DE882711C

DE882711C - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE882711C
Application number: DES26181A
Authority: DE
Original assignee: METAUX OUVRES SOC POUR
Current assignee: METAUX OUVRES SOC POUR
Priority date: 1950-12-07
Filing date: 1951-12-05
Publication date: 1953-07-13
Also published as: BE507323A; GB697891A; FR1031422A

Description

In der chemischen Industrie, insbesondere in Beizanlagen, kommt es häufig vor, daß eine aufgelöste Salze enthaltende Lösung in einem Wärmeaustauscher erwärmt oder abgekühlt werden muß. Bei diesem Vorgang besteht häufig die Gefahr einer Kristallisation der Salze, welche sich dann auf den Wänden der für den Durchfluß der Lösung bestimmten Leitungen absetzen können. Außer der Verstopfungsgefahr dieser Leitungen verursacht

ίο die Ablagerung dieser Salze häufig ein ausgesprochenes Absinken der ausgetauschten Wärmemengen. Es ist daher wichtig, die für den Durchfluß der Lösung bestimmten Kammern oder Leitungen leicht reinigen zu können, was die Verwendung von Rohrschlangen ausschließt und im allgemeinen zur Herstellung von Wärmeaustauschern mit geraden Rohren oder Platten führt, welche im Verhältnis zu ihrer Austauschfläche ein erhebliches Volumen und Gewicht aufweisen, insbesondere wenn sie für einen erheblichen Druck gebaut sind, ao

Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines Wärmeaustauschers mit großer Austauschfläche, kleinem Volumen und einem kräftigen Aufbau, bei welchem einer der Strömungskreise auf seiner ganzen Länge leicht gereinigt werden kann.

Der den 'Gegenstand der Erfindung bildende Wärmeaustauscher ist dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine im allgemeinen schraubenförmige Kammer aufweist, welche von einem der beiden Strömungsmittel durchflossen wird, zwischen welchen die Wärme ausgetauscht werden soll, und zwischen einem Außenmantel und einem Innenkern durch wenigstens eine im allgemeinen schraubenförmige Wand begrenzt wird, welche mit diesem Kern fest verbunden ist und wenigstens eine in ihrer Dicke angeordnete Leitung aufweist, welche

von dem anderen Strömungsmittel durchströmt

■ wird, wobei der äußere Teil dieser Kammer keine Wand aufweist und von dem Mantel abgeschlossen wird, welcher abnehmbar ist, um nach seiner Entfernung die Reinigung dieser Kammer auf der ganzen Länge derselben zu gestatten.

Diese im allgemeinen schraubenförmige Wand besteht zweckmäßig, wenigstens zum größten Teil, aus nebeneinanderliegenden Rohren mit allgemein ίο schraubenförmiger Form.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Aus^ führungsform des den Gegenstand der Erfindung bildenden Wärmeaustauschers.

Fig. Ii ist ein Axialschnitt desselben; Fig. 2·, 3 und 4 sind Teilansichten desselben in größerem Maßstab.

Der für die Erwärmung der Säurelösung eines Beizbades bestimmte dargestellte Wärmeaustauscher weist ein Gerüst auf, welches durch eine auf vier Füßen 2 stehende kreisförmige Grundplatte i, einen rohrförmigen, an diese Platte angeschweiißlten Innenkern 3 und einen an das obere Ende des Kerns 3 angeschweißten Ringflansch· 4 gebildet wird. Ein durch einen unteren Flansch 6 mit der 'Grundplatte 1 und durch einen oberen Flansch 7 mit dem Flansch 4 verbolzter Außenmantel 5 umgibt den Kern 3 und bildet die Hülle des Wärmeaustauschers.

