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Wärmetauscher für Hochdruck- und Hochtempe-
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ratureinsatz Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für zwei
Fluide mit in einem geschlossenen zylindrischen Behälter verlaufenden Rohren zur
Führung des ersten Fluids, bei dem der Außenraum um die Rohre zur Aufnahme des zweiten
Fluids vorgesehen ist und bei dem alle Zuführungen und Abführungen im Deckel des
Behälter angeordnet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmetauschers.
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Derartige Wärmetauscher in bisher bekanntgewordenen Bauarten können
Jedoch, wenn Fluide mit hohem Druck und hoher Temperatur miteinander in Wärmetausch
gebracht werden sollen, nur begrenzt eingesetzt werden. In solchen Anwendungsfällen
ergeben sich bei den beschriebenen Wärmetauschern erhebliche Probleme. Zum einen
erfordern Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 900 - 1300 K den Einsatz
hochwertiger Speziallegierungen, die wegen ihrer Legierungsbestandteile teuer sind
und in diesem Temperaturbereich bereits geringe Festigkeit aufweisen. Zum anderen
müssen, wenn die Fluide auch noch unter Druck vorliegen, die Wandstärken der druckbelasteten
Teile vergrößert werden, was die Kosten weiter erhöht. Außerdem werden bei größerer
Dimensionierung des Wärmetauschers sehr
tald Abmessungen erreicht,
bei denen die Belastbarkeit des Wärmetauschers nicht mehr nach Standardtabellen
berechenbar und das Material nicht mehr beschaffbar ist. Auch nimmt der Wärmetauscher'ein
Gewicht an, das nicht mehr transportierbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher
zu entwickeln, der auch noch bei hohen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücken
einsetzbar ist und der kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß die Rohre
vom Deckel aus in der Nähe der Behälterwand in Richtung Behälterboden, von dort
zur Behälterachse hin und innerhalb der äußeren Rohrabschnitte zum Deckel zurückverlaufen
und an beiden Enden in durch den Behälterdeckel nach außen geführte Sammelrohre
münden, daß die äußeren und inneren Abschnitte der Rohre durch einen Mantel voneinander
getrennt sind, der an seiner Unterseite gegen den Behälterinnenraum offen und an
seiner Oberseite dicht mit einem konzentrisch um das innere Sammelrohr angeordneten
zweiten Rohr zur Durchführung des zweiten Fluids durch den Deckel verbunden ist,
daß konzentrisch unter Bildung von Ringräumen um die äußeren Sammelrohre für das
erste Fluid und/oder um das zweite Rohr Jeweils weitere Rohre angeordnet sind, die
mit dem ringförmigen Teilraum zwischen Mantel und Behälterwand in Verbindung stehen,
wobei die um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid angeordneten weiteren Rohre
als Durchführungen für das zweite Fluid ausgebildet sind.
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Der Gehäuseinnenraum des erfindungsgemäßen Wärmetauschwers ist durch
einen zylindrischen Mantel in einen inneren Teilraum mit kreisrörmigen Querschnitt
und in einen äußeren, um den inneren Teilraum angeordneten ringförmigen Teilraum,
der sich zwischen Mantel und Gehäusewand erstreckt, aufgeteilt. Die beiden Teilräume
stehen nur in der Nähe des Behälterbodens miteinander in Verbindung. In Deckelnähe
ist der Mantel dicht nut einem Rohr verbunden, das zentrisch durch den Deckel aus
dem Behälter geführt und als DurchfUhrung für das zweite Fluid ausgebildet ist.
