DE2123697A1

DE2123697A1 - Glass tube heat exchanger - with spring loaded seal between tube and plate

Info

Publication number: DE2123697A1
Application number: DE19712123697
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 6200 Wiesbaden Stumpf
Original assignee: QVF Glastechnik GmbH, 6200 Wiesbaden-Schierstein
Priority date: 1971-05-13
Filing date: 1971-05-13
Publication date: 1972-11-16

Abstract

Each tube is mounted cantilevered from the tube plate, sealed into its opening in this tube plate, and is held in position by a prestressing element which presses the open end of the tube towards the tube plate and abust against the rear plate. Pref. the back plate also serves for supporting a cantilevered flexible pipe projecting into the main tube. The arrangement enables a highly effective seal to be simply achieved between the tube and tube plate, while retaining easy interchangeability of tube and avoiding the use of long easily damaged coiled tubes. The tubes may alternatively be made of ceramic material etc.

Description

Die Erfindung betrifft einen Röhrenwärmeaustauscher aus Glas, Keramik oder anderem spröden Werkstoff mit einem das zu kühlende oder zu erwärmende Medium umgebenden Mantel mit die Austauecherröhre halternder Ver»chlußplatte.The invention relates to a tubular heat exchanger made of glass, Ceramic or other brittle material with a jacket surrounding the medium to be cooled or heated the sealing plate holding the exchanger tube.

Das grundsätzliche Problem der Herstellung von Röhrenwärmeaustauschern aus spröden Werkstoffen besteht in der dichten Verbindung zwischen den Verschlußplatten oder Rohrböden und den Austauscherröhren. Die vom Metallbau her üblichen Verfahren des Einschweißens oder Einwalzens kommen bei spröden Werkstoffen der eingangs genannten Art wegen der spezifischen Werkstoffeigenschaften nicht in Frage.The fundamental problem of the manufacture of tubular heat exchangers consists of brittle materials in the tight connection between the closure plates or tube sheets and the exchanger tubes. The processes of welding or rolling in, which are common in metal construction, are used in the case of brittle ones Materials of the type mentioned above are out of the question because of the specific material properties.

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Es sind zum Abdichten der A_ustauscherrohre gegen die Verschlußplatten Spezialkonstruktionen bekannt· Beispiele hierfür sind im Glasapparatebau die bis heute noch allgemein üblichen Wärmeaustauschers bei denen die Austauscherrohre in Form eines Schneiten- oder Schlangenpaketes in den Austauschermantel eingesetzt werden. In Fachkreisen besteht die Ansicht, daß man den spezifischen Eigenschaften dee Glases als typischem sprödem Werkstoff durch diese Konstruktionen am besten entgegenkommt. In nachteiliger Weise sind diese Schneckenkonstruktionen jedoch bruchanfällig, und sie bringen einen hohen Druckverlust für das Medium in den Rohren mit sich.There are to seal the A _and jam exchanger tubes against the closure plates special structures known · Examples include glass plant which to this day still commonly used heat exchanger where the exchanger in the form of a snake or Schneiten- package are inserted into the exchanger shell. Experts believe that the specific properties of glass as a typical brittle material are best met by these constructions. Disadvantageously, however, these screw constructions are prone to breakage and they entail a high pressure loss for the medium in the tubes.

Es sind des weiteren Graphit-Wärmeaustauscher bekannt. Hier wird vorwiegend nach der Blockbauweise gearbeitet, d.h.«, es werden in einem massiven Block für die beiden gegenseitig wärmeaustauschenden Medien getrennte Durchflußsysteme eingebohrt oder eingefräst· Auf diese Weise umgeht man das Problem, ein Au·tau·eh.·rrohr in tiner Verschlußplatte abzudichten.There are also known graphite heat exchangers. The block construction method is predominantly used here, i.e. «there is a massive block for the two of them Mutually heat-exchanging media, separate flow systems are drilled or milled · In this way one circumvents the problem of replacing a conduit in a tine closure plate to seal.

