DE1501387B

DE1501387B - Tubular cooler

Info

Publication number: DE1501387B
Authority: DE
Inventors: Armin Dr.-Ing.; Kottenmeier Eduard Dr.-Ing.; 5033 Knapsack; Krämer Karl 5040 Brühl. C21c7-00 Jacobowsky
Original assignee: Knapsack AG, 5033 Hürth-Knapsack

Description

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Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Kühler, welcher aus einem als dickwandiger Zylinder ausgebildeten, nichtmetallischen Hohlkörper und einem den Hohlkörper unter Bildung eines Ringraumes umgebenden zylindrischen Metallmantel besteht.The invention relates to a tubular cooler which consists of a thick-walled cylinder non-metallic hollow body and one surrounding the hollow body to form an annular space cylindrical metal jacket.

Hochtemperierte und chemisch aggressive Gase werden in der Regel dadurch gekühlt, daß man sie in thermisch und chemisch beständigen Hohlräumen durch Einspritzen von relativ kühlen Flüssigkeiten behandelt. Diese Methode wird dann notwendig, wenn die indirekte Wärmeabfuhr durch gut wärmeleitende Trennwände von dem heißen Gas an einen kühlen Stoff beispielsweise wegen großer Verschmutzung, wegen zu starker Korrosion und wegen mangelnder thermischer Beständigkeit der Trennwände nicht möglich ist.High-temperature and chemically aggressive gases are usually cooled by having them in thermally and chemically resistant cavities by injecting relatively cool liquids treated. This method is necessary when the indirect heat dissipation by highly heat-conductive Partitions from the hot gas to a cool substance, for example because of great pollution, because of excessive corrosion and insufficient thermal resistance of the partition walls not possible.

Aus der deutschen Patentschrift 457 906 und der USA.-Patentschrift 2 738 776 sind Brennkammern von kreisförmigem Querschnitt bekannt, welche mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sind und konzentrisch zur Auskleidung metallische Mantel unter Bildung von Ringräumen zur Beaufschlagung mit Kühlmittel aufweisen.Combustion chambers are disclosed in German patent specification 457 906 and USA patent specification 2,738,776 of circular cross-section known, which are lined with a refractory material and concentric for lining a metallic jacket with the formation of annular spaces for loading with Have coolant.

In der USA.-Patentschrift 2 096 765 wird eine Vorrichtung zum Verbrennen von Heizstoffen beschrieben, welche im wesentlichen aus einer doppelwandigen zylindrischen Kammer besteht. Der durch die Doppelwandung gebildete Ringraum weist Stutzen auf, über welche er mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbar ist.In the United States patent specification 2 096 765 a device for burning heating materials is described, which consists essentially of a double-walled cylindrical chamber. The through the annular space formed by the double wall has nozzles through which it can be acted upon with cooling liquid is.

Die Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten mit Luft oder anderen Gasen gemäß der deutschen Patentschrift 1 020 001 besteht aus einem rohrförmigen Gefäß, in welchem koaxial ein aus porösem keramischem Material aufgebauter Zylinder angeordnet ist, wobei innerhalb des keramischen Zylinders eine Wendel mit einer zentralen rohrförmigen Öffnung vorgesehen ist.The device for aerating liquids with air or other gases according to the German Patent specification 1 020 001 consists of a tubular vessel in which a coaxial porous Ceramic material built cylinder is arranged, wherein within the ceramic cylinder a helix with a central tubular opening is provided.

Nachteilig ist bei den bekannten Vorrichtungen, daß keine durch die Doppelwand hindurchführenden Stutzen zum Einleiten von Kühlflüssigkeit bzw. zum Einführen von Temperaturfühlern aufweisen.The disadvantage of the known devices is that none of them extend through the double wall Have nozzles for introducing cooling liquid or for introducing temperature sensors.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen rohrförmigen Kühler zu schaffen, welcher aus einem inneren dickwandigen, nichtmetallischen Zylinder und einem diesen unter Ausbildung eines Ringraumes umgebenden zylindrischen Metallmantel besteht, an welchem die Doppelwand durchdringende Stutzen zum Einleiten von Kühlflüssigkeit und zum Einführen von Temperaturfühlern angebracht sind, wobei sicherzustellen ist, daß die metallische Außenhaut, beispielsweise als Ergebnis von Wärmespannungen, nicht mit den zu kühlenden aggressiven Medien in Berührung kommt.It is an object of the present invention to provide a tubular cooler, which consists of a inner thick-walled, non-metallic cylinder and one of these with the formation of an annular space surrounding cylindrical metal jacket, on which the double wall penetrating nozzle for introducing cooling liquid and for introducing temperature sensors are attached, wherein it must be ensured that the metallic outer skin, for example as a result of thermal stresses, does not come into contact with the aggressive media to be cooled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zum Einleiten von Kühlflüssigkeit und zum Einführen eines Temperaturfühlers an dem Hohlkörper vorgesehenen Rohrstutzen ebenso wie der Hohlkörper selbst jeweils aus einem nichtmetallischen, dickwandigen Teil, der in den zylindrischen Hohlkörper eingesetzt ist, und einem den dickwandigen Teil mit Abstand umgebenden Metallmantel, der mit dem den Hohlkörper umgebenden Metallmantel fest verbunden ist, bestehen, um einen den Hohlkörper und die an ihm befindlichen Rohrstutzen umgebenden, zusammenhängenden Raum zum Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit zu bilden.This object is achieved in that the for introducing cooling liquid and for Introducing a temperature sensor on the hollow body provided pipe socket as well as the Hollow body itself each made of a non-metallic, thick-walled part, which is in the cylindrical Hollow body is used, and a metal jacket surrounding the thick-walled part at a distance, which is firmly connected to the metal jacket surrounding the hollow body, exist to one the Hollow body and the pipe socket located on it surrounding, coherent space for passing through to form a cooling liquid.

