DE3131535C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscher-Rohr für die Aufheizung oder Kühlung von aggresiven Gasen in Kraftwerks-, Chemie-, Klima-, Trocknungs- und sonstigen Industrie-Anlagen mit einem den Innendruck aufnehmenden metallischen Innenrohr und einem als Korrosionsschutz dienenden keramischen Außenrohr, welches das Innenrohr mit geringem Abstand umschließt, wobei der Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr mit einem eine wärmeleitende Ver­ bindung bildenden Füllmaterial ausgefüllt ist.

In Wärmetauschern, die zur Aufheizung oder Kühlung von aggres­ siven Gasen verwendet werden, wurde bisher versucht, die an­ stehenden Korrosionsprobleme durch die Verwendung von Wärme­ tauscher-Rohren aus hochlegierten, korrosionsbeständigen Stählen zu lösen. Eine Verwendung hochwertiger und extrem teurer Spezialstähle ist wegen der geforderten Wirtschaftlichkeit nicht möglich. Die aus preislichen Gründen vertretbaren Edelstähle üblicher Zusammensetzung haben in der Praxis nicht die ge­ forderten Standzeiten erreicht.

Aus der DE-PS 6 07 017 ist ein Wärmetauscher-Rohr bekannt, dessen aus keramischem Material bestehendes, aggressiven Medien ausge­ setztes Außenrohr einstückig ausgebildet ist. Das metallische Innenrohr ist mit dem keramischen Außenrohr durch eine Füllmasse verbunden, um eine erhöhte Stabilität des zweischaligen Rohr­ systemes zu gewährleisten und den Wärmeübergang zu beeinflussen. Dieses bekannte Wärmetauscher-Rohr ist sehr teuer in der Her­ stellung, da hohe Anforderungen an die Zentrizität des außen­ liegenden Keramikrohres gestellt werden müssen, damit dieses den vorgegebenen, durch Ausfüllen mit einem Füllmaterial zu schließenden Ringraum zum metallischen Innenrohr wahrt. Die ge­ nannten Schwierigkeiten vergrößern sich noch dadurch, daß bei der Herstellung keramischer Rohre Durchbiegungen nahezu unver­ meidbar sind; das bekannte Wärmetauscher-Rohr bedingt daher Fer­ tigungskosten, die jene herkömmlicher Wärmetauscher-Rohre aus Edelstahl übersteigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscher-Rohr für die Aufheizung oder Kühlung von aggressiven Gasen zu schaffen, welches trotz der geforderten Korrosionsbeständigkeit nicht teurer als ein Wärmetauscher-Rohr aus üblichem Edelstahl ist.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Außenrohr in ein­ zelne Rohrabschnitte unterteilt ist, die untereinander durch Ab­ dichtelemente verbunden sind, welche auf der Mantelfläche der Rohrabschnitte dichtend anliegen.

Mit diesem Vorschlag wird ein Wärmetauscher-Rohr geschaffen, welches trotz der Verwendung eines zur Aufheizung oder Kühlung extrem aggressiver Gase einsetzbaren, keramischen Außenrohres keine höheren Herstellungskosten verursacht als ein gleichermaßen widerstandsfähiges Wärmetauscher-Rohr aus Edel­ stahl.

Durch die Unterteilung des keramischen Außenrohres in einzelne Rohrabschnitte läßt sich dieses nicht nur einfacher und preis­ günstiger herstellen, sondern auch leichter montieren, wobei zu­ gleich die bei der Herstellung der keramischen Rohrabschnitte unvermeidbaren Durchbiegungen problemlos aufgenommen werden können. Um ein Eindringen von korrosivem Medium in die Räume zwischen den einzelnen Rohrabschnitten zu verhindern, sind diese untereinander durch Abdichtelemente verbunden, welche auf der Mantelfläche der Rohrabschnitte dichtend anliegen. Durch das Ausfüllen der Ringräume zwischen den Rohrabschnitten und dem Innenrohr mit einem eine wärmeleitende Verbindung bildenden Füllmaterial wird nicht nur ein guter Wärmeübergang zwischen Innenrohr und Außenrohr erzielt, sondern zugleich eine Behinde­ rung der unterschiedlichen Materialausdehnungen zwischen Innen­ rohr und Außenrohr vermieden.

