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Wärmeaustauscher aus Graphit Die bekannten Konstruktionen von Röhrenwärmeaustauschern
aus Graphit lehnen sich eng an die bestehenden Konstruktionen der Metallwärmeaustauscher
an. Da die spezifischen Werkstoff- und Festigkeitseigenschaften des Graphits ganz
andere sind als die der Metalle, ergeben sich bei diesen Konstruktionen gewisse
Schwierigkeiten und Nachteile. Während bei den Metallwärmeaustauschern die Rohre
mit dem Rohrboden durch Einwalzen, Einschweißen oder Einlöten verbunden werden,
erfolgt bei den Graphitwärmeaustauschern das Befestigen und Abdichten der Rohre
im Rohrboden durch Verleimen oder in einer anderen geeigneten Weise. Wegen der geringeren
Festigkeit des Graphits muß sowohl die Wandstärke der Rohre als auch die Stärke
der zwischen den Rohren liegenden Stege des Rohrbodens wesentlich größer gewählt
werden, so daß man je Raumeinheit nur eine begrenzte, verhältnismäßig geringe Wärmeaustauschfläche
unterbringen kann. Wegen der großen Zwischenräume zwischen den Rohren verringert
sich auch die Strömungsgeschwindigkeit des dort fließenden Wärmeaustauschmittels
und damit auch der Wärmeaustausch. Da gezogene Graphitrohre in der Regel nicht gerade
sind, ist eine Nachbearbeitung erforderlich, um ein einwandfreies Einpassen in die
Bohrungen der Rohrböden zu ermöglichen.
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Es wurde nun gefunden, daß man Wärmeaustauscher mit zu Rohrbündeln
vereinigten Rohren aus Graphit vorteilhaft herstellen kann, wenn man die durch Abstandsstücke
voneinander getrennten Rohre mit den Rohrböden stumpf aufeinanderstoßend verbindet.
Die Abstandsstücke zwischen den einzelnen Graphitrohren können in der verschiedensten
Art ausgebildet sein. So lassen
sich mit Vorteil durchgehende Leisten
verwenden die zweckmäßig am oberen und unteren Ende de: Rohrbündels und bei größerer
Länge auch in der Mitte kreuzweise zwischen den einzelnen Rohren angebracht sind.
Weiter ist es auch möglich, auf den einzelnen Rohren Verdickungen, z. B. über die
Rohrenden geschobene Hülsen, Ringe usw., vorzusehen, die dann als Abstandsstücke
dienen. Durch eine viereckige, dreieckige und sechseckige Gestalt dieser Abstandsstücke
ist es möglich, beim Aneinanderfügen der Rohre aus den Abstandsstücken geschlossene
Platten zu bilden, die gegebenenfalls die Rohrböden .ersetzen können. Die zwischen
den Rohrböden liegenden Abstandsstücke können zweckmäßig so angeordnet und ausgebildet
werden, daß eine gewollte zwangsläufige Führung des zwischen den Rohren strömenden
Mittels erreicht wird.
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In der Regel werden auf den Stirnflächen der aus Rohren und Abstandsstücken
gebildeten Rohrbündel Rohrböden befestigt. Nach dem Zusammenfügen der Einzelrohre
zu einem Rohrbündel werden die Stirnflächen dieses, einen festen zusammenhängenden
Block bildenden Bündels bearbeitet und auf diese bearbeiteten Flächen die Rohrböden
aufgebracht. Vor oder nach dem Aufbringen erhalten die Rohrböden den Rohröffnungen
entsprechend Durchbrüche, durch die das die Rohre durchströmende Wärmeaustauschmittel
zu-oder abgeleitet wird. Die Größe der Durchbrüche ist zweckmäßig gleich oder kleiner
als die lichte Weite der Rohre. Falls sie kleiner ist, kann man im Innern der Rohrenden
zweckmäßig Verstärkungen anbringen, die die Auflageflächen der Rohrböden vergrößern.
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Die Verbindung der Abstandsstücke mit den einzelnen Rohren und miteinander
sowie die Verbindung der Rohrböden mit den Stirnflächen der Rohre erfolgt zweckmäßig
durch Verleimen. Bei Wahl von geeigneten Leimen, z. B. auf der Basis von Phenolformaldehydharzen,
ist die Festigkeit der Leimfugen ebenso groß wie die des Graphits selbst.
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Die mit Rohrböden versehenen Rohrbündel erhalten in an und für sich
bekannter Weise einen Mantel aus Graphit oder gegebenenfalls aus geeigneten Metallen,
der zusammen mit den Rohrböden einen geschlossenen Raum bildet, durch den das eine
Wärmeaustauschmittel strömt. Das andere W ärmeaustauschmittel wird durch über den
Rohrböden angeordnete Bauelemente, die die Rohrenden des Bündels zusammenfassen,
durch die Rohre geleitet. Bei Anordnung des Wärmeaustauschers als Kühl- oder Heizelement
innerhalb eines Flüssigkeitsbehälters kommt eines der die Außen- oder Innenseiten
der Rohre zusammenfassenden Bauelemente in Wegfall. Die beschriebenen Wärmeaustauscher
lassen sich einzeln oder zu mehreren nebeneinander- oder hinterein@andergeschaltet
sowohl bei gewöhnlichem Druck als auch bei erniedrigtem oder erhöhtem Druck verwenden.
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Man kann den Abstand der einzelnen Graphitrohre voneinander bei derartig
gebauten Graphitwärmeaustauschern relativ niedrig halten, ohne daß die Festigkeit
des Rohrbodens durch eine zu geringe Dicke der zwischen den Rohren liegenden Stege
unzulässig beeinträchtigt wird.
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Durch die Verringerung des Abstandes zwischen den Graphitrohren wird
sowohl die in der Raumeinheit unterzubingendeWärmeaustauschfläche vergrößert als
auch der Wärmeaustausch durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeaustauschmittels
zwischen den Graphitrohren verbessert.
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In Abb. i ist die Aufsicht auf einen Ausschnitt aus einem Rohrbündel
dargestellt, in dem die Abstandsleisten a und b die Rohre r voneinander
trennen. Diese Abstandsleisten bilden ein Gitter, das die einzelnen Rohre nach dem
Verleimen fest verankert. Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch den oberen Teil eines
derartigen Rohrbündels mit einem auf der Stirnfläche aufgebrachten Rohrboden B und
den Bohrungen R, deren Durchmesser etwas kleiner als die lichte Weite der Rohre
r ist. Abb. 3 zeigt eine Verstärkung im Innern des Rohres r, durch die die Auflagefläche
des Rohrbodens B vergrößert wird. Abb. ¢ zeigt eine Ausbildung der Abstandsstücke
a als Verdickung der Röhrenden, bei der die Rohre in der üblichen Weise so gegeneinander
versetzt sind, daß sich die Verbindungslinien der Rohrmittelpunkte unter einem Winkel
von 6o° schneiden. In Abb. 5 sind die Rohre so angeordnet, daß dieser Winkel 9o°
beträgt. Abb. 6 stellt einen Schnitt durch den oberen Teil eines aus den Rohren
r und den ringförmigen Abstandsstücken a bestehenden Rohrbündels dar, auf dem der
Rohrboden B mit den Durchbrüchen R befestigt ist. Die in Abb. 4 und 5 gezeichneten
Abstandsstücke können beispielsweise eine quadratische Form oder eine andere entsprechende
Form haben, die so beschaffen ist, daß beim Zusammenfügen der einzelnen Rohre eines
Rohrbündels eine geschlossene Platte entsteht.