WO2017129771A1 - Kleeblatt mischer-wärmetauscher - Google Patents

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WO2017129771A1
WO2017129771A1 PCT/EP2017/051814 EP2017051814W WO2017129771A1 WO 2017129771 A1 WO2017129771 A1 WO 2017129771A1 EP 2017051814 W EP2017051814 W EP 2017051814W WO 2017129771 A1 WO2017129771 A1 WO 2017129771A1
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WO
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mixer
heat exchanger
longitudinal direction
axes
extending
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/051814
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English (en)
French (fr)
Inventor
Faissal-Ali El-Toufaili
Cornelia Kermer
Gledison Fonseca
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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Priority to AU2017212688A priority patent/AU2017212688A1/en
Priority to KR1020187024398A priority patent/KR20180109960A/ko
Priority to US16/072,048 priority patent/US20190022615A1/en
Priority to SG11201805773YA priority patent/SG11201805773YA/en
Priority to JP2018538818A priority patent/JP2019504982A/ja
Priority to MX2018009115A priority patent/MX2018009115A/es
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/93—Heating or cooling systems arranged inside the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4319—Tubular elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F2035/99—Heating

Definitions

  • the present invention relates to a mixer-heat exchanger insert and a mixer-heat exchanger, and more particularly to a mixer-heat exchanger insert and a mixer-heat exchanger having a reduced fouling tendency.
  • both static and dynamic mixers can be used.
  • dynamic mixers for example, stirring elements can be used which actively stir the fluid to be mixed.
  • static mixer mixing does not occur by an externally applied stirring energy, but by the energy inherent in a flowing fluid. In this case, the fluid is mixed by the movement of the fluid when hitting a mixer geometry.
  • so-called X-mixers are used, in which alternately transversely arranged structures are introduced in the flow volume, which mix a fluid flowing through.
  • Such so-called X-mixers can for example consist of a plurality of rod-shaped
  • Flat bodies consist, for example, are arranged alternately at an angle of, for example, 90 ° to each other.
  • a fluid flowing through is thus divided several times and merged again, which leads to a laminar or turbulent flow, or forced to a change in direction, whereby a turbulent flow sets, which then leads to a mixing of the fluid.
  • mixer-heat exchangers which consist of several tubes through which a Temper michswashkeit can be performed. This usually in
  • the longitudinal direction of a flow channel extending tubes are provided with transversely arranged Strömungsleitblechen by "Split and Recombine" a
  • heat exchangers are known in which the tubes which guide a Temper michsfluid are guided meandering, wherein the meandering guided tubes lie in a plane which are parallel to the flow direction of the fluid in a flow channel.
  • Such fouling possibly has a negative influence on the state of the fluid to be mixed and tempered, so that the setting of agglomerates or thickened fluid lumps should be avoided.
  • the object of the present invention is achieved by a mixer-heat exchanger insert or a mixer-heat exchanger according to one of the independent claims, wherein exemplary embodiments are embodied in the dependent claims.
  • a mixer-heat exchanger insert having an extension in a longitudinal direction comprising a tempering fluid inlet, a tempering fluid outlet, and a volume for conducting a tempering fluid, which volume extends between the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet and has a first tubular portion wherein the tubular portion extends in the longitudinal direction, wherein the tubular portion is guided transversely to the longitudinal direction in loops.
  • the loops are guided in such a way around at least three axes extending in the longitudinal direction L, so that they form in each case on one of the axes extending in the longitudinal direction extending loop eyes, the one further straight, in the longitudinal direction L extending tubular portion of the volume can accommodate.
  • Temperianssfluideinlass and a Temper michsfluidauslass on the same side with respect to the longitudinal direction L can be provided.
  • the first tubular portion extends continuously in the longitudinal direction L.
  • Thickening threads can hang on bulges in the longitudinal direction without them being carried on by a fluid flow of the liquid to be tempered. Moreover, by avoiding returns of the tubular portion with respect to the longitudinal direction L, a more efficient
  • Heat exchanger geometry can be provided, since in this way the loops of the tubular portion can be wound to save space.
  • the loops are guided during the rotation of at least three axes extending in the longitudinal direction L without alternating curvature between each two axes.
  • at least three passages may be provided for longitudinally extending tubular sections formed by the successive eyes of the loops.
  • a mixer-heat exchanger insert without alternating curvature between the circulation can be relatively easily manufactured, since the tubular portion can be bent repeatedly in the same manner.
  • the loops are guided during the rotation of at least three axes extending in the longitudinal direction L with alternating curvature between each two axes. Due to the configuration of the tubular section with alternating curvature of the mixer-heat exchanger insert can be made substantially stress-free, as the compensate each successive curvatures by the alternating direction of curvature, whereby increased manufacturing accuracy can be achieved.
  • a U-shaped pipe section is provided, the two legs of the U are each guided by the successive loop eyes, wherein the first rohrformige section and the U-shaped pipe section
  • the mixer-heat exchanger insert further comprises a second, straight, extending in the longitudinal direction rohrformigen portion which is fluidly connected in series with the first rohrformigen section and lying on a first extending in the longitudinal direction axis
  • Temperianssfluidauslass can be arranged on the same side of the mixer-heat exchanger insert.
  • the mixer-heat exchanger insert further comprises a third, straight, extending in the longitudinal direction L tubular portion and a fourth, straight, extending in the longitudinal direction L rohrformigen
  • the third tubular section and the fourth tubular section each form a leg of a U-tube.
  • the tempering fluid can once again travel along the
  • the loops are guided in the circulation by five axes extending in the longitudinal direction without alternating curvature between each two axes. In this way, a simple production of a mixer-heat exchanger insert can be achieved by the retained direction of curvature, wherein the design of a loop guide by five axes extending in the longitudinal direction provides an efficient mixer arrangement, which also has good heat exchanger properties.
  • the loops are guided in the circulation by five axes extending in the longitudinal direction with alternating curvature between each two axes. Due to the changing direction of curvature, a tension in the manufacture of the rohrformigen section can be compensated by the alternating curvature, which adjusts itself by the circulation by five extending in the longitudinal direction axes an optimized mixing property, which also has good heat exchanger properties.
  • the mixer-heat exchanger insert further comprises a fifth, straight in the longitudinal direction L extending tubular portion and a sixth, straight in the longitudinal direction L extending tubular portion, which fluidly with the first tubular portion and the second tubular portion in series are connected and by lying on a fourth in the longitudinal direction L axis extending loop eyes and on a fifth in
  • the space formed by the eyes can be optimally utilized, since, in particular, in the case where the first tubular section is extended by five inches
  • Heat exchange ratio can be achieved. It should be understood that the fifth and sixth tubular sections need not necessarily be immediately adjacent to the second, third and fourth tubular sections, respectively.
