DE4104960A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Primär­ raum für ein Primärmedium und einem Sekundärraum für ein Se­ kundärmedium, die durch eine gasdichte, wärmeleitende Wand von­ einander getrennt sind.

Ein Wärmetauscher dient dazu, Wärmeenergie von einem heißen Primärmedium auf ein kaltes Sekundärmedium zu übertragen. Dabei sollen jedoch die beiden Medien nicht vermischt werden. Es sind verschiedenartige Ausführungsformen eines solchen Wärmetauschers bekannt. Eine dieser Ausführungsformen sieht einen Behälter vor, in dem mehrere parallel geschaltete Rohrleitungen angeordnet sind. Zwischen benachbarten Rohren sind dabei als Abstandshalter Stege angeordnet. Die parallelen Rohre sind Bestandteil eines Sekundärkreislaufes, der gasdicht durch die Behälterwand hindurchgeführt ist. Das Innere der Rohre bildet den Sekundär­ raum, durch den das wärmeaufnehmende Sekundärmedium fließt. Der verbleibende Innenraum des Behälters ist Teil eines Primärkreis­ laufes. Er bildet den Primärraum, durch den ein heißes Primär­ medium geleitet wird.

Ein derartiger Wärmetauscher kann auch in einer Schwel-Brenn- Anlage gemäß der EP-PS 03 02 310 eingesetzt werden. Dabei wird Wärmeenergie von heißem Rauchgas über ein Sekundärmedium einer Pyrolysetrommel zugeführt. Bei einem derartigen Einsatz eines bekannten Wärmetauschers müssen die das Sekundärmedium führenden Rohre aus bei hohen Temperaturen widerstandsfähigem Material be­ stehen. Das Primärmedium Rauchgas kann die Temperatur 800^oC und mehr haben. Dann kann es erforderlich sein, daß die Rohre mit einer feuerfesten Masse überzogen sind. Dazu müssen die Rohre mit Metallstiften versehen werden, zwischen denen dann eine feuerfeste Keramikmasse gehalten wird.

Wärmetauscher, bei denen der Sekundärraum durch parallele Rohre gebildet wird, sind nur mit großem Aufwand und hohen Kosten her­ zustellen. Schon die benötigten Rohre sind sehr teuer. Das Ver­ binden der Rohre durch Stege macht aufwendige und teuere Schweiß­ arbeiten erforderlich. Die Anordnung vieler paralleler Rohre in einem als Primärraum dienenden Behälter erfordert entweder sehr viele gasdichte und damit aufwendige Durchdringungen durch die Primärraumwand oder eine Zusammenführung der parallelen Rohre zu einem Rohr innnerhalb des Behälters, was eine aufwendige Kon­ struktion ist, die teuere Schweißarbeiten notwendig macht.

Bei einem Einsatz eines solchen parallele Rohrleitungen auf­ weisenden Wärmetauschers in einer Schwel-Brenn-Anlage, bei der das Primärmedium ein heißes Rauchgas ist, müssen die Rohrober­ flächen mit einer feuerfesten Masse überzogen werden. Das ist wegen der gebogenen Oberflächen der Rohre aufwendig. Schon das Anschweißen der erforderlichen Stifte kann wegen der gebogenen Oberfläche nicht maschinell erfolgen und erfordert teuere Hand­ arbeit.

Ein Wärmetauscher mit parallelen Rohren ist sinnvoll einsetzbar, wenn das Sekundärmedium unter hohem Druck steht, da die Rohre druckbeständig sind. In einer Schwel-Brenn-Anlage ist das Sekun­ därmedium ein druckloses Gas. Die aufwendige Wärmetauscher­ konstruktion mit Rohren kann daher vereinfacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher anzugeben, der einfach und kostengünstig aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sekundärraum begrenzt, ist durch ein nicht profiliertes Blech als gasdichte, wärmeleitende Wand und durch ein profiliertes Blech.

Bedingt durch die Profilierung des einen Bleches sind Kanäle gebildet, die als Sekundärraum dienen. Der Wärmetauscher nach der Erfindung benötigt daher für seine Herstellung statt teuerer Rohre nur kostengünstiges profiliertes Blech sowie noch billigeres unprofiliertes Blech. Mit diesem kostengünstig zu beziehenden Material sind gemäß der Erfindung parallel verlaufende Leitungen für das Sekundärmedium aufgebaut, die in ihrer Wirkung den teueren durch Stege verbundenen parallelen Rohrleitungen entsprechen.

