DE2229746A1 - Thin film heat exchanger - with enhanced heat transfer and suitable for concn applications - Google Patents

Abstract

Fluid such as in the form of a thin film falls down a cooled or heated, internal vertical wall. The fluid is admitted tangentially into an upper annular distribution section, having a larger diameter than the lower cylindrical heat transfer surface. Centrifugal force followed by gravitational force distributes the fluid and provides an even film over the whole of the heated or cooled are a which is heated or cooled by conventional jacket arrangement or by a falling film heat transfer medium.

Description

PManwaK Dipl.-Ing. Joadiim Strass« 848 Henw/Mtln, Röm*r«tr*e· 19PManwaK Dipl.-Ing. Joadiim Strass « 848 Henw / Mtln, Röm * r «tr * e · 19

16. Junt 1972 -/Jg - 10 781June 16, 1972 - / year - 10 781

Peter Skjjzfde Knudsen, Riis Toft 5, Kolding, Dänemark.Peter Skjjzfde Knudsen, Riis Toft 5, Kolding, Denmark.

Wärmeaustauscher.Heat exchanger.

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher derjenigen Art, bei dem das zu kühlende oder zu erwärmende Pluidum in einer dünnen Schicht an einer eine Kammer mit kreisförmigem Querschnitt begrenzenden Kühlfläche bzw. Heizfläche herabläuft, wobei das Fluidum der Kammer an deren oberen Ende zugeführt wird.The invention relates to a heat exchanger of the type in which the fluid to be cooled or heated in a thin layer runs down on a cooling surface or heating surface delimiting a chamber with a circular cross-section, wherein the fluid is supplied to the chamber at its upper end.

Zweck der Erfindung ist es,eine besonders gleichmässige Verteilung des Fluidums über die gesamte Wärmeaustauschfläche zu erreichen, damit die Abkühlung oder die Erwärmung so wirkungsvoll wie möglich erfolgt.The purpose of the invention is to provide a particularly uniform To achieve distribution of the fluid over the entire heat exchange surface, so that the cooling or heating is so effective as possible.

Dieser Zweck wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass über der Kammer ein ringförmiger Verteilerraum vorgesehen ist, der eine äussere, kreisförmige Peripheriewand, einen Boden und einen ringförmigen Auslauf entlang der Kammerwand aufweist, wobei ein Zulauf für das Fluidum zum Verteilerraum tangential in diesen ausmündet.This purpose is achieved according to the invention in that an annular distributor space is provided above the chamber which has an outer, circular peripheral wall, a bottom and an annular outlet along the chamber wall, wherein an inlet for the fluid to the distributor space opens out tangentially into the latter.

Durch die tangentiale Zufuhr des Fluidums zum Verteilerraum wird dem Fluidum eine Zentrifugalkraft vermittelt , was zurDue to the tangential supply of the fluid to the distribution chamber a centrifugal force is imparted to the fluid, which leads to

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Folge hat, dass das Pluidum zur Peripheriewand des Verteillerraumes hindrängt und sich eine gewisse Zeit im Raum bei einer gleichmässigen Verteilung in demselben aufhält. Im Laufe einer fortschreitenden Verringerung der Zentrifugalkraft rieselt das dergestalt verteilte Pluidum unter Einfluss der Schwerkraft gleichmassig verteilt an der Kühl- bzw. Heizfläche herab, wodurch eine wirkungsvolle Abkühlung bzw. Erwärmung erreicht-wird.The consequence is that the pluidum becomes the peripheral wall of the distribution room pushes and spends a certain amount of time in space with an even Distribution resides in the same. In the course of a progressive reduction in centrifugal force, it trickles in this way distributed pluidum under the influence of gravity evenly distributed down the cooling or heating surface, creating a effective cooling or heating is achieved.

