-
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium, insbesondere in Form von Wasser, und einem zweiten Medium, insbesondere in Form einer Salzschmelze.
-
Derartige Wärmeübertrager, insbesondere in der Form von Kettle-Type-Wärmeübertragern, werden zum Beispiel in Synthesegasanlagen und Clean-Energy-Anlagen sowie Solarthermie-Anlagen verwendet.
-
Dabei weist ein derartiger Wärmeübertrager zumindest eine von einem ersten Mantel umgebene erste Kammer auf, die zur Aufnahme des ersten Mediums dient (z. B. Wasser), mehrere in der ersten Kammer angeordneten Rohre zur Aufnahme des zweiten Mediums (z. B. Salzschmelze), eine von einem zweiten Mantel umgebene zweite Kammer, über die das zweite Medium in die Rohre einleitbar und/oder aus den Rohren abziehbar ist, und einen mit den beiden Mänteln verbundenen Rohrboden mit einer scheibenförmigen Basis, von der die Rohre abgehen, wobei jene Basis die beiden Kammern voneinander abtrennt.
-
Bekannte Wärmeübertrager der vorgenannten Art werden regelmäßig bei ungefähr gleichem Druckgefälle auf der Rohr- und der (ersten) Mantelseite gefahren. Sie dienen unter anderem zur Verdampfung von Flüssigkeiten und flüssigen Medien durch ein wesentlich temperaturhöheres Medium wie zum Beispiel Synthesegas. Die Temperaturunterschiede können dabei im Bereich von 400°C und höher liegen. Insbesondere im Solarthermie-Bereich kann es jedoch vorkommen, dass der Druckunterschied auf Mantel- und Rohrseite erheblich voneinander abweicht, wobei der Unterschied durchaus 200 bar betragen kann.
-
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass das Risiko einer Zerstörung des Mantels des Wärmeübertragers im Bereich des Rohrbodens aufgrund der hohen Druckunterschiede zwischen Rohr- und (erster) Mantelseite sowie den vergleichsweise großen Temperaturschwankungen der verwendeten Medien verringert ist.
-
Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Danach ist vorgesehen, dass der Rohrboden einen von der Basis abstehenden, umlaufenden Vorsprung aufweist, der einstückig an die Basis angeformt ist bzw. mit dieser verbunden ist, wobei der zweite Mantel über jenen Vorsprung mit dem Rohrboden verbunden ist.
-
Simulationen nach der Methode der finiten Elemente, haben diesbezüglich gezeigt, dass hierdurch die im Übergangsbereich zwischen dem zweiten Mantel und dem Rohrboden üblicherweise auftretenden Spannungen, die im Extremfall zur Zerstörung des Wärmeübertragers führen können, deutlich gemindert werden.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der besagte Vorsprung über einen verrundeten Übergangsbereich mit der Basis des Rohrbodens verbunden ist bzw. einstückig an diese angeformt ist. Auch hierdurch können die an dem besagten Übergangsbereich auftretenden Spannungen gemindert werden.
-
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass auf den Vorsprung eine Auftragsschweißung aufgebracht ist, insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl, insbesondere aus einem Chrom-Nickel-Stahl, wie z. B. Incoloy 825, dessen mögliche Zusammensetzung in der Tabelle 1 aufgelistet ist. Unter Auftragschweißen wird dabei das Beschichten eines Werkstückes durch Schweißen verstanden, wobei eine Schicht eines schweißbaren Materials, vorliegend Stahl, auf eine Oberfläche aufgetragen wird, insbesondere in eine Ausnehmung einer Oberfläche, eingebracht wird. Tabelle 1
| Stoff | Anteil in % |
| Nickel | 38,0–46,0 |
| Eisen | mindestens 22,0 |
| Chrom | 19,5–23,5 |
| Molybdän | 2,5–3,5 |
| Kupfer | 1,5–3,0 |
| Titan | 0,6–1,2 |
| Kohlenstoff | maximal 0,05 |
| Mangan | maximal 1,0 |
| Schwefel | maximal 0,03 |
| Silizium | maximal 0,5 |
| Aluminium | Maximal 0,2 |
-
Bevorzugt ist ein umlaufender Endbereich des zweiten Mantels über eine Schweißverbindung mit der Auftragsschweißung verbunden. Auf diese Weise kann der vorzugsweise aus einem Kohlenstoffstahl bestehende Rohrboden mit einem legierten Edelstahl (z. B. Chrom-Nickel-Stahl), aus dem bevorzugt der zweite Mantel eines solchen Wärmeübertragers gebildet ist, über eine Schweißverbindung verbunden werden. Als Kohlenstoffstahl (auch Carbonstahl) wird dabei ein unlegierter Stahl verstanden, der neben seinem Hauptbestandteil Eisen als Nebenbestandteil hauptsächlich Kohlenstoff enthält. Der Kohlenstoffgehalt kann bis zu 2,1 Prozent betragen.
