-
Wärmetauscher zum Kühlen von aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere
Schwefelsäure Die Erfindung betrifft einen im wesentlichen aus Metall bestehenden
Wärmetauscher zum Kühlen von aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere Schwefelsäure,
dessen außenberippte oder außen glatte Wärmetauscher-Rohre innenseitig von der Flüssigkeit
und außenseitig von einem gasförmigen Kühlmedium beaufschlagbar sind.
-
Das hauptsächliche Problem bei aus Metall bestehenden Wärmetauschern
zum Kühlen von aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere Schwefelsäure, besteht in
der Korrosionsanfälligkeit der Wärmetauscher. Hierbei spielen die mittleren Rohrwandtemperaturen
eine erhebliche Rolle. Im wesentlichen gilt, daß die Korrosionsanfälligkeit des
Wärmetauschers mit steigender mittlerer Rohrwandtemperatur wächst. Bei wassergekühlten
Wärmetauschern ist die mittlere Rohrwandtemperatur infolge des besseren Wärmeübergangs
Wasser/Metall wesentlich niedriger als bei luftgekühlten Wärmetauschern. Bei luftgekühlten
Wärmetauschern ist demzufolge wegen des schlechteren Wärmeüberganges zur Luft die
mittlere Rohrwandtemperatur zwangsläufig höher, so daß die bekannten luftgekühlten
Wärmetauscher zum Kühlen von aggressiven Flüssigkeiten besonders anfällig gegen
Korrosionserscheinungen sind.
-
Bei den bekannten luftgekühlten Wärmetauschern zum Kühlen aggressiver
Flüssigkeiten war man daher bislang bemüht, die mittlere Rohrwandtemperatur bzw.
insbesondere die Eintrittstemperatur der zu kühlenden Flüssigkeit möglichst niedrig
zu halten. Die maximal zulässige
Eintrittstemperatur bei luftgekühlten
Wärmetauschern zum Kühlen von Schwefelsäure liegt beispielsweise bei 80 - c5)0C.
-
Diese Temperaturgrenze gilt im wesentlichen fUr eine hochkonzentrierte
Schwefelsäure von 96 - 98 Gewichtsprozent. Diese hohe Temperaturgrenze konnte jedoch
nur unter Einsatz kostenaufwendiger hochlegierter Stähle, wie z.B. X 10 Cr Ni Ti
18 9 bzw.
-
X 10 Cr Ni Mo Ti 18 10, erzielt werden. Selbst diese hochlegierten
Stähle zeigen nach einer verhältnismäßig kurzen Standzeit eines Wärmetauschers auffällige
Korrosionserscheinungen.
-
An sich wäre es weiterhin vorteilhaft, wenn man die Strömungsgeschwindigkeit
der aggressiven Flüssigkeit innerhalb des Wärmetauschers zur Erzielung eines besseren
Wärmeübergangs bzw. Wärmedurchgangs steigern könnte, jedoch wurde festgestellt,
daß insbesondere im Falle von Schwefelsäure die Korrosionserscheinungen sehr deutlich
zunehmen, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1 m/s überschritten wird.
-
Den Herstellern und Betreibern von Schwefelsäure-Anlagen erscheint
es als besonders wünschenswert, die Temperatur, bei welcher die Schwefelsäure im
Herstellungsprozeß anfällt, auf einen Wert von mehr als 850C zu steigern, welcher
bislang die kritische Grenze bildet, da beispielsweise das Kontaktverfahren zur
Herstellung von Schwefelsäure bei höheren Temperaturen in den Kontakttürmen wirtschaftlicher
und mit einem geringeren Investitionsaufwand betrieben werden kann. Eine Erhöhung
der derzeit üblichen bzw. zulässigen Temperaturwerte, mit welcher die aggressive
Flüssigkeit, insbesondere Schwefelsäure, in einen Wärmetauscher eintritt, hätte
darüber hinaus den Vorteil, daB die spezifische Wärmeleistung eines Wärmetauschers
wegen eines höheren ä t erheblich steigen würde, Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Wärmetauscher zum Kühlen
von
aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere Schwefelsäure, einen
Wärmetauscher zu schaffen, welcher eine höhere spezifische Wärmeleistung, eine höhere
Temperatur der eintretenden Flüssigkeit bei gleich hoher oder höherer Eintrittsgeschwindigkeit
sowie insgesamt eine kostengünstigere Herstellung durch die Verwendung weniger hochlegierter
oder unlegierter Stähle gestattet. Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß auf der gesamten oder nur auf einer teilweisen Länge des Strömungsweges
der Flüssigkeit mindestens eine im wesentlichen metallische Elektrode unter Vermeidung
elektrisch leitender Kontaktflächen mit dem Wärmetauscher innerhalb des Wärmetauscher-Innenraums
angeordnet ist, wobei sowohl die Elektrode als auch der Wärmetauscher mindestens
eine Anschlußstelle für elektrischen Gleichstrom aufweisen und unterschiedlich gepolt
sind.
