DE19735630C2 - Heat exchanger and process for its manufacture - Google Patents
Heat exchanger and process for its manufactureInfo
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- DE19735630C2 DE19735630C2 DE1997135630 DE19735630A DE19735630C2 DE 19735630 C2 DE19735630 C2 DE 19735630C2 DE 1997135630 DE1997135630 DE 1997135630 DE 19735630 A DE19735630 A DE 19735630A DE 19735630 C2 DE19735630 C2 DE 19735630C2
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem ersten Behälterbereich für ein zu kühlendes oder zu erwärmendes insbesondere chemisch aggressives Me dium, wobei in diesem ersten Behälterbereich eine Anzahl rohrförmiger aus einem emaillierten Metall bestehender Leitungen verlaufen, deren innere Hohl räume einen zweiten Behälterbereich für ein zweites kühlendes und/oder er hitzendes Medium bilden und welche Leitungen durch Öffnungen eines Rohr bodens aus dem ersten Behälterbereich heraus und in einen oder mehrere Kammern mit dem zweiten, kühlenden oder erhitzenden Medium führen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetau schers.The invention relates to a heat exchanger with a first container area for a me to be cooled or warmed in particular chemically aggressive dium, with a number of tubular ones in this first container region an enamelled metal of existing lines, the inner hollow clear a second container area for a second cooling and / or he form heating medium and which lines through openings of a pipe bottom out of the first container area and into one or more Guide chambers with the second, cooling or heating medium. The The invention also relates to a method for producing a heat rope shers.
Wärmetauscher werden für eine Vielzahl von Anwendungsfällen benötigt; dabei stellen Wärmetauscher für chemisch aggressive Medien, z. B. Säuren oder auch Gase, einen besonders anspruchsvollen Sonderfall dar. Es geht darum, daß ein solches Medium beispielsweise während seiner Reaktion oder Lagerung gekühlt oder aber auch erhitzt werden soll, und zwar möglichst effektiv und schnell. Hierfür bieten sich Wärmetauscher an sich natürlich an. Das üblicherweise kühlende und Reaktionswärme abführende (oder in bestimmten Anwen dungsfällen auch erhitzende) Medium, insbesondere Wasser, wird dabei durch Leitungen geführt, welche außen von dem aggressiven chemischen Medium umgeben sind. Durch die Leitungswand hindurch findet der Wärmeaustausch statt. Diese Leitungen müssen aus einem hochresistenten Werkstoff bestehen oder auf andere Weise gegen das chemisch aggressive Medium geschützt sein. Ein Kontakt der Medien untereinander muß ebenso vermieden werden wie ein Herausdiffundieren des chemisch aggressiven Mediums aus dem Wärme tauscher an unbeabsichtigten Stellen. Dabei ist eine besondere Problemzone der Austritt der Leitungen aus dem Volumenbereich, also dem oben angegebenen ersten Behälterbereich, in dem sich das chemisch aggressive Medium befindet. Heat exchangers are needed for a variety of applications; there provide heat exchangers for chemically aggressive media, e.g. B. acids or Gases, a particularly demanding special case. It is about that a such medium is cooled, for example, during its reaction or storage or should also be heated, as effectively and quickly as possible. Heat exchangers are naturally suitable for this. Usually cooling and heat dissipation (or in certain applications in this case, also heating) medium, especially water, is thereby Pipes routed outside from the aggressive chemical medium are surrounded. The heat exchange takes place through the pipe wall instead of. These lines must be made of a highly resistant material or be protected in another way against the chemically aggressive medium. Contact between the media must be avoided as well as Diffusing the chemically aggressive medium out of the heat exchanger in unintended places. A particular problem area is the The pipes exit the volume range, i.e. the one specified above first container area in which the chemically aggressive medium is located.
Bei bekannten Wärmetauschern zu diesem Zweck bestehen beispielsweise sowohl die Leitungen als auch der entsprechende Rohrboden, durch die die Leitung herausgeführt wird, aus Tantal. Dies ist natürlich insbesondere kosten mäßig sehr aufwendig.Known heat exchangers for this purpose exist, for example both the lines and the corresponding tube sheet through which the Line is led out of tantalum. Of course, this is particularly costly moderately very complex.
