EP3966513B1 - Rohrbündel-wärmeübertrager mit baugruppen/einbauelementen aus umlenkflächen und leitstegen - Google Patents
Rohrbündel-wärmeübertrager mit baugruppen/einbauelementen aus umlenkflächen und leitstegen Download PDFInfo
- Publication number
- EP3966513B1 EP3966513B1 EP20733340.2A EP20733340A EP3966513B1 EP 3966513 B1 EP3966513 B1 EP 3966513B1 EP 20733340 A EP20733340 A EP 20733340A EP 3966513 B1 EP3966513 B1 EP 3966513B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- heat exchanger
- windows
- built
- elements
- bundle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000000712 assembly Effects 0.000 title claims description 7
- 238000000429 assembly Methods 0.000 title claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
- F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
- F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
-
- 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
- B01F25/421—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 by moving the components in a convoluted or labyrinthine path
- B01F25/423—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 by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components
- B01F25/4233—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 by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components using plates with holes, the holes being displaced from one plate to the next one to force the flow to make a bending movement
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0052—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for mixers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
- F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
- F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
- F28F2009/224—Longitudinal partitions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
- F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
- F28F2009/226—Transversal partitions
Definitions
- the invention relates to bundle heat exchangers with assemblies (which may or may not be designed as built-in elements) made of deflection surfaces and guide webs in the external space according to the preamble of claim 1.
- bundle heat exchangers are usually made of a metallic material, they are often referred to as deflection plates rather than deflection surfaces. In this description, however, the term deflection surfaces is used to make it clear that their applicability is not limited to heat exchangers made of a metallic material.
- the bundles can consist of pipes through which a heat exchange medium (for example a heat or coolant that heats up or cools down the product circulating in the outside space) is passed.
- a heat exchange medium for example a heat or coolant that heats up or cools down the product circulating in the outside space
- other heat exchange elements combined in bundles can also be used, such as electric heating rods, electric heating coils, etc.
- pipes or “tube bundles”
- deflection plates or surfaces serves to guide the flow by guiding the flow of the fluid in the external space partly across and partly parallel to the pipes.
- These plates have holes corresponding to the pipe pitch, are perpendicular to the pipes and have segment-shaped windows for the axial passage of the fluid.
- Other known designs consist of alternating discs and rings. They are installed as standard in turbulent (low-viscosity fluids) and laminar (viscous fluids) flows.
- turbulent low-viscosity fluids
- laminar viscous fluids
- each mixing element or tube coil bundle requires its own collector for the heat transfer medium.
- the pressure loss on the heat transfer medium side in the tubes is high due to the long coils and many pipe bends. Different lengths of the coils lead to uneven distribution of the flows on the heat transfer medium side and can in turn cause maldistribution on the product side.
- Advantageous countercurrent flow of heat transfer medium and product or evaporation or condensation in the tubes is also not possible due to the design of the bundles.
- a tube bundle heat exchanger for supplying or removing heat and simultaneously mixing a product flow
- which has elongated heat exchange tubes, with a product flow flowing in the external space from an inlet opening to an outlet opening.
- the tube bundle heat exchanger has deflection surfaces which set the product flow into a helical flow.
- the object of the invention is to create a tube bundle heat exchanger, mixer heat exchanger or mixing reactor of the type mentioned at the beginning, which avoids the disadvantages of the prior art. This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.
- the tube bundle heat exchanger according to the invention is particularly suitable for viscous products and can be manufactured very cheaply. Products can be heated, cooled, evaporated or exothermic reactions can be carried out in it with simultaneous, intensive mixing. It has no moving parts - with little axial backmixing and little pressure loss. The formation of maldistribution is prevented and the internals are, if necessary, easily accessible for cleaning from the outside.
- the device is also very easy to scale. The arrangement and number of elongated (axially aligned) flow-through tubes (or other heat exchange elements) can be freely selected.
- the product flows in the shell space of a known tube bundle heat exchanger with an inlet 2 and an outlet 3 for the product in the external space 6.
- An inlet 4 and an outlet 5 are provided for the heat transfer medium that flows in the tubes 7.
- the usually present deflection plates (or deflection surfaces) 8 which are perpendicular to the tubes or to the axis of the heat exchanger and have holes 7' for the tubes, are modified so that they leave two or more windows 12, 13 open for the axial passage of the product from the inlet side to the outlet side of the deflection surface.
- At least one guide web 10 or 11 is attached to the inlet and outlet sides. These guide webs run parallel to the tubes and divide the cross section of the tube bundle into approximately equal-sized sections.
- the deflection surfaces can also be set at an angle to the heat exchanger or pipe axis, see reference number 9.
- the guide bars 10, 11 on the inlet side and outlet side of the deflection surfaces are at 90° to each other.
- the flow direction of the partial flows transverse to the pipes on the outlet side is in turn opposite on both sides of the guide bar 11.
- Deflection surfaces with windows and intersecting guide bars each form an installation element A or B.
- the guide bars 11, 10' in the flow direction of successive installation elements (A, B) preferably cross at 90°. Closed partial surfaces 8, 8' and windows 12, 12' and 13, 13' of successive installation elements A, B alternate.
- each installation element is divided into partial flows and mixed in such a way that in each installation element, at least a doubling of the number of layers takes place (with two partial flows or one guide bar on the inlet and outlet side) with simultaneous intensive heat transfer.
- the number of layers formed from the inlet to the outlet increases exponentially with the number of consecutive installation elements in the direction of flow. This process was demonstrated using tests with rapidly hardening, tough polyester resin.
- mixing is further intensified by turbulence.
- the axial distance between successive deflection surfaces preferably corresponds to the height of two guide bars with no gaps in between. However, the installation can also be carried out with gaps or in a shortened manner with guide bars pushed into one another.
- the deflection surfaces can also have several windows 25, 26, 27 and several pairs of guide bars (21, 22 and 23, 24). It is also possible that the number of guide bars on the inlet side and on the outlet side, or their height, is different. This increases the intensity of the mixing, but also the effort and the pressure loss increase.
- the guide bars according to the invention extend the flow path in the external space. This also increases the flow speed around the pipes and the heat transfer. At the same time, the intensive mixing prevents axial backmixing.
