this also performs a screwing movement. It can be favorable if both liquids are guided or pumped into the container at a predetermined flow rate, in order to optimize a heat transfer between the two liquids. Efindungsgemäss the first liquid is passed through a plurality of separate from each other by subdivisions chambers to decelerate the first liquid in the container. In particular, the first liquid is decelerated by two subdivisions in the container, wherein the container is divided by these into three chambers. As a result of the rotational movement of the shaft with the disks connected thereto, a rotational movement or a screw effect is also induced for the first fluid. In order to decelerate thereby additionally accelerated first liquid and thus to increase a heat transfer between the liquids, the container is subdivided by the subdivisions into chambers which are isolated from each other up to a certain level or overflow. The wave is carried through the subdivisions, so that the second liquid is passed through the entire container. The discs are helically arranged in each chamber around the shaft or connected thereto. The shaft is connected to the discs so that the second fluid passes through a hollow part of the shaft into the hollow discs and from these again into a hollow part of the shaft. The second liquid is thus passed over the shaft through the subdivision. According to the invention, a forced guidance for the first liquid can be provided further in each chamber. For example, it may be formed so that the first liquid in each chamber hits the discs from above.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

  • Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager;
  • Fig. 2 einen Schnitt durch einen Wärmeübertrager gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II;
  • Fig. 3 einen Teil eines Wärmeübertragers gemäß dem Ausschnitt III in Fig. 2;
  • Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch einen Wärmeübertrager gemäß Fig. 1 entlang der Linie IV-IV;
  • Fig. 5 einen Teil eines Wärmeübertragers gemäß dem Ausschnitt V in Fig. 4;
  • Fig. 6 einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertrager;
  • Fig. 7 eine weitere Ansicht eines Wärmeübertragers gemäß Fig. 6;
  • Fig. 8 einen Schnitt durch einen Wärmeübertrager gemäß Fig. 6 entlang der Linie VIII-VIII.
Further features, advantages and effects will become apparent from the embodiments illustrated below. In the drawings, to which reference is made, show:
  • Fig. 1 a heat exchanger according to the invention;
  • Fig. 2 a section through a heat exchanger according to Fig. 1 along the line II-II;
  • Fig. 3 a part of a heat exchanger according to the section III in Fig. 2 ;
  • Fig. 4 a further section through a heat exchanger according to Fig. 1 along the line IV-IV;
  • Fig. 5 a part of a heat exchanger according to the section V in Fig. 4 ;
  • Fig. 6 a further heat exchanger according to the invention;
  • Fig. 7 a further view of a heat exchanger according to Fig. 6 ;
  • Fig. 8 a section through a heat exchanger according to Fig. 6 along the line VIII-VIII.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 zum indirekten Übertragen von thermischer Energie zwischen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit. Der Wärmeübertrager 1 umfasst ein länglich ausgebildet und waagrecht angeordnetes Behältnis 2, in welchem mehrere Scheiben 3 angeordnet sind. Die Scheiben 3 gehen helixartig ineinander über, wobei diese eine konstante Steigung aufweisen. Dadurch ist eine Oberfläche, über welche Wärme leitbar ist, vergrößert. Weiter sind die Scheiben 3 schraubenförmig um eine Welle 4 angeordnet und mit dieser verbunden. Die Welle 4 ist zumindest teilweise hohl ausgebildet, um die zweite Flüssigkeit in die ebenfalls hohl ausgebildeten Scheiben 3 zu leiten, sodass diese innerhalb derselben mit einer vorgegebenen Richtung transportierbar ist. Die erste Flüssigkeit ist so im Behältnis 2 führbar, dass diese die Scheiben 3 und die Welle 4 umspült, um Wärme mit der zweiten Flüssigkeit auszutauschen. Die Welle 4 ist drehbar gelagert und führt mitsamt den damit verbundenen Scheiben 3 eine Drehung um eine eigene Längsachse durch. Die Drehung der Scheiben 3 gibt der umfließenden ersten Flüssigkeit eine Richtung vor, sodass der ersten Flüssigkeit eine turbulente Strömung induziert wird. Dies erhöht einen Wärmeübergang zwischen den beiden Flüssigkeiten. Insbesondere weist die erste Flüssigkeit eine höhere Temperatur auf als die zweite Flüssigkeit. Die erste Flüssigkeit kann beispielsweise eine Temperatur im Bereich von etwa 40 °C bis 50 °C aufweisen, wohingegen die zweite Flüssigkeit eine Temperatur im Bereich von etwa 5 °C bis 10 °C aufweisen kann. Nach erfolgtem Wärmeübertrag kann die erste Flüssigkeit bis auf eine Temperatur von 25 °C oder weniger entwärmt sein. Fig. 1 shows a plan view of a heat exchanger 1 according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid. The heat exchanger 1 comprises a longitudinally formed and horizontally arranged container 2, in which a plurality of discs 3 are arranged. The discs 3 merge into each other like a helix, whereby they have a constant pitch. As a result, a surface over which heat can be conducted is increased. Further, the discs 3 are helically arranged around a shaft 4 and connected thereto. The shaft 4 is at least partially hollow to guide the second liquid in the also hollow discs 3, so that they can be transported within the same with a predetermined direction. The first liquid can be guided in the container 2 so that it surrounds the disks 3 and the shaft 4 in order to exchange heat with the second liquid. The shaft 4 is rotatably mounted and performs together with the associated discs 3 rotation about its own longitudinal axis. The rotation of the disks 3 gives the liquid flowing around a first direction, so that a turbulent flow is induced to the first liquid. This increases a heat transfer between the two liquids. In particular, the first liquid has a higher temperature than the second liquid. For example, the first liquid may have a temperature in the range of about 40 ° C to 50 ° C, whereas the second liquid may have a temperature in the range of about 5 ° C to 10 ° C. After the transfer of heat, the first liquid may be cooled to a temperature of 25 ° C or less.

