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Wärmetauscher, der aus einem Behälter und einem den Behälter umschließenden
Mantel besteht Es ist bei Mantelkühlern bzw. Mantelwärmetauschern bekannt, die Strömungsform
des Austauschmediums im Mantelraum durch Einbauten zu beeinflussen und die Strömungsgeschwindigkeit
zu erhöhen, um die in den meisten Fällen niedrigen Wärmeübergangszahlen zu verbessern.
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Befriedigende Ergebnisse erhält man jedoch nur dann, wenn der Mantelraum
durch aufeinandergeschweißte Winkelprofile oder durch auf die Innenwand aufgeschweißte
Rohre oder Halbrohre ersetzt wird.
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Wird der Mantel, wie es vielfach notwendig ist, abnehmbar .ausgeführt,
so müssen auch bei sorgfältiger Herstellung die durch die Fertigung bedingten Toleranzen
im äußeren Durchmesser der Innenwand bzw. im Innendurchmesser des Mantels berücksichtigt
werden. Durch die Spalte zwischen diesen Teilen, die für einen leichten Zusammenbau
notwendig sind, ergeben sich Öffnungen, durch die das Austauschmedium ohne Austauschwirkung
hindurchfließen kann. In den meisten Fällen führen deshalb Einbauten, die im Mantelkühler
bzw. Mantelwärmetauscher zu einer besseren Führung des Austauschmediums bzw. zu
einer Erhöhung der Geschwindigkeiten dienen sollen, zu keinen befriedigenden Ergebnissen.
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Es ist bei Wärmetauschern mit glatten Rohren bekannt, das Rohrbündel
mit Schikaneblechen zu umgeben und diese Schikanebleche gegen den Außenmantel des
Wärmetauschers abzudichten, um die Verluste durch seitliches Vorbeiströmen des wärmetauschenden
Mediums möglichst klein zu halten. Für die Abdichtung verwendet man von außen aufblasbare
Gummischläuche, die außer dieser Aufgabe keine weitere mehr haben. Nachteilig bei
dieser Ausführung ist die lose Auflagerung der spiralig aufgewickelten Schläuche
auf den Schikaneblechen, so daß die Schläuche im Betrieb ihre Lage leicht verändern
können. Dies ist allerdings ohne Bedeutung, da der Zwischenraum zwischen den einzelnen
Schlauchwindungen keine Wirkung auf die Abdichtung hat.
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Bekannt sind weiterhin Dichtungen für Plattenwärmetauscher, die aus
einem geschlossenen Hohlkörper bestehen und teilweise mit Flüssigkeit, teilweise
mit Gas gefüllt sind, um die Federung der gesamten Dichtung zu verändern. Eine übertragung
dieser Dichtungsart auf doppelwandige Behälter ist nicht möglich und würde außerordentlich
schwierige Fertigungsprobleme aufwerfen, ganz abgesehen von der Unmöglichkeit, die
glatte zylindrische Wand eines Behälters durch spiralig umlaufende Rillen zu verformen.
Es ist weiterhin bekannt, Flüssigkeiten in offenen Behältern, z. B. Milch in einem
Eimer, dadurch zu kühlen, daß dieser Behälter in einen zweiten größeren offenen
Behälter mit Spiralrillen in der Wand eingestellt wird. Für die übertragung dieses
konstruktiven Vorschlages auf doppelwandige Behälter gilt das gleiche, wie es oben
bei der Dichtung von Plattenwärmetauschern ausgeführt wurde. Zylindrische Behälter,
z. B. Wärmetauscher mit den üblichen Wanddicken zwischen 4 und 30 mm und Längen
zwischen 1 und 8 m, können technisch nicht befriedigend mit Spiralrillen versehen
werden. Die großen Störungen, die sich durch die notwendigen groben Toleranzen ergeben
würden und die Unmöglichkeit einer bequemen Reinigung kommen hinzu.
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Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aus einem Behälter
und einem den Behälter umschließenden Mantel bestehenden Wärmetauscher zu entwickeln,
bei dem der Zwischenraum zwischen Behälter und Mantel durch wendelförmig angeordnete
Führungsleisten unterteilt ist und die Führungsleisten mit dem Mantel verbunden
sind und am Behälter dichtend anliegen. Hierbei sollten die bekannten, sich bei
der Fertigung bzw. infolge unzureichender Toleranzen bei der Montage bzw. bei der
Demontage auswirkenden Störungen vermieden werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher
ist dadurch gekennzeichnet, daß die am Behälter anliegende Führungsleistenseite
mit einem an sich bekannten, unter inneren überdruck gesetzten gummielastischen
Dichtungsschlauch ausgerüstet ist.
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Das eine Ende des Dichtungsschlauches wird in an sich bekannter Weise
nach außen geführt, das andere, im Zwischenraum befindliche ist mit einer
kleinen
Öffnung versehen. Die Zuführung des den Zwischenraum erfüllenden Wärmetransportmittels
ist durch den Dichtungsschlauch vorgesehen.
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Es ist andererseits möglich, das im Mantelraum befindliche Ende des
Hohlkörpers zu verschließen und den Schlauch von außen unter Druck zu setzen.
