DE8409717U1

DE8409717U1 - Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch zwischen zwei oder mehr strömungsfähigen Medien

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Publication number: DE8409717U1
Application number: DE8409717U
Authority: DE
Original assignee: SCHICK JOSEF HUBERT 5203 MUCH DE
Current assignee: SCHICK JOSEF HUBERT 5203 MUCH DE
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1986-11-20
Also published as: EP0177519A1; JPS61501523A; AU4213785A; WO1985004470A2; DE3411675A1; WO1985004470A3

Description

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Köln, den 23. März 1984 vA.
Anmelder: Josef Hubert Schick
Mein Zeichenx Sch 51/34

Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch zwischen zwei oder 1 mehr strömungsfähigen Medien |

&Ggr; Die Erfindung betrifft ein** Vorrichtung zum Wärme- und Stoff- | f austausch zwischen zwei oder mehr strömungsfähigen Medien zum |

Wärmetausch oder zum Einleiten einer Reaktion zwischen den Me- ^li dient mit einer Zu- und einer Ableitung für das eine und einer I, Zu- und einer Ableitung für das andere Medium und mindestens I

zwei sich umschließenden Rohren, von denen das eine an die ei- \ ne und das andere an die andere Zu- und Ableitung angeschlos- '? sen ist. >;

Wärmetauscher sind in zahlreichen Ausführungeformen bekannt. .; Bei einer Ausführungsform sind zwei Rohre konzentrisch zuein- | ander angeordnet. Das Kühl- oder Heizmedium wird durch den | Ringraum zwischen den beiden Rohren durchgeleitet. Das einen f V höheren Druck aufweisende Medium wird durch das innere Rohr geführt. In manchen Fällen wird das innere Rohr auch mit Längs- ' rippen versehen. Das gegenseitige Abdichten der von den beiden I Rohren umschlossenen Räume erfordert bei den bekannten Wärme- X austauschen einen hohen Aufwand. Insbesondere ist dabei an die
auf dia Stirnseiten der Rohre aufgesetzten Flansche zu denken.
Der Aufwand steigt, wenn die durch den Wärmetauscher durchgeführten Medien unter einem hohen Druck stehen, hohe Temperaturen aufweisen oder die Drücke und Temperaturen der beiden Medien stark voneinander abweichen. I

Hiervon auegehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei- f nen Wärmetauscher oder allgemein eine Vorrichtung der eingangs * oh 51/34 genannten Gattung ao auszubilden, daß sich die Räume, durch die

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dle verschiedenen Medien durchgeführt «erden, leicht gegeneinander abdichten lassen. Insbesondere soll auch eine Vorrichtung geschaffen werden» durch die die Medien nicht nur getrennt voneinander durchgeführt, sondern in der sie auch miteinander reagieren kOnnen.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung ergibt sich die Lösung für diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch» daß das innere Rohr mit seinen beiden Enden durch o&s äußere Rohr durchgeführt ist und mit seinen Enden über dieses übersteht» die Zu- und Ableitungen unter einem in wesentlichen ( > rechten Winkel zu den Rohren verlaufen» ein Paar Zu- und Ableitungen auf die Enden des inneren Rohres und ein Paar Zu- und Ableitungen auf die Enden des äußeren Rohres aufgesetzt sind» an den Aufsetzstellen Öffnungen entsprechend den Rohrdurchmessern in den Zu- und Ableitungen vorgesehen und die Rohre damit alt den Zu- und Ableitungen verbunden sind und sämtliche Durchführungs- und Verbindungsstellen verschlossen sind.

Wie bekannt läuft bei dieser Konstruktion das Innere durch das äußere Rohr durch. Dabei tritt es durch die auf das äußere Rohr aufgesetzten Zu- und Ableitungen durch. Nur an diesen Durchtritts- oder Durchführungsstellen müssen die von den beiden Rohren umschlossenen Räume gegeneinander abdgedichtet werden. ^ Dies ist einfach und läßt sich im allgemeinen durch Schweißen ausführen. Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil» daß die Vorrichtung eine einfache geometrische Form aufweist und bezogen auf die Fläche, über die die von den beiden Rohren umschlossenen Räume miteinander in Berührung stehen» nur einen geringen Raumbedarf hat. Dies ermöglicht» daß die auf die erfindungsgemäße Weise angeordneten Rohre in noch zu erläuternder Weise unter Bildung von Registern nebeneinander angeordnet werden und auf vielfältige Weise parallel zueinander und in Reihe miteinander verbunden werden können. Die Vorrichtungen können auch horizontal, vertikal oder auch in Schräglage angeordnet werden.

überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die erflndungsgenäße Vorrichtung nicht nur sum wärme-, sondern auch zum Stoffaua- ?h S1/34 tausch zwischen zwei oder mehr Medien verwendet werden kann.

Bel einer ersten Betrachtun? ergeben sich zehn verschiedene Einsatzgebietet

Gruppe It Doppelrohr-Wärmeaustauscher) Rippenrohr-Wärmeaustauscher; Drei- und Mehrfach-Wärmeaustauscher* Platten-Wärmeaustauscher.

