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Patent Searching and Data


Title:
SCRAPED SURFACE HEAT EXCHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/058147
Kind Code:
A1
Abstract:
The scraped surface heat exchanger (1) comprises a housing (2), with sleeve chambers (200, 210), through which a heat exchange medium may flow and limited by heat exchange surfaces (200a, 210a), which define a product chamber for a fluid material for thermal regulation. A scraper (4), extending into the product chamber (3), for scraping material which may deposit on the heat exchange surfaces (200a, 210a), is provided and also a motor drive (8) for driving the rotation of the scraper (4). The housing (2) with the sleeve chambers (200, 210) is bell-shaped in embodiment and the motor drive (8) is at least partly arranged within the inner chamber of the bell-shaped housing (2).

Inventors:
BUERGEL FELIX (CH)
Application Number:
PCT/CH2003/000003
Publication Date:
July 17, 2003
Filing Date:
January 07, 2003
Export Citation:
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Assignee:
BUERGEL AG (CH)
BUERGEL FELIX (CH)
International Classes:
F28F19/00; (IPC1-7): F28F19/00
Foreign References:
US5165469A1992-11-24
CH206815A1939-08-31
DE2549600A11977-05-18
US1028818A1912-06-04
Attorney, Agent or Firm:
A. BRAUN BRAUN HERITIER ESCHMANN AG (Basel, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schabwärmetauscher (1) mit einem Gehäuse (2), welches Mantelräume (200,210) aufweist, die von einem Wärmetauschmedium durchströmbar sind und von Wärmetauschflächen (200a, 210a) begrenzt sind, welche einen Produktraum (3) für ein fliessfähiges zu temperierendes Gut definieren, ferner mit einem in den Produktraum (3) hineinragenden Abstreifer (4) zum Abstreifen von eventuell an den Wärmetauschflächen (200a, 210a) sich anlagerndem Gut, sowie mit einem motorischen Antrieb (8) zum rotatorischen Antreiben des Abstreifers (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit seinen Mantelräumen (200,210) glockenförmig ausgebildet ist und der motorische Antrieb (8) zumindest teilweise im Innenraum des glockenförmigen Gehäuses (2) aufgenommen angeordnet ist.
2. Schabwärmetauscher nach Anspruch 1, bei welchem das Gehäuse (2) ein separates inneres Gehäuseteil (20) und ein über dieses innere Gehäuseteil (20) überstülpbares separates äusseres Gehäuseteil (21) umfasst, die zwischen sich den Produktraum (3) einschliessen.
3. Schabwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Abmessungen des Produktraums (3) und die Abmessungen des Abstreifers (4) in dem im wesentlichen axialen Teil (24) des glockenförmigen Gehäuses (2) so bemessen sind, dass der Produktraum (3) einen Ringspalt bildet, in welchen der Abstreifer (4) hineinragt.
4. Schabwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem im unteren Endbereich der Mantelräume (200,210) ein Einlass (211) für das Wärmetauschmedium und im oberen Endbereich der Mantelräume (200, 210) ein Auslass (212) für das Wärmetauschmedium vorgesehen ist.
5. Schabwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Abstreifer (4) eine Nabe (40) umfasst, von der aus mehrere Arme (41) entspringen, die mit Schabelementen (42) versehen sind, wobei die Nabe (40) des Abstreifers (4) auf einer mit dem motorischen Antrieb (8) verbundenen Antriebswelle (5) befestigt ist und in einen am oberen Ende des glockenförmigen Gehäuses (2) vorgesehenen Auslassstutzen (31) hineinragt, in welchen hinein auch der Produktraum (3) einmündet.
6. Schabwärmetauscher nach Anspruch 5, bei welchem im unteren Endbereich des Produktraums (3) ein Einlass (30) für das zu temperierende Gut und am Auslassstutzen (31) des glockenförmigen Gehäuses (2) ein Auslass für das temperierte Gut vorgesehen ist, und bei welchem die Schabelemente (42) des Abstreifers so ausgebildet und angeordnet sind, dass im Betrieb das Gut vom Einlass (30) spiralförmig durch den Produktraum (3) hin zum Auslass strömt.
7. Schabwärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem der motorische Antrieb (8) ein Planetengetriebe (81) mit einer Hohlwelle umfasst, welche die Antriebswelle (5), auf der die Nabe (40) befestigt ist, aufnimmt, sodass das Planetengetriebe (81) die motorische Antriebskraft auf die Antriebswelle (5) umsetzt.
8. Schabwärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem die Antriebswelle (5) in demjenigen Bereich, in welchem die Nabe (40) befestigt ist, eine Polygon Aussenkontur aufweist, und die Nabe (40) eine entsprechende Innenkontur.
9. Schabwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Gehäuse (2) lösbar mit einem separaten Gestell (9) verbunden ist, welches höhenverstellbare Füsse (90) aufweist.
10. Schabwärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Frequenzumformer zur Steuerung der Drehzahl des motorischen Antriebs (8).
Description:
Schabwärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Schabwärmetauscher gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Schabwärmetauscher sind beispielsweise aus der WO-A-98/54530 und aus der DE-A-25 49 600 bekannt. Der Schabwärmetauscher aus der DE-A-25 49 600 weist ein Gehäuse mit Mantelräumen auf, durch die ein Wärmetauschmedium strömt. Zwischen den Wärmetauschflächen der Mantelräume ist ein Produktraum definiert, durch welchen ein zu temperierendes (zu kühlendes oder zu erwärmendes) fliessfähiges Gut strömt. Ein Abstreifer ragt in diesen Produktraum hinein und wird von einem motorischen Antrieb rotatorisch angetrieben. Dabei streift er eventuell an den Wärmetauschflächen sich anlagerndes Gut (z. B. Gut, welches durch Kühlung fest geworden ist und sich an den Wärmetauschflächen anlagert) von den Wärmetauschflächen ab. Dies ist für die Effizienz des Wärmetauschers von Bedeutung, weil an den Wänden angelagertes Gut den an den Wärmetauschflächen stattfindenden Wärmeübergang zwischen dem zu temperierenden Gut und den Wärmetauschflächen verschlechtert. Der motorische Antrieb des Abstreifers ist ausserhalb des Gehäuses angeordnet, was einen vergleichsweise grossen Platzbedarf für den Wärmetauscher voraussetzt.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen effizienten, platzsparenden und konstruktiv einfachen sowie hygienischen Schabwärmetauscher vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird mit Hilfe des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers, wie er durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs charakterisiert ist, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers ergeben sich aus den

Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.

Bei dem erfindungsgemässen Schabwärmetauscher ist das Gehäuse mit seinen Mantelräumen glockenförmig ausgebildet.

Der motorische Antrieb ist zumindest teilweise im Innenraum des glockenförmigen Gehäuses aufgenommen angeordnet. Diese besonders platzsparende Anordnung ist aufgrund der Glockenform des Gehäuses möglich. Die Glockenform ist konstruktiv einfach, und der so ausgebildete Schabwärmetauscher zeichnet sich des weiteren durch Effizienz aus.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers umfasst das Gehäuse ein separates inneres Gehäuseteil und ein über dieses innere Gehäuseteil überstülpbares separates äusseres Gehäuseteil, die zwischen sich den Produktraum einschliessen. Das so ausgestaltete Gehäuse kann einfach zerlegt und gut gereinigt werden, und der Erfolg des Reinigungsvorgangs kann (bei zerlegtem Gehäuse) auch einer einfachen Sichtprüfung unterzogen werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers sind die Abmessungen des Produktraums und die Abmessungen des Abstreifers in dem im wesentlichen axialen Teil des glockenförmigen Gehäuses so bemessen, dass der Produktraum einen Ringspalt bildet, in welchen der Abstreifer hineinragt. Der als schmaler Ringspalt ausgebildete Produktraum, in welchem im Betrieb der Abstreifer rotiert, hat zur Folge, dass sich, aufgrund der geometrischen Abmessungen des Ringspalts, im axialen Teil des glockenförmigen Gehäuses keine dickeren Schichten im Ringspalt bilden können, sodass in dem zu temperierenden Gut im axialen Teil des Gehäuses stets ein hoher