-
Durch die Erfindung wird eine Korrosion der Innenflächen des Wärmetauschers
weitestgehend vermieden, zumindest aber auf ein vertretbares Maß herabgesetzt. Dieses
geschieht dadurch, daß das aus dem metallischen Wärmetauscher-Werkstoff und dem
Elektrolyten (aggressive Flüssigkeit, insbesondere Schwefelsäure) gebildete Korrosionssystem
durch den Aufbau einer dünnen geschlossenen Schutzschicht auf der Innenwandfläche
des metallenen Wärmetauschers geändert wird. Diese Schutzschicht bildet eine Passivschicht,
deren Dicke von dem jeweiligen Metall, aus welchem der Wärmetauscher gefertigt ist,
vom Elektrolyten und dem aufgegebenen Fremdpotential abhängt, welches von einer
elektrischen Gleichsxtrom-Energiequelle aufgebracht wird. Die in einem Wärmetauscher
vorhandene Elektrode bzw. die vorhandenen Elektroden wird bzw. werden entweder positiv
oder negativ und der Wärmetauscher selbst entsprechend unterschiedlich, also negativ
oder positiv, gepolt. In dem Fall, daß der Wärmetauscher negativ gepolt ist, spricht
man von einem kathodischen Schutzverfahren, während man von einem anodischen Schutzverfahren
spricht, wenn der Wärmetauscher positiv gepolt ist. Im Falle von Säuren kann als
eine im wesentlichen grundsätzliche Regel angegeben werden,
daß
im Zusammenhang mit oxydierenden Säuren ein anodischer und im Zusammenhang mit reduzierenden
Säuren ein kathodischer Korrosionsschutz anzuwenden ist. Bei der Anwendung dieser
Regel müssen jedoch die für den Wärmetauscher und für den Elektrodenwerkstoff verwendeten
Metalle sowie die Gewichtskonzentration der jeweiligen Säure berücksichtigt werden.
-
Das geeignete Metall für die Elektroden wird durch Versuch für das
jeweilige Korrosionssystem ermittelt. Das gleiche gilt für ein jeweils anzuwendendes
Potential.
-
Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, Wärmetauscher
zum Kühlen aggressiver Flüssigkeiten, insbesondere Schwefelsäure, anstelle aus den
bisher verwendeten teuren hochlegierten Stählen aus billigem Massenstahl, beispielsweise
aus St 35.8 fertigen zu können. Infolge des wirksamen Korrosionsschutzes ergibt
sich der weitere Vorteil, daß die Eintrittstemperatur der Flüssigkeit wesentlich
gesteigert werden kann. Im Falle von Schwefelsäure konnte die Eintrittstemperatur
0 auf etwa 100 - 120 0 erhöht werden. Mit der Erhöhung der Eintrittstemperatur wird
ein größeres A t erzielt. Im Vergleich zur bislang üblichen zulässigen Eintrittstemperatur
der Schwefelsäure von 80 - 850C kann infolge des größeren E t und der damit verbundenen
verbesserten Ubertragbarkeit der Wärme an die Kühlluft eine zusätzliche Wärmemenge
abgeführt werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher hat demnach eine bessere spezifische
Wärmeleistung als die bekannten Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung.