-
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen, dass auf einer der zweiten Kammer zugewandten ersten Seite der Basis des Rohrbodens eine Plattierung aufgebracht ist, die die Basis flächig bedeckt, wobei jene Plattierung insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl, insbesondere aus einem Chrom-Nickel-Stahl gefertigt ist. Bevorzugt ist auch der zweite Mantel aus einem solchen nichtrostenden Stahl bzw. legiertem Edelstahl hergestellt, so dass eine der zweiten Kammer zugewandte Innenseite des zweiten Mantels, insbesondere beim Einleiten einer vergleichsweise korrosiv wirkenden Salzschmelze in die zweite Kammer, gegen Korrosion geschützt ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass die Plattierung einen äußeren, umlaufenden Randbereich aufweist, der von einer flächigen Basis der Plattierung im Wesentlichen senkrecht absteht, wobei jene Basis der Plattierung die erste Seite der Basis des Rohrbodens bedeckt. Vorzugsweise liegt jener Randbereich der Plattierung an der der zweiten Kammer zugewandten Innenseite des zweiten Mantels formschlüssig an. Weiterhin ist bevorzugt jener Randbereich der Plattierung einstückig an die Basis der Plattierung angeformt. Hierbei geht der umlaufende Randbereich der Plattierung bevorzugt über einen beidseitig verrundeten Übergangsbereich in die Basis der Plattierung über, so dass ein weicher verrundeter Übergang zwischen dem Randbereich und der Basis der Plattierung resultiert. Des Weiteren ist der Randbereich der Plattierung bevorzugt mit der Auftragsschweißung, die auf den umlaufenden Vorsprung des Rohrbodens aufgesetzt ist, über eine Schweißverbindung bzw. Schweißnaht verbunden.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass die Basis der Plattierung zur zweiten Kammer hin konvex gewölbt ist, so dass z. B. bei einem stehend betriebenen Wärmeübertrager, bei dem sich die Basis der Plattierung in einer horizontalen Ebene erstreckt, die in die zweite Kammer eingebrachte Salzschmelze zum Randbereich der Plattierung hin abfließen kann. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Basis der Plattierung an einem umlaufenden äußeren Bereich der Basis der Plattierung eine Steigung im Bereich von 1° bis 3° gegenüber einer Erstreckungsebene der Basis des Rohrbodens aufweist, d. h., die Basis der Plattierung schließt hier mit jener Erstreckungsebene einen spitzen Winkel ein. Durch die vorgenannte Anschrägung wird weiterhin die im Rohrboden erzeugte Spannung gemindert.
-
Um nun die erste Kammer des Wärmeübertragers gegenüber dem Rohrboden abdichten zu können, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt eine Schweißringdichtung vorgesehen, die zwischen einer der zweiten Kammer abgewandten zweiten Seite der Basis des Rohrbodens und einer Stirnseite des ersten Mantels angeordnet ist, wobei jene Schweißringdichtung bevorzugt eine erste umlaufende Schweißringhälfte aufweist, die mit der Stirnseite des ersten Mantels verbunden ist, sowie eine zweite umlaufende Schweißringhälfte, die mit der besagten zweiten Seite des Rohrbodens verbunden ist. Vorzugsweise weisen die beiden Schweißringhälften je eine Lippehälfte auf, wobei die besagten Schweißringhälften bevorzugt über ihre Lippenhälften miteinander verbunden sind, und zwar insbesondere einstückig oder mittels einer Schweißverbindung. Hierbei können die beiden Lippenhälften so miteinander verbunden sein, dass sie zusammen eine umlaufende Hohllippe ausbilden, so dass die Schweißringdichtung beispielsweise durch Wärmunterschiede induzierte Spannungen aufnehmen und ausgleichen kann.