  • the tubular portion has a
  • Looping scheme in which the tubular portion with respect to the corners of a pentagon, in particular a regular pentagon longitudinally arranged axes A, B, C, D and E, counterclockwise from the axes shifted points A1, B1, C1, D1 and E1 in the sense of FIG. 9 and clockwise with respect to the Axes shifted points A2, B2, C2, D2 and E2 in the direction of FIG. 9 along the points A1.
  • A1 ... runs.
  • a regular winding scheme of the first tubular portion in which the loops are guided in circulation about five longitudinally extending axes of alternating curvature between each two axes.
  • a mixer heat exchanger having a fluid carrying volume with a fluid inlet and a fluid outlet, and a mixer heat exchanger insert as described above, wherein the mixer heat exchanger insert extends into the fluid carrying volume, such that a fluid flowing through the fluid inlet into the fluid carrying volume undergoes a shear stress by the geometry of the mixer-heat exchanger insert before the inflowing fluid exits the fluid carrying volume through the fluid outlet.
  • a mixer heat exchanger having a mixer-heat exchanger insert as described above, which has a good mixing property as a static mixer, and a good heat exchanger performance.
  • the fluid-carrying volume has a constant clear cross-sectional area over the longitudinal extension direction L.
  • the mixer-heat exchanger insert can reliably fill the fluid volume without creating critical bottlenecks that promote fouling behavior. Furthermore, it can be avoided that long flow volumes with large
  • Cross sections arise that would allow a fluid to be mixed and tempered to pass the mixer heat exchanger in particular laterally, without having experienced a sufficient mixture or temperature.
  • an envelope of the mixer-heat exchanger insert according to the above description has a distance to an inner wall of the fluid-carrying volume of the mixer-heat exchanger, in which the mixer heat exchanger insert is to be introduced, which corresponds to at least the quarter pipe diameter ,
  • Figure 1 shows a plan view of an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert from the perspective of the Temper michsfluideinlasses and the
  • FIG. 2 shows a plan view of an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert from the side facing away from the temperature-control fluid inlet and the temperature-control fluid outlet.
  • FIG. 3 shows a side view of an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert.
  • Figure 4 shows another exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert with two U-shaped tubular sections.
  • Figure 5 shows an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert without tube-guided tubular sections.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert with five tubular sections guided through the eyes of the loops.
  • FIG. 12 shows a partial cross-sectional view of an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert with the temperature control fluid inlet and the temperature control fluid outlet on opposite sides.
  • FIG. 8 shows a partial sectional view of an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger in which the temperature control fluid inlet and the
  • FIG. 9 shows a winding course diagram of the loops according to an example
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a winding scheme around five axes, in which the loops are guided without alternating curvature.
  • Figure 1 1 shows an exemplary embodiment of a winding scheme around three axes, in which the loops are guided without changing the curvature.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger insert 100 which has an extension in a longitudinal direction L.
  • FIG. 1 shows the mixer / heat exchanger insert 100 seen in the longitudinal direction L.
  • the mixer-heat exchanger insert 100 has a volume in which a Temper michsfluid is guided. This volume extends between a Temper michsfluideinlass 1 10 and a Temper michsfluidauslass 120.
  • the volume has a first rohrformigen section 10, wherein the rohrformige section 10 extends in the longitudinal direction, which is not visible in Figure 1 by the view in the longitudinal direction L.
  • the tubular section 10 is guided in loops, here about the axes A, C, E, B, D. distributed uniformly along a circumference in the longitudinal direction.
  • the loops form loop eyes about the respective axes, the loop 10a being about the axis A is guided while the
  • Loop eye 1 1 a forms.
  • the rohrformige section is looped around the axis B as the second loop 10b and thereby forms the loop eye 1 1 b.
  • the Windungsschema continues around the axes C, D and E.
  • the first rohrformige section 10 starts with the Temper michsfluideinlass 1 10 and ends at the of the viewer
  • FIG. 2 shows the mixer / heat exchanger insert 100 of FIG. 1 from the side facing away from the observer in FIG.
  • Circumference are distributed.
  • the axes form in the plan view shown in Figure 2 the Corners of a regular pentagon.
  • FIG. 3 shows a side view of the mixer-heat exchanger insert 100 shown in FIG. 1 and FIG. 2. It can be seen from FIG. 3 that the first tubular section 10 is adjoined by the second tubular section 20, which here passes through the eye of the loop 10a is guided. The winding scheme is repeated after each rotation around each of the axes.
  • FIG. 4 shows a side view of an end piece of a mixer-heat exchanger insert 100, in which a respective further straight line is formed by the respective eyes of the loops 10a-10j
  • Tube section 20, 30, 40, 60 is guided. It can be seen from Figure 4 that the second rohrformige section 20 is guided by the loops 10f and 10a, the third rohrformige section 30 through the loops 10b and 10g, the fourth rohrformige section 40 through the loops 10c and 10h, and the sixth tubular section 60 through the
  • loops 10e and 10j The fifth tubular portion 50, which is not visible in Figure 4, would then pass through the loops 10d and 10i.
  • the second tubular portion 20 and the sixth tubular portion 60 are U-shaped so that the second tubular portion and the sixth tubular portion each form a leg of a U.
  • the fourth tubular portion 40 and the third tubular portion 30 are also U-shaped so that the third tubular portion 30 and the fourth tubular portion 40 also form legs of a U.
  • the second tubular section 20 and the fourth tubular section 40 may also be U-shaped on the side of the mixer-heat exchanger insert not shown here, such that the straight tubular sections 20, 30, 40 , 50 and 60 meander through the superimposed eyes of the first tubular portion 10.
  • the third and fourth rohrformige section can be connected in a U-shape, and / or the fifth and sixth rohrformige section.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a mixer / heat exchanger insert 100. In this case, the mixer / heat exchanger insert shown in FIG. 5 only has a first one
  • tubular portion 10 which is guided in loops.
  • the loops form superposed eyes, but in FIG. 5 no further straighter
  • FIG. 6 shows a mixer-heat exchanger insert 100 according to another
  • Embodiment of the invention in which, however, guided by the eyes formed by the loops more straight, tubular sections. These may, for example, all open at the end plate, as the enlarged view can be seen. Similarly, this also applies to the opposite side.
  • the mixer-heat exchanger insert 100 shown in FIG. 6 may be modified such that the respective temperature-controlling fluid inlets or outlets are interconnected by U-shaped arcs such that a serial flow of the first is looped tubular section 10 with the respective straight tubular sections 20, 30, 40, 50, 60 results.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a mixer-heat exchanger 200 according to an exemplary embodiment.
