DE3808026C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher
zum Erwärmen einer Flüssigkeit durch indirekten Wärmetausch
zwischen einem Dampf und der Flüssigkeit nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Ein solcher Wärmetauscher ist aus der US-PS 42 16 002 bekannt.
Plattenförmige Wärmetauscher der vorgenannten Art, die mit fallendem
Flüssigkeitsfilm arbeiten, sind industriell in großem Umfang im
Einsatz. In
solchen Wärmetauschern wird die durch Dampf mit indirektem
Wärmeübergang zu erwärmende Flüssigkeit so gerichtet, daß
sie als fallender Film über die Außenflächen von aus zwei
Platten bestehenden Heizelementen nach unten strömt, wobei
diese Heizelemente durch Wärmetausch mit Dampf erwärmt
werden, der zwischen den Platten dieser Elemente zirkuliert.
Eine gemeinsame Anordnung zum Verteilen der Flüssigkeit
derart, daß sie gleichmäßig über die Plattenoberflächen
strömt, besteht aus einem perforierten, horizontal angeord
neten Trog, der über den oberen Enden der plattenförmigen
Wärmetauscherelemente angeordnet ist. Löcher in dem Trog
sind oberhalb der oberen Ränder der Plattenelemente ange
ordnet.
Die Löcher eines solchen perforierten Troges können ver
stopft oder verschlossen werden, wenn die zu erwärmende
Flüssigkeit große Feststoffpartikel in Suspension mit sich
führt. Wenn beispielsweise ein solcher Wärmetauscher mit
fallendem Flüssigkeitsfilm als eine äußere Heizvorrichtung
für einen Chargenkocher beim Holzaufschluß verwendet wird,
dann können in der Flüssigkeit mitgeführte Holzpartikel die
Löcher im Flüssigkeitsverteilertrog des Wärmetauschers ver
stopfen und dadurch die gleichmäßige Verteilung der Flüssig
keit auf die Plattenelemente stören.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Wärmetauscher der vorgenannten Art anzugeben, bei dem
die Wahrscheinlichkeit, daß in der Flüssigkeit mitgeführte
Feststoffpartikel die Löcher im Flüssigkeitsverteilertrog
verstopfen, vermieden oder doch wenigstens vermindert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Er
findung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß uner
wünschte Partikel, die in der zu erwärmenden Flüssigkeit
mitgeführt werden, aus der Flüssigkeit abgeschieden werden,
so daß sie an dem Verteilertrog vorbeilaufen und diesen und
damit die Wärmetauscherflächen nicht erreichen können.
Die Erfindung sieht demnach ein schrägstehendes Sieb vor,
das Öffnungen aufweist, die kleiner als die Löcher in dem
Flüssigkeitsverteilertrog sind. Dieses Sieb ist oberhalb
des Troges und unter dem Einlaß in den Wärmetauscher für
die zu erwärmende Flüssigkeit angeordnet. Feststoffpartikel,
die die Löcher des Flüssigkeitsverteilertroges verstopfen
könnten, können nicht durch die Öffnungen des Siebes ge
langen und daher die Troglöcher nicht erreichen. Weil die
Siebfläche unter einem Winkel zur Horizontalen angeordnet
ist, werden die ausgesiebten Partikel an der Außenseite des
Siebes heruntergewaschen, um die Wärmetauscherflächen der
unter dem Trog vorhandenen Wärmetauscherelemente zu umgehen,
und sie werden dann aus dem Wärmetauscher abgepumpt.
Obgleich das Sieb in den verschiedensten Arten ausgestaltet
und angeordnet sein kann, wie auch die Einrichtungen zum
Zuführen von Flüssigkeit zu dem Sieb unterschiedlich ge
staltet sein können, verwendet eine gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung ein im wesentlichen konisches
Sieb, dessen Spitze auf einen Punkt unter jenem zentriert
ist, an welchem die Flüssigkeit dem Sieb zugeführt wird.
Eine solche Siebanordnung ist an sich bereits aus der US-PS 46 04 202
bekannt, die eine in eine Wasserleitung einzufügende Filtervorrichtung
beschreibt, bei der ein kegelförmiges Sieb in ein rohrförmiges Gehäuse
eingesetzt ist, das in Nachbarschaft zu dem Sieb stromaufwärts desselben
Wanddurchbrüche besitzt, die von einem auf dem Gehäuse angeordneten
Schieber verschlossen sind, der zum Reinigen des Siebes in eine
Öffnungsstellung verschoben werden kann.
Ein Sieb in Form eines geraden, kreisförmigen Konus, dessen
Oberfläche unter einem Winkel von etwa 60° verläuft, lenkt
Feststoffpartikel wirksam ab. Das Sieb könnte auch die Ge
stalt einer Pyramide aufweisen, deren Basis dem Umfang des
Flüssigkeitsverteilertroges entspricht, es kann aber auch
eine andere Gestalt haben, solange nur seine Seiten schräg
verlaufen.