Gruppe 2t Abgaskühler; Luftkühier; Querrohrkühler; Würzkühlapparate; Kondensatoren; Rückflufikondensatoren.

Gruppe 3 t Verdampfer; Steilrohrverdampfer; Mehrstufenverdaapfer; Fallfilmverdampfer; Verdampfer für empfindliche Güter; Niederdruck-Dampferzeuger.

Gruppe 4t Apparate für: Extraktion, Destillation, Rektifikation, Entgasung.

Gruppe 5t Eindicker; Vorkonzentratoren; Sterilisatoren,, Gruppe 6t Wärmerückgewinnung; Losemittelrückgewinnung.

Gruppe 7t Kerzenfilter; Ultrafiltration; Füllkörperkolonnen; Katalysereaktoren; Ionenaustauscher; Nlederdruck-Kontak'cöfen; Desodorierer.

Gruppe 8t Chlorat^lektrolyse; Perchloratelektrolyee; Gastrennung; Thermodiffusion; Fremdgasdiffusion; Isotopenanreicherung .

Gruppe 9t Luftzerlegung; Seewasserentsalzung.

Gruppe 10t Brennstoffzellen; Differenzdruckelektrolyse; Bioreaktoren.

Am Beispiel der In der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Darstellung der Grundform der erfindungsgemäeen Vorrichtung mit einem inneren und einem äufieren Rohr und den an diese angeschlossenen Zu- und Ableitungen,

Fig. 2 die Darstellung von Querschnitten mit unterschiedlichen Arten der Ausbildung der Rohre und der Anordnung von Rippen sum Erhöhen des Wärmeaustausche,

a 51/34 Flg. 3 die Aufsicht auf mehrere nebeneinander angeordnete und

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ein Register bildende innere und äuBere Rohre, wobei

dieses Register zusammen mit anderen einen Block bildet,

jjf; Fig. 4 eine Ansicht entlang der Schnittlinie 4 - 4 in Flg. 3 t und teilweise in anderem Ma8stab von mehreren durch Pa-

' rallelverbindung zu einem Block zusammengefaßten Regi

stern,

Fig. 5 eine andere Darstellung von mehreren zu einem Block zusammengefasten Registern,

) Fig. 6 die Darstellung von mehreren in Reihe miteinander verbundenen Registern,

Fig. 7 eine Darstellung ahnlich Fig. 1 von mehr als zwei ineinanderliegenden und einen Mehrfach-Wärmeaustauffsher bildenden Rohren,

Flg. 8 eine Teilansicht von zwei ineinander liegenden und einen Fallfilmverdampfer bildenden Rohren,

Fit?. 9 die Darstellung eines Fallfllmverdaiapfers mit Kühlung, Flg.10 die Darstellung eines Verdampfers mit Rücklauf,

Flg.11 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Elektrolyse-Zelle ,

Fig.12 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 12 - 12 in Fig. 11 durch drei filterpressenartlg angeordnete Register,

Fig.13 ein Teilschnltt durch einen Rahmen unter besonderer Darstellung einer die Rohre gegeneinander isolierenden Manschette,

Fig.14 ein Teilschnltt durch eine Elektrolysezelle,

Fig.15 eine Darstellung, teilweise in schnitt* einer für dl« Sch 51/34 Wasserelektrolyse verwendbaren Elektrolysezelle,

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Fig«ie «in« Darstellung der Grund*· Ausführungsform nach Fig. 1, wob«! dme innere und da· äußere Rohre durch Platten gebildet werden«

fig.17 die Darstellung einer Hintereinanderschaltung von mehreren einseinen Registern,

Fig.18 die Darstellung der Vorrichtung bei Verwendung als Reaktor /

Fig.19 eine Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 18 in vergrö-( ■ ßertem Masstab,

Fig.20 eine Teil-Darstellung von drei ineinanderliegenden Rohren zur Verwendung als Kerzenfilter,

Fig.21 die Darstellung, teilweise in schnitt, von mehreren ineinanderliegenden Rohren zur Verwendung als Katalyse-Reaktor und

Fig.22 die Darstellung von ineinanderliegenden Rohren bei Verwendung als Bioreaktor.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Vorrichtung mit dem inneren Rohr 3O und dem dieses konzentrisch umgebenden äußeren Rohr 32. Das innere Rohr 30 steht Ober das äußere Rohr 32 über. Mit seinen beiden Enden 1st es an Zu- oder Ableitungen 34 angeschlossen, Die beiden Enden des äußeren Rohres 32 sind an Zu- oder Ableitungen 36 angeschlossen. Diese Zu- und Ableitungen 34 und 36 verlaufen im allgemeinen unter 90° zu dem inneren und dem äußeren Rohr 30 und 32. Sie können jedoch auch andere Winkel mit diesen einschließen. Die Zu- und Ableitungen 36 sind an Stellen 38 auf das Süßere Rohr 32 aufgesetzt. Diese Aufsatzstellen 38 müssen abgedichtet sein. Im allgemeinen reicht es aus* die Zu- und Ableitungen 36 auf die Enden des äußeren Rohres 32 aufzuschweißen. Das innere Rohr 3O ist durch Öffnungen 4O der Zu- :h 51/34 und Ableitungen 36 durchgeführt. Auch diese Durchführungestel-

