DE2211773A1 - Behälter mit doppelter Wand - Google Patents

Behälter mit doppelter Wand

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Description

Patents.«',
DIpI.-ϋητ'= ".?."'" " "t Γί
DIpI-Dr.-
J- ·-: Jr.
β München SS1 U.incdoifstr. 10
310-18.457P(18.458H) 10. 3. 1972
CREUSOT-LOIRE. Paris (Frankreich)
Behälter mit doppelter Wand
Die Erfindung bezieht sich auf Behälter mit einer doppelten Wand, die aus zwei äquidistanten Gehäusen besteht, in deren Zwischenraum ein Fluid zirkulieren kann.
Die Erfindung ist insbesondere auf Behälter anwendbar, in denen chemische Reaktionen stattfinden, wie z. B. die Polymerisationsreaktoren. Es ist bekannt, daß die Innenwand dieser Behälter der Korrosion der darin enthaltenen Stoffe widerstehen können muß und häufig aus einem Sonderstahl hergestellt wird. Da es sehr aufwendig wäre, aus dem gleichen Stahl eine einzige Wand mit Beständigkeit gegen Korrosion und zum Aushalten des gegebenenfalls im Inneren des Behälters herrschenden Druckes herzustellen, verwendet man allgemein Wände mit mehreren Schichten, wobei wenigstens eine korrosionsbeständige
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Innenhaut und eine dicke Druckwand zum Aushalten des Druckes vorgesehen sind, an der sich die Innenhaut abstützt.
Es sind verschiedene Mittel zur Herstellung mehrschichtiger Behälter angegeben worden, bei denen sich die Innenhaut direkt an die Druckwand anlegt.
Indessen wurde festgestellt, daß es ebenfalls interessant ist, Behälter mit doppelter Wand herzustellen, bei denen die beiden Gehäuse voneinander durch einen Zwischenraum getrennt sind. Bei einigen bekannten Verfahren wird der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen von einem Fluid eingenommen, das auf einem etwa dem im Inneren des Behälters gleichen Druck gehalten wird. In dieser Weise ist die Innenhaut praktisch keiner Belastung unterworfen. Selbstverständlich muß, damit der Druck gleichmäßig über das ganze innere Gehäuse "verteilt wird, das Fluid frei im Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen zirkulieren können. Allgemein werden die beiden Gehäuse einfach unter Zwischenlage von Abstandsstücken auf Abstand gehalten, die einzig dazu bestimmt sind, den Abstand zwischen den Gehäusen einzuhalten. Dieses System bringt den Nachteil, daß die dünne Innenhaut allein gar keinen Druck aushalten kann. Folglich könnte eine auch nur momentane Unterbrechung des Gleichgewichts der Drücke beiderseits der Innenhaut dieser schädlich sein.
Bei anderen bereits bekannten Behältern kann der Druck des zwischen den beiden Gehäusen zirkulierenden Fluids nicht dem gleich sein, der im Inneren des Behälters herrscht, paa ist insbesondere der Fall, wenn man im Inneren des ,Zwischenraums ein wärmeübertragendes Fluid zirkulieren läßt, das ein
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Absorbieren der durch die Reaktion im Inneren des Behälters abgegebenen Wärme ermöglicht. Der Druck dieses Fluids hängt nämlich von der Temperatur des Fluids und seinen physikalischen Eigenschaften ab und kann daher schwierig auch noch vom im Inneren des Behälters herrschenden Druck abhängen.
In diesem Fall ist es unerläßlich, daß die zwischen der Innenhaut und der Druckwand angebrachten Abstandsstücke eine ausreichende Anlagefläche zwischen beiden sichern, damit die Innenhaut nicht durch den Druck im Inneren des Behälters deformiert wird.