Entlang der Teilräume verlaufen Rohre für das erste Fluid. Die Rohrabschnitte im
inneren Teilraum münden in
ein innerhalb des mit dem Mantel verbundenen
Rohres angeordnetes Sammelrohr, die äußeren Rohrabschnitte münden in mehrere über
dem äußeren Teilraum befindliche Sammelrohre, wobei die Sammelrohre zur Zu- und
Abführung des ersten Fluids dienen. Um das zentrische Zuführungsrohr für das zweite
Fluid und um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid sind unter Bildung von
Ringräumen mit dem Deckel verbundene weitere Rohre angeordnet, wobei die Ringräume
zwischen den Sammelrohren und den weiteren Rohren mit dem äußeren Teilraum in Verbindung
stehen und die um die äußeren Sammelrohre angeordneten weiteren Rohre als Durchführungen
für das zweite Fluid ausgebildet sind. Die Fluide werden in der Weise in den Wärmetauscher
geführt, daß sich das heiße Ende in der Achse des Wärmetauschers befindet und das
kalte Ende des Wärmetauschers außerhalb der Achse. Sämtliche Zylinderwände des Wärmetauschbehälters,
der Boden, die äußeren Durchführungen und Sammelrohre und der äußere Teil des Deckels
befinden sich dann beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher auf der kalten Seite. Die
einzigen Bauteile des Wärmetauschers, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, sind
das zentrische Sammelrohr für das erste Fluid, die mit dem Mantel verbundene Durchführung
für das zweite Fluid und das um diese Durchführung angeordnete weitere Rohr, das
Jedoch an seinem unteren Ende mit der kalten Seite des Deckels verbunden ist und
daher nur im oberen Teil kritische Temperaturen erreicht. Sämtliche heißen und damit
kritischen Bauteile weisen beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher kleine Durchmesser
auf.
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Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion eines Wärmetauschers wird
der Vorteil erreicht, daß nicht der gesamte Wärmetauscher hohen Temperaturen ausgesetzt
ist, sondern nur noch Teilbereiche mit einfacher Geometrie, die auch bei großer
Auslegung des Wärmetauschers klein dimensioniert werden können.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann daher auch bei hohen Temperaturen
und Drücken eingesetzt und mit großen Abmessungen geliefert werden. Die im kritischen
Bereich auftretenden Störstellen im Spannungsverlauf sind klein und die dort auftretenden
Spannungen
lassen sich mit Standardrechnungen bestimmen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
ist das um das zweite Rohr angeordnete weitere Rohr mit einer Kühlwicklung versehen.
Das weitere Rohr besitzt an seinem oberen Ende im wesentlichen die Temperatur des
heißeren der beiden Fluide, mit dessen Durchführung es hier verbunden ist, während
es am unteren Ende am Deckel des Wärmetauschers befestigt ist und dort die Temperatur
des kälteren Fluids besitzt. Da in dem Ringraum zwischen dem zweiten Rohre und dem
um das zweite Rohr angeordneten weiteren Rohr keine Strömung herrscht, wird ein
gewisser. Anteil der Wärme im zweiten Rohr auf das weitere Rohr übertragen. Die
Kühlwicklung dient zur Abführung der Wärmemenge, die einerseits durch Wärmeleitung
und andererseits durch Strahlung und Konvektion vom zweiten Rohr her auf das weitere
Rohr übertragen wird.
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Es erweist sich als günstig, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Wärmetaustchsers mit Abstand zum Deckel des Wärmetauschbehälters
eine mit dem Deckel fest verbundene Versteifungsplatte angeordnet ist.
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Die Versteifungsplatte kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des
Wärmetauschbehälters angebracht sein. Ist der Dekkel des Wärmetauschers eben, so
empfiehlt sich die Verwendung einer ebenen Versteifungsplatte, während bei einem
gekrümmen Deckel die Versteifungsplatte sowohl eben als auch gekrümmt sein kann.
Die Verbindung zwischen Deckel und Versteifungsplatte kann sowohl über die weiteren
Rohre und/oder die Seitenwand des Behälters und/oder über sonstige Zuganker erfolgen.Die
Versteigungsplatte nimmt einen Teil der Druckkräfte auf, denen der Deckel ausgesetzt
ist. Die Wandstärke des Deckels kann bei gleichem Druckaufnahmeverfahren verringert
werden. Dieser Vorteil bewirkt niedrigere Materialkosten.
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Bei einer bevorzugten Aus führungs form des Gegenstandes der vorliegenden
Erfindung sind die inneren Rohrabschnitte mit einem Dichthemd versehen, das mit
dem Mantel verbunden ist.
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Das Dichthemd hat den Zweck, den Raum zwischen den Rohren und dem
Mantel abzudichten, um ein Hinterströmen der Rohre durch das im Außenraum der Rohre
geführte Fluid und damit eine Verschlechterung der Wärmeübertragung zu verhindern.
Zweckmäßigerweise ist zwischen Mantel und Dichthemd eine Wärmeisolierung vorgesehen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
sind die äußeren Rohrabschnitte mit einem Dichthemd versehen, das mit der Innenseite
der Behälterwand verbunden ist. Damit wird ebenfalls ein Hinterströmen der Rohre
verhindert. Zur Absenkung der Temperatur an der Behälter wand wird als weitere Ausgestaltung
das Ausfüllen des Zwischenraumes zwischen Dichthemd und Behälterwand mit einer Wärmeisolierung
vorgeschlagen.
