Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischer-Wärmetauscher, sowie eine Mischer- Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung für einen Mischer-Wärmetauscher, insbesondere einen Mischer-Wärmetauscher sowie eine Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung mit einem reduzierten Fouling-Verhalten.

Hintergrund der Erfindung

Für die Durchmischung von Fluiden, insbesondere bei Prozessen, können sowohl statische als auch dynamische Mischer eingesetzt werden. Bei dynamischen Mischern können

beispielsweise Rührelemente verwendet werden, die das zu mischende Fluid aktiv rühren. Bei einem statischen Mischer erfolgt die Durchmischung nicht durch eine von außen eingebrachte Rührenergie, sondern durch die Energie, die einem strömenden Fluid inhärent ist. Dabei wird durch die Bewegung des Fluides beim Auftreffen auf eine Mischergeometrie das Fluid durchmischt. Für eine derartige Durchmischung mittels einem statischen Mischer werden beispielsweise sogenannte X-Mischer verwendet, bei denen im Strömungsvolumen

wechselweise quer zueinander angeordnete Strukturen eingebracht werden, die ein

durchströmendes Fluid durchmischen. Derartige sogenannte X-Mischer können beispielsweise aus einer Mehrzahl von stabformigen Flachkörpern bestehen, die beispielsweise wechselweise in einem Winkel von zum Beispiel 90° zueinander angeordnet sind. Ein durchströmendes Fluid wird auf diese Weise mehrfach geteilt und wieder zusammengeführt, was zu einer laminaren oder turbulenten Strömung führt, beziehungsweise zu einem Richtungswechsel gezwungen, wodurch sich eine turbulente Strömung einstellt, die dann zu einer Durchmischung des Fluides führt. Da derartige Mischer häufig in Reaktoren verwendet werden, besteht zudem die Notwendigkeit, das Fluid nicht nur zu durchmischen, sondern das Fluid gleichzeitig auch zu temperieren. Zu diesem Zweck sind Mischer-Wärmetauscher bekannt, die aus mehreren Rohren bestehen, durch die eine Temperierflüssigkeit geführt werden kann. Diese im Regelfall in Längsrichtung eines Strömungskanals verlaufenden Rohre sind dabei mit dazu quer angeordneten

Strömungsleitblechen versehen, die durch„Split and Recombine" eine Durchmischung des durchströmenden Fluides bewirken.

Ferner sind Wärmetauscher bekannt, bei denen die Rohre, die ein Temperierfluid führen, mäanderförmig geführt sind, wobei die mäanderförmig geführten Rohre in einer Ebene liegen, die parallel zur Durchströmungsrichtung des Fluids in einem Strömungskanal liegen. Oben beschriebene Mischer und Wärmetauscher sind bekannt beispielsweise aus EP 1 067 352 A2 oder WO 2008/017571 A1.

Die oben beschriebenen Wärmetauscher bzw. Mischer weisen ein nur geringes

Durchmischungsvermögen auf oder neigen insbesondere bei Fluiden, die Agglomerate aufweisen, zu einer Akkumulation der Agglomerate in Bereichen mit spitzen Winkeln, in denen sich die Agglomerate oder eingedickten Fluidklumpen festklemmen können oder weisen strömungsberuhigte Bereiche auf in denen Nebenreaktionen stattfinden können, deren

Produkte sich ebenfalls ablagern können. Dieser Effekt wird als Fouling bezeichnet.

Ein derartiges Fouling hat möglicherweise einen negativen Einfluss auf den Zustand des zu mischenden und zu temperierenden Fluides, so dass ein Festsetzen von Agglomeraten bzw. eingedickten Fluidklumpen vermieden werden soll.

Zusammenfassung der Erfindung

Es kann als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, einen Mischer- Wärmetauscher sowie einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bzw. eine Mischer- Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung bereitzustellen, die eine verringerte Fouling-Neigung aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, wobei Weiterbildungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen verkörpert sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bereitgestellt, umfassend eine erste Gruppe von Hohlkörperplatten mit einem inneren Volumen und eine zweite Gruppe von Hohlkörperplatten mit einem inneren Volumen, wobei die

Hohlkörperplatten der ersten Gruppe gegenüber einer Längserstreckungsrichtung des Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes in eine erste Richtung geneigt sind, wobei die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe gegenüber einer Längserstreckungsrichtung des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes in eine zweite Richtung geneigt sind, wobei die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe seitlich an die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe anstoßen und die inneren Volumina der ersten Hohlkörperplatten mit den inneren Volumina der zweiten Hohlkörperplatten verbunden sind, sodass die inneren Volumina der ersten Gruppe und die inneren Volumina der zweiten Gruppe Teil eines zusammenhängenden gesamten inneren Volumens sind, welches ausgelegt ist ein Temperierungsfluid zu führen. Auf diese Weise kann ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bereitgestellt werden, der als

Strömungsleitstrukturen zugleich auch Strukturen bereitstellt, durch die ein Temperierungsfluid geführt werden kann. Mit anderen Worten dienen die Strukturen des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes zugleich als Strömungsleitstrukturen zur Homogenisierung und zur Führung einer Temperierflüssigkeit. Insbesondere entfällt auf diese Weise eine beispielsweise aus

