STAND DER TECHNIK Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-U-94 03 913 bekannt.

Ein jüngerer diesbezüglicher Stand der Technik, der sich prinzipiell jedoch nicht gegenüber dem älteren Stand der Technik unterscheidet, beschreibt die Firmen- druckschrift"Röhrenwärmetauscher VARITUBE@", GEA Tuchenhagen, Liquid Pro- cessing Division, 632d-00, aus dem Jahre 2000.

Derartige Rohrbündel-Wärmeaustauscher sind aufgrund ihrer Querschnittsgeo- metrie generell besser als andere Wärmeaustauscher-Bauarten, wie beispiels- weise Platten-Wärmeaustauscher, geeignet zur thermischen Behandlung von Produkten mit hohen und niedrigen Viskositäten, von feststoffhaltigen Produkten mit ganzen Stücken, Pulpe oder Fasern. Gleichwohl ist auch hier zu beobachten, dass sich bei faserigen Medien, beispielsweise Säften mit Fruchtfleisch, Ablage- rungen an den Eintrittsöffnungen der Innenrohre der Rohrträgerplatten bilden. Die Behandlung bei relativ hohen Temperaturen begünstigt die Agglomeration von Fasern und die Bildung von Pulpe. Diese lagern sich bevorzugt an den Stegen

zwischen den mehrfach angeordneten Innenrohren und an den quer zur Strö- mungsrichtung orientierten Flächen der Rohrträgerplatte ab und können dort zu Verstopfungen führen (Figur 9). Temporäre Ablagerungen lösen sich von Zeit zu Zeit und die Klumpen gelangen dann ggf. in die für den Endverbraucher bestimm- te Verpackung des jeweiligen Produkts, wo sie unerwünscht sind.

Das vorstehend geschilderte Problem ist seit langem bekannt und es wurde bei- spielsweise bereits vorgeschlagen, die angeströmten Rohrträgerplatten eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers jeweils mit mechanischen Mitteln von Ablage- rungen frei zu halten. Ein diesbezüglicher, druckschriftlich nicht zu belegender Stand der Technik sieht vor, den in Frage kommenden Bereich der jeweiligen Rohrträgerplatte mit einer rotierenden Bürste zu bestreichen, die durch die Ener- gie des strömenden Produktes angetrieben wird. Derartige Lösungen sind jedoch hygienisch bedenklich und konnten sich in der Praxis nicht durchsetzen.

In der EP-A-0 246 111 werden bereits Leitvorrichtungen beschrieben, die eine mit Festkörpern beladene Gasströmung im Anströmbereich einer Rohrträgerplatte eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers beeinflussen. Zu diesem Zweck trägt je- des vom Gas durchströmte Innenrohr des Rohrbündel-Wärmeaustauschers ein in Richtung der ankommenden Gasströmung konisch erweitertes Einlaufrohr. Je- weils vier in quadratischer Anordnung benachbarte Einlaufrohre sind dabei vor- zugsweise so bemessen, dass sie sich gegenseitig punktförmig berühren und dass die Fläche, die zwischen den sich berührenden vier kreisförmigen Rohr- querschnitten gebildet wird, jeweils mit der vorgenannten Leitvorrichtung bestückt ist. Die Leitvorrichtung füllt dabei mit ihrem Fußquerschnitt die Fläche gänzlich aus und sie ist, ausgehend von den vier Berandungskreisbogen des Fußquer- schnitts und in Richtung der ankommenden Gasströmung gesehen, jeweils ko- nisch verjüngt. Durch die jeweilige Leitvorrichtung auf jeder der besagten Flächen der durch eine Vielzahl von Innenrohren gebildeten Rohrmatrix wird verhindert, dass sich die Feststoffbestandteile des anströmenden Gases zwischen den ko- nisch erweiterten Rohrstutzen auf der Rohrträgerplatte ablagern. Statt dessen

werden durch die jeweilige Leitvorrichtung die Gasströmung und damit die in ihr enthaltenen Feststoffbestandteile in das jeweils nächstliegende konische Einlauf- rohr eingeleitet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der gattungsgemä- ßen Art derart weiterzubilden, dass Ablagerungen aus feststoffhaltigen Produkten in den kritischen Bereichen der Rohrträgerplatte verhindert werden, ohne dass hygienisch, reinigungstechnisch und strömungsphysikalisch problematische Lö- sungen in Kauf zu nehmen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstand der Un- teransprüche.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Verdrängerkörpers im Anströmbereich der Rohrträgerplatte hält diese nachweislich und nicht vorhersehbar nachhaltig frei von faserigen Ablagerungen und Pulpe. Der Verdrängerkörper selbst, wenn er, wie vorgeschlagen, strömungsgünstig ausgebildet ist, verursacht nur einen geringen und hinnehmbaren Druckverlust, seine Anordnung ist hygienisch und reinigungstechnisch völlig unbedenklich.

Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahme erklärt sich aus zwei strö- mungsmechanischen Mechanismen. Dies ist zum einen die axialsymmetrische Aufteilung der Strömung, ihre Umlenkung nach außen und gleichzeitige Be- schleunigung in einer düsenartigen Anordnung. Beschleunigte Strömungen sind nicht ablösungsgefährdet, sodass eine orientierungslose Querbewegung und Querlage der längeren und problematischen faserigen Bestandteile zur Haupt- strömungsrichtung eher ausgeschlossen werden kann. Die faserigen Bestandteile müssen sich vielmehr unter dem Einfluss der Strömungskräfte in Richtung der Stromlinien orientieren. Im Bereich hinter dem Verdrängungskörper verbleibt den

faserigen Bestandteilen keine Zeit, sich quer zur Hauptströmungsrichtung neu zu orientieren ; sie werden überwiegend in die Innenrohre"eingefädelt".

Der zweite Wirkmechanismus ist darin zu sehen, dass die Strömung hinter dem Verdrängerkörper von außen nach innen umgelenkt wird, weil die Strömung auch zwangsläufig den inneren Anströmbereich der Rohrträgerplatte durchströmen muss. Darüber hinaus bildet der Verdrängerkörper im Anschluss an den düsenar- tig verengten Ringspaltquerschnitt zusammen mit dem erweiterten Durchtritts- querschnitt einen sich erweiternden Ringspaltquerschnitt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine gekrümmte, verzögerte Bewegung. Eine derartige Strömungsbewe- gung löst erfahrungsgemäß ab und erzeugt eine Sekundärströmung, die offen- sichtlich ein Freispülen der kritischen Bereiche (Stege) der Rohrträgerplatte be- wirkt.

Die Ablösung wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung durch eine definierte Strömungsabrissstelle, die an einigen Ausführungsformen des Verdrängerkörpers in Form einer Strömungsabrisskante planmäßig ausgeführt und im erweiterten Durchtrittsquerschnitt positioniert ist, begünstigt.

Die strömungspysikalische Funktion des vorgeschlagenen Verdrängerkörpers kommt besonders vorteilhaft zum Tragen, wenn, wie dies eine erste vorteilhafte Ausführungsform vorsieht, die Strömungsabrissstelle an der engsten Stelle (mini- maler Rinspaltquerschnitt Asmin) des Ringspaltquerschnittes (As) positioniert ist Eine zweite diesbezügliche Ausführungsform sieht vor, die Strömungsabrissstelle, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der engsten Stelle (minimaler Rinspalt- querschnitt Asmin) des Ringspaltquerschnittes (As) zu positionieren. Hinsichtlich der Bemessung des minimalen Ringspaltquerschnittes Asmin hat es sich gezeigt, dass beste Ergebnisse erzielt werden, wenn das Verhältnis des Nenndurchtritts- querschnitts Ao eines Verbindungsbogens zum minimalen Ringspaltquerschnitt

insbesondere mit ausgeführt ist. Bei die- sen Querschnittsverhältnissen wird die mittlere maximale Strömungsgeschwindig- keit vm"im minimalen Ringspaltquerschnitt Asmin im entsprechenden Verhältnis gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v im Innenrohr bzw. im Ver- bindungsbogen erhöht.

Ausführungsformen des Verdrängerkörpers, die mit einer definierten Strömungs- abrisskante ausgeführt sind, sind gemäß einem weiteren Vorschlag mit der Rohr- trägerplatte fest verbunden. Eine derartige Ausführung ist immer dann möglich, wenn die angeströmte Rohrträgerplatte frei zugänglich ist. Beim Neubau eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers ist dies stets der Fall. Bei Nachrüstung beste- hender Aggregate ist die Zugänglichkeit zum loslagerseitigen Austauscherflansch immer möglich, wenn der Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäß Druckschrift DE-U-94 03 913 oder der vorgenannten Firmendruckschrift 632d-00 ausgeführt ist.

Zur Nachrüstung der festlagerseitigen Rohrträgerplatte mit einem Verdrängerkör- per gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, diesen als Kugel auszubilden, die im erweiterten Durchtrittsquerschnitt frei beweglich positioniert ist. Geeignete Ma- terialien für diese Kugel sind vorzugsweise Kunststoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE), vor allem teilkristalline Hochleistungskunststoffe, wie beispielsweise Po- lyetheretherketon (PEEK), oder amorphe Thermoplaste, wie beispielsweise Po- lyphenylsulfon (PPSU). Die beiden letztgenannten sind vor allem hinreichend me- chanisch widerstandsfähig, hygienisch unbedenklich und chemisch insbesondere gegen Reinigungsmittel beständig.

Zur Sicherstellung einer hinreichenden Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maß- nahme wird, gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung, ein Außendurch- messer des Verdrängerkörpers derart bemessen, dass ein durch einen jeweiligen Rohrinnendurchmesser gebildeter Durchtrittsquerschnitt der am äußeren Rand

der Rohrträgerplatte gelegenen Innenrohre jeweils etwa zur Hälfte durch eine in Richtung der Rohrträgerplatte projizierte Anströmfläche des Verdrängerkörpers abgedeckt ist.