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Als vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen,
den Behälter mindestens teilweise mit einer Schüttung zu füllen. Die Schüttung schützt
den Wärmetauscher vor Verunreinigungen, z.B. Staub- oder Rußteilchen, die durch
das im Außenraum der Rohre geführte Fluid eingetragen werden.
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Es ist günst ig, wenn bei einem erfindungsgemaßen Wärmetauscher,
bei dem um die äußeren Sammelrohre für das erste Fluid kein weiteres Rohr angeordnet
ist, um das um das zweite Rohr angeordnete weitere Rohr ein mit dem Deckel verbundener
Zylinder, der mindestens den Durchmesser der inneren Rohrabschnitte aufweist und
an dem Durchführungen für das zweite Fluid vorgesehen sind, angeordnet ist und die
die mit den äußeren Rohrabschnitten verbundenen Sammelrohre unterhalb des Deckels
zur Behälterachse umgebogen und durch den Zylinder nach außen geführt sind. Die
Aufhängung der äußeren Rohrabschnitte kann sowohl am Zylinder als auch an den oberen
Enden der äußeren Rohrabschnitte erfolgen.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit gewickelten
inneren und äußeren Rohrabschnitten wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem in
getrennten Arbeitsgängen die Rohrabschnitte auf einz«eites Kernrohr, dessen Innendurchmesser
größer
ist als der Durchmesser der äußersten Wicklung der inneren Rohrabschnitte, gewickelt
werden, anschließend die beiden gewickelten Abschnitte ineinander geschoben, die
Rohrquerschnitte miteinander verbunden und zuletzt beide Abschnitte mit einem Gehäuse
umgeben werden Bisher war es üblich, gewickelte Wärmetauscher in einem Arbeitsgang
auf ein Kernrohr zu wickeln. Mit dieser Methode werden bei einem Gewicht des Wärmetauschers
von etwa 70 t bis 120 t herstellungstechnische Grenzen erreicht. Das Kernrohr, auf
das die Wicklungen aufgebracht werden, ist während der Fertigung an seinen beiden
Enden drehbar gelagert. Erreicht der Wärmetauscher ein Gewicht von 70 bis 120 t,
knickt das Kernrohr in der Mitte durch. Als Abhilfe wäre es denkbar, den Durchmesser
des Kernrohres zu vergrößern, damit vergrößert sich aber auch das Schadvolumen des
Wärmetauschers. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird
ebenfalls das Kernrohr bis zur maximal möglichen Last mit Wikklungen versehen. Da
Jedoch der äußere Teil der Wicklungen auf ein separates Kernrohr gewickelt wird,
kann dieser Teil ebenfalls bis zu einem Gewicht von 70 bis 120 t ausgelegt werden
(in der Praxis kann ein größeres Gewicht erreicht werden, da das äußere Kernrohr
einen größeren Durchmesser aufweist und daher stabiler ist. Werden beide Teile gleichzeitig
gefertigt, verkürzt sich die Bauzeit für den Wärmetauscher umd die Hälfte.
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Beim Transport auf die Baustelle erweist es sich wiederum als günstig,
daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus mehreren Teilen gefertigt ist, da die
Grenze der Transportierbarkeit mit herkömmlichen Transportmitteln bei etwa 150 t
Gewicht'liegt.
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Die Einzelteile des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Wärmetauschers bleiben deutlich unterhalb dieser Grenze und können daher ohne weiteres
transportiert werden.
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Auf der Baustelle kann aus den Teilen Jedoch ein Wärmetauscher von
weit über 150 t Gewicht zusammengebaut werden.
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Es ist selbstverständlich möglich, daß das erste Fluid aus mehreren
verschiedenartigen Bestandteilen besteht, die getrennt voneinander durch die Rohre
strömen. In diesem Fall weisen die Durchrührungen getrennte Strömungswege für die
Bestandteile auf.
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Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand von
schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher im Querschnitt,
die Figuren 2a bis e verschiedene Ausführungen und Anordnungen einer Versteifungsplatte
für den Deckel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Figur 3 eine modifizierte
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Figur 4 eine weitere Modifikation
des erfindungsgemaßen Wärmetauschers.