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len müssen abgedichtet werden. Auch hier reichen Schweißnähte im allgemeinen au«. Pig. 1 seigt, daß die Grundform der Vorrichtung geometrisch einfach und sogar rotationssymmetrisch ist und wenig Platz beansprucht. Dies ermöglicht den im folgenden beschriebenen Zusammenbau su Registern und Blöcken«

Fig. 2 zeigt verschiedene Ausgestaltungen der beiden Rohre insbesondere bei Verwendung in einem Wärmetauscher. Im allgemeinen sind die beiden Rohre 30 und 32 massiv bzw» undurchlässig. Fig. 2 zeigt jedoch auch eine Ausftthrungsfor», bei der das innere Rohr 30 porös ist» Ein solches Rohr wird zum Stoffaustausch, ( ' bei der Durchführung von Reaktionen, zur Elektrolyse und dergleichen verwendet. Fig. 2 zeigt weiter die Anordnung von Längsrippen 42 auf dem inneren Rohr 30. Hierdurch wird der Wärmeübergang verbessert. Fig. 2 zeigt weiter die Anordnung von spiralförmigen Rippen 44 auf dem äußeren Rohr 32. über diese Rippen 44 kann die gesamte Vorrichtung mit im Querstrom zugeführter Luft gekühlt werden, falls sie zu exothermen Reaktionen eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform weist das innere Rohr 30 zusätzlich noch Längsrippen 42 auf. Pig. 2 zeigt weiter noch eine Ausführungsform, bei der lediglich das äußere Rohr 32 spiralförmige Rippen 44 aufweist. Bei der Verwendung dieser in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsformen zum Wärmetausch s kann das zu kühlende Medium wahlweise durch das innere Rohr 30 oder durch das äußere Rohr 32 durchgeleitet werden. Dabei kann in das innere Rohr 30 oder den Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr 30 und dem äußeren Rohr 32 zusätzlich ein kühlendes Medium eingeleitet werden. Bei Hintereinanderschaltung von mehreren Vorrichtungen gemäß Fig. 1 kann auch im Gegenstrom gekühlt werden. Hierzu wird das zu kühlende Medium zuerst durch das innere Rohr 30 und anschließend durch den Ringraum zwischen den beiden Rohren geleitet oder umgekehrt. Dies empfiehlt sich, wenn das zu kühlende Medium aus chemischen oder verfahrenstechnischen Gründen nur langsam abgekühlt werden soll. Entsprechendes gilt, wenn das Medium langsam aufgeheizt werden soll» Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform mit porösem inneren Rohr wird zum Beispiel als Kerzenfilter eingesetzt. Das zu filtrie- :h 51/34 rende Medium wird entweder durch das innere oder durch das au-

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flere Rohr eingeleitet. Bei dieser Filtration kann das äußere Rohr 33 zusätzlich beheizt oder gekühlt werden. Die Vorrichtung wirkt dann sowohl als Filter als auch gleichzeitig ale Wärmetauscher. Erwähnt sei noch/ daß die beiden Medien die beiden Rohre 30 und 32 sowohl in gleicher als auch in entgegengesetzter Richtung durchströmen können» Bei Anordnung der beiden Rohre in einem Gehäuse kann noch ein drittes Medium am Härmeaustausch teilnehmen. Dies kann im Gleich-/ Gegen- oder Kreuzetroß eingeleitet werden*

Fig. 3 zeigt ein sich aus mehreren Ausfuhrungsformen nach Fig. 1 zusammensetzendes Register« Mehrere innere und äußere Rohre 30 bzw« 32 sind gemeinsam an Zu- und Ableitungen 34 und 36 angeschlossen. Diese fuhren zu Sammelleitungen 46 und 48« Diese verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. Mehrere Register der in Fig. 3 gezeigten Art können hintereinander angeordnet und an die gleichen Sammelleitungen 46 und 48 angeschlossen werden. Dies wird noch im folgenden erläutert. Fig. 5 zeigt einen solchen Block. Mehrere Register sind nebeneinander angeordnet und gemeinsam an Sammelleitungen 46 und 48 angeschlossen. Damit ergeben sich Blöcke beliebiger Größen. Diese können in zwei Achsen liegend und in einer Achse stehend angeordnet werden. Fig. 6 zeigt die Serienachaltung mehrerer Register. In der oberen Hälfte der Figur wird ein Querschnitt durch das obere und in der unteren Hälfte ein Querschnitt durch die untere Zu- und Ableitung gezeigt. Die einzelnen Register sind durch Bogenstücke 50 verbunden. Die beiden Seiten oder Enden von auf diese Weise zusammengesetzten Wärmetauschern können wahlweise so geschaltet werden, daß die an einem Wärasjäustausch beteiligten Medien Im Gleich» oder Gegenstrom zueinander fließen. Die Anzahl der in einem Register vorhandenen Rohre, ihr Durchmesser und die Anzahl der in Serie geschalteten Register werden je nach dem Einsatz festgelegt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit mehr als zwei konzentrisch umeinander angeordneten Rohren. Im inneren Rohr 30 ist zusätzlich ein weiteres Rohr 5$ mit einer zusätzlichen Zu- und :h 51/34 Ableitung 54 angeordnet. Das äußere Rohr 32 wird von einem zu-