Alternativ werden emaillierte Stahlrohre verwendet, die durch einen Rohrboden geführt werden, wobei die Durchführungen mit entsprechenden Dichtungen, bei spielsweise Dichtungsringen, abgesichert werden. Dies ist einerseits aufwendig und andererseits auch ein nur unvollständiger Schutz, denn diese Dichtungen sind ihrerseits anfällig und müssen aus einem anderen Material als Stahl gefer tigt werden, meist aus Kunststoff.Alternatively, enamelled steel tubes are used, which are through a tube sheet are performed, the bushings with appropriate seals, at for example sealing rings are secured. On the one hand, this is complex and on the other hand also an incomplete protection, because these seals are in turn vulnerable and must be made from a material other than steel be made, usually made of plastic.
In der nachveröffentlichten DE 196 10 501 A1 wird entsprechend vorgeschlagen, durch einen emaillierten Rohrboden mit zylindrischen oder konischen Bohrungen Rohre aus emailliertem Stahl zu führen und diese vorzugsweise mittels Rundringen abzudichten. Wie ausgeführt, würde ein solcher Rundring den Be anspruchungen nicht standhalten. Würde man bei einer Konzeption nach der DE 196 10 501 A1 die Rundringe fortlassen, wäre bei den dort vorgeschlagenen Maßnahmen eine Abdichtung nicht gewährleistet.The post-published DE 196 10 501 A1 proposes accordingly through an enamelled tube sheet with cylindrical or conical holes To lead pipes made of enamelled steel and preferably by means of To seal round rings. As stated, such a ring would be the Be do not withstand demands. Would you be in a conception after the DE 196 10 501 A1 would omit the round rings, would be the ones proposed there Measures a seal is not guaranteed.
Es wäre höchst gefährlich, wenn die chemisch aggressiven Medien durch diese Durchführungen in irgendeiner Form hindurchdiffundieren könnten, da sie dann in das andere kühlende oder erhitzende Medium hineingelangen könnten, somit auf die ungeschützten Innenseiten der Leitungen gelangen würden und dort erhebliche Schäden anrichten könnten. Außerdem kann auch schon innerhalb des Bereiches der Durchführungen oder in den danach anschließenden Berei chen der Kammer Korrosion eintreten. Dies führt jeweils zu deutlich verkürzten Standzeiten des Wärmetauschers.It would be extremely dangerous if the chemically aggressive media came through this Bushings could diffuse through in any form, since then could get into the other cooling or heating medium would get to the unprotected inside of the lines and there could cause significant damage. Besides, it can already be inside the area of the bushings or in the subsequent area corrosion of the chamber. This leads to significantly shortened periods Service life of the heat exchanger.
Es ist nicht möglich, wie in anderen Gebieten der Technik vielleicht naheliegend, die Stahlrohre in dem Durchführungsbereich mit dem Rohrboden zu ver schweißen. Diese Schweißnähte wären nämlich ihrerseits dem aggressiven Medium ausgesetzt und könnten in diesem Bereich nicht erneut emailliert oder anderweitig geschützt werden, da hierfür die geometrische Zugänglichkeit fehlt.It is not possible, as may be obvious in other areas of technology, ver the steel pipes in the lead-through area with the tube sheet welding. These weld seams would in turn be aggressive Exposed to medium and could not be re-enamelled or otherwise protected because there is no geometric accessibility.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Wärmetauscher mit einer verbesserten Konzeption vorzuschlagen. Eine weitere besteht darin, ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen.In contrast, an object of the invention is to provide a heat exchanger propose an improved concept. Another is a Propose processes for its manufacture.
Diese erstgenannte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher dadurch gelöst, daß die emaillierten Außenflächen der Leitungen in die Öffnungen im Rohrboden leckfrei sowie gasdicht durch einen durch kryogene Schrumpfung erzeugten Preßsitz, der den Heliumlecktest besteht, eingefügt sind.This first-mentioned task is in a generic heat exchanger solved in that the enamelled outer surfaces of the lines in the Openings in the tube sheet are leak-free and gas-tight thanks to a cryogenic Shrinkage generated press fit that passed the helium leak test inserted are.