EP 1 067 352 A1 bekannte Mischstruktur, bei der in Längsrichtung eines Strömungskanals vorgesehene Rohre zur Führung eines Temperierfluids vorgesehen sind, die zusätzlich mit quer dazu liegenden Strömungsleitblechen durchsetzt sind. Insbesondere kann vermieden werden, dass sich an den Verbindungsstellen zwischen den Strömungskanälen des

Temperierungsfluides und den Strömungsumleitblechen Agglomerate und eingedickte

Fluidklumpen festsetzen, da es derartiger Verbindungen bei dem erfindungsgemäßen Mischer- Wärmetauscher-Einsatz nicht bedarf. Ein derartiger Mischer-Wärmetauscher (Einsatz) bzw. Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung weisen zudem ein wesentlich besseres

Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis auf, im Vergleich zu den in EP 1 067 352 A1

beschriebenen Mischer-Wärmetauschern. Insbesondere kann das Oberflächen-zu-Volumen- Verhältnis der erfindungsgemäßen Anordnung um den Faktor vier höher sein als bei der in EP 1 067 352 A1 beschriebenen Anordnung.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen die erste Richtung und die zweite Richtung diametral gegenüber.

Auf diese Weise kann bei einem abwechselnden Anströmen von Hohlkörperplatten, die in die erste Richtung geneigt sind, und von Hohlkörperplatten, die in die zweite Richtung geneigt sind, eine Teilung des Fluidstromes beziehungsweise eine starke abwechselnde

Strömungsumleitung hervorgerufen wird, die zu einer guten Durchmischung führt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ferner einen Temperierungsfluideinlass und einen Temperierungsfluidauslass auf, wobei eine

Hohlkörperplatte der zweiten Gruppe an wenigstens zwei Hohlkörperplatten der ersten Gruppe seitlich anstößt und an den beiden Stoßstellen das innere Volumen der Hohlkörperplatte der zweiten Gruppe mit den Volumina der beiden benachbarten Hohlkörperplatten der ersten Gruppe derart verbunden sind, dass ein Temperierungsfluid von dem

Temperierungsfluideinlass über das innere Volumen einer ersten Hohlkörperplatte der ersten Gruppe in das inneren Volumen der Hohlkörperplatte der zweiten Gruppe und dann über das innere Volumen der zweiten Hohlkörperplatte der ersten Gruppe zu dem

Temperierungsfluidauslass fließt. Auf diese Weise kann eine Struktur bereitgestellt werden, bei der die Hohlkörperplatten, die wechselseitig in einer erste Richtung und eine zweite Richtung geneigt sind, abwechselnd von der Temperierungsflüssigkeit durchflössen werden. Auf diese Weise kann insbesondere eine gute Durchmischung durch die wechselseitig geneigten Hohlkörperplatten erreicht werden, wobei diese Hohlkörperplatten zugleich auch sequentiell von der Temperierungsflüssigkeit durchflössen werden können. Dabei sei verstanden, dass der Flüssigkeitsbereich des

Temperierungsfluides, welches durch die einzelnen Hohlkörperplatten geführt wird, gegenüber einem Außenbereich, in dem eine zu temperierende und zu mischende Flüssigkeit geführt wird, hermetisch abgeschlossen ist, so dass es zu keiner ungewollten Durchmischung von einer zu temperierenden und zu mischenden Flüssigkeit mit der Temperierungsflüssigkeit kommt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe und die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe stegförmig ausgebildet, wobei eine Mehrzahl von stegförmigen Hohlkörperplatten der ersten Gruppe in Längserstreckungsrichtung parallel nebeneinander beabstandet angeordnet sind und eine Mehrzahl von stegförmigen

Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe in Längserstreckungsrichtung parallel nebeneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die parallel nebeneinander angeordneten stegförmigen Hohlkörperplatten der ersten Gruppe und die parallel nebeneinander angeordneten

stegförmigen Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe aneinanderstoßend abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und die inneren Volumina der jeweiligen stegförmigen

Hohlkörperplatten an Stoßstellen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können mehrere parallel durchflossene Strömungskanäle für eine

Temperierungsflüssigkeit in den Hohlkörperplatten bereitgestellt werden, so dass beispielsweise eine Temperierungsflüssigkeit in dem Mischer-Wärmetauscher-Einsatz unabhängig

voneinander in den Kanälen geführt werden kann. Insbesondere können zwei stegformige Hohlkörperplatten in eine erste Richtung geneigt sein und zwei stegformige Hohlkörperplatten in die zweite Richtung geneigt sein, und diese abwechselnd zueinander angeordnet sein. Dabei sei verstanden, dass, sofern nur ein einziges zusammenhängendes inneres Volumen bereitgestellt werden soll, die stegförmigen Hohlkörperplatten an allen Stoßstellen so miteinander verbunden sein können, dass deren innere Volumina jeweils miteinander verbunden sind. Durch die Anordnung mehrerer derartiger Kombinationen von stegförmigen Hohlkörperplatten kann ein Stapel bereitgestellt werden, bei dem die stegförmigen

Hohlkörperplatten in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz eine dritte Gruppe von Hohlkörperplatten auf, wobei die Hohlkörperplatten der dritten Gruppe gegenüber einer Längserstreckungsrichtung des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes in eine dritte Richtung geneigt sind, wobei die erste Richtung, die zweite Richtung und die dritte Richtung jeweils im Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.