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sittlichen weiteren Rohr $2 mit einer susatsliehen weiteren 2u- und Ableitung 54 umschlossen« Bei diesem Mehrfaoh-wtrmeaustaascher könne« vier gleiche oder auch verschiedene Medien gleichseitig an Wärmeaustausch teilnehmen. Dieser Wärmetauscher wird auch sum langsamen Erwärmen oder Abkühlen von empfindllohen Medien eingesetzt« Hiersu werden die au- und Ableitungen 34» 3* untf 54 auBerhalb des Registeis to susamnengesehaltet« dal die Medien die Roh*« bsw. Register wahlweise la Glaioh- oder öege©- stron durchfliegen. Die Register können auch so susamaengeschaltet werden« das die 2wisehenrMume swisohen den einseinen Kehren von innen nach auflen oder auch umgekehrt durchströmt werden·

Flg. 6 selgt eine AusfUhrungeform sur Anwendung als Fallfilaver-

: dämpfer» Das innere Bohr 30 steht ein Stück in die Su- und Ablei- $ tung 34 hinein. Genau genommen« steht es in diesen bis sur Höhe \ des au verdampffanden Mediums« Das obere finde des inneren Rohres

30 kann dabei mit Flüasigkeltsverteilern ausgerüstet werden. Das &kgr; su verdampfende und im unteren Teil der Su- und Ableitung 34 iu-'^ geführte Medium läuft über den oberen Rand des inneren Rohres über und an dessen Innenwand herab. Dabei entsteht ein Fallfilm.

öleser kann durch ein durch das äufiere Rohr 32 durehgeleitetes

Heismedium beheilt werden. Die Brüden sammeln eich im oberen ·, Teil der Zu- und Ableitung 34. Sie kennen einem Register« das als Kondensator arbeitet« zugeführt werden.

Fig. 9 seigt einen Fallfilmverdampfer mit Kühlung. Im Vergleich su Fig. &bgr; 1st ein weiteres zusXtsliohee Rohr 52 durch das innere Rohr 30 durchgeführt« Sein oberes Ende mündet in eine Su- und Ableitung 54. Wie bei dem Fallfilmverdampfer nach Fig. 8 kann

.. ein BeiSMedium durch das SuSere Rohr 32 durchgeleitet werden.

Zusfttslich wird ein Kühlmedium durch das weitere Rohr 52 durchgeleitet. Damit kann ein Geaiseh von stoffen verdampft werden. Bestandteile mit höherem Siedepunkt werden im Dampf raum 56 des inneren Rohres 3O sur Kondensation gebracht und laufen an der AuBenwand des weiteren Rohres 52 nach unten zurück. Dieser Fallfilmverdampfer mit Kühlung ermöglicht verschiedene Möglichkeiten sum Durchführen von bestimmten chemischen Reaktionen« Verdamp·*

ich 51/34 funge- oder Destillationsprozessen.

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Flg. 1O «elgt einen Verdampfer ait Rücklauf. Sin Beizmediuia wird durch da« weitere Rohr 52 durchgeleitet. Das zu verdampfende Medium wird durch das innere Rohr 30 zugeführt. Dieses weist Offnungen 58 auf. Damit läuft die Dicklauge in das HuSere Rohr 32 Ober. Die Brüden sammeln sich in der Zu- und Ableitung 36 und können seitlich aus den Registern abgezogen bzw. einem weiteren als Kondensator arbeitenden Register zugeführt werden.

Fig. 11 zeigt eine als Elektrolysezelle arbeitende Aueführungefora. Hierzu werden die bereits beschriebenen Register rahmenförmig nach der Art von Fllterpressenrahisen mit Kunststoff ausgegossen bzw. in einen Kunststoff-Rahmen 60 eingesetzt. Zn diesen Rahmen 60 sind die Zu- und Ableitungen 34 und 36 eingeformt, über diese wird der Elektrolyt zu- und abgekühlt. Die inneren und äußeren Rohre 3O und 32 wirken als Kathode und Anode. Dabei können entweder die Außenwände der inneren Rohre 30 oder die Innenwände der äuBeren Rohre 32 alt einem Katalysator beschichtet werden. Ober die Sammelleitungen 46 wird ein Kühlmittel zugeleitet, über die Sammelleitungen 48 wird der Elektrolyt zugeführt. Die Elektroden sind bei 62 und 64 eingezeichnet. Flg. 12 zeigt einen Schnitt durch drei Fllterpressen-artig angeordnete Rahmen. Die einzelnen Rahmen oder Register sind durch Endwände 66 voneinander getrennt. Dadurch ergibt sich &ngr; eine Reihenschaltung der einzelnen Register. Ohne die Endwände 66 sind die einzelnen Register bzw. Elektrolysesellen parallel geschaltet. Diese Schaltung betrifft nur Elektrolyt- und Kühlmittelkreislauf 4. Wahlweise kann der Elektrolyt in Reihe und das Kühlmittel parallel eingeführt werden oder umgekehrt. Diese Schaltungsart ist für Elektrolyseprozesse, bei denen ein Produkt angereichert wird, von Bedeutung.