Als Füllmaterial kann beispielsweise Graphit verwendet werden. Die zur Verbindung der einzelnen Rohrabschnitte dienenden Ab­ dichtelemente bestehen vorzugsweise aus einem geeigneten Kunst­ stoff, beispielsweise als Fluoroplast.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die einzel­ nen Rohrabschnitte miteinander unter Verwendung einer Hülse verklebt sein, welche insoweit als Abdichtelement anzusehen ist. Alternativ können ringförmige Abdichtelemente zwischen be­ nachbarten Rohrabschnitten an einem Haltering gelagert werden. Durch beide Ausführungsformen ergibt sich eine einfache Verbin­ dung, welche ein Eindringen der aggressiven Gase in das Innere des keramischen Außenrohres verhindert.

Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist der Haltering zugleich als Abstützelement ausgebildet, welches sowohl die Rohre untereinander als auch alle Rohre gegenüber einer Tragkonstruktion in ihrer Lage sichert. Die zum Abstützelement ausgebildeten Halteringe können hierbei eine kreisförmige, vier­ eckige oder mehreckige Form besitzen.

Das einer Bodenplatte des Wärmetauschers zugewandte Ende des jeweils letzten Rohrabschnittes ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung durch ein ringförmiges Abdichtelement abgedichtet, welches in einer Abdeckplatte gelagert ist, die zugleich die Innenseite der Bodenplatte abdichtet. Die Abdichtelemente sowie die Halteringe und Abdeckplatten können entsprechend der jeweili­ gen Verwendung aus Kunststoff oder Keramik hergestellt sein.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines Wärmetauscher-Rohres dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem schematischen Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Wärmetauscher-Rohr ge­ mäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Halterung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die Hal­ terung gemäß den Fig. 2 und 3 und

Fig. 5 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Wärmetauscher-Rohres.

Das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt zwei aus Metall bestehende Bodenplatten 1, zwischen denen die Wärmetauscher- Rohre angeordnet sind. In der Zeichnung ist lediglich ein der­ artiges Wärmetauscher-Rohr zu erkennen, welches ein Innenrohr 2 umfaßt, das aus Metall hergestellt ist und den Innendruck des hindurchströmenden Mediums aufnimmt. Auf den freien Teil des mit seinen Enden in den Bodenplatten 1 befestigten Innenrohres 2 ist ein Außenrohr aufgebracht, welches aus einzelnen Rohrabschnit­ ten 3 aus keramischem Material besteht. Durch die Aufteilung des Außenrohres in einzelne kurze Rohrabschnitte 3 können Maß­ abweichungen, insbesondere Durchbiegungen der Rohrabschnitte 3 aufgefangen werden, die sich bei der Herstellung der keramischen Rohrabschnitte 3 nicht verhindern lassen. Außerdem werden die Herstellung und das Aufschieben des keramischen Außenrohres auf das Innenrohr 2 durch die Aufteilung in einzelne Rohrab­ schnitte 3 erleichtert.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, umgeben die Rohrabschnitte 3 das Innenrohr 2 mit geringfügigem Abstand. Die Ringräume zwischen den Rohrabschnitten 3 und dem Innenrohr 2 sind mit einem Füllmaterial 4 ausgefüllt, welches eine wärmeleitende Verbindung zwischen den Rohrabschnitten 3 und dem Innenrohr 2 herstellt und außerdem die unterschiedlichen Ausdehnungen des Innenrohres 2 einerseits und der Rohrabschnitte 3 andererseits aufgrund ihrer unterschiedlichen Materialien nicht behindert. Als bevorzugtes Füllmaterial 4 wird Graphit verwendet.

Die einzelnen Rohrabschnitte 3 sind untereinander durch Abdicht­ elemente 5 verbunden. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um ringförmige Dichtungen aus einem Kunststoffmaterial, welches einerseits hitzebeständig ist und andererseits nicht altert. Die ringförmigen Abdichtelemente 5 zwischen benachbar­ ten Rohrabschnitten 3 werden bei der dargestellten Konstruktion durch einen Haltering 6 gehalten, der mit nach innen hervor­ stehenden Ansätzen 6 a zugleich als Abstandshalter zwischen be­ nachbarten Rohrabschnitten 3 dient. Im Bereich der Bodenplat­ ten 1 erfolgt die Lagerung der ringförmigen Abdichtelemente 5 durch Abdeckplatten 7, die vorzugsweise ebenfalls aus einem hitze- und alterungsbeständigen Kunststoff bestehen.