Beispielsweise ist das profilierte Blech in Richtung der Strömung des Primärmediums erstreckt und in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Primärmediums profiliert. Dadurch, daß dann das Sekundärmedium parallel oder antiparallel zum Primär­ medium strömt, ist ein guter Wärmeübergang durch die wärmelei­ tende Wand zwischen Primärraum und Sekundärraum hindurch ge­ währleistet.

Der Wärmetauscher weist beispielsweise als gasdichte, wärme­ leitende Wand ein in sich geschlossenes, nicht profiliertes Blech auf, das den Primärraum vom Sekundärraum trennt. Die andersseitige Begrenzung des Sekundärraumes erfolgt durch ein gleichfalls in sich geschlossenes aber profiliertes Blech.

Falls der Wärmetauscher rohrförmig ist, kann das nicht profilierte Blech ein konzentrisches Innenrohr darstellen. Das nicht profi­ lierte Blech trennt den innen angeordneten Primärraum vom Sekun­ därraum. Zur äußeren Begrenzung des Sekundärraumes ist außerhalb des nicht profilierten Bleches in sich geschlossen das profi­ lierte Blech angeordnet. Das profilierte Blech ist beispiels­ weise von außen mit einer Wärmeisolierung versehen. Es kann dazu umschäumt sein.

Beispielsweise steht das profilierte Blech in Abständen mit dem nicht profilierten Blech in Kontakt. Dadurch sind Kanäle für das Sekundärmedium gebildet. Die Kanäle gewährleisten eine Verteilung des Sekundärmediums auf den Sekundärraum.

Das profilierte und das nicht profilierte Blech sind bei­ spielsweise an den Kontaktflächen miteinander verbunden. Die Verbindung kann dabei beispielsweise durch Punktschweißungen oder durch Rollschweißungen erfolgt sein. Durch eine solche Verbindung ist ein stabiler Aufbau des Sekundärraumes gegeben.

Eine solche Verbindung des nicht profilierten mit dem profilierten Blech erfordert nur wenige Schweißpunkte. Teuere Schweißarbeiten sind also nicht erforderlich. Es reicht aus, wenn dort, wo die beiden Bleche sich berühren, nur einzelne Schweißpunkte vorgesehen sind. Die Schweißpunkte brauchen nicht gasdicht zu sein. Ein Austausch des Sekundärmediums zwischen den einzelnen Kanälen stört die Funktionsweise des Wärmetauschers nicht.

Es kommt nur darauf an, daß kein Sekundärmedium in den Primär­ raum gelangen kann. Die beiden Räume im Wärmetauscher sind dazu durch das nicht profilierte Blech gasdicht voneinander getrennt.

Das profilierte Blech hat beispielsweise ein eckiges Profil. Es kann dann flächig am nicht profilierten Blech anliegen und kann dort leicht befestigt werden, z. B. durch Punkt- oder Rollschweißung.

Das profilierte Blech kann nach einem anderen Beispiel ein Wellblech mit sinusförmigem Profil sein. Ein solches Wellblech ist in der benötigten Form im Handel erhältlich, so daß ein spezieller Biegevorgang zum Herstellen eines besonderen profi­ lierten Bleches nicht erforderlich ist. Mit dem Einsatz eines bekannten Wellbleches wird der Vorteil erzielt, daß die Kosten für den Wärmetauscher weiter erniedrigt werden können. Das ist darauf zurückzuführen, daß Wellblech zu einem niedrigen Preis, der deutlich unter dem Preis von Rohren liegt, bezogen werden kann.

Im Wärmetauscher gemäß der Erfindung trifft das heiße Primär­ medium nur auf das nicht profilierte Blech. Während bei einer bekannten Ausführungsform mit Rohren und Stegen alle Teile mit dem heißen Primärmedium in Kontakt kommen und daher aus hitzebe­ ständigem Material gefertigt sein müssen, kann beim Wärmetauscher nach der Erfindung das profilierte Blech aus einem einfacheren, kostengünstigeren Stahl bestehen, da es mit dem heißen Primär­ medium nicht in Kontakt kommt. Damit wird der Vorteil erzielt, daß jedes handelsübliche Wellblech verwendet werden kann. Nur das nicht profilierte Blech muß aus einem hoher Temperatur, z. B. über 800^oC, standhaltendem Material bestehen.

