DE3112154A1 - "behandlungsbehaelter mit als waermetauscher ausgebildetem behaeltermantel" - Google Patents

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

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Die Erfindung bezieht sich auf einei. Behandlungsbehälter für den chemischen Apparatebau u. dgl. mit dls Wärmetauscher ausgebildetem Behältermantel, wobei der Behält ermantel aus einem Mantelblech und zumindest einem außen aufgeschweißten Wärmetauscherhalbrohr besteht, welches schraubenwendelföniig geführt ist. Solche Behälter werden als Rührbehälter, Kolonnen, Vorlagen, Lagerbehälter u. dgl. Apparate eingesetzt, in denen chemische Reaktionen ablaufen oder in denen Produkte erwärmt oder gekühlt werden müssen. Der Behandlungsbehälter mag als Druckbehälter oder druckloser Behälter mit oder ohne Deckel ausgeführt sein. Auf den Behältermantel kann ein einziges Wärmetauscher!lalbrohr schraubenwendelförmicj aufgesetzt sein, es können aber auch deren mehrere, gleichsam wie bei einer mehrgängigen Schraube, vorgesehen sein. Im folgenden wird aus terminologischen Gründen st ets nur von einem Wärmetauscherhalbrohr gesprochen.

Bei den (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Behandlungsbehältern besitzt das Wärmetauscherhalbrohr einen halbkreisförmigen Querschnitt. Es ist aus einem Blechband vorgegebener Breite gebogen. Der Windungsabstand ist nach wärmeaustauschtechnischen Gesichtspunkten und so gewählt, daß beim Aufschweißen des Wärmetauscherhalbrohres auf das Mantelblech die Schweißarbeiten ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden können. Für den Wärmeaustausch ergibt sich daraus und aus anderen konstruktiv und thermodynamisch bedingten Parametern ein bestimmter für den Behandlungsbehälter eigentümlicher Wärmeaustauschwirkungsgrad. Der Wärmeaustauschwirkungsgrad gattungsgemäßer Behandlungsbehälter ist besser als der üblicher Doppelmantelbehälter, jedoch sind Mate-

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rialeinsatz und Fertigungsaufwand, letzterer hauptsächlich bestimmt durch die Länge der Schweißnaht beim Aufschweißen des Wärmetauscherhalbrohres auf das Mantelblech, erheblich größer als bei einem üblichen Doppelmantelbehälter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Behandlungsbehälter so weiter auszubilden, daß ohne Beeinträchtigung des Wärmeaustauschwirkungsgrades Materialeinsatz und Fertigungsaufwand reduziert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Wärmetauscherhalbrohr einen halbellipsenförmigen Querschnitt aufweist, Achsenverhältnis große Achse/kleine Achse im Bereich von 2 bis 4, vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 3,5, und daß die kleine Achse orthogonal zum Mantelblech angeordnet ist. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem gattungsgemäßen Behandlungsbehälter, bei dem die Wärmetauscherhalbrohre aus einem Blechband vorgegebener Breite gebogen sind, erheblich an Material- und Fertigungsaufwand, nämlich Schweißnahtlänge, eingespart werden kann, wenn das Blechband der vorgegebenen Breite nicht zu einem halbkreisförmigen Querschnitt sondern vielmehr zu einem halbellipsenförmigen Querschnitt gebogen wird. Weist der haibellipsenförmige Querschnitt das angegebene Achsenverhältnis auf und ist er so angeordnet, daß die kleine Achse orthogonal zum Mantelblech verläuft, so kann, bei sonst gleichen konstruktiven und thermodynamisehen Parametern, nicht nur der Wärmeaustauschwirkungsgrad gehalten sondern überraschenderweise sogar verbessert werden. Besonders günstig liegen die Verhältnisse, wenn das Achsenverhältnis große Achse/ kleine Achse etwa bei 3 liegt.

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Im folgenden werden die Erfindung urd die erreichten Vorteile anhand einer lediglich ein Ausführungi;beispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstel- ■ lung

Fig.. 1 teilweise im Längsschnitt eiren Ausschnitt aus einem bekannten Behandlungsbehälter pit als Wärmetauscher ausgebildetem Behältermantel,

Fig. 2 entsprechend der Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Behandlungsbehälters und

Fig. 3 mit den Teilfiguren a, b und c in einem vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 2 verschiedene halbelliptische Wärmetauscherhalbrohrquerschnitte eines erfindungsgemäßen Behandlungsbehä]ters.

