DE2360238A1 - Rohrbuendelwaermeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmeaustauscher, bestehend aus zweiteiligen mit Bohrungen versehenen Böden aus Graphit, zwischen den Bodenteilen angeordneten gas- und flüssigkeitsdichten Graphitfolien, sich zwischen den Böden erstreckenden, deren Bohrungen durchsetzenden Graphitrohren und einem Böden und Rohre umschließenden Mantel.

Zur Verkleinerung der stoffbedingten Permeabilität von zur Verwendung in Wärmeaustauschern vorgesehenen Rohren und Böden aus Graphit ist es bekannt, die Graphitteile - gegebenenfalls mehrfach - mit einem Kunstharz zu imprägnieren. Die erforderliche Dichtigkeit kleinerer oder dünnwandiger Graphitteile, wie z.B. Rohre, wird im allgemeinen ohne größeren Aufwand erreicht, während die Abdichtung von größeren Teilen, wie z.B. Böden, wegen ihrer herstellungsbedingt ungünstigen Porenstruktur zusätzliche Maßnahmen erfordert. Die Verwendbarkeit von Wärmeaustauschern mit imprägnierten Graphitteilen ist zudem beschränkt auf Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur des Imprägniermittels und auf solche Medien, die das Kunstharz nicht angreifen. Ein weiterer Nachteil der Kunstharzimprägnierung ist das als Nachschrumpfung bekannte Schwinden des Harzes, wodurch vor allem in größeren Graphitteilen, wie z.B. Böden, mit zunehmender Betriebszeit die Durchlässigkeit vergrößernde Spalten und Risse entstehen.

Nach der. deutschen Offenlegungsschrift 1 941 38 7 ist es bekannt, die Böden für Rohrbündelwärmeaustauscher aus

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mindestens zwei Teilen zusammenzusetzen und zwischen jeweils zwei Teile eine undurchlässige kohlenstoffhaltige Schicht zu kleben. Geeignete Schichten bestehen beispielsweise aus Graphitfolie mit einem in Luft gemessenen Permeabilitätskoeffizienten von

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10~ - 10 ~ cm /s. Die Aufgabe der impermeablen Schichten, die Gewährleistung der Dichtigkeit des Bodens auch bei zunehmender Durchlässigkeit der imprägnierten Graphitteile wird jedoch nur unvollständig erreicht, da die Böden gegen die Bohrungen nicht abgedichtet sind und in durchlässigen Böden das Kühl- oder Heizmittel unterhalb der in die Bohrungen des Bodens eingreifenden und mit diesen durch eine Kittschicht kraftschlüssig verbundenen Graphitrohren in die Bohrungen gelangen kann. Zudem sind Wärmeaustauscher mit eingekitteten Rohren wegen der Kunstharzkomponente des Kitts nicht für höhere Betriebstemperaturen geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile kunstharzimprägnierter Böden zu vermeiden und einen bei hohen Temperaturen verwendbaren und gegen korrosive Medien beständigeren Wärmeaustauscher zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rohrbündelwärmeaustauscher der eingangs genannten Art gelöst, dessen kopfseitige Bodenteile Bohrungen mit vergrößertem Durchmesser aufweisen, in die an den Graphitfolien anliegende Dichtelemente aus flexiblem Graphit angeordnet sind.

Zur Herstellung von flexiblem Graphit ist es bekannt, flockenförmigen Naturgraphit mit flüssigen Oxidationsmitteln zu behandeln und anschließend innerhalb einiger Sekunden auf etwa 1000°C zu erhitzen. Die gebildeten

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aufgeblähten Flocken werden dann beispielsweise durch Walzen oder Stampfen zu flexiblen Flächengebilden verdichtet. Flexibler Graphit ist für Flüssigkeiten und Gase undurchlässig und wie massiver Graphit gegen Alkalien und Säuren - ausgenommen einige stark oxidierende Säuren beständig. Nach der Erfindung sind Dichtelemente aus Graphitlaminat besonders vorteilhaft. Das durch Zusammenpressen mehreren übereinandergestapelter Graphitfolien hergestellte Graphitlaminat, mit Dichten·von etwa 0,5 bis 1,5 g/cm und einem linearen Kompressibilitäts-

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koeffizienten von etwa 4 · 10 bis 2 · 10 cm /kp ist selbstschmierend und ergibt bereits bei kleinen Verdichtungskräften eine sehr gute Querschnittsdichtheit, so daß die dem Dichtelement anliegenden Graphitteile nur geringfügig mechanisch belastet werden.