Damit die mit der Rohrträgerplatte fest verbundenen verschiedenen Ausführungs- formen des Verdrängerkörpers in strömungstechnisch günstiger Weise dort be- festigt werden können, wird weiterhin vorgesehen, dass im Zentrum des Außen- mantels, unabhängig von der Anzahl der Innenrohre, kein Innenrohr angeordnet ist.

Die Anforderungen, die an den erfindungsgemäßen Verdrängerkörper gestellt werden, bestehen nicht nur darin, dass er eine besonders wirksame Einflussnah- me auf den Anströmbereich der Rohrträgerplatte ausübt, sondern er ist auch da- hingehend auszugestalten, dass er möglichst geringe Druckverluste bewirkt und nicht selbst zu einem Problem für Ablagerungen wird. Eine vorteilhafte Ausfüh- rungsform sieht vor, dass der Verdrängerkörper aus einem axialsymmetrischen vorderen Teil und einem axialsymmetrischen hinteren Teil gebildet wird, die an ihrem Verbindungsquerschnitt den größten gemeinsamen Außendurchmesser dma in Form einer definierten Strömungsabrisskante ausbilden. Dabei wird er hin- sichtlich seiner axialen längenmäßigen Bemessung zweckmäßig derart ausgelegt, dass eine zweite axiale Länge 12 des hinteren Teils im Vergleich zu einer ersten axialen Länge 11 des vorderen Teils kleiner, vorzugsweise mit 12 < 0, 5 il, ausge- führt ist.

Es ist in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn der hintere Teil durch eine konvexe Außenkontur mit einem zweiten Krümmungsradius berandet ist. Zur Be- festigung des Verdrängerkörpers an der Rohrträgerplatte dient ein am hinteren Teil angeordneter Schaft mit einer dritten axialen Länge und einem gegenüber dem Außendurchmesser des Verdrängerkörpers deutlich reduzierten Schaft- durchmesser, der eine Abrundung zum zweiten Krümmungsradius R2 mit einer Schaftausrundung r4 aufweist und über den eine stoff-, form und/oder kraftschlüs-

sige Verbindung erfolgen kann. Der Schaft wird vorzugsweise zylindrisch ausge- führt und in einer bevorzugten Ausführungsform mit dem von einem Innenrohr freien Zentrum der Rohrträgerplatte verschweißt.

Hinsichtlich der konkreten geometrischen Ausgestaltung des vorderen Teils des erfindungsgemäßen, mit der Rohrträgerplatte fest verbundenen Verdrängerkör- pers werden drei Ausführungsformen vorgeschlagen, die hinsichtlich ihrer Wirk- samkeit in Bezug auf die Verhinderung von Ablagerungen auf der Rohrträgerplat- te annähernd gleichwertig sind. Hinsichtlich ihrer Neigung, an der exponiertesten Stelle, nämlich der vordersten Anströmfläche, selbst Ort für Ablagerungen zu wer- den, unterscheiden sie sich jedoch.

Beste Ergebnisse, das heißt völliges Freibleiben von Ablagerungen auf der Ver- drängeroberfläche auch nach längerer Betriebszeit werden in nicht erwarteter Weise mit einer ersten Ausführungsform des Verdrängerkörpers gemäß der Erfin- dung erreicht, dessen vorderer Teil pilzförmig konvex gekrümmt ausgebildet ist, wobei zwei erste Krümmungsradien am vorderen Ende mit einer ersten Spitzen- abrundung verbunden sind.

Eine zweite Ausführungsform des Verdrängerkörpers, dessen vorderer Teil als gerader Kreiskegel mit einer zweiten Spitzenabrundung ausgeführt ist, zeigt ge- ringfügige Ablagerungserscheinungen im Bereich der Kegelspitze, wobei sich ge- ometriebedingt nur geringe Mengen Ablagerungen bilden können, die sich dann von Zeit zu Zeit ablösen und bei der Umströmung des Verdrängerkörpers höchst- wahrscheinlich vereinzelt werden.

