DE9112704U1 - Wärmetauscher hoher Leistung und Hygiene - Google Patents

Description

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11. Oktober 1991 = .ni 76 223

Karl-Hermann Becker, In der Kalkbitze 2, 5241 Friedewald

Wärmetauscher hoher Leistung und Hygiene

Die Neuerung betrifft einen Wärmetauscher hoher Leistung zum spontanen Einfrieren insbesondere von Lebensmitteln mit einer Anzahl von jeweils innerhalb einer gemeinsamen Ebene S-förmig ausgebildeten, durch mittels Rohrbogen miteinander verbundene Rohre gebildeten, beidendig an Sammler angeschlossenen Rohrschlangen, deren Kernrohre in vorgegebenen Teilungen angeordnete Lamellen durchgreifen, die mit in Reihen vorgesehenen Löchern ausgestattet sind, deren Randbereiche kragenartig seitlich vorstehen.

Zum spontanen Einfrieren bspw. von Lebensmitteln in laufender Produktion sind Wärmetauscher hoher Leistung erforderlich, die entsprechend große wärmetauschende Flächen erfordern. Üblich ist es, Gruppen von mäanderförmig geführten Rohrschlangen parallel zu einem Block zusammengefaßt vorzusehen. Da die hindurchtretende Luft zyklisch geführt wird und aus dem Gefriergut nicht unerhebliche Mengen von Feuchtigkeit aufnimmt, werden die den Kühlschlangen zugeordneten Lamellen eintrittsseitig mit relativ weiter Teilung angeordnet und erst in in Durchtrittsrichtung der Luft folgenden Abschnitten in engerer Teilung vorgesehen. Damit wird erreicht, daß in dem letzten Abschnitt durch enge Teilung erhebliche, den Wärmeübergang fördernde Flächen unterzubringen sind, während eingangsseitig der eintretenden Luft Feuchtigkeit

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entzogen wird, ohne daß die aufgrund des ausgeschiedenen Wassers sich auf den Lamellen absetzenden Reifkristalle die zwischen den Lamellen verbliebene Distanz vorzeitig zuzusetzen vermögen und damit einen vorzeitigen Abtauzyklus erforderlich werden lassen.

Im allgemeinen wird je Rohrschlange eine sich über diese erstreckende, streifenförmige Lamelle vorgesehen, es sind aber bereits auch streifenartige Lamellen eingesetzt worden, die zwei oder, in einigen Fällen auch drei, Lochreihen enthalten und damit für zwei bzw. höchstens drei Rohrschlangen anwendbar sind. Unliebsam macht sich bemerkbar, daß in Durchtrittsrichtung der Luft hintereinander angeordnete Lamellenstreifen auch bei vorgegebener gleicher Teilung nicht innerhalb gemeinsamer Ebenen stehen, sondern durch bei der Herstellung unvermeidliche Toleranzen gegeneinander statistisch versetzt sind. Um eine Einschnürung einer zwischen zwei Lamellenstreifen gebildeten Passage durch einen folgenden Lamellenstreifen zu vermeiden, ist es daher erforderlich, die Lamellenstreifen mit verringerter Breite auszuführen, so daß zwischen ihnen eine Austauschzone freibleibt, die jedoch die Summe der zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Lamellenoberflächen nachteilig einschränkt. Schwierigkeiten bereitet bei üblichen Wärmetauschern aber auch die Eintrittszone, bei der zur Berücksichtigung des Reifansatzes so große Teilungsabstände zu wählen sind, daß diese durch die kragenförmigen Ansätze der Ausnehmungen sich nicht mehr einstellen lassen; im allgemeinen werden Lamellen, deren Teilungsabstände die maximal mögliche Höhe der kragenförmigen Ansätze überschreiten, beim Einbringen der Lamellen durch deren Distanz wahrende Holzleisten gesichert. Nach deren Entnahme jedoch können im Laufe der weiteren Bearbeitung unerwünschte und sich nachteilig auswirkende Verschiebungen auftreten.