Auf diese Weise kann eine Art Propelleranordnung durch die geneigt angeordneten

Hohlkörperplatten erreicht werden, die eine besonders gute Durchmischung des zu

temperierenden und zu mischenden Fluides ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Neigungswinkel der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe gegenüber der Längserstreckungsrichtung und der Neigungswinkel der

Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe gegenüber der Längserstreckungsrichtung vom gleichen Betrag. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Anordnung der schräg zueinander stehenden

Hohlkörperplatten erreicht werden, die in regelmäßigen Abständen immer wieder eine

Strömungsumlenkung bzw. Zerteilung des zu temperierenden und zu mischenden Fluides bewirken, so dass sich durch den übereinstimmenden Neigungswinkel in entgegengesetzte Richtungen eine gleichmäßige abwechselnde Strömungsumlenkung bzw. Strömungsteilung ergibt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Hohlkörperplatten über die

Längserstreckungsrichtung wenigstens zwei fluidtechnisch getrennte parallele Gesamtvolumina aus.

Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Verbindungen der inneren Volumina der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe und der Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe an einigen Stoßstellen verbunden sind, während sie an anderen Stellen getrennt bleiben, so dass sich die zwei fluidtechnisch getrennten parallelen Gesamtvolumina ausbilden. Dadurch kann ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz bereitgestellt werden, bei dem die Temperierungsflüssigkeit durch das ein Gesamtvolumen hinfließt über das andere Gesamtvolumen wieder zurückgeführt wird, so dass der Einlass und der Auslass der Temperierungsflüssigkeit auf der gleichen Seite vorgesehen sein können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe untereinander und die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe untereinander einen

übereinstimmenden Abstand in die Längserstreckungsrichtung des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes auf.

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die effektiven Strömungsquerschnitte an den parallelen Zwischenräumen bei einer Durchströmung in Längsrichtung gleichmäßig ausgestaltet sind, so dass sich keine künstlichen Engpässe einstellen, in denen möglicherweise ein Stau einer zu temperierenden Flüssigkeit auftreten kann. Eine derartige Stauung kann beispielsweise zu einer Agglomeration bzw. Eindickung einer zu temperierenden und mischenden Flüssigkeit führen, was wiederum den Fouling-Prozess beschleunigen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe und die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe gegenüber der Längserstreckungsrichtung in einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere in einem Winkel zwischen 40° und 50° geneigt.

Auf diese Weise kann ein gutes Verhältnis eingestellt werden zwischen Scherverhalten und strömungsberuhigten Bereichen, so dass für die zu temperierende Flüssigkeit eine

ausreichende Durchmischung gewährleistet wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz durch ein 3D-Druckverfahren, insbesondere durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt, insbesondere durch ein Direkt-Metall-Schmelz-Laser-Verfahren (DMLS). Auf diese Weise kann ein Mischer-Wärmetauscher-Einsatz mit einer komplexen Struktur hergestellt werden, dessen Hohlkörperplatten an den Stoßstellen so verbunden sind, dass die inneren Volumina von aneinander stoßenden Hohlkörperplatten miteinander verbunden sind. Durch ein 3D-Druckverfahren kann eine aufwendige Fertigung der Einzelkomponenten und eine Verbindung der Einzelkomponenten beispielsweise durch Löten oder Schweißen vermieden werden, so dass ein erfindungsgemäßer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz effizient und kostengünstig hergestellt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Mischer-Wärmetauscher-Einsatz- Anordnung bereitgestellt mit einer Mehrzahl von Mischer-Wärmetauscher-Einsätzen gemäß obiger Beschreibung, wobei die Mehrzahl von Mischer-Wärmetauscher-Einsätzen in Bezug auf eine Längserstreckungsrichtung hintereinander angeordnet sind und ein

Temperierungsfluidauslass eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes mit einem

Temperierungsfluideinlass eines benachbarten Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes derart verbunden ist, dass die inneren Volumina an einer Grenze zwischen zwei benachbarten Mischer-Wärmetauscher-Einsätzen verbunden sind, sodass ein Temperierungsfluid von einem Mischer-Wärmetauscher-Einsatz zu einem benachbarten Mischer-Wärmetauscher-Einsatz fließen kann.