Mit den Ergebnissen der zweiten Ausführungsform sind die Ergebnisse einer drit- ten Ausführungsform des Verdrängerkörpers vergleichbar, dessen vorderer Teil konisch und mit einer konkav gekrümmten Mantelfläche ausgebildet ist, wobei zwei dritte Krümmungsradien am vorderen Ende mit einer dritten Spitzenabrun- dung verbunden sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Es zeigen Figur 1 einen Mittelschnitt durch ein sog. Rohrbündel als modularer Teil eines in den eingangs genannten Druckschriften beschriebenen, ggf. aus ei- ner Vielzahl solcher Rohrbündel bestehenden Rohrbündel- Wärmeaustauschers, auf dessen Rohrträgerplatten die erfindungsge- mäßen Merkmale Anwendung finden ; Figur 2 einen Mittelschnitt durch das Rohrbündel gemäß Figur 1 im Bereich der festlagerseitigen Rohrträgerplatte, wobei im Anströmbereich dieser Rohrträgerplatte eine mit dieser fest verbundene erste favorisierte Aus- führungsform eines Verdrängerkörpers angeordnet ist, der sich durch einen pilzförmig konvex gekrümmten vorderen Teil auszeichnet ; Figur 3 gleichfalls einen Mittelschnitt durch das Rohrbündel gemäß Figur 1 im Bereich der festlagerseitigen Rohrträgerplatte, wobei im Anströmbe- reich dieser Rohrträgerplatte eine mit dieser fest verbundene zweite fa- vorisierte Ausführungsform eines Verdrängerkörpers angeordnet ist, dessen vorderer Teil als gerader Kreiskegel mit einer Spitzenabrun- dung ausgeführt ist ; Figur 4 gleichfalls einen Mittelschnitt durch das Rohrbündel gemäß Figur 1 im Bereich der festlagerseitigen Rohrträgerplatte, wobei im Anströmbe- reich dieser Rohrträgerplatte eine mit dieser fest verbundene dritte fa- vorisierte Ausführungsform eines Verdrängerkörpers angeordnet ist, dessen vorderer Teil konisch und mit einer konkav gekrümmten Man- telfläche ausgebildet ist ;

Figur 5 einen Mittelschnitt durch das Rohrbündel gemäß Figur 1 im Bereich der loslagerseitigen Rohrträgerplatte, wobei im Anströmbereich dieser Rohrträgerplatte eine vierte Ausführungsform eines Verdrängerkörpers, nämlich eine Kugel, angeordnet ist, die im erweiterten Durchtrittsquer- schnitt frei beweglich positioniert ist ; Figur 6, Figur 7, Figur 8 die Verdrängerkörper gemäß den Figuren 2,3 und 4 in ihrer jeweiligen Einbaulage, wobei jeweils geometrische Einzelheiten dargestellt sind und Figur 9 eine Ansicht einer Rohrträgerplatte nach dem Stand der Technik von ihrer Anströmseite her gesehen, wobei die bevorzugten Bereiche, an denen Anlagerung von Fasern und Pulpe festgestellt wird, markiert sind.

BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN 1 Rohrbündel-Wärmeaustauscher 1. 1, 1. 2, ..., 1. i, ..., 1. n Rohrbündel 1. i i-tes Rohrbündel 1. i+1 dem Rohrbündel 1. i nachgeschaltetes Rohrbündel 1. i-1 dem Rohrbündel 1. i vorgeschaltetes Rohrbündel 2 Außenmantel 2* Außenkanal 2a festlagerseitiger Außenmantelflansch 2b loslagerseitiger Außenmantelflansch 3 Innenrohr 3* Innenkanal

4.1 erstes Gehäuse 4a erster Anschlussstutzen 4a* erster Querkanal 4.2 zweites Gehäuse 4b zweiter Anschlussstutzen 4b* zweiter Querkanal 5 festlagerseitiger Austauscherflansch 5a erste Anschlussöffnung 5b erster konischer Übergang 5c erster erweiterter Durchtrittsquerschnitt 6 loslagerseitiger Austauscherflansch 7 festlagerseitige Rohrträgerplatte (Rohrspiegelplatte) 8 loslagerseitige Rohrträgerplatte (Rohrspiegelplatte) 8a zweite Anschlussöffnung 8b zweiter konischer Übergang 8c zweiter erweiterter Durchtrittsquerschnitt 8d loslagerseitiger Anschlussstutzen 9 Flachdichtung 10 0-Ring 11 Verbindungsbogen 12 Verdrängerkörper 12a vorderer Teil 12b hinterer Teil 12c Schaft 12d Strömungsabrissstelle i = 1 bis 3 Ausführungsformen 12. ia vorderer Teil des Verdrängerkörpers 12. i 12. ib hinterer Teil des Verdrängerkörpers 12. i 12. ic Schaft des Verdrängerkörpers 12. i 12. id definierte Strömungsabrisskante des Verdrängerkörpers 12. i 12.1 erster Verdrängerkörper

12.2 zweiter Verdrängerkörper 12.3 dritter Verdrängerkörper 12. 4 Kugel 12.4d undefinierte Strömungsabrissstelle amax projizierte Anströmfläche des Verdrängerkörpers c Strömungsgeschwindigkeit im Außenmantel dmax Außendurchmesser des Verdrängerkörpers d3 Schaftdurchmesser 11 erste axiale Länge des vorderen Teils des Verdrängerkörpers 12 zweite axiale Länge des hinteren Teils des Verdrängerkörpers 13 dritte axiale Länge des Schaftes des Verdrängerkörpers ri erste Spitzenabrundung r2 zweite Spitzenabrundung r3 dritte Spitzenabrundung r4 Schaftausrundung v mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr Vmax mittlere maximale Strömungsgeschwindigkeit im minimalen Ringspaltquerschnitt Asmin A Austritt Ao Nenndurchtrittsquerschnitt des Verbindungsbogens As Ringspaltquerschnitt ASE erweiternder Ringspaltquerschnitt ASmin minimaler Ringspaltquerschnitt (engste Stelle des Ringspaltquerschnittes As Di Rohrinnendurchmesser DN Nenndurchmesser des Verbindungsbogens (Ao = DN21T/4) D5 größter Durchmesser des ersten erweiterten Durchtritts querschnitts 5c im festlagerseitigen Austauscherflansch 5 D7 angeströmter äußerer Durchmesser der festlagerseitigen Rohrträgerplatte 7 (D7 = D5)