- all previously known baffles (or surfaces) for heat exchangers do not cause any mixing in laminar flow or viscous products. The heat transfer is only improved due to the better cross flow to the pipes. The product flow is only diverted, but not divided and mixed.
- the Fig.1 shows examples of built-in elements A, B according to the invention, consisting of a deflection surface and guide webs connected to it, in a U-tube heat exchanger with an extendable tube bundle.
- the casing 1 of the device is shown cut open axially just before the middle or before the outlet-side guide web 11 of a built-in element, while the built-in elements are shown in the view.
- a built-in element consists of closed partial surfaces, windows and associated guide webs on the inlet and outlet sides.
- the built-in elements can be loose or completely or partially firmly connected to the tubes by soldering, welding or gluing.
- the individual parts of a built-in element are also at least partially connected in this way.
- the built-in components are connected to each other and to the device by means of support rods, as is usual with normal baffles. It is also possible to produce partial elements consisting of a guide web and closed partial surfaces from a sheet of metal by bending.
- the arrangement shown with U-tubes is only an example.
- the built-in elements are also suitable for all other tube bundle heat exchangers, such as those with permanently installed, straight tubes and tube plates or for multi-pass devices. Non-circular (e.g. square or rectangular) device cross-sections are also possible. Electric heating rods or heating coils can also be used to heat liquids instead of pipes with a heat transfer medium.
- the Fig.2 shows a spatial representation of a bundle of pipes 7 with installation elements according to the invention, which comprise windows 12, 13, closed partial surfaces 8 and guide webs 10, 11. Closed partial surfaces and windows of successive installation elements cover each other and successive guide webs preferably cross at an angle of 90°.
- the Fig.3 shows a view of the inlet side of an installation element A according to the invention with a deflection surface 8 and two guide webs 10, 11 as well as two windows 12, 13 and holes 7' in the closed partial surfaces for the pipes.
- the area of the windows normally corresponds approximately to the closed partial surface. However, it is also possible to design the windows much smaller or in a different shape such as slots or holes in order to create special flow effects or an additional pressure loss or to prevent the formation of strands.
- the Fig.4 shows the view of the inlet side of an installation element B according to the invention, which follows in the direction of flow, with a deflection surface 8' and two guide webs 10', 11' as well as two windows 12', 13' and holes 7' for the pipes.
- the closed partial surfaces and the windows are in comparison to the previous, in Fig.3 shown installation element.
- FIG.5 shows a view of the inlet side of an installation element according to the invention with a deflection surface 8 with holes 7' for the pipes and two guide webs 10, 11 as well as two windows 12, 13, wherein the windows have a significantly smaller area than the deflection surface and have any shape.
- the Fig.6 shows the view of the inlet side of another installation element according to the invention with a deflection surface 8 and four guide webs 21, 22, 23, 24 as well as three windows 25, 26, 27 and bores 7' for the pipes.
- Fig.7 shows the view of the inlet side of an installation element according to the invention with a deflection surface 8 and with only one guide web 10 on the inlet side, two guide webs 23, 24 as well as three windows 25, 26, 27 and bores 7' for the pipes.
- Fig.8 is the view of the entry side of an installation element according to the invention, which is placed on a installation element in front of it according to Fig.7 follows, with a deflection surface 8' and with only one guide bar 10' on the inlet side, two guide bars 23', 24' as well as three windows 25', 26', 27' and holes 7' for the pipes.
- the windows are each aligned with the windows opposite the element according to Fig.7 arranged offset so that no direct axial passage is possible if the elements are arranged one after the other in the direction of flow.
- the Fig.9 is a plan view of the tube bundle of the heat exchanger with the deflection surfaces, windows and guide webs according to the invention.
- the heat exchange medium heat or coolant
- the guide webs are provided with the reference numerals 10a to 10e.
- the Fig.10 shows the same structure as the Fig.9 , but this time in the direction of arrow X of the Fig.9 shown.
- the Fig. 11 is a view from the direction of arrow XI of the Fig.9 with the marked sections XII-XII and XIII-XIII, which are located in the Fig. 12 and 13 find.
- cuts XIV-XIV, XV-XV and XVI-XVI are indicated. These cuts are each in the Figs. 14, 15 and 16
- the sections show the successive deflection surfaces, each of which has a complementary geometry to the previous (or next) deflection surface in order to ensure optimal mixing of the product to be mixed.
- the deflection surface shown in Fig. 14 shown deflection surface (covering) partial surfaces 8a', 8a", which divert the flow of the product and have only one hole for a pipe. In between there is the (open) window 12a', which does not oppose the flow and is only crossed by two pipes.
- the Fig. 15 The deflection surface shown is complementary to the deflection surface of the Fig.
- Fig. 14 ie it has partial areas where the deflection surface of the Fig. 14 Windows were located, and windows where the deflection surface of the Fig. 14 The opposite applies to the lower half of the deflection surfaces, which is not marked with a reference symbol.
- the product flowing through the mixer/heat exchanger is thus forced to take a different path from deflection surface to deflection surface, which results in optimal mixing of the fluid.
- the third section after Fig. 16 corresponds to that of the Fig. 14 .
- FIG. 17 a perspective view of the Fig. 9 to 16 described tube bundle heat exchanger, whereby the arrow 28 indicates the flow direction of the product (cf. Fig.9 ).
- this figure is not provided with reference symbols, but these are derived from the Fig. 9 to 16 .
- the assemblies or built-in elements and their components such as deflection surfaces and guide bars can be made of steel and welded in a conventional manner. However, cast parts can also be used. Finally, production from plastics is also possible, e.g. using injection molding or additive manufacturing such as 3D printing.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft Bündel-Wärmeübertrager mit Baugruppen (die als Einbauelemente ausgestaltet sein können, aber nicht müssen) aus Umlenkflächen und Leitstegen im Aussenraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Da Bündel-Wärmeübertrager meist aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden, spricht man häufig von Umlenkblechen statt Umlenkflächen. In dieser Beschreibung wird dagegen der Begriff Umlenkflächen verwendet, um klarzustellen, dass ihre Anwendbarkeit nicht auf Wärmeübertrager aus einem metallischen Werkstoff beschränkt ist.