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Am Beispiel der Kohlevergasung mit Hilfe eines Druckwasserreaktors
soll da: Prinzip eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers gezeigt werden. Im Wärmetauscher
wird der Wärmeinhalt des Reaktionsgases auf den im Kernreaktor erzeugten Dampf übertragen.
Der Verfahrensdruck ist auf beiden Seiten etwa 60 bar, die Verfahrenstemperatur
am warmen Ende liegt bei 900 bis 1250 K. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß der
Wirkungsgrad der gesamten Anlage bei steigender Temperatur und steigendem steigendem
Druck auf der Reaktordampfseite zunimmt. Der Reaktordampf liegt z.B. mit einer Temperatur
von 500 bis 600 K vor.
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Der Wärmetauscher gemäß Figur 1 besteht aus einem zylindrischen Behälter
1 mit vertikaler Hauptachse, der an seiner Oberseite mit einem Deckel 2 verschlossen
ist. Im Behälterinnenraum ist um die Behälterachse ein zylinderischer Mantel 3 angeordnet,
der
den Behälterinnenraum in einen kreisförmigen inneren Teilraum 4 und einen ringförmigen
äußeren Teilraum 5 trennt. Beide Teilräume 4, 5 stehen am unteren Ende des Mantels
miteinander in Verbindung. Durch die Teilräume 4, 5 verlaufen Rohre 6a, 6b, die
vom Deckel 2 an der Behälteraußenwand entlang in Richtung Boden, dort zur Behälterachse
hin und innerhalb des Mantels 3 zum Deckel 2 zurückverlaufen. Die Rohre sind zweckmäßigerweise
zu Rohrbündeln zusammengefaßt und im äußeren Teilraum 5 um den Mantel 3 und im inneren
Teilraum 4 um ein Kernrohr 21 gewickelt. Ein gewickelter Wärmetauscher ermöglicht
wegen des guten Wärmeübergangs und der großen Heizflächendichte bei vorgegebener
Größe und vorgegebenem Gewicht den größten Wärmeumsatz. Die Art der Wicklung richtet
sich nach den Anforderungen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Rohre im
wesentlichen geradlinig durch die Teilräume 4, 5 zu führen oder gewickelte und geradlinige
Abschnitte in den beiden Teilräumen 4, 5 zu kombinieren. Die Rohre können sowohl
aus einem Stück gefertigt und durch Umbiegen aus dem Teilraum 5 in den- Teilraum
4 geführt sein, wie dies bei 7 angedeutet ist, es ist Jedoch auch möglich, die zwei
getrennten Rohrabschnitte 6a und 6b über miteinander verbundene Rohrböden zusammenzuführen,
wie dies bei 8 angedeutet ist. Die Verbindung bei 7 oder 8 trägt dazu bei, Spannungen,
die aufgrund des Temperaturunterschieds in den Rohrabschnitten 6a und 6b auftreten,
auszugleichen. An ihrem oberen Ende münden die äußeren Rohrabschnitte 6a in Sammelrohre
9, 9'. Die Anzahl der Sammelrohre wird den Betriebsanforderungen angepaßt.
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Die inneren Rohrabschnitte 6b münden in Eh zentrisch im Behälter angeordnetes
Sammelrohr 10. Das zentrische Sammelrohr 10 ist unter Bildung eines Ringraumes von
einem koaxialen zweiten Rohr 11 umgeben; das als Zuführung für das heiße Reaktionsgas
ausgebildet ist und das an seiner Unterseite dicht mit dem Mantel 3 verbunden ist
Die Teilräume 4 und 5 sind-dadurch in Deckelnähe voneinander getrennt. Koaxial um
die Sammelrohre 9
und 9' sind weitere Rohre 12, 12! angeordnet,
die als Abführungen für das abgekühlte Reaktionsgas ausgebildet sind und die auf
der Unterseite fest mit dem Deckel 2 verbunden sind.