-
Bevorzugt ist die erste Schweißringhälfte über an der Stirnseite des ersten Mantels vorgesehene Auftragsschweißung mit der Stirnseite verbunden, wobei bevorzugt auch die zweite Schweißringhälfte über eine an der zweiten Seite der Basis des Rohrbodens vorgesehene Auftragsschweißung mit der besagten zweiten Site verbunden ist. Hierbei sind die besagten Auftragsschweißungen jeweils in Ausnehmungen der entsprechenden Seiten des Wärmeübertragers angeordnet. Die jeweilige Schweißringhälfte ist dann über eine Schweißnaht bzw. Schweißverbindung mit der jeweiligen, zugeordneten Auftragsschweißung verbunden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sieht vor, dass zur Verbesserung der Dichtung zwischen der zweiten Seite der Basis des Rohrbodens und der Stirnseite des ersten Mantels eine zusätzliche umlaufende Ringdichtung vorgesehen ist, die von der oben beschriebenen Schweißringdichtung umgriffen wird, also innenliegend angeordnet ist, wobei insbesondere jene Ringdichtung in einer Nut der Auftragsschweißung der zweiten Seite sowie einer gegenüberliegenden Nut der Auftragsschweißung der Stirnseite angeordnet ist. Sowohl die Schweißringdichtung als auch die zusätzliche Ringdichtung sind vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um einen legierten Edelstahl (z. B. Chrom-Nickel-Stahl).
-
Da die zweite Kammer des Wärmeübertragers insbesondere mit einer Salzschmelze beschickt werden soll, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in der zweiten Kammer zumindest eine Düse oder eine Mehrzahl an derartigen Düsen angeordnet ist, die zum Beaufschlagen des Rohrbodens mit einem fluiden Medium (z. B. Wasser) eingerichtet und vorgesehen sind. Auf diese Weise können an dem Rohrboden bzw. den Innenwänden der zweiten Kammer haftende Salzschmelzereste mit Vorteil werden.
-
Des Weiteren können derartigen Düsen auch in der ersten Kammer vorgesehen sein, um z. B. die in der ersten Kammer angeordneten Rohre mit einem fluiden Medium, insbesondere Wasser, beaufschlagen zu können, so dass auch hier eine Reinigung der Rohre möglich ist.
-
Weiterhin weist bevorzugt der erfindungsgemäße Wärmeübertrager ein in der ersten Kammer angeordnetes Überlaufwehr an, das zum Aufstauen des in die erste Kammer eingeleiteten ersten Mediums dient, wobei insbesondere das Überlaufwehr die erste Kammer in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt, wobei in dem ersten Abschnitt die besagten vom Rohrboden abgehenden Rohre angeordnet sind, und wobei der zweite Abschnitt zum Aufnehmen einer flüssigen Phase des ersten Mediums (z. B. Wasser) eingerichtet und vorgesehen ist, die über das Überlaufwehr in den zweiten Abschnitt der ersten Kammer strömt. Um dort den jeweiligen Pegel der flüssigen Phase des ersten Mediums erfassen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Wärmeübertrager eine Pegelmesseinrichtung aufweist bzw. mit einer solchen verbindbar ist, die zum Erfassen eines Pegels jener flüssigen Phase des ersten Mediums im zweiten Abschnitt der ersten Kammer ausgebildet ist. Hierbei ist jene Pegelmesseinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, zumindest einen Niedrigpegel der flüssigen Phase zu erfassen, wobei der Wärmeübertrager in diesem Fall dazu ausgebildet ist, eine entsprechenden Alarm auszulösen, einen Normalpegel, der bei einer üblichen Fahrweise erreicht wird, einen Hochpegel sowie einen darüber liegenden Hochalarmpegel, wobei der Wärmeübertrager wiederum dazu ausgebildet ist, bei Erreichen des Hochpegels einen entsprechenden Alarm auszulösen, so dass ggf. die flüssige Phase des ersten Mediums aus der ersten Kammer des Wärmeübertragers abgelassen werden kann, um einen gewünschten Pegelstand einstellen zu können.