- Die Bündel können aus Rohren bestehen, durch die ein Wärmeaustauschmittel (also beispielsweise ein Wärme- oder Kältemittel, welches das im Aussenraum zirkulierende Produkt aufwärmt oder abkühlt) geleitet wird. Stattdessen können aber auch andere, zu Bündeln zusammengefasste Wärmeaustauschelemente wie elektrische Heizstäbe, elektrische Heizschlangen u.dgl. eingesetzt werden. Aus Gründen der einfacheren Darstellung wird im Folgenden von "Rohren" oder "Rohrbündeln" gesprochen, wobei es sich nach dem Gesagten jedoch versteht, dass damit auch andere längliche Wärmeaustauschelemente wie Heizstäbe gemeint sind.
- Die übliche Bauart von Umlenkblechen bzw. -flächen dient der Strömungsführung, indem sie die Strömung des Fluids im Aussenraum teils quer und teils parallel zu den Rohren führt. Diese Bleche weisen Bohrungen entsprechend der Rohrteilung auf, stehen senkrecht zu den Rohren und weisen segmentförmige Fenster für den axialen Durchlass des Fluids auf. Andere bekannte Ausführungsformen bestehen abwechselnd aus Scheiben und Ringen. Sie werden bei turbulenter (niederviskose Fluide) und laminarer (zähe Fluide) Strömung standardmässig eingebaut. Für weitere funktionsmässige und bauliche Details wird auf den VDI-Wärmeatlas (6. Auflage), Abschnitte Gg5 und Ob7 verwiesen. Diese Umlenkflächen verbessern den Wärmeübergang durch die mehr oder weniger ausgeprägte Querströmung zu den Rohren. Sie bewirken aber keine Vermischung des Fluids. Das gilt besonders bei laminarer Strömung zäher Fluide. Da diese Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften niedrigere Wärmeübergangskoeffizienten haben, sollten sie um die Rohre geführt werden (VDI-Wärmeatlas, Abschnitt Ob4). Bei zähen Medien, die gekühlt oder erwärmt werden müssen, kann sich die Viskosität mit der Temperatur stark ändern. Teilströme, die eine unterschiedliche Temperatur-Zeitgeschichte (Strömungswege) durchlaufen, weisen schliesslich stark unterschiedliche Eigenschaften auf. Das trifft besonders für die Viskosität zu. Ohne dauernde Vermischung kommt es zur Ausbildung bevorzugter Wege und toter Zonen, der sogenannten Maldistribution. Das kann bis zum völligen Versagen des Wärmeübertragers, aber auch zu schlechten Produkteigenschaften führen. Ähnlich sind die Probleme, wenn der Wärmeübertrager als Polymerisationsreaktor oder andere exotherme Reaktionen für viskose, flüssige Stoffe eingesetzt werden soll, vergl. z.B. Chemical Engineering & Technology (Chem Eng. Technol.) 13 (1990), S. 214 - 220. Auch hier kommt es durch Unterschiede von Umsatz und Viskosität zur Maldistribution. Ähnliche Probleme treten in Rohrbündel-Wärmeübertragern auf, in denen viskose Lösungen teilweise verdampfen und dabei die Viskosität stark zunimmt.
- Viele statische Mischer wie z.B. X-Mischer (SMX, SMXL) oder Wendelmischer (Kenics-Mischer) werden vorzugsweise bei laminarer Strömung in Doppelmantelrohren zur gleichzeitigen Verbesserung von Wärmeübergang, Mischung und Verweilzeitverteilung eingesetzt, vergl. Verfahrenstechnik 34 (2000) Nr.1-2, S.18-21. Dem Scale-up dieser Apparate sind enge Grenzen gesetzt, weil das Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche zum Produktvolumen mit steigendem Rohrdurchmesser abnimmt oder bei gleichbleibendem Rohrdurchmesser mit steigender Produktmenge der Druckverlust rasch zunehmen würde. Als Lösung wird versucht, statische Mischer auch in den Rohren von Rohrbündel-Wärmeübertragern einzusetzen, wobei das Produkt in den Rohren fliesst. Eine Vermischung innerhalb einzelner Rohre findet dann zwar immer noch statt, aber dafür sind die Teilströme in den Rohren völlig voneinander isoliert und es können sich unterschiedliche Fliesszustände und Produkteigenschaften in den einzelnen Rohren bilden. Das Resultat kann wieder eine ausgeprägte Maldistribution unter den Rohren mit den beschriebenen Auswirkungen sein. Das Problem wird durch den höheren Druckverlust der Mischelemente sogar noch verstärkt! Ein weiterer Nachteil bei reagierenden Produkten ist das zusätzliche Volumen in den Hauben eines Rohrbündelapparates. In diesem Raum findet keine oder nur eine geringe Wärmeübertragung statt.