  • the mixer-heat exchanger insert shown in FIG. 7 has a fluid-carrying volume 230, into which a fluid to be tempered and mixed is introduced through a fluid inlet 210, which leaves the mixer-heat exchanger again through the fluid outlet 220.
  • the mixer-heat exchanger shown in Figure 7 has a Temper michsfluideinlass 1 10 on one side and a
  • tempering fluid also flow in countercurrent through the mixer-heat exchanger insert.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the mixer-heat exchanger insert has a tempering fluid inlet 110 and a temperature control fluid inlet
  • Temperianssfluidauslass 120 on the same side.
  • the fluid outlet 220 can then also be arranged on the longitudinal axis or end side, since no tempering fluid inlet or outlet is arranged in this region.
  • FIG. 9 shows a winding scheme according to an exemplary embodiment of the invention, in which the loops are guided about the respective axes A, C, E, B and D.
  • the sides shifted by the axes in the clockwise direction with the index 2 and the counterclockwise sides with the index 1 should be provided.
  • the first tubular section with the loops 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j successively wound around the axes A, B, C, D and E, with double circulation. It can be seen from the winding scheme shown in FIG. 9 that, after each revolution about an axis, the curvature of the first tubular section extends in a different direction.
  • Windungsschema repeated after two cycles around each axis according to the scheme shown in Figure 9.
  • the sides of the axes according to the scheme A1, A2, B2, B1, C1, C2, D2, D1, E1, E2, A2, A1, B1, B2, C2, C1, D1, D2, E2, E1, A1 ... guided around the axes A, B, C, D and E.
  • this Windungsschema can also be mirrored and also includes a mirrored arrangement of the scope
  • FIG. 10 shows an alternative winding scheme in which the first tubular section with its loops 10a, 10b, 10c, 10d and 10e is guided around the axes A, B, C, D and E without changing the direction of curvature. It can be seen from FIG. 10 that the
  • Winding line the steering only in one direction, here to be turned left.
  • the steering had figuratively speaking to be taken when driving through the Windungsschemas according to Figure 9 after the rounding of each axis in the other direction. From Figure 10 it can be seen that this
  • Winding scheme in which the curvature does not alternate, but always runs in the same direction, repeated after the single turn around each axis.
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of the invention in which the loops of the first tubular section are wound around only three axes, the
  • Curvature does not change, but always runs in one direction.
  • a winding scheme (not shown) may also be applied to three axes in which the direction of curvature changes in one revolution between two axes. Analogous to the nomenclature with reference to FIG. 9, this scheme would be A1, A2, B2, B1, C1, C2, A2, A1, B1, B2, C2, C1, A1.
  • Mixer heat exchanger can be used. A typical use for this is, for example, in a reactor in which a mixing and a temperature control is desired.
  • a sufficient mixing effect can be achieved and agglomeration of particles or high-viscosity gel particles can be avoided or at least minimized. As a result, a fouling effect can be reduced or avoided.
  • a mixer-heat exchanger insert according to the invention described above is particularly suitable to be able to bring him in particularly small pipe diameter, but still a

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Abstract

Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bzw. Mischer-Wärmetauscher mit einer Geometrie, die zu einem geringeren Fouling eines zu temperierenden Fluides führt, wobei der Mischer-Wärmetauscher- Einsatz eine Erstreckung in eine Längserstreckungsrichtung (L), umfassend einen Temperierungsfluideinlass (110), einen Temperierungsfluidauslass (120), ein Volumen (130) zum Führen eines Temperierungsfluides, welches Volumen sich zwischen dem Temperierungsfluideinlass (110) und dem Temperierungsfluidauslass (120) erstreckt und einen ersten rohrförmigen Abschnitt (10) aufweist, und wobei der rohrformige Abschnitt (10) sich in Längserstreckungsrichtung erstreckt, wobei der rohrformige Abschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung (L) in Schleifen (10a, 10b,...) geführt ist.

Description

Kleeblatt Mischer-Wärmetauscher
Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz sowie einen Mischer- Wärmetauscher, und insbesondere einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz und einen Mischer- Wärmetauscher mit einer verminderten Fouling-Neigung.
Hintergrund der Erfindung
Für eine Durchmischung von Fluiden können sowohl statische als auch dynamische Mischer eingesetzt werden. Bei dynamischen Mischern können beispielsweise Rührelemente verwendet werden, die das zu mischende Fluid aktiv rühren. Bei einem statischen Mischer erfolgt durch Durchmischung nicht durch eine von außen eingebrachte Rührenergie, sondern durch die Energie, die einem strömenden Fluid inhärent ist. Dabei wird durch die Bewegung des Fluides beim Auftreffen auf eine Mischergeometrie das Fluid durchmischt. Für eine derartige
Durchmischung mittels einem statischen Mischer werden beispielsweise sogenannte X-Mischer verwendet, bei denen im Strömungsvolumen wechselweise quer zueinander angeordnete Strukturen eingebracht werden, die ein durchströmendes Fluid durchmischen. Derartige sogenannte X-Mischer können beispielsweise aus einer Mehrzahl von stabförmigen
Flachkörpern bestehen, die beispielsweise wechselweise in einem Winkel von zum Beispiel 90° zueinander angeordnet sind. Ein durchströmendes Fluid wird auf diese Weise mehrfach geteilt und wieder zusammengeführt, was zu einer laminaren oder turbulenten Strömung führt, beziehungsweise zu einem Richtungswechsel gezwungen, wodurch sich eine turbulente Strömung einstellt, was dann zu einer Durchmischung des Fluides führt.
Da derartige Mischer häufig in Reaktoren verwendet werden, besteht zudem die Notwendigkeit, das Fluid nicht nur zu durchmischen, sondern das Fluid gleichzeitig auch zu temperieren. Zu diesem Zweck sind Mischer-Wärmetauscher bekannt, die aus mehreren Rohren bestehen, durch die eine Temperierungsflüssigkeit geführt werden kann. Diese im Regelfall in
Längsrichtung eines Strömungskanals verlaufenden Rohre sind dabei mit dazu quer angeordneten Strömungsleitblechen versehen, die durch„Split and Recombine" eine
Durchmischung des durchströmenden Fluides bewirken. Ferner sind Wärmetauscher bekannt, bei denen die Rohre, die ein Temperierungsfluid führen, mäanderförmig geführt sind, wobei die mäanderförmig geführten Rohre in einer Ebene liegen, die parallel zur Durchströmungsrichtung des Fluids in einem Strömungskanal liegen.