-
Ein weiterer Erfindungsgedanke betrifft einen Wärmeübertrager zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten Medium, insbesondere in Form von Wasser, und einem zweiten Medium, insbesondere in Form einer Salzschmelze, mit zumindest einer von einem ersten Mantel umgebenen ersten Kammer zur Aufnahme des ersten Mediums, mehreren in der ersten Kammer angeordneten. Rohren zur Aufnahme des zweiten Mediums, einer von einem zweiten Mantel umgebenen zweiten Kammer, über die das zweite Medium in die Rohre einleitbar und/oder aus den Rohren abziehbar ist, und einen mit den beiden Mänteln verbundenen Rohrboden mit einer scheibenförmigen Basis, von der die Rohre abgehen, wobei jene Basis die beiden Kammern voneinander abtrennt. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Mantel über eine Auftragsschweißung, die an einer der zweiten Kammer zugewandten ersten Seite der Basis des Rohrbodens vorgesehen ist, mit dem Rohrboden verbunden ist, wobei ein umlaufender Endbereich des zweiten Mantels mit der Auftragsschweißung über eine Schweißverbindung verbunden ist.
-
Bevorzugt ist die besagte Auftragsschweißung in einer Ausnehmung der ersten Seite der Basis des Rohrbodens angeordnet.
-
Des Weiteren ist bevorzugt ein Übergangsbereich zwischen einer Außenseite des zweiten Mantels und einer Außenseite der Basis des Rohrbodens verrundet ausgebildet, insbesondere konkav verrundet. Hierdurch können in den Rohrboden bzw. in den Übergang zwischen den Rohrboden und dem zweiten Mantel eingeleitete Spannungen mit Vorteil reduziert werden.
-
Vorzugsweise ist des Weiteren auf der ersten Seite der Basis des Rohrbodens eine Plattierung aufgebracht (siehe oben), insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl, wobei insbesondere auch der erste Mantel aus einem nichtrostenden Stahl gefertigt ist, insbesondere aus einem Chrom-Nickel-Stahl.
-
Vorzugsweise weist die besagte Plattierung wiederum einen umlaufenden Randbereich auf, der von einer flächigen Basis der Plattierung absteht, die jene erste Seite der Basis der Rohrbodens bedeckt, wobei insbesondere jener Randbereich über eine Schweißverbindung mit der Auftragsschweißung verbunden ist.
-
Bevorzugt ist des Weiteren vorgesehen, dass jener Randbereich an einer der zweiten Kammer zugewandten Innenseite jenes Endbereichs des zweiten Mantels anliegt.
-
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Randbereich der Plattierung formschlüssig in einen Hinterschnitt eingreift, der an jener Innenseite des Endbereichs des zweiten Mantels ausgebildet ist.
-
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass der umlaufende Randbereich der Plattierung über einen beidseitig verrundeten Übergangsbereich in die Basis der Plattierung übergeht. Auch hierdurch können Spannungen im Rohrboden bzw. der Plattierung vermindert werden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;
-
2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers entlang der Richtung II der 1;
-
3 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers entlang der Richtung III der 1;
-
4 eine ausschnitthafte Schnittansicht der Verbindung zwischen dem zweiten Mantel und dem Rohrboden des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;
-
5 eine alternative Schnittansicht der Verbindung zwischen dem zweiten Mantel und dem Rohrboden des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; und
-
6 ein Detail der 5.
-
1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 und 3 einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1, bei dem es sich um einen so genannten Kettle-Type-Wärmeübertrager 1 handelt.