- In der Patentschrift
DE 28 39 564 C2 wird eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung und zum statischen Mischen vorgestellt. Bei diesem Mischer-Wärmeübertrager oder Reaktor (bekannt als SMR Reaktor) strömt das Produkt ebenfalls durch einen Strömungskanal mit Rohrbündeln und um die Rohre im Aussenraum. Dabei sind die Rohre mäanderartig zu Rohrschlangen gebogen. Die Rohre stehen 45° zur Strömungsrichtung, kreuzen sich und bilden eine Mischerstruktur. Die einzelnen Rohrschlangen werden nach aussen durch die Kanalwand in einen Sammler geführt. Dadurch wird zwar eine gleichzeitige Mischung und eine gute Wärmeübertragung im Aussenraum erreicht, aber mit sehr hohem Aufwand und vielen Nachteilen. Die Mischwirkung ist im Vergleich zum bekannten Mischer aus sich kreuzenden Stegen geringer und erfolgt innerhalb eines Bündels bzw. Mischelements nur in einer Richtung. Aus praktischen Gründen sollten die Rohrbündel möglichst lang sein. Dadurch können in einem Strömungskanal nur wenige Bündel, die 90° verdreht sind, eingesetzt werden. Jedes Mischelement bzw. Rohrschlangenbündel benötig einen eigenen Sammler für den Wärmeträger. Der Druckverlust auf der Wärmeträgerseite in den Rohren ist wegen der langen Schlangen und vielen Rohrbögen hoch. Unterschiedliche Längen der Schlangen führen zu ungleicher Verteilung der Ströme auf der Wärmeträgerseite und können dadurch wiederum Maldistribution auf der Produktseite bewirken. Eine vorteilhafte Gegenstromführung von Wärmeträger und Produkt oder eine Verdampfung oder Kondensation in den Rohren ist aufgrund der Konstruktion der Bündel ebenfalls nicht möglich. - In der Patentschrift,
EP 1 067 352 wird eine andere Problemlösung versucht. Hier werden Mischelemente mit sich kreuzenden Stegen gemäss der bekannten SMX-Struktur mit Bohrungen entsprechend der Rohrteilung eines Rohrbündel-Wärmeübertragers versehen und die Rohre durch die Stege gesteckt. Durch die Verknüpfung der Mischstruktur mit der Rohranordnung wird einerseits die Freiheit der Rohrteilung und Grösse und andererseits der Mischerstruktur eingeschränkt. Wenn die Stege nicht fest mit den Rohren verbunden sind, ist diese Struktur ebenfalls mechanisch eher schwach. Verfahrenstechnisch mag dieser Wärmeübertrager gegenüber der Ausführung nach dem vorherigen Abschnitt überlegen sein, aber dessen Fertigung ist enorm aufwändig und anspruchsvoll. - Aus der
US 3400758 , die als der nächstliegende Stand der Technik angesehen werden kann, ist ein Rohrbündel-Wärmeüberträger zur Zu- oder Abfuhr von Wärme und gleichzeitiger Mischung eines Produktstroms bekannt, welcher langgestreckte Wärmeaustauschrohre aufweist, wobei ein Produktstrom im Aussenraum von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung fliesst. Der Rohrbündel-Wärmeüberträger weist Umlenkflächen auf, welche den Produktstrom in eine helikale Strömung versetzen. - Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrbündel-Wärmeüberträger, Mischer-Wärmeübertrager oder Mischreaktor der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Der erfindungsgemäße Rohrbündel-Wärmeübertrager ist insbesondere für viskose Produkte geeignet und lässt sich sehr günstig herstellen. In ihm können Produkte erhitzt, gekühlt, verdampft oder exotherme Reaktionen durchgeführt werden unter gleichzeitiger, intensiver Vermischung. Er weist - bei geringer axialer Rückmischung und geringem Druckverlust - keine beweglichen Teile auf. Die Ausbildung von Maldistribution wird verhindert und die Einbauten sind, wenn nötig, einfach zugänglich für eine Reinigung von aussen. Der Apparat ist ausserdem sehr einfach skalierbar. Die Anordnung und die Anzahl der länglichen (axial ausgerichteten), durchströmten Rohre (bzw. anderer Wärmeaustausch-Elemente) ist dabei frei wählbar.
- Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Rohrbündel-Wärmeübertrager,
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung desselben,
- Fig. 3
- eine Ansicht auf die Eintrittsseite eines Einbauelements gemäss der
Fig. 1 , - Fig. 4
- eine Ansicht auf die Eintrittsseite eines in Strömungsrichtung folgenden Einbauelements,
- Fig. 5
- eine Ansicht auf die Eintrittsseite eines Einbauelements in einer alternativen Ausführungsform, und
- Fig. 6-8
- weitere Ausführungsformen der Eintrittsseite eines Einbauelements,
- Fig. 9-16
- verschiedene Ansichten und Schnitte einer Ausführungsform der Erfindung, und
- Fig. 17
- eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform nach den
Fig. 9-16 . - Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Zeichnungen fliesst das Produkt im Mantelraum eines an sich bekannten Rohrbündel-Wärmeübertragers mit einem Eintritt 2 und einem Austritt 3 für das Produkt im Aussenraum 6. Ein Eintritt 4 und ein Austritt 5 ist für den Wärmeträger vorgesehen, der in den Rohren 7 fliesst. Erfindungsgemäss werden dabei die üblicherweise vorhandenen Umlenkbleche (bzw. Umlenkflächen) 8, die senkrecht zu den Rohren bzw. zur Achse des Wärmeübertragers stehen und Bohrungen 7' für die Rohre aufweisen, so modifiziert, dass sie zwei oder mehr Fenster 12, 13 für den axialen Durchtritt des Produkts von der Eintrittsseite auf die Austrittsseite der Umlenkfläche offen lassen. Auf der Eintritts- bzw. Austrittsseite ist je mindestens ein Leitsteg 10 bzw. 11 angebracht. Diese Leitstege verlaufen parallel zu den Rohren und unterteilen den Querschnitt des Rohrbündels in annähernd gleich grosse Abschnitte. Die Umlenkflächen sind bei Bedarf auch in einem Winkel zur Wärmeübertrager- bzw. Rohrachse angestellt sein, siehe Bezugszeichen 9.
- Die Leitstege 10, 11 auf der Eintrittsseite und Austrittsseite der Umlenkflächen stehen 90° zueinander. Das Produkt fliesst geteilt durch den Leitsteg 10 auf der Eintrittsseite in entgegengesetzten Richtungen, quer zu den Rohren zu den Fenstern 12, 13, durchtritt die Umlenkfläche axial und mündet auf gegenüberliegende Seiten des Leitsteges auf der Austrittsseite und wird in Richtung des Leitstegs 11 um 90° umgelenkt. Dabei ist die Strömungsrichtung der Teilströme quer zu den Rohren auf der Austrittsseite auf beiden Seiten des Leitstegs 11 wiederum entgegengesetzt. Umlenkflächen mit Fenstern und sich kreuzenden Leitstegen bilden jeweils ein Einbauelement A bzw. B. Die Leitstege 11, 10' in Strömungsrichtung aufeinanderfolgender Einbauelemente (A, B) kreuzen sich vorzugsweise unter 90°. Geschlossene Teilflächen 8, 8' und Fenster 12, 12' und 13, 13' aufeinanderfolgender Einbauelemente A, B wechseln sich ab.