Erfindungsgemäss kann der Verteilerraum grösseren Durchmesser als· die Kammer aufweisen, wobei der Boden die Peripheriewand des Raumes mit derjenigen der Kammer verbindet, und der Auslauf von der gegen das Kammerinnere wendenden freien Überlaufkante des Bodens gebildet wird· Hierdurch erhält man eine einfache, undoleicht zugängliche Konstruktion, die einfach zu reinigen ist.According to the invention, the distribution space can have a larger diameter than the chamber, with the bottom being the peripheral wall of the space connects with that of the chamber, and the outlet from the free overflow edge facing towards the interior of the chamber of the floor is formed · This results in a simple, inaccessible construction that is easy to clean is.

Erfindungsgemäss kann der Wärmeaustauscher auch dergestalt ausgebildet sein, dass der Boden in Abstand von der Peripheriewand des Verteilerraumes endet und zusammen mit dieser eine Ringspalte begrenzt, die den Auslauf bildet. Bei dieser Ausführungsform kann der Wärmeaustauscher in seiner gesamten Ausdehnung mit einem im Wesentlichen gleichen Aussendurchmesser ausgebildet werden. Der Boden kann in diesem Fall erfindungsgemäss auf Stützen ruhen, die mit der Kammerwand verbunden sind, wodurch es möglich wird den Boden herausnehmbar anzubringen.According to the invention, the heat exchanger can also be designed in this way be designed so that the bottom ends at a distance from the peripheral wall of the distributor space and together with this bounded by an annular gap that forms the outlet. In this embodiment, the heat exchanger can over its entire extent be formed with a substantially the same outer diameter. The soil can in this case according to the invention rest on supports that are connected to the chamber wall, which makes it possible to attach the floor removable.

Erfindungsgemäss kann die Peripheriewand und/oder der Boden des Verteilerraumes von der Kühlfläche bzw. Heizfläche des Wärmeaustauschers gebildet werden, wodurch auch die Wandflächen des Verteilerraumes für die Abkühlung bzw. Erwärmung ausgenutzt werden.According to the invention, the peripheral wall and / or the floor of the distributor space can be separated from the cooling surface or heating surface of the heat exchanger are formed, whereby the wall surfaces of the distributor space are also used for cooling or heating will.

Die Erfindung sei im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing shows

Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäss ausgebildeten Wärmeaustauscher,1 schematically shows an axial section through a first exemplary embodiment for one designed according to the invention Heat exchanger,

Fig. 2 den Austauscher gemäss Fig. 1 von oben gesehen,FIG. 2 the exchanger according to FIG. 1 seen from above,

Fig. 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel für den Wärmeaustauscher teils von der Seite und teils im Schnitt, Fig. 4 den Austauscher gemäss Fig. 3 von oben gesehen,Fig. 3 schematically a second embodiment for the heat exchanger partly from the side and partly in section, FIG. 4 the exchanger according to FIG. 3 seen from above,

Fig. 5 schematisch einen Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel für den Wärmeaustauscher, und5 schematically shows an axial section through a third one Embodiment for the heat exchanger, and

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Pig. 6 den Austauscher gemäss Fig. 5 von oben gesehen. Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Wärmeaustauscher ist alsPig. 6 the exchanger according to FIG. 5 seen from above. The heat exchanger shown in Figs. 1 and 2 is as

Milchkühler ausgebildet und besteht aus einer Kammer 1, die von einem kreiszylindrischen Mantel und einem Boden J5 gebildet wird. Der Mantel 2 ist doppelwandig, sodass zwischen den Wandteilen ein Zwischenraum 4 gebildet wird, der mittels schraubenlinienförmig verlaufenden Scheidewänden 5 in sehraubenlinienförmige Kanäle, die unten mit einem Zuführstutzen 6 und oben einem Ablaufstutzen 7 für Kühlflüssigkeit verbunden sind, aufgeteilt ist.Formed milk cooler and consists of a chamber 1, which is of a circular cylindrical shell and a bottom J5 is formed. The jacket 2 is double-walled, so that one between the wall parts Gap 4 is formed, which by means of helical partition walls 5 in very helical channels that at the bottom with a feed nozzle 6 and at the top with a drain nozzle 7 for cooling liquid are connected, is divided.