D8 größter Durchmesser des zweiten erweiterten Durchtrittsquer schnitts 8c im loslagerseitigen Anschlussstutzen 8d E Eintritt F abgelagerte Fasern, Pulpe P Produkt (temperaturbehandelte Seite Ri erster Krümmungsradius des vorderen Teils des Verdrängerkörpers R2 zweiter Krümmungsradius des hinteren Teils des Verdrängerkörpers R3 dritter Krümmungsradius des vorderen Teils des Verdrängerkörpers S Steg W Wärmeträgermedium Austrittstemperatur des Wärmeträgermedium Eintrittstemperatur des Produktes Temperaturdifferenz am Produkteintritt DETAILLIERTE BESCHREIBUNG Ein in der Regel aus einer Vielzahl von Rohrbündeln 1.1 bis 1. n zusammen ge- setzter Rohrbündel-Wärmeaustauscher 1 (Figur 1 ; siehe auch DE-U-94 03 913) besteht in seinem mittleren Teil aus einem einen Außenkanal 2* begrenzenden Außenmantel 2 mit einem, bezogen auf die Darstellungslage, linksseitig angeord- neten festlagerseitigen Außenmantelflansch 2a und einem rechtsseitig angeord- neten loslagerseitigen Außenmantelflansch 2b. An dem letzteren schließt sich ein von einem ersten Gehäuse 4.1 begrenzter erster Querkanal 4a* mit einem ersten Anschlussstutzen 4a und an den festlagerseitigen Außenmantelflansch 2a schließt sich ein von einem zweiten Gehäuse 4.2 begrenzter zweiter Querkanal 4b* mit einem zweiten Anschlussstutzen 4b an. Eine Anzahl von sich achsparallel zum Außenmantel 2 durch den Außenkanal 2* erstreckenden, gemeinsam einen Innenkanal 3* bildenden Innenrohre 3, beginnend mit vier und danach auch bis neunzehn ansteigend und ggf. auch mehr an der Zahl, sind endseitig jeweils in

einer festlagerseitigen Rohrträgerplatte 7 bzw. einer loslagerseitigen Rohrträger- platte 8 (beide auch als Rohrspiegelplatte bezeichnet) abgestützt und an ihrem Rohraußendurchmesser in dieser verschweißt, wobei diese Gesamtanordnung über eine nicht näher bezeichnete Öffnung am zweiten Gehäuse 4.2 in den Au- ßenmantel 2 eingeführt und über einen festlagerseitigen Austauscherflansch 5 mit dem zweiten Gehäuse 4.2 unter Zwischenschaltung von jeweils einer Flachdich- tung 9 zusammengespannt ist (Festlager 5,7, 4.2).

Die beiden Gehäuse 4.1, 4.2 sind gegenüber dem jeweils benachbarten Außen- mantelflansch 2b, 2a ebenfalls mit einer Flachdichtung 9 abgedichtet, wobei das rechtsseitig angeordnete erste Gehäuse 4.1 in Verbindung mit dem Außenmantel 2 über einen loslagerseitigen Austauscherflansch 6 unter Zwischenschaltung ei- nes O-Ringes 10 gegen das linksseitig angeordnete Fest) 5, 7,4. 2 gepresst wird. Die loslagerseitige Rohrträgerplatte 8 greift durch eine nicht näher bezeich- nete Bohrung im loslagerseitigen Austauscherflansch 6 hindurch und findet ge- genüber letzterem ihre Abdichtung mittels des dynamisch beanspruchten 0- Ringes 10, der darüber hinaus das erste Gehäuse 4.1 statisch gegen den losla- gerseitigen Austauscherflansch 6 abdichtet. Letzterer und die loslagerseitige Rohrträgerplatte 8 bilden ein sog. Loslager 6,8, welches die Längenänderungen der in der loslagerseitigen Rohrträgerplatte 8 eingeschweißten Innenrohre 3 infol- ge Temperaturänderung in beiden axialen Richtungen zulässt.