Der rohrförmige Kühler gemäß der Erfindung kann darüber hinaus vorteilhaft noch wahlweise dadurch gekennzeichnet sein, daßThe tubular cooler according to the invention can also advantageously thereby selectively be marked that

a) der mit lotrechter Achse angeordnete Hohlkörper am oberen Ende mittels eines Kragens formschlüssig und flüssigkeitsdicht auf einem alsa) the hollow body arranged with a vertical axis is positively locked at the upper end by means of a collar and liquid-tight on one as

Fixpunkt dienenden, an feststehenden Bauteilen angebrachten Flansch aufliegt, an dem zugleich das obere Ende des Metallmantels flüssigkeitsdicht befestigt ist, während das untere Ende des Metallmantels mit einem stopfbüchsenartig ausgebildeten Flansch verbunden ist, durch dessen Bohrung der Hohlkörper unter Zwischenlage einer Dichtung gleitend hindurchgeführt ist, wobei das am unteren Ende des Hohlkörpers angesetzte, sich nach unten verjüngende Endstück auf einem Flansch aufsitzt, der auf Tellerfedern ruht und durch Schrauben am Flansch aufgehängt ist;Fixed point serving flange attached to fixed components rests on which at the same time the upper end of the metal jacket is fastened in a liquid-tight manner, while the lower end of the Metal jacket is connected to a gland-like flange, through which Bore of the hollow body is slidably passed through with the interposition of a seal, wherein the downwardly tapering end piece attached to the lower end of the hollow body sits on a flange that rests on disc springs and is suspended from the flange by screws is;

b) die dickwandigen Teile der Rohrstutzen aus dem gleichen, nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sind wie der Hohlkörper·b) the thick-walled parts of the pipe socket are made of the same, non-metallic material are like the hollow body

c) der nichtmetallische Werkstoff mit Kunstharz imprägnierter, gas- und flüssigkeitsdichter Graphit ist;c) the non-metallic material impregnated with synthetic resin, gas- and liquid-tight Is graphite;

d) die Ringräume durch eine über die dickwandigen Teile gezogene und am Mantel befestigte Manschette von L-förmigem Querschnitt flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind;d) the annular spaces by a drawn over the thick-walled parts and attached to the jacket Cuff of L-shaped cross-section are sealed in a liquid-tight manner;

e) die Manschette aus Gummi hergestellt ist.e) the sleeve is made of rubber.

Eine gleichmäßige Kühlung und damit eine Ausschaltung von Wärmespannungen wird durch den zusammenhängenden Kühlraum des Hohlkörpers und der an ihm befindlichen Rohrstutzen sichergestellt.Uniform cooling and thus elimination of thermal stresses is ensured by the contiguous cooling space of the hollow body and the pipe socket located on it ensured.

Während sich keramische Werkstoffe bei großem Temperaturgefälle zwischen Innen- und Außenseite des nichtmetallischen Hohlkörpers als unbrauchbar erweisen, ist ein Hohlkörper aus Graphit wegen seiner guten Hitze- und Korrosionsbeständigkeit, seiner verhältnismäßig geringen Sprödigkeit und seiner guten Wärmeleitfähigkeit besonders geeignet. Durch die Imprägnierung des Graphits mit einem Kunstharz erzielt man Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit bis zu Druckdifferenzen von etwa 0,1 atü. Bei Verwendung dieses Werkstoffes wird der Einspritzkühler im wesentlichen als monolithisches Formstück ausgeführt, damit das Vorhandensein von Fugen und Kerben als Folge unterschiedlicher Wärmedehnungen nicht Spannungsspitzen hervorruft, die zu einem Bruch des Werkstoffes führen.While ceramic materials differ when there is a large temperature gradient between the inside and the outside of the non-metallic hollow body prove to be unusable, a hollow body is made of graphite because of its good heat and corrosion resistance, its relatively low brittleness and its good Thermal conductivity particularly suitable. By impregnating the graphite with a synthetic resin gas and liquid tightness can be achieved up to a pressure difference of about 0.1 atm. Using With this material, the injection cooler is essentially designed as a monolithic molding, thus the presence of joints and notches as a result of different thermal expansions not Causes stress peaks that lead to breakage of the material.