Die für den Durchfluß der zu erwärmenden Lösung bestimmte schraubenförmige Kammer 8 wird in dem Ringraum zwischen dem Kern 3 und dem Mantel 5 durch eine mit dem Kern 3 fest verbundene Wand 9 mit allgemein schraubenförmiger Form begrenzt. Ein Zuflußstutzen 10 ist an der Grundplatte α für den Eintritt der Lösung vorgesehen, während an dem Bund 4 ein Stutzen! π für den Austritt der Lösung vorgesehen ist, nachdem diese die zwischen den Windungen der Wand 9 gebildete schraubenförmige Kammer 8 auf ihrer ganzen Länge durchströmt hat.

Die Innen- und Außenflächen des Mantels und des Kerns sind verbleit, wie bei 12 dargestellt, um die Anfressung dieser Teile zu verhindern. Das gleiche ist bei der Grundplatte 1, dem Flansch 4 und den Stutzen 10 und 11 der Fall, welche mit der Lösung "in Berührung kommen können.

Wie im einzelnen in Fig. 3 dargestellt, besitzt die eine allgemein schraubenförmige Form aufweisende Wand 9 einen Querschnitt von allgemein rechtwinkliger Form und wird durch fünf Bleirohre 13 mit parallelepipedischem Querschnitt gebildet, wobei die Längskanten 14 abgeschrägt sind, wobei diese Rohre nebeneinanderliegen und aneinander auf ihrer ganzen Länge durch Schweißwülste 15 befestigt sind, welche in den zwischen den abgeschrägten Kanten 14 gebildeten Nuten angebracht sind. In der Nähe ihres Umfangs besitzt die Wand9 eine Stahlbewehrung ¹KO allgemein schraubenförmiger Form, welche in Blei eingebettet ist, sowie ein Profileisen 117,' dessen Außenseite Rippen i'8 aufweist, welche mit der Innenseitet 19 des "BleiÜberzuges 12 des "Mantels so zusammenwirken sollen, daß eine Art Labyrinthdichtung entsteht, welche den Übertritt der Lösung von einer Seite der Wand auf die andere längs des Umfangsrandes derselben verhindern soll. Die so in der Dicke der Wand 9 angeordneten fünf Leitungen 20 haben eine allgemein schraubenförmige Form und bilden den Heizkreis, welcher von Dampf durchströmt werden soll. Diese mit kreisförmigem Querschnitt dargestellten Leitungen können natürlich auch einen anderen Querschnitt aufweisen. In dem dargestellten Austauscher verschließt ein auf den Bund 4 aufgeholzter Deckel 31 das obere Ende des Kerns 3. Dieser Deckel enthält einen Anschlußstutzen 22 für den Dampfeintritt. Bei dieser Ausführungsform ist der Heizkreis in vier parallel geschaltete Abschnitte unterteilt, deren jeder durch die fünf in Parallelschaltung gespeisten Leitungen 20 der Wand 9 gebildet wird und sich über zwei aufeinanderfolgende Windungen dieser Wand erstreckt. Diese verschiedenen Abschnitte werden von dem Hohlraum'213 des Kerns aus durch vier Eingangssammelrohre 24 gespeist, wobei das Kondensat von vier Ausgangssammelrohren 25 aufgefangen wird, welche mit einem einen Austrittsstutzen 27 aufweisenden allgemeinen Sammelrohr 26 verbunden sind.

Die Eingangs- und Ausgangssammelrohre 24 und 25 sind im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Sie go sind in gleicher Weise ausgebildet und werden durch je ein Stahlrohr 28 gebildet, welches radial angeordnet und an einem an eine Verstärkungsplatte 30 angeschweißten Stutzen 29 befestigt ist, während die Platte selbst innen mit dem Kern 3 verschweißt ist. Die Enden der nebeneinanderliegenden Bleirohrabschnitte 13 sind auf an das Rohr 28 angeschweißte seitliche Rohre 3¹I aufgeschoben, und die Bewehrung α 6 ist mittels einer Schraube 35 an dem Ende des Rohres'28 befestigt. i_Q0 Die Bleirohrabschnitte 13 und die Stahlbewehrung 116 werden so von den Sammelrohren gehalten, wobei die Gesamtanordnung von Blei umhüllt ist und die Wand 9 einen konstanten Querschnitt beibehält. Die Ausgangssammelrohre sind durch Rohre 30 mit dem bereits erwähnten allgemeinen Sammelrohr 26 verbunden.

