DE4125790A1

DE4125790A1 - Heat exchanger for cool waste air - has rotor with shaft, carrying heat exchanger plates and intermediate stationary angled stripper element

Info

Publication number: DE4125790A1
Application number: DE19914125790
Authority: DE
Inventors: Juergen Gerlach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-03
Filing date: 1991-08-03
Publication date: 1993-02-04

Abstract

The heat exchanger is for the cooling of waste air, esp. warm oil-containing air. The air flows over heat transfer surfaces in a housing. The housing (1) contains a rotor (3, 4), with a shaft (3), connected to a drive. The shaft is positioned horizontally, and at right angles to the flow direction of the waste air to be treated. The shaft carries disc-shaped heat exchanger plates (4), the lower parts of which are immersed in a cooling fluid bath (13). Stripper elements (6) are located between exchanger plates, and act with their surfaces. These are also partly immersed into the cooling fluid bath. The elements are strip-shaped, and at right angles to the exchanger plates. USE/ADVANTAGE - Good heat transfer between warm waste air and cooling medium. System allows continuous environmentally friendly removal of contaminant deposits.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen von Abluft und insbesondere zum Kühlen von warmer und ölhaltiger Luft, wobei die Abluft in einem Gehäuse des Wärmetauschers über dort vorgesehene Wärmeübertragungsflächen strömt.The invention relates to a heat exchanger for cooling exhaust air and especially for cooling warm and oily air, the exhaust air in a housing of the heat exchanger provided there Heat transfer surfaces flows.

Um aus ölhaltiger Luft die Ölbestandteile ausfiltrieren zu können, bevor die Luft in die Atmosphäre abgegeben wird, muß zunächst einmal dafür gesorgt werden, daß sich alle im gasförmigen oder flüchtigen Aggregatzustand befindlichen Schmutzstoffe wie Öle kondensiert oder niedergeschlagen werden. Erst nach der Kondensation dieser Schmutzstoffe zu mikrofeinen Tröpfchen können die Schmutzstoffe oder Ölbestandteile von Abluft wirksam über mechanische Filter abgeschieden werden.In order to be able to filter out the oil components from oily air before the air released into the atmosphere must first of all for this be made sure that everyone is in gaseous or volatile Physical state of contaminants such as oils condensed or be put down. Only after these contaminants have condensed The contaminants or oil components from. can become microfine droplets Exhaust air can be effectively separated using mechanical filters.

Bekannte Wärmetauscher zum Kühlen von Abluft haben den Nachteil, daß sie durch Kondensatablage an den Wärmeübertragungsflächen verhältnismäßig schnell verstopfen. Zum Reinigen werden die Wärmeübertragungsflächen mit unter Hochdruck stehendem Wasser abgespült, was nicht nur kostspielig ist, sondern auch zu einer unnötigen Umweltbelastung führt.Known heat exchangers for cooling exhaust air have the disadvantage that they due to condensate deposition on the heat transfer surfaces clog quickly. The heat transfer surfaces are used for cleaning rinsed off under high pressure water, which is not only expensive, but also leads to unnecessary environmental pollution.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der sowohl einen guten Wärmetausch zwischen warmer Abluft und einem Kühlmedium gewährleistet als auch kontinuierlich und umweltschonend von Schmutzablagerungen gereinigt wird.The object of the invention is to provide a heat exchanger that both a good heat exchange between warm exhaust air and a cooling medium guaranteed as well as continuous and environmentally friendly by Dirt deposits are cleaned.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung gelöst, welcher die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with a heat exchanger at the outset mentioned genre solved, which the characteristics of the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the Invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher arbeitet wartungsfrei, d. h. es sind keine Wartungsarbeiten erforderlich, um die Wärmetauschplatten von ölhaltigen oder anderen Schmutzablagerungen zu befreien. Vielmehr werden die auf der Rotorwelle befestigten Wärmetauschplatten mittels feststehender Abstreifer von selbst gereinigt. Die Trennung zwischen den niedergeschlagenen bzw. kondensierten Ölbestandteilen und dem primären Kühlwasser erfolgt automatisch, nämlich durch Aufschwimmen der leichteren Ölbestandteile auf dem Kühlwasser.The heat exchanger according to the invention works maintenance-free, i. H. there are no maintenance required to remove the heat exchange plates to clear oily or other dirt deposits. Rather be the heat exchange plates attached to the rotor shaft by means of fixed scraper cleaned by itself. The separation between the precipitated or condensed oil components and the primary Cooling water takes place automatically, namely by floating the lighter ones Oil components on the cooling water.