In Fig. 2 ist eine weitere Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 gezeigt. Diese stellt einen Schnitt durch den Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II dar. Fig. 3 zeigt einen Teil aus einem Wärmeübertrager 1 gemäß dem Ausschnitt III in Fig. 2. Dabei ist die helixartige Anordnung der Scheiben 3 um die Welle 4 gezeigt.In Fig. 2 a further view of a heat exchanger 1 according to the invention is shown. This provides a section through the heat exchanger 1 according to Fig. 1 along the line II-II. Fig. 3 shows a part of a heat exchanger 1 according to the section III in Fig. 2 , The helical arrangement of the discs 3 around the shaft 4 is shown.

Ein Schnitt durch den Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 1 entlang der Linie IV-IV ist in Fig. 4 gezeigt. Einen Teil eines Wärmeübertragers 1 gemäß dem Ausschnitt V in Fig. 4 zeigt Fig. 5. Dabei ist ersichtlich, dass die Welle 4 eine Antriebswelle 11 umfasst, welche aus einer ersten Stirnfläche 121 des Behältnisses 2 herausragt und über einen Wellengegenflansch 12 innerhalb des Behältnisses 2 mit der Welle 4 verbunden ist. Die Antriebswelle 11 ist von einem Antrieb 5 zur Durchführung einer Drehbewegung antreibbar, wobei diese die Drehbewegung auf die Welle 4 und somit die Scheiben 3 überträgt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Welle 4 selbst aus der ersten Stirnfläche 121 herausragt bzw. durch dieses hindurchtritt und unmittelbar vom Antrieb 5 antreibbar ist.A section through the heat exchanger 1 according to Fig. 1 along the line IV-IV is in Fig. 4 shown. A part of a heat exchanger 1 according to the section V in Fig. 4 shows Fig. 5 , It can be seen that the shaft 4 comprises a drive shaft 11, which protrudes from a first end face 121 of the container 2 and is connected via a Wellengegenflansch 12 within the container 2 with the shaft 4. The drive shaft 11 is drivable by a drive 5 for carrying out a rotational movement, which transmits the rotational movement to the shaft 4 and thus the discs 3. Alternatively, it can also be provided that the shaft 4 itself projects out of the first end face 121 or passes through it and can be driven directly by the drive 5.

Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ansichten eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 zum indirekten Übertragen von thermischer Energie zwischen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit, wobei Fig. 6 einen Schnitt durch und Fig. 7 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager 1 zeigt. Der Wärmeübertrager 1 umfasst ein längliches, waagrecht angeordnetes Behältnis 2, welches einen Einlass 71 und einen Auslass 81 für eine erste Flüssigkeit sowie einen Einlass 72 und einen Auslass 82 für eine zweite Flüssigkeit umfasst. Die Einlässe 71, 72 für die erste und zweite Flüssigkeit sind an zwei sich gegenüberliegenden Stirnflächen 121, 122 des länglich ausgebildeten Behältnisses 2 angeordnet. Weiter ist in Fig. 7 gezeigt, dass der Wärmeübertrager 1 eine Überlaufeinrichtung 14 für die erste Flüssigkeit umfasst, welche an einer ersten Stirnfläche 121 des Behältnisses 2 angeordnet und im Wesentlichen als Öffnung in derselben ausgebildet ist. Die erste Flüssigkeit ist über den Einlass 71 für die erste Flüssigkeit in das Behältnis 2 führbar, wohingegen für die zweite Flüssigkeit helixförmig miteinander verbundene hohle Scheiben 3 vorgesehen sind. Darüber hinaus umfasst der Wärmeübertrager 1 eine Welle 4, welche teilweise hohl ausgebildet und mit den Scheiben 3 verbunden ist. Die zweite Flüssigkeit ist über den Einlass 72 für die zweite Flüssigkeit in einen hohlen Teil der Welle 4 führbar, über welchen diese in die hohlen Scheiben 3 leitbar ist. Fig. 6 and 7 show two views of another heat exchanger 1 according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, wherein Fig. 6 a cut through and Fig. 7 a plan view of the heat exchanger 1 shows. The heat exchanger 1 comprises an elongated, horizontally arranged container 2, which comprises an inlet 71 and an outlet 81 for a first liquid and an inlet 72 and an outlet 82 for a second liquid. The inlets 71, 72 for the first and second liquid are arranged on two opposite end faces 121, 122 of the elongate container 2. Next is in Fig. 7 2 that the heat exchanger 1 comprises a first fluid overflow device 14, which is arranged on a first end face 121 of the container 2 and is essentially designed as an opening in the same. The first liquid can be guided into the container 2 via the inlet 71 for the first liquid, while helix-shaped interconnected hollow disks 3 are provided for the second liquid. In addition, the heat exchanger 1 comprises a shaft 4, which is partially hollow and connected to the discs 3. The second liquid can be guided via the inlet 72 for the second liquid into a hollow part of the shaft 4, via which it can be conducted into the hollow disks 3.

Das Behältnis 2 des Wärmeübertragers 1 umfasst weiter zwei Unterteilungen 9, welche das Behältnis 2 in drei Kammern 10 teilen. Die Unterteilungen 9 sind flächig ausgebildet und mit einer unteren Mantelfläche und teilweise mit seitlichen Mantelflächen des Behältnisses 2 verbunden, wobei diese beabstandet von einer oberen Mantelfläche des Behältnisses 2 angeordnet sind, sodass die erste Flüssigkeit von einer Kammer 10 zu einer nächsten Kammer 10 fließen kann. Durch die Unterteilungen 9 ist die erste Flüssigkeit abbremsbar.The container 2 of the heat exchanger 1 further comprises two subdivisions 9 which divide the container 2 into three chambers 10. The subdivisions 9 are flat and connected to a lower lateral surface and partially with lateral lateral surfaces of the container 2, wherein these spaced from an upper lateral surface of the Container 2 are arranged so that the first liquid from one chamber 10 to a next chamber 10 can flow. Through the subdivisions 9, the first liquid can be braked.

