DE7124165U - Behalter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch an einer tragenden Behalterwand - Google Patents

Description

CREUSOT-LOIRE, Paris (Frankreich)

•^Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch an einer tragenden Behälterwand ""-■>

Die Neuerung bezieht sich auf einen Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch an einer tragenden Behälterwand, die innen durch eine Schutzhaut abgedeckt ist, welche von der tragenden Behälterwand durch einen Zwischenraum getrennt ist, sowie mit einer Einlaß- und einer Auslaßkammer für das Wärmeübertragungsmittel an beiden Enden des 3ehälters, welche jeweils mit dem Zwischenraum zwischen der tragenden Behälterwand und der Schutzhaut in Verbindung steht, und mit einer Mehrzahl von gleichmäßig verteilter Dicken-ksilen, die zwischen der tragenden Behälterwand und der Schutzhaut eingeschoben sind.

Autoklaven und ganz allgemein Behälter, die in der chemischen Industrie als Reaktionsapparaturen für diskontinuierlichen Betrieb verwendet werden, haben meist eine Wand, die durch ein von einem äußeren verdoppelnden bzw. Doppelmantel umgebenes plattiertes Blech gebildet wird. Das 31ech ist dabei von genügender Stärke zur Aufnahme der vom Druck oder Unterdruck im Behälter herrührenden Kräfte, und die Plattierung

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wird durch eine dünne korrosionsbeständige Schutzhaut gebildet, deren Art von der Jeweiligen Reaktion abhängt. Der Doppelmantel begrenzt einen nach außen zu an das plattierte 31ech angrenzenden Zwischenraum, durch den ein Heiz- oder Kühlmittel zirkulieren kann, je nachdem, ob die durchzuführende Reaktion einen Nachschub von Wärme oder die Abführung exotherm entwickelter Wärmemengen erfordert.

Im Falle der Heizung durch Dampf treten infolge des innerhalb des Doppelmantels herrschenden Drucks Probleme bezüglich der mechanischen Festigkeit auf, welche die Möglichkeiten der Apparatur sowohl hinsichtlich der Temperatur als auch der Wärmeübertragung begrenzt-n. Man kann Spezialfluide mit geringem Dampfdruck verwenden, aber die Lösung ist ziemlich kostspielig,

Tm Falle der Aufheizung oder Kühlung durch Flüssigkeit ist es schwierig, innerhalb des Doppelmantels eine gleichmäßige Zirkulation mit ausreichender Geschwindigkeit für einen entsprechend hohen Wärmeaustausch-Koeffizienten zu erzielen. Wegen der Dicke des druckbeständigen 31echs bietet die Wand einen erheblichen Widerstand für den Wärmefluß, der durch den Kontaktwiderstand zwischen dem ("rrundmetall und dem rostfreien Stahl (im Falle von plattiertem Stahl) noch erhöht wird.

Der globale V/ert der Wärmedurchgangs zahl kann dann recht klein werden.

Im übrigen ist der Doppelmantel bisweilen schwierig anzubringen, wenn für einen möglichst schmalen Spalt zwischen dem Doppelmantel und dem mechanisch festen Blech gesorgt werden soll. Es ist daher schwierig, ausreichende Zirkulationsgeschwindigkeiten für das Kühl- oder Heizmittel zu erreichen, ohne den Fluiddurchfluß erheblich zu erhöhen.

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Es wurden bereits doppelwandige Behälter mit zwischen den Wänden zirkulierendem Kühlmittel vorgeschlagen; es handelt sich dabei jedoch um Behälter, die keinen hohen Innendruck auSw^zuha lte-H haben. Bei Druckbehältern besteht die Schwierigkeit,' daß der auf die Innenwand ausgeübte Druck von dieser aufgenommen oder auf eine äußere tragende Behälterwand übertragen werden muß. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, zwischen den Wänden einen den Innendruck im Behälter ausgleichenden Druck vorzusehen, aber das zu diesem Zweck vorgesehene Fluid ist nicht gut für den Wärmeaustausch auszunutzen, denn es ist in der Tat schwierig, den dem Fluid aufgeprägten Druck mit der für die Wärmeabführung erforderlichen Zirkulationageschwindigkeit in Einklang zu bringen.

Es ist im übrigen bekannt, eine innere, gewellte Wand an den Wellenbergen mit der tragenden Behälterwand durch Punktschweißen zu verbinden (OE-PS 245 l6l). Außerdem ist es bekannt, eine Wärmetauscherplatte durch Spannbolzen mit einer Behälterwand zu verbinden, die Ausnehmungen zum Durchleiten einer WärmeaustauschflUssigkeit aufweist, so daß die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Bereiche Dickenteeile bilden (DT-GM 6 918 297). Weiter ist die Befestigung eines durch Einbeulen gebildeten Dickenkeils einer Wand an der anderen Wand eines doppelwandigeη Behälters mit einem unter Druck stehenden Zwischenraum durch eine nach Durchbohren der einen Wand vorgesehene Schweißstelle bekannt(DT-PS 485 74?). Schließlich ist es bei Behältern mit auf der Behälterwandung wabenartig angeordneten, muldenförmigen Dampfheiz- oder Kühlelementen bekannt, einen Teil der Wabenränder mit der Behälterwandung zu verschweißen und an den übrigen Kanten Durchtrittsöffnungen zu lassen (DT-PS 636 080).