Auf diese Weise können mehrere Mischer-Wärmetauscher-Einsätze modular hintereinander angeordnet werden. Insbesondere können einzelne Mischer-Wärmetauscher-Einsätze gefertigt werden und je nach Bedarf modular aneinander gefügt werden. Diese Aneinanderfügung kann beispielsweise durch ein Schweißverfahren, ein Lötverfahren oder eine Klebeverfahren erfolgen. Dadurch kann zugleich sichergestellt werden, dass an den entsprechenden

Temperierungsfluideinlässen und -auslässen keine Leckagen gegenüber dem Außenvolumen auftreten, in dem sich das zu temperierende und zu mischende Fluid befindet. Es könne jedoch auch mehrere Mischer-Wärmetauscher-Einsätze einstückig hintereinander gedruckt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die hintereinander angeordneten Mischer- Wärmetauscher-Einsätze in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung drehversetzt, insbesondere um 90° versetzt angeordnet.

Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass trotz einer vorliegenden laminaren Strömung durch die versetzte Anordnung der Mischer-Wärmetauscher-Einsätze und damit auch der Hohlkörperplatten bzw. stegförmigen Hohlkörperplatten die gewünschte Durchmischung des zu temperierenden und zu mischenden Fluides erreicht wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Hohlkörperplatten über die Längserstreckungsrichtung vier fluidtechnisch getrennte parallele Gesamtvolumina aus, wobei die parallelen Gesamtvolumina an einem Ende der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung derart verbunden sind, dass ein erstes und ein zweites der Gesamtvolumina parallel zueinander von einer Temperierungsflüssigkeit durchflössen werden und anschließend ein drittes und ein viertes der Gesamtvolumina parallel zueinander und anti-parallel zu dem ersten und dem zweiten Gesamtvolumina durchflössen werden.

Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass auch bei einer aus mehreren Mischer- Wärmetauscher-Einsätzen bestehenden Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung ein Temperierungsfluideinlass und ein Temperierungsfluidauslass auf der gleichen Seite

angeordnet werden können, wobei die Temperierungsflüssigkeit in Bezug auf die

Längserstreckungsrichtung hin und dann wieder zurück fließen kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Mischer-Wärmertauscher bereitgestellt, aufweisend ein fluidführendes Volumen mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, und einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz gemäß obiger Beschreibung oder einer Mischer- Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung gemäß obiger Beschreibung, wobei sich der Mischer- Wärmetauscher-Einsatz bzw. die Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung in das fluidführende Volumen erstreckt, sodass ein durch den Fluideinlass in das fluidführende

Volumen einströmendes Fluid durch die Geometrie des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes bzw. der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung eine Scherbeanspruchung erfährt, bevor das eingeströmte Fluid das fluidführende Volumen durch den Fluidauslass verlässt. Auf diese Weise kann ein Mischer-Wärmetauscher bereitgestellt werden, der für eine zuverlässige Temperierung eines zu mischenden und zu temperierenden Fluides sorgt, und zugleich eine hinreichende Durchmischung des Fluides ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das fluidführende Volumen über die

Längserstreckungsrichtung eine konstante lichte Querschnittfläche auf.

Auf diese Weise können Tot- bzw. Stauräume vermieden werden und eine Mischer- Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung in Längsrichtung in das fluidführende Volumen zur

Montage eingeschoben werden. Konstanter Querschnitt bedeutet, dass das Volumen ohne eingesetzten Mischer-Wärmetauscher-Einsatz eine sich über eine Längserstreckung nicht verändernde Querschnittsfläche aufweist. Ein eingesetzter Mischer-Wärmetauscher-Einsatz kann dabei jedoch zu effektiven Durchflussquerschnitten führen, die über die Längserstreckung nicht mehr zwingend konstant sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Einhüllende des Mischer- Wärmetauscher-Einsatzes gemäß obiger Beschreibung eine Querschnittfläche auf, die der konstanten lichten Querschnittfläche des fluidführenden Volumens des Mischer- Wärmetauschers entspricht, in das der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz einzubringen ist.

Auf diese Weise kann ein passgenaues zusammenfügen von Fluidvolumen und Mischer- Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung erreicht werden. Weitreichende Leervolumina, die parallel zu der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung liegen können ebenfalls vermieden werden.

Die oben beschriebenen einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.

Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes.

Figur 2 zeigt eine Halbschnittansicht eines Teils eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Figur 3 zeigt einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz mit einem einzigen

zusammenhängenden Innenvolumen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figur 4 zeigt einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz mit vier parallel angeordneten inneren

Volumina gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Figur 5 zeigt eine Außenansicht einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung mit einer

Mehrzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordneten Mischer- Wärmetauscher-Einsätzen.

Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung gemäß

Figur 5. Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung gemäß Figur 5. Figur 8 zeigt einen Mischer-Wärmetauscher gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Figur 9 zeigt eine Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung für eine bidirektionale

Temperierflüssigkeitsdurchströmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Figur 10 zeigt eine Aufsicht in Längsrichtung auf die Temperierungsfluideinlass bzw. -auslass von Figur 9.

Figur 1 1 zeigt eine Schnittansicht im Detail der in Figur 9 gezeigten Struktur eines

Temperierungsfluideinlasses bzw. -auslasses.

Figur 12 zeigt eine Teilschnittfreilegung eines Mischer-Wärmetauschers gemäß einer

beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.

Figur 13 zeigt eine schematische Ansicht der Strömungskanäle in Bezug auf die stegformigen

Hohlkörperplatten. Figur 14 zeigt eine schematische Anordnung eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gruppe von Hohlkörperplatten, die in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.