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Der besondere, mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher zu erzielende
Fortschritt ist vor allem darin zu sehen, daß die wendelförmigen Führungsleisten
mit großen Toleranzen ausgestattet sind, daher eine bequeme Montage ermöglichen.
Andererseits wird aber durch den aufblasbaren Dichtungsschlauch eine sichere Abdichtung
erzielt. Hierbei ist es gleichzeitig möglich, das wärmeübertragende Medium durch
den Dichtungsschlauch in den Zwischenraum einzuführen und ihn danach zwischen den
einzelnen Windungen des Dichtungsschlauches zu führen.
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Besonders vorteilhaft ist, daß der Dichtungsschlauch im Betrieb sich
nicht verschieben kann, da er in den Führungsleisten sicher geführt wird. Die gewünschte
hohe Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Führungsleisten kann daher auch bei langer
Betriebszeit sicher aufrechterhalten werden.
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In F i g. 1 bis 3 ist beispielsweise ein Mantelwärmetauscher gemäß
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch den
Wärmetauscher, F i g. 2 einen vergrößerten Teil aus der Behälterwand bei kleinem
Behälterdurchmesser und F i g. 3 einen solchen Querschnitt für Behälter mit größerem
Durchmesser.
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Der Mantelwärmetauscher besteht aus einer Innenwand 1 und einem
abnehmbaren Außenmantel 2.
Die beiden Teile 1 und 2 sind oben mittels einer
Flanschverbindung 3 verbunden. Die Innenwand ist unten mit einem Stutzen 4 durch
den Außenmantel geführt. Stutzen 4 und Außenmantel 2 werden durch
eine Stopfbüchse 5 gegeneinander abgedichtet.
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Am Außenmantel 2 sind wendelförmige Führungsleisten 6 angebracht.
Sie werden z. B. (F i g. 2) mit dem Außenmantel verschweißt. Die Steigung der Wendel
wird so gewählt, daß die gewünschte bzw. für die Wärmeübertragung notwendige Geschwindigkeit
des Austauschmediums im Mantelraum erreicht wird. Die Führungsleisten 6 haben gegenüber
der Innenwand 1 einen Abstand von z. B. 10 mm. Dieser reicht aus, um die Herstellungstoleranzen
der Innenwand 1 bzw. des Außenmantels 2 aufzunehmen.
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Zwischen die Führungsleisten 6 wird ein elastischer Dichtkörper 7,
z. B. ein Schlauch aus Gummi, eingesetzt. Sein Durchmesser wird so gewählt, daß
er in verformtem Zustand den Querschnitt zwischen den Führungsleisten ausfüllt und
der Zusammenbau des Apparates ohne Schwierigkeiten möglich ist. Bei einem lichten
Querschnitt zwischen den Führungsleisten von 30 - 30 mm2 und einem Abstand der Führungsleisten
von der Innenwand von 10 mm wird z. B. ein Gummischlauch mit einem Außendurchmesser
von 40 mm verwendet.
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Bei größeren Abständen der Teile 1 und 2 kann man die Führungsleisten
gemäß F i g. 3 ausbilden. In diesem Fall wird auf die aus einem wendelförmigen Flachstahl
gebildete Führungsleiste 6 ein hochkant stehender Winkelstahl 8 aufgeschweißt.
Die Abmessungen des elastischen Schlauches 7 können dann unabhängig vom Abstand
der beiden Teile 1
und 2 gewählt werden.
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Im Betrieb des Mantelkühlers bzw. Mantelwärmetauschers verläßt das
Wärmeaustauschmedium den Apparat über eine Tasche 9 und einen Stutzen 10. Es wird
einerseits durch einen Stutzen 11 dem Mantelraum, andererseits durch einen
Stutzen 12 dem Schlauch 7 zugeführt. Durch den Schlauch 7 wird soviel eingedrückt,
daß der Schlauch sich elastisch dehnt und entlang der Wendel Innenwand und Außenmantel
gegeneinander abdichtet. Die zur Abdichtung notwendige Dehnung des Schlauches kann
bei kleineren Mengen des Mediums durch eine Druckerhöhung im Schlauch erreicht werden.
Hierzu wird der Schlauch am Ende mit einer kleinen öffnung versehen, so daß die
Durchflußmenge durch den Schlauch verringert wird.
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Zur Dehnung des Schlauches kann auch ein anderer Stoff unter dem notwendigen
Druck, der zur Abdichtung ausreicht, verwendet werden. Wird das Ende des elastischen
Schlauches ganz verschlossen, so kann man die für die Abdichtung notwendige Dehnung
dadurch erzeugen, daß man den Schlauch mit einem beliebigen Medium füllt und dieses
unter Druck setzt, ohne daß dabei der Schlauch durchflossen wird. Die Betriebstemperatur
ist in jedem Falle durch die für den elastischen Schlauch zulässige höchste Temperatur
begrenzt. Als Wärmeübertragungsmedium bzw. als Stoff, durch den die Dehnung des
elastischen Schlauches erzielt wird, kann sowohl eine Flüssigkeit. ein Gas oder
ein Gemisch aus beiden verwendet werden.