- In jedem Einbauelement erfolgt bei laminarer Strömung eine Aufteilung in Teilströme und Vermischung derart, dass in jedem Einbauelement bei gleichzeitig intensivem Wärmeübergang mindestens eine Verdoppelung (bei zwei Teilströmen bzw. je einem Leitsteg auf der Eintritts-und Austrittsseite) der Schichtenzahl stattfindet. Im ganzen Apparat steigt die Zahl der gebildeten Schichten vom Eintritt zum Austritt exponentiell an mit der Anzahl in Strömungsrichtung aufeinander folgender Einbauelemente. Anhand von Versuchen mit rasch aushärtendem, zähem Polyesterharz konnte dieser Vorgang nachgewiesen werden. Bei turbulenter Strömung wird die Vermischung durch Turbulenzen noch verstärkt. Der axiale Abstand aufeinanderfolgender Umlenkflächen entspricht vorzugsweise der Höhe von zwei Leitstegen ohne Abstände dazwischen. Der Einbau kann jedoch auch mit Abständen oder verkürzt mit ineinander geschobenen Leitstegen erfolgen. Statt zwei Fenstern mit jeweils einem Leitsteg auf der Eintritts- und Austrittsseite dazwischen können die Umlenkflächen auch mehrere Fenster 25, 26, 27 und mehrere Paare von Leitstegen (21, 22 und 23, 24) aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Anzahl der Leitstege auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite, oder deren Höhe, unterschiedlich ist. Dadurch steigt die Intensität der Vermischung, aber auch der Aufwand und der Druckverlust nehmen zu.
- Durch die erfindungsgemässen Leitstege wird der Strömungsweg im Aussenraum verlängert. Damit erhöht sich auch die Strömungsgeschwindigkeit um die Rohre und der Wärmeübergang. Durch die intensive Vermischung wird gleichzeitig die axiale Rückmischung verhindert. Je grösser die Anzahl aufeinanderfolgender Baugruppen/Einbauelemente im Wärmeübertrager und somit auch je schlanker der Apparat, desto enger wird die Verweilzeitverteilung sein, analog einer Kaskade von Rührkesseln. Alle bisher bekannten Umlenkbleche (bzw. -flächen) für Wärmeübertrager bewirken im Gegensatz zu den erfindungsgemässen Einbauten bei laminarer Strömung bzw. viskosen Produkten keinerlei Vermischung. Der Wärmeübergang wird lediglich verbessert, infolge der besseren Querströmung zu den Rohren. Der Produktstrom wird nur umgelenkt, aber nicht aufgeteilt und vermischt.
- Die
Fig.1 zeigt beispielhaft erfindungsgemässe eingebaute Einbauelemente A, B aus einer Umlenkfläche und damit verbundenen Leitstegen in einem U-Rohr-Wärmeübertrager mit einem ausziehbaren Rohrbündel. Der Mantel 1 des Apparats ist wenig vor der Mitte bzw. vor dem austrittseitigen Leitsteg 11 eines Einbauelements axial aufgeschnitten dargestellt, während die Einbauelemente in der Ansicht dargestellt sind. Ein Einbauelement besteht aus geschlossenen Teilflächen, Fenstern und zugehörige Leitstegen auf der Eintritts- und Austrittsseite. Die Einbauelemente können lose oder mit den Rohren ganz oder teilweise fest durch Löten, Schweissen oder Kleben verbunden sein. Auch die Einzelteile eines Einbauelementes sind auf diese Art mindestens teilweise verbunden. - In einer anderen Ausführungsform sind die Einbauten, wie bei normalen Umlenkblechen üblich, durch Haltestangen miteinander und mit dem Apparat verbunden. Es ist auch möglich, Teilelemente, bestehend aus einem Leitsteg und geschlossenen Teilflächen, aus einen Blech durch Biegen herzustellen. Die dargestellte Anordnung mit U-Rohren ist nur beispielhaft. Selbstverständlich eignen sich die Einbauelemente auch für alle anderen Rohrbündel-Wärmeübertrager wie z.B. solche mit fest eingebauten, geraden Rohren und Rohrböden oder für mehrgängige Apparate. Auch nicht kreisrunde (z.B. quadratische oder rechteckige) Apparatequerschnitte wären möglich. Für die Erhitzung von Flüssigkeiten können anstelle von Rohren mit einem Wärmeträger auch elektrische Heizstäbe oder Heizschlangen treten.