Figur 15 zeigt eine schematische Ansicht des Kanalverlaufes einer Mischer-Wärmetauscher- Einsatz-Anordnung mit zwei getrennten inneren Volumina.

Figur 16 zeigt eine schematische Ansicht einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung mit vier getrennten inneren Volumina und den entsprechenden Strömungsrichtungen eines Temperierungsfluides.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Figur 1 zeigt einen Mischer-Wärmetauscher-Einsatz 1 gemäß einer beispielhaften

Ausführungsform der Erfindung. Der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz, im Folgenden auch als Einsatz bezeichnet, weist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von

Hohlkörperplatten 10, 1 1 einer ersten Gruppe auf sowie eine Mehrzahl von Hohlkörperplatten 20, 21 einer zweiten Gruppe. Die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe sind in eine Richtung geneigt, während die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe in eine entgegengesetzte Richtung geneigt sind. In der hier gezeigten Ausführungsform der Figur 1 ist die Neigungsrichtung der Hohlkörperplatten entgegengesetzt und der Neigungswinkel im Wesentlichen gleich. Die unterschiedlichen Hohlkörperplatten, die in Längserstreckungsrichtung L schräg untereinander liegen, hier beispielsweise die Hohlkörperplatten 1 1 , weisen einen übereinstimmenden Abstand auf. Es sei jedoch verstanden, dass die Hohlkörperplatten gemäß anderer Ausführungsformen auch unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen können und möglicherweise auch einen variierenden Abstand aufweisen können. Sämtliche in den Figuren gezeigten

Ausführungsformen weisen Hohlkörperplatten auf, die eine im Wesentlichen plane

Anströmungsoberfläche aufweisen. Es sei jedoch verstanden, dass die Hohlkörperplatten auch gebogen ausgeführt sein können, wodurch sich optimiertere Strömungsverhältnisse einstellen können, was dann zu einer verbesserten Durchmischung führen kann.

In Figur 1 ist zu erkennen, dass die erste Gruppe die untereinander liegenden

Hohlkörperplatten 10 und die jeweils untereinander liegenden Hohlkörperplatten 1 1 aufweist, während die zweite Gruppe die untereinander liegenden Hohlkörperplatten 20 sowie die jeweils untereinander liegenden Hohlkörperplatten 21 aufweist. Die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe und die Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe sind jeweils abwechselnd angeordnet, so dass sich eine kreuzförmige Anordnung der Hohlkörperplatten ergibt. Die Hohlkörperplatten weisen jeweils ein inneres Volumen auf, welches jedoch aufgrund der geschlossenen

Darstellung in der Figur 1 nicht sichtbar ist.

Figur 2 zeigt eine Teilschnittansicht eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. In Figur 2 ist durch die Schnittansicht erkennbar, dass die einzelnen Hohlkörperplatten ein inneres Volumen aufweisen. Dabei sind in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform die inneren Volumina 13 der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe 10 bzw. 1 1 an den Stoßstellen der Hohlkörperplatten mit einem inneren Volumen 23 der Hohlkörperplatten 21 , 20 der zweiten Gruppe verbunden, so dass ein Temperierungsfluid von der ersten Hohlkörperplatte 10 bzw. 1 1 durch die Verbindung an den Stoßstellen von dem ersten Volumen 13 in das zweite Volumen 23 der zweiten Hohlkörperplatten 20 bzw. 21 strömen kann. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ergibt sich dadurch eine Anordnung, bei der mindestens zwei getrennte Kanäle entstehen, die getrennt voneinander durchflössen werden können. In der Figur 2 ist zudem am oberen Ende des Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes ein Temperierungsfluideinlass 1 10a sowie ein Temperierungsfluidauslass 120a zu sehen. In der in Figur 2 gezeigten Anordnung strömt beispielsweise ein Temperierungsfluid durch den Temperierungsfluideinlass 1 10a in die inneren Volumina der Hohlkörperplatten 10 und 21 ein und strömt dabei hier entgegengesetzt des Pfeils der Längserstreckungsrichtung nach unten. Am hier nicht gezeigten Ende des Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes kann die Temperierungsflüssigkeit dann umgelenkt werden in den zweiten Kanalstrang, so dass die Temperierungsflüssigkeit durch die inneren Volumina 13, 23 der Hohlkörperplatten 20 und 1 1 wieder nach oben, hier in Pfeilrichtung der Längserstreckungsachse strömt und durch den Temperierungsfluidauslass 120a austritt. Auf diese Weise kann ein Wärmetauscher

bereitgestellt werden, der aufgrund seiner Ausgestaltung der Wärmetauscherhohlkörper auch ein Durchmischen eines zu temperierenden und zu mischenden Fluides ermöglicht. Funktional übereinstimmend kann die Anordnung auch als Mischer betrachtet werden, der durch die