Oben beschriebene Mischer und Wärmetauscher sind bekannt beispielsweise aus
EP 1 067 352 A2 oder WO 2008/017571 A1. Die oben beschriebenen Wärmetauscher bzw. Mischer weisen ein nur geringes
Durchmischungsvermögen auf oder neigen insbesondere bei Fluiden, die Agglomerate aufweisen, zu einer Akkumulation der Agglomerate in Bereichen mit spitzen Winkeln, in denen sich die Agglomerate oder eingedickten Fluidklumpen festklemmen können oder weisen strömungsberuhigte Bereiche auf in denen Nebenreaktionen stattfinden können, deren
Produkte sich ebenfalls ablagern können. Dieser Effekt wird als Fouling bezeichnet.
Ein derartiges Fouling hat möglicherweise einen negativen Einfluss auf den Zustand des zu mischenden und zu temperierenden Fluides, so dass ein Festsetzen von Agglomeraten bzw. eingedickten Fluidklumpen vermieden werden soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, einen Mischer- Wärmetauscher-Einsatz sowie einen Mischer-Wärmetauscher mit einer verminderten Fouling- Neigung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen Mischer-Wärmetauscher- Einsatz bzw. einen Mischer-Wärmetauscher gemäß einem der unabhängigen Ansprüche, wobei beispielhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen verkörpert sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bereitgestellt mit einer Erstreckung in einer Längserstreckungsrichtung, umfassend einen Temperierungsfluideinlass, einen Temperierungsfluidauslass und ein Volumen zum Führen eines Temperierungsfluides, welches Volumen sich zwischen dem Temperierungsfluideinlass und dem Temperierungsfluidauslass erstreckt und einen ersten rohrförmigen Abschnitt aufweist, wobei der rohrförmige Abschnitt sich in Längserstreckungsrichtung erstreckt, wobei der rohrförmige Abschnitt quer zur Längserstreckungsrichtung in Schleifen geführt ist. Auf diese Weise kann ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz, insbesondere für den Einsatz in einem Mischer-Wärmetauscher bereitgestellt werden, der durch die Schleifenführung ein gutes Durchmischungsverhalten aufweist und zudem auch gute Wärmetauschereigenschaften hat. Insbesondere durch die Führung des rohrförmigen Abschnittes in Schleifen können Zwickel und scharfkantige Klemmstellen vermieden werden, in denen sich Eindickungen oder Klumpen einer zu temperierenden Flüssigkeit festsetzen können. Diese festgesetzten Verklumpungen oder Eindickungen können zu einer Veränderung der Morphologie der Klumpen bzw. Eindickungen führen, da diese sich verhältnismäßig lange in dem Mischer-Wärmetauscher befinden, so dass ein sogenannter Fouling-Prozess auftreten kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifen derart um wenigstens drei in Längserstreckungsrichtung L verlaufende Achsen geführt, so dass sie jeweils auf einer der in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achsen liegende Schleifenaugen ausbilden, die einen weiteren geraden, in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden rohrförmigen Abschnitt des Volumens aufnehmen können.
Auf diese Weise kann durch die mehrfache Ausbildung von Schleifen ein guter
Durchmischungsprozess erreicht werden, und weitere Rohrabschnitte durch die hintereinander liegenden, durch die Schleifen gebildeten Augen hindurchgeführt werden. So kann ein verbessertes Temperierungsverhalten hergestellt werden. Ferner kann durch das Vorsehen einer entsprechenden Rohrleitung durch die hintereinander liegenden Augen der Schleifen eine Rückführung des rohrförmigen Abschnittes erfolgen, so dass sowohl ein
Temperierungsfluideinlass als auch ein Temperierungsfluidauslass auf der gleichen Seite in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung L vorgesehen werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der erste rohrförmige Abschnitt stetig in Längserstreckungsrichtung L.
Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich Eindickungen oder Klumpen einer zu temperierenden Flüssigkeit oder eines zu temperierenden Fluides festsetzen können.
Insbesondere kann vermieden werden, dass sich langgestreckte Verklumpungen oder
Eindickungsfäden an Ausbuchtungen in Längserstreckungsrichtung festhängen können, ohne dass sie durch einen Fluidfluss der zu temperierenden Flüssigkeit weitergetragen werden können. Darüber hinaus kann durch das Vermeiden von Rückführungen des rohrförmigen Abschnittes in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung L eine effizientere
Wärmetauschergeometrie bereitgestellt werden, da auf diese Weise die Schleifen des rohrförmigen Abschnittes platzsparender gewickelt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifen bei dem Umlauf um wenigstens drei sich in Längserstreckungsrichtung L erstreckende Achsen ohne wechselnde Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen geführt. Auf diese Weise können wenigstens drei Durchgänge für in Längsrichtung verlaufenden rohrförmige Abschnitte vorgesehen sein, die durch die hintereinander liegenden Augen der Schleifen gebildet werden. Dabei kann ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ohne wechselnde Krümmung zwischen dem Umlauf verhältnismäßig einfach hergestellt werden, da der rohrförmige Abschnitt immer wieder auf die gleiche Art und Weise gebogen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifen bei dem Umlauf um wenigstens drei sich in Längserstreckungsrichtung L erstreckende Achsen mit wechselnder Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen geführt. Durch die Ausgestaltung des rohrförmigen Abschnittes mit wechselnder Krümmung kann der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz im Wesentlichen spannungsfrei hergestellt werden, da sich die jeweils hintereinander liegenden Krümmungen durch die abwechselnde Krümmungsrichtung kompensieren, wodurch eine erhöhte Fertigungsgenauigkeit erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein U-förmiger Rohrabschnitt vorgesehen, dessen beiden Schenkel des U's jeweils durch die hintereinanderliegenden Schleifenaugen geführt sind, wobei der erste rohrformige Abschnitt und der U-förmige Rohrabschnitt
strömungstechnisch parallel angeordnet sind und über einen gemeinsamen Flansch mit dem Temperierungsfluid getrennt oder gemeinsam anströmbar sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ferner einen zweiten, geraden, in Längserstreckungsrichtung verlaufenden rohrformigen Abschnitt auf, welcher fluidtechnisch mit dem ersten rohrformigen Abschnitt in Reihe geschaltet ist und durch die auf einer ersten in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achse liegenden
Schleifenaugen verläuft.
Auf diese Weise kann der Temperierungsfluidfluss am Ende des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes zurückgeführt werden, so dass ein Temperierungsfluideinlass und ein
Temperierungsfluidauslass auf der gleichen Seite des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes angeordnet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ferner einen dritten, geraden, in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden rohrformigen Abschnitt und einen vierten, geraden, in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden rohrformigen
Abschnitt auf, welche fluidtechnisch mit dem ersten rohrformigen Abschnitt und dem zweiten rohrformigen Abschnitt in Reihe geschaltet sind, wobei der dritte rohrformige Abschnitt durch die auf einer zweiten in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achse liegenden Schleifenaugen, und der vierte rohrformige Abschnitt durch die auf einer dritten in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achse liegenden Schleifenaugen verläuft. Auf diese Weise kann eine weitere Strecke eines rohrformigen Abschnittes vorgesehen werden, wodurch sich die Temperierungswirkung des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes aufgrund der vergrößerten Oberfläche und verlängerten Länge der gesamten rohrformigen Abschnitte verbessert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden der dritte rohrformige Abschnitt und der vierte rohrformige Abschnitt jeweils einen Schenkel eines U-Rohres.