Fig. 13 zeigt, wie die beiden die Elektroden bildenden Rohre und 32 gegeneinander isoliert sind. Hierzu umsehliest eine aus einem Isoliermaterial bestehende Manschette 66 das innere Rohr 30· 81« isoliert dieses gegenüber der Su- und Ableitung 36 und dan äuAeren Rohr 32. Die Su- und Ableitungen 34 und 36 sind in S1/34 einen Kunststoff-Rahmen 70 eingeschlossen.

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Fig, 14 zeigt die Anwendung der Erfindung als elektrochemisches Brennstoffelement, Das innere und das äußere Rohr 30 und 32 sind über einem Teil ihrer Länge porös ausgebildet. Das innere Rohr 30 bildet die Anode und das äußere Bohr 32 bildet die Kathode. Über den die Äußeren Rohre 32 umschließenden Raun wird Sauerstoff bzw. Luft zugeleitet. Der Elektrolyt wird über die Eu- bzw. Ableitung 36 zugeführt. Der Brennstoff wird in die inneren Rohre 30 eingeleitet und fließt über die eingezeichnete Zu- bzw. Ableitung 34 ab. Die Rohre 30 und 32 sind fiber die Manschetten 68 gegeneinander isoliert. Die Spannung wird an den Elektroden 62 und 64 abgegriffen. Sie sind unmittelbar an die Zu- und Ableitungen 34 und 36 angeschlossen.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungeform einer Elektrolysezelle. Im gezeigten Beispiel dient diese zur Wasserelektrolyse. Die beiden Rohre 30 und 32 bilden die Elektroden und eine besteht aus einem porösen Werkstoff. An der Manschette 68 ist ein nach unten ragender Mantel 74 befestigt. Er taucht in den Elektrolyt ein und verhindert eine Vermischung der Elektrolysegase. Es sei nun angenommen, daß das innere Rohr 30 die Anode und das Äußere Rohr 32 die Kathode bildet. Der Elektrolyt wird in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren 30 und 32 von unten eingeleitet. Er sammelt eich in der eingezeichneten Ableitung 36. Katholyt und Wasserstoff werden außerhalb der Elektrolyse- ^ zelle getrennt* Im inneren Rohr 30 wird ein niedrigerer Druck als im Xußeren Rohr 32 aufrecht erhalten. Der Druckunterschied soll dabei über dem durch das innere Rohr 30 entstehenden Druck* verlust sein. Damit kann der an der Anode entstehende Sauerstoff durch das poröse innere Rohr 30 durchtreten und über die eingezeichnete Ableitung 34 abgeleitet werden. Gleichzeitig kann der Anolyt durch das poröse innere Röhr 30 durchtreten und nach unten abfließen. Der Mantel 74 taucht in den Elektrolyt ein und verhindert, daß sich die bei der Elektrolyse entstehenden Case vermischen.

Fig. 16 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Grundform der Erfindung. Die beiden Rohre 30 und 32 haben nicht mehr ch 51/34 kreisrunden Querschnitt/ sondern werden durch Platten 76 und

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gebildet. Bei Verwendung als Wärmetauscher ergeben sich dadurch größere Wärmeübertragungsflächen.

Flg. 17 zeigt eine Ausführungsform, bei der mehrere Register mit einfachen Mitteln hintereinandergeschaltet sind. Hierzu werden zuerst eine beliebige Anzahl von inneren und äuAeren Rohren nebeneinander angeordnet und über l^ire Zu- und Ableitungen 34 und 36 miteinander verbunden. Dadurch entsteht ein einziges großes Register. Nun wird die in Fig. 17 unten liegende Zuleitung 34 für die inneren Rohre 30 an einer Stelle unterbrochen. An der gleichen Stelle wird die in Fig. 17 oben liegende Ableitung 36 (") für die äußeren Rohre 32 unterbrochen. Dies führt dazu, daß die einzelnen Register in Reihe gelegt und von den am Wärmeaustausch beteiligten Medien im Gegenstrom durchflossen werden. Dies wird durch die Pfeile angezeigt.