Temperaturgradient auftritt. Infolge dieses hohen Temperaturgradienten wird eine besonders effiziente Temperierung des Guts erreicht.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers ist im unteren Endbereich der Mantelräume ein Einlass für das Wärmetauschmedium und im oberen Endbereich der Mantelräume ein Auslass für das Wärmetauschmedium vorgesehen. Das Wärmetauschmedium wird durch die Mantelräume gepumpt. Diese Ausgestaltung ist insofern vorteilhaft, als durch das Pumpen des Wärmetauschmediums durch die Mantelräume von unten nach oben stets eine vollständige Befüllung der Mantelräume mit dem Wärmetauschmedium gewährleistet ist, was einem guten Wärmeübergang bzw. Wärmedurchgang zuträglich ist.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers umfasst der Abstreifer eine Nabe, von der aus mehrere Arme entspringen, die mit Schabelementen versehen sind. Die Nabe des Abstreifers ist auf einer mit dem motorischen Antrieb verbundenen Antriebswelle befestigt und ragt in einen am oberen Ende des glockenförmigen Gehäuses vorgesehenen Auslassstutzen hinein. In diesen Anschlussstutzen hinein mündet auch der Produktraum ein.

Diese Ausgestaltung des Schabwärmetauschers ist von der konstruktiven Seite her besonders vorteilhaft.

Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers kann im unteren Endbereich des Produktraums ein Einlass für das zu temperierende Gut und am Auslassstutzen des glockenförmigen Gehäuses ein Auslass für das temperierte Gut vorgesehen sein. Die Schabelemente des Abstreifers sind dabei so ausgebildet und angeordnet, dass im Betrieb das Gut vom Einlass spiralförmig durch den

Produktraum hin zum Auslass strömt. Dies bewirkt eine besonders effiziente Kühlung bzw. Erwärmung des Guts.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers umfasst der motorische Antrieb ein Planetengetriebe mit einer Hohlwelle, welche die Antriebswelle, auf der die Nabe befestigt ist, aufnimmt, sodass das Planetengetriebe die motorische Antriebskraft auf die Antriebswelle umsetzt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Antriebswelle einfach montierbar und über das Planetengetriebe kann gewünschtenfalls eine Übersetzung/Untersetzung erfolgen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers weist die Antriebswelle in demjenigen Bereich, in welchem die Nabe befestigt ist, eine Polygon- Aussenkontur auf, und die Nabe eine entsprechende Innenkontur. Dadurch ist die Nabe nach ihrer Befestigung auf der Antriebswelle gegenüber der Antriebswelle positionsfest.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers ist das Gehäuse lösbar mit einem separaten Gestell verbunden, welches höhenverstellbare Füsse aufweist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Gehäuse separat vom Gestell abnehmbar (und dadurch z. B. auch leichter zerlegbar und reinigbar ist, siehe auch Ausgestaltung mit innerem und äusserem Gehäuseteil weiter oben), andererseits kann durch die höhenverstellbaren Füsse am Gestell eine gute Justage des Schabwärmetauschers insgesamt erfolgen, unabhängig davon, wie eben z. B. die Fläche ist, auf der das Gestell steht.

Schliesslich umfasst eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers einen

Frequenzumformer zur Steuerung der Drehzahl des motorischen Antriebs. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache und zuverlässige Steuerung der Drehzahl des motorischen Antriebs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels. des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers mit Hilfe der Zeichnung. Es zeigen in schematischer Darstellung : Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Schab- wärmetauschers mit glockenförmigem Gehäuse und separatem Gestell und Fig. 2 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 im Zusammenbau, teilweise in Schnittdarstellung.