Auf diese Weise kann das Temperierungsfluid nach dem Durchströmen der schleifenförmigen Anordnung des ersten rohrformigen Abschnittes ein weiteres Mal entlang der
Längserstreckungsrichtung geführt werden, wodurch sich eine signifikante Verlängerung der gesamten rohrformigen Abschnitte ergibt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifen bei dem Umlauf um fünf sich in Langserstreckungsrichtung erstreckende Achsen ohne wechselnde Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen geführt. Auf diese Weise kann durch die beibehaltene Krümmungsrichtung eine einfache Herstellung eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes erreicht werden, wobei die Ausgestaltung einer Schleifenführung um fünf sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen eine effiziente Mischeranordnung bereitstellt, die zudem auch gute Wärmetauschereigenschaften aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schleifen bei dem Umlauf um fünf sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen mit wechselnder Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen geführt. Durch die wechselnde Krümmungsrichtung kann eine Spannung beim Herstellen des rohrformigen Abschnittes durch die wechselnde Krümmung kompensiert werden, wodurch sich durch den Umlauf um fünf sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen eine optimierte Mischereigenschaft einstellt, die zudem auch gute Wärmetauschereigenschaften aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ferner einen fünften, gerade in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden rohrformigen Abschnitt und einen sechsten, gerade in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden rohrformigen Abschnitt auf, welche fluidtechnisch mit dem ersten rohrformigen Abschnitt und dem zweiten rohrformigen Abschnitt in Reihe geschaltet sind und durch die auf einer vierten in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden Achse liegenden Schleifenaugen und die auf einer fünften in
Längserstreckungsrichtung L verlaufenden Achse liegenden Schleifenaugen verlaufen.
Auf diese Weise kann der durch die Augen gebildete Raum optimal ausgenutzt werden, da insbesondere für den Fall, dass der erste rohrförmige Abschnitt um fünf in
Längserstreckungsrichtung verlaufende Achsen gewunden ist, jeder der dadurch entstehenden fünf Räume durch einen weiteren rohrformigen Abschnitt ausgefüllt werden, wodurch sich die Gesamtlänge der rohrformigen Abschnitte vergrößert und somit ein verbessertes
Wärmetauscherverhältnis erreicht werden kann. Es sei verstanden, dass der fünfte und der sechste Rohrförmige Abschnitt nicht zwingend unmittelbar an den zweiten bzw. dritten bzw. vierten rohrformigen Abschnitt anschließen müssen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der rohrförmige Abschnitt ein
Schleifenverlaufsschema auf, bei dem der rohrförmige Abschnitt bezüglich an den Ecken eines Fünfecks, insbesondere eines regelmäßigen Fünfecks in Längsrichtung angeordneten Achsen A, B, C, D und E, gegen den Uhrzeigersinn gegenüber den Achsen verschoben gelegenen Punkten A1 , B1 , C1 , D1 und E1 im Sinne der Fig. 9 und im Uhrzeigersinn gegenüber den Achsen verschoben gelegenen Punkten A2, B2, C2, D2 und E2 im Sinne der Fig. 9 entlang der Punkte A1. A2, B2, B1 , C1 , C2, D2, D1 , E1 , E2. A2, A1 , B1 , B2, C2, C1 , D1 , D2, E2, E1 . A1 ... verläuft. Auf diese Weise kann ein regelmäßiges Windungsschema des ersten rohrformigen Abschnittes bereitgestellt werden, bei dem die Schleifen bei dem Umlauf um fünf sich in Längsrichtung erstreckende Achsen mit wechselnder Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen geführt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Mischer-Wärmetauscher bereitgestellt, der ein fluidführendes Volumen mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist, und einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß oben stehender Beschreibung, wobei sich der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz in das fluidführende Volumen erstreckt, sodass ein durch den Fluideinlass in das fluidführende Volumen einströmendes Fluid durch die Geometrie des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes eine Scherbeanspruchung erfährt, bevor das eingeströmte Fluid das fluidführende Volumen durch den Fluidauslass verlässt.
Auf diese Weise kann ein Mischer-Wärmetauscher mit einem oben beschriebenen Mischer- Wärmetauscher-Einsatz bereitgestellt werden, der ein gutes Durchmischungsverhalten als statischer Mischer aufweist, sowie ein gutes Wärmetauscherverhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das fluidführende Volumen über die Längserstreckungsrichtung L eine konstante lichte Querschnittfläche auf.
Auf diese Weise kann der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz das Fluidvolumen zuverlässig ausfüllen, ohne dass kritische Engstellen entstehen, die ein Fouling-Verhalten begünstigen. Ferner kann vermieden werden, dass lang gezogene Strömungsvolumina mit großen
Querschnitten entstehen, die es einem zu mischenden und zu temperierenden Fluid erlauben würden, den Mischer-Wärmetauscher insbesondere seitlich zu passieren, ohne eine hinreichende Mischung oder Temperierung erfahren zu haben.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Einhüllende des Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes gemäß der obigen Beschreibung einen Abstand zu einer inneren Wandung des fluidführenden Volumens des Mischer-Wärmetauschers auf, in das der Mischer- Wärmetauscher-Einsatz einzubringen ist, der wenigstens dem Viertel Rohrdurchmesser entspricht.
Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich an den Engstellen zwischen dem Mischer- Wärmetauscher-Einsatz und der Innenwand des fluidführenden Volumens des Mischer- Wärmetauschers Klumpen oder Eindickungen eines zu temperierenden Fluides festsetzen. Die einzelnen Merkmale, wie sie oben beschrieben sind, können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen. Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Aufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes aus der Sicht des Temperierungsfluideinlasses sowie des
Temperierungsfluidauslasses.
Figur 2 zeigt eine Aufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes von der dem Temperierungsfluideinlass und dem Temperierungsfluidauslass abgewandten Seite.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes. Figur 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes mit zwei U-förmig ausgestalteten rohrförmigen Abschnitten.
Figur 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes ohne durch die Augen geführte rohrförmige Abschnitte.
Figur 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes mit fünf durch die Augen der Schleifen geführten rohrförmigen Abschnitten. zeigt eine Teilschnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes, bei dem der Temperierungsfluideinlass und der Temperierungsfluidauslass auf gegenüberliegenden Seiten liegen.