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den Behälter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich eine spürbar ver-

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besserte Wärmedurchgangszahl der Behälterwand und eine angemessene Übertragung der vom Innendruck herrührenden Kräfte auf das mechanisch feste Blech der tragenden Behälterwand ergeben und die Montage der Wand sowie der Aufbau des Behälters vereinfacht sind.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dickenkeile mit der tragenden Behälterwand und der Schutzhaut jeweils durch zumindest eine Punktechweißung verschweißt sind, die ohne Zusatzmetall vom Innern des Behälters ausgeführt ist und deren Schmelzzone die Schutzhaut und den Dickenkeil durchdringt.

So erleichtert sich die Montage der Schutzhaut an der tragenden Behälterwand unter Beibehaltung der Kontinuität der Schutzhaut, und man erhält eine im Sinne des Wärmeüberganges günstige Strönrong bzw. Strömungsgeschwindigkeit des WarmeUbertragungsmittels.

Nachfolgend wird die Neuerung anhand von einigen besonderen Ausführungsarten beschrieben, die als Beispiele angegeben werden und durch die angefügten Zeichnungen veranschaulicht sind; darin zeigen:

Pig. I einen Transversalschnitt durch einen Behälter gemäß der Neuerung;

Fig. 2 eine Teilaufsicht auf den in Pig. I gezeigten Behälter mit entfernter tragender Behälterwand;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Wand des Behälters gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, der zum einen die Art des Anschlusses von Boden oder Stirnwand und zum anderen die Art der Befestigung der Schutzhaut zeigt;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsart der Wand des Behälters gemäß Fig. 1, abgewickelt bzw. geschnitten längs IV-TV der Fig. 5? und

Fig. 5 einen Schnitt durch die behälterwand längs V-V der Fig. 4. -

Der in Fig. 1 gezeigte Behälter umfaßt eine an beiden Enden durch zwei merklich bzw. genau halbkugelförmige Böden abgeschlossene zylindrische Wand. Diese Wand wird durch eine mechanisch feste tra-gende Behälterwand 1 gebildet, die innen durch eine Schutzhaut 2 abgedeckt ist. Die Wand 1 besteht aus einem dicken Blech, das im allgemeinen aus gewöhnlichem Stahl besteht und zur Aufnahme der im Behälter erzeugten Drucke oder Unterdrucke bestimmt ist. Die Schutzhaut 2 besteht aus einem korrosionsbeständigem dünnen Blech und wird beispielsweise durch rostfreien Stahl gebildet, wobei allerdings die Ärfc der Schufczhäut von den zu erwartenden Rssktionsproduktcn im Behälter abhängt.

Bei herkömmlichen Behältern wird die Schutzhaut 2 auf die Wand 1 nach herkömmlichen Plattierungsverfahren aufgebracht und ist mit dieser in Kontakt. 3ei der neuerungsgemäßen Ausführungsart wird die Schutzhaut 2 dagegen durch gleichmäßig über die gesamte Länge der Wand, wie in Fig. 1 teilweise gezeigt ist, verteilte Abstandsscheiben als Dickenkeile Ji von der Wand 1 in einem Abstand e ''Fig. 3) entfernt gehalten.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsart ist die Schutzhaut an der Wand 1 vermittels einer Mehrzahl von in der Schutzhaut vorgesehenen öffnungen 4 befestigt, deren Ränder 21 bis zum Kontakt mit der mechanisch festen Hülle umgebogen sind. Die Ränder 21 sind mit der Wandl durch eine Schweißverbindung 5 verschweißt. Auf der anderen Seite wird die Kontinuität der Hülle bzw. des Gehäuses durch einen Schweißpfropfen 6 gewähr-

leistet. Die Verteilung und der Abstand der Dicken- bzw. Abstandskeile 31 sorgen für die Übertragung der auf die Schutzhaut 2 ausgeübten Druckkräfte auf die Wand 1. Ebenso kann im Falle, daß innerhalb des 3ehälters ein Unterdruck herrscht, die Schutzhaut aufgrund der Verteilung der Schweißöffnungen k dem Druck des im Zwischenraum 3 zwischen Hülle und Wand zirkulierenden V'armeübertragungsmittels widerstehen.

Tn Höhe der beiden Böden bzw. Stirnwände des Behälters entfernt sich die Schutzbaut 2 fortschreitend von der Wand 1 f'Fig. 1), so daß an beiden Enden des 3ehälters zwei Kammern 7 entstehen, in die die Einlaßleitung 71 bzw. die Auslaßleitung ^V2 für das Wärmeübertragungsmittel einmünden.

Die Schutznaut ist mit dem Boden bzw. der Stirnwand der Wand über strahlenförmig angeordnete kleine Träger 32 verbunden, die etwa die Form von kreisförmigen Halbsegmenten heben, die durch Latten oder Stege von gleicher Dicke wie die Abstandsscheiben 31 verlängert werden.