Hohlkörperplattenausführung der Mischerstrukturen eine Wärmetauschereigenschaft aufweist. Figur 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes 1 , der eine Mehrzahl von Hohlkörperplatten aufweist. Dabei sind die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe 1 1 , 1 1 a, 1 1 b übereinander angeordnet, ebenso wie die Hohlkörperplatten 10 und 10b und analog auch die Hohlkörperplatten 20 und 21 . Hierbei sei verstanden, dass„übereinander" auch„schräg übereinander" bedeutet. Der in Figur 3 gezeigte Mischer-Wärmetauscher-Einsatz ist in einer sogenannten Einkanal-Anordnung vorgesehen, das heißt, dass die inneren Volumina sämtlicher Hohlkörperplatten ein gesamtes Innenvolumen darstellen, so dass sich ausgehend vom Temperierungsfluideinlass 1 10a ein einziger Durchströmungskanal durch den Mischer- Wärmetauscher-Einsatz 1 ergibt und die Temperierungsflüssigkeit durch den

Temperierungsfluidauslass 120a ausströmen kann. Dabei sei verstanden, dass in dem einzelnen Kanal auch Verzweigungen auftreten können, die nicht zwingend Sackgassen-frei sein müssen.

Figur 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauscher- Einsatzes 1 , der hier jedoch in einer sogenannten Vierkanal-Anordnung ausgeführt ist. Dabei sind die Hohlkörperplatten 10, 1 1 , 20, 21 an den jeweiligen Verbindungsstellen so miteinander verbunden, dass deren innere Volumina nicht ein einziges Innenvolumen darstellen, sondern insgesamt vier Innenvolumen. Dieses kann beispielsweise durch eine verschachtelte

Anordnung der durchströmten Hohlkörperplatten erreicht werden, so dass beispielsweise jede zweite der Hohlkörperplatten 1 1 und jede zweite der Hohlkörperplatten 20 einen ersten Kanal bilden, und die dazwischenliegenden Hohlkörperplatten 1 1 und 20 einen damit verschachtelten zweiten Kanal bilden können. In gleicher weise bildet jede zweite der Hohlkörperplatten 10 und jede zweite der Hohlkörperplatten 21 einen Kanal, während auch die dazwischen liegenden Hohlkörperplatten 10 und 21 einen weiteren Kanal bilden, so dass insgesamt vier Kanäle vorgesehen sind. Diese Kanäle können so zueinander angeordnet sein, dass ein

Temperierungsfluid beispielsweise durch einen Temperierungsfluideinlass 1 10a einströmen kann, sich dann auf die ersten beiden Kanäle verteilt, in denen sich das Temperierungsfluid entgegen der Fallrichtung der Längserstreckungsrichtung L nach unten bewegt, während das Temperierungsfluid unten derart umgelenkt werden kann, dass es durch die zwei weiteren Kanäle wieder nach oben strömt und durch den Temperierungsfluidauslass 120a austritt.

Figur 5 zeigt eine Seitenansicht einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Mischer-Wärmetauscher-Einsatz- Anordnung, im Folgenden auch als Anordnung bezeichnet, weist eine Mehrzahl von

hintereinander angeordneten Einsätzen 1 a, 1 b auf. Diese Einsätze 1 a, 1 b sind in Längsrichtung L hintereinander angeordnet. Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, sind die Einsätze jeweils um 90° Grad zueinander versetzt, das heißt um 90° gedreht um die Längsrichtung L hintereinander angeordnet. Dabei sind die hier zwar bezeichneten, jedoch nicht im Detail sichtbaren

Temperierungsfluidauslässe 120a eines ersten Einsatzes 1 a mit den

Temperierungsfluideinlässen 1 10b eines zweiten Einsatzes 1 b verbunden, so dass sich ein durchgehender bzw. zwei oder vier durchgehende Kanäle durch die Anordnung ergeben. Figur 6 zeigt eine Schnittansicht der in Figur 5 gezeigten Anordnung, aus der die Lage der inneren Volumina der einzelnen Hohlkörperplatten ersichtlich ist. Der in Figur 6 gezeigte Maßstab entspricht im Wesentlichen dem Maßstab der Figur 5. Die Mischer-Wärmetauscher- Einsätze 1 , 1 a bzw. 1 , 1 b sind in Längsrichtung L hintereinander angeordnet und auch in der Figur 6 um jeweils 90° zueinander um die Längsachse L verdreht.

Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht der in Figur 5 gezeigten Anordnung mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung L hintereinander angeordneten Einsätzen 1 . Exemplarisch ist dabei für einen Einsatz der Anordnung 100 die Anordnung der Hohlkörperplatten beziffert mit den Hohlkörperplatten 10, 1 1 der ersten Gruppe sowie den Hohlkörperplatten 20, 21 der zweiten Gruppe. Ferner ist durch die Bezugszeichen A und B die Lage der Neigungen der

Hohlkörperplatten angegeben. Aus Figur 7 ist ersichtlich, dass die Neigungsrichtungen A und B diametral gegenüberliegen, die Hohlkörperplatten der jeweiligen Gruppen im Wesentlichen übereinstimmende Abstände aufweisen und die Neigungswinkel der Hohlkörperplatten der jeweiligen Gruppe übereinstimmen.