Über der Kammer" 1 befindet ein ringförmiger Verteilerraum 8, dessen Durchmesser grosser als derjenige des Mantels 2 ist, und der von einer äusseren, kreisförmigen Peripheriewand 10 und einem Boden 11, der sich zwischen der Wand 10 und dem Mantel 2 erstreckt, gebildet wird. Auch die Peripheriewand 10 und der Boden 11 sind doppelwandig, und die dadurch gebildeten Zwischenräume bilden eine Fortsetzung der Flüssigkeitskanäle des Kammermantels 2 und bilden somit ebenfalls Kühlflächen. Der Stutzen 7 geht von der Wand 10 aus. Ein Zulauf 12 für Milch mündet tangential in den Verteilerraum 8 ein.An annular distribution space is located above the chamber "1" 8, the diameter of which is greater than that of the shell 2, and that of an outer, circular peripheral wall 10 and a floor 11 which extends between the wall 10 and the shell 2 is formed. Also the peripheral wall 10 and the bottom 11 are double-walled, and the spaces formed thereby form a continuation of the liquid channels of the Chamber jacket 2 and thus also form cooling surfaces. The connecting piece 7 extends from the wall 10. An inlet 12 for milk opens tangentially into the distributor space 8.

Darüberhinaus har der Wärmeaustauscher einen Zulaufstutzen 15 und einen Ablaufstutzen 14 für Milch.In addition, the heat exchanger has an inlet connection 15 and an outlet connection 14 for milk.

Bei dem vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass der Milchkühler mit einer Rohrmelkanlage verbunden ist. In dieser Anlage wird die Milch portionsweise mit Intervallen von wenigen Sekunden in den Verteilerraum 8 geschickt, wo sie unter Einfluss der Zentrifugalkraft nach aussen drängt und entlang der Peripheriewand 10 zirkuliert. Hierdurch wird eine gleichmässige Verteilung der Milch entlang dieser Wand erreicht. Im Zuge eines Abfallens der Zentrifugalkraft wird die Milch dann unter Einfluss der Schwerkraft entlang dem Boden 11 des Verteilerraumes 8 laufen und über die Innenkante des Bodens 11 hinweg den Räum 8 verlassen und sehr gleiehmässig verteilt an der Innenseite des Mantels 2 herabrieseln. ■·■--. ·■·In the present example it is assumed that the milk cooler is connected to a pipe milking system. In this System, the milk is sent in portions at intervals of a few seconds into the distribution room 8, where it is influenced the centrifugal force pushes outwards and circulates along the peripheral wall 10. This ensures an even distribution the milk reaches along this wall. When the centrifugal force drops, the milk is then influenced run under the force of gravity along the floor 11 of the distribution chamber 8 and leave the chamber 8 over the inner edge of the floor 11 and trickle down very uniformly distributed on the inside of the jacket 2. ■ · ■ -. · ■ ·

Gleichzeitig wird durch den Stutzen 6 ein Kühlmittel, z.B. Kühlwasser oder Eiswasser zugeführt; das nach einem Durch-. laufen des Mantels 2 , des Bodens 10 und der Wand Ii^i:dgri''Mr-"" meaustauscher durch den Stutzen 7 verlässt'. 'Infolge der äusserst gleichmässigen Verteilung der Milch über die Innenseite des Mantels 2 wird eine sehr wirkungsvolle Kühlung erreicht. Die gekühlte 'At the same time, a coolant, for example cooling water or ice water, is supplied through the nozzle 6; that after a through. run of the shell 2, the bottom 10 and the wall Ii ^i: dgri''Mr- "" meaustauscher leaves through the nozzle 7 '. As a result of the extremely even distribution of the milk over the inside of the jacket 2, very effective cooling is achieved. The chilled '

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Milch verlässt den Wärmeaustauscher durch den Stutzen 14.Milk leaves the heat exchanger through the connector 14.