Es ist ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das
Sieb aus Draht von beispielsweise dreieckigem Querschnitt
herzustellen, wobei die Kanten des Drahtes nicht scharf,
sondern etwas verrundet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Wärmetauscher mit plattenförmigen Elementen
mit fallendem Flüssigkeitsfilm, der mit einem Sieb
ausgerüstet ist;
Fig. 2 ein Detail des Siebes in Fig. 1 im Schnitt, und
Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel des Wärmetauschers mit
seinem Sieb im Zusammenwirken mit einem Chargen
kocher von der Art, wie sie beim Holzaufschluß ver
wendet wird.
Wie Fig. 1 zeigt, hat ein Wärmetauscher 10 mit plattenför
migen Wärmetauschelementen für fallenden Flüssigkeitsfilm
ein äußeres Gehäuse 11, in welchem eine Gruppe von im
wesentlichen parallelen vertikalen Platten von Wärmetau
scherelementen 12 angeordnet sind. Jedes plattenförmige
Wärmetauscherelement 12 besteht aus zwei Platten, die an
ihren Rändern miteinander verbunden sind, mit einem Einlaß
für Heizdampf, der mit dem Pfeil 13 bezeichnet ist, und
einem Auslaß für Kondensat, der mit dem Pfeil 14 bezeichnet
ist.
In den Wärmetauscher 10 führt am oberen Ende des Gehäuses
11 ein Einlaß 15 für die zu erwärmende zugeführte Flüssig
keit. Am unteren Ende des Gehäuses 11 ist ein Raum 16 aus
gebildet, in welchem die erwärmte Flüssigkeit aufgefangen
wird und von wo aus diese über eine Leitung 17 zu einer
Pumpe P austritt.
Ein Flüssigkeitsverteilertrog 18 ist über den oberen Rändern
der plattenförmigen Wärmetauscherelemente 12 angeordnet und
weist Löcher oder Bohrungen auf, die auf die Ränder der
Wärmetauscherelemente ausgerichtet sind. Ein schräg ver
laufendes Sieb 19 ist unterhalb des Einlasses 15, oberhalb
des Flüssigkeitsverteilertroges 18 angeordnet, um Fest
stoffpartikel aufzufangen, die zusammen mit der zu erwärmen
den Flüssigkeit in den Wärmetauscher 10 eintreten. Diese
Feststoffpartikel sollen aufgefangen werden, bevor sie den
Verteilertrog 18 erreichen und dessen Löcher möglicherweise
verstopfen. Die von dem Sieb 19 aufgefangenen Partikel
rutschen die schrägen Seiten des Siebes nach unten und
werden zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit aus dem Wärme
tauscher abgezogen, ohne daß sie die Oberflächen der Wärme
tauscherelemente 12 berühren.
Der Trog 18 und das Sieb 19 sind in Fig. 2 detaillierter
dargestellt. Die Größen der Elemente in Fig. 2 sind zur Ver
deutlichung der Darstellung und zur besseren Erläuterung
des zugrunde liegenden Prinzips nicht maß
stabsgerecht, sondern maßstabsverzerrt dargestellt. Wie
durch die Pfeile in der Zeichnung gezeigt, tritt zu erwär
mende Flüssigkeit durch den Einlaß 15 ein, der hier einfach
als ein Rohr dargestellt ist, obgleich die Flüssigkeitszu
führeinrichtung auch jede andere Form haben könnte, und
tritt durch das Sieb 19 hindurch, um auf die Wärmetauscher
elemente 12 von dem Flüssigkeitsverteilertrog 18 verteilt
zu werden. Der Trog 18 hat einen im wesentlichen flachen,
horizontalen Boden 21 und aufrechte Seitenwände 22. Mehrere
Löcher 23 im Trogboden 21 sind so angeordnet, daß sie die
zu erwärmende Flüssigkeit gleichmäßig über die Breite der
Wärmetauscherelemente 12 verteilt. Die relative Größe der
Löcher 23 ist zur Verdeutlichung der Darstellung stark ver
größert dargestellt, wie auch die Größe der Öffnungen 24 im
Sieb 19, das als direkt über dem Trog 18 angeordnet darge
stellt ist. Das Sieb 19 ist groß genug, daß Feststoffpar
tikel, die von dem Sieb 19 abgelenkt werden, außerhalb der
Seitenwände 22 des Troges 18 nach unten fallen. Der Gesamt
aufbau des Siebes 19 kann konisch oder pyramidenförmig
sein, wobei die Seiten unter einem Winkel zur Horizontalen
verlaufen, der vorzugsweise etwa 60° beträgt. Er kann aber
auch ggf. kleiner sein, in der Zeichnung ist ein Winkel von
etwa 45° dargestellt. Ein steilerer Winkel begünstigt das
Abgleiten der Feststoffpartikel vom Sieb.