Die nach je zwei Windungen vorgesehenen Eingangs- und Ausgangssammelrohre 24 und 25 sind so angeordnet, daß der Dampf und die Lösung im Gegenstrom strömen. Außer der Erfüllung der Aufgabe der Verteilung bilden sie radiale, mit dem Kern fest verbundene, die Wand 9 haltende Halter. Die Verstärkung der Wand ist besonders wegen der geringen mechanischen Festigkeit der Bleirohre I13 und der hohen Temperaturen, denen der Austauscher ausgesetzt sein kann, angezeigt. Zwischen diesen nach je zwei Windungen angeordneten Sammelrohren ist die Wand 9 außerdem durch radiale Zwischenhalter der in Fig. 4 dargestellten Art gehalten und verstärkt. Dieser Halter weist eine an den Kerns angeschweißte Stange 33 mit fünf Ouerrohren 34 für den Durchtritt des Dampfes auf, auf welche die Enden der Bleirohrabschnitte 13 aufgeschoben sind. Die chraubenförmige Bewehrung 16 ist ebenfalls durch

eine Schraube 35 an dem Ende dieser Stange 33 befestigt. Diese Zwischenhalter sind z. B. alle >it20° so angeordnet, daß sie die Wand 9 stellenweise halten, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Haltern durch fünf nebeneinanderliegende Rohrabschnitte mit einem Zentriwinkel von 120'° gebildet wird, deren Enden auf die Querrohre der Zwischenhalter oder der Sammelrohre aufgeschoben sind. Die Zwischenhalter sind natürlich ebenfalls von homogenem Blei umkleidet.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Austauscher eine einzige schraubenförmige Wand auf, welche eine einzige Kammer für den Durchfluß der Lösung bestimmt. Es ist jedoch wohlverstanden, daß der Austauscher auch mehrere schraubenförmige Wände aufweisen kann, in deren Dicke Leitungen wie die verschiedenen Gänge einer mehrgängigen Schraube so angeordnet sind, daß sie mehrere schraubenförmige Kammern zwischen dem Mantel und dem Kern begrenzen.

Es ist zu bemerken, daß der äußere Teil der schraubenförmigen Kammer 8 keine Wand besitzt, sondern durch den Mantel 5 abgeschlossen wird, welcher infolge seiner leicht konischen Form nach Entfernung der ihn mit der Grundplatte 1 und dem Flansch 4 verbindenden Bolzen leicht abgehoben werden kann. Nach Entfernung des Mantels kann die Kammer 8 leicht auf ihrer ganzen Länge gereinigt werden.

Falls die Wand 9 eine große Breite besitzt, können eine oder mehrere zusätzliche Bewehrungen der bei i'6 dargestellten Art zwischen den Rohren 13 vorgesehen werden. Benachbarte Windungen der W^Tand 9 verbindende Säulen können ebenfalls vorgesehen werden. Diese Säulen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie Einschnürungen des Querschnitts der Kammer 8 bilden und außerdem die Reinigung derselben erschweren.

Zur Erleichterung der Aneinanderschweißung der verschiedenen nebeneinanderliegenden Rohrabschnitte 13 kann man auch der Wand 9 einen Querschnitt von allgemein trapezförmiger Form geben, wobei der Umfang eine geringere Dicke aufweist. Die freien Flächen der schraubenförmigen Wand können auch so ausgebildet sein, daß die Austauschfläche vergrößert wird, und hierfür insbesondere wellenförmig ausgebildet sein.