Außenseitig einer ersten Stirnfläche 121 des Behältnisses 2 ist ein Antrieb 5 vorgesehen, insbesondere an der Stirnfläche 121, welche den Einlass 72 für die zweite Flüssigkeit umfasst. Der Antrieb 5 treibt die Welle 4 zu einer Rotationsbewegung um deren Längsachse an, wobei ein Übertragungsmittel 6 vom Antrieb 5 zur Welle 4 überträgt. Da die Welle 4 mit den Scheiben 3 verbunden ist, führen in weiterer Folge auch diese eine Drehbewegung bzw. eine Schraubenbewegung durch. Die Welle 4 verläuft durch die Unterteilungen 9 durch. Bevorzugt sind die Unterteilungen 9 jeweils beidseitig zu der Welle 4 abgedichtet, sodass die erste Flüssigkeit nur oberhalb der Unterteilungen 9 von einer Kammer 10 zu einer nächsten Kammer 10 strömen kann.On the outside of a first end face 121 of the container 2, a drive 5 is provided, in particular on the end face 121, which comprises the inlet 72 for the second liquid. The drive 5 drives the shaft 4 to a rotational movement about its longitudinal axis, wherein a transmission means 6 transmits from the drive 5 to the shaft 4. Since the shaft 4 is connected to the discs 3, subsequently, these also perform a rotational movement or a screw movement. The shaft 4 passes through the subdivisions 9. Preferably, the subdivisions 9 are each sealed on both sides to the shaft 4, so that the first liquid can flow only above the subdivisions 9 of a chamber 10 to a next chamber 10.

Eine Ansicht der ersten Stirnfläche 121 mit dem Antrieb 5 bzw. ein Schnitt durch einen Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 6 entlang der Linie VIII-VIII ist in Fig. 8 gezeigt. Der Antrieb 5 ist beispielsweise als Stirnradgetriebemotor und das Übertragungsmittel 6 als Zahnriemen ausgebildet. Weiter ist in Fig. 8 auch die Überlaufeinrichtung 14 gezeigt.A view of the first end face 121 with the drive 5 and a section through a heat exchanger 1 according to Fig. 6 along the line VIII-VIII is in Fig. 8 shown. The drive 5 is formed, for example, as a spur gear motor and the transmission means 6 as a toothed belt. Next is in Fig. 8 also shown the overflow device 14.

Alle Bestandteile eines Wärmeübertragers 1 gemäß Fig. 1 und einer Wärmeübertragers 1 gemäß Fig. 6 können auch beim jeweils anderen Wärmeübertrager 1 vorgesehen sein. So kann beispielsweise ein Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 1 Einlässe 71, 72 und Auslässe 81, 82 umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Wärmeübertrager 1 gemäß Fig. 6 eine Antriebswelle 11 umfasst, welche über einen Wellengegenflansch 12 mit der Welle 4 verbunden ist.All components of a heat exchanger 1 according to Fig. 1 and a heat exchanger 1 according to Fig. 6 can also be provided at the other heat exchanger 1. For example, a heat exchanger 1 according to Fig. 1 Inlets 71, 72 and outlets 81, 82 include. It can also be provided that a heat exchanger 1 according to Fig. 6 a drive shaft 11 which is connected via a Wellengegenflansch 12 with the shaft 4.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum indirekten Übertragen von thermischer Energie zwischen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit wird eine erste Flüssigkeit insbesondere über einen Einlass 71 für die erste Flüssigkeit in ein längliches Behältnis 2 eines Wärmeübertrager 1 eingebracht. Die zweite Flüssigkeit wird über einen Einlass 72 für die zweite Flüssigkeit in eine Welle 4 eingeführt, an welche spiralförmig bzw. helixförmig miteinander verbundene hohle Scheiben 3 anschließen. Die zweite Flüssigkeit wird also über die Welle 4 in die Scheiben 3 geführt, in welchen diese durch das Behältnis 2 fließt. Anschließend wird die zweite Flüssigkeit wieder in die Welle 4 geleitet, durch welche diese über einen Auslass 82 für die zweite Flüssigkeit das Behältnis 2 verlässt. Die Scheiben 3 werden von der ersten Flüssigkeit umspült, welche über einen Auslass 81 für die erste Flüssigkeit aus dem Behältnis 2 geführt wird.In a method according to the invention for the indirect transfer of thermal energy between a first liquid and a second liquid, a first liquid is introduced into an elongate container 2 of a heat exchanger 1, in particular via an inlet 71 for the first liquid. The second liquid is introduced via an inlet 72 for the second liquid into a shaft 4, to which connect spirally or helically interconnected hollow discs 3. The second liquid is thus guided via the shaft 4 in the discs 3, in which it flows through the container 2. Subsequently, the second liquid is again in the shaft 4th passed through which this leaves the container 2 via an outlet 82 for the second liquid. The disks 3 are surrounded by the first liquid, which is guided out of the container 2 via an outlet 81 for the first liquid.

