DE1601167A1

DE1601167A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE1601167A1
Application number: DE1967B0095516
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gundolf Rajakovics
Original assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1970-11-26
Also published as: GB1155338A; DE1601167C3; AT294872B; DE1601167B2; SE335364B; NL6716157A

Description

Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Wien

Wärmetauscher

Zu den zahlreichen bei der Herstellung von Wärmetauschern zu beachtenden Schwierigkeiten zählt die Belastung des Materials durch die an den Wärmeübergangsstellen auftretenden Wärmedehnungsspannungen. Besonders bei der Verwendung von flüssigen Metallen als Medium, wie sie sich in Kernreaktoranlagen in zunehmendem Maße einbürgert, hat man infoige der für flüssige Metalle charakteristischen, hohen Wärmeübergangszahlen schon bei relativ geringen Temperaturdifferenzen mit überaus hohen Materialbelastungen zu rechnen. Aus diesem Grund ist die Frage der höchstzulässigen Temperaturdifferenz und damit der höchstmöglichen Leistung vor allem eine Materialfrage, die bisher nur in einem sehr unzureichenden Maße gelöst werden konnte.■ - *

Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Überlegung, daß insbesondere bei den bekannten Mischwärmetauschern eine vollständige materielle Trennung des kühleren Mediums vom heisseren Medium infolge des angewendeten Mischungsprinzips nicht unbedingt erforderlich ist.

Die Fig. 1 zeigt einen derartigen Mischwärmetauscher. Außer den noch zu besprechenden anmeldungsgemäßen Details ist aus dieser Zeichnung zu ersehen, nach welchem Prinzip eine solche Anlage arbeitet. Das auf höherer Temperatur befindliche Medium strömt durch ein Innenrohr 1 in eine Kammer 3. Gleichzeitig strömt ein kühles Medium durch einen Eintrittsstutzen 2 ebenfalls in die Kammer 3, In dieser Kammer 3 erfolgt die Mischung des kalten Mediums mit dem heißen Medium, bis eine gewünschte Endtemperatur erreicht ist, welche mehr oder weniger tief unter der Temperatur des heißen Mediums liegt. Im Gegenstromprinzip wird nun das in der Kafuner j5^ gemischte kühlere

Medium an dem das heißere Medium enthaltenden Rohr 1 vorbeigeführt, erwärmt sich weiter an ihm und verläßt durch einen Austrittsstutzen 4 das System. Der Bauteil Io stellt einen aus einer Spirale bestehenden Abstandhalter des Schutzrohres 11 dar. Das geschlitzte Schutzrohr 11 im Bereich der Kammer 3 soll das druckführende Rohr 5 vor lokalen Wärmeschocks infolge des Mischungsprozesses schützen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht nun das Rohr 1, dessen Wandung das heißere Medium gegen das kühlere abgrenzt, aus mindestens zwei ineinandergepaßten konzentrischen Rohren, deren jedes mindestens einen vorzugsweise über die ganze Rohrlänge laufenden Schlitz zur Aufnahme der Wärmedehnungen erhält. Um einen Austritt des heißeren Mediums aus dem Rohr 1 möglichst weitgehend zu verhindern, werden die beiden konzentrisch ineinandergepaßten Rohre um ihre gemeinsame Achse so gegeneinander verdreht, daß eine Abdeckung der Schlitze erfolgt, wie es in der Fig. 2 im Detail dargestellt ist.

Das Prinzip dieses Erfindungsgedankens ist jedoch nicht notwendigerweise auf Mischwärmetauscher beschränkt. Grundsätzlich ist es möglich, in jedem beliebigen Wärmetauscher die Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen aus mehreren Schichten herzustellen, deren jede mit mindestens einem Schlitz zur Aufnahme der Wärmedehnungen versehen ist, wobei diese Schlitze so verlaufen, daß keine Überschneidung stattfindet, durch welche eine Verbindung zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen hergestellt wird. Bei glattem und fugenlosem Aufeinande rl legen dieser Schichten war eine Vermischung der zu beiden Seiten der Trennwand befindlichen Medien in unzulässigem Ausmaß nicht zu beobachten.

Um im speziellen Fall des beschriebenen Mischwärmetauschers eine mögliehst elastische Abdichtung der beiden Strömungsräume an der Eintrittsstelle des heißen üedlums zu erreichen, wurde im Rahmen der Erfindung der folgende Weg gewählt:

An Stelle einer starren Verbindung zwischen den beiden Rohren 1 und 5 wurde eine Serie, mindestens aber zwei aneinandergesqhichtete, zwischen die Bohre 1 und 5 eingepaßter gelochter

und vorzugsweise geschlitzter Scheiben verwendet, wobei nur eine dieser Scheiben mit dem Mantel des Wärmetauschers ganz oder partiell verschweißt war. Die Fixierung dieser Scheiben erfolgte, wie Fig. 1 zeigt, durch Aufbördelung'7 mindestens eines der äusseren, die Trennwand zwischen den beiden Temperaturbereichen bildenden konzentrischen geschlitzten Rohren an die Innenfläche der innersten der Scheiben, während mindestens eines der inneren Rohre durch die Scheiben hindurchgeführt und auf die Außenfläche der äußeren Scheibe aufgebördelt wird (8). Die Verbindung 8 an der Austrittsstelle des heißeren Mediums 9 erfolgt gleichfalls durch Verbördelung. ·