Die in den Figuren ausschnittsweise dargestellten Behandlungsbehälter 1 sind für den chemischen Apparatebau u. dgl. bestimmt. Sie besitzen einen als Wärmetauscher ausgebildeten Behältermantel 2, 3. Der Behältermantel 2, 3 besteht seinerseits aus einem Mantelblech 2 und im Ausführungsbeispiel einem außen aufgeschweißten Wärmetauscherhalbrohr 3. Dieses Wärmetauscherhalbrohr 3 ist schraubenwendelförmig geführt.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist dargestellt worden, wie ein solcher Behandlungsbehälter 1 nach dem Stand der Technik aufgebaut ist. Man erkennt den halbkreisförmigen

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Querschnitt des Wärmetauscherhalbrohres 3. In der Fig. 2 erkennt man, daß das Wärmetauscherhalbrohr 3 einen halbellipsenförmigen Querschnitt aufweist. Die Anordnung ist so getroffen, daß die kleine Achse e dieses halbellipsenförmigen Querschnittes orthogonal zum Mantelblech 2 angeordnet ist. Nimmt man die Fig. 3 mit den Teilfiguren a, b und c hinzu, so erkennt man, daß das Achsenverhältnis große Achse f/kleine Achse e im Bereich von 2 bis 4 liegt. In der Teilfigur a beträgt das genannte Achsenverhältnis 2. In der Fig. b 3, in der Teilfigur c 4. Vorzugsweise arbeitet man mit einem Achsenverhältnis bei 3.

Eine vergleichende Betrachtung der Fig. 1 und 2 macht unmittelbar deutlich, daß bei gleichem Windungsabstand m des auf das Mantelblech 2 schraubenwendelförmig aufgeschweißten WärmetauseherhaIbrohres 3 eine beachtliche Reduzierung der Schweißnahtlänge erreicht wird. Beträgt das Achsenverhältnis f/e große Achse/kleine Achse (vgl. Fig. 3a) etwa 2, so erreicht man eine Reduzierung der Schweißnahtlänge um etwa 20 %. Liegt das genannte Achsenverhältnis f/e bei 3, so beträgt die Reduzierung der Schweißnahtlänge etwa 25 %. Liegt das Achsenverhältnis f/e bei 4, so läßt sich eine Reduzierung der Schweißnahtlänge um etwa 30 % erreichen. Gleichzeitig reduziert man erheblich den Materialeinsatz, erreicht man nämlich eine Verkürzung des Blechbandes, aus dem das Halbrohr 3 gebogen ist. überraschenderweise erreicht man aber auch eine Verbesserung der Wärmeübergangszahl, die bei einem Achsenverhältnis von f/e = 3 und gleicher Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers wie im entsprechenden Halbkreisquerschnitt um 11 % verbessert ist. Gleichzeitig wird der Durchsetz des Wärmeträgers bei diesem Achsenverhältnis um 34 % reduziert.

Claims (2)

Andrejewski, Honke & Portner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Kar! Gerhard Masch Anwaltsakte: 56 798/je- 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 4. März 1981 Patentanmeldung Schwelmer Eisenwerk Müller & Co. GmI)H Loher Str. 1 5830 Schwelm Behandlungsbehälter mit als Wärmetauscher ausgebildetem Behältermantel Patentansprüche:

1.. Behandlungsbehälter für den chemischen Apparatebau u. dgl.,
mit als Wärmetauscher ausgebildetem Behältermantel, wobei der Behältermantel aus einem Mantelblech und zumindest einem außen aufgeschweißten Wärmetauscherhalbrohr besteht, welches schraubenwen-

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delförmig geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherhalbrohr (3) einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist, Achsenverhältnis große Achse/kleine Achse f/e im Bereich von 2 bis 4, vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 3,5 und daß die kleine Achse (e) orthogonal zum Mantelblech (2) angeordnet ist.

2. Behandlungsbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsenverhäitnis f/e etwa 3 beträgt.