Das in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Schabwärmetauschers 1 umfasst ein glockenförmiges Gehäuse 2 mit zwei separaten Gehäuseteilen, einem inneren Gehäuseteil 20 und einem über das innere Gehäuseteil überstülpbaren äusseren Gehäuseteil 21. In dem inneren Gehäuseteil 20 und in dem äusseren Gehäuseteil ist jeweils ein Mantelraum 200 bzw. 210 vorgesehen. Im unteren Endbereich der Mantelräume 200 bzw. 210 ist jeweils ein Einlass und im oberen Endbereich der Mantelräume jeweils ein Auslass für ein Wärmetauschmedium vorgesehen (nur der Einlass 211 und der Auslass 212 des äusseren Gehäuseteils 21 sind zu erkennen), welches im Betrieb durch die Mantelräume gepumpt wird, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit (oder im

Falle einer gewünschten Erwärmung eine Heizflüssigkeit). Der innere Mantelraum 200 ist von einer Wärmetauschfläche 200a und der äussere Mantelraum von einer Wärmetauschfläche 210a begrenzt. Die Wärmetauschflächen 200a des inneren Gehäuseteils 20 bzw. 210a des äusseren Gehäuseteils 21 definieren zwischen sich einen Produktraum 3, in welchen hinein ein Abstreifer 4 ragt. Die beiden Gehäuseteile 20 und 21 werden durch einen mit Schnellspannern 23 versehenen Spannring 22 zusammengehalten.

Der Produktraum 3 weist-ähnlich wie das Gehäuse 2-eine glockenförmige Gestalt auf und bildet im axialen Teil 24 des glockenförmigen Gehäuses 2 einen Ringspalt, wobei sich an den axialen Teil 24 ein etwa horizontal verlaufender Teil 25 des glockenförmigen Gehäuses 2 anschliesst. Ein Einlass 30 für das zu temperierende Gut ist im unteren Endbereich des Produktraums 3 vorgesehen, während am oberen Ende des glockenförmigen Gehäuses ein Auslassstutzen 31 für das temperierte Gut vorgesehen ist.

Der Abstreifer 4 umfasst eine Nabe 40, von der aus mehrere Arme 41-bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Arme-entspringen, die hier jeweils als Doppelstreben 410,411 ausgebildet sind. Die Doppelstreben 410, 411 schliessen einen Spalt 412 zwischen sich ein, in welchen Schabelemente 42 eingesetzt sind. An dem der Nabe 40 abgewandten Ende sind die Arme 41 durch eine umlaufende Strebe 42 miteinander verbunden, was eine Versteifung bewirkt. Eine weitere Strebe 43 ist zu diesem Zweck im nabennahen Bereich der Arme 41 vorgesehen.

Die Schabelemente 42 weisen sowohl nach aussen hervorstehende Vorsprünge 420 als auch nach innen hervorstehende Vorsprünge 421 auf (die nach innen

vorstehenden Vorsprünge 421 stellen nach aussen hin betrachtet Vertiefungen dar). Durch die Gestaltung dieser Vorsprünge 420 und Vertiefungen 421 kann bei in den Spalt 412 eingesetzten Schabelementen 42 im Betrieb-also bei rotierendem Abstreifer 4-eine spiralförmige Strömung des im unteren Endbereich durch den Einlass 30 zugeführten zu temperierenden Guts erzeugt werden, was eine effiziente Kühlung bzw. Erwärmung des Guts ermöglicht. Ausserdem streifen die nach aussen und innen vorstehenden Vorsprünge 420 bzw. 421 eventuell sich an den Wärmetauschflächen 200a bzw. 210a anlagerndes Gut von diesen Flächen ab, was einer Verringerung der Effizienz des Wärmeübergangs entgegenwirkt und damit die Effizienz des Wärmetauschers 1 steigert.