Auf der Rotorwelle kann eine große Anzahl von scheibenförmigen Wärmetauschplatten befestigt werden. Diese Wärmetauschplatten bestehen beispielsweise aus Metallblech und bieten insgesamt eine große Oberfläche für Kontakt zwischen der zu kühlenden Abluft und dem primären Kühlwasser. Der Abstand zwischen benachbarten Wärmetauschplatten kann auf beispielsweise 2,5 mm begrenzt sein. Daher ergibt sich ein guter Wärmetausch zwischen der Abluft und den Wärmetauschplatten, die wiederum vom primären Kühlwasser abgekühlt werden, um ein möglichst großes Wärmegefälle zwischen der warmen Abluft und den gekühlten Wärmetauschplatten zu gewährleisten. Wegen der großen Oberfläche der Wärmetauschplatten können auch ölhaltige und sonstige Verschmutzungen in Form mikrofeiner Tröpfchen an der Oberfläche der Wärmetauschplatten kondensiert oder sonstwie abgelagert werden. Die Ablagerung der mikrofeinen Tröpfchen an der Oberfläche der Wärmetauschplatten wird noch dadurch begünstigt, daß Kühlwasser an der Oberfläche der sich drehenden Wärmetauschplatten in den oberen Bereich des Wärmetauschers, der von der Abluft durchströmt wird, verschleppt wird, wodurch die für den Wärmetausch zu Verfügung stehende Oberfläche nicht nur vergrößert, sondern auch eine zusätzliche Turbulenz im Abluftstrom erzeugt wird.A large number of disc-shaped can be on the rotor shaft Heat exchange plates are attached. These heat exchange plates are made for example made of sheet metal and offer a large surface overall for contact between the exhaust air to be cooled and the primary cooling water. The distance between adjacent heat exchange plates can be for example, be limited to 2.5 mm. Therefore, there is a good one Heat exchange between the exhaust air and the heat exchange plates, which in turn be cooled by the primary cooling water to make it as large as possible Heat differences between the warm exhaust air and the cooled To ensure heat exchange plates. Because of the large surface area of the Heat exchange plates can also contain oily and other contaminants Form of micro-fine droplets on the surface of the heat exchange plates condensed or otherwise deposited. The deposit of the microfine droplets on the surface of the heat exchange plates will still thereby favored that cooling water on the surface of the rotating Heat exchange plates in the upper area of the heat exchanger by the Exhaust air is flowed through, is carried away, which means that for heat exchange available surface not only enlarged, but also a additional turbulence is generated in the exhaust air flow.

Das primäre Kühlwasser muß nicht ausgetauscht werden. Vielmehr kann es im Kreislauf geführt werden. Durch Verdampfung an den Wärmetauschplatten verlorenes Kühlwasser kann permanent durch Frischwasser ersetzt werden. Die in das primäre Kühlwasser gelangenden emulgierten Stoffe verbinden sich beispielsweise durch Koaleszenz zu größeren Tröpfchen, die auf dem Kühlwasser aufschwimmen und sich somit vom Wasser trennen. Dieses aufgeschwommene Emulgat läßt sich problemlos getrennt vom Kühlwasser ableiten.The primary cooling water does not have to be replaced. Rather, it can Cycle. By evaporation on the heat exchange plates lost cooling water can be permanently replaced by fresh water. Combine the emulsified substances entering the primary cooling water coalescence, for example, to form larger droplets on the Float cooling water and thus separate from the water. This Floated emulsions can easily be separated from the cooling water deduce.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers schematisch dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing is an embodiment of the invention Heat exchanger shown schematically, and shows

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Wärmetauscher von einem Stirnende desselben gesehen, Fig. 1 seen a vertical section through the heat exchanger from a front end thereof,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher aus Fig. 1, wobei zur Vereinfachung der Darstellung der obere Teil des Gehäuses des Wärmetauschers weggelassen ist, und Fig. 2 is a plan view of the heat exchanger of Fig. 1, wherein the upper part of the housing of the heat exchanger is omitted to simplify the illustration, and

Fig. 3 einen im Maßstab vergrößerten Teilschnitt nach Linie A-A aus Fig. 1. Fig. 3 is an enlarged scale partial section along line AA in FIG. 1.