Es ist wohlverstanden, daß die in der schraubenförmigen Wand angebrachten Leitungen nicht notwendigerweise eine allgemein schraubenförmige Form haben, welche jedoch vorzuziehen ist, da sie gestattet, diese Wand durch nebeneinanderliegende Rohre zu bilden. Diese haben vorzugsweise einen parallelepipedischen Querschnitt, können jedoch auch andere Formen aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

ι . Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch wenigstens eine allgemein schraubenförmige Kammer (8), welche von dem einen der beiden Strömungsmittel, welche in Wärmeaustausch miteinander treten sollen, durchströmt wird, und zwischen einem Außenmantel (5) und einem Innenkern (3) durch wenigstens eine Wand von allgemein schraubenförmiger Form (9) begrenzt wird, welche mit diesem Kern fest verbunden ist und wenigstens eine in ihrer Dicke angeordnete Leitung aufweist, welche von dem anderen Strömungsmittel durchströmt wird, wobei der äußere Teil dieser Kammer keine Wand aufweist, sondern von dem Mantel abgeschlossen wird, welcher abnehmbar ist, um nach seiner Entfernung die Reinigung dieser Kammer auf ihrer ganzen Länge zu gestatten.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) wenigstens auf ihrem größten Teil durch mehrere nebeneinanderliegende Rohre (.1-3) von allgemein schraubenförmiger Form gebildet wird.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) einen Querschnitt von allgemein rechteckiger Form aufweist.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) einen Querschnitt von allgemein trapezförmiger Form aufweist, wobei der Umfang eine kleinere Dicke aufweist.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, go dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (¹13), welche einen äußeren Querschnitt von im allgemeinen parallelepipedischer Form aufweisen, wenigstens an gewissen Längskanten (14) so geformt sind, daß Abschrägungen entstehen und daß sie auf ihrer ganzen Länge durch Ausfüllung der zwischen diesen Abschrägungen gebildeten Nuten mit einer Schweißnaht miteinander verbunden sind.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch >i und >2, bei welchem die Rohre aus einem Werkstoff sind, welcher eine verhältnismäßig niedrige mechanische Festigkeit besitzt, gekennzeichnet durch radiale Halter aus einem eine erhebliche Festigkeit aufweisenden Werkstoff, welche mit dem Kern (3) starr verbunden und so angeordnet sind, daß sie die Wand (9) stellenweise halten.
7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 und 6ⁱ, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Halter so ausgebildet ist, daß er ein Sammelrohr für das die Leitungen der Rohre durchfließende Strömungsmittel bildet.
8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, ,2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter in die Dicke der Wand (9) eingesetzt sind.
9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2, 6 und 7, bei welchem der Kern hohl ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Kern (3) wenigstens zwei radiale Halter aufweist, von denen der eine ein Eingangssammelrohr und der andere ein Ausgangssammelrohr bildet, wobei das Sammelrohr oder die Sammelrohre der einen Art in den Hohlraum (23) des Kerns münden, während das Sammelrohr oder die Sammelrohre der anderen Art mit einem in

diesem Hohlraum untergebrachten allgemeinen Sammelrohr (26) verbunden sind.
10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) außerdem wenigstens eine metallische Bewehrung (16) von allgemein schraubenförmiger Form aufweist.
11. Wärmeaustauscher nach Ansruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) wenigstens zum größten Teil aus nebeneinanderliegenden Rohrabschnitten (13) gebildet wird* welche zwischen den radialen Haltern ('33) angeordnet sind.
12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1,12, 6 und no, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrung (ί'6) von den radialen Haltern (33) getragen wird.
13. Wärmeaustauscher nach Anspruch »i, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Flächen der Wand (9) so geformt sind, daß die Wärme- ao austauschfläche vergrößert wird.
14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) zur Erleichterung seiner Entfernung leicht konisch geformt ist.
15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand der Wand! (9) eine mit Umfangsrippen (118) versehene Oberfläche aufweist, welche in Zusammenarbeit mit dem Mantel (5 bis 12) eine Art Labyrinthdichtung bildet, um den axialen Durchtritt des Strömungsmittels von einer Seite der Wand auf die andere längs dieses Randes zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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