Figur 8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Mischer-Wärmetauschers 200 mit einem fluidführenden Volumen 230 sowie einem Fluideinlass 210 und einem Fluidauslass 220. Es sei verstanden, dass der Mischer-Wärmetauscher 200 sowohl in Pfeilrichtung der

Längserstreckungsrichtung L durchflössen werden kann, als auch in umgekehrter Richtung, wodurch dann aus dem Fluideinlass der Fluidauslass, und aus dem Fluidauslass der

Fluideinlass wird. Die in Figur 8 verwendete Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung entspricht im Wesentlichen der vorbeschriebenen Anordnung. Bei der in Figur 8 beschriebenen Anordnung befindet sich ein Temperierungsfluideinlass 1 10 auf der Seite des Fluideinlasses 210, während sich der Tempenerungsfluidauslass 120 auf der Seite des Fluidauslasses 220 befindet. In der in Figur 8 gezeigten Anordnung ist somit die Flussrichtung des zu

temperierenden und zu mischenden Fluides übereinstimmend mit der Flussrichtung des Temperierungsfluides. Es ist jedoch ebenso möglich, den Mischer-Wärmetauscher 200 im Gegenstrombetrieb zu betreiben, wodurch in diesem Fall die Flussrichtung des zu kühlenden und zu mischenden Fluides der Flussrichtung des Temperierungsfluides entgegengesetzt ist und entweder der Temperierungsfluideinlass 1 10 zum Tempenerungsfluidauslass wird, oder der Fluideinlass 210 zum Fluidauslass wird. Selbiges gilt für die Fluidauslässe 220 bzw. den Tempenerungsfluidauslass 120. Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz- Anordnung, bei der jedoch der Temperierungsfluideinlass und der Tempenerungsfluidauslass 1 10, 120 nicht auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist, sondern auf einer Seite, in Figur 9 links. Dabei strömt das Temperierungsfluid über den Temperierungsfluideinlass 1 10 ein, strömt über wenigstens einen Kanal durch die einzelnen Mischer-Wärmetauscher-Einsätze bis zum gegenüberliegenden Ende und wird dort über ein entsprechendes Kopplungsstück 130 zwischen den getrennten Durchströmungsvolumina so umgelenkt, dass das Temperierungsfluid durch von dem Hinströmungskanal getrennten Rückströmungskanälen wieder zurückströmt bis zu dem Temperierungsfluidauslass 120. Dabei sei verstanden, dass die in Figur 9 gezeigte Anordnung beispielsweise zwei getrennte Volumina haben kann, die mit dem Kopplungsstück 130 miteinander verbunden sind. Alternativ kann die in Figur 9 gezeigte Ausführungsform auch vier getrennte Innenvolumina aufweisen, die durch ein entsprechendes Kopplungsstück 130 am Ende derart miteinander verbunden sind, dass zwei Kanäle als Hinströmungskanal und zwei Kanäle als Rückströmungskanal dienen.

Figur 10 zeigt eine Stirnansicht der in Figur 9 gezeigten Anordnung 100 mit einem

Temperierungsfluideinlass 1 10 sowie einem Temperierungsfluidauslass 120.

Figur 1 1 zeigt eine Schnittansicht einer in Figur 9 gezeigten Anordnung im Bereich des

Temperierungsfluideinlasses bzw. -auslasses 1 10, 120. Aus Figur 1 1 ist ersichtlich, dass das über den Temperierungsfluideinlass 1 10 einströmende Temperierungsfluid in die

entsprechenden Hohlkörperplatten 10 und 20 einströmt, um dann über den im Detail nicht weiter gezeigten Einsatz bzw. die Anordnung zurückzuströmen, um dann aus den

Hohlkörperplatten 1 1 , 21 zum Temperierungsfluidauslass 120 zu gelangen.

Figur 12 zeigt eine Teilschnittansicht der in Figur 8 gezeigten Anordnung, bei der eine räumliche Darstellung der Vierkanal-Anordnung 100 abgebildet ist, die sich im fluidführenden Volumen 230 der Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung 200 befindet.

Figur 13 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht der Neigungsrichtungen R1 bzw. R2 in Bezug auf die hier stegförmigen Hohlkörperplatten 10, 1 1 der ersten Gruppe sowie der hier stegförmigen Hohlkörperplatten 20, 21 der zweiten Gruppe. Wie der Figur 13 zu entnehmen ist, ist die Neigungsrichtung R1 der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe 10, 1 1 übereinstimmend, ebenso wie die Neigungsrichtung R2 der Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe 20, 21 übereinstimmend ist. Dabei ist die Neigungsrichtung entgegengesetzt und der entsprechende Neigungswinkel α (alpha) gegenüber der Längserstreckungsachse L für beide

Neigungsrichtungen R1 und R2 gleich.