Der in der Zeichnung gezeigte Wärmetauscher hat ein kastenartiges Gehäuse 1, dessen Unterteil 12 beckenförmig ausgebildet und mit Kühlwasser 13 gefüllt ist. Der obere Spiegel bzw. das Niveau 2 der Kühlflüssigkeit 13 liegt unter einer etwa im Zentrum des Gehäuses 1 gelagerten Rotorwelle 3, an die auf der Außenseite des Gehäuses 1 ein Antriebsmotor 5 angeflanscht ist, wie Fig. 2 zeigt.The heat exchanger shown in the drawing has a box-like housing 1 , the lower part 12 of which is basin-shaped and filled with cooling water 13 . The upper mirror or level 2 of the cooling liquid 13 lies under a rotor shaft 3 which is mounted approximately in the center of the housing 1 and to which a drive motor 5 is flanged on the outside of the housing 1 , as shown in FIG. 2.

Auf der Rotorwelle 3 ist eine größere Anzahl von scheibenförmigen Wärmetauschplatten 4 befestigt, die aus eine gute Leitfähigkeit aufweisendem Material wie Metallblech bestehen und drehfest mit der Rotorwelle 3 verbunden sind, so daß sie mit dieser gedreht werden. Der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten scheibenförmigen Wärmetauschplatten 4 beträgt beispielsweise nur 2,5 mm, so daß die zahlreichen dicht aneinander angeordneten Wärmetauschplatten 4 eine große Wärmetauschfläche bieten.On the rotor shaft 3 , a larger number of disk-shaped heat exchange plates 4 are fastened, which consist of a material with good conductivity, such as sheet metal, and are connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 3 , so that they are rotated with it. The distance between immediately adjacent disc-shaped heat exchange plates 4 is, for example, only 2.5 mm, so that the numerous heat exchange plates 4 arranged close to one another offer a large heat exchange surface.

Im oberen Bereich des Gehäuses 1 sind an diesem horizontal verlaufende Stutzen, nämlich ein Einlaßstutzen 7 für warme und mit Verunreinigungen beladene Abluft und ein Auslaßstutzen 8 für gekühlte und gereinigte Abluft angeordnet. Beide Stutzen liegen in Flucht miteinander, so daß die Abluft gemäß Pfeilen 14 und 15 in etwa horizontaler Richtung durch den oberen Teil des Gehäuses 1 hindurchströmen kann. In the upper area of the housing 1 there are horizontally extending connections, namely an inlet connection 7 for warm and contaminated exhaust air and an outlet connection 8 for cooled and cleaned exhaust air. Both nozzles are in alignment with one another, so that the exhaust air can flow through the upper part of the housing 1 in an approximately horizontal direction according to arrows 14 and 15 .

Der Antriebsmotor 5 treibt die Rotorwelle 3 derart an, daß die Wärmetauschplatten 4 gemäß dem Pfeil R gedreht werden und somit im oberen Bereich des Gehäuses 1 sich praktisch in Gegenrichtung zum Abluftstrom bewegen.The drive motor 5 drives the rotor shaft 3 in such a way that the heat exchange plates 4 are rotated in accordance with the arrow R and thus move in the upper region of the housing 1 practically in the opposite direction to the exhaust air flow.

Im Unterteil 12 des Gehäuses 1 sind an einer feststehenden Traverse 16 schwertförmige Abstreifer 6 befestigt, die, wie Fig. 3 erkennen läßt, zwischen die einzelnen benachbarten Wärmetauschplatten 4 ragen. Dabei sind diese Abstreifer 6 gegenüber den Wärmetauschplatten 4 schräg gestellt, wie Fig. 3 zeigt, so daß sie mit diagonal einander gegenüberliegenden Kanten 17 und 18 jeweils die gegenüberliegenden Oberflächen benachbarter Wärmetauschplatten 4 berühren. Die Abstreifer 6 führen, wie Fig. 1 zeigt, in geneigter Position schräg nach oben und enden etwas oberhalb der Rotorwelle 3, so daß die gesamte Oberfläche jeder Wärmetauschplatte beim Umlauf derselben von einem Abstreifer überstrichen wird, wodurch Schmutzablagerungen an den Oberflächen abgestreift werden.In the lower part 12 of the housing 1 16 sword-shaped wipers 6 are attached to a fixed crossmember, which, as can be seen in FIG. 3, protrude between the individual adjacent heat exchange plates 4 . These wipers 6 are inclined relative to the heat exchanger plates 4 , as shown in FIG. 3, so that they touch the opposite surfaces of adjacent heat exchanger plates 4 with diagonally opposite edges 17 and 18 . The scraper 6 lead, as shown in Fig. 1, in an inclined position obliquely upwards and end slightly above the rotor shaft 3 , so that the entire surface of each heat exchange plate is swept by a scraper as it rotates, whereby dirt deposits on the surfaces are stripped off.