Abhängig von der Anordnung des jeweiligen Rohrbündels 1.1 bis 1. n im Rohr- bündel-Wärmeaustauscher 1 und seiner jeweiligen Beschaltung können die In- nenrohre 3, bezogen auf die Darstellungslage, entweder von links nach rechts oder umgekehrt von einem Produkt P durchströmt werden, wobei die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr 3 und damit im Innenkanal 2* mit v ge- kennzeichnet ist. Die querschnittsmäßige Auslegung erfolgt in der Regel derart, dass diese mittlere Strömungsgeschwindigkeit v auch in einem Verbindungsbo- gen 11 vorliegt, der einerseits mit dem festlagerseitigen Austauscherflansch 5 und andererseits mittelbar mit einem mit der loslagerseitigen Rohrträgerplatte 8 fest

verbundenen loslagerseitigen Anschlussstutzen 8d verbunden ist. Mit den beiden Verbindungsbogen 11 wird das in Rede stehende Rohrbündel 1. i mit dem jeweils benachbarten Rohrbündel 1. i+1 einerseits und 1. i-1 andererseits in Reihe ge- schaltet. Daher bildet einmal der festlagerseitige Austauscherflansch 5 einen Ein- tritt E für das Produkt P und der loslagerseitige Anschlussstutzen 8d beherbergt einen dazugehörenden Austritt A ; beim jeweils benachbarten Rohrbündel 1. i+1 und 1. i-1 kehren sich diese Ein-und Austrittsverhältnisse jeweils entsprechend um.

Der festlagerseitige Austauscherflansch 5 weist eine erste Anschlussöffnung 5a auf, die einerseits einem Nenndurchmesser DN und damit einem Nenndurchtritts- querschnitt Ao des dort angeschlossenen Verbindungsbogens 11 entspricht und die andererseits so bemessen ist, dass dort die der mittleren Strömungsge- schwindigkeit v im Innenrohr 3 bzw. Innenkanal 3* entsprechende Strömungsge- schwindigkeit vorliegt. In gleicher Weise ist auch eine zweite Anschlussöffnung 8a in dem loslagerseitigen Anschlussstutzen 8d bemessen, wobei sich die jeweili- ge Anschlussöffnung 5a bzw. 8a auf einen jeweils erweiterten Durchtrittsquer- schnitt 5c bzw. 8c im Bereich zur benachbarten Rohrträgerplatte 7 bzw. 8 durch einen konischen Übergang 5b bzw. 8b erweitert.

In Abhängigkeit von der Richtung der Strömungsgeschwindigkeit v im Innenrohr 3 bzw. Innenkanal 3* strömt das zu behandelnde Produkt P entweder über die erste Anschlussöffnung 5a oder die zweite Anschlussöffnung 8a dem Rohrbündel 1.1 bis 1. n zu, sodass entweder die festlagerseitige Rohrträgerplatte 7 oder die losla- gerseitige Rohrträgerplatte 8 angeströmt wird. Da in jedem Falle ein Wärmeaus- tausch zwischen Produkt P in den Innenrohren 3 bzw. den Innenkanälen 3* und einem Wärmeträgermedium W im Außenmantel 2 bzw. in den Außenkanälen 2* im Gegenstrom zu erfolgen hat, strömt dieses Wärmeträgermedium W entweder dem ersten Anschlussstutzen 4a oder aber dem zweiten Anschlussstutzen 4b mit einer Strömungsgeschwindigkeit c zu. Für den Fall, dass das Produkt P dem Rohrbündel 1 über die erste Anschlussöffnung 5a zuströmt, so würde hier die Ein-

trittstemperatur des Produktes sE vorliegen. Dementsprechend würde das Wär- meträgermedium W den Außenmantel 2 bzw. die Außenkanäle 2* im Gegenstrom über den zweiten Anschlussstutzen 4b mit einer Austrittstemperatur des Wärme- trägermediums sA verlassen. Die im Bereich des zweiten Anschlussstutzens 4b vorliegende Temperaturdifferenz am Produkteintritt AX = sA-sE stellt in der Praxis einen zuverlässigen Indikator für die Güte des Wärmeaustauschs in den Rohr- bündeln 1.1 bis 1. n dar.

Bei Rohrbündel-Wärmeaustauschern nach dem Stand der Technik finden sich Ablagerungen von Fasern und Pulpe F vor allem an den jeweils angeströmten Rohrträgerplatten 7,8 im Bereich der Stege S (Figur 9) zwischen benachbarten Innenrohren 3 mit ihrem durchströmten Rohrinnendurchmesser Di. Die Darstel- lung zeigt den gesamten angeströmten Bereich der Rohrträgerplatte 7,8 mit ei- nem angeströmten äußeren Durchmesser D7, der auch einem größten Durchmes- ser D5 des ersten erweiterten Durchtrittsquerschnitts 5c im festlagerseitigen Aus- tauscherflansch 5 (s. Figur 2) bzw. einem größten Durchmesser D8 des zweiten erweiterten Durchtrittsquerschnitts 8c im loslagerseitigen Anschlussstutzen 8d (s. Figur 5) entspricht.

Ein Verdrängerkörper 12 (Figur 2 und Figur 6), der in einer bevorzugten ersten Ausführungsform 12.1 in einem axialsymmetrischen vorderen Teil 12a bzw. 12. 1a pilzförmig konvex gekrümmt ausgebildet ist, ist über einen an einem axialsymmet- rischen hinteren Teil 12b bzw. 12. 1 b angeordneten Schaft 12c bzw. 12. 1 c kon- zentrisch mit dem Zentrum der festlagerseitigen Rohrträgerplatte 7 stoffschlüssig verbunden. Der vordere und der hintere Teil 12. a bzw. 12. 1 a und 12b bzw. 12. 1b bilden an ihrem Verbindungsquerschnitt einen größten gemeinsamen Außen- durchmesser dmax in Form einer definierten Strömungsabrissstelle 12d bzw. 12. 1 d (Fig. 6) aus.