-
Infolge des wirksamen Korrosionsschutzes besteht nunmehr die Möglichkeit,
daß die Strömungsgeschwindigkeit der aggressiven Flüssigkeit innerhalb des Wärmetauschers
erheblich erhöht werden kann. Mit einer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit
geht eine weitere Erhöhung der spezifischen Wärmeleistung des Wärrnetauschers entsprechend
der Erfindung einher mit der vorteilhaften Folge,
daß die Wärmetauscher
- nicht wie bisher - aus einer Vielzahl von Wärmetauscher-Rohren bestehen müssen,
welche insgesamt zur Niedrighaltung der Strömungsgeschwindigkeit einen relativ großen
Gesamtquerschnitt aufweisen, sondern im Uriterschied hierzu wird der erfindungsgemäße
Wärmetauscher von einer wesentlich geringeren Anzahl von Wärmetauscher-Rohren, welche
einen geringeren Gesamtquerschnitt aufweisen können, gebildet.
-
Infolge des wirksamen Korrosionsschutzes der-von der aggressiven
Flüssigkeit benetzten Innenwandflächen des Wärmetauschers ergibt sich außerdem der
Vorteil, daß die zu kühlende Flüssigkeit nur noch in einem geringen Maße durch ein
Korrosionsprodukt verunreinigt wird.
-
Es bleibt noch zu erwähnen, daß mit der durch die Erfindung erzielten
höheren Eintrittstemperatur der Schwefelsäure 0 von ca. 100 - 120 C im Zusammenhang
mit deren Herstellung unter Anwendung des Kontaktverfahrens der Vorteil erzielt
wird, daß die Anlagen, insbesondere die Kontakttürme, erheblich kleiner und leistungsfähiger
ausgelegt werden können.
-
Entsprechend weiteren Merkmalen der Erfindung hat es sich insbesondere
im Zusammenhang mit Schwefelsäure als zweckmäßig erwiesen, daß die Elektrode aus
demselben Metall besteht oder dasselbe Metall enthält, aus welchem auch im wesentlichen
die vor Korrosion zu schützenden Teile des Wärmetauschers gefertigt sind.
-
Im Falle eines mit Schwefelsäure beaufschlagten Wärmetauschers hat
es sich als zweckmäßig erwiesen,diesen bei einer Konzentration der Schwefelsäure
von größer als etwa 65 Gewichtsprozent an einen Pluspol anzuschließen. Wenn jedoch
im Falle eines mit Schwefelsäure beaufschlagten Wärmetauschers die Konzentration
der Schwefelsäure weniger als etwa 65 Gewichtsprozent
aufweist,
ist es empfehlenswert, den Wärmetauscher an einen Minuspol anzuschließen.
-
Bei einem Wärmetauscher mit mindestens einer die Enden der Rippenrohre
in Rohrböden aufnehmenden, von der Flüssigkeit durchströmten Kammer ist es vorteilhaft,
daß zumindest innerhalb einer Kammer, vorzugsweise in der Eintrittskammer, in welche
die Flüssigkeit von außen in den Wärmetauscher eintritt, mindestens eine Elektrode
angeordnet ist. Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen genügt es, lediglich eine
Elektrode innerhalb der Eintrittskammer vorzusehen. Darüber hinaus kann es für andere
gewisse Anwendungsfälle zweckmäßig sein> in anderen bestimmten Strömungsabschnitten
oder in allen Strömungsabschnitten des Wärmetauschers je eine oder mehrere Elektroden
vorzusehen.
-
Die in den Rohrböden verschweißtenbzw, eingewaizten und in die Kammern
mündenden Rohrenden sind wegen der dort auftretenden starken Turbulenzen einer Korrosion
besonders ausgesetzt und müssen deshalb in verstärktem Maße geschützt werden.