Die auf den Wärmetauschplatten 4 in Form feinster Tröpfchen niedergeschlagenen Verunreinigungen werden von den Abstreifern innerhalb der Kühlflüssigkeit 13 von den Oberflächen der Wärmetauschplatten 4 gelöst und können, da sie ein geringeres spezifisches Gewicht als das als Kühlflüssigkeit verwendete Wasser haben, zum Niveau 2 des Kühlwassers 13 aufsteigen, wo sie mit der Zeit eine Emulgat-Schicht 19 bilden. In den Unterteil 12 des Gehäuses 1 ragt eine Uberlaufleitung 20, deren oberes Ende 21 etwa in Höhe des Niveaus 2 des Kühlwassers 13 liegt. In der Überlaufleitung 20 ist eine Pumpe 11 angeordnet, die, wenn ein nicht dargestellter Sensor oder eine sonstige Meßeinrichtung eine bestimmte Dicke der Emulgat-Schicht 19 festgestellt hat, eingeschaltet wird, um das Emulgat bzw. abgeschiedene Öl abzupumpen und einer Entsorgung zuzuführen.The impurities deposited on the heat exchange plates 4 in the form of very fine droplets are detached from the surfaces of the heat exchange plates 4 by the wipers within the cooling liquid 13 and, since they have a lower specific weight than the water used as the cooling liquid, can rise to level 2 of the cooling water 13 where they form an emulsified layer 19 over time . In the lower part 12 of the housing 1 is a overflow line 20, the upper end 21 projects approximately at the height of level 2 of the cooling water 13 is located. A pump 11 is arranged in the overflow line 20 , which is switched on when a sensor or other measuring device (not shown) has determined a certain thickness of the emulsified layer 19 in order to pump off the emulsified or separated oil and to dispose of it.

An dem beckenförmigen Unterteil 12 des Gehäuses 1 ist eine Auslaßleitung 22 für das Kühlwasser 13 angeordnet, in der eine Pumpe 10 liegt. Diese Auslaßleitung 22 führt in einen weiteren Wärmetauscher 9, der zum Kühlen des Kühlwassers dient und zu diesem Zweck beispielsweise an einen externen separaten Wasserkühlkreislauf angeschlossen ist. An den Wärmetauscher 9 ist eine weitere Auslaßleitung 23 angeschlossen, die in einen Vorratsbehälter für Kühlwasser führt. An outlet line 22 for the cooling water 13 , in which a pump 10 is located, is arranged on the basin-shaped lower part 12 of the housing 1 . This outlet line 22 leads into a further heat exchanger 9 , which is used to cool the cooling water and for this purpose is connected, for example, to an external separate water cooling circuit. A further outlet line 23 is connected to the heat exchanger 9 and leads into a reservoir for cooling water.

An den Vorratsbehälter für Kühlwasser ist weiterhin eine Rücklaufleitung 24 mit einer darin angeordneten Pumpe 25 angeschlossen, durch die aus dem Vorratsbehälter Kühlwasser in den Unterteil 12 des Gehäuses 1 geleitet werden kann, um das Niveau 2 des im Gehäuse 1 befindlichen Kühlwassers 13 stets auf gleicher Höhe zu halten. Die Rücklaufleitung 24 umgeht den Wärmetauscher 9.A return line 24 with a pump 25 arranged therein is also connected to the storage tank for cooling water, through which cooling water can be conducted from the storage tank into the lower part 12 of the housing 1 , to the level 2 of the cooling water 13 in the housing 1, always at the same level to keep. The return line 24 bypasses the heat exchanger 9 .