-
Der Wärmeübertrager 1 weist einen ersten Mantel 10 auf, der eine erste Kammer 100 des Wärmeübertragers 1 umgibt, wobei jener erste Mantel 10 über einen stirnseitig am ersten Mantel 10 vorgesehenen Flansch 11 mit einem Rohrboden 30 des Wärmeübertragers verbunden ist, der wiederum mit einem zweiten Mantel 20 des Wärmeübertragers 1 verschweißt ist, der eine zweite Kammer 200 des Wärmeübertragers 1 umgibt. Die beiden Mäntel 10, 20 des Wärmeübertragers können mit einer Isolierung 160 umgeben sein und auf Lagern 130, 140 gelagert sein. Des Weiteren weist der erste Mantel 10 oberhalb der Rohre 31 einen ansteigenden Abschnitt auf, der einen spitzen Winkel A' mit der Horizontalen einschließt.
-
Vom Rohrboden 30 geht ein aus mehreren Rohren 31 bestehendes Rohrbündel ab, wobei jene Rohre 31 in der ersten Kammer 100 des Wärmeübertragers 1 angeordnet sind. Dabei werden die Rohre 31 in dem Rohrboden 30 gehalten und münden über Öffnungen O (vergleiche 4, 5 und 6) derart in den Rohrboden 30 ein, dass ein in die zweite Kammer 200 eingeleitetes zweites Medium S, insbesondere in Form einer Salzschmelze, in die besagten Rohre 31 einleitbar ist, und dann, durch die Rohre 31 strömend, in den indirekten Wärmeaustausch mit dem in der ersten Kammer 100 geführten ersten Medium (z. B. Wasser) treten kann. Die einzelnen Rohre 31 sind dabei bevorzugt U-förmig ausgebildet, wobei die zweite Kammer 200 entsprechend durch Trennbleche 201, 202 (vgl. 2) in einen ersten, zweiten und dritten Bereich 200a, 200b, 200c unterteilt ist, so dass das zweite Medium S über den ersten Bereich 200a der zweiten Kammer 200 in mehrere Rohre 31 eingeleitet werden kann, über den zweiten Bereich 200b aus den Rohren 31 abgezogen und in weitere Rohre 31, die in den zweiten Bereich 200b münden, eingeleitet werden kann und über den dritten Bereich 200c aus der zweiten Kammer 200 abgezogen werden kann. Der Wärmeübertrager 1 ist demnach gemäß 2 insgesamt viergängig ausgebildet. Der Wärmeübertrager 1 kann jedoch auch eine andere Gängigkeit aufweisen.
-
Die zweite Kammer 200 weist zum Einlassen des zweiten Mediums S (z. B. Salzschmelze) einen Einlass 2 auf, über den die Salzschmelze S in den ersten Bereich 200a der zweiten Kammer 200 eingeleitet wird, sowie einen Auslass 3, über den die Salzschmelze S nach dem entsprechenden Durchlaufen der Rohre 31 aus dem dritten Bereich 200c der zweiten Kammer 200 abgezogen wird (vgl. 2).
-
Die zu verflüssigende Phase (erstes Medium W, wie z. B. Wasser) wird durch einen Einlass 4, der z. B. an einem unteren Bereich des ersten Mantels 10 angeordnet ist, in die erste Kammer 100 eingeleitet, wobei das eingeleitete erste Medium W mittels in der ersten Kammer 100. angeordneten Leitblechen 170 durch die erste Kammer 100 geführt wird (angedeutet durch in der 1 eingezeichnete Pfeile).
-
Das erste Medium W wird dabei durch ein Überlaufwehr 180 aufgestaut, so dass das erste Medium W zumindest einen Teil der Rohre 31 bedeckt und durch indirekte Wärmeübertragung mit dem in den Rohren 31 geführten zweiten Medium S verdampft wird. Die gasförmige Phase W des ersten Mediums W wird dabei über einen an einem oberen Bereich des Mantels 10 vorgesehenen Auslass 6 aus dem Wärmeübertrager 1 abgezogen und der weiteren Verwendung zugeführt. Ferner kann zur Pegelregulierung im Wärmeübertrager 1 bzw. in der ersten Kammer 100 über einen weiteren, an einem unteren Bereich des ersten Mantels 10 vorgesehenen Auslass 5 Kondensat aus der ersten Kammer 100 abgezogen werden.