Bei dem in Pig. J5 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Verteilerraum 8 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Kammer 1, In diesem Beispiel ist der Verteilerraum von einer kreisförmigen Peripheriewand 15 und einem ringförmigen Boden l6 gebildet, wobei der Boden indessen auch eine Platte sein kann. Der Aussendurchmesser des Bodens 16 ist etwas geringer als der Innendurchmesser des Raumes 8, wodurch zwischen der Aussenkante des Bodens und der Wand eine ringförmige Spalte 17 gebildet wird, die den Auslauf aus dem Verteilerraum 8 darstellt. Der Boden 16 ruht auf einigen Vorsprüngen 8, die mit dem Mantel 2 der Kammer 1 verbunden sind. Die übrigen Teile des Wärmeaustauschers entsprechen den in Pig. I ung 2 gezeigten.The one in Pig. J5 and 4 shown embodiment the distribution space 8 has essentially the same diameter as the chamber 1, In this example the distribution space is from a circular peripheral wall 15 and an annular bottom 16 formed, the bottom, however, can also be a plate. The outside diameter of the bottom 16 is slightly smaller than that Inner diameter of the space 8, whereby between the outer edge an annular gap 17 is formed of the bottom and the wall, which represents the outlet from the distributor space 8. The floor 16 rests on some projections 8 connected to the shell 2 of the chamber 1. The other parts of the heat exchanger are the same the one in Pig. I ung 2 shown.

Wenn die Milch diesem Wärmeaustauscher durch den Zulauf 12 zugeführt wird,drängt sie unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft und mit Hilfe des Bodens 16 auf die Peripheriewand 15 zu und zirkuliert entlang derselben, und sie verlässt den Verteilerraum 8 durch den Spalt 17 und rieselt fein verteilt an der Innenseite des Mantels 2 herab.When the milk is fed to this heat exchanger through the inlet 12, it pushes under the influence of the centrifugal force and with the aid of the floor 16 towards the peripheral wall 15 and circulates along the same, and it leaves the distributor space 8 through the gap 17 and trickles down finely distributed on the inside of the shell 2.

Zum Unterschied von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel i .-■■;; weder die Peripheriewand 15 noch der Boden 16 des Verteilerrauraes als Fortsetzung des Kühlflussigkeitskanals des Kammermantels 2 ausgebildet. Der Ablaufstutzen 7 für Kühlflüssigkeit 1st am oberen Ende des Mantels 2 vorgesehen.In contrast to the example shown in FIGS. 1 and 2 i .- ■■ ;; neither the peripheral wall 15 nor the floor 16 of the distributor room designed as a continuation of the cooling fluid channel of the chamber jacket 2. The drain port 7 for coolant 1st provided at the upper end of the shell 2.

Fig. 5 und 6 zeigen, einen erfindungsgemässen Wärmeaustauscher als Eindampfer ausgebildet. Der Wärmeaustauscher hat eine Kammer 1, die von einem kreiszylindrischen,einwandigen Mantel 19 und einem Boden 20 gebildet wird. Um den oberen Teil des Mantels 1 erstreckt sich ein ringförmiger Verteilerkanal 21, der einen Zulaufstutzen 22 für ein Heizmittel, z.B. warmes Wasser, aufweist, und der unten eine ringförmige Auslauföffnung 25 in unmittelbarer Nähe des Mantels 19 hat, sodass das Heizmittel den Kanal 21 verlassen und in einer dünnen Schicht an der Aussenseite der Kammer herabrieseln kann.5 and 6 show a heat exchanger according to the invention designed as an evaporator. The heat exchanger has a Chamber 1, which is formed by a circular cylindrical, single-walled jacket 19 and a base 20. Around the top of the coat 1 extends an annular distribution channel 21 which has an inlet connection 22 for a heating medium, e.g. warm water, and at the bottom an annular outlet opening 25 in the immediate vicinity Proximity of the jacket 19 has, so that the heating means leave the channel 21 and in a thin layer on the outside of the chamber can trickle down.