Damit durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen den aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehenden Teilen, insbesondere zwischen dem Hohlkörper aus graphitischem Werkstoff und dem ihn umgebenden Metallmantel, nicht zusätzlich Wärmespannungen entstehen können, ist diesen Teilen die Möglichkeit einer Relativbewegung gegeneinander gegeben.This is due to the different thermal expansions between the different materials existing parts, in particular between the hollow body made of graphitic material and the surrounding metal jacket, no additional thermal stresses can arise, is these parts given the possibility of a relative movement against each other.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.The subject of the invention is shown schematically in the drawing.

Ein zylindrischer Hohlkörper 1, in dem die Kühlung der heißen Gase erfolgt, ist aus graphitischem Werkstoff hergestellt und mit Abstand von einem Metallmantel 6 umgeben, so daß ein koaxialer Ringraum 14 entsteht, durch den zur Senkung der Wandtemperaturen des Hohlkörpers 1, eintretend durch einen Anschlußstutzen 19 und austretend durch einen Anschlußstutzen 20, ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird.A cylindrical hollow body 1, in which the hot gases are cooled, is made of graphite Material made and surrounded at a distance by a metal jacket 6, so that a coaxial annular space 14 is created by entering through to lower the wall temperatures of the hollow body 1 a connection piece 19 and exiting through a connection piece 20, a coolant, for example Water, is passed through.

An dem zylindrischen Hohlkörper 1 ist am oberen Ende ein Kragen 5 angeordnet, dessen Unterseite eine Abschrägung bildet, die auf der ihr entsprechenden Abschrägung der Bohrung eines Flansches 9 formschlüssig und flüssigkeitsdicht aufliegt. Der Flansch 9 ist an feststehenden Bauteilen, beispielsweise an einer Heißgaszuleitung 22, befestigt und bildet einen Fixpunkt für die als Folge von Wärmedehnungen des Kühlers relativ zum Metallmantel zu erwartenden Längenänderungen der einzelnen Teile.On the cylindrical hollow body 1, a collar 5 is arranged at the upper end, the underside of which a bevel forms on the corresponding bevel of the bore of a flange 9 is form-fitting and liquid-tight. The flange 9 is on fixed components, for example attached to a hot gas supply line 22 and forms a fixed point for the as a result of thermal expansion changes in length of the individual parts to be expected relative to the metal jacket.

^{Ende des} Metallmantels 6 flussigkeitsdicht befestigt, während das untere Ende des Metallmantels 6 flüssigkeitsdicht mit einem Flansch 10 verbunden ist. Die Bohrung von Flansch 10 ist so bemessen, daß der Hohlkörper 1 gleitend hindurchgeht. Durch Zwischenlage einer Dichtung 24 ist die Durchführung nach Art einer Stopfbüchse flüssigkeitsdicht ausgeführt. ^{The end of the} metal jacket 6 is fastened in a liquid-tight manner, while the lower end of the metal jacket 6 is connected to a flange 10 in a liquid-tight manner. The bore of the flange 10 is dimensioned so that the hollow body 1 can slide through it. By interposing a seal 24, the bushing is made liquid-tight in the manner of a stuffing box.

Am unteren Ende des zylindrischen Hohlkörpers 1 ist ein nach unten sich verjüngendes Endstück 4 an_{gesetztj das formschlüssig} ^J £ der Bohrung eines Flansches 11 gehalten ist. Flansch 11 ruht auf Druckfedern 12, die mittels Schrauben 13 am Flansch 10 aufgehängt sind. Durch diese Anordnung gelingt es, die bei den verschiedenartigen Werkstoffen unterschiedlichen Wärmedehnungen ohne das Auftreten nennenswerter Wärmespannungen aufzunehmen.At the lower end of the cylindrical hollow body 1 is a downwardly tapering end 4 of _{the form-fitting gesetztj} ^J £ the bore of a flange is kept. 11 Flange 11 rests on compression springs 12 which are suspended from flange 10 by means of screws 13. This arrangement makes it possible to absorb the different thermal expansions in the various materials without the occurrence of significant thermal stresses.