Will man beim Bau von Röhrenwärm*au*tau«chern spröde Werkstoffe, die in der Regel wegen ihrer besonderen Korrosionsbeständigkeit geschätzt sind, meist nicht in gleicher Weise korrosionsbeständige Klebstoffe vermeiden, so muß man auf andere Konetruktionsprinzipien zurückgreif©n« Diese beruhen auf der Verspannung von zwei Platten gegeneinander. — - 3 -If you want to use brittle materials when building tube heat, which are generally valued for their special corrosion resistance, mostly not in the same way If you avoid corrosion-resistant adhesives, you have to fall back on other construction principles. These are based on the bracing of two plates against each other. - - 3 -

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Se 1st eine Dichtung für Bohre in aus zwei parallelen, ebenen Platten bestehenden Doppelböden bekannt* Durch deren fluchtende Bohrungen sind Enden der elnzudichtenden Rohre hindurchgeführt» Der Raum zwischen den Platten wird mit einem fließbaren Silikongununikörper gefüllt» Diese? wird unter Druck gesetzt und bringt zwischen den Rohren und den Platten angeordnete Dichtglieder zum Anliegen an die Plattenoberfläche und an die Rohraußenwandungen. Der für die Dichtung erforderliche Druck ™ wird durch eine Anzahl von Schrauben und Federn, die außerhalb der Dichtanordnung angebracht sind, gewährleistet. Speziell ausgebildete Stulpen und Dichtscheiben sorgen für die Abdichtwirkung· Diese bekannte Vorrichtung hat in nachteiliger Weise eine schwerfällige Konstruktion und aufwendige Bauweise« Außerdem bestehen erhebliche Schwierigkeiten, zu Schaden gekommene Austauspherrohre auszuwechseln»Se is a seal for drilling in from two parallel, flat panels known to existing raised floors Pipes passed through »The space between the plates is filled with a flowable silicone gun body» These? is pressurized and engages sealing members located between the tubes and the plates on the plate surface and on the outer walls of the pipe. The pressure ™ required for the seal is ensured by a number of screws and springs that are attached outside the sealing arrangement. Specially designed cuffs and sealing washers ensure the sealing effect · This known device disadvantageously has a cumbersome construction and complex construction «In addition, exist considerable difficulties in replacing damaged exchanger tubes »

Ferner ist ein Wärmeaustauscher mit an Rohr boden gehalt terten Rohren aus Glas, Keramik oder dergleichen, vorgeschlagen worden, bei dem die Rohr dichtungen als Stopfbüchsendichtungen ausgebildet sind. Hierbei sitzt eine Metallbüchse mit Spiel auf dem Austauscherrohr, ferner sitzt ein Starrer Preßring gleichfalls mit Spiel auf dem Austauscherrohr, und schließlich 1st ein in der Büchse befindlicher, elastischer Ring aus Silikongummi oder dergleichen vorgesehene Diese vorgeschlagene Dichtung wird durchFurthermore, a heat exchanger is held at the bottom of the tube Terten pipes made of glass, ceramic or the like, have been proposed in which the pipe seals as a stuffing box seals are trained. Here, a metal sleeve sits with play on the exchanger tube, furthermore there is also a rigid press ring with play on the exchanger tube, and finally there is one in the liner, elastic ring made of silicone rubber or the like provided This proposed seal is by

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den Spannzvg der Rohrböden zusammengehalten« Auch hier bestehen noch Schwierigkeiten) ohne große Umbauten die beschädigten Austauscherrohre auszuwechseln·the clamping of the tube sheets held together «Here too there are still difficulties) to replace the damaged exchanger tubes without major modifications