Es sind bereits in der französischen Patentanmeldung PV 7Ο-23156 vom 23. 6. 197Ο zwei Ausführungsarten eines solchen Behälters mit doppelter Wand und einem System des Wärmeaustausches durch die Wand vorgeschlagen worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Art der Ausbildung einer Doppelwand anzugeben, die eine praktisch kontinuierliche Anlage der Innenhaut an der Druckwand über einen Zwischenraum hinweg ermöglicht, ohne die Zirkulation des Fluids zwischen den beiden Gehäusen bzw. Wänden zu behindern.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Behälter, dessen Wand aus zwei äquidistanten Gehäusen mit einem Zwischenraum besteht, in dessen Innerem ein Fluid zirkulieren kann, mit dem Kennzeichen, daß der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen von einem Zellengebilde gleicher Dicke wie der Breite des Zwischenraums eingenommen ist, das sich aus einer Vereinigung von hochkant
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gestellten und zwischen einander eine Mehrzahl von benachbarten Zellen bildenden Bändern zusammensetzt, wobei jede Zelle mit wenigstens zwei Nachbarzellen in Verbindung steht.
Nach einer Ausführungsart der Erfindung ist das Zellengebilde aus wenigstens zwei übereinanderliegenden Schichten gebildet, deren jede aus einer Mehrzahl gleicher, regelmäßig gewellter, hochkantgestellter und untereinander längs der Wellenkämme in Berührung stehender Bänder besteht, und die Schichten sind gegenseitig so versetzt, daß sich die Wellen kreuzen, wobei die Summe der Breiten der die übereinanderli©-» genden Schichten bildenden Bänder gleich der Breite des Zwischenraums ist.
Nach einer speziellen Ausführungsart der Erfindung besteht das zwischen den beiden Gehäusen angeordnete Zellengebilde aus einer Mehrzahl von Bändern mit gleicher Breite wie der Zwischenraum zwischen den Gehäusen, weiche Bänder Seite an Seite hochkantgestellt sind und jeweils über die gesamte Länge verteilt eine Anzahl von geraden Schlitzen in halber Höhe mit gleicher Länge und in regelmäßigem Abstand aufweisen, wobei jeder Schlitz zwei zu symmetrisch zur Mittelebene des Bandes liegenden Wellen deformierte Bänder begrenzt und die auf derselben Seite der Linie der Schlitze liegenden Bänder abwechselnd nach beiden Seiten der Mittelebene des geschlitzten Bandes gewellt sind und längs der Wellenkämme mit den entsprechenden Bändern der geschlitzten Nachbarbänder in Berührung stehen.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand des IxL der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert?
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die einzige Figur ist eine Teilperspektivansicht dieses Ausführungsbeispiels .
Wie in der Figur gezeigt ist, sind die dicke Druckwand 10 und die dünne Innenhaut 11 durch einen Zwischenraum getrennt, in dessen Innerem ein Zellengebilde 2 angebracht ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel setzt sich das Zellengebilde aus einer Mehrzahl von Bändern 21, 22, 23 usw. ... zusammen, die Seite an Seite angebracht und zwischen den Wänden 10 und 11 hochkant gestellt sind, wobei die Breite der Bänder gleich dem Zwischenraum e ist« Jedes Band weist auf halber Höhe eine Anzahl von geraden Schlitzen 3 mit untereinander gleicher hänge und in regelmäßigen Abständen auf, die so jeweils zwei Bänder 211, 212 mit einer halb so großen Breite wie der der Bänder 21 usw. begrenzen. Die Bänder 211 und sind zu einer bezüglich der Mittelebene des Bandes 21 nach beiden Seiten symmetrischen Welle deformierte Andererseits bilden die auf der gleichen Seite der Linie der Schlitze liegenden Bänder wie 211 und 213 oder 212 und 21k Wellen, die abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite der Mittelebene des Bandes 21 gewandt sind.
Zwischen den Schlitzen bleiben gerade Teile 210 stehen, die längs der Mittelebene des Bandes ausgerichtet sind.
In dieser Weise setzt sich jedes Band 21 usw. aus zwei regelmäßig gewellten und übereinanderliegenden Bändern zusammen, deren Wellungen sich kreuzen und zur Mittelebene des Bandes symmetrisch sind, wobei die beiden Bänder 211, 212 die geraden Teile 210 des Bandes 21 entsprechend den mittleren Teilen der Wellenflanken gemeinsam haben.
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Es ist vorteilhaft, daß die Kämme der Wellen 211 oder 212 ebenfalls einen geraden, zur Mittelebene parallelen Teil 215 aufweisen. Das Zellengebilde kann leicht zusammengesetzt werden, indem man die Bänder 21, 22, 23 derart Seite an Seite anordnet, daß die Wellenkämme 215 gegenseitig in Berührung kommen, und es ist auch möglich, diese Wellenkämme zu verschweißen.