Die Figuren 18 und 19 zeigen eine AusfUhrungsform, die als Reaktor zum Durchfuhren chemischer Prozesse verwendet wird. Das innere Rohr 30 ist mit einem Festbettkatalysator 82 gefüllt. Dieser wird durch eine gelochte Stütze 80 gehalten, die in der unteren Zu- und Ableitung 34 angeordnet ist. Statt des Festbettkatalysators kann das innere Rohr 30 auch mit einem Ionenaustauscher oder Füllkörpern gefüllt sein. Damit kann die Vorrichtung die Funktionen eines Reaktors für katalytische Prozesse, die

^ ' Funktion eines Ionenaustauschers oder einer Fttllkörpersäule übernehmen. Dabei bleibt es der/jeweiligen Reaktion überlassen, bis zu welcher Höhe das innere Rohr 30 angefüllt wird. Zur Unterstützung der Reaktionen kann ein Reiz- oder Kühlmedium durch das äußere Rohr 32 durchgeleitet warden. Dabei kann das äußere Rohr 32, wie in Fig. 18 angedeutet, das innere Rohr nur auf einem Teil von deiisen Länge umschließen, wie ausgeführt, wird die Füllmasse 82 de« inneren Rohres 30 durch die Stütze 80 gehalten. Die Füllmasse 82 wird durch eine Öffnung in der oberen Zu- und Ableitung 34 eingegeben und kann durch eine Öffnung in der unteren Zu- und Ableitung 34 nach Verbrauch herausgenommen werden· Bei einer geeigneten Schaltung der zu- und Ableitungen 34 kann die Füllmasse 82 rttckgespült werden.

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Fig, 20 zeigt eine als Filter wirkende Ausführungsform. Das innere Rohr 3O ist porös und bildet ein Kerzenfilter. Es ist auswechselbar und von außen zugänglich. Das innere Rohr 30 ist über \ einen Flansch 84 mit der oberen Seite der unteren Zu- und Ablei-■ tung 34 verbunden. Durch die obere Zu- und Ableitung 34 ist es vollständig durchgeführt. Ober einen Flansch 86 ist es mit der Außenwelt verbunden. Bei Einleitung des zu filtrierenden Mediums in die untere Zu- und Ableitung 34 strömt dieses über den Flansch 84 in den Innenraum des inneren Rohres 3O ein. Bei Einleitung des zu filtrierenden Mediums in die obere Zu- und Ableitung 34 strömt es in das äußere Rohr 32 ein und durchläuft das poröse i") innere Rohr 3O dann von außen nach innen. Damit ergibt sich eine Filtration von innen nach außen oder umgekehrt. Durch das weitere Rohr 52 kann ein Kühl- oder Heizmedium durchgeführt werden. Bei Stoffen, deren Viskosität mit steigender Temperatur abnimmt, wird beheizt. Dadurch wird die Filtration erleichtert. Die Vorrichtung wirkt damit gleichzeitig als Filter und Wärmetauscher. Bei geeigneter Schaltung der Zu- und Ableitungen 34 kann das Filter, das heifit das porös ausgebildete innere Rohr 30, rückgespült werden. Bei Austausch des porös ausgebildeten inneren Rohres 30 gegen eine auf ein Stützrohr aufgelegte Membrane kan& die Vorrichtung auch zur Ultrafiltration eingesetzt werden.

Fig. 21 zeigt eine insbesondere für katalytische Reaktionen aus- - gebildete Ausführungsform. Das innere Rohr 30 ist mit Xatalysatormasse 82 gefüllt. Diese wird von der Stütze 80 gehalten. Ein flüssiger Reaktionsteilnehmer wird von oben durch die obere Zu- und Ableitung 34 eingegeben. Ein gasförmiger Reaktlonsteilnehner wird über eine Düse 88 in die untere Zu- und Ableitung 34 eingegeben. Duron das äußere Rohr 32 wird ein kühlendes oder heizendes Medium durchgeleitet. Die Länge und Durchmesset des inneren und des äußeren Rohres 30 und 32 richten sich nach der Reaktion. Hiervon hängt auch die Zahl der zu eine» Register zusammengeschlossenen Rohre ab.

Fig. 22 zeigt eine für biologische Prozess* elnsatsbare Ausführung sform. Hierzu gehören das biologische Reinigen von Abwässern, Sch 51/34 die Oxidation flüssiger stoffe, Begasungsprosess· aller Art und