Zur Einführung der Verdüsungseinrichtungen für die vorgesehene Kühlflüssigkeit in das Innere des Hohlkörpers 1 sind seitlich angesetzte Rohrstutzen 2 aus dem gleichen graphitischen Werkstoff wie bei dem Hohlkörper 1 vorgesehen. Jeder von ihnen ist mit Abstand koaxial von einem Metallmantel 7 derart umgeben, daß der zustandekommende Ringraum 15 mit dem Ringraum 14 strömungsmäßig in Verbindung steht.To introduce the atomization devices for the intended cooling liquid into the interior of the Hollow body 1 are laterally attached pipe sockets 2 made of the same graphitic material as in the hollow body 1 is provided. Each of them is coaxially spaced from a metal shell 7 such surrounded that the resulting annular space 15 with the annular space 14 in terms of flow in Connection.

Ein für die Einführung eines Temperaturfühlers vorgesehener Rohrstutzen 3 ist in gleichartiger Weise mit Abstand von einem Metallmantel 8 umgeben, wodurch ein Ringraum 16 entsteht, der mit dem Ringraum 14 in strömungsmäßiger Verbindung steht.A pipe socket 3 provided for the introduction of a temperature sensor is similar surrounded at a distance by a metal jacket 8, whereby an annular space 16 is formed, which with the annular space 14 is in flow connection.

Um die Ringräume 15 und 16 nach außen abzuschließen, sind Manschetten 23 aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, etwa aus Gummi, von L-förmigem Querschnitt vorgesehen, deren einer Sehenkel auf die Rohrstutzen 2, 3 aufgezogen und dort durch eine Rohrschelle 21 festgehalten ist, während der andere Schenkel zwischen zwei Flanschen 17 und 18 gehalten ist, von denen der eine Flansch 17 am Metallmantel 7 bzw. 8 festgeschweißt und der andere Flansch 18 lose aufgesetzt ist.To close the annular spaces 15 and 16 to the outside, cuffs 23 are made of an elastic Resilient material, such as rubber, provided with an L-shaped cross-section, one of the legs is drawn onto the pipe socket 2, 3 and held there by a pipe clamp 21, while the other leg is held between two flanges 17 and 18, one of which is flange 17 welded to the metal jacket 7 or 8 and the other flange 18 is loosely attached.

Der Kühler gemäß vorliegender Erfindung hat sich beispielsweise bei der Abschreck-Kühlung von mit Temperaturen von 600 bis 1600° C eingefahrenen chlorwasserstoff- und sauerstoffhaltigen Gasen mit kalter, wäßriger Salzsäure gut bewährt.The cooler according to the present invention has proven itself, for example, in the quench cooling of with Temperatures of 600 to 1600 ° C with the gases containing hydrogen chloride and oxygen cold, aqueous hydrochloric acid has proven its worth.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Tubular cooler, consisting of a non-metallic cylinder designed as a thick-walled cylinder Hollow body and a cylindrical metal jacket surrounding the hollow body to form an annular space, thereby characterized in that the for introducing cooling liquid and for introducing a temperature sensor on the hollow body (1) provided pipe socket as well as the hollow body (1) itself each of a non-metallic, thick-walled part (2, 3) which is inserted into the cylindrical hollow body (1) is used, and a metal jacket surrounding the thick-walled part at a distance (7, 8), which is firmly connected to the metal jacket (6) surrounding the hollow body (1), exist, around a coherent one surrounding the hollow body (1) and the pipe socket located on it To form space (14,15,16) for passing a cooling liquid.

2. Tubular cooler according to claim 1, characterized in that the perpendicular Axis arranged hollow body (1) at the upper end by means of a collar (5) and positively liquid-tight on a flange that serves as a fixed point and is attached to fixed components (9) rests on which at the same time the upper end of the metal jacket (6) is attached in a liquid-tight manner, while the lower end of the metal jacket (6) with a stuffing box-like Flange (10) is connected, through the bore of the hollow body (1) with the interposition of a Seal (24) is slidably passed through, wherein the at the lower end of the hollow body (1) attached, downwardly tapering end piece (4) rests on a flange (11), which on Disc springs (12) rests and is suspended by screws (13) on the flange (10).

3. Tubular cooler according to claim 1 or 2, characterized in that the thick-walled Parts (2, 3) of the pipe socket made of the same, non-metallic material are like the hollow body (1).

4. Tubular cooler according to claim 3, characterized in that the non-metallic Material is gas- and liquid-tight graphite impregnated with synthetic resin.

5. Tubular cooler according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the Annular spaces (15, 16) drawn over the thick-walled parts (2, 3) and attached to the jacket (7, 8) attached cuff (23) of L-shaped cross-section are sealed liquid-tight.

6. Tubular cooler according to claim 5, characterized in that the sleeve (23) is made of rubber.