-
Durch das Überlaufwehr 180 wird die erste Kammer 100 in einen ersten Abschnitt 100a und einen zweiten Abschnitt 100b unterteilt, wobei die flüssige Phase des ersten Mediums W über das Überlaufwehr 180 in den zweiten Abschnitt 100b treten kann. Des Weiteren können im zweiten Abschnitt 100b der ersten Kammer 100 mittels einer geeigneten Instrumentierung, die über Instrumentierungsstutzen 120 an den Wärmeübertrager 1 angekoppelt werden kann, zumindest vier Pegelstände P, P', P'' und P''' erfasst werden, so dass der Pegelstand der flüssigen Phase des ersten Mediums W zweiten Abschnitt 100b der ersten Kammer 100 erfassbar und entsprechend mittels einer Prozessregelung regelbar ist.
-
Diesbezüglich gibt der Abstand L gemäß 3 den Abstand des Schwerpunkts der gezeigten Instrumentierung 190 (z. B. zur besagten Pegel- oder Druckmessung) zu einer Stirnseite des Instrumentierungsstutzens 120 an. Dieser Abstand sollte nach Möglichkeit nicht überschritten werden, um keine unnötigen Spannungen in den Instrumentierungsstutzen 120 einzuleiten.
-
Wie in 1 in Zusammenhang mit 4 gezeigt, weist der Rohrboden 30 eine kreisscheibenförmige Basis 32 auf, die sich entlang einer Erstreckungsebene E erstreckt (vgl. 6), wobei die besagte Basis 32 des Rohrbodens 30 zur zweiten Kammer 200 hin mit einer Plattierung 40 versehen ist, die eine zur zweiten Kammer 200 hin weisende erste Seite 32a der Basis 32 des Rohrbodens 30 bedeckt. Diese Plattierung 40 besteht vorzugsweise aus einem legierten Edelstahl zum Zwecke des Korrosionsschutzes, da die Basis 32 des Rohrbodens (30) bevorzugt aus einem vergleichsweise korrosionsanfälligen Kohlenstoffstahl gefertigt ist. Weiterhin ist auch der zweite Mantel 20, der mit dem Rohrboden 30 verbunden ist, aus einem legierten Edelstahl gefertigt (z. B. Chrom-Nickel-Stahl), so dass die zweite Kammer 200 korrosionsgeschützt ist. Dies ist vorteilhaft, wenn es sich bei dem zweiten Medium S um eine vergleichsweise korrosiv wirkende Salzschmelze handelt.
-
Um nun den zweiten Mantel 20 möglichst spannungsfrei mit dem Rohrboden 30 verbinden zu können, weist die Basis 32 des Rohrbodens 30 an der ersten Seite 32a einen umlaufenden Vorsprung 50 auf, der von der Basis 32 des Rohrbodens 30 senkrecht zu deren Erstreckungsebene E absteht und einstückig an diese angeformt ist. Auf ein freies Ende jenes Vorsprungs 50 ist eine Auftragsschweißung 60 aufgesetzt, die ebenfalls aus einem legierten Edelstahl besteht, wobei es sich z. B. bei diesem Stahl um Incoloy 825 handeln kann (siehe oben).
-
Der zweite Mantel 20 des Wärmeübertragers 1 ist nun mit einem umlaufenden Endbereich 21 über eine Schweißnaht 22 mit der besagten Auftragsschweißung 60 verbunden. Des Weiteren ist der besagte Vorsprung 50 über einen beidseitig verrundeten Übergangsbereich 51 mit der Basis 32 des Rohrbodens 30 verbunden, das heißt, jener Übergangsbereich 51 weist beidseitig, also zur zweiten Kammer 200 hin sowie von der zweiten Kammer 200 weg, eine konkave Oberfläche auf, so dass sich der Vorsprung 50 zur Basis 32 des Rohrbodens 30 hin verbreitert.