Fig. 3 zeigt (links) die Art der Befestigung einer Stirnwand an der zylindrischen Wand. Für die leichte Ausführung der Schweißverbindung der mechanisch festen Wand auf beiden Seiten sind die Enden der die Stirnwand bzw. die zylindrische Wand bedeckenden Schutzhaut 2 auf einen Ring bzw. eine Fassung 35 aufgeschweißt. Ein mit der Schutzhaut identischer verbindender Kreisring 22 wird dann auf die Ringe 35 und mit den Enden der die Stirnwand bzw. die Zylinderwand bedeckenden Schutzhaut 2 aufgeschweißt bzw. verschweißt, wodurch die Kontinuität der Schutzhaut gewährleistet wird. Die Form und Verteilung der schmalen Träger 32 kann derart abgefaßt werden, daß die gleichmäßige Verteilung des durch die leitung Ή zugefUhrten Fluids erleichtert wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Beispiel für die Ausführung der Wand eines erfindungsgemäßen Behälters.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsart haben die Dickenkeile bzw. Abstandsscheiben 31 die Form von Quadraten, deren Diagonale parallel zur Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmittels verläuft. Zum anderen ist die Schutzhaut 2 mit der Blechwand 1 über Verbindungskeile 34 vermittels einer gewissen Anzahl von Punktschweißungen 36 befestigt, die unter Inertgas ohne Zusatzmetall derart ausgeführt werden, daß die Schmelzzone die Haut 2 und den Keil 34 durchdringt und lediglich einen Teil der Blechwand 1 angreift. Die Montage der Haut 2 auf der Blechwand 1 wird so erleichtert und die Kontinuität der Schutzhaut durch die Schweißverbindungen nicht angegriffen. Auf der anderen Seite wird die Strömung des WärmeUbertragungsmittels durch die quadratische Form der Dickenkeile 3I und der Verbindungskeile 34 unter Aufspaltung des Durchflusses und Einführung von Turbulenzen verteilt, welche die Zirkulationsgeschwindigkeit des Fluids erhöhen und bessere Wärmeübergänge begünstigen.

Die neuerungsgemäße Ausführungsart ermöglicht so eine maximale Verminderung der Dicke der vom Wärmeübertragungsmittel gebildeten Schicht (Grenzschichten) unter Verbesserung des WärmeUbegangs-Koeffizienten bzw. der gesamten Wärmeübertragung vom Behälterinnenraum zum Wärmeübertragungsmittel hin.

Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung des Wärmeübertragungsmittels im Zwischenraum zwischen den Wänden kann man die Einlaß- und Auslaßkammern in Form von Verteilern und Sammelräumen in Volutenform ausführen. Bei dieser Ausführungsart hat die Einlaß- oder Auslaßkammer die Form eines Kreisringes, dessen transversaler Querschnitt mit der Entfernung von der Einlaß- bzw. Auslaßleitung (7I oder 72) abnimmt. Auf

diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung des Fluiddurchflusses über die gesamte Wand des Behälters gewährleistet.

Selbstverständlich kann man ebenso den Transverse lauerschnitt von anderen Ein- oder Auslaßkammern, wie sie etwa in Fig. 1 gezeigt werden, unter entsprechender Formänderung der schmalen Abstandsträger 32 ibei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsart), gleichmäßig vermindern.

Die Neuerung ist selbstverständlich nicht auf die verschiedenen beschriebenen Ausführungsarten beschränkt, die im Detail abgewandelt werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der Neuerung verlassen wird. Im übrigen findet die Neuerung bei allen Arten von Behältern Anwendung, deren Wand Sitz eines Wärmeaustausches ist, unabhängig von der Behälterform oder Zweckbestimmung.

Claims (3)

Schut zansprüche

1. Behälter mit Einrichtungen zum Wärmeaustausch an einer tragenden Behälterwand, die innen durch eine Schutzhaut abgedeckt ist, welche von der tragenden Behälterwand durch einen Zwischenraum getrennt ist, sowie mit einer Einlaß- und einer Auslaßkammer für das Wärmeübertragungsmittel an beiden Enden des Behälters, welche jeweils mit dem Zwischenraum zwischen der tragenden Behälterwand und der Schutzhaut in Verbindung steht, und mit einer Mehrzahl von gleichmäßig verteilten Dickenkeilen, die zwischen der tragenden Behälterwand und der Schutzhaut eingeschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenkeile (J>1) mit der tragenden Behälterwand (1) und der Schutzhaut (2) jeweils durch zumindest eine Punktschweißung verschweißt sind, die ohne Zusatzmcstall vom Tnnern des Behälters ausgeführt ist und deren Schmelzzone die Schutzhaut und den Dickenkeil durchdringt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenkeile (^l) eine quadratische Form haben und mit der Diagonalen parallel zur mittleren Strömungsrichtung der Wärmeübertragungsmitte !zirkulation verlaufen.

3. Behälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von öffnungen (4) in der SchutzTiaut (2), deren Ränder (21) bis zum Kontakt mit der tragenden Behälterwand (1) umgebogen sind und die jeweils zumindest teilweise durch eine Verschweißüng (5, 6) ausgefüllt sind.