Oben über der Kammer 1 befindet sich ein Verteilerraum 24, dessen Durchmesser grosser als derjenige des Mantels 19 ist, und der von oiner äusseren, kreisförmigen Peripheriewand 25 und einem Bcäen 26, der sich zwischen der Wand 25 und dem Mantel 19Above the chamber 1 is a distribution space 24, the diameter of which is larger than that of the jacket 19, and that of an outer, circular peripheral wall 25 and a base 26 which extends between the wall 25 and the jacket 19

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erstreckt, gebildet wird. Ein Zulauf 27, beispielsweise für Salzwasser, das eingedampft werden soll, mündet tangential in den Verteilerraum ein, der auf gleiche Weise wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wirkt. Während des Eindampfens entwickelte Dämpfe können den Wärmeaustauscher durch einen Abzug 28 verlassen und eventuell später zu Süsswasser kondensiert werden, während die eingedampften Stoffe den Wärmeaustauscher durch einen Auslauf 29 verlassen können.extends, is formed. An inlet 27, for example for Salt water, which is to be evaporated, flows tangentially into the distribution room, which is in the same way as in connection with Fig. 1 and 2 described acts. During evaporation developed vapors can leave the heat exchanger through a vent 28 and possibly later condensed into fresh water, while the evaporated substances can leave the heat exchanger through an outlet 29.

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Claims (5)

Patentansp £_ü_c_h_e_.Patent application £ _ü_c_h_e_. 1. Wärmeaustauscher derjenigen Art, bei dem das zu kühlende oder zu erwärmende Fluidum in einer dünnen Schicht an einer Kühlfläche bzw. Heizfläche , die eine Kammer mit kreisförmigem Querschnitt begrenzt, herabläuft, wobei das Fluidum der Kammer an deren oberen Ende zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass oben über der Kammer ein ringförmiger Verteilerraum1. Heat exchanger of the type in which the fluid to be cooled or heated is in a thin layer a cooling surface or heating surface, which delimits a chamber with a circular cross-section, runs down, the fluid of the Chamber is fed at its upper end, characterized in that an annular distributor space above the chamber ist
vorgesehen, der· eine äussere, kreisförmige Peripheriewand, einen Boden und einen ringförmigen Auslauf entlang der Kammerwandung aufweist, wobei ein Zulauf für das Fluidum .zum Verteillerraum tangential in denselben ausmündet.is
provided which has an outer, circular peripheral wall, a base and an annular outlet along the chamber wall, an inlet for the fluid. 2. Wärmeaustauscher gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass- Durchmesser des Verteilerraums grosser als derjenige der Kammer ist, wobei der Boden des Verteilerraums die Peripheriewand desselben mit derjenigen der Kammer verbindet, und der Auslauf von der freien, gegen das Innere der Kammer wendenden Überlaufkante des Bodens gebildet wird.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that that the diameter of the distribution space is larger than that of the chamber, the bottom of the distribution space being the The peripheral wall of the same connects with that of the chamber, and the outlet from the free one, turning towards the interior of the chamber Overflow edge of the floor is formed. 3. Wärmeaustauscher gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden in Abstand von der Peripheriewand des Verteilerraums endet und zusammen mit derselben eine den Auslauf bildende Ringspalte begrenzt.3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the bottom at a distance from the peripheral wall of the Distribution space ends and together with the same delimits an annular gap forming the outlet. 4. Wärmeaustauscher gemäss Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden auf mit der Kammerwand verbundenen Stützorganen aufruht.4. Heat exchanger according to claim J5, characterized in that that the floor rests on supporting organs connected to the chamber wall. 5. Wärmeaustauscher gemäss einem jeden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Peripheriewand und/oder der Boden des Verteilerraumes von der Kühlfläche bzw. Heizfläche des Wärmeaustauschers gebildet sind.5. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the peripheral wall and / or the floor of the distributor space is formed by the cooling surface or heating surface of the heat exchanger. 209853/0833209853/0833