- Die
Fig. 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Bündels von Rohren 7 mit erfindungsgemässen Einbauelementen, welche Fenster 12, 13, geschlossenen Teilflächen 8 und Leitstege 10, 11 umfassen. Geschlossenen Teilflächen und Fenster aufeinanderfolgender Einbauelemente decken sich jeweils ab und aufeinander folgende Leitstege kreuzen sich vorzugsweise unter einem Winkel von 90°. - Die
Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die Eintrittsseite eines erfindungsgemässen Einbauelements A mit einer Umlenkfläche 8 und zwei Leitstegen 10, 11 sowie zwei Fenstern 12, 13 sowie Bohrungen 7' in den geschlossenen Teilflächen für die Rohre. Dabei entspricht die Fläche der Fenster normalerweise annähernd der geschlossenen Teilfläche. Es ist jedoch auch möglich, die Fenster wesentlich kleiner oder in einer andern Form wie z.B. Schlitze oder Bohrungen auszugestalten, um spezielle Strömungseffekte oder einen zusätzlichen Druckverlust zu erzeugen oder um die Bildung von Strähnen zu verhindern. - Die
Fig. 4 zeigt die Ansicht auf die Eintrittsseite eines in Strömungsrichtung folgenden, erfindungsgemässen Einbauelements B mit einer Umlenkfläche 8' und zwei Leitstegen 10', 11' sowie zwei Fenstern 12', 13' und Bohrungen 7' für die Rohre. Die geschlossenen Teilflächen und die Fenster sind gegenüber dem vorangehenden, inFig. 3 gezeigten Einbauelement versetzt. - Eine alternative Ausführungsform ergibt sich aus der
Fig. 5 . Sie zeigt eine Ansicht auf die Eintrittsseite eines erfindungsgemässen Einbauelements mit einer Umlenkfläche 8 mit Bohrungen 7' für die Rohre und zwei Leitstegen 10, 11 sowie zwei Fenstern 12, 13, wobei die Fenster eine wesentliche kleinere Fläche als die Umlenkfläche und eine beliebige Form haben. - Die
Fig. 6 zeigt wiederum die Ansicht auf die Eintrittsseite eines anderen erfindungsgemässen Einbauelements mit einer Umlenkfläche 8 und vier Leitstegen 21, 22, 23, 24 sowie drei Fenstern 25, 26, 27 und Bohrungen 7' für die Rohre. -
Fig. 7 zeigt die Ansicht auf die Eintrittsseite eines erfindungsgemässen Einbauelements mit einer Umlenkfläche 8 und mit nur einem Leitsteg 10 auf der Eintrittsseite, zwei Leitstegen 23, 24 sowie drei Fenstern 25, 26, 27 und Bohrungen 7' für die Rohre. -
Fig. 8 ist die Ansicht auf die Eintrittsseite eines erfindungsgemässen Einbauelements, das auf ein vor ihm liegendes Einbauelement nachFig. 7 folgt, mit einer Umlenkfläche 8' und mit nur einem Leitsteg 10' auf der Eintrittsseite zwei Leitstege 23', 24' sowie drei Fenstern 25', 26', 27' und Bohrungen 7' für die Rohre. Dabei sind die Fenster jeweils zu den Fenstern gegenüber dem Element nachFig. 7 versetzt angeordnet, so dass kein direkter, axialer Durchtritt möglich ist, wenn die Elemente in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet werden. - Eine ausführliche Darstellung einer Erfindungsvariante, die auf den
Fig. 7 und 8 basiert, zeigen dieFig. 9 bis 17 , die nicht alle in demselben Massstab dargestellt sind. Dabei ist aus Gründen der Darstellung der Mantel 1 weggelassen. DieFig. 9 ist eine Aufsicht auf das Rohrbündel des Wärmeübertragers mit den erfindungsgemässen Umlenkflächen, Fenstern und Leitstegen. Das Wärmeaustauschmedium (Wärme- oder Kühlmittel) fliesst in Richtung des Pfeils 28 durch die Rohre. Die Leitstege sind hier mit den Bezugszeichen 10a bis 10e versehen. Im Winkel von 90° hierzu befinden sich weitere Leitstege 10a`, 10a" bis 10e', 10e", wobei diese Leitstege jeweils rechtwinklig mit Umlenkflächen 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e" verbunden sind. Die Bezugszeichen 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e" kennzeichnen dabei Teilflächen, die Öffnungen oder Bohrungen für den Durchtritt von Rohren aufweisen. Die Umlenkflächen sind ferner durch Fenster 12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e' unterbrochen. Die Geometrie der Umlenkflächen und der in ihnen ausgenommenen Fenster alterniert von Umlenkfläche zu Umlenkfläche, wie im Folgenden näher erläutert werden wird. - Die
Fig. 10 zeigt denselben Aufbau wie dieFig. 9 , aber dieses Mal in Richtung des Pfeils X derFig. 9 dargestellt. DieFig. 11 ist eine Aufsicht aus Richtung des Pfeils XI derFig. 9 mit den markierten Schnitten XII-XII und XIII-XIII, die sich jeweils in denFig. 12 und13 finden. - In der
Fig. 9 sind des weiteren Schnitte XIV-XIV, XV-XV und XVI-XVI angegeben. Diese Schnitte sind jeweils in denFig. 14, 15 und 16 dargestellt. Die Schnitte zeigen die aufeinanderfolgenden Umlenkflächen, die jeweils gegenüber der vorhergehenden (oder nächsten) Umlenkfläche eine komplementäre Geometrie aufweisen, um für eine optimale Durchmischung des zu mischenden Produkts zu sorgen. So weist die inFig. 14 gezeigte Umlenkfläche (abdeckende) Teilflächen 8a', 8a" auf, die den Fluss des Produkts umleiten und nur eine Bohrung für ein Rohr aufweisen. Dazwischen befindet sich das (offene) Fenster 12a', welches der Strömung keinen Widerstand entgegensetzt und nur von zwei Rohren durchquert wird. Die inFig. 15 gezeigte Umlenkfläche ist komplementär zu der Umlenkfläche derFig. 14 , d.h. sie weist Teilflächen auf, wo sich bei der Umlenkfläche derFig. 14 Fenster befanden, und Fenster, wo sich bei der Umlenkfläche derFig. 14 Teilflächen befanden. Auf der nicht mit Bezugszeichen versehenen unteren Hälfte der Umlenkflächen gilt jeweils das Umgekehrte. Das durch den Mischer/Wärmeübertrager fliessende Produkt ist somit gezwungen, von Umlenkfläche zu Umlenkfläche einen anderen Weg zu nehmen, wodurch sich eine optimale Durchmischung des Fluids ergibt. Der dritte Schnitt nachFig. 16 entspricht wiederum demjenigen derFig. 14 . - Zur weiteren Veranschaulichung zeigt die
Fig. 17 schließlich eine perspektivische Darstellung des anhand derFig. 9 bis 16 beschriebenen Rohrbündel-Wärmeübertragers, wobei der Pfeil 28 die Fliessrichtung des Produkts andeutet (vgl.Fig. 9 ). Der Übersichtlichkeit halber ist diese Figur nicht mit Bezugszeichen versehen, diese ergeben sich jedoch aus denFig. 9 bis 16 . - Die Baugruppen bzw. Einbauelemente und deren Bauteile wie Umlenkflächen und Leitstege können in an sich bekannter Weise aus Stahl gefertigt und verschweisst sein. Es können aber auch Gussteile zum Einsatz kommen. Schliesslich ist auch eine Herstellung aus Kunststoffen möglich, z.B. im Spritzgussverfahren oder mittels additiver Fertigung wie etwa 3D-Druck.