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Das um das zentrische Sammelrohr 10 angeordnete zweite Rohr 11 ist
von einem weiteren Rohr 13 unter Bildung eines mit dem Teilraum 5 verbundenen Ringraums
umgeben. Im hier beschriebenen Beispiel wird der Reaktordampf bei 14, 14' mit 500
bis 600 K in die Sammelrohre 9, 9' geleitet und bei 15 mit etwa 850 bis 1200 K aus
dem zentrischen Sammelrohr abgeführt. Das heiße Reaktionsgas mit etwa 900 bis 1250
K wird bei 16 in das zentrale zweite Durchführungsrohr 11 geleitet, kühlt sich durch
Wärmetausch mit dem Reaktordampf ab und verläßt den Wärmetauscher bei 17, 17t mit
etwa 550 bis 700 K. Es ist auch eine andere Führung der Fluide als die beschriebene
möglich, so kann das heißere der Fluide durch das Sammelrohr 6 und das kältere über
die Durchführungen 12, 12' zugeführt~werden, entscheidend ist, daß das heiße Ende
des Wärmetauschers in der Behälterachse liegt. In dem Beispiel ist es sinnvoller,
das Reaktionsgas nicht in den Rohren zu führen, weil in dem Reaktionsgas enthaltene
Ruß- und Staubteilchen an den unzugänglichen Rohrinnenwänden zu unerwünschter Korrosion
und Verlegung führen. Um das weitere Rohr 13 ist eine Kühlwicklung 18 vorgesehen,
die entweder von einem dritten Fluid (wie bei 19) oder von dem kälteren der beiden
wärmetauschenden Fluide (wie bei 20) durchflossen ist. Die inneren und äußeren Abschnitte
6a, 6b der Rohre des Wärmetauschers sind von Dichthemden 22a, 22b umschlossen. Die
Dichthemden umschließen Jeweils die äußere Lage der Rohre dicht und sind mit ihren
Rändern am Mantel 3 bzw. an der Behälterwand befestigt. Sie verhindern ein Hinterströmen
der Rohre durch das Reaktionsgas. Zwischen dem äußeren Dichthemd 22b und der Behälterwand
kann eine Wärmeisolierung eingefügt sein, die jedoch nicht dargestellt ist. Die
Isolierung kann sich über die gesamte Behälterwand erstrecken. Auch zwischen dem
Mantel 3 und dem Dichthemd 22a kann bei Bedarf eine Wärmeisolierung vorgesehen sein.
Zum Verständnis der Wirkungsweise des Wärmetauschers sei
erwähnt,
welche Bauteile kritischen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Innerhalb des
Behälters 2, den Durchführungen für die Fluide und in den Rohren herrscht überall
ein Druck von etwa 60 bar. Die Zuführungen 9> 9?, 11> die Abführungen 10,
12, 12', der Behälter 1, der Deckel 2, die weiteren Rohre 13 und aus Sicherheitsgründen,
für den Fall, daß das Reaktionsgas ausfällt, üblicherweise auch die Rohre, in denen
der Dampf vom Kernreaktor strömt, müssen für diesen Druck ausgelegt sein.
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Da auf beiden Seiten des Mantels 3 annähernd derselbe Druck herrscht,
braucht der Mantel 3 nicht für Hochdruck ausgelegt zu sein.
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Die höchsten Temperaturen im Wärmetauscher werden im Sammelrohr 10,
im zweiten Rohr 11 und im oberen Teil des weiteren Rohres 13 erreicht. Diese Bauteile
sind aus hochwertigen Legierungen, z.B. Incoloy, gefertigt. Durch die Kühlwicklung
18 und den Kontakt mit dem Deckel 2 stellt sich im weiteren Rohr 13 nach unten ein
negativer Temperaturgradient ein. Der Ringraum zwischen den Rohren 11 und 13 ist
mit Reaktionsgas gefüllt. Durch den Ringraum und die Kühlwicklung ist der Dekkel
weitgehend von dem heißen Rohr 11 thermisch getrennt. Der Ringraum wird zweckmäßigerweise
nicht zu dick gebaut, um dort Gasturbulenzen zu vermeiden. Außerdem kann zur Verbesserung
der Wärmeisolierung ein Isoliermaterial in den Ringraum eingebracht sein. Die.Störstellen
a,b,c,d,e im Spannungsverlauf sind mit in der Figur nicht eingezeichneten Ringversteifungen
versehen.
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Die besonders korrosionsgefährdeten Teile innerhalb des Mantels 3
sind leicht zugänglich, da auf beiden Seiten des Mantels derselbe Druck herrscht
und der Mantel deshalb unbedenklich aufgeschnitten und wieder zugeschweißt werden
kann, weil er kein Druckbehälterbauteil darstellt.