Die Welle 4 wird von einem Antrieb 5 in Bewegung versetzt, wobei diese um deren Längsachse gedreht wird. Dadurch werden auch die mit der Welle 4 verbundenen Scheiben 3 in Bewegung versetzt, wobei diese aufgrund deren spiralförmigen Anordnung eine schraubenförmige Bewegung durchführen. Die Welle 4 ist wie die Scheiben 3 zumindest teilweise hohl ausgebildet und mit denselben verbunden, sodass die darin geführte zweite Flüssigkeit über die Welle 4 und die hohlen Scheiben 3 durch das Behältnis 2 geführt wird. Durch die Drehbewegung der Welle 4 um deren Längsachse mit den Scheiben 3 wird ein Wärmeübertrag zwischen den Flüssigkeiten gesteigert. Die Welle 4 wird insbesondere mittelbar über ein Übertragungsmittel 6 von einem Antrieb 5 in Bewegung versetzt, wodurch auch die helixartig damit verbundenen Scheiben 3 bewegt werden. Eine Drehrichtung sowie Drehgeschwindigkeit wird vom Antrieb 5 vorgegeben. Durch die Drehbewegung der Scheiben 3 wird nicht nur der innerhalb derselben fließenden zweiten Flüssigkeit eine Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung induziert, sondern auch der um die Scheiben 3 fließenden ersten Flüssigkeit. Dreht sich die Welle 4 mit den Scheiben 3, wird der ersten Flüssigkeit eine turbulente Strömung induziert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Führung der beiden Flüssigkeiten ein hoher Anteil von Wärme von einer ersten Flüssigkeit auf eine zweite Flüssigkeit übertragen. Insbesondere weist die zweite Flüssigkeit eine geringere Temperatur auf als die erste Flüssigkeit, sodass die erste Flüssigkeit vom Wärmeübertrager 1 entwärmt wird.The shaft 4 is set in motion by a drive 5, which is rotated about its longitudinal axis. Thereby also connected to the shaft 4 discs 3 are set in motion, which perform a helical movement due to their helical arrangement. The shaft 4 is like the discs 3 at least partially hollow and connected to the same, so that the guided therein second liquid is passed over the shaft 4 and the hollow discs 3 through the container 2. By the rotational movement of the shaft 4 about its longitudinal axis with the discs 3, a heat transfer between the liquids is increased. In particular, the shaft 4 is set in motion indirectly via a transmission means 6 by a drive 5, as a result of which the discs 3 connected in a helically manner are also moved. A direction of rotation and rotational speed is specified by the drive 5. As a result of the rotational movement of the disks 3, not only the second liquid flowing within the same is induced a flow velocity and flow direction, but also the first liquid flowing around the disks 3. If the shaft 4 rotates with the discs 3, a turbulent flow is induced in the first fluid. In the method according to the invention, a high proportion of heat is transferred from a first liquid to a second liquid by the guidance of the two liquids. In particular, the second liquid has a lower temperature than the first liquid, so that the first liquid is cooled by the heat exchanger 1.