-
Dieses geschieht entsprechend der Erfindung dadurch, dab jede in einer
Kammer angeordnete Elektrode sich benachbart zu sämtlichen Rohrmündungen erstreckt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher in
mehrere, bezüglich der Strömungsrichtung der Flüssigkeit aufeinander folgende Strömungsabschnitte
unterteilt, wobei vorzugsweise nur der bezüglich der Strömungsrichtung hintere Strömungsabschnitt
bzw. die bezüglich der StrOmungsrichtung hinteren Strömungsabschnitte mit einer
Elektrode bzw. mit Elektroden versehen sind. Wie bereits eingangs erwahnt, nimmt
die Korrosions-Wirkung von aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere Säuren, mit deren
absinkender Temperatur und damit mit einer entsprechenden Verminderung der Rohrwandtemperatur
ab. Entsprechend der Erz in dung ist demnach die Möglichkeit gegeben, daß nur die
von einer hohen Flüssigkeitstemperatur beaufschlagten Innenflächen des
Wärmetauschers,
d.h. dessen-in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hinteren Abschnitte oder nur ein
hinterer Abschnitt, besonders geschützt, d.h. mit einer oder mehreren Elektroden
versehen sind bzw. ist. Der Wärmetauscher kann auch derart ausgebildet sein, daß
dieser als Gesamteinheit aus zwei Wärmetauschern, und zwar einem in Strömungsrichtung
hinteren und einem weiteren in Strömungsrichtung vorderen Wärjnetauscher besteht.
In diesem Falle könnte es zwecksmäßig sein, beispielsweise nur den in 3trömungsrichtung
hinteren, d.h. den kleineren Wärmetauscher, welcher im Falle besonders hoher Flüssigkeits-Eintrittstemperaturen
aus einem hochlegierten Stahl bestehen kann, mit einer oder mehreren Elektroden
auszurüsten. In diesem' Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß verschiedene
Elektroden an verschiedene elektrische Energiequellen, welche gegebenenfalls unterschiedliche
Spannungen bzw. Ströme liefern, angeschlossen sind. Hierdurch ist die Möglichkeit
gegeben, unterschiedlich korrosionsschutzbedürftige Teile des Wärmetauschers individuell,
d.h. durch eine entsprechende Anderung der vorgenannten elektrischen Größen, zu
schützen.
-
Die Versorgung der Elektroden mit elektrischer Energie wird dadurch
vereinfacht, daß mindestens zwei Elektroden elektrisch leitend miteinander verbunden
sind. Hierbei ist es zweckmäßig, die elektrisch leitende Verbindung bzw. die elektrisch
leitenden Verbindungen innerhalb der Flüssigkeit anzuordnen. In diesem Zusammenhang
besteht eine besonders bevorzugte Ausführungsform darin daß die elektrisch leitende
Verbindung bzw. die elektrisch leitenden Verbindungen aus Elektroden-Werkstoff bestehen
und Elektrodenteile bilden.
-
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform entsprechend der Erfindung
besteht darin, daß die Elektroden bzw. auch die Elektrodenteile sowohl in mindestens
einer Kammer als auch in mindestens einem Wärmetauscher-Rohr angeordnet sind.
-
Die Befestigung und elektrische Isolierung der Elektroden bzw. auch
der Elektrodenteile wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mittels elektrischer,
vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehender Isolatoren gebildet, welche im
Abstand, gegebenenfalls im allseitig gleichen Abstand, von den Innenwandflächen
des Wärmetauschers angeordnet und gehalten sind.
-
Eine Aufteilung eines Wärmetauschers in verschiedene Strömungsabschnitte
geschieht zweckmäßig durch an sich bekannte, in den Kammern angeordnete Trennwände.
-
Da der Elektroden-Werkstoff (im Falle des anodischen Korrosionsschutzes
die Kathode) weiterhin einer gewissen Korrosion unterworfen ist, müssen Elektroden
nach einiger Standzeit ausgewechselt werden. Dieses Auswechseln wird entsprechend
der Erfindung dadurch erleichtert, daß zumindest jede mit einer Elektrode bzw. mit
Elektroden bestückte Kammer mit einem das Auswechseln von Elektroden gestattenden
Deckel versehen ist, durch welchen die elektrischen Anschlußmittel für die Elektrode
bzw.
-
für die Elektroden durch eine elektrische fltissigkeitsdichte Isolation,
welche vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, hindurchgeführt ist.
-
Entsprechend der Erfindung sind die Elektrode bzw. die Elektroden
jeweils aus mindestens einem Metallstab, vorzugsweise etwa kreisrunden Querschnitts,
gebildet. Ein besonders sicherer Korrosionsschutz der in die Kammern einmündenden
Rohrenden kann dadurch erzielt werden, daß die in einer bzw. in mehreren Kammern
angeordneten Elektroden aus jeweils mindestens einem, aus Metallstäben gebildeten
Gitter bestehen.