Trotz der Verwendung eines aus mehreren Einzelteilen zusammenge­ setzten Wärmetauscher-Rohres ist dieses kostengünstiger her­ zustellen als die bisher verwendeten Edelstahlrohre, weil das zur Aufnahme der mechanischen Belastungen und des Innendruckes dienende Innenrohr 1 aus üblichem Stahl hergestellt werden kann, da dessen Korrosionsbeständigkeit gegen die aggressiven Gase, welche die Außenseite der Wärmetauscher-Rohre beaufschlagen, durch die aufgesetzten Rohrabschnitte 3 aus keramischem Material erzielt wird. Diese keramischen Rohrabschnitte 3 lassen sich infolge ihrer kurzen Länge mit jeden beliebigen Abmessungen preisgünstig herstellen und einfach auf das Innenrohr 2 auf­ schieben. Aufgrund des die Ringräume ausfüllenden Füllmaterials 4 ergibt sich eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Innenrohr 2 und den Rohrabschnitten 3. Auch die Anbringung und Halterung der Abdichtelemente 5 bereitet keinerlei Schwierig­ keiten, so daß das voranstehend beschriebene Wärmetauscher-Rohr trotz seines auf den ersten Blick komplizierten Aufbaus nicht teurer ist als bisher verwendete Edelstahlrohre, obwohl es eine praktisch unbegrenzte Standzeit besitzt.

Während beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in Fig. 2 der Haltering als Kreisring ausgebildet ist, der sich an den entsprechenden Halteringen benachbarter Rohre abstützt, zeigen die Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten für einen derartigen Haltering 6′ bzw. 6′′. Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Haltering 6′ mit einer quadratischen Form ausgeführt, so daß die Halteringe 6′ der nebeneinander liegenden Rohre eine durchgehende Abstützung bilden. Eine derartige durch­ gehende Abstützung wird auch geschaffen, wenn der Haltering 6′′ gemäß Fig. 4 sechseckig ausgeführt wird.

Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 wird als Abdichtele­ ment eine Hülse 5′ verwendet, die auf benachbarte Rohrabschnitte 3 aufgeschoben und mit diesen durch einen geeigneten Kleber oder Kitt verklebt wird. Dieser Kleber dringt auch in die Spalten zwischen benachbarten Rohrabschnitten 3 ein, so daß auf diese Weise eine zuverlässige Abdichtung gegen Eindringen aggressiver Gase in das Innere des Wärmetauscher-Rohres erzielt wird. Die Abdichtung der Enden der Wärmetauscher-Rohre gegenüber den Boden­ platten 1 erfolgt wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch Abdichtelemente 5 und Abdeckplatten 7.

Claims (6)

1. Wärmetauscher-Rohr für die Aufheizung oder Kühlung von aggressiven Gasen in Kraftwerks-, Chemie-, Klima-, Trock­ nungs- und sonstigen Industrie-Anlagen mit einem den Innen­ druck aufnehmenden metallischen Innenrohr und einem als Korrosionsschutz dienenden keramischen Außenrohr, welches das Innenrohr mit geringem Abstand umschließt, wobei der Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr mit einem eine wärmeleitende Verbindung bildenden Füllmatrial ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Außenrohr in einzelne Rohrabschnitte (3) unterteilt ist, die untereinander durch Abdichtelemente (5) verbunden sind, welche auf der Mantelfläche der Rohr­ abschnitte (3) dichtend anliegen.

2. Wärmetauscher-Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohrabschnitte (3) miteinander unter Ver­ wendung einer Hülse (5′) verklebt sind.

3. Wärmetauscher-Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige Abdichtelemente (5) zwischen benachbarten Rohrabschnitten (3) an einem Haltering (6) gelagert sind.

4. Wärmetauscher-Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (6) zugleich als Abstützelement ausgebil­ det ist.

5. Wärmetauscher-Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einer Bodenplatte (1) des Wärmetauschers zugewandte Ende des jeweils letzten Rohrab­ schnittes (3) durch ein ringförmiges Abdichtelement (5) abgedichtet ist, welches in einer Abdeckplatte (7) gelagert ist, die zugleich die Innenseite der Bodenplatte (1) abdichtet.

6. Wärmetauscher-Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtelemente (5) sowie die Halteringe (6) und Abdeckplatten (7) aus Kunststoff oder Keramik hergestellt sind.