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Die Neuerung geht daher von der Aufgabe aus, der Gattung entsprechende Lamellen von Wärmetauschern derart weiterzubilden, daß die Anzahl erforderlich werdender, die die Wärmeübertragung bewirkenden Oberflächen reduzierender Austauschzonen auf ein Mindestmaß reduziert wird und gleichzeitig auch die mögliche Kragenhöhe überschreitende Distanzen von Lamellen sicher gewährleistet werden.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem eine größere Anzahl einander parallel angeordneter Rohrschlangen ihnen gemeinsame, als Platine ausgebildete Lamellen durchgreift. Hierbei wurde als zweckmäßig erkannt, in enger Teilung vorgesehene Lamellen sich mindestens über den gesamten, für diese Teilung vorgesehenen Breitenbereich erstrecken zu lassen. Andererseits ist es aber auch möglich, Lamellen unterschiedlicher Breiten vorzusehen, die zur Bildung zweier Breitenbereiche periodisch wechselnd angeordnet werden. Bewährt hat es sich in jedem Falle, Platinen vorzusehen, die mehr als sechs Reihen zu mindestens je fünfzehn Ausnehmungen aufweisen .

Im einzelnen sind die Merkmale der Neuerung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:

Figur 1 anhand einer ausschnittsweisen Darstellung eine mit Lamellen auszustattende Rohrschlange,

Figur 2 im Ausschnitt eine Durchbrechung einer Lamelle,
Figur 3 eine platinenartig ausgebildete Lamelle,
Figur 4 die Seitenansicht eines Wärmetauschers, und

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Figur 5 die Aufsicht auf den Wärmetauscher der Fig. 4.

In der Fig. 1 ist schematisch, abgebrochen und im mittleren Bereiche unterbrochen eine einzügige Rohrschlange 1 dargestellt. Sie ist aus haarnadelartig gebogenen Rohren hergestellt, deren gerade verlaufende Schenkel als Kernrohre 2 bezeichnet werden, wobei jeweils die freien Enden zweier Kernrohre durch angeschweißte Rohrbogen 3 verbunden sind, so daß ein durchgehendes, mäanderförmig verlaufendes Rohr entsteht, dessen Kernrohre den Wärmeübergang vermittelnde Lamellen 4 aufzunehmen vermögen. Ein Ausschnitt einer Lamelle 4 ist geschnitten in Fig. 2 dargestellt. Zum Durchgreifen der Kernrohre sind Ausnehmungen 5 vorgesehen, deren Randbereiche kragenförmig zu Ansätzen 6 umgelegt sind, die beim Aneinanderreihen von Lamellen deren gegenseitige Distanz und damit deren Teilung zu bestimmen vermögen.

Üblicherweise werden bei großen Wärmetauschern streifenförmige Lamellen verwendet, die nur jeweils eine Reihe von Ausnehmungen 5 aufweisen, und die sich bspw. über eine Rohrschlange erstrekken. Da beim Aneinanderreihen von Lamellen auf Kernrohren zwar deren Ansätze 6 den Abstand der Lamellen und damit deren Teilung bestimmen, diese Abstände aber nur innerhalb weiter Toleranzen einhaltbar sind, befinden sich üblicherweise im Wärmetauscher in Durchtrittsrichtung der Luft hintereinander angeordnete Lamellen nicht innerhalb einer gemeinsamen Ebene, sondern sie stehen mehr oder weniger versetzt gegeneinander. Hierdurch aber wird der freie Durchtrittsraum für die Luft unterteilt und aufgespalten, und an den seitlichen Enden der Lamellen werden engere Spalte gebildet, die einerseits mitgerissenem Schmutz, bspw. auch hinweggeblasenen Teilchen des Gefriergutes, und andererseits bei der Verzinkung unerwünschten Zinkbrücken Ansatzpunkte geben und die Spalte so lokal verengen, daß als Reif sich ansetzendes

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ausgeschiedenes Wasser die Durchtrittskanäle vorzeitig zu sperren vermag. Man hat daher die als Streifen ausgebildeten Lamellen der Rohrschlangen so schmal ausgebildet, daß zwischen ihnen ein als Austauschzone dienender Freiraum verbleibt, der zweckmäßig ein Mehrfaches des Teilungsabstandes beträgt, und der ein Umströmen und eine Neuverteilung der die Lamellen durchsetzenden Luft gewährleistet. Damit aber sind die den Wärmeübergang bestimmenden Flächen unliebsam eingeschränkt.

Man hat auch schon streifenförmige Lamellen verwendet, die zwei Reihen von Ausnehmungen und, in Ausnahmefällen, auch drei Reihen von Ausnehmungen aufweisen, so daß dementsprechend zwei oder drei Rohrschlangen gemeinsam umgriffen werden. Hiermit ergibt sich jedoch nur eine graduelle Vergrößerung der den Wärmeübergang bewirkenden Flächen durch Fortfall von zwischen Streifenlamellen freizuhaltenden Austauschzonen.