Der Verdrängerkörper 12 bzw. 12.1 ist im Anströmbereich der festlagerseitigen Rohrträgerplatte 7 angeordnet, der außenseits von dem ersten erweiterten Durch-

trittsquerschnitt 5c begrenzt ist, und er teilt das über den Verbindungsbogen 11 mit der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v zum Innenkanal 3* strömende Pro- dukt P axialsymmetrisch über den gesamten Umfang auf und lenkt es nach außen um. Dabei wird die Strömung in einem zwischen dem Verdrängerkörper 12 bzw.

12.1 und einer Innenkontur des festlagerseitigen Austauscherflansches 5 düsen- artig verengten Ringspaltquerschnitt As beschleunigt und erreicht an dessen engster Stelle, einem minimalen Ringspaltquerschnitt Asmin, eine mittlere maxima- le Strömungsgeschwindigkeit via,. Die Strömungsabrissstelle (hier Strömungsab- risskante) 12d bzw. 12. 1d ist dabei, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Stelle des minimalen Ringspaltquerschnittes Asmin positioniert.

Der Außendurchmesser d", des Verdrängerkörpers 12 bzw. 12.1 ist derart be- messen, dass ein durch einen Rohrinnendurchmesser Di gebildeter Durchtritts- querschnitt der am äußeren Rand der Rohrträgerplatte 7 gelegenen Innenrohre 3 jeweils etwa zur Hälfte durch eine in Richtung der Rohrträgerplatte 7 projizierte Anströmfläche ama,, des Verdrängerkörpers 12 bzw. 12.1 abgedeckt ist. Im vorlie- genden Falle handelt es sich um ein sog. 4er-Bündel von Innenrohren 3, wie es in Figur 9 eindeutiger dargestellt ist. Zur Verdeutlichung der projizierten Anströmflä- che a", des Verdrängerkörpers 12 wird auf Figur 3 verwiesen. Bei Rohrbündeln mit mehr als vier hnenrohren 3 gilt die vorstehende Bemessungsvorschrift hin- sichtlich des abgedeckten Bereiches uneingeschränkt ; sie bezieht sich jeweils auf die am äußeren Rand der Rohrträgerplatte 7 gelegenen, einen Rohrkranz bilden- den Innenrohre 3.

Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass die Strömung hinter dem Verdrängerkörper 12 bzw. 12.1 zum Zentrum der Rohrträgerplatte 7 hin umge- lenkt wird, wodurch eine möglichst gleichmäßige Durchströmung aller Innenrohre 3 bzw. Innenkanäle 3* erfolgt. Darüber hinaus erweitert sich hinter dem minimalen Ringspaltquerschnitt Asmin der Durchtrittsquerschnitt für die Strömung. Die derart gekrümmte und verzögerte Strömung muss zwangsläufig in diesem Bereich ablö- sen. Durch die Strömungsabrissstelle 12d bzw. 12. 1 d erfolgt die Ablösung plan-

mäßig an dieser eindeutig definierten Stelle ; ansonsten würde die Strömung in Abhängigkeit von der jeweiligen Turbulenz erst im Bereich des hinteren Teils 12b bzw. 12. 1 b, und zwar an einer nicht vorhersehbaren Stelle, ablösen. Die geschil- derte Strömungsbewegung hinter dem Verdrängerkörper 12 bzw. 12.1 führt dort nach den strömungsmechanischen Gesetzmäßigkeiten zu einer Sekundärströ- mung, auf der die gewünschte Wirkung, nämlich die Verhinderung von Ablage- rungen auf der angeströmten Rohrträgerplatte 7,8, zum Teil beruht.

Zum anderen Teil beruht die positiver Wirkung des Verdrängerkörpers 12 bzw.

12.1 auf der Beschleunigung der Strömung im Ringspaltquerschnitt As, da da- durch offensichtlich eine Ausrichtung der Fasern und Pulpe F in Richtung der Stromlinien erfolgt und somit ein"Einfädeln"dieser Produktbestandteile in den Rohrinnendurchmesser Di der Innenrohre 3 erleichtert wird.