Figur 8 zeigt eine Teilschnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Mischer- Wärmetauschers, bei dem der Temperierungsfluideinlass und der
Temperierungsfluidauslass auf der gleichen Seite liegen. Figur 9 zeigt ein Windungsverlaufschema der Schleifen gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schleifen mit wechselnder Krümmung zwischen zwei Achsen geführt sind. Figur 10 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Windungsschemas um fünf Achsen, bei dem die Schleifen ohne wechselnde Krümmung geführt sind.
Figur 1 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Windungsschemas um drei Achsen, bei dem die Schleifen ohne wechselnde Krümmung geführt sind.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes 100, der eine Erstreckung in eine Längserstreckungsrichtung L aufweist. Figur 1 zeigt den Mischer- Wärmetauscher-Einsatz 100 in Längserstreckungsrichtung L gesehen. Der Mischer- Wärmetauscher-Einsatz 100 weist ein Volumen auf, in dem ein Temperierungsfluid geführt wird. Dieses Volumen erstreckt sich zwischen einem Temperierungsfluideinlass 1 10 und einem Temperierungsfluidauslass 120. Das Volumen weist einen ersten rohrformigen Abschnitt 10 auf, wobei der rohrformige Abschnitt 10 sich in Längsrichtung erstreckt, was in Figur 1 jedoch durch die Ansicht in Längserstreckungsrichtung L nicht sichtbar ist. Der rohrformige Abschnitt 10 ist dabei in Schleifen geführt, und zwar hier um die gleichmäßig entlang eines Kreisumfangs in Längsrichtung verteilten Achsen A, C, E, B, D. Die Schleifen bilden dabei Schleifenaugen um die jeweiligen Achsen, wobei die Schleife 10a um die Achse A geführt ist und dabei das
Schleifenauge 1 1 a bildet. Analog wird der rohrformige Abschnitt schleifenförmig um die Achse B als zweite Schleife 10b geführt und bildet dabei das Schleifenauge 1 1 b. Analog erfolgt das Windungsschema weiter um die Achsen C, D und E. Der erste rohrformige Abschnitt 10 beginnt dabei mit dem Temperierungsfluideinlass 1 10 und endet an der von dem Betrachter
abgewandten Seite, wobei an den ersten rohrformigen Abschnitt 10 an der vom Betrachter abgewandten Seite dann der zweite rohrformige Abschnitt 20 fluidtechnisch seriell anschließt und hier in dem Temperierungsfluidauslass 120 endet. Dabei sei verstanden, dass die
Anordnung auch in umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt werden kann, wodurch der Temperierungsfluideinlass 120 als Einströmung des Temperierungsfluides dient, welches durch den Temperierungsfluidauslass 1 10 wieder ausströmt. Figur 2 zeigt den Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100 der Figur 1 von der in Figur 1 dem Betrachter abgewandten Seite. Die Bezugszeichen werden dabei analog verwendet. Aus der Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Achsen A, C, E, B, D entlang eines Kreisumfangs jeweils um einen Winkel α = 72° versetzt angeordnet sind, somit also regelmäßig entlang des
Kreisumfangs verteilt sind. Die Achsen bilden dabei in der in Figur 2 gezeigten Aufsicht die Ecken eines regelmäßigen Fünfecks.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht des in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes 100. Dabei ist der Figur 3 zu entnehmen, dass an den ersten rohrförmigen Abschnitt 10 der zweite rohrformige Abschnitt 20 angrenzt, der hier durch das Auge der Schleife 10a geführt ist. Dabei wiederholt sich das Windungsschema nach zweimaligem Umlauf um jede der Achsen.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht eines Endstücks eine Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes 100, bei dem durch die jeweiligen Augen der Schleifen 10a - 10j ein jeweils weiterer gerader
Rohrabschnitt 20, 30, 40, 60 geführt ist. Dabei kann der Figur 4 entnommen werden, dass der zweite rohrformige Abschnitt 20 durch die Schleifen 10f und 10a geführt ist, der dritte rohrformige Abschnitt 30 durch die Schleifen 10b und 10g, der vierte rohrformige Abschnitt 40 durch die Schleifen 10c und 10h, sowie der sechste rohrformige Abschnitt 60 durch die
Schleifen 10e und 10j. Der fünfte rohrformige Abschnitt 50, der in der Figur 4 nicht sichtbar ist, wäre dann durch die Schleifen 10d und 10i geführt. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der zweite rohrformige Abschnitt 20 und der sechste rohrformige Abschnitt 60 U-förmig verbunden sind, so dass der zweite rohrformige Abschnitt und der sechste rohrformige Abschnitt jeweils einen Schenkels eines U's bilden. Analog ist der vierte rohrformige Abschnitt 40 und der dritte rohrformige Abschnitt 30 ebenfalls U-förmig verbunden, so dass der dritte rohrformige Abschnitt 30 und der vierte rohrformige Abschnitt 40 ebenfalls Schenkel eines U's bilden. Obwohl in Figur 4 nicht gezeigt, können beispielsweise der zweite rohrformige Abschnitt 20 und der vierte rohrformige Abschnitt 40 auf der hier nicht gezeigten Seite des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes ebenfalls U-förmig verbunden sein, so dass die geraden rohrförmigen Abschnitte 20, 30, 40, 50 und 60 mäanderförmig durch die übereinander liegenden Augen des ersten rohrförmigen Abschnittes 10 verlaufen. Ebenso können der dritte und vierte rohrformige Abschnitt U-förmig verbunden werden, und/oder auch der fünfte und sechste rohrformige Abschnitt. Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes 100. Dabei weist der in Figur 5 gezeigte Mischer-Wärmetauscher-Einsatz lediglich einen ersten
rohrförmigen Abschnitt 10 auf, der in Schleifen geführt ist. Die Schleifen bilden dabei übereinander liegende Augen, durch die in der Figur 5 jedoch kein weiterer gerader
rohrförmiger Abschnitt geführt ist. Ein derartiger Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100 kann dann in ein entsprechendes Rohr eingesetzt werden, welches beispielsweise durch Endplatten abgedichtet wird, durch die ein entsprechender Temperierungsfluideinlass 1 10 bzw. ein Temperierungsfluidauslass 120 geführt wird. Ein derartiger Mischer-Wärmetauscher-Einsatz wird dabei von einem Ende kontinuierlich zu einem anderen Ende durchflössen. Figur 6 zeigt einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100 gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, bei dem jedoch durch die durch die Schleifen gebildeten Augen weitere gerade, rohrförmige Abschnitte geführt werden. Diese können beispielsweise sämtlich an der Endplatte münden, wie der vergrößerten Ansicht zu entnehmen ist. Analog trifft dies auch für die gegenüberliegende Seite zu. Es sei jedoch verstanden, dass der in Figur 6 gezeigte Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100 derart modifiziert werden kann, dass die entsprechenden Temperierungsfluideinlässe bzw. -auslässe durch U-förmige Bögen derart miteinander verbunden werden, dass sich ein serieller Durchfluss des ersten in Schleifen geführten rohrförmigen Abschnitts 10 mit den jeweils geraden, rohrförmigen Abschnitten 20, 30, 40, 50, 60 ergibt.