-
Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal bestehen auch die Elektrodenteile,
d.h. die Teile, welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens zwei
Elektroden bilden, aus Metallstäben.
-
Eine besonders große und wirkungsvolle Elektroden-Oberfläche bei
einem gleichzeitig geringen metallischen Querschnitt der Elektrode wird dadurch
erzielt, daß mindestens ein Metallstab von einem Rohr gebildet ist. Diese Ausführungsform
ist besonders für hochwertige Elektroden-Werkstoffe zweckmäßig.
-
Wegen der aufgrund vorliegender Erfindung möglichen, relativ hohen
Strmungsgeschwinigkeit des flüssigen-Mediums ist es wichtig, daß eine Elektroden-Anordnung
der strömenden Flüssigkeit sicher widersteht. Dieses wird entsprechend der Erfindung
insbesondere dadurch bewirkt, daß Metallstäbe unverschieblich, vorzugsweise durch
Schweißstellen miteinander verbunden sind.
-
Zur Erzielung einer guten Korrosionsschutzwirkung ist es hinreichend,
daß der Außendurchmesser eines jeden in einem Wärmetauscher-Rohr befindlichen Metallstabes
wesentlich geringer als der Innendurchmesser des Wärmetauscher-Rohres bemessen ist.
-
In sämtlichen Wärmetauscher-Rohren eines Wärmetauschers wird in etwa
dieselbe Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Mediums bei nur zum Teil mit Metallstäben
bestückten Wärmetauscher-Rohren dann erzielt, wenn der freie- Strömungsquerschnitt
in allen Wärmetauscher-Rohren etwa gleich bemessen ist. Dieses bedeutet, daß Wärmetauscher-Rohre,
welche keine Elektroden bzw. Elektrodenteile in Form von Metallstäben enthalten,
einen geringeren Innendurchmesser aufweisen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die an den Wärmetauscher
angeschlossenen flüssigkeitsleitenden Zu- und/oder Ableitungen bezüglich des Wärmetauschers
elektrisch isoliert.
-
Hiermit soll eine nachteilige Veränderung des Korrosionsschutzsystems
für den Fall verhindert werden, dad zu- oder wegführende Leitungen aus einem Metall
bestehen, welches nicht für das auf den Wärmetauscher angewendete Korrosionsschutz
system geeignet ist. Durch die elektrische Isolierung der Zu- und/oder Ableitungen-kann
außerdem der Verbrauch an elektrischer Energie, welcher
der Korrosionsschutz-Einrichtung
zugeführt wird, herabgesetzt werden.
-
Zur Erhaltung der den Korrosionsschutz bewirkenden Passivschicht
an den Innenwandflächen des Wärmetauschers kann es zweckmäßig sein, die wirksamen
elektrischen Gröen, d.h. sowohl die Stromdichte, d.h. die hierfür maßgebliche Höhe
des Gleichstroms, als auch das Potential, d.h. die Gleichspannung, auf bestimmten
Werten konstant zu halten oder innerhalb vorgegebener Grenzen zu verändern, wobei
letzteres in bestimmten Anwendungsfällen auch durch eine intermittierende Schaltung,
d.h.
-
durch ein Zu- und Abschalten der elektrischen Energieversorgung, bewirkt
werden kann. Derartige Maßnahmen können entsprechend der Erfindung dadurch vorgenommen
werden, da an dem Wärmetauscher, vorzugsweise an dessen Kammern, elektrisch isolierende
und flüssigkeitsdichte Stutzen und durch diese hindurch in die Flüssigkeit eingeführte
Meß- und Steuerelektroden vorhanden sind, Uber welche das anliegende Potential sowie
die Stromdichte gemessen bzw. von Regeleinheiten beeinflußt,insbesondere konstant
gehalten werden können.