-
Wie in der 4 gezeigt, weist die besagte Plattierung 40 eine kreisscheibenförmige Basis 42 auf, die die besagte erste Seite 32a der Basis 32 des Rohrbodens 30 flächig bedeckt, wobei von jener flächigen Basis 42 der Plattierung 40 ein umlaufender Randbereich 41 der Plattierung 40 absteht, der formschlüssig an einer Innenseite 20b des zweiten Mantels 20 anliegt, die zur zweiten Kammer 200 gewandt ist, wobei jener umlaufende Randbereich 41 auch an der besagten Auftragsschweißung 60 sowie dem verrundeten Vorsprung 50 anliegt. Der besagte umlaufende Randbereich 41 der Plattierung 40 kann dabei ebenfalls über die Schweißnaht 22 mit dem zweiten Mantel 20 verbunden sein. Die Innenseiten der zweiten Kammer 200 sind somit vollständig aus einem korrosionsbeständigen legierten Edelstahl gefertigt. Aufgrund des besagten Vorsprungs 50 wirken im Bereich des Übergangs zwischen dem Rohrboden 30 und dem zweiten Mantel 20 geringere Spannungen im Vergleich zu einem Wärmeübertrager 1, bei dem jener Vorsprung 50 nicht vorhanden ist.
-
Der Rohrboden 30 des Wärmeübertragers 1 ist des Weiteren mit einem Flansch 11 des ersten Mantels 10 über eine geeignete Verbindung 80 (z. B. Schraubverbindung) verbunden. Zum Abdichten des erstens Mantels 10 gegenüber dem Rohrboden 30 ist dabei eine Schweißringdichtung 70 vorgesehen, die zwischen einer der zweiten Kammer 200 abgewandten zweiten Seite 32b der Basis 32 des Rohrbodens 30 und einer Stirnseite 10a des ersten Mantels 10 umläuft, wobei die Schweißringdichtung 70 eine erste Schweißringhälfte 71, die mit der besagten Stirnseite 10a verbunden ist, sowie eine zweite umlaufende Schweißringhälfte 72, die mit jener zweiten Seite 32b verbunden ist, aufweist, wobei die beiden Schweißringhälften 71, 72 je eine Lippenhälfte 710, 720 aufweisen, die vorzugsweise so miteinander verbunden sind, dass sie zusammen eine umlaufende Hohllippe der Schweißringdichtung 70 ausbilden.
-
Zur Verbesserung der Dichtwirkung ist eine weitere Ringdichtung 73 vorgesehen, die innen entlang der Schweißringdichtung 70 umläuft. Dabei wird die besagte Ringdichtung 73 in Nuten gehalten, die jeweils in Auftragsschweißungen 60, 62 vorgesehen sind, an denen die erste bzw. die zweite Schweißringhälfte 71, 72 festgeschweißt sind. Die beiden Auftragsschweißungen 61, 62 sind dabei jeweils in entsprechenden Ausnehmungen der zweiten Seite 32b der Basis 32 des Rohrbodens 30 bzw. der Stirnseite 10a des ersten Mantels 10 angeordnet.
-
Wie in 6 angedeutet, kann die Plattierung 40 weiterhin eine konvexe Wölbung in Richtung auf die zweite Kammer 200 aufweisen. Dies dient zum einen der Verringerung der in die Plattierung 40 bzw. den Rohrboden 30 eingeleiteten Spannungen und unterstützt des Weiteren das Ablaufen des ersten Mediums S bzw. der Salzschmelze S, wenn der Wärmeübertrager 1 z. B. in vertikaler Ausrichtung betrieben wird und sich die Plattierung 40 entsprechend entlang einer horizontalen Ebene erstreckt. Die besagte konvexe Wölbung ist insbesondere so ausgebildet, dass ein äußerer umlaufender Bereich 43 der Plattierung 40 einen spitzen Winkel A mit der Erstreckungsebene E des Rohrbodens 30 einschließt, der insbesondere in einem Bereich von 1° bis 3° liegt.
-
5 zeigt eine Abwandlung der in der 4 gezeigten Verbindung zwischen dem zweiten Mantel 20 und dem Rohrboden 30, bei der im Unterschied zur 4 die Basis 32 des Rohrbodens 30 keinen Vorsprung 50 nach Art der 4 aufweist, sondern eine Auftragsschweißung 60, die in einer Ausnehmung der ersten Seite 32a der Basis 32 des Rohrbodens 30 umläuft. Der freie Endbereich 21 des zweiten Mantels 20 ist dabei über eine Schweißnaht 22 mit jener Auftragsschweißung 60 verbunden, wobei des Weiteren die Plattierung 40 am Übergang zwischen dem umlaufenden Randbereich 41 der Plattierung 40 und der Basis 42 der Plattierung 40 mittels einer weiteren Scheißnaht 23 mit der besagten Auftragsschweißung 60 verbunden ist. Die Schweißringdichtung 70 bzw. die weitere Ringdichtung 73 sind gemäß 4 ausgebildet.
-
Wie des Weiteren in 6 dargestellt, können die Verbindungsbereiche zwischen dem zweiten Mantel 20, dem Rohrboden 30 und der Plattierung 40 insbesondere weich bzw. verrundet ausgebildet sein, um die Vermindung von Spannungen zu verbessern. Vorzugsweise ist des Weiteren vorgesehen, dass der besagte Randbereich 41 der Plattierung 40 an einer der zweiten Kammer 200 zugewandten Innenseite 20b des Endbereichs 21 des Mantels 20 formschlüssig anliegt, wobei weiterhin jener Randbereich 41 der Plattierung 40 formschlüssig in einen Hinterschnitt 24 eingreift, der an jener Innenseite 20b des Endbereichs 21 des zweitens Mantels 20 ausgebildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der umlaufende Randbereich 41 der Plattierung 40 über einen beidseitig verrundeten Übergangsbereich 44 in die Basis 42 der Plattierung 40 übergeht. Gleichfalls ist bevorzugt ein Übergangsbereich zwischen einer Außenseite 20a des zweiten Mantels 20 und einer Außenseite 30a der Basis 32 des Rohrbodens 30 verrundet ausgebildet, und zwar insbesondere konkav.
-
Die Schweißverbindungen zwischen dem zweiten Mantel
20 und der Auftragsschweißung
60 bzw. zwischen der Plattierung
40 und der Auftragsschweißung
60 bzw. zwischen der Plattierung
40 und dem zweiten Mantel
20 können beispielsweise wie in der
5 gezeigt ausgebildet sein. Bezugszeichenliste
| 1 | Wärmeübertrager |
| 2, 4, 7, 8 | Einlass |
| 3, 5, 6 | Auslass |
| 10 | Erster Mantel |
| 10a | Stirnseite |
| 11 | Flansch |
| 20 | Zweiter Mantel |
| 20a | Außenseite |
| 20b | Innenseite |
| 21 | Endbereich |
| 22, 23 | Schweißverbindung |
| 24 | Hinterschnitt |
| 30 | Rohrboden |
| 31 | Rohre |
| 32 | Basis des Rohrbodens |
| 32a | Erste Seite |
| 32b | Zweite Seite |
| 40 | Plattierung |
| 41 | Randbereich |
| 42 | Basis |
| 43 | Äußerer Bereich |
| 50 | Vorsprung |
| 60, 61, 62 | Auftragsschweißung |
| 70 | Schweißringdichtung |
| 71 | Erste Schweißringhälfte |
| 72 | Zweite Schweißringhälfte |
| 710 | Erste Lippenhälfte |
| 720 | Zweite Lippenhälfte |
| 80 | Verbindung (z. B. Schraubverbindung) |
| 100 | Erste Kammer |
| 100a | Erster Abschnitt |
| 100b | Zweiter Abschnitt |
| 110, 210 | Düse |
| 120 | Instrumentierungsstutzen |
| 130, 140 | Stützen |
| 150 | Prallblech |
| 160 | Isolierung |
| 170 | Leitblech |
| 180 | Überlaufwehr |
| 190 | Instrument (z. B. Pegelmesseinrichtung) |
| 200 | Zweite Kammer |
| 200a | Erster Bereich |
| 200b | Zweiter Bereich |
| 200c | Dritter Bereich |
| 201 | Erstes Trennblech |
| 202 | Zweites Trennblech |
| A, A' | Winkel |
| E | Erstreckungsebene |
| L | Abstand |
| O | Öffnungen |
| S | Salzschmelze (zweites Medium) |
| W | Wasser (erstes Medium) |
| W' | Wasserdampf |
| K | Kondensat |