Nach der Neuerung werden jedoch platinenartig ausgebildete Lamellen verwendet, die mindestens so viele Reihen 8 von Ausnehmungen 5 aufweisen, als ein Abschnitt des Wärmetauschers mit gleicher Lamellenteilung Rohrschlangen aufweist, während innerhalb der Reihen 8 jeweils so viele Ausnehmungen 5 vorgesehen sind, wie die betreffende Rohrschlange an zu umfassenden Kernrohren aufweist. Die Platine 7 der Fig. 3 ist abgebrochen dargestellt und zeigt nur sechs der Reihen 8, während innerhalb einer Reihe nur sieben Ausnehmungen 5 dargestellt sind.

Eine Seitenansicht eines gemäß der Neuerung ausgebildeten Wärmetauschers ist in Fig. 4 dargestellt, wobei jedoch die Platinen zur Erleichterung der Übersicht nicht gezeigt sind. Der Wärmetauscher der Figur ist aus dreizügigen Rohrschlangen aufgebaut, so daß an die die Zuführung und Abführung des Kältemittels bewirken-

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den Sammler 9 und 10 jeweils drei Anschlüsse 11 angeschlossen sind und die Kernrohre 2 durch Rohrbogen 3, 12 und 13 miteinander verbunden sind, die unterschiedliche Weiten überbrücken. Zusammengehalten werden die Rohrschlangen durch beidseitig gegen sie verspannte Endbleche 14.

Die Aufsicht auf den Wärmetauscher der Fig. 4 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Lamellen des Wärmetauschers sind aus Gründen der Vereinfachung auch hier nur zum Teil dargestellt; in der rechts und links angedeuteten Stellung sind sie über die gesamte Länge der Kernrohre in jeweils gleichbleibenden Teilungen angeordnet. In Durchsatzrichtung der Luft, durch den Pfeil 15 angedeutet, folgen aufeinander drei Abschnitte 16, 17 und 18, innerhalb deren unterschiedliche Teilungen der Anordnung der Platinen zur Anwendung gelangen. Im in Pfeilrichtung 15 vorne liegenden Abschnitt 16 ist im Ausführungsbeispiel über vier Rohrschlangen hinweg eine Teilung von 18 mm vorgesehen, im folgenden Abschnitt 17 ist über sieben Rohrschlangen hinweg eine Teilung von 9 mm vorgesehen, während im letzten Abschnitt 18 über zwölf Rohre hinweg eine Teilung von 7 mm angewendet wird. Die beim Luftdurchtritt in Pfeilrichtung sich stufenweise verengende Teilung berücksichtigt eine beim ersten Kühlen relativ starke Wasserausscheidung, die beim weiteren Abkühlen der hindurchgetretenen Luft dann abfällt.

Im Abschnitt 17 sind alternierend Platinen 19 und 20 vorgesehen, die sich nur über den gesamten Abschnitt 17 sowie sowohl über den Abschnitt 16 als auch über den Abschnitt 17 erstrecken. Damit wird erreicht, daß innerhalb des Abschnittes 17 die Teilung von 9 mm durch die kragenartigen Ansätze 6 der die Kernrohre 2 aufnehmenden Ausnehmungen 5 der Platinen 19 und 20 bestimmt wird, und da jede zweite Platine 20 sich zusätzlich über den Abschnitt 16 erstreckt, wird hier der doppelte Teilungsabstand eingehalten.

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Dieser Teilungsabstand von 18 nun könnte durch die kragenartigen Ansätze 6 nicht mehr erreicht werden, da sich diese nicht so stark auskragend ausbilden lassen. Es müßten also, wollte man getrennte Platinen vorsehen, zusätzlich die Distanz wahrende Hilfsmittel eingesetzt werden. Nach der Neuerung wird dieses umgangen, indem die Lamellenteilung von 9 mm durch die kragenartigen Ansätze 6 der alternierend vorgesehenen Platinen 19 und 20 gesichert wird, wobei die Platinen 20 sich zusätzlich über den Abschnitt 16 erstrecken und daher hier die doppelte Teilung einhalten.

Die engste Teilung und damit die wesentlichen wärmeübertragenden Flächen sind im Abschnitt 17 vorgesehen. Die hier angeordneten Platinen 18 weisen im Ausführungsbeispiel zwölf Reihen 8 von Ausnehmungen 5 für Kernrohre 2 auf, und die die Ausnehmungen 5 umgebenden kragenartigen Ansätze 6 erstrecken sich über 7 mm und sichern damit die Teilung der aufgeschobenen Lamellen.