Figur 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauschers 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der in Figur 7 gezeigte Mischer-Wärmetauscher-Einsatz weist ein fluidführendes Volumen 230 auf, in welches durch einen Fluideinlass 210 ein zu temperierendes und zu mischendes Fluid eingeführt wird, welches den Mischer-Wärmetauscher durch den Fluidauslass 220 wieder verlässt. Der in Figur 7 gezeigte Mischer-Wärmetauscher weist einen Temperierungsfluideinlass 1 10 auf der einen Seite und einen
Temperierungsfluidauslass 120 auf der gegenüberliegenden Seite auf. Im Inneren des Mischer- Wärmetauschers 200, insbesondere im Inneren des fluidführenden Volumens 230 befindet sich der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100, der bereits mit Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 detailliert beschrieben wurde. Es sei verstanden, dass das zu temperierende Fluid durch den Mischer-Wärmetauscher 200 im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließen kann wie das Temperierungsfluid durch den Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 100. Ebenso kann das
Temperierungsfluid jedoch auch im Gegenstrom durch den Mischer-Wärmetauscher-Einsatz fließen.
Figur 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei dem der Mischer- Wärmetauscher-Einsatz einen Temperierungsfluideinlass 1 10 und einen
Temperierungsfluidauslass 120 auf der gleichen Seite aufweist. In Abweichung zu Figur 7 kann dann der Fluidauslass 220 auch auf der Längsachse bzw. Stirnseite angeordnet sein, da in diesem Bereich kein Temperierungsfluideinlass bzw. -auslass angeordnet ist.
Figur 9 zeigt ein Windungsschema gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in dem die Schleifen um die entsprechenden Achsen A, C, E, B und D geführt sind. Dabei sollen die von den Achsen im Uhrzeigersinn verschobenen Seiten mit dem Index 2 und die gegen den Uhrzeigersinn liegenden Seiten mit dem Index 1 versehene sein. Gemäß diesem Schema wird der erste rohrförmige Abschnitt mit den Schleifen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j nacheinander um die Achsen A, B, C, D und E gewickelt, und zwar mit zweifachem Umlauf. Dabei ist dem in Figur 9 gezeigten Windungsschema zu entnehmen, dass nach jedem Umlauf um eine Achse die Krümmung des ersten rohrförmigen Abschnittes in eine andere Richtung verläuft. Auf diese Weise wechseln sich die Krümmungsrichtungen nach jedem Umlauf um eine Achse ab. Das dabei entstehende Windungsschema wiederholt sich nach zweimaligem Umlauf um jede Achse gemäß dem in Figur 9 gezeigten Schema. Dabei werden die Seiten der Achsen nach dem Schema A1 , A2, B2, B1 , C1 , C2, D2, D1 , E1 , E2, A2, A1 , B1 , B2, C2, C1 , D1 , D2, E2, E1 , A1 ... um die Achsen A, B, C, D und E geführt. Es sei verstanden, dass diese Windungsschema auch gespiegelt sein kann und auch eine gespiegelte Anordnung vom Schutzbereich umfasst ist
Figur 10 zeigt ein alternatives Windungsschema, bei dem der erste rohrförmige Abschnitt mit seinen Schleifen 10a, 10b, 10c, 10d und 10e ohne Wechsel der Krümmungsrichtung um die Achsen A, B, C, D und E geführt ist. Dabei zeigt sich aus Figur 10, dass sich die
Krümmungsrichtung nicht ändert. Bildlich gesprochen, muss beim Abfahren dieser
Windungslinie die Lenkung immer nur in eine Richtung, hier nach links eingeschlagen werden. Im Gegensatz dazu musste die Lenkung bildlich gesprochen bei einem Durchfahren des Windungsschemas gemäß Figur 9 nach dem Umrunden jeder Achse in die jeweils andere Richtung eingeschlagen werden. Aus Figur 10 ist ersichtlich, dass sich dieses
Windungsschema, bei dem sich die Krümmung nicht abwechselt, sondern immer in die gleiche Richtung verläuft, nach dem einmaligen Umlauf um jede Achse wiederholt.
Figur 1 1 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schleifen des ersten rohrförmigen Abschnittes um nur drei Achsen gewickelt werden, wobei die
Krümmung nicht wechselt, sondern immer in eine Richtung verläuft. Alternativ kann auch bei drei Achsen ein Windungsschema (nicht gezeigt) angewendet werden, bei der die sich die Krümmungsrichtung bei einem Umlauf zwischen zwei Achsen ändert. Analog der Nomenklatur in Bezug auf Fig. 9 wäre dieses Schema A1 , A2, B2, B1 , C1 , C2, A2, A1 , B1 , B2, C2, C1 , A1 ... Es sei verstanden, dass die oben beschriebene Erfindung als Mischer-Wärmetauscher verwendet werden kann. Ein typischer Einsatz dafür ist beispielsweise in einem Reaktor, bei dem eine Durchmischung sowie eine Temperierung gewünscht ist. Durch die oben genannte Erfindung kann eine ausreichende Mischwirkung erreicht werden und eine Agglomeration von Teilchen oder hochviskosen Gelpartikeln vermieden oder zumindest minimiert werden. Dadurch kann ein Fouling-Effekt vermindert oder vermieden werden. Ein Mischer-Wärmetauscher- Einsatz gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist insbesondere geeignet, um ihn in besonders kleine Rohrdurchmesser einbringen zu können, jedoch trotzdem eine
zufriedenstellende Wärmetauschereigenschaft und ein hinreichendes Durchmischungsverhalten zu erreichen.
Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
Bezugszeichenliste:
10 erster rohrförmiger Abschnitt
10a erste Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10b zweite Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10c dritte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10d vierte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10e fünfte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10f sechste Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10g siebte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10h achte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10i neunte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
10j zehnte Schleife des ersten rohrförmigen Abschnitts
1 1 a, 1 1 b, ... Schleifenauge der ersten, zweiten ... Schleife
20 zweiter rohrförmiger Abschnitt
30 dritter rohrförmiger Abschnitt
40 vierter rohrförmiger Abschnitt
50 fünfter rohrförmiger Abschnitt
60 sechster rohrförmiger Abschnitt
100 Mischer-Wärmetauscher-Einsatz
1 10 Temperierungsfluideinlass bzw. -auslass
120 Temperierungsfluidauslass bzw. -einlass
200 Mischer-Wärmertauscher
210 (Misch) Fluideinlass bzw. -auslass
220 (Misch) Fluidauslass bzw. -einlass
230 (Misch) Fluid führendes Volumen
L Langserstreckungsrichtung Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes
a, alpha Teilungswinkel der Rohrschleifen in Bezug auf Längserstreckungsrichtung L
A, B, C, D, E in Längserstreckungsrichtung L verlaufenden Achsen

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Mischer-Wärmetauscher-Einsatz mit einer Erstreckung in eine Langserstreckungsrichtung (L), umfassend einen Temperierungsfluideinlass (1 10), einen Temperierungsfluidauslass (120), ein Volumen (130) zum Führen eines Temperierungsfluides, welches Volumen sich zwischen dem Temperierungsfluideinlass (1 10) und dem Temperierungsfluidauslass (120) erstreckt und einen ersten rohrformigen Abschnitt (10) aufweist, wobei der rohrförmige Abschnitt (10) sich in Langserstreckungsrichtung erstreckt, wobei der rohrförmige Abschnitt quer zur Langserstreckungsrichtung (L) in Schleifen (10a, 10b, ...) geführt ist. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß Anspruch 1 , wobei die Schleifen (10a, 10b, ...) derart um wenigstens drei in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden Achsen (A, B, C) geführt sind, dass sie jeweils auf einer der in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achsen (A, B, C) liegende Schleifenaugen (1 1 a, 1 1 b, ...) ausbilden, die einen weiteren geraden, in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden rohrformigen Abschnitt des Volumens aufnehmen können. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei sich der erste rohrförmige Abschnitt (10) stetig in Längserstreckungsrichtung (L) erstreckt. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schleifen (10a, 10b, ...) bei dem Umlauf um wenigstens drei sich in Längserstreckungsrichtung (L) erstreckende Achsen (A, B, C) ohne wechselnde Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen (A, B; B, C; ...) geführt sind. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schleifen (10a, 10b, ...) bei dem Umlauf um wenigstens drei sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen mit wechselnder Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen (A, B; B, C; ...) geführt sind. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einem zweiten, gerade in Längserstreckungsrichtung verlaufenden rohrformigen Abschnitt (20), welcher fluidtechnisch mit dem ersten rohrformigen Abschnitt (10) in Reihe geschaltet ist und durch die auf einer ersten in Längserstreckungsrichtung verlaufenden Achse (A) liegenden Schleifenaugen (10e, 10j) verläuft. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß Anspruch 6, ferner mit einem dritten gerade in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden rohrformigen Abschnitt (30) und einem vierten geraden in Langserstreckungsrichtung (L) verlaufenden rohrförmigen Abschnitt (40), welche fluidtechnisch mit dem ersten rohrförmigen Abschnitt (10) und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt (20) in Reihe geschaltet sind wobei der dritte rohrförmige Abschnitt (30) durch die auf einer zweiten in Langserstreckungsrichtung (L) verlaufenden Achse (B) liegenden Schleifenaugen (10b, 10g) und der vierte rohrförmige Abschnitt (40) durch die auf einer dritten in Langserstreckungsrichtung (L) verlaufenden Achse (C) liegenden Schleifenaugen (10c, 10h) verläuft. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß Anspruch 7, wobei der dritte rohrförmige Abschnitt (30) und der vierte rohrförmige Abschnitt (40) jeweils einen Schenkel eines U- Rohres bilden. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 4 und 6 bis 8, wobei die Schleifen (10a, 10b, ...) bei dem Umlauf um fünf sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen (A, B, C, D, E) ohne wechselnde Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen (A, B; B, C; C, D ...) geführt sind. 0. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schleifen (10a, 10b, ...) bei dem Umlauf um fünf sich in Längserstreckungsrichtung erstreckende Achsen (A, B, C, D, E) mit wechselnder Krümmung zwischen jeweils zwei Achsen (A, B; B, C; C, D ...) geführt sind.
1 . Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner mit einem fünften gerade in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden rohrförmigen Abschnitt (50) und einem sechsten gerade in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden rohrförmigen Abschnitt (60), welche fluidtechnisch mit dem ersten rohrförmigen
Abschnitt (10) und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt (20) in Reihe geschaltet sind und durch die auf einer vierten in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden Achse (D) liegenden Schleifenaugen (1 Od, 10i) und die auf einer fünften in
Längserstreckungsrichtung (L) verlaufenden Achse (E) liegenden Schleifenaugen (10e, 10j) verläuft.
2. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der
rohrförmige Abschnitt (10) ein Schleifenverlaufsschema aufweist, bei dem der rohrförmige Abschnitt (10) bezüglich an den Ecken eines Fünfecks, insbesondere eines regelmäßigen Fünfecks in Längsrichtung angeordneten Achsen A, B, C, D und E, gegen den Uhrzeigersinn gegenüber den Achsen verschoben gelegenen Punkten A1 , B1 , C1 , D1 und E1 im Sinne der Fig. 9 und im Uhrzeigersinn gegenüber den Achsen verschoben gelegenen Punkten A2, B2, C2, D2 und E2 im Sinne der Fig. 9 entlang der Punkte A1 , A2, B2, B1 , C1 , C2, D2, D1 , E1 , E2, A2, A1 , B1 , B2, C2, C1 , D1 , D2, E2, E1 , A1 ... oder spiegelbildlich verläuft.
3. Mischer-Wärmetauscher aufweisend:
ein fluidführendes Volumen (230) mit einem Fluideinlass (210) und einem Fluidauslass (220), und
einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sich der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz (100) in das fluidführende Volumen (230) erstreckt, sodass ein durch den Fluideinlass (210) in das fluidführende Volumen (230) einströmendes Fluid durch die Geometrie des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes (100) eine Scherbeanspruchung erfährt, bevor das eingeströmte Fluid das fluidführende Volumen (230) durch den Fluidauslass (220) verlässt.
4. Mischer-Wärmetauscher gemäß Anspruch 13, wobei das fluidführende Volumen (230) über die Längserstreckungsrichtung (L) eine konstante lichte Querschnittsfläche aufweist.
Mischer-Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 13 und 14, wobei eine
Einhüllende (E) des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 einen Abstand zu einer inneren Wandung des fluidführenden Volumens (230) des Mischer-Wärmetauschers (200), in das der Mischer- Wärmetauscher-Einsatz (100) einzubringen ist, aufweist, der wenigstens dem Viertel Rohrdurchmesser entspricht.
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