Man erhält so ein Zellengebilde mit zwei übereinanderliegenden Schichten gekreuzter Wellungen.
Jede Schicht stellt, so ein Netzwerk von Zellen oder Maschen k dar, die ziemlich die Form eines Kreuzes aufweisen, wie es in der Figur für sich durch die dicke Linienführung hervorgehoben ist. Es ist möglich, die Amplitude der Wellungen der Bänder 21, 22, 23 zu wählen, um ein genügend enges Netzwerk zu erhalten, so daß die Korrosionsschutzhaut 11 am Zellengebilde unter Berücksichtigung ihrer Dicke eine praktisch kontinuierliche Anlage findet.
Es genügt andererseits, die Dicke des Bandes, aus dem das Zellengebilde besteht, als Funktion der Breite e des Bandes zu wählen, um eine gute Übertragung der Belastungen der Haut 11 auf die Druckwand 10 zu erhalten, wobei sich jede Masche h der oberen Schicht auf zwei gleichen Maschen der unteren Schicht abstützt.
Das beschriebene Zellengebilde ist leicht herstellbar und ermöglicht daher eine ausgezeichnete Übertragung des von der Innenhaut 11 aufgenommenen Drucks auf die Druckwand 10, wenn man die Breite der Maschen des Netzwerks dem Innendruck
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des Behälters und den physikalischen Eigenschaften der Innenhaut 11 entsprechend bemißt.
Andererseits hindert das Zellengebilde aufgrund seines Aufbaus nicht die Zirkulation eines Fluids zwischen den beiden Wänden 10 und 11. In der Figur sind Pfeile dargestellt, die zeigen, daß das Fluid leicht von einem Hohlraum zum anderen strömen kann, da jeder Zellenhohlraum mit den benachbarten Hohlräumen in offener Verbindung steht.
Man erhält so eine ausgezeichnete Verteilung des Fluids in allen Richtungen, die eine gleichmäßige Abkühlung oder Erhitzung der Innenhaut ermöglicht, wenn man ein Wärmetibergangsfluid verwendet, oder die Ausübung eines gleichmäpigen Gleichgewicht sdrucks auf die ganze Oberfläche der Innenhaut zuläßt, wenn das Fluid dazu bestimmt ist, den im Inneren des Behälters herrschenden Druck auszugleichen.
Es ist selbstverständlich möglich, das Zellengebilde an wenigstens einer der Wände anzuschweißen. Indessen ist einer der Hauptvorteile der Erfindung, daß sie jede besondere Verbindung zwischen den beiden Gehäusen überflüssig macht, da die Druckübergänge durch das Zellengebilde gesichert sind, wenn dieses zur Zeit des Baues des Behälters einfach zwischen den beiden Gehäusen angebracht wird. Außerdem bringt, wenn man darauf achtet, das Spiel zwischen der Innenhaut 11 und dem Zellengebilde möglichst gering zu halten, die quasi kontinuierliche Anlage der Innenhaut 11 am Zellengebilde eine beträchtliche Absicherung der Haut 11 gegen Knicken und sichert die Form dieser Haut, falls der Innendruck nachläßt oder das innere Gehäuse dem Druck des wärmeübertragenden
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Fluids ausgesetzt ist. Das innere Gehäuse 11 kann so selbstverständlich in einem gewissen Bereich auch einem Unterdrück widerstehen, wenn es nicht am Zellengebilde befestigt ist. Das Einsparen von Verschweißungen macht offensichtlich die Herstellung des Behälters wirtschaftlicher und ermöglicht das Beibehalten der Eigenschaften der korrosionsschützenden Innenhaut auf ihrer gesamten Oberfläche. Das beschriebene Zellengebilde ist leicht herstellbar und kann andererseits im Händel erhältlich sein. Es ist sogar möglich, es aas nicht oxydierendem Stahl zu beschaffen, damit es der Korrosion durch das zwischen den Wänden zirkulierende Fitlid widersteht.