-
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele
dargestellt, es zeigen: Fig. 1 bis 5 verschieden ausgestaltete Wärmetauscher im
Längsschnitt, Fig. 6 den oberen Abschnitt eines Wärmetauschers, Fig. 7 den oberen
Teil eines Wärmetauschers mit teilweise aufgebrochen dargestellter Eintrittskammer
und Fig. 8 eine schematische Stromdichte-Potential-Kurve.
-
Mit Ausnahme beispielsweise verwendeter Dichtungswerkstoffe bestehen
sämtliche in deus Fig. 1 - 7 dargestellten Wärmetauscher aus Metall, beispielsweise
aus 7t 55.8.
-
In Fig. 1 ist mit der Ziffer 1 ein luftgekühlter Wärmetauscher zum
Kühlen von aggressiven Flüssigkeiten, insbesondere von Schwefelsäure, bezeichnet.
Zwischen zwei Kammern 2 und 3: sind mit Außenrippen 4versehene Rippenrohre 5 angeordnet.
Die jeweiligen Enden 6 der Rippenrohre 5 sind in Rohrböden 7 der Kammern 2 bzw.
5 eingeschweißt oder eingewalzt. Die Kammer 2 ist mit einem abnehmbaren Deckel 8
versehen, welcher zwei Eintrittsstutzen 9 aufweist. Die Kammer 3 hingegen weist
einen ahnehmbaren Deckel 10 mit Austrittsstutzen 11 auf. Die zu kühlende Flüssigkeit
tritt gemäß den mit x gekennzeichneten Pfeilen in die Kammer 2, welche die Eintrittskammer
bildet, ein, verteilt sich in etwa gleichmäßig über die oberen Rohrenden 6, durchläuft
die Rippenrohre 5, tritt über die unteren Rohrenden 6 in die untere Kammer 5, welche
eine Sammelkammer bildet, ein und verläßt diese gemäß den mit y bezeichneten Pfeilen
über die Austrittsstutzen 11. An die Eintrittsstutzen 9 angeschlossene Zuleitungen
bzw.
-
an die Austrittstutzen 11 angeschlossene Ableitungen wurden der Einfachheit
halber nicht dargestellt.
-
In der Eintrittskammer 2 ist eine Elektrode 12, welche von Metallstäben
13, 14. gebildet ist, angeordnet. Der Metallstab 14 ist seitlich in-Isolationshülsen
15, welche vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehen, strömungssicher gehaltert.
Der Metallstab 13 ist durch einen Stutzen 16 hindurchgeführt, dessen innere, hier
nicht sichtbare Teile vorzugsweise ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen. bestehen
und den Metallstab 15 flüssigkeitsdicht umgeben und gleichzeitig gegenüber dem Wärmetauscher
1 isolieren; Der Metallstab 15 und mit ihm die gesamte Elektrode 12 ist mittels
einer Anschlußstelle 17 an eine elektrisch leitende Verbindung 18angeschlossen,
die zum Minuspol einer mit 19 bezeichneten Quelle für elektrische Gleichstromenergie
führt.
-
Der Wärmetauscher, in diesem Falle einer seiner Rohrböden 7, ist über
eine Anschluß stelle 20 unter Zwischenschaltung einer elektrisch leitenden Verbindung
21 an den Pluspol der Energiequelle 19 angeschlossen.
-
In beide Kammern 2, 7 ragen Steuer- und Meßelektroden 22 hinein,
welche in Stutzen 25 ebenfalls mittels'Bauteilen aus Polytetrafluoräthylen sowohl
flüssigkeitsdicht umschlossen als auch gegenüber dem Wärmetauscher 1 elektrisch
isoliert sind. Die Steuer- und Meßelektroden 22 sind über nicht dargestellte elektrisch
leitende Verbindungen mit einer ebenfalls nicht gezeigten Regeleinheit verbunden,
welche die von der Energiequelle 19 zugeführte Energie, d.h. die Stromstärke sowie
die Spannung, beeinflußt.
-
Sämtliche gleichen Bauteile entsprecherüden in den Fig.
-
1 - 7 dargestellten Wärmetauschern sind mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
-
Gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher unterscheidet
sich der Wärmetauscher, welcher in Fig. 2 gezeigt ist, dadurch, daß zwei Elektroden
12 vorgesehen sind, von denen Jeweils eine in der Eintrittskammer 2 und die andere
in der Austrittskammer 5 befestigt ist.