Da aufgrund der schraubenartigen Bewegung der Scheiben 3 auch die diese umfließende erste Flüssigkeit schraubenförmig beschleunigt wird, kann es zweckmäßig sein, die erste Flüssigkeit durch Unterteilungen 9 abzubremsen. Das Behältnis 2 wird durch die Unterteilungen 9 in Kammern 10 unterteilt. Die Welle 4 wird durch die Unterteilungen 9 durchgeführt, sodass auch die zweite Flüssigkeit durch das gesamte Behältnis 2 geführt wird. Dabei sind die Scheiben 3 in jeder Kammer 10 helixartig um die Welle 4 angeordnet bzw. mit dieser verbunden. Die Welle 4 ist so mit den Scheiben 3 verbunden, dass die zweite Flüssigkeit über einen hohlen Teil der Welle 4 in die hohlen Scheiben 3 und von diesen wieder in einem hohlen Teil der Welle 4 geleitet wird. Die zweite Flüssigkeit wird also über die Welle 4 durch die Unterteilung 9 geführt. Durch die Unterteilungen 9 wird ein zu schneller Transport der ersten Flüssigkeit abgebremst und in weiterer Folge eine Entwärmungsleistung nochmals erhöht.Since, due to the helical movement of the disks 3, the first liquid flowing around them is also helically accelerated, it may be expedient to decelerate the first liquid through subdivisions 9. The container 2 is subdivided by the subdivisions 9 into chambers 10. The shaft 4 is performed by the partitions 9, so that the second liquid is passed through the entire container 2. The disks 3 are helically arranged in each chamber 10 around the shaft 4 and connected thereto. The shaft 4 is connected to the discs 3, that the second liquid is passed through a hollow part of the shaft 4 in the hollow discs 3 and from these again in a hollow part of the shaft 4. The second liquid is thus guided via the shaft 4 through the subdivision 9. Through the partitions 9 is a braked too fast transport of the first liquid and subsequently increased again a Entwärmungsleistung.

Claims (11)

  1. Heat exchanger (1) for the indirect transfer of thermal energy between a first fluid and a second fluid, comprising a container (2) for feeding the first fluid and a plurality of discs (3) arranged inside the container (2), wherein the discs (3) for feeding the second fluid are hollow and at least in some sections merge into each other in a helical manner, characterized in that the container (2) comprises at least one partition (9), wherein the partition (9) divides the container (2) into chambers (10).
  2. Heat exchanger (1) according to claim 1, characterized in that a rotatable shaft (4) is provided, wherein the discs (3) are mounted on the shaft (4).
  3. Heat exchanger (1) according to claim 2, characterized in that the shaft (4) is designed to introduce the second fluid into the discs (3).
  4. Heat exchanger (1) according to claim 2 or 3, characterized in that a drive unit (5) for rotating the shaft (4) and a transmission means (6) for transmitting a torque from the drive unit (5) onto the shaft (4) are provided.
  5. Heat exchanger (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for the first fluid at least one first inlet (71) and at least one first outlet (81) and for the second fluid at least one second inlet (72) and at least one second outlet (82) are provided and the fluids can be fed in the counterflow.
  6. Heat exchanger (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the container (2) is designed elongated and is arranged horizontally.
  7. Heat exchanger (1) according to claim 6, characterized in that the shaft (4) is passed through the chambers (10), wherein one section of discs (3) is provided in each chamber (10).
  8. Use of a heat exchanger (1) according to any one of claims 1 to 7 for cooling contaminated water.
  9. Method for the indirect transfer of thermal energy between a first fluid and a second fluid, in particular with a heat exchanger (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein the first fluid is introduced into a container (2) and the second fluid is fed in hollow discs (3), which at least in some sections merge into each other in a helical manner and are arranged inside the container (2), in order to exchange heat with the first fluid, characterized in that the first fluid is passed through a plurality of chambers (10), separated from one another by partitions (9).
  10. Method according to claim 9, characterized in that the second fluid is fed via a shaft (4) into discs (3) connected thereto and is set into rotation with the discs (3) by rotating the shaft (4).
  11. Method according to claim 9 or 10, characterized in that the first fluid and the second fluid are passed into the container (2) via one inlet (71, 72) each and discharged from the container (2) via at least one outlet (81, 82) each, wherein the fluids are passed through the container (2) in two opposite directions.
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