Es besteht daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen Röhrenwärmeaustauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zwischen der Verschlußplatte und dem Austauscherrohr! die beide aus sprödem Werkstoff, z.B. Glas, bestehen, eine einwandfreie Dichtung bei gleichzeitiger Halterung gewährleistet ist und andererseits bei Beschädigung oder Zerstörung eines der in dem Wärmeaustauscher befindlichen Austauscherrohre dieses mit wenigen Handgriffen ausgewechselt werden kann.It is therefore the object of the invention to design a tubular heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that that between the closure plate and the exchanger tube! both made of brittle material, e.g. glass, exist, a perfect seal with simultaneous retention is guaranteed and on the other hand in the event of damage or destruction of one of the exchanger tubes located in the heat exchanger in just a few simple steps can be exchanged.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das aus Glas oder dergleichen bestehende Austauscherrohr mit seinem offenen Ende unter Bildung einer Dichtung zwischen Austauscherrohr und Verschlußplatte in einer Öffnung in der Verschlußplatte fliegend eingesetzt ist und daß sich für diese Dichtung ein Vorspannelement einerseits auf dem offenen Ende des Austauscherrohreβ und andererseits auf einem Zwischenboden abstützt. Der Zwischenboden kann in einfacher Weise aus einem elastischen Werkstoff, z.B. Metall, hergestellt sein. Das Vorspannelement sorgt dann in vorteilhafter Weise für eine konstante Dichtkraft, so daß ohne Überlastung der Verschlußplatte während des gesamten Betriebes eine einwandfreie Dichtung zwischenAccording to the invention, this object is achieved in that the exchanger tube made of glass or the like with its open end forming a seal between the exchanger tube and the closure plate in one Opening in the closure plate is inserted overhung and that there is a biasing element on the one hand for this seal on the open end of the exchanger tube and on the other hand supported on an intermediate floor. The intermediate floor can easily be made of an elastic material, e.g. metal. The prestressing element then advantageously ensures a constant sealing force, so that without overloading the closure plate during the entire operation a perfect seal between

den Austauscherrohren und der Verschlußplatte gewährleistet ist.the exchanger tubes and the closure plate is guaranteed.

Ss ist erfindungsgemäß besonders zweckmäßig, wenn das Austauscherrohr an dem dem offenen Ende gegenüberliegenden Ende geschlossen ist und konzentrisch im Inneren des_Austauscherrohres ein frei durch dessen offenes Ende hinausragendes, aus elastischem Material bestehendes Innenrohr vorgesehen ist, das an seinem außerhalb des Austauscherrohres befindlichen offenen Ende im Zwischenboden befestigt ist· Die oben genannten nachteiligen Doppelböden werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch vermieden, daß selbst einseitig geschlossene Rohre dichtend in einer Verschlußplatte im Mantel gehaltert werden können· Damit sich das Kühl- oder Heizmedium in den Wärmeaustauscherrohren länger aufhält - zur Erhöhung der Värmeaustauscherwirkung - werden die in der Regel aus Metall bestehenden Innenrohre konzentrisch eingeführt, wie oben beschrieben. In aller Regel wird das kühlende oder erwärmende Medium nicht annähernd die Korrosivität besitzen wie das andere Austauschermedium. Aus diesem Grunde können auf der Kühl- bzw· Heizseite nicht allzu teure Metalle verwendet werden. Die Befestigung derselben durch Schweißen und andere bekannte Verfahren an dem Metallzwischeiiboden bietet sich dann in vorteilhafter Weise an.According to the invention, Ss is particularly useful if the Exchanger tube is closed at the end opposite the open end and concentric inside des_Austauscherrohres a free one through its open end protruding, made of elastic material Inner tube is provided, the open end located outside of the exchanger tube in the intermediate floor is attached · The above-mentioned disadvantageous raised floors are by the device according to the invention thereby avoided that even tubes closed on one side are sealingly held in a closure plate in the jacket · So that the cooling or heating medium stays longer in the heat exchanger tubes - to increase the heat exchanger effect - the in the Inner tubes usually made of metal are introduced concentrically, as described above. Usually it will The cooling or heating medium is not nearly as corrosive as the other exchange medium. the end for this reason cannot be used on the cooling or heating side too expensive metals are used. The attachment of the same by welding and other known methods on the metal intermediate floor then offers itself in an advantageous manner.

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Bei vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist das Austauscherrohr im Bereich seines offenen Endes einen Außenkonus auf, der in einen Gegenkonus in der Verschlußplatte paßt. Die geometrische Form eines Konus - wie bei den bekannten Schließdichtungen - hat sich als sehr günstig erwiesen. Die hierbei erforderliche Diohtkraft ist nicht groß, so daß das Vorspannelement, das gemäß der Erfindung vorzugsweise eine Feder ist, keine allzu große Belastung ^ auf die ebenfalls aus sprödem Werkstoff bestehende Verschlußplatte ausübt.In an advantageous development of the invention, the Exchanger tube has an outer cone in the area of its open end, which is inserted into a mating cone in the closure plate fits. The geometric shape of a cone - as with the known closing seals - has proven to be very favorable proven. The required Diohtkraft here is not large, so that the biasing element, which according to the invention is preferably a spring, does not have too great a load ^ on the closure plate, which is also made of brittle material exercises.