-
Die xxxxxxxx Kammer 2 des in Fig. 3 gezeigten Wärmetauschers besitzt
eine etwa mittig angeordnete Trennwand 24.
-
Durch die Trennwand 24 wird der Wärmetauscher 1 in zwei im Gegenstrom
zueinander beaufschlagte Strömungsabschnitte A und B unterteilt. Die sich in der
Kammer 3 vollziehende Strömungsumkehr ist durch Pfeile gekennzeichnet. In diesem
Falle besitzt die Kammer 5 keinen Auslaßstutzen, da sowohl der Einlaßstutzen 9 als
auch der Auslaßstutzen 11 der oberen Kammer 2 zugeordnet ist.
-
Der in Fig. 3 dargestellte Wärmetauscher 1 besitzt insgesamt drei
Elektroden 12, und zwar enthält die obere Kammer 2 zwei Elektroden 12 und die untere
Kammer 3 nur eine Elektrode 12.
-
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die im Bereich des FlUssigkeitseintritts
(Pfeil x) angeordnete Elektrode 12 sowie die in der unteren Kammer 5 befindliche
Elektrode 12 gemeinsam an die gleiche Energiequelle 19 angeschlossen sind. Die beiden
vorstehend
bezeichneten Elektroden 12 sind demnach im wesentlichen
dem bezüglich der Strömungsrichtung des fliei3enden Mediums hinteren Strömungsabschnitt
A zugeordnet, während die rechts oben im Bild gezeigte Elektrode 12 vor dem bezüglich
der Strömuilgsrichtung des fließenden Mediums vorderen Abschnitt B angeordnet ist.
-
Im vorliegenden Falle ist es zweckmäßig, für die rechts oben im Bild
gezeigte Elektrode 12 eine Energiequelle l9a vorzusehen, welche nur eine geringere
Spannung sowie eine geringere Stromstärke auSbringt, da in dem Strömungsabschnitt
B, welcher dem Austrittsstutzen 11 (bzw. dem Austrittspfeil y) am nächsten ist,
eine wesentlich geringere Temperatur - verglichen mit dem Strömungsabschnitt A -
herrscht, so daß die Korrosionserscheinungen im Bereich der rechts oben im Bild
dargestellten Elektrode 12 wesentlich geringer sind.
-
An dem Ausführuhgsbeispiel entsprechend Fig. 5 wird jedenfalls deutlich,
daß es zweckmäßig ist, die für den Korrosionsschutz verantwortlichen elektrischen
Größen, d.h. die Spannung sowie die Stromstärke, mit zunehmender Abkühlung der aggressiven
Flüssigkeit jede für sich oder gegebenenfalls beide miteinander zu verringern.
-
Im Unterschied zu dem in Fig. 5 dargestellten Wärmetauscher weist
der in Fig. 4 gezeigte Wärmetauscher lediglich ist zwei Elektroden 12 auf, und zwar/in
dem oben im Bild gezeigten rechten Abschnitt der Kammer 2 keine Elektrode vorhanden.
-
Die beiden links im Bild dargestellten Rippenrohre 5 weisen einen
größeren Innendurchmesser als die rechts im Bild dargestellten vier Rippenrohre
5 auf. Dieses ist vor allen Dingen dann zweckmäßig, wenn - wie in Fig. 5 dargestellt
- zusätzliche Elektrodenteile bildende Metallstäbe 25 vorgesehen sind, welche die
dickeren Rippenrohre 5 etwa im Bereich von deren Längsmittelachse zentrisch durchsetzen.
Mit der zentrischen Anordnung der Metallstäbe 25 innerhalb der dickeren Rippenrohre
5 wird eine gleichmäßige Korrosionsschutzwirkung bzw. ein gleichmäßiger Aufbau einer
Passiv- bzw. Korrosionsschutzschicht an den umgebenden
Innenwandflächen
der Rippenrohre erzielt.
-
Der einfachheit halber ist die Energieversorbung in den Fig. 4 und
5 nicht dargestellt.