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Die Figuren 2a bis e zeigen verschiedene Möglichkeiten, den Deckel
2 des Wärmetauschers mit Hilfe einer Versteifungsplatte 23a bis e zu entlasten.
Gleiche Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig.l. In allen Beispielen
hat die Versteitungsplatte etwa dieselbe Temperatur wie die Fluide
auf
der kalten Seite des Wärmetauschers. In den Figuren 2a und 2b ist die Kombination
des ebenen Deckels 2 mit ebenen Versteifungsplatten 23a und 23b dargestellt. Die
Platte 23a in Figur 2a ist mit den weiteren Rohren 12, 12' verbunden und weist eine
Aussparung für das heiße Sammelrohr 10 auf.
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In Figur 2 b ist die Versteifungsplatte 23b unterhalb der Kühlwicklung
18 angeordnet und außer an den weiteren Rohren 12, 12' auch am weiteren Rohr 13
befestigt. Durch die zusätzliche Befestigung in der Mitte hat die Biegelinie für
den Deckel 2 bei Belastung einen weitaus günstigeren Verlauf.
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In Figuren 2c und 2d zeigen mögliche Kombinationen eines gewölbten
Deckels 2' mit ebenen Versteifungsplatten 23c und 23d. Die Versteifungsplatte 23c
in Figur 2c ist innerhalb des Behälters 1 angeordnet und an der Behälterwand sowie
über Zuganker 24 am Deckel 2 befestigt. Für die Sammelrohre 9, 9' und das weitere
Rohr 11 sind Aussparungen vorgesehen, durch die das Reaktionsgas strömt. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist die Behälterwand
2 bis zu der oberhalb des Deckels angeordneten Versteifungsplatte 23d hochgezogen
und mit dieser verschweißt (Figur 2d). Die Versteifungsplatte 23d ist außerdem mit
den weiteren Rohren 12, 12' verschweißt. In der Mitte ist eine Durchführung für
das zweite Rohr 11 vorgesehen.
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Selbstverständlich sind neben den gezeigten Anordnungen für die Versteifungsplatte
weitere Anordnungen möglich, so kann beispielsweise in Figur 2a oder 2b ebenfalls
die Behälterwand bis zur Versteifungsplatte hochgezogen und mit ihr verschweißt
sein.
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Im Beispiel gemäß Figur 2e ist eine gewölbte Versteifungsplatte mit
einem Deckel 2 mit gleicher Wölbung verbunden. Die Verbindung wird über Bolzen 25
hergestellt.
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Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Wärmetauschers. Dabei weist das zweite Rohr 11 denselben Durchmesser auf wie der
Mantel 3. Die besonders
der Kowrosi OTI ausgesetzben inneren Roh!abschnitte
können mit dem oamrnelrohr 10 und dem i)L'chthetd he ausgezogen und gereinigt oder
ausgetauscht werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Verschlußplatte des
zweiten Rohres 11 abzunehmen, sowie die Verbindung des Dichthemds 22a mit dem Mantel
3 zu lösen und die Verbindung zwischen den inneren und den äußeren Rohrabschnitten
zu durchtrennen (Schwef. ßnähte 26-29).
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Besonders vorteilhaft ist es (Fig.4), wenn gemäß einer Modifikation
des Erfindungsgegenstandes auf den Behälter 1 ein Zylinder 30 aufgesetzt ist, der
das weitere Rohr 13 unterhalb der Kühlwicklung 18 umschließt unc der mindestens
den Durchmesser der äußersten Wicklung der inneren Rohrabschnitte 6b aufweist. Bei
dieser Ausführlngsform kann der Durchmesser des weiteren Rohres 13, das sich an
seinem oberen Ende auf hoher Temperatur befindet, klein gehalten werden und trotzdem
ein Auswechseln der inneren Rohrabschnitte ob durchgeführt werden.
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Der Zylinder 30 ist bis zum Mangel 3 nach innen verlängert und mit
diesem als Aufhängevorr ehtung für die äußeren Rohrabschnitte 6a verbunden werden.
Im Abschnitt zwischen dem Zylinder und dem Mantel 3 sind Öffnungen 31,32 zur Durchführung
der Fluide vorgesehen. Die Öffnungen 31,32 können außerdem bei Wartungsarbeiten
als Durchstiege benutzt werden.