Die glatte Wand zwischen Primärraum und Sekundärraum kann auf ihrer dem Primärraum zugewandten Seite beispielsweise bestiftet und mit einer feuerfesten Keramikmasse bestampft sein. Dadurch wird gewährleistet, daß die Wand widerstandsfähig gegen heißes, korrosiv wirkendes Primärmedium ist.

Die Anordnung der Stifte auf dem nicht profilierten Blech der Wand kann kostengünstig durch Automatenschweißen erfolgen, da eine ebene oder nur wenig gekrümmte Oberfläche bestiftet werden muß. Ebenso ist die Beschichtung einer glatten oder nur schwach gekrümmten, nicht profilierten Wand mit Keramikmasse einfach und damit kostengünstig auszuführen. Darin ist ein zusätzlicher Vorteil des Wärmetauschers gemäß der Erfindung gegenüber einem bekannten Wärmetauscher zu sehen, bei dem die Oberflächen von Rohren bestiftet und bestampft werden müssen, was wegen der hohen Krümmung der Rohroberflächen nur mit aufwendiger Handarbeit möglich ist.

Beispielsweise ist das Primärmedium ein heißes Rauchgas, während das Sekundärmedium ein Heizgas ist. Mit dem Wärme­ tauscher nach der Erfindung kann also die Wärmeenergie des heißen Rauchgases über das Heizgas zum Erwärmen oder Vor­ wärmen eines Stoffes verwendet werden.

Beispielsweise ist das Primärmedium ein heißes Rauchgas aus einer Brennkammer einer Schwel-Brenn-Anlage und das Sekundärmedium ist ein Heizgas zum Heizen eines Pyrolyse­ reaktors einer Schwel-Brenn-Anlage. Ein Wärmetauscher gemäß der Erfindung ist also in einer als solchen bekannten Schwel-Brenn- Anlage sinnvoll einsetzbar. Durch den zuverlässig arbeitenden und mit einfachen Mitteln schnell, kostengünstig und zuverlässig zu bauen den Wärmetauscher kann Wärmeenergie vom sehr heißen Rauchgas in den Pyrolysereaktor zum Erwärmen des dort zu ver­ schwelenden Gutes geleitet werden.

Mit dem Wärmetauscher gemäß der Erfindung wird ein Wärme­ tauscher zur Verfügung gestellt, der mit einfachen, käuflichen und kostengünstigen Mitteln, wie z. B. glattes Blech und Well­ blech, schnell aufzubauen ist und zuverlässig arbeitet.

Ein Wärmetauscher gemäß der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit einem profilierten Blech, das ein sinusförmiges Profil hat.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen Querschnitt, mit einem profilierten Blech, mit dreieckigem Profil.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen Querschnitt, mit einem profilierten Blech, mit trapezförmigem Profil.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen Querschnitt, mit einem profilierten Blech, mit einer Kombination aus dreieckigem und trapezförmigem Profil.

Nach Fig. 1 weist der Wärmetauscher 1 eine innere Wand 3 auf, die einen inneren Raum, Primärraum 4 genannt, von einem äußeren Raum, z. B. von einem Ringraum, Sekundärraum 5 genannt, trennt. Die Wand 3 ist gasdicht und wärmeleitend. Im Primärraum 4 strömt das Primärmedium, beispielsweise heißes Rauchgas. Im Sekundär­ raum 5 strömt das Sekundärmedium, beispielsweise ein Heizgas, das nach Erwärmung im Wärmetauscher 1 beispielsweise zum Vorwärmen des Inneren eines Pyrolysereaktors dienen kann. Die Wand 3, die den Sekundärraum 5 vom Primärraum 4 abteilt, besteht aus einem nicht profilierten Blech 6. Die andere Begrenzung des Sekundär­ raumes 5 ist durch ein profiliertes Blech 7a gegeben. Der Sekun­ därraum 5 besteht folglich aus mehreren parallel verlaufenden Kanälen. Das profilierte Blech 7a kann von einem Isoliermittel 2 umgeben sein. Das profilierte Blech 7a kann durch Punkt­ schweißungen 9 mit dem nicht profilierten Blech 6 verbunden sein. Damit ist ein stabiler Aufbau gegeben. Die Punktschweißungen 9 müssen aber nicht gasdicht sein, da nur ein Gasaustausch zwischen dem Primärraum 4 und dem Sekundärraum 5 verhindert werden muß, nicht aber ein Gasaustausch zwischen benachbarten Kanälen des Sekundärraumes 5. Das profilierte Blech 7a kann ein handelsüb­ liches Wellblech sein. Es kann aus einem kostengünstigen, nicht hitzebeständigem Material, bestehen, da es mit dem heißen Pri­ märmedium nicht in Kontakt kommt. Das nicht profilierte Blech 6 sollte jedoch aus einem hitzebeständigen Material bestehen. Ins­ besondere kann das nicht profilierte Blech 6 auf seiner dem Primärraum 4 zugewandten Seite mit Stiften 10 bestückt und mit einer Feuer festen Keramikmasse 11 bestampft sein. Dadurch kann das heiße Primärmedium das nicht profilierte Blech 6 nicht an­ greifen. An den Stirnseiten des Wärmetauschers 1 können der Primärraum 4 und der Sekundärraum 5 an nicht dargestellte getrennte Leitungskreise angeschlossen sein.