Figur 14 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der Hohlkörperplatten einer ersten Gruppe, Hohlkörperplatten einer zweiten Gruppe sowie Hohlkörperplatten einer dritten Gruppe vorgesehen sind. Dabei sind die Hohlkörperplatten der ersten Gruppe 10 gegenüber den Hohlkörperplatten 20 der zweiten Gruppe, ebenso wie gegenüber den Hohlkörperplatten der dritten Gruppe 30 um 120° versetzt und geneigt angeordnet, so dass sich durch die hier abgebildeten drei Hohlkörperplatten 10, 20, 30 eine propellerähnliche Anordnung ergibt, die eine gute Durchmischung der zu mischenden und zu temperierenden Flüssigkeit bewirkt. Es sei verstanden, dass mehrere der Hohlkörperplatten 10 bzw. 20 bzw. 30 hintereinander angeordnet sein können, was in Figur 14 jedoch nicht entnehmbar ist.

Figur 15 zeigt eine schematische Ansicht des Kanalverlaufes in einem Mischer-Wärmetauscher- Einsatz 1 a. Dabei strömt das Temperierungsfluid beispielsweise durch einen Temperierungsfluideinlass 1 10a ein und verteilt sich dabei auf die beiden Kanalstränge, die mit den Buchstaben a und b bezeichnet sind. Abwechselnd wird dabei im oberen Kanal a eine Hohlkörperplatte der ersten Gruppe mit dem inneren Volumen 13a und eine Hohlkörperplatte der zweiten Gruppe mit dem inneren Volumen 23a durchflössen. Analog wird in der zweiten unteren Kanalanordnung abwechselnd eine Hohlkörperplatte der ersten Gruppe mit dem inneren Volumen 13b und eine Hohlkörperplatte der zweiten Gruppe mit dem inneren Volumen 23b durchflössen. Beide Kanäle werden in der in Figur 15 gezeigten Anordnung parallel durchflössen, so dass der Temperierungsfluideinlass 1 10a und der Temperierungsfluidauslass 120a auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Werden alternativ der

Temperierungsfluideinlass und der Temperierungsfluidauslass auf derselben Seite angeordnet, kann ein hier nicht gezeigtes Kopplungsstück die beiden Kanäle auf der dem Einlass/Auslass abgewandten Seite vorgesehen sein, welches die beiden Kanäle derart miteinander verbindet, dass diese nacheinander und nicht parallel durchflössen werden. Figur 16 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Mischer-Wärmetauscher-Einsatz- Anordnung mit hier mehreren hintereinander angeordneten Mischer-Wärmetauscher-Einsätzen 1 a, 1 b. Analog zu dem Kanalverlauf in Figur 15 ist in Figur 16 ein Kanalverlauf mit vier parallelen Kanälen abgebildet, der hier mit den Kleinbuchstaben a, b, c und d bezeichnet sind. In Figur 16 sind die entsprechenden Strömungsrichtungen des Temperierungsfluides durch die Pfeile dargestellt. Die gesamte Anordnung 100 ist mit einer Kopplung 130 abgeschlossen, die eine Kopplung des ersten bzw. zweiten Kanals mit einem dritten bzw. vierten Kanal, respektive Gesamtvolumen herstellt. Auf diese Weise werden in der in Figur 16 gezeigten

Ausführungsform die Kanäle mit den inneren Volumina 13a, 23a sowie 13c, 23c von links nach rechts durchströmt, und am Ende durch das Kopplungsstück 130 in die entsprechenden Kanäle mit den inneren Volumina 13b und 23b, bzw. 13d und 23d zurückgeführt.

Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.

Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird. Bezugszeichenliste:

1 , 1 a, 1 b Mischer-Wärmetauscher-Einsatz

10, 10a, 10b (stegförmige) Hohlkörperplatten der ersten Gruppe

1 1 , 1 1 a, 1 1 b (stegförmige) Hohlkörperplatten der ersten Gruppe

13 inneres Volumen der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe

13a, b, c, d erstes/zweites/drittes/viertes (Gesamt) Volumen

20 (stegförmige) Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe

21 (stegförmige) Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe

23 inneres Volumen der Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe

23a, b, c, d erstes/zweites/drittes/viertes (Gesamt)Volumen

100 Mischer-Wärmetauscher-Einsatz-Anordnung

1 10 Temperierungsfluideinlass bzw. -auslass der Einsatz-Anordnung

1 10a, b Temperierungsfluideinlass bzw. -auslass des Einsatzes

120 Temperierungsfluidauslass bzw. -einlass der Einsatz-Anordnung

120a, b Temperierungsfluidauslass bzw. -einlass des Einsatzes

130 Kopplung eines ersten/zweiten mit einem dritten/vierten Gesamtvolumen

200 Mischer-Wärmertauscher

210 (Misch) Fluideinlass bzw. -auslass

220 (Misch) Fluidauslass bzw. -einlass

230 (Misch) Fluid führendes Volumen

L Längserstreckungsrichtung Mischer-Wärmetauscher-Einsatzes bzw. -Anordnung

R1 Neigungsrichtung der Hohlkörperplatten der ersten Gruppe

R2 Neigungsrichtung der Hohlkörperplatten der zweiten Gruppe

R3 Neigungsrichtung der Hohlkörperplatten der dritten Gruppe

a, alpha Neigungswinkel der Hohlkörperplatten gegenüber Längserstreckungsrichtung L