Die zweckmäßig in Form von Packungsringen in die Ringspalten zwischen Bohrungswaridungen der kopfseitigen Bodenteile und den in die Bohrungen eingreifenden .Graphitrohren eingesetzten und durch Muffen oder Keile angezogenen Dichtelemente pressen die zwischen den Bodenteilen angeordnete Graphitfolie gegen die austauscherseitigen Bodenteile, wodurch eine vollständige Abdichtung der Rohrböden erreicht wird.

Die Vorteile erfindungsgemäßer Rohrbündelwärmeaustauscher bestehen insbesondere darin, daß als Rohrböden nichtimprägnierte Graphitteile verwendet werden können und damit die Nachteile kunstharzimprägnierter Böden, insbesondere die mit der Betriebszeit zunehmenden Produktionsstörungen und Betriebsmittelverluste bedingende Undichtigkeiten vermieden werden. Die Verwendung von ausschließlich aus Graphit bestehenden impermeablen Rohren, deren Herstellung beispielsweise in der deutschen Patentschrift

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1 6 71 016 beschrieben ist, ergibt zudem einen ausschließlich aus Graphit bestehenden Wärmeaustauscher, dessen Verwendbarkeit nur durch die Stoffeigenschaften des Graphits begrenzt ist und der sowohl bei hohen Temperaturen betrieben als auch mit aggressiven fluiden Medien beaufschlagt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und

2 beispielhaft erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Rohrbündelwärmeaustauscher gemäß der Erfindung,

Fig. 2 stellt den vergrößerten Ausschnitt A in Figur 1 dar.

Der Wärmeaustauscher in Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Stahlmantel 1, der in bekannter Weise, etwa durch Gummierung, mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung versehen werden kann. Zur Zu- und Ableitung des wärme- ■ austauschenden Mediums sind Stutzen 2 und 3 angeschweißt. Innerhalb des Mantels ist ein Bündel aus Graphitrohren angeordnet, wobei die Rohre 4 in Bohrungen der zweiteiligen Rohrböden 5 und 5' eingreifen. Die Rohre sind in den kopfseitigen Bodenteilen 5· durch Stopfbüchsen 6 mit Packungen aus Graphitlaminat 7 fixiert, die stirnseitig an der Graphitfolie 8 zwischen den Bodenteilen anliegen. Gegen den Mantel sind die Bodenteile durch Packungen 9 aus Graphitfolie abgedichtet. Zu- und Ableitung des Produkts erfolgt über Kopfstücke 10, die ebenfalls mehrteilig mit eingelegten Graphitfolien ausgeführt werden können. Zum Ausgleich der unterschiedlichen thermisch bedingten Dehnung von Mantel und Rohren ist einer der Rohrböden schwimmend angeordnet.

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Zur Aufnahme der Packung 7 ist der kopfseitige Bodenteil 5· mit vergrößerten Bohrungen versehen, in die Elemente zum An- und Nachziehen der Packung eingreifen (Fig. 2). Geeignete Spannelemente sind beispielsweise Graphitmuffen mit Außengewinde 11.

Die Erfindung ist nicht auf das zeichnerisch dargestellte Beispiel beschränkt. Insbesondere können die Dichtelemente in Stopfbüchsenkonstruktionen ausgeführt sein, die einen Dehnungsausgleich zwischen den Graphitrohren und fest mit dem Mantel verbundenen Böden ermöglichen.

2 Figuren

2 Patentansprüche

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   l.yRohrbündelwärmeaustauscher, bestehend aus zweiteiligen mit Bohrungen versehenen Böden aus Graphit, zwischen den Bodenteilen angeordneten gas- und flüssigkeitsdichten Graphitfolien, sich zwischen den Böden erstreckenden, deren Bohrungen durchsetzenden Graphitrohren und einem Böden und Rohre umschließenden Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der kopfseitigen Bodenteile einen vergrößerten Durchmesser aufweisen und zwischen Rohr- und Bohrungswandungen an den Graphitfolien anliegende Dichtelemente aus flexiblem Graphit angeordnet sind.
2. 2. Rohrbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtelemente aus Graphitlaminat bestehen.

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