Mit dem Wärmetauscher nach der Erfindung wird der Vorteil er­ zielt, daß zum Aufbau des Sekundärraumes 5 statt teuerer Rohre nur kostengünstiges Wellblech benötigt wird.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines weitgehend identischen Wärme­ tauschers 1. Dieser unterscheidet sich nur durch ein profiliertes Blech 7b mit dreieckigem Profil.

Auch Fig. 3 zeigt einen Teil eines weitgehend identischen Wärmetauschers 1. Er unterscheidet sich durch ein profiliertes Blech 7c mit trapezförmigem Profil. Dabei liegt das profilierte Blech 7c über im Vergleich zu anderen Ausführungsformen breite Flächen am nicht profilierten Blech 6 an und ist dort leicht zu befestigen.

Fig. 4 zeigt einen weitgehend identischen Wärmetauscher 1 mit einem profilierten Blech 7d, dessen Profil abwechselnd dreieckig und trapezförmig ist.

Claims (12)

1. Wärmetauscher (1) mit einem Primärraum (4) für ein Primär­ medium und einem Sekundärraum (5) für ein Sekundärmedium, die durch eine gasdichte, wärmeleitende Wand (3) voneinander ge­ trennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekun­ därraum (5) begrenzt ist durch ein nicht profiliertes Blech (6) als gasdichte, wärmeleitende Wand (3) und durch ein profiliertes Blech (7) .

2. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7) in Richtung der Strömung des Primärmediums erstreckt und in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Primärmediums profiliert ist.

3. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in sich ge­ schlossen ein nicht profiliertes Blech (6) als gasdichte, wärmeleitende Wand (3) angeordnet ist, die den Primärraum (4) und einseitig den Sekundärraum (5) begrenzt, und daß in sich ge­ schlossen ein profiliertes Blech (7) zur andersseitigen Begrenzung des Sekundärraumes (5) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7) mit einem Isolierstoff umgeben oder umschäumt ist.

5. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7) Kanäle für das Sekundärmedium bildend in Ab­ ständen mit dem nicht profilierten Blech (6) in Kontakt steht.

6. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7) durch Punktschweißung und/oder Rollschweißung mit dem nicht profilierten Blech (6) verbunden ist.

7. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7b, 7c, 7d) ein eckiges Profil hat.

8. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das profi­ lierte Blech (7a) ein Wellblech mit sinusförmigem Profil ist.

9. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht profilierte Blech (6) aus hohe Temperaturen standhaltendem Material und das profilierte Blech (7) aus kostengünstigerem Material besteht.

10. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht­ profilierte Blech (6) auf seiner dem Primärraum (4) zugewandten Seite mit Stiften (10) versehen und mit einer feuerfesten Keramikmasse (11) bestampft ist.

11. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Primär­ medium ein heißes Rauchgas und das Sekundärmedium ein Heizgas ist.

12. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Primär­ medium ein heißes Rauchgas aus einer Brennkammer einer Schwel- Brenn-Anlage ist und daß das Sekundärmedium ein Heizgas zum Heizen eines Pyrolysereaktors einer Schwel-Brenn-Anlage ist.