Der zum Kühlen von warmer und ölhaltiger oder sonstwie belasteter Abluft bestimmte Wärmetauscher arbeitet folgendermaßen:The one for cooling warm and oily or otherwise polluted exhaust air certain heat exchanger works as follows:

Die warme und mit Verunreinigungen beladene Abluft wird durch den Einlaßstutzen 7 in das Gehäuse eingeleitet und verläßt das Gehäuse durch den Auslaßstutzen 8. Die Wärmetauschplatten 4 bewegen sich in Gegenrichtung zum Strom der Abluft. Sie können eine extrem große Wärmetauschfläche von bis zu 300 qm² aufweisen und der Abluft Wärme mit besonders gutem Wirkungsgrad entziehen. Unterhalb des Abluftstromes befindet sich im Gehäuse 1 das primäre Kühlwasser 13, welches durch die Pumpe 10 permanent durch den extern angeordneten Wärmetauscher 9, der ein Wasser-Wasser-Plattenwärmetauscher sein kann, zum Kühlen gepumpt wird. Die Pumpe 25 sorgt für eine Rückführung des Kühlwasser in das Gehäuse 1. Die Pumpen 10 und 25 sorgen also für eine Zirkulation des primären Kühlwassers. Die im externen Wärmetauscher 9 dem Kühlwasser entzogene Wärme kann durch einen externen Kühlwasserstrom abgeführt werden.The warm and contaminated exhaust air is introduced into the housing through the inlet connector 7 and leaves the housing through the outlet connector 8 . The heat exchange plates 4 move in the opposite direction to the flow of the exhaust air. They can have an extremely large heat exchange surface of up to 300 sqm ² and extract heat from the exhaust air with particularly good efficiency. Below the exhaust air flow is the primary cooling water 13 in the housing 1 , which is pumped by the pump 10 permanently through the externally arranged heat exchanger 9 , which can be a water-water plate heat exchanger, for cooling. The pump 25 ensures that the cooling water is returned to the housing 1 . The pumps 10 and 25 thus ensure a circulation of the primary cooling water. The heat extracted from the cooling water in the external heat exchanger 9 can be dissipated by an external cooling water flow.

Durch das Abkühlen der Abluft kondensieren die in der Abluft enthaltenen Öldämpfe oder sonstigen flüchtigen Verunreinigungen und setzen sich an der sehr großen Kühlfläche der Wärmetauschplatten 4 ab. Durch das Zusammenwirken der Kühlfläche mit den Abstreifern 6 wird das abgelagerte Kondensat permanent abgeschabt und steigt wegen seines geringeren spezifischen Gewichtes an die Oberfläche des Kühlwassers 13. Die sich dort bildende Ölschicht wird gemessen und bei Bedarf mittels der Pumpe 11 zum entsorgen abgeführt.By cooling the exhaust air, the oil vapors or other volatile impurities contained in the exhaust air condense and settle on the very large cooling surface of the heat exchange plates 4 . Due to the interaction of the cooling surface with the wipers 6 , the deposited condensate is permanently scraped off and rises to the surface of the cooling water 13 because of its lower specific weight. The oil layer that forms there is measured and, if necessary, removed for disposal by means of the pump 11 .

Claims

1. Heat exchanger for cooling exhaust air, which flows in a housing over heat transfer surfaces provided there, characterized in that in the housing ( 1 ) a rotor ( 3 , 4 ) is arranged, the shaft ( 3 ) connected to a drive ( 5 ) about is arranged at right angles to the flow direction ( 14 , 15 ) of the exhaust air to be treated and approximately horizontally and holds a plurality of disk-shaped heat exchange plates ( 4 ), the lower area of which is immersed in a bath of cooling liquid ( 13 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that between the heat exchange plates ( 4 ) with their surfaces interacting wipers ( 6 ) are arranged, which are at least partially immersed in the cooling liquid ( 13 ).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the wipers ( 6 ) are strip-shaped and are arranged inclined to adjacent heat exchange plates ( 4 ).

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the housing ( 1 ) below the level ( 2 ) of the cooling liquid ( 13 ) opening outlet ( 20 , 21 ) for separated contaminants ( 19 ) is arranged.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that a heat exchanger ( 9 ) and a reservoir for cooling liquid is connected to the section ( 12 ) of the housing ( 1 ) containing the cooling liquid ( 13 ).

6. Heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that the direction of rotation (R) of the rotor shaft ( 3 ) is selected so that the exhaust air flows in the opposite direction over the moving heat exchange plates ( 4 ).

7. Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat exchange plates ( 4 ) consist of thermally conductive material.