Andererseits gibt es mehrere Arten von Zellengebildesystemen und insbesondere solchen, die nicht steif sind. Matt kann daher mit dem Zellengebilde Wände jeder Form kombinieren. Der Behälter gemäß der Erfindung ist stets leicht herstellbar» Tatsächlich kann man die abgewickelte Oberfläche des Zelle»-* gebildes entsprechend der der dicken Vand abschneiden, es dann aufrollen und in das Innere der dicken Wand einführen* Dann wird das Zellengebilde an der dicken Wand einfach an einigen Punkten durch Schweißen befestigt und anschließend die dünne Wand im Inneren angebracht. Man kann ein gewisses Spiel zwischen der dünnen Wand und dem Zellengebilde lassen, um ihre Einbringung zu erleichtern, und dann eine vollkommene Anbringung der dünnen Wand am Zellengebilde z. B. durch hydraulische Expansion nach einer bekannten Technik herstellen. Man kann die Innenhaut aus einem Material mit einer ausreichenden Elastizitätsgrenze herstellen, um die Beanspruchungen im Betrieb auszuhalten, die jedoch durch Anwendung des Prüfdrucks überschritten würde; die Innenhaut würde »ich so während der Prüfversuche völlig an das Zellengebilde an-
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legen und dann in dieser Stellung bleiben, wobei die Zwischenräume weitestgehend verringert wären»
Es ist ebenfalls möglich, Halbkugelböden herzustellen, wobei das Zellengebilde z. B. durch Tiefziehen gebildet sein kann.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt, die, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, modifiziert werden können.
Das beschriebene Zellengebilde besteht aus parallelen Bändern, die jeweils zwei oder mehrere Schichten übereinandergelegter Wellungen aufweisen. Man könnte auch getrennt gewellte Schichten herstellen und sie dann übereinanderlegen.
Vorzugsweise haben die tibereinandergelegten Schichten einen gemeinsamen geraden Teil, um die Übertragung der Kräfte von einer Schicht zur anderen zu sichern. Indessen könnten sich unter bestimmten Bedingungen die Wellungen unter einem bestimmten Winkel kreuzen, wobei die Kräfte punktförmig übertragen würden.
Ebenso muß das an die Druckwand angelegte Netzwerk nicht unbedingt identisch mit dem sich an die Innenhaut anlegenden Netzwerk sein, sondern es könnte enger sein und trotzdem zu dem unteren Netzwerk passen.
Schließlich zeigt das beschriebene Zellengebilde 2 Schichten, man könnte jedoch auch Zellengebilde mit einer
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größeren Zahl von übereinanderliegenden Schichten verwenden.
Andererseits besteht das erfindungsgemäß zwischen der Innenhaut und der Druckwand angebrachte Zellengebilde nicht obligatorisch aus solchen gewellten Bändern, wie sie im bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
So könnte man das Zellengebilde aus einer oder mehreren Schichten zusammenstellen, deren jede aus wenigstens zwei Gruppen von zueinander parallelen geraden Bändern besteht, die hochkant stehen, wobei sich die beiden Gruppen zu zweit und zweit kreuzen, und zwar rechtwinklig im Fall von zwei Gruppen und unter einem Winkel von 60 im Fall von drei Gruppen, um so angrenzende Zellenhohlräume mit polygonaler Kontur zu bilden.
Im. Fall von nur einer Schicht gekreuzter Bänder wäre jedes Band mit Öffnungen zu versehen, durch die jeder Hohlraum mit wenigstens zwei Nachbarhohlräumen in Verbindung s tünde.
Dagegen genügte es im Fall mehrerer Schichten, die Schichten, wie es in dem oben beschriebenen Beispiel der Fall ist, derart gegenseitig zu versetzen, daß jede Kreuzung einer Schicht über dem Inneren eines Hohlraums der unteren Schicht liegt und jeder Hohlraum so mit den benachbarten Hohlräumen in Verbindung steht.