Gegenstand der Erfindung ist daher, ein Wärmetauscher, insbesondere ein Mischwärmetauscher für Medien mit hohen Wärmeübergangszahlen wie flüssige Metalle, bestehend aus mindestens zwei durch mindestens eine wärmeleitende Wand getrennten Kanälen, in welchem sich als Wärmeträger dienende Medien auf verschiedener Temperatur befinden, und die Erfindung besteht darin, daß die Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen aus mindestens zwei glatt und fugenlos aneirianderliegenden Schichten besteht, deren jede mit mindestens einem Schlitz zur Aufnahme der Wärmedehnungen versehen ist, wobei diese Sehlitze so verlaufen, daß keine Überschneidung stattfindet, durch welche eine materielle Verbindung zwischen den auf verschiedener Temperatur befindlichen Medien hergestellt wird.

Es gibt selbstverständlich viele Möglichkeiten, die hier im Prinzip beschriebene Erfindung zu variieren, beispielsweise was die Gestalt der.Bohre 1 ujstd 5 in dem beschriebenen: Mischwärme tauscher', ihre Querschnittsform und die Form und Lage der Schlitze anbelangt. So besteht eine einfache AusfÜhrungsform darinj, die beiden das Rohr 1 bildenden ineinandergepaßten Rohre mijj^ Längsschlitzen zu versehen. Einen guten Ausgleich von Längsund Radialspannungen erzielt man auch durch spiralförmig um den Rohrmantel laufende Schlitze, welche vorzugsweise unter einem Neigungswinkel von 45° verlaufen. , *

^:-^? "Durch die vflrliegeride Erfindung wird die Möglichkeit geboten; bei*Mischwärmetäusehern, insbesondere bei Anwendung vonxiuil Medien%Üt- hohen Wärmeübergahgszahlen mit größeren Temperatures©!* differenzen als bisher zu arbeiten und damit höhere Leistungen zu erreichen. 0Ö9843/Q35S ...

Claims

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Patentansprüche '

Wärmetauscher, insbesondere Mischwärmetauscher für Medien mit hohen Wärmeübergangszahlen wie flüssige Metalle, bestehend aus mindestens zwei durch mindestens eine wärmeleitende Wand getrennten Kanälen·,'in welchen sich als Wärmeträger dienende Medien auf verschiedenen Temperaturen befinden, dadurch ge k en η ζ ei c hne t , daß die Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen aus mindestens zwei glatt und fugenlos aneinanderllegenden Schichten besteht, deren jede mit mindestens einem Schlitz zur Aufnahme der Wärmedehnungen Versehen ist, wobei diese Schlitze so verlaufen, daß keine Überschneidung stattfindet, durch welche eine materielle Verbindung zwischen den auf verschiedener Temperatur befindlichen Medien hergestellt wird.
2. Mischwärmetauscher nach Anspruch 1, bestehend aus einem inneren Rohr, durch welches das heiße Medium, und einem Zuführungsstutzen, durch welchen das kalte Medium in eine Mischkammer eingebracht wird, einem äußeren Rohr, welches das innere Rohr so umgibt, daß das in der Kammer auf Mischungstemperatur gebrachte Medium im Gegenstrom das innere Rohr umspült und sich an ihm weiter erwärmt und einem Austrittsstutzen, dadurch g e k e η η ζ e lehne t , daß das innere Rohr, dessen Wandung die beiden Temperaturbereiche voneinander trennt, aus mindestens zwei konzentrisch ineinandergepaßten, geschlitzten Rohren besteht,, welche um ihre gemeinsame Achse derart gegeneinander verdreht sind, daß eine Abdeckung der Schlitze erfolgt, so daß die an der Wandung des inneren Rohres (l) auftretenden hohen Wärmedehnungsspannungen durch die Schlitze unwirksam gemacht werden.

3· Mischwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem inneren Rohr (l) und dem äußeren Rohr (5) an der Eintrittsstelle des heißen Mediums durch mindestens zwei zwischen die beiden Rohre (l) und (5) eingepaßte, aneinandergeBchichtete

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gelochte und vorzugsweise geschlitzte Scheiben, hergestellt ist., wobei nur eine Scheibe mit dem Mantel des Wärmetauschers ganz oder partiell verschweißt ist..

4-r Mischwärmetauscher nach Anspruch ~5, dadurch g e k,e η η ζ e i chne t , daß zumindest eines der äußeren das Zuführungsrohr (l) bildenden konzentrisch ineinandergepaßten Rohre auf die innerste der Scheiben (6) von innen her aufgebördelt ist, während mindestens eines der inneren Rohre' durch die Scheiben (6) hindurchgeführt und auf die äußerste der Scheiben von außen her aufgebördelt ist; wobei vorzugsweise die geschlitzten, ineinandergepaßten Rohre am anderen an die Mischkammer (j5) grenzenden Ende ebenfalls durch Bördelung miteinander verbunden sind.

Ge b r . B ö h 1 e r & C ο Aktiengesellschaft Patentbüro

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