Die Nabe 40 des Abstreifers 4 ist auf einer Antriebswelle 5 angeordnet, die durch ein Dichtungselement 6 durchgeführt ist. Mittels eines Sicherungselements 7 ist die Nabe 40 auf der Antriebswelle 5 befestigt und ragt in den Auslassstutzen 31 des glockenförmigen Gehäuses 2 hinein. Die Antriebswelle 5 weist in demjenigen Bereich in welchem die Nabe 40 befestigt ist, eine Polygon-Aussenkontur auf, und die Nabe 40 weist eine entsprechende Innenkontur auf. Somit kann die Nabe 40 in einfacher Weise auf die Antriebswelle 5 aufgesetzt werden, und kann sich sodann gegenüber der Antriebswelle 5 nicht mehr verdrehen.

An dem inneren Gehäuseteil 20 ist im zentralen Bereich nahe der Antriebswelle 5 eine Aufnahme 201 für eine Dichtungsanordnung 50 ausgebildet, sodass die Dichtungsanordnung 50 auf einfache Weise zentriert montiert werden kann, was den Montage-und auch den Demontagevorgang erleichtert und insbesondere keine Verschraubung der Dichtungsanordnung 50 erfordert.

Zum Antreiben der Antriebswelle 5 und damit zum rotatorischen Antreiben des Abstreifers 4 ist ein motorischer Antrieb 8 vorgesehen, der einen Motor 80 sowie bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe 81 aufweist. Das Planetengetriebe 81 kann dabei eine Hohlwelle umfassen, welche die Antriebswelle 5 aufnimmt, sodass das Planetengetriebe 81 die motorische Antriebskraft auf die Antriebswelle 5 umsetzt. Die Antriebswelle 5 lässt sich so in einfacher Weise montieren bzw. demontieren. Die Drehzahl des Motors 80 kann beispielsweise durch einen Frequenzumformer (nicht dargestellt) besonders einfach angesteuert werden.

Wie man erkennen kann, ist der motorische Antrieb 8 in einem separaten Gestell 9 aufgehängt, mit welchem das Gehäuse 2 fest, jedoch lösbar verbunden ist, sodass es beispielsweise zum Zerlegen einfach von dem Gestell abgenommen werden kann.

Das Gehäuse 2 ist zu diesem Zweck an einem Gehäuseteil, z. B. an dem inneren Gehäuseteil 20, mit Ösen 202 versehen, welche mit dem Gestell 9 verschraubt werden können. Auf diese Weise kann auch das von dem angetriebenen Abstreifer 4 über das zu temperierende Gut auf das Gehäuse 2 übertragene Drehmoment von dem Gestell 9 aufgenommen werden. Das Gestell 9 ist hier als Dreibein ausgebildet, mit höhenverstellbaren Füssen 90 zum Ausgleichen von Unebenheiten der Fläche, auf der der Wärmetauscher 1 aufgestellt werden soll. Zum Reinigen und/oder zur Sichtprüfung des Erfolgs einer durchgeführten Reinigung kann das Gehäuse 2 zerlegt werden, indem das über das innere Gehäuseteil 21 übergestülpte äussere Gehäuseteil 20 abgezogen wird.

Im Zusammenbau (siehe Fig. 2) ist der motorische Antrieb 8 zumindest teilweise, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sogar fast vollständig, in dem Innenraum des glockenförmigen

Gehäuses 2 aufgenommen, was eine besonders kompakte und platzsparende Bauweise des erfindungsgemässen Schabwärmetauschers 1 zur Folge hat und aufgrund des glockenförmigen Gehäuses 2 möglich ist.

Im Betrieb wird zu temperierendes Gut durch den Einlass 30 in den unteren Endbereich der Produktraums 3 gepumpt. Der im Produktraum 3 zwischen den Wärmetauschflächen 200a und 210a rotierende Abstreifer 4 bewirkt in dem schmalen Ringspalt eine spiralförmige Strömung des zu temperierenden Guts, welches so auf effiziente Weise temperiert wird. Durch ein Abstoppen des rotierenden Abstreifers 4 oder durch eine schnelles Abbremsen (schnelle Änderung der Rotationsgeschwindigkeit) kann gewünschtenfalls eine Durchmischung des Guts erreicht werden.




 
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