-
Entsprechend Fig. 6 ist ein oberer Abschnitt des Warnietauschers
1 dargestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, besteht der Metallstab 14 in diesem
Falle nicht aus einem Vol1profil, sondern aus einem Rohr, wobei der ansonsten in
den vorangehenden Fig. 1 - 5 dargestellte Metallstab 13 in zwei Abschnitte lja,
15b unterteilt ist. Der Abschnitt l5a ist an seinem unteren 'nde mit dem rohrförmigen
Metallstab 14 verschweijt und tragt an seinem oberen Ende ein gabelförmiges Verbindungselement,
mit welchem der obere Abschnitt 13b elektrisch leitend verbunden ist.
-
Der Abschnitt 1)b ist durch ein doppelhülsenartiges Bauteil 2E, welches
vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, flüssigkeitsdicht hindurchgeführt.
Gleichzeitig wird der Abschnitt 15h mittels des Bauteils 26 elektrisch gegenüber
dem Wärmetauscher 1 isoliert. In Fig. 6 sind ebenfalls Isolationshülsen 15 zu erkennen,
welche zweckmäßig aus Polytetrafluoräthylen bestehen, und in welche die beiden Enden
des rohrförmigen Metallstabes 14 eingesetzt und fest gehaltert sind.
-
In Fig. 7 ist der obere Abschnitt eines Wärmetauschers 1 teilweise
in aufgebrochener Darstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, daß die in der Kammer
2, welche eine Eintrittskammer bildet, angeordnete Elektrode 12 aus Stäben 14a und
sich etwa rechtwinklig dazu erstreckenden Stäben 14b besteht. Die Stähle 14a und
14b sind zu einer gitterförmigen Elektrode 12 miteinander verschweißt. Die gitterförmige
Elektrode 12 erstreckt sich benachbart zu sämtlichen Rohrmündungen 6. Im vorliegenden
Beispiel werden die Befestigungsstellen für die Enden der Metallstäbe 14a aus halbhülsenförmigen
Bauteilen 15a aus Polytetrafluoräthylen gebildet. Die halbhülsenförmigen Bauteile
l5a gestatten bei abgenommenem Deckel 8 ein bequemes Auswechseln der gitterförmiE
ausgebildeten Elektrode 12.
-
Der Einfachheit halber wurden in den Fig. 6'und 7 weder Energiequellen
noch zu diesen führende elektrische Leitungen dargestellt.
-
Fig. 8 stellt eine bekannte schematische Darstellung der Stromdichte
über der Spannung entsprechend einem bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher anwendbaren
Korrosionsschutzsystem dar. Von den entlang der Abszisse (Potential in mV) dargestellten
Bereichen (es handelt sich hier um den Aktiv-Bereich, den Aktiv-Passiv-Bereich,
den Passiv-Bereich und den Transpassiv-Bereich) besteht nur innerhalb des Passiv-Bereichs,
d.h. innerhalb. des Bereichs der passiven Reststromdichte, eine im wesentlichen
stabile Korrosionsschutzschicht. Diese Korrosionsschutzschicht, welche aus einer
oxydischen Substanz besteht, wird auch als Passiv-Schicht bezeichnet und weist nur
eine verhältnismäßig geringe Dicke auf, reicht jedoch aus., um eine Korrosion des
zu schützenden, von. einem Elektrolyten benetzten Metalls ausreichend zu verhindern
oder zumindest herabzusetzen.
-
Bevor die Korrosionsschicht (Passiv-Schicht) aufgebaut wird, muß
der Aktiv-Bereich, in welchem bei einer Passivierungsstromdichte eine Korrosion
stattfindet, sowie der Aktiv-Passiv-Bereich durchlaufen werden. Nachdem der stabile
Passiv-Bereich mit größer werdendem Potential durchlaufen ist, bleibt die Korrosionsschutzschicht
zwar zunächst erhalten, jedoch wird diese bei weiterer Erhöhung des Potentials abgebaut.
-
Damit bei einem auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher angewendeten
Korrosionsschutz system die Passiv-Schicht gänzlich erhalten bleibt, ist es zweckmäßig,
Regeleinheiten vorzusehen, welcheden Strom und damit die Stromdichte sowie das Potential
derart regeln, daß-der in Fig. 8 dargestellte passive Bereich niemals verlassen
wird.