Das Sieb 19 kann, wie dargestellt, aus Drahtwindungen be
stehen, wobei der Querschnitt des Drahtes die Gestalt eines
Dreiecks mit abgerundeten Ecken hat. Die Öffnungen 24 durch
das Sieb sind kleiner als die Löcher 23 des Verteilertrogs
21, so daß keine Partikel, die groß genug sind, ein Loch 23
zu verstopfen, durch das Sieb 19 gelangen können. Ein Fest
stoffpartikel von übertrieben dargestellter Größe ist in
Fig. 2 links oben dargestellt, wie es von dem Sieb 19 abge
fangen und nach unten geleitet wird.
Das Sieb 19 verhindert wirksam, daß Feststoffpartikel, die
in den Wärmetauscher 10 zusammen mit der zu erwärmenden
Flüssigkeit eintreten, die Löcher 23 in dem Flüssigkeits
verteilertrog 18 verstopfen. Abgefangene Partikel strömen
an dem Trog 18 und den plattenförmigen Wärmetauscherelemen
ten 12 vorbei und werden aus dem Wärmetauscher 10 unten ab
gezogen. Die Partikel können zusammen mit der erwärmten
Flüssigkeit fortgeführt werden, die den Wärmetauscher 10
verläßt, oder sie können, sofern dies gewünscht wird, auch
davon getrennt abgezogen werden.
Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Erfindung, bei der der
Wärmetauscher 10 als eine äußere Heizvorrichtung für einen
Kocher von der Art verwendet wird, wie sie beim Holzauf
schluß dazu verwendet wird, Holzschnitzel zu kochen. Koch
flüssigkeit wird aus dem Kocher abgezogen, der hier mit 25
bezeichnet ist, und zwar durch ein Rohr 26, das zum Einlaß
15 des Wärmetauschers 10 führt. Nach dem Erwärmen im Wärme
tauscher 10 wird die Flüssigkeit wieder in den Kocher 25
oben durch die Leitung 27 und auch unten durch die Leitung
28 eingeleitet. Der Fachmann weiß, daß dies zur Erzielung
einer besseren Umwälzung erfolgt. Der Kocher 25 weist, wie
dargestellt, die üblichen Siebböden 29 auf, die ein Aus
treten von großen Feststoffpartikeln aus der Leitung 26 ver
hindern sollen. Da jedoch noch immer einige Partikel in die
Leitung 26 eintreten, ist das Sieb 19 im Wärmetauscher dazu
vorgesehen, ein Verstopfen des Flüssigkeitsverteilertroges
durch diese Partikel zu verhindern, die dann über die Lei
tungen 17, 27 und 28 in den Kocher 25 rückgeführt werden.
Die Anordnung nach Fig. 3 ist nur beispielhaft für eine An
wendung des Wärmetauschers.
Claims (6)
1. Wärmetauscher zum Erwärmen einer Flüssigkeit durch indirekten
Wärmeaustausch zwischen einem Dampf und der Flüssigkeit, bestehend
aus wenigstens einem hohlen, von dem Dampf durchströmten Wärme
tauschelement mit im wesentlichem vertikal angeordneter Heiz
fläche, einer Leitung zum Zuführen der Flüssigkeit und einer trog
förmigen Verteilereinrichtung oberhalb des Wärmetauschelements,
die Öffnungen zum Verteilen der ihr zugeführten Flüssigkeit auf
die Heizfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß über der Ver
teilereinrichtung (18) unter einem Auslaß (15) der Zuführleitung
ein scrägstehendes Sieb (19) angeordnet ist, dessen Durchlaß
weite enger als die der Öffnungen (23) in der Verteilereinrichtung
(18) ist und dessen Siebflächen sich von einem unter dem Auslaß
(15) der Zuführleitung (26) befindlichen Scheitel nach außen und
unten so erstrecken, daß von dem Sieb (19) aufgefangene, von der
Flüssigkeit mitgeführte Feststoffpartikel an der Verteilereinrichtung
(18) vorbeigeleitet werden.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
schrägstehende Sieb (19) im wesentlichen konische Gestalt hat.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Siebflächen unter einem Winkel von etwa 60° gegen die
Horizontale geneigt sind.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sieb (19) aus einer Drahtwicklung
gebildet ist, mit Durchlässen (24) zwischen benachbarten
Windungen des Drahtes, die schmaler sind
als die Öffnungen (23) des Flüssigkeitsverteilers (18).
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Draht des Siebes (19) im Querschnitt die Gestalt eines Dreiecks
mit abgerundeten Ecken hat.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß er Einrichtungen (16, 17, P) zum Abziehen der
Feststoffpartikel zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit aus dem
Wärmetauscher (10) hat.
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