Claims (13)
- Bündel-Wärmeübertrager zur Zu- oder Abfuhr von Wärme und gleichzeitiger Mischung eines Produktstroms, mit einem Bündel aus mindestens zwei langgestreckten Wärmeaustausch-Elementen wie Rohren (7), elektrischen Heizstäben oder Heizschlangen, wobei ein Produktstrom im Aussenraum (6) von einer Einlassöffnung (2) zu einer Auslassöffnung (3) fliesst, mit mindestens zwei feststehenden Baugruppen (Einbauelemente A, B) mit mindestens einer Umlenkfläche (8, 8', 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e"), wobei mindestens zwei Fenster (12,13, 12', 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') in der Umlenkfläche (8, 8', 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e") vorgesehen sind, die von deren Eintrittsseite auf die Austrittsseite führen, und wobei auf der Eintritts- und auf der Austrittsseite der Umlenkfläche (8, 8', 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e") jeweils mindestens ein Leitsteg (10, 11, 10', 10a - 10e, 10a' - 10e', 10a" - 10e", 23, 24) parallel zu den langgestreckten Wärmeaustausch-Elementen angebracht ist und dass die nicht mit Fenstern (12,13, 12', 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') versehenen Teilflächen der Umlenkfläche (8, 8', 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e") einer oder mehrere Bohrungen oder Öffnungen (7') für den Durchtritt der Wärmeaustausch-Elemente entsprechend ihrer Teilung in dem Bündel aus Wärmeaustausch-Elementen aufweisen, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Leitstege auf der Eintrittsseite (10) und die Leitstege auf der Austrittsseite (11) unter einem Winkel von 90° kreuzen.
- Bündel-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
- Bündel-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand aufeinanderfolgender Umlenkflächen (8, 8', 8a', 8a"; 8b'; 8c', 8c"; 8d'; 8e', 8e") der Höhe (h) von zwei Leitstegen ohne Abstände dazwischen entspricht.
- Bündel-Wärmeübertrager nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (12, 13, 12`, 13`, 12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') auf jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Leitstegs (10, 11, 10', 10a - 10e, 10a'-10e', 10a" - 10e", 23, 24) angeordnet sind.
- Bündel-Wärmeübertrager nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Baugruppen (Einbauelemente A, B) mit quer zu den Wärmeaustausch-Elementen stehenden Umlenkflächen (8) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind und dass einerseits Fenster (12, 13) einer Baugruppe (Einbauelement A, B) mit nicht mit Fenstern (12, 13) versehenen Teilflächen der Umlenkflächen (8') der folgenden Baugruppe (Einbauelement A, B) und andererseits nicht mit Fenstern (12, 13) versehene Teilflächen der vorangehenden Baugruppe (Einbauelement A, B) mit Fenstern (12', 13') der nachfolgenden Baugruppe (Einbauelement A, B) abwechseln.
- Bündel-Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitstege (11, 10') aufeinanderfolgender Baugruppen (Einbauelemente A, B) unter einem Winkel von 90° kreuzen.
- Bündel-Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bündelquerschnitt durch die Leitstege (10, 11, 10`, 10a - 10e, 10a' - 10e', 10a" - 10e", 23, 24) der Baugruppen (Einbauelemente A, B) in angenähert gleichgrosse Teilflächen unterteilt wird.
- Bündel-Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Fenstern (12, 13, 12`, 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') versehenen Teilflächen und die nicht mit Fenstern (12, 13, 12', 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') versehenen Teilflächen (8) einer Baugruppe (Einbauelement A, B) annähernd gleich gross sind.
- Bündel-Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Fenstern (12, 13, 12`, 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') versehenen Teilflächen mindestens einer Baugruppe (Einbauelement A, B) zur Erzielung besonderer Strömungseffekte wesentlich kleiner als die nicht mit Fenstern (12, 13, 12', 13',12a'; 12b', 12b"; 12c'; 12d', 12d"; 12e', 25, 26, 27, 25', 26', 27') versehenen Teilflächen (8) der Umlenkflächen sind.
- Bündel-Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Leitstege (10, 11, 10', 10a - 10e, 10a` - 10e', 10a" - 10e", 23, 24) auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite unterschiedlich ist.
- Bündel-Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Leitstege (10, 11, 10`, 10a - 10e, 10a' - 10e', 10a" - 10e", 23, 24) auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite unterschiedlich ist.
- Verwendung eines Bündel-Wärmeübertragers nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Wärmeübertragung bei viskosen Produkten.