Bei einem Verfahren zu seiner Herstellung werden
In a process for its manufacture
- - Leitungen hergestellt, indem kurze, gerade Abschnitte vorbereitet und emailliert werden, diese kurzen, geraden Abschnitte werden über ein oder mehrere Verbindungsabschnitte verbunden und verschweißt und die Verbindungsstellen lokal nachemailliert,- Lines made by preparing short and straight sections be enamelled, these short, straight sections are over one or several connecting sections connected and welded and the Locally re-enamelled joints,
- - die Leitungen oder zumindest ihre kurzen geraden Abschnitte kryogen unterkühlt und mit ihren kurzen, geraden Abschnitten in die Öffnungen des Rohrbodens eingesetzt,- The lines or at least their short straight sections cryogenic hypothermic and with their short, straight sections into the openings of the tube sheet,
- - anschließend durch Erwärmung eine Ausdehnung und dadurch ein Preß sitz der kurzen geraden Abschnitte in den Öffnungen entstehen, der den Heliumlecktest besteht.- Then an expansion by heating and thereby a press The short straight sections in the openings that fit the Helium leak test passes.
Mit einer derartigen Konstruktion oder solchen Verfahren wird das Problem überraschend gelöst: Eine Durchführung, bei der die emaillierten Beschich tungen direkt aufeinandersitzen, lecksicher sind und im Preßsitz aufeinander gefügt sind und die außerdem dichtungsfreie Öffnung erfüllt alle Forderungen. Es gibt keine Bestandteile mehr, die dem korrosiven Medium ausgesetzt sind und dieses kann auch nicht hindurchdringen. With such a construction or method, the problem becomes Surprisingly solved: an implementation in which the enamelled coating are sitting directly on top of each other, are leak-proof and press-fit onto one another and the seal-free opening also meets all requirements. There are no longer any components that are exposed to the corrosive medium and this cannot penetrate either.
Eine solche Konzeption wäre bisher von allen Fachleuten für unmöglich gehalten worden; sie haben es auch nie in Betracht gezogen. Dies liegt insbesondere an den komplizierten Formen der Leitungsführungen in diesen Wärmetauschern, die gebogen sind und nicht separat emailliert werden können und auch praktisch aufgrund der geometrischen Gegebenheiten keine Möglichkeit geben, im Preßsitz überhaupt eingefügt zu werden. Außerdem besteht für die Fachwelt das Problem, daß Email mechanisch nicht mit so großer Fertigungsgenauigkeit bearbeitet werden kann, daß eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung ent steht.Such a concept would previously have been considered impossible by all experts been; they never considered it either. This is particularly the case the complicated forms of the routing in these heat exchangers, which are curved and cannot be enamelled separately and also practical due to the geometrical conditions, no possibility in Press fit to be inserted at all. This also exists for the professional world Problem that enamel is not mechanically so precise can be edited that a liquid and gas tight connection ent stands.
Im Gegensatz zum Vorurteil der Fachwelt ist dies jedoch erfindungsgemäß möglich.Contrary to the prejudice of the professional world, however, this is according to the invention possible.
Dazu wird eine Erzeugung des Preßsitzes durch kryogene Schrumpfung eingesetzt. Dies hat den besonderen Vorzug, daß eine präzise Fügung der Teile möglich ist, die den standardisierten Heliumlecktest besteht.For this purpose, the press fit is generated by cryogenic shrinkage used. This has the particular advantage that a precise joining of the parts is possible that passes the standardized helium leak test.
Besonders bevorzugt ist es, wenn außerdem auch der Rohrboden aus emailliertem Metall besteht, dies gilt insbesondere für die Innenflächen der Öff nungen, durch die die Leitungen hindurchführen.It is particularly preferred if the tube sheet is also made of enamelled metal, this applies in particular to the inner surfaces of the public through which the cables pass.
Weiter ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Emailleschicht von nur 500 bis 600 µm Dicke verwendet wird, die lediglich im Bereich der Durchführung, also im Bereich des Preßsitzes, etwas dicker ausgebildet ist. Durch eine sehr dünne Emailleschicht kann der Wärmedurchgangskoeffizient k (W/m2K) an den Lei tungsrohren reduziert werden, was die Funktionstüchtigkeit eines Wärme tauschers naturgemäß sehr fördert.Furthermore, it is particularly advantageous if an enamel layer of only 500 to 600 μm thick is used, which is only somewhat thicker in the area of the feedthrough, that is to say in the area of the press fit. The heat transfer coefficient k (W / m 2 K) at the line pipes can be reduced by a very thin enamel layer, which naturally promotes the functionality of a heat exchanger very much.
Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn die Leitungen jeweils aus einem Rohr abschnitt bestehen, der den Bereich innerhalb und benachbart zur Durchführung durch die Öffnung bildet sowie auch durch weitere, davon separat gefertigte Rohrabschnitte. Dadurch kann es ermöglicht werden, den einen relativ kurzen Rohrabschnitt für die eigentliche Durchführung hochpräzise und mit äußerster Präzision auch hinsichtlich zu vermeidender Winkelabweichungen zu fertigen, was für einen genauen Preßsitz von großem Vorteil ist.Furthermore, it is particularly preferred if the lines each consist of a tube Section consist of the area inside and adjacent to the implementation through the opening forms as well as through other, separately manufactured Pipe sections. This can make it a relatively short one Pipe section for the actual implementation with high precision and with extreme To manufacture precision also with regard to angular deviations to be avoided, which is of great advantage for an exact press fit.
Dabei ist insbesondere auch zu berücksichtigen, daß Leitungen in Wärmetau schern des hier bevorzugten interessierenden Typs zwei gerade, parallele Ab schnitte aufweisen, die durch zwei Öffnungen in einem gemeinsamen Rohr boden hindurchführen sollen und die im Behälterinneren in dem Bereich genau entgegengesetzt zum Rohrboden mit den Öffnungen mittels eines um 180° ge bogenen Abschnittes verbunden sind. Es ist für die Durchführung durch den Rohrboden daher erforderlich, dieses Gesamtelement der Leitung genau parallel so durch den Boden hindurchzuführen, daß beide Leitungsaußenseiten in den Öffnungen im Preßsitz bei der kryogenen Schrumpfung genauestens parallel verlaufen, da schon kleine Verkantungen zu Problemen führen könnten.It is particularly important to take into account that lines are in heat of the type of interest preferred here, two straight, parallel Ab have cuts through two openings in a common tube should pass through and the inside of the container in the area exactly opposite to the tube sheet with the openings by means of a 180 ° ge arcuate section are connected. It is for the implementation by the Pipe base therefore necessary, this entire element of the line exactly parallel to pass through the floor so that both outside of the cable in the Press-fit openings in cryogenic shrinkage are exactly parallel run, since even small canting could lead to problems.
An die kurzen geraden Abschnitte kann dann erfindungsgemäß der restliche längere Teil der Leitung angeschweißt und die Verbindungsbereiche jeweils lokal erneut emailliert werden. Diese längeren Teile sind weniger kritisch und müssen nur mit normaler Genauigkeit gefertigt werden.According to the invention, the remaining straight sections can then be attached to the short straight sections longer part of the pipe welded on and the connection areas locally be enamelled again. These longer parts are less critical and must can only be manufactured with normal accuracy.
Auch wird es möglich, die Fertigung der Wärmetauscher zu standardisieren. Für jeden Wärmetauscher werden nämlich Leitungen verschiedener Länge einge setzt, die geometrisch jeweils einander nicht störend übereinander verlaufen; die gebogenen Verbindungsabschnitte haben dabei verschiedene Längen, die längeren, geraden Abschnitte können in Endlosverfahren, wie beispielsweise in der DE 195 03 999 A1 beschrieben, angefertigt und in den benötigten Längen abgeschnitten und zusammengesetzt werden.It will also be possible to standardize the manufacture of the heat exchangers. For namely, each heat exchanger lines of different lengths are turned on sets that do not interfere with each other geometrically; the curved connecting sections have different lengths that longer, straight sections can be endless, such as in described in DE 195 03 999 A1, made and in the required lengths be cut off and put together.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:In the following, an embodiment of the invention is based on the drawing described in detail. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher senkrecht zu einer Wan dung, durch die die Leitungen hindurchführen; Figure 1 shows a section through a heat exchanger perpendicular to a Wan extension through which the lines pass.
Fig. 2 eine Ansicht, teilweise weggebrochen, von der Kammer auf den Rohrboden und Fig. 2 is a view, partially broken away, from the chamber on the tube sheet and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Leitung. Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a line.
Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Wärmetauscher weist einen zylinder förmigen Behälter 5 mit einer äußeren Wandung 7 und einem inneren ersten Behälterbereich 10 auf. In dem Behälterbereich 10 befindet sich ein aggressives Medium, das dort reagiert oder gelagert wird und definiert gekühlt oder gege benenfalls auch erhitzt werden soll. Das Medium kann ein Gas oder eine Flüs sigkeit sein; die eigentliche Reaktion kann auch außerhalb des Behälters statt finden, so daß das Medium nur zum Zwecke des Wärmetausches in den Behäl ter 5 geführt wird. Das aggressive Medium wird durch einen Stutzen 8 in den Behälterbereich 10 hinein - und durch einen zweiten Stutzen 9 wieder herausge führt.A heat exchanger shown schematically in FIG. 1 has a cylindrical container 5 with an outer wall 7 and an inner first container region 10 . In the container area 10 there is an aggressive medium which is reacted or stored there and is to be cooled or, if appropriate, also heated. The medium can be a gas or a liquid; the actual reaction can also take place outside the container, so that the medium is only carried out for the purpose of heat exchange in the container ter 5 . The aggressive medium is through a nozzle 8 into the container area 10 - and leads out again through a second nozzle 9 .
Neben den Stutzen 8 und 9 ist insbesondere auf einem Rohrboden 14 hinzu weisen. Dieser schließt eine Seitenfläche des langgestreckten zylindrischen ersten Behälterbereichs 10 ab und ist mit den übrigen Behälterwandungen lösbar verbunden. Diese Verbindung ist allerdings hochdicht und geschlossen.In addition to the sockets 8 and 9 , in particular on a tube sheet 14 . This closes a side surface of the elongated cylindrical first container region 10 and is detachably connected to the other container walls. However, this connection is highly sealed and closed.
Durch den Boden 14 verläuft eine Vielzahl von Öffnungen 15. Der Boden 14 besteht aus einem emaillierten Metall, unter Umständen auch aus einem relativ korrosionsfesten Material wie Hastelloy. A multiplicity of openings 15 runs through the base 14 . The bottom 14 consists of an enamelled metal, possibly also from a relatively corrosion-resistant material such as Hastelloy.
Im Inneren des Behälterbereichs 10 befindet sich eine Vielzahl von rohrförmigen Leitungen 20. Diese Leitungen 20 erstrecken sich durch den Rohrboden 14 bzw. die darin befindlichen Öffnungen 15 und führen zu einer Kammer 25 bzw. 26. Diese Verbindung bildet den zweiten Behälterbereich für ein zweites Medium, das im Regelfall nicht aggressiv ist und häufig Wasser ist oder zu einem hohen Prozentsatz aus Wasser besteht. Dieses zweite Medium dient der Abfuhr oder Zufuhr von Wärme. Zwischen den beiden Behälterbereichen besteht also möglichst intensiver Wärmeaustausch, aber kein physischer Kontakt oder gar Austausch.A multiplicity of tubular lines 20 are located in the interior of the container region 10 . These lines 20 extend through the tube sheet 14 or the openings 15 therein and lead to a chamber 25 or 26 . This connection forms the second container area for a second medium, which is usually not aggressive and is often water or consists to a large extent of water. This second medium is used to remove or supply heat. The heat exchange between the two container areas is as intensive as possible, but there is no physical contact or even exchange.
Das zweite Medium wird über eine Zufuhr 27 der Kammer 25 zugeführt. Von der Kammer 25 aus strömt es in die Leitungen 20 und durch die Öffnungen 15 im Rohrboden 14. Durch die Leitungen 20 gelangt es über den langen geraden Abschnitt (in der Fig. 1 aufwärts dargestellt) oben in den Bogen und wiederum in einem weiteren langen geraden Abschnitt nach unten, erneut durch Öffnungen 15 im Rohrboden 14 zurück in die zweite Kammer 26. Aus der Kammer 26 strömt das zweite Medium dann über einen Auslauf 28 hinaus.The second medium is fed to the chamber 25 via a feed 27 . It flows from the chamber 25 into the lines 20 and through the openings 15 in the tube sheet 14 . Through the lines 20 , it passes through the long straight section (shown upwards in FIG. 1) into the bend at the top and again down into a further long straight section, again through openings 15 in the tube sheet 14 back into the second chamber 26 . The second medium then flows out of the chamber 26 via an outlet 28 .
Die Kammern 25 und 26 sind dabei durch eine Trennwand 29 getrennt; insge samt stellen diese beiden Bereiche gemeinsam ein 2-Kammersystem dar. Der Inhalt der beiden Bereiche 25 bzw. 26 der Kammern unterscheidet sich durch die ihm innewohnende Temperatur. Da es sich um einen Wärmetauscher insgesamt handelt, wird ja von dem zweiten Medium während des Durchströmens durch die Leitung 20 Temperatur vom ersten Medium im Behälter 5 aufgenommen (bzw. abgegeben), so daß es in der Kammer 26 mit einer höheren (bzw. tieferen) Temperatur ankommt, als es sie in dem Ausgangsbereich der Kammer 25 noch besessen hatte.The chambers 25 and 26 are separated by a partition 29 ; together, these two areas together form a two-chamber system. The content of the two areas 25 and 26 of the chambers differs by the temperature inherent in them. Since it is a heat exchanger as a whole, the second medium absorbs (or releases) temperature from the first medium in the container 5 as it flows through the line 20 , so that it is at a higher (or lower) in the chamber 26 ) Temperature arrives when she still had it in the exit area of chamber 25 .
Das zweite Medium kann üblicherweise ständig wieder verwendet werden, nachdem es abgekühlt bzw. erneut auf entsprechende gewünschte Tempera turen gebracht ist. Da es sich im Regelfall um gewöhnliches Wasser oder eine jedenfalls stark wasserhaltige Substanz handelt, ist die Beschäftigung mit die sem Medium verhältnismäßig unkritisch. The second medium can usually be used again and again, after it has cooled or again to the desired temperature doors is brought. Since it is usually ordinary water or a in any case deals with a substance that contains a lot of water, is dealing with the This medium is relatively uncritical.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht gesehen von der Kammer 25, 26 aus in Richtung auf die Behälterwandung 14. Gut im Schnitt zu erkennen sind daher die Zufuhr 27 zur Kammer 25 und der Ablauf 28 aus der Kammer 26 sowie geschnitten die Trennwand 29 zwischen den beiden Bereichen der Kammer. In dem in Fig. 2 rechts befindlichen, teilweise weggebrochenen Abschnitt sind die Öffnungen 15 gut zu erkennen, durch die die Leitungen 20 hindurchführen. Von den Leitungen 20 ist im Grunde nur der Innenbereich der Krümmung am oberen Ende aus Fig. 1 zu erkennen. Fig. 2 shows a view seen from the chamber 25, 26 in the direction to the container wall fourteenth The supply 27 to the chamber 25 and the outlet 28 from the chamber 26 and the partition 29 between the two areas of the chamber are therefore clearly visible in section. In the section partially broken away on the right in FIG. 2, the openings 15 through which the lines 20 lead can be clearly seen. Of the lines 20 , basically only the inner region of the curvature at the upper end from FIG. 1 can be seen.
Dargestellt sind auch die Stutzen 8 und 9, die den ersten Behälterbereich 10 mit dem ersten Medium versorgen bzw. dieses daraus abführen.Also shown are the nozzles 8 and 9 which supply the first container region 10 with the first medium or discharge it therefrom.
Die Leitungen 20 sind - wie die Fig. 1 und 2 in Zusammenschau ergeben - jeweils bogenförmig übereinander angeordnet, damit der erste Behälterbereich 10 von einer möglichst großen Zahl derartiger Leitungen 20 durchzogen werden kann und die Funktion des Wärmetauschers besonders effektiv und mit vielen Wandkontaktbereichen vollzogen werden kann und somit bei minimalem Masseneinsatz eine große Wärmeaustauschfläche erreicht wird, was einen hohen Wirkungsgrad zur Folge hat.The lines 20 are - as shown in FIGS. 1 and 2 in summary - each arranged in an arc above one another, so that the first container area 10 can be traversed by the largest possible number of such lines 20 and the function of the heat exchanger can be performed particularly effectively and with many wall contact areas can and thus a large heat exchange surface is achieved with minimal mass use, which results in high efficiency.
In Fig. 3 ist eine der Leitungen 20 im einzelnen dargestellt. Zu erkennen ist zu nächst unten wiederum der Rohrboden 14, durch den die Leitung 20 insgesamt an zwei Punkten hindurchtritt, nämlich durch die Öffnungen 15.In Fig. 3 one of the lines 20 is shown in detail. The tube plate 14 through which the line 20 passes at a total of two points, namely through the openings 15, can again be seen at the bottom.
Die Leitung selbst besteht hier in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf Abschnitten, was die Herstellung besonders zweckmäßig gestaltet. So sind zu nächst zwei kurze, gerade Abschnitte 31 und 32 vorgesehen, die genau durch die Öffnungen 15 in dem Rohrboden 14 hindurchgehen und präzise parallel zueinander stehen. An diese kurzen, geraden Abschnitte 31, 32 schließen sich jeweils ein langer, gerader Abschnitt 33 bzw. 34 an. Diese langen, geraden Abschnitte stehen im wesentlichen auch parallel zueinander, wobei diese Paral lelität weniger kritisch ist. Diese langen Abschnitte können mit einem geeigneten Verfahren, insbesondere mit einem Endlosverfahren gemäß der DE 195 03 999 A1 hergestellt und emailliert sein. Die oberen Enden der langen, geraden Abschnitte 33, 34 sind miteinander durch einen verbindenden Bogenabschnitt 35 verbunden.The line itself here consists of five sections in the exemplary embodiment shown, which makes the production particularly expedient. For example, two short, straight sections 31 and 32 are provided, which pass exactly through the openings 15 in the tube sheet 14 and are precisely parallel to one another. These short, straight sections 31 , 32 are each followed by a long, straight section 33 and 34, respectively. These long, straight sections are also essentially parallel to one another, this parallelism being less critical. These long sections can be produced and enamelled with a suitable process, in particular with an endless process according to DE 195 03 999 A1. The upper ends of the long, straight sections 33 , 34 are connected to one another by a connecting arch section 35 .
Bei der Herstellung der Leitung 20 insgesamt können zunächst die beiden lan gen, geraden Abschnitte 33, 34 hergestellt und emailliert und dann mit dem Bo genabschnitt 35 über zwei Schweißnähte 38 verbunden werden. Es entsteht dadurch schon der größte Teil der gesamten Leitung 20. Jetzt wird in einer prä zisen Ausrichtmaschine dafür gesorgt, daß an die dann freien beiden Enden der langen, geraden Abschnitte 33, 34 die beiden kurzen, geraden, ebenfalls schon emaillierten Abschnitte 31 und 32 so angeschweißt werden, daß diese zueinander exakt parallel sind und je einen exakten Abstand zueinander auf weisen. Es entstehen so wiederum zwei Schweißnähte 38.In the manufacture of the line 20 as a whole, the two long, straight sections 33 , 34 can be produced and enamelled and then connected to the Bo section 35 via two weld seams 38 . As a result, most of the entire line 20 is created . Now it is ensured in a precise alignment machine that the two short, straight, already enamelled sections 31 and 32 are welded to the then free two ends of the long, straight sections 33 , 34 so that they are exactly parallel to each other and each have an exact distance from each other. This in turn creates two weld seams 38 .
In einer anderen Alternative wird die Leitung 20 aus einem komplett emaillierten U-Rohr hergestellt. Bei Einsatz kompletter U-Rohre entfallen die Schweißnähte gänzlich.In another alternative, line 20 is made from a fully enamelled U-tube. When using complete U-tubes, the weld seams are completely eliminated.
An diesen Verbindungsstellen der jeweiligen geraden Abschnitte 31 und 33 bzw. 32 und 34 kann also ein relativ geringfügiger Knick vorliegen, da die Fertigungstoleranzen der langen Abschnitte relativ groß sein können und es nur auf die präzise Parallelität der beiden kurzen Endstücke ankommt.At these junctures of the respective straight sections 31 and 33 or 32 and 34 there can therefore be a relatively slight kink, since the manufacturing tolerances of the long sections can be relatively large and only the precise parallelism of the two short end pieces is important.
Jetzt in dieser Phase werden alle vier entstandenen Schweißnähte 38 zwischen den fünf einzelnen Abschnitten der Leitung 20 nachemailliert. Nun wird die fer tige Leitung 20 in die Öffnungen 15 des Rohrbodens 14 eingesetzt. Hierzu wird die Leitung kryogen unterkühlt und paßt so problemlos in die vorbereiteten, ihrerseits beispielsweise emaillierten Öffnungen 15 des Rohrbodens 14. Nach Erwärmung der Leitung 20 entsteht ein exakter Preßsitz, der den standartisierten Heliumlecktest besteht.Now in this phase, all four weld seams 38 between the five individual sections of the line 20 are re-enamelled. Now the fer term line 20 is inserted into the openings 15 of the tube sheet 14 . For this purpose, the line is cryogenically supercooled and thus easily fits into the prepared, for example enamelled, openings 15 of the tube sheet 14 . After heating the line 20 , an exact press fit is created, which passes the standardized helium leak test.
Bei Verwendung kompletter U-Rohre erfolgt die Bearbeitung der Enden direkt. If complete U-tubes are used, the ends are machined directly.
Zum Verständnis der Problematik sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 3 ja nur eine Leitung dargestellt ist. In der Praxis entstehen, wie in den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, hier eine enorme Vielzahl von dicht benachbarten Öffnungen in den Rohrboden 14, in die jeweils Leitungen sich gegenseitig abdeckend einge setzt werden müssen. Eine Emaillierung an genau dieser Stelle während oder nach dem Einsetzen der Leitungen 20 ist nicht möglich. To understand the problem, it should be pointed out that only one line is shown in FIG. 3. In practice arise, as can be seen in FIGS . 1 and 2, here an enormous variety of closely adjacent openings in the tube sheet 14 , in each of which lines are mutually covering must be inserted. Enamelling at exactly this point during or after the insertion of the lines 20 is not possible.
55
Behälter
container
77
Wandung von Wall of
55
88th
Stutzen
Support
99
Stutzen
Support
1010th
erster Behälterbereich
first container area
1414
Rohrboden
Tube sheet
1515
Öffnungen in Openings in
1414
2020th
Leitung
management
2525th
Kammer
chamber
2626
Kammer
chamber
2727
Zufuhr zu Feed to
2525th
2828
Auslauf aus Spout out
2626
2929
Trennwand
partition wall
3131
kurzer, gerader Abschnitt
short, straight section
3232
kurzer, gerader Abschnitt
short, straight section
3333
langer, gerader Abschnitt
long, straight section
3434
langer, gerader Abschnitt
long, straight section
3535
verbindender Bogenabschnitt
connecting arch section
3838
Schweißnähte
Welds
Claims (8)
Leitungen (20) hergestellt werden, indem kurze, gerade Abschnitte (31, 32) vorbereitet und emailliert werden, diese kurzen, geraden Abschnitte (31, 32) über ein oder mehrere Verbindungsabschnitte (33, 34, 35) verbunden und verschweißt und die Verbindungsstellen lokal nachemailliert werden,
die Leitungen (20) oder zumindest ihre kurzen geraden Abschnitte (31, 32) kryogen unterkühlt und mit ihren kurzen, geraden Abschnitten (31, 32) in die Öffnungen (15) des Rohrbodens (14) eingesetzt werden,
anschließend durch Erwärmung eine Ausdehnung und dadurch ein Preßsitz der kurzen geraden Abschnitte (31, 32) in den Öffnungen (15) entsteht, der den Heliumlecktest besteht.8. A method for producing a heat exchanger according to one of the preceding claims, in which
Lines (20) are produced by short, straight sections (31, 32) are prepared and enamelled, welded, these short, straight sections (31, 32) connected via one or more connecting portions (33, 34, 35) and and the joints be re-enamelled locally,
the lines ( 20 ) or at least their short straight sections ( 31 , 32 ) are cryogenically supercooled and inserted with their short, straight sections ( 31 , 32 ) into the openings ( 15 ) of the tube sheet ( 14 ),
then expansion by heating and thereby a press fit of the short straight sections ( 31 , 32 ) in the openings ( 15 ), which passes the helium leak test.
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