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Der Zylinder 30 nimmt sowohl die Sammelrohre 9? für den Reaktordampf
als auch die Stutzen für den Reaktionsgasaustritt auf, dadurch treten am Behälterdeckel
2 keine zusätzlichen Störstellen auf.
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Es ist grundsatzlich auch möglich, die äußeren Rohrabschnitte 6a
mit. ihren Sammelrohren 9! 1 am Behälterdeckel 2 aufzuhängen. Die Befestigung ist
derart, daß die Sammelrohre T-Stücke aufweisen, deren gerader Durchgang bis zum
Deckel 2 geführt und dort als Aufhängung ausgebildet ist. Die Fluidführung geschieht
über die Abzweigung. Zum Schutz des Deckels 2 vor zusätzlicher Belastung (Druck,Temperatur)
ist über dem
T-Stück in der Aufhängur,g eine Trennplatte 33 eingeschweißt.
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De- sich darüber ergebende Raum ist über eine Druckausgleichsbohrung
mit dem äußeren Teilraum 5 verbunden. Der Deckel 2 hat somit über die gesamte flache
den gleichen Druck. Sollte jedoch der Druck im ßohrraum!leine Entlastung des Deckels
2 bewirken, so ist die Trennplatte und die Ausgleichsbohrllng zu unterlassen.
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Das 'eaktion,gas wird bei 16 eingeleitet und verläßt den Wärmetauscher
übr am Zylinder 30 angeordnete Stutzen (Pfeil 17).
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Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
ist es möglich in den Behälter 1 eine Schüttung, z.B. aus einem Katalysatormaterial,
einzufüllen.
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Neben dem genannten Anwendungsbeispiel ist selbstverständlich eine
Verweldung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bei jedem Wärmetauschvorgang möglich,
bei dem die Fluide unter hohem Druck und bei rohen Temperaturen vorliegen.
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Zuletzt sei toch der Zusammenbau einnes erfindungsgemäßen Wärmetauschers
beschrieben. Der Wärmetauscher wird im wesentlichen aus vier Teilen - innere Wicklung,
äußere Wicklung, zylindris(her Behälter mit Deckel, Beh-lterboden mit einer Standzarge
- gleichzeitig gefertigt. Jedes Bauteil für sich kann dabei bis zum maximalen Transportgewicht
annehmen.
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Am Einsatzort des Wärmetauschers wird zunächst der untere Boden mit
Standzarge aufgestellt. In diesem wird ein Säulentisch als Montagehilfe errichtet.
Auf dem Montagetisch wird die innere Wicklung mit Dichthemd gestellt. Anschließend
wird die äußere Wicklung, die ebenfalls mit einem Dichthemd geliefert wird, über
die innere Wicklung geschoben, wobei das Kernrohr der äußeren Wicklung den Trennmantel
zwischen den beiden Wicklungen bildet. Nun wird die Behälterwand mit Deckel und
Durchführungen üzer die äußere Wicklung gesetzt und mit dem unteren Boden verschweißt.
Die innere, die äußere Wicklung und der Trennmantel werden mit dem Deckel verbunden,
dann der Montage tisch abgebaut. Zuletzt wird das innere Dichthemd mit
dem
Mantel und das äußere mit der Behälterwand verbunden, außerdem werden die beiden
Wicklungen im unteren Teil des Wärmetauschers verbunden.
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Wenn das zur Aufstellung des Montagetisches erforderliche Loch im
BehäRterboden vermindert werden soll, wird der Wärmetauscher zweckmäßigerweise wie
folgt zusammengebaut: Zuerst wird der Mantel mit verscheißtem Boden aufgestellt,
gleichzeitig werden die innere und die äußeren Wicklungen ineinandergeschoben und
miteinander verbunden.
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Iii den Wicklungen ist ein parallel zum Kernrohr verlaufen des Rohr
34 (Fig.4) angeordnet, das vom oberen bis zum unteren Ende der Wicklungen reicht.
In den Behälterböden wird Wasser eingefüllt und gefroren. Dic Wicklungen werden
in den Behälter 1 gehoben und auf der Eisfläche abgestellt.
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Anschließend wird der Deckel 2 aufgesetzt und die Verbindungen wischen
den Rohren und den Durchführungen hergestellt. Die Wicklungen hängen nun am Deckel.
Das Wasser im Boden wird geschmolzen und über einen durch das Rohr 34 eingeführten
Schlauch abgesaugt. Zuletzt wird das Rohr 34 verschlossen.
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