Weiterhin ist es gemäß der Erfindung besonders zweckmäßig, wenn das Innenrohr an einer Lochschraube befestigt ist, die in dem Zwischenboden eingeschraubt ist. Der ohnehin durch die Vorspannfeder erreichte Ausgleich der Fertigungstoleranzen, beispielsweise bei G-laskonusdichtungen, wird durch die Höhenverstellbarkeit, durch Drehung der Lochschraube noch weiter verbessert.Furthermore, it is particularly useful according to the invention if the inner tube is attached to a perforated screw which is screwed into the intermediate floor. The compensation of the manufacturing tolerances already achieved by the preload spring, For example, in the case of glass cone seals, it is adjustable in height by turning the perforated screw improved even further.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung auch, wenn auf dem Rand des offenen Endes des Austauscherrohres ein elastischer Ring angeordnet ist, auf dem sich die Feder abstützt. Es können dann selbst bei dünnwandigen Austauscherrohren durch das Vorspannelement auftretende Druckkräfte gleichmäßig auf den Endrand verteilt werden, s© daß Schäden weitgehend vermieden werdes» Ber Ausbau der Austauscherrolir® wird dursh die e'&ea genanntenAccording to the invention, it is also particularly advantageous if on the edge of the open end of the exchanger tube an elastic ring is arranged on which the spring is supported. It can then even with thin-walled Exchanger tubes through the prestressing element occurring pressure forces evenly distributed on the end edge so that damage is largely avoided Expansion of the Austauscherrolir® is mentioned by the e '& ea

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Maßnahmen in keiner Weise beeinträchtigt. Wenige Handgriffe, nämlich das Herausschrauben der Lochschraube, das Herausnehmen der Feder und des elastischen Ringes genügen, um das ggf. bes-chädigte Austauscberrohr von außen zugänglich zu machen·Measures not affected in any way. Just a few steps, namely, unscrewing the perforated screw, removing the spring and the elastic ring are sufficient, around the possibly damaged exchange tube from the outside to make accessible

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmögliohkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus de^Folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen· Ss zeigentFurther advantages, features and possible uses of the present invention emerge from the following Description in connection with the drawings · Ss shows

Fig. 1 den Axialschnitt durch einen Röhrenwärmeaustauscher gemäß der Erfindung undFig. 1 shows the axial section through a tubular heat exchanger according to the invention and

Fig. 2 ebenfalls einen Axialschnitt durch ein Austauscherrohr mit Innenrohr, in dem abgebrochen dargestellten Zwischenboden bzw. in der Verschlußplatte.2 also shows an axial section through an exchanger tube with an inner tube, in the one shown broken off Intermediate floor or in the closure plate.

Die Verschlußplatte 1 besteht ebenso wie das Austausche! rohr 2 und der Mantel 6 aus sprödem Werkstoff, z.B. Glas. Das Vorspannelement ist als Feder 3 dargestellt. Es stützt sich oben gegen die in dem Metallzwischenboden 5 angeordnete Lochschraube k_t an welcher das Innenrohr 7 angeschweißt ist. Nach unten hin stützt sich die Feder 3 gegen einen elastischen Ring 8 ab, der beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen sein kann und der auf dem oberen Rand des offenen Endes 9 des Austauseherrohres 2 angeordnet ist.The closure plate 1 exists as well as the exchange! tube 2 and the jacket 6 made of brittle material, such as glass. The pretensioning element is shown as a spring 3. It is supported at the top against the perforated screw k _t which is arranged in the metal intermediate floor 5 and to which the inner tube 7 is welded. Towards the bottom, the spring 3 is supported against an elastic ring 8, which can be made of polytetrafluoroethylene, for example, and which is arranged on the upper edge of the open end 9 of the exchanger tube 2.