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die Herstellung von Einzellerproteinen. Da* Besondere dieser Ausführungsform liegt darin, daß die inneren Rohre 30 nicht in einer unteren Zu- und Ableitung enden, sondern unter Bildung von Bögen 90 haarnadelförmig gebogen und durch die untere Zu- und Ableitung 36 der äußeren Rohre 32 durchgeführt sind. In den Aufsteigenden Asten der Bogen 90 sind Düsen 86 angeordnet. Das su begasende Mediuta wird durch die obere Zu- und Ableitung 34 der Inneren Rohre 30 eingeleitet. Es strömt in Pfeilrichtung nach unten* Durch das durch die Düsen 88 eingeleitete Gas erhält es einen Auftrieb und strömt in Pfeilrichtung nach oben. Durch die Düsen 88 wird zum Beispiel Luft, Sauerstoff oder auch Q ein anderer gasförmiger Reaktionsteilnehmer eingeleitet. Mehrere der In Fig. 22 geseigten Rohre können su einem Register zusammengeschlossen werden. Eine solche Anordnung erlaubt eine kontinuierliche Prozeßführung. Am Ende eines Registers kann dann ein hochkonzentriertes Produkt abgenommen werden. Durch die äußeren Rohre 32 wird ein Kühl- oder Heizmedium durchgeleitet. Bei exothermen Prozessen wird ein Kühlmedium durchgeleitet. Bei endothermen Prozessen oder bei der Oxidation von stoffen, welche bei Normaltemperatur eine hohe und mit steigender Temperatur abnehmende Viskosität aufweisen, wird ein Heizmedium durch die äußeren Rohre 32 durchgeleitet. Eine besondere Anwendung findet diese Aueführungsform bei der synthetischen Herstellung von Fettsäuren, beispielsweise für die kontinuierliche Oxidation von Paraf&nen. Hierbei kann das erste Register durch überhöhte Temperaturen (Temperaturschock) die Reaktion einleiten. Die weiteren Register können dann mit niedrigeren Temperaturen betrieben werden. Die Anlage läßt sich auch für die Halogenierung von Stoffen verwenden. Ebenso kann sie zur kontinuierlichen Desodorierung, beispielsweise von Fetten und ölen, eingesetzt werden.

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Claims

prüche

1. Vorrichtung zum Wärme- und Stoffaustausch zwischen zwei oder ( ) mehr strömungsfähigen Medien zum Wärmetausch oder zum Einleiten einer Reaktion zwischen den Medien mit einer Zu- und einer Ableitung für das eine und einer Zu™ und einer Ableitung für das andere Medium und mindestens zwei sich umschließenden Rohren, von denen dae eine an die eine und das andere an die andere Zu- und Ableitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (30) mit seinen beiden Enden durch das äußere Rohr (32) durchgeführt ist und mit seinen Enden über dieses übersteht, die Zu- und Ableitungen (34, 36) unter einem im wesentlichen rechten Winkel zu den Rohren (30, 32) verlaufen, ein Paar Zu- und Ableitungen (34) auf die Enden des inneren Rohres (30) und ein Paar Zu- und

. . Ableitungen (36) auf die Enden des äußeren Rohres (32) aufgesetzt sind, an den Aufsetzstellen (38) Öffnungen (40) entsprechend den Rohrdurchmessern in den Zu- und Ableitungen (34, 36) vorgesehen und die Rohre (30, 32) damit mit den Zu- und Ableitungen (34, 36) verbunden sind und sämtliche Durchführungs- und Verbindungsstellen verschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sieh jeweils umschließende innere und äußere Rohre (30, 32) parallel zueinander nebeneinander angeordnet und gemeinsam unter Bildung ein·· Registers an zwei Paare von zu- und Ableitungen (34, 36) angeschlossen sind und daß an je «in End« jeder Zu- und Ableitung (34, 36) eine Sammelleitung (46, 48) angeschlossen ist.

· 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Register nebeneinander angeordnet und die Sammelleitungen (46, 48) durch BogenstOcke (50) unter Bildung einer Serienschaltung miteinander verbunden sind.

■ 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS die inneren und äußeren Rohre (30, 32) und ihre Zu- und Ableitungen (34, 36) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sind, die inneren und äufieren Rohre (30, 32) Elektroden darstellen und die Zu- und Ableitungen (?A, 36) an je einen Pol einer Spvnnuagsquelle angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30, 32) in einem aus einem chemisch inerten und elektrisch isolierenden Material bestehenden Rahmen (60) eingebettet sind, der die äußeren Rohre (32) umschließende Raum als Kühlmittelkanal ausgebildet ist und an eine Kühlmittelzufuhr oder -umwälzung angeschlossen 1st.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der sich gegenüberliegenden Hände der inneren und der äußeren Rohre (30, 32) mit einem Katalysator beschichtet ist.

' ' 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Durchführungsstellen des inneren Rohres (30) durch die Zu- und Ableitung (36) des äußeren Rohres (32) jeweils eine Manschette (68) aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Rohre (30, 32) aus einem porösen Material ausgebildet und in einem aus einem chemisch inerten und elektrisch Isolierenden Material bestehenden Rahmen /70) eingebettet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ich 51/34 zu* und Ableitungen (34, 36) aus einem elektrisch leitenden

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Material bestehen, an den Durchführungsstellen dee inneren Rohres (30) durch die Zu- oder Ableitung (36) des äußeren Rohres (32) jeweils eine Manschette (68) aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist, der die äußeren Rohre (32) umschließende Raum als Zuleitung für ein Reaktionsgas ausgebildet ist und je eine Elektrode (62, 64) an eine Zu- oder Ableitung (34_# 36) der inneren wie auch der äußeren Rohre (30, 32) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch &bgr; und 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Register parallel nebeneinander angeordnet su

Q einem Block zusammengefaßt und die Stromansehlüsse der einzelnen Register elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind.