Beim Übergang vom Abschnitt 16 zum Abschnitt 17 sind keine besonderen Maßnahmen zu treffen, da die Platinen 20 sich ja fluchtend über beide Abschnitte erstrecken. Zwischen den Abschnitten 17 und 18 jedoch ist zwischen den einander zugewandten Enden der Platinen 19 und 20 einerseits sowie 18 andererseits eine kurze Lücke als Austauschzone freigehalten worden, um das Überströmen der Luft vom Abschnitt 16 zum Abschnitt 17 ohne die Strömung beeinträchtigende Engpässe zu ermöglichen.

Durch das Entfallen weiterer Austauschzonen zwischen Abschnitten ergibt sich einerseits eine Erleichterung des Aufschiebens der Platinen bei der Fertigung und andererseits eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes für wärmeübertragende Flächen.

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Nach Aufschieben der Lamellen erfolgt die Fertigstellung des Wärmetauschers in an sich bekannter Weise: Es wird das zweite der Endbleche 14 aufgeschoben und befestigt, und die Rohrbogen 3, 12 und 13 werden zur Fertigstellung der hier dreizügigen, d.h., drei getrennte Leitungspfade aufweisenden Rohrschlangen ebenso angeschweißt, wie die Anschlüsse 11 mit dem Sammler 9 verbunden werden. Die bei Wärmetauschern dieser Größenordnung im allgemeinen aus Stahl gefertigten Rohrschlangen, Sammler und Lamellen bzw. Platinen werden anschließend bspw. durch Verzinkung gegen Korrosion geschützt, wobei durch eine geeignete Verzinkung, bspw. Feuerverzinkung, gleichzeitig auch eine weitere Verbindung und Festlegung der einzelnen Komponenten erreicht wird. Eine unerwünschte Zinkbrückenbildung wird bei der neuerungsgemäßen Ausbildung praktisch ausgeschlossen bzw. auf ein Minimum reduziert.

Die gemäß der Erfindung ausgeführten Wärmetauscher zeichnen sich durch weitgehende Raumausnutzung ebenso aus wie durch günstigere Verteilung des Ansatzes des beim Abkühlen ausgeschiedenen Wassers, so daß durch Wiederauftauen und Reinigen des Wärmetauschers gegebene Totzeiten erst nach jeweils längeren Betriebsphasen anfallen und damit die prozentuale Nutzungsdauer des Wärmetauschers erhöht wird. Auch die erforderlichen Reinigungsvorgänge lassen sich durch im wesentlichen glatte Flächen und Vermeidung überzähliger Stirnflächen leichter und vollständiger durchführen als dieses bei bekannten Wärmetauschern der Fall ist, so daß auch die beim Einfrieren bzw. Schockfrieren von Lebensmitteln erforderliche Hygiene verbessert wird. Durch den Fortfall der üblichen Querschnittsverengungen und, mit diesen verbunden, nischen- und hohlraumbildenden Zinkbrücken unterbindet die neuerungsgemäße Ausbildung das reinigungsresistente Absetzen organischer Reste und verhindert durch die Entziehung von Nährböden sowie verbes-

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serte Reinigungsmöglichkeiten die an sich bei derartigen Wärmetauschern oft auftretenden bakteriellen Kontaminationen.

Claims (4)

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1. Wärmetauscher hoher Leistung und Hygiene zum spontanen Einfrieren insbesondere von Lebensmitteln mit einer Anzahl von jeweils innerhalb einer gemeinsamen Ebene S-förmig ausgebildeten, durch mittels Rohrbogen miteinander verbundene Rohre gebildete, beidendig an Sammler angeschlossenen Rohrschlangen, deren Kernrohre in vorgegebener Teilung angeordnete Lamellen durchgreifen, die mit in Reihen vorgesehenen Ausnehmungen ausgestattet sind, deren Randbereiche kragenartig seitlich vorstehen,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Lamellen als breite Platinen (7, 18, 19, 20) ausgebildet sind und eine größere Anzahl von Reihen (8) von Ausnehmungen (5) aufweisen, die jeweils von einer Rohrschlange (1) durchgriffen werden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die in enger Teilung vorgesehenen Platinen (18) sich über den für diese Teilung vorgesehenen Breitenbereich (Abschnitt 17) erstrecken.

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3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenzeichnet, daß in bestimmten Breitenbereichen (Abschnitten 15, 16) periodisch wechselnd Platinen (19, 20) unterschiedlicher Breite vorgesehen sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeic h &eegr; et durch Platinen (18, 19, 20) mit mehr als sechs Reihen (8) mit je mindestens fünfzehn Ausnehmungen (5).