- Verwendung eines Bündel-Wärmeübertragers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Reaktor bei exo- oder endothermen Reaktionen.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH00696/19A CH716236A2 (de) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Rohrbündel-Wärmeübertrager mit Einbauelementen aus Umlenkflächen und Leitstegen. |
PCT/EP2020/064519 WO2020239734A1 (de) | 2019-05-28 | 2020-05-26 | Rohrbündel-wärmeübertrager mit baugruppen/einbauelementen aus umlenkflächen und leitstegen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3966513A1 EP3966513A1 (de) | 2022-03-16 |
EP3966513B1 true EP3966513B1 (de) | 2024-07-17 |
Family
ID=71103336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP20733340.2A Active EP3966513B1 (de) | 2019-05-28 | 2020-05-26 | Rohrbündel-wärmeübertrager mit baugruppen/einbauelementen aus umlenkflächen und leitstegen |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US12050065B2 (de) |
EP (1) | EP3966513B1 (de) |
JP (1) | JP2022535693A (de) |
KR (1) | KR20220012323A (de) |
CN (1) | CN113950604A (de) |
CH (1) | CH716236A2 (de) |
WO (1) | WO2020239734A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH717390A2 (de) * | 2020-05-06 | 2021-11-15 | Streiff Felix | Baugruppen/Einbauelemente aus Umlenkflächen mit Trennstegen für den Einbau in Rohre/Kanäle oder in den Mantelraum von Rohrbündel-Wärmetauschern. |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1505429A (en) * | 1922-04-08 | 1924-08-19 | Whitlock Coil Pipe Company | Heat-exchange apparatus |
US3400758A (en) * | 1966-05-16 | 1968-09-10 | United Aircraft Prod | Helical baffle means in a tubular heat exchanger |
CH493811A (de) * | 1967-09-06 | 1970-07-15 | Basf Ag | Wärmetauschvorrichtung |
DE2839564C2 (de) | 1978-09-12 | 1982-10-21 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Vorrichtung mit Zu- und Abfuhr von Wärme und zum Mischen von flüssigen Medien |
US5217066A (en) * | 1992-08-10 | 1993-06-08 | Enfab, Inc. | Integral heat exchanger and method of construction |
DE59508992D1 (de) * | 1995-06-21 | 2001-03-01 | Sulzer Chemtech Ag Winterthur | In einem Rohr angeordneter Mischer |
EP0998973A1 (de) * | 1998-10-27 | 2000-05-10 | Balcke-Dürr Energietechnik GmbH | Gekühlter Rohrbündelreaktor |
DE50003420D1 (de) | 1999-07-07 | 2003-10-02 | Fluitec Georg Ag Winterthur | Vorrichtung für den Wärmetausch |
DE50200013D1 (de) * | 2002-03-22 | 2003-07-31 | Sulzer Chemtech Ag Winterthur | Rohrmischer mit einem longitudinalen Einbaukörper |
DE10223788C1 (de) * | 2002-05-29 | 2003-06-18 | Lurgi Ag | Wärmetauscher |
US20090301699A1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Lummus Novolent Gmbh/Lummus Technology Inc. | Vertical combined feed/effluent heat exchanger with variable baffle angle |
US20140262172A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Koch Heat Transfer Company, Lp | Tube bundle for shell-and-tube heat exchanger and a method of use |
DE102013004934A1 (de) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Gkn Sinter Metals Holding Gmbh | Rohrbündelrekuperator an einem Sinterofen sowie Wärmeübertragungsverfahren mit einem Sinterofen und mit einem Rohrbündelrekuperator |
EP3029407A1 (de) | 2014-12-02 | 2016-06-08 | Borgwarner Emissions Systems Spain, S.L.U. | Gerilltes prallblech für einen wärmetauscher |
DE102015013516B4 (de) * | 2015-10-20 | 2018-01-18 | Frank Brucker | Rohrbündelwärmeübertrager und Fertigungsverfahren für Rohrbündelwärmeübertrager |
PL3415852T3 (pl) * | 2016-08-05 | 2024-03-18 | Obshestvo S Ogranichennoi Otvetstvennost'u "Reinnolts Lab" | Skraplacz płaszczowo-rurowy i rura wymiany ciepła skraplacza płaszczowo-rurowego (warianty) |
-
2019
- 2019-05-28 CH CH00696/19A patent/CH716236A2/de unknown
-
2020
- 2020-05-26 US US17/613,593 patent/US12050065B2/en active Active
- 2020-05-26 CN CN202080039316.5A patent/CN113950604A/zh active Pending
- 2020-05-26 EP EP20733340.2A patent/EP3966513B1/de active Active
- 2020-05-26 KR KR1020217042068A patent/KR20220012323A/ko active Search and Examination
- 2020-05-26 JP JP2021569015A patent/JP2022535693A/ja active Pending
- 2020-05-26 WO PCT/EP2020/064519 patent/WO2020239734A1/de unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US12050065B2 (en) | 2024-07-30 |
WO2020239734A1 (de) | 2020-12-03 |
CN113950604A (zh) | 2022-01-18 |
EP3966513A1 (de) | 2022-03-16 |
KR20220012323A (ko) | 2022-02-03 |
CH716236A2 (de) | 2020-11-30 |
JP2022535693A (ja) | 2022-08-10 |
US20220236014A1 (en) | 2022-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0996498B1 (de) | Kontinuierlicher, chaotischer konvektionsmischer, -wärmeaustauscher und -reaktor | |
DE10233506B4 (de) | Mischer/Wärmeaustauscher | |
DE2808854C2 (de) | Mit Einbauten versehener Strömungskanal für ein an einem indirekten Austausch, insbesondere Wärmeaustausch, beteiligtes Medium | |
EP1967806B1 (de) | Vorrichtung zur wärmetauschenden und mischenden Behandlung von fluiden Medien | |
EP0947239B1 (de) | Statischer Mischer | |
DE10326381B4 (de) | Turbulenzerzeuger | |
EP2851118A1 (de) | Vorrichtung zum Mischen und zum Wärmetausch und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2320741A1 (de) | Statische mischeinrichtung | |
DE102007033166A1 (de) | Wärmetauscher | |
EP2113732A1 (de) | Mischer-Wärmetauscher | |
DE112004001604B4 (de) | Dreidimensionale quer angeordnete Umlenkeinrichtung als inneres Element in einem Rohr, einem Fass oder einem Turm | |
EP0980703B1 (de) | Statischer Mischer | |
EP3966513B1 (de) | Rohrbündel-wärmeübertrager mit baugruppen/einbauelementen aus umlenkflächen und leitstegen | |
WO2022032401A1 (de) | Vorrichtung zur zu- oder abfuhr von wärme, zur durchführung von reaktionen, und zum mischen und dispergieren von strömenden medien | |
EP0674148B1 (de) | Heizkörper | |
DE3339932A1 (de) | Spaltwaermetauscher mit stegen | |
EP0177904A2 (de) | Vorrichtung zum Austausch der Wärme zwischen zwei im Kreuzstrom zueinander geführten Gasen | |
DE3226420A1 (de) | Vorrichtung zum homogenen mischen von gasen, fluessigkeiten und feststoffen in ein- oder mehr-phasigen systemen | |
EP3822569B1 (de) | Wärmetauscher | |
DE68905806T2 (de) | Statische mischeinrichtung. | |
DE3920123C1 (de) | ||
CH625813A5 (en) | Process for the continuous polymerisation of lactams | |
EP4089357A1 (de) | Wärmetauscher | |
DE102019009099A1 (de) | Wärmetauscher mit Mischfunktion | |
DE3036334C2 (de) | Wärmeübertrager |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: UNKNOWN |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE |
|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20211206 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20230426 |
|
P01 | Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered |
Effective date: 20230526 |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
|
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20240116 |
|
GRAJ | Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
|
INTC | Intention to grant announced (deleted) | ||
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED |
|
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20240521 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |