DE2211773B2 - Behälter mit doppelter Wand - Google Patents

Description

Weiler ist es bei einem Heiz· oder Kühlmantel für Gefäße bekannt (DT-PS 710 072), diesen durch an der Gefäßwand zweckmäßig mittels Schweißung befestigte Rippen in einzelne Streifen von gewölbter Querschnittsform zu unterteilen, welche mit den Rippen aneinander anschließende Kanäle für das Heiz- oder Kühlmittel bilden.

Andererseits ist ein Wärmeaustauschrohr bekannt (DT-PS I 002 771), bei dem zwischen zwei konzentrisch angeordneten Rohren ein gewelltes Metallband schraubeniörmig aufgewickelt ist, wobei die Wellen benachbarter Windungen gegeneinander versetzt angeordnet sind, um die Strömungsgrenzschichten zwecks Erzielung eines guten Wärmeüberganges periodisch zu unterbrechen.

Ferner ist. ein Heiz- oder Kühlmantel für ein Mehrlagenrohr bekannt (DTPS 868 594), bei dem das Kernrohr doppelwandig mit dazwischenliegenden abgestützten, dem Durchfluß des Heiz- bzw. Kühlmediums dienenden Hohlräumen ausgeführt ist, indem in wenigsiens eines der konzentrischen Rohre Nuten eingeschnitten sind oder auf das innere Kernrohr ungewellte Bänder oder Drähte schraubenförmig mit axialem Abstand aufgewickelt sind.

Auf einem der Behältertechnik sehr fern liegenden Gebiet, nämlich dem Gebiet des Flugzeugleichtbaues, ist eine sogenannte Bienenwabenkonstruktion z. B. für tafelartigc Gebilde bekannt (US-PS 2 609 068), wobei es auf eine gute Tragfähigkeit bei möglichst geringem Gewicht geht, ohne zur Lösung von Problemen bei einem Doppelwandreaktor anzuregen, in dem zwischen einer korrosionsbeständigen lnnenhaul und einer dikken Druckwand aus einem anderen, festeren Material ein fließfähiger Stoff strömen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in möglichst ι nfacher Weise eine praktisch kontinuierliche Anlage der Innenhaut an der Druckwand über die Abstandhalter im Zwischenraum ermöglich! wird, ohne die Zirkulation des fließfähigen Stoffes zwischen der Innenhaut und der Druckwand zu behindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 in bezug auf die Gehausewand hochkant 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 Wellenkämmc in Berührung stchendcr Bänder besteht, und die Schichten sind gegenseitig so versetzt, daß sich die Wellen kreuzen, wobei die Summe der Breiten der die übereinanderligcnden Schichten bildenden Bänder gleich der Breite des Zwischenraums ist.

Nach einer speziellen Ausfiihrungsart der Erfindung besieht das zwischen den beiden Gehäusen angeordnete Zellengebilde aus einjr Mehrzahl von Bändern mit gleicher Breite wie der Zwischenraum zwischen den Gehäusen, welche Bänder Seite an Seile hochkantge- fts stellt sind und jeweils übw 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 Miltelebene des geschlitzten Bandes gewellt sind und längs der Wellenkämme mit den entsprechenden Bändern der geschlitzten Nachbarbänder in Berührung stehen.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; 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 V/änden 10 und 11 hochkant gestellt sind, wobei die Bre^;'.e der Bänder gleich dem Zwischenraum e ist. jedes Band weist auf halber Höhe eine Anzahl von gerade Schlitzen 3 mit untereinander gleicher Länge 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 212 sind zu einer bezüglich der Mittelebene des Bandes 21 nach beiden Seiten symmetrischen Welle deformiert. Andererseits bilden die auf der gleichen Seite der Linie der Schlitze liegenden Bänder wie 211 und 213 oder 212 und 214 Wellen, die abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite der Mittclebene des Bandes 21 gewandt sind.

Zwischen den Schlitzen bleiben gerade Teile 210 stehen, die längs der Mittelebene des Bandes ausgerrhtet sind.

In dieser Welle 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.

Es ist vorteilhaft, daß die Kämme der Wellen 211 oder 212 ebenfalls einen geraden, zur Mittelebenc parallelen Teil 215 aufweisen. Das Zellengebilde kann leicht zusammengesetzt werden, indem man die Bänder 21, 22, 23 derart Seite an Seite anordnet, daß die WcI-lenkämme 215 gegenseitig in Berührung kommen, und es ist auch möglich, diese Wellenkämme zu verschweißen.

Man erhält so ein Zellengcbilde mit zwei übereinanderliegenden Schichten gekreuzter Wcllungen.

Jede Schicht stellt so ein Netzwerk von Zellen oder Maschen 4 dar, Hie ziemlich die Form eines Kreuzes aufweisen, wie es in der Figur für sich durch die dicke Linienführung hervorgehoben ist. Es ist möglich, die Ausbiegungsweite der Wellungen der Bänder 21, 22, 23 so zu wählen, daß ein genügend enges Netzwerk erhalten wird, so daß die Korrosioiisschutzhaut 11 am Zellengebilde unter Derücksichtigung ihrer Dicke eine praktisch kontinuierliche Anlage findet.

Es genügt andererseits, die Dicke des Bandes, aus dem das Zellengebilde besteht, als Funktion der Breite c des Bandes zu wählen, um eine gute Übertragung der Belastungen der Haut 11 auf die Druckwand 10 zu erhalten, wobei sich jede Masche 4 der oberen Schicht auf zwei gleichen Maschen der unteren Schicht ab-

stützt.

Das beschriebene Zellengebilde ist leicht herstellbar und ermöglicht daher eine ausgezeichnete Übertragung des von der Inncnhaut 11 aufgenommenen Drucks auf die Druckwand 10. wenn man die Breite der Maschen des Netzwerks dem Innendruck des Behäikcrs und den physikalischen Eigenschaften der Innenhaut Il entsprechend bemißt.

Andererseits hindert das Zcllengebilde auf Grund seines Aufbaus nicht die Zirkulation eines fließfähigen Stoffes zwischen den beiden Wänden 10 und II. In der Figur sind Pfeile dargestellt, die zeigen, daß der fließfähige Stoff leicht von einem Hohlraum zum anderen strömen kann, da jeder Zcllenhohlraum mit den benachbarten Hohlräumen in offener Verbindung steht.

Man erhält so eine ausgezeichnete Verteilung des fließfähigen Stoffes in allen Richtungen, die eine gleichmäßige Abkühlung oder Erhitzung der Inncnhaut ermöglicht, wenn man ein Wärmcübergangsfluid verwendet, oder die Ausübung eines gleichmäßigen Glcichgcwichtsdrucks auf die ganze Oberfläche der Inncnhaut zuläßt, wenn das Fluid dazu bestimmt ist. den im Inneren des Behälters herrschenden Druck auszugleichen.

Cs ist selbstverständlich möglich, das Zcllengebilde 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 Zcllengebilde möglichst gering zu hai ten. die quasi kontinuierliche Anlage der Innenhaiit 11 am Zcllengebilde eine beträchtliche Absicherung der Haut Il gegen Knicken und sichert die Form dieser Haut, falls der Innendruck nachläßt oder das innere Gehäuse dem Druck des wärmbeüberlragcnden fließfähigen Stoffes ausgesetzt ist. Das innere Gehäuse Il kann so selbstverständlich in einem gewissen Bereich auch einem Unterdruck widerstehen, wenn es nicht am Zellengebilde befestigt ist. Das Einsparen von Vcrschweißungen macht offensichtlich die Herstellung des Behälters wirtschaftlicher und ermöglicht das Beibehalten der Eigenschaften der korrosionsschützenden Innenhaut auf ihrer gesamten Oberfläche. Das beschriebene Zcllengebilde ist leicht herstellbar und kann andererseits im Handel erhältlich sein. Es ist sogar möglich, es aus nicht oxydierendem Stahl zu beschaffen, damit es der Korrosion durch den zwischen den Wänden zirkulierenden fließfähigen Stoff widersteht.

Andererseits gibt es mehrere Arten von Zellengebildesystemen und insbesondere solchen, die nicht steif sind. Man 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 Zellengebildes entsprechend der der dicken Wand 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 Zeilengebilde lassen, um ih^re Einbringung zu erleichtern, und dann eine vollkommene Anbringung der dünnen Wand am Zcllengebilde z. B. durch hydraulische Expansion nach einer bekannten Technik herstellen. Man kann die Innenhaut au; einem Material mit einer ausreichenden Elastizität grenze herstellen, um die Beanspruchungen im Betricl auszuhalten, die jedoch durch Anwendung des Prüf drucks überschritten würde; die Innenhaut würde siel so während der Prüfversuche völlig an das Zcllengebil de anlegen und dann in dieser Stellung bleiben, wobc die Zwischenräume wcitestgehend verringert wären.

Es ist ebenfalls möglich, Halbkugclbödcn hcrzustcl ίο len. wobei das Zellengcbilde ζ. B. durch Tiefziehen gc bildet sein kann.

Das beschriebene Zcllengebilde besteht aus paiallc

lcn Bändern, die jeweils zwei oder mehrere Schichtci übcrcinandergelcgtcr Weitungen aufweisen. Man könn te auch getrennt gewellte Schichten herstellen und sit dann übercinanderlegen.

Vorzugsweise haben die übcreinandcrgclcgtcn 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 Innenhaul anlegenden Netzwerk sein, sondern es könnte enger sein und trotzdem zu dem unteren Netzwerk passen.

Schließlich zeigt das beschriebene Zcllengebilde 2 .ίο Schichten; man könnte jedoch auch Zellengebilde mit einer größeren Zahl von übereinanderliegenden Schichten verwenden.

Andererseits besteht das erfindungsgemäß zwischen der Innenhaut und der Druckwand angebrachte Zellen-.15 gcbilde nicht obligatorisch aus solchen gewellten Bändern, wie sie im bevorzugten Ausführungsbcispiel beschrieben sind.