Die Figuren 6 bis 8 verdeutlichen, dass sowohl beim ersten Verdrängerkörper 12.1 als auch bei den beiden anderen vorgeschlagenen Ausführungsformen, ei- nem zweiten Verdrängerkörper 12.2 (Figur 7) und einem dritten Verdrängerkörper 12.3 (Figur 8), der hintere Teil 12.2b bzw. 12. 3b in Verbindung mit dem jeweiligen Schaft 12.2c bzw. 12.3c kongruent zum hinteren Teil 12. 1 b mit dem Schaft 12. 1 c des ersten Verdrängerkörpers 12. 1 ausgeführt sind. Dabei ist eine zweite axiale Länge 12 des hinteren Teils 12. 1b, 12. 2b, 12.3b im Vergleich zu einer ersten axia- len Länge 11 des vorderen Teils 12. 1 a, 12.2a, 12.3a kleiner, vorzugsweise mit 12 < 0, 5 11, ausgeführt (Fig. 6). Weiterhin wird deutlich, dass der hintere Teil 12. 1b, 12.2b, 12.3b durch eine konvexe Außenkontur mit einem zweiten Krümmungsra- dius R2 berandet ist. Der hintere Teil 12. 1b, 12.2b, 12.3b besitzt einen Schaft 12. 1c, 12.2c, 12.3c mit einer dritten axialen Länge 13 und einem gegenüber dem Außendurchmesser dma, des Verdrängerkörpers 12.1 bis 12.3 deutlich reduzierten Schaftdurchmesser d3, der zum zweiten Krümmungsradius R2 hin mit eine Schaftausrundung r4 versehen ist und über den eine stoff-, form-und/oder kraft- schlüssige Verbindung mit der Rohrträgerplatte 7,8 erfolgt. Hinsichtlich der stoff- schlüssigen Verbindung kommt in erster Linie das Schweißen in Frage. Eine Al-

ternative hierzu stellt eine Verschraubung des Verdrängerkörpers 12 mit der Rohrträgerplatte 7,8 dar. Dabei wird der Schaft 12c mit einem Außengewinde versehen und in ein Gewindegrundloch innerhalb der Rohrträgerplatte 7,8 einge- schraubt. Aus hygienischen Gründen ist in diesem Falle ein aus der Rohrträger- platte 7,8 herausragender Teil des Schaftes 12c gegenüber letzterer mittels einer Dichtung, vorzugsweise einem 0-Ring, abzudichten.

Der jeweilige vordere Teil 12.1 a, 12.2a, 12. 3a der drei Verdrängerkörper 12.1, 12.2, 12.3 ist signifikant unterschiedlich ausgebildet (Figuren 6 bis 8). Während der erste Verdrängerkörper 12.1 an seiner Anströmfläche pilzförmig konvex ge- krümmt ausgeführt ist, wobei zwei erste Krümmungsradien R, am vorderen Ende mit einer ersten Spitzenabrundung ri verbunden sind (Figur 6), besitzt der zweite Verdrängerkörper 12.2 in seinem vorderen Teil 12.2a die Form eines geraden Kreiskegels mit einer zweiten Spitzenabrundung r2 (Figur 7). Beim dritten Verdrängerkörper 12.3 ist dessen vorderer Teil 12.3a konisch und mit einer kon- kav gekrümmten Mantelfläche ausgebildet, wobei zwei dritte Krümmungsradien R3 am vorderen Ende mit einer dritten Spitzenabrundung r3 verbunden sind (Figur 8).

Die Figuren 3 und 4 zeigen den zweiten Verdrängerkörper 12.2 bzw. den dritten Verdrängerkörper 12.3 in ihrem jeweiligen angedeuteten Strömungsumfeld. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Verdrängerkörper 12.1 in Ver- bindung mit Figur 2 gelten sinngemäß.

Bei bereits ausgeführten und im Betrieb befindlichen Rohrbündel-Wärmeaustau- schern ist die Zugänglichkeit zur loslagerseitigen Rohrträgerplatte 8 zum Zwecke der nachträglichen Montage des Verdrängerkörpers 12 zumindest erheblich er- schwert. Für diesen Fall ist vorgesehen, dass der Verdrängerkörper 12 als Kugel 12.4 ausgebildet ist (Figur 5), die im erweiterten Durchtrittsquerschnitt 8c mit dem Durchmesser Da frei beweglich positioniert ist. Eine umströmte Kugel 12.4 besitzt bekanntlich keine definierte Strömungsabrissstelle bzw. -kante, sondern, abhän-

gig von der Turbulenz der wandnahen Grenzschicht, eine undefinierte Strö- mungsabrissstelle 12. 4d, die jedenfalls, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der engsten Stelle des Ringspaltquerschnittes, den die Kugel 12.4 mit dem zweiten konischen Übergang 8b bildet, positioniert ist. Bei der Anströmung der loslager- seitigen Rohrträgerplatte 8 wird die Kugel 12.4 in deren Zentrum durch die Strö- mung fixiert.

Grundsätzlich ist es möglich, den als Kugel 12.4 ausgebildeten Verdrängerkörper 12 auch im Anströmbereich der festlagerseitigen Rohrträgerplatte 7 anzuordnen.

Diese Möglichkeit wird man dann nutzen, wenn der Montageaufwand zur Befesti- gung der Verdrängungskörper 12.1 bis 12.3 an der Rohrträgerplatte 7,8 nicht betrieben werden soll oder kann.

Als Materialien für die Kugel 12.4 haben sich neben Polytetrafluorethylen (PTFE) vor allem teilkristalline Hochleistungskunststoffe, wie beispielsweise Polyether- etherketon (PEEK), oder amorphe Thermoplaste, wie beispielsweise Polyphenyl- sulfon (PPSU), bewährt.