Die Doppelwand gemäß der Erfindung hat den Vorteil, ausgehend von im Handel erhältlichem Material, sehr wirtschaftlich hergestellt werden zu können. Dank dem ziemlich
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engen Netzwerk des Zellengebildesr an das sich: die korrosionsschützende Innenhaut anlegt, ergibt sie für diese-eine fast kontinuierliche Anlage, die feste Verbindungen zwischen der Innenhaut und dem Zellengebilde, an das sie sich anlegt, überflüssig.macht. Man kann so leicht einerseits die Ausdehnungskräfte der dünnen Wand abfangen, die durch den Innendruck des Behälters entstehen, und andererseits die Bruekkräfte beherrschen, die ein Knicken der dünnen Wand verursachen könnten, falls der Innendruck augenblicklich niedriger als der Brück des zwischen d.&n Wänden zirkulier eaden Fluids würde«
Wenn das Fluid dazu bestimmt ist, uen Brück im Inneren des Behälters auszugleichen, könnte die Boppelwand gemäß der Erfindung eine unbeabsichtigte und augeitbliei liehe Verringerung des Gleichgewichtsdruckes aushalten* da sich dann die dünne Wand aa das Zellengebilde anlegt«
Aufgrund der so gebildeten fast kontinuierlichen Anlage würde sieh ein Riß, der in der Innenhaut aufträte, langsamer als bei den bekannten Behältern entwickeln= Es wäre möglich, einen Leckverlust aufgrund eines auch nur geringen Risses zu entdecken, indem man den Brück des zwischen den Wänden zirkulierenden Fluids überwachte, falls dieser Brück merklich -von dem Innendruck des Behälters verschieden ist, oder auch die Zusammensetzung oder die Eigenschaften des Fluids, ζ. B. seinen pH-Wert, kontrollierte, die durch die Vermischung mit dem Im Inneren des Behälters enthaltenen Material modifiziert wären»
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Behälter, dessen Wand aus zwei äquidlstanten Gehäusen mit einem Zwischenraum besteht, in dessen Innerem ein Fluid zirkulieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (e) zwischen den beiden Gehäusen (10, 11) von einem Zellengebilde (2) gleicher Dicke wie der Breite des Zwischenraums eingenommen ist, das sich aus einer Vereinigung von hochkant gestellten und zwischen einander eine Mehrzahl von benachbarten Zellen bildenden Bändern (21, 22, 23 «».) zusammensetzt, wobei jede Zelle (4) mit wenigstens zwei seiner Nachbarzellen in Verbindung steht.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellengebilde (2) aus wenigstens zwei übereinanderliegenden Schichten gebildet ist, deren jede aus einer Mehrzahl gleicher, regelmäßig gewellter, hochkant gestellter und untereinander längs der Wellenkämme (215) in Berührung stehender Bänder (z„ B0 211) besteht, und daß die Schichten gegenseitig so versetzt sind, daß sich die Wellen kreuzen, wobei die Summe der Breiten der die übereinanderliegenden Schichten bildenden Bänder (z. B. 211, 212) gleich der Breite des Zwischenraums (e) ist.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung einer Schicht gegenüber der anderen quer zur Richtung der Bänder vorgenommen und der Amplitude der Wellen gleich ist.
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4. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Flanke der Wellen eines Bandes (211 bzw. 212) einen in der Längsachse des Bandes gerichteten geraden Mittelteil (210) aufweist, wobei jedes Band (211) einer Schicht mit dem entsprechenden Band (212) der anderen Schicht längs der geraden Teile in Berührung steht.
5· Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Mittelteile (.210) von zwei übereinanderliegenden Bändern (211, 212) zu zweit untereinander verbunden sind.
6. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich berührenden Wellenkämme (215) zweier benachbarter Bänder (zo B0 211) verschweißt sind.
7ο Behälter nach Anspruch 1 und folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die das Zellengebilde ergebenden Bänder (21, 22, 23 ...) die gleiche Breite wie der Zwischenraum (e) haben, jedes Band eine Anzahl von über seine ganze Länge in regelmäßigen Abständen verteilten, in halber Höhe angebrachten, unter sich gleichlangen Schlitzen (3) aufweist, jeder Schlitz zwei zu bezüglich der Mittelebene des Bandes (z. B. 21) symmetrischen Wellen 'verformte Bänder (z0 B. 211, 212) begrenzt und die auf derselben Seite der Linie der Schlitze liegenden Bänder abwechselnd nach beiden Seiten (z. B. 211, 213) der Mittelebene des geschlitzten Bandes (z. B. 21) hin gewellt sind und längs der Wellenkämme (215) mit den entsprechenden Bändern der geschlitzten Nachbarbänder (z. B. 22) in Berührung stehen.
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