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Man erkennt gemäß Pig. 1 den Fluß des Kühlmittels. Seine Flußriohtung ist durch die Pfeile 10 bis 15 angedeutet.According to Pig. 1 the flow of coolant. His The direction of flow is indicated by arrows 10 to 15.

Die Verschluß- oder Rohrbodenplatte 1 wird in der Regel« wie auch im Ausftihrungsbeispiel dargestellt ist, aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die Austauscherrohre und daher, gemessen an Festigkeitswerten des Metallapparatebaus, mechanisch schwach sein. Man erkennt, daß die geringen Anpreßkräfte durch die Federn 3 iⁿ vorteilhafter Weise eine Durchbiegung der durch die vielen Öffnungen 16 geschwächte Yerschlußplatte 1 vermeidet. Die obere Abstützung der Federn 3 durch die Lochschrauben k und deren Befestigung an dem Zwischenboden 5 bereiten herstellungstechnlsch keine Schwierigkeiten. Der Ausbau eines ggf. beschädigten Austauecherrdhres2 geschieht durch Entfernen der oberen Abdeckplatte 17» Ausschrauben der Lochschraube k_t an der das Innenrohr befestigt ist!, 'Entfernen der Federn 3 und Ringe 8 und Herausnehmen des Austauscherrohres 2.The closure plate or tube base plate 1 will generally consist of the same material as the exchanger tubes, as is also shown in the exemplary embodiment, and will therefore be mechanically weak when measured against the strength values of the metal apparatus construction. It can be seen that the low contact forces i ⁿ advantageously avoids deflection of the weakened by the many holes 16 Yerschlußplatte 1 by the springs. 3 The upper support of the springs 3 by the perforated screws k and their attachment to the intermediate floor 5 pose no manufacturing difficulties. A possibly damaged exchange tube 2 is removed by removing the upper cover plate 17 »unscrewing the perforated screw k _t to which the inner tube is attached !,“ removing the springs 3 and rings 8 and removing the exchanger tube 2.

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Claims

PatentansprücheClaims

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I 1 · J Tubular heat exchanger made of glass, ceramic or other brittle materials with a jacket surrounding the medium to be cooled or heated with a closure plate holding the exchanger tubes, characterized in that the exchanger tube (2) made of glass or the like with its open end ( 9) with the formation of a seal between the exchanger tube (2) and the closure plate (1) in an opening (16) in the closure plate (1) and that a preload for this seal

. sich ''. themselves ''

element (3)/einerseits auf dem offenen Ende (9/ des Auetau sehe rr ohr es (2) und andererseits auf einem Zwischenboden (5) abstützt.element (3) / on the one hand on the open end (9 / of the Auetau see rr ohr es (2) and on the other hand on an intermediate floor (5).

2. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauscherrohr (2) an dem dem offenen Ende (9) gegenüberliegenden Ende geschlossen ist und konzentrisch im Inneren des Austauscherrohres (2) ein frei durch dessen offenes Ende (9) hinausragendes, aus elastischem Material bestehendes Innenrohr (7) vorgesehen ist, das an seinem außerhalb des Austauscherrohres (2) befindlichen offenen Ende im Zwischenboden (5) befestigt ist.2. Tubular heat exchanger according to claim 1, characterized in that the exchanger tube (2) on which the open End (9) opposite end is closed and concentrically inside the exchanger tube (2) a free through its open end (9) protruding, made of elastic material inner tube (7) is provided, which on his located outside of the exchanger tube (2) open end is attached in the intermediate floor (5).

3· Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauscherrohr (2) im Bereich3 · tubular heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the exchanger tube (2) in the area

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its open end (9) has an outer cone which fits into a mating cone in the closure plate (1).

H. Tubular heat exchanger according to claims 1 to 3 »characterized in that the prestressing element (3) is a spring *

5 · tubular heat exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that the inner tube (7) on one Lochsohraube (4) is fixed in the false floor (5) is screwed in

6. tubular heat exchanger according to claims 1 to 5 »characterized in that on the edge of the open end (9) of the exchanger tube (2) an elastic ring (8) is arranged on which the spring (3) is supported.

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