11. Vorrichtung nach irgendeinem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere oder das au- 1 fiere Rohr (30, 32) aus einem porösen Material ausgebildet | ist. 1

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (30) aus einem porösen Material ausgebildet ist und die an der oberen Durchführungsstelle des inneren

Rohres (30) durch die Zu- oder Ableitung (3 ) des äußeren J

Rohres (32) vorgesehene Manschette (68) einen nach unten ge- f

richteten und das innere Rohr (30) mit Abstand umschließen- |

den Mantel (74) au&eist. &ngr;

13. Vorrichtung nach Irgendeinem oder mehreren der Ansprüche 1 I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und das äuße- I re Rohr (30, 32) aus sich mit Abstand gegenüberliegenden und parallel zueinander verlaufenden Platten (76, 78) gebildet sind, die Zu- und Ableitungen (34, 36) entlang der Ober- und Unterkanten dieser Platten (76, 78) verlaufen und auf diese aufgesetzt und die Platten (76, 78) des inneren und äußeren Rohres (30, 32) seitlich verschlossen sind.

:h 51/34 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohre (30, 32, 52) als Innere und äußere Rohre umeinander angeordnet und an ihren Enden mit Zu« und Ableitungen (34, 36, 54) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (30) ein Stück in die auf sein oberes Ende aufgesetzte Zu- oder Ableitung (34) hinein·teht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Rohr (52) in den inneren Rohr (30) verläuft und

( durch die auf dessen oberes Ende aufgesetzte zu- oder Ableitung (34) durchgeführt und auf sein oberes Ende selbst eine Zu- oder Ableitung (54) angeschlossen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (32) an eine Quelle für ein Heizmedium angeschlossen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr (52) an eine Quelle für ein Heiz- oder ein Kühlmedium angeschlossen ist.

, 19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ^ Anordnung von mehreren Registern die Zuleitungen zu den inneren und äußeren Rohren (30, 32) des ersten Registers an deren sich gegenüberliegenden Enden angeschlossen sind, so daß diese im Gegenstrom durchströmt werden, die Ableitungen von des inneren und äußeren Rohren (30, 32) des ersten Registers zu den Zuleitungen der inneren und ftaßesea Rohr« des nächsten Registers am jeweils gleichen End· führen, so daß auch dessen Rohre im Gegenstrom durchströmt werden usw.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Rohr Rippen zur besseren Wärmeableitung vorgesehen sind.

:h 51/34 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß

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auf dan Äußeren Rohr spiralförmig um dl···· umlaufend· Rippen vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem inneren Rohr (30) zur besseren wärmeableitung Rippen (42) vorgesehen sind. - Fig. 2 -

23. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Su- und Ableitungen (34, 36) einzelner Register verbindenden Leitungen Bogenstück· (50) sind. - Fig. 6 -

_) 24. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß ein inneres Rohr (30) in Bereich der Zu- und Ableitung des es umschließenden Rohres (32) eine Öffnung (58) aufweist.

25. Vorrichtung nach irgendeine» der Ansprüche 1 »is 24, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Register nach Art von Filterpressen zusammengefaßt und die Sammelleitungen durch Bndwinde (66) voneinander abgetrennt sind. - Fig. 12 -

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dKß die Bndwinde (66) teilweise aufgebrochen sind. - Fig. 12 -

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der unteren Zu- und Ableitung (34) des Inneren Rohres (30) eine dessen offenes unteres Ende verschließende, Offnungen aufweisende Stütze (80) angeordnet Ast. - Fig. 19 -

26. vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (3O) mit einem Katalysator (82) gefüllt ist.

- Fig. 18 -

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (30) mit FülUrörpern (82) gefüllt ist.*

- Fig. 18 fcb 51/34

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I 30. Vorrichtung nach Ancpruch 27, dadurch gekennzeichnet/ daß

f das äußere Rohr (32) das innere Rohr (30) nur auf einem

I kleineren Teil von dessen Länge umschließt. - Fig. 18 -

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Röhr (30) porös ausgebildet , und mit seinem Ende durch die Zu- und Ableitung (34) des ^:i es umschließenden Rohres (32) bis zur Außenweit durchseid führt ist und mit seinem anderen Ende in die Zu- und Ab-Ü leitung (34) des es umschließenden Rohres (32) einmündet f und dieses gegenüber dieser Zu- und Ableitung (34) ver-I schlossen ist. - Fig, 20 -

&eegr; 32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch ge-

I kennzeichnet, daß in der unteren Zu- und Ableitung des in-

I neren Rohres (30) eine Düse (88) angeordnet ist. - Fig.

i ²¹ -

i 33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch ge-

= kennzeichnet, daß die in einem Register benachbarten Inne-

I ren Rohre (30) durch Bögen (90) verbunden ,«ind. - Fig.

i 22 -

·: 34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, UA& in das untere Ende jedes zweiten inneren Rohres (30) eine

\ Düse (88) eingesetzt ist. - Fig. 22 -

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