So könnte man das Zcllengebilde 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 Zcllenhohlräumc 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 stünde.

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 Hohlraumes 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, f>o sehr wirtschaftlich hergestellt werden zu können.

Auf Grund der erfindungsgemäß erzielten fast kontinuierlichen Anlage würde sich ein Riß, der in der Innenhaut aufträte, langsamer als bei den bekannten Behältern entwickeln. Es wäre möglich, einen Leckverlust (•s auf Grund eines auch nur geringen Risses zu entdecken, indem man den Druck des zwischen den Wänden zirkulierenden fließfähigen Stoffes überwachte, falls dieser Druck merklich von dem Innendruck des Behälters ver-

schieden ist. oder auch die Zusammensetzung oder die lügenschaftcn des fließfähigen Stoffes. z. B. seinen pH-Wert, kontrollierte, die durch die Vermischung mit dem im Inneren des ISehiillers enthaltenen Material modifiziert vviiren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Behälter, dessen Wand aus zwei mittels Abstandhaltern äquidistanten Gehäusen aus einer korrosionsbeständigen Innenhaut und einer dicken Druckwand mit einem Zwischenraum besteht, in dessen Innerem ein fließfähiger Stoff zirkulieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (c) 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 in bezug auf die Gehäusewand hochkant gestellten und zwischen einander eine Mehrzahl von benachbarten Zellen bildenden Bändern (21, 22, 23...) zusammensetzt, wobei jede Zelle (4) mit wenigstens zwei seiner Naehbarzeüen in Verbindung steht.

2. Behälun nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dall 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. B. 211)besieht, iod 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, 21V) gleich der Breite des Zwischenraums (e) ist.

3. Behälter nach Awspriicl 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Vcrseuung riner Schicht gegenüber der anderen quer zur Richtung der Bänder vorgenommen und die Ausbiegungsweile der Wellen gleich ist.

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) untercinander verbunden sind.

6. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich berührenden Wellenkiimmc (215) zweier benachbarter Bänder (/..B. 211) verschweißt sind.

7. Behälter nach Anspruch 1 und folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die das Zellengebilde ergebenden Bänder (21, 22. 2.3...) die gleiche Breite wie der Zwischenraum (c) haben, jedes Band eine Anzahl von über seine ganze Länge in regelmäßigen Abständen verteilten, in halber Höhe angebrachten, unter sich gleichungen Schlitzen (3) aufweist, jeder Schlitz zwei zu bezüglich der Mittelebene des Bandes (z. B. 21) symmetrischen Wellen verformte Bänder (z. 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 WeI-lenkämmc (215) mit den entsprechenden Bändern der geschlitzten Nachbarbänder (z. B. 22) in Berührung stehen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter, dessen Wand aus zwei mittels Abstandhaltern äquidistanten Gehäusen aus einer korrosionsbeständigen Innenhaut und einer dicken Druckwand mit einem Zwischenraum s besteht, in dessen Innerem ein fließfähiger Stoff zirkulieren kann.

Die Erfindung ist insbesondere auf Behälter anwendbar, in denen chemische Reaktionen stattfinden, wie /.. B. die Polymerisationsreaktoren. Es ist behannt, daß !ο 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 mehieren Schichten, wobei wenigstens eine korrosionsbeständige innen!.jui und eine dicke Druckwand /um Aushalten des Druckes vorgese· hen sind, an der sich die Innenhaut abstützt.

Es sind verschiedene Mittel zur Herstellung mehrschichtiger Behälter angegeben worden, bei denen sich die Innenhaul direkt an die Druckwand anlegt.

Indessen wurde festgestellt, daß es ebenfalls interes· sant 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 fließfähigen Stoff eingenommen. der 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, der fließfähige Stoff frei im Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen zirkulieren können. Allgemein werden die beiden Gehäuse einfach unter Zwischenlage von Ab Standsstücken auf Abstand gehalten, die einzig dazu bestimmt sind, den Abstand zwischen den Gehäusen cinzuhalten. Dieses System bringt den Nachteil, daß die dünne Innenhaul 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 fließfähigen Stoffes nicht dem gleich sein, der im Inneren des Eichäliers herrscht. Das ist insbesondere der Fall, wenn man im Inneren des Zwischenraums einen wärmeübertragenden fließfähigen Stoff zirkulieren läßt, der ein Abführen der durch die Reaktion im Inneren des Behälters abgegebenen Wärme ermöglicht. Der Druck dieses Stoffes hängt nämlich von der Temperatur desselben und seinen physikalischen

s5 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 Abstands-

fio stücke eine ausreichende Anlagefläche zwischen beiden sichern, damit die Innenhaut nicht durch den Druck im Inneren des Behälters deformiert wird,

Bei einem Heizmanlei aus untereinander verschweißten Profileisen für Rührwerkskessel, Destillierblasen usw. ist es bekannt (DT-PS 709 968), als Abstandsstiieke Schenkel von Winkel- oder T-Eisen zu verwenden und diese im rechten Winkel an die Kesselwand anzuschweißen.