EP3803250A1 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger

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Publication number
EP3803250A1
EP3803250A1 EP19727669.4A EP19727669A EP3803250A1 EP 3803250 A1 EP3803250 A1 EP 3803250A1 EP 19727669 A EP19727669 A EP 19727669A EP 3803250 A1 EP3803250 A1 EP 3803250A1
Authority
EP
European Patent Office
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heat exchanger
tube
exchanger according
fiber
tubes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19727669.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Wilk
Shengjun FENG
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP3803250A1 publication Critical patent/EP3803250A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/165—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using additional preformed parts, e.g. sleeves, gaskets
    • F28F9/167—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using additional preformed parts, e.g. sleeves, gaskets the parts being inserted in the heat-exchange conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/06—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes composite, e.g. polymers with fillers or fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/162—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using bonding or sealing substances, e.g. adhesives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/165—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using additional preformed parts, e.g. sleeves, gaskets

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger having one and preferably a plurality of tubes extending from a tube plate through a heat exchange chamber.
  • the invention further relates to a method for producing such a heat exchanger and the use of such a heat exchanger.
  • Tube bundle heat exchangers are known from the prior art. They comprise a plurality of tubes which are passed through a typically cylindrical heat exchange chamber. Within the tubes, a first fluid is passed and these tubes are lapped in the heat exchange chamber with a second fluid. It should take place a heat exchange. At the ends, the tubes are typically enclosed in tube sheets, which are usually produced in known heat exchangers of this type in metallic materials. In order to design the heat exchangers for use with corrosive media, have already been in the prior art Non-metallic materials such as graphite used for the production of Rohrbö- the.
  • the object of the invention is to provide a design of generic heat exchangers which is suitable for use with corrosive media and satisfies high mechanical requirements.
  • a heat exchanger having one and preferably a plurality of tubes which extend from a tube bottom through a heat exchange chamber, wherein the tube plate is made of a fiber-reinforced plastic material.
  • the heat exchanger according to the invention is a tube bundle heat exchanger with a plurality of tubes.
  • the tubes extend through the heat exchange chamber between two tubesheets located at opposite ends of the heat exchange chamber, wherein it is preferably provided that both tubesheets are made of a fiber-reinforced plastic material.
  • the one or more tubesheets are preferably plate-shaped. They have at least the required size for receiving a pipe, but can also have expansions of several meters and accommodate several hundred pipes.
  • the dimensioning of the tubesheets takes place as a function of the pressures and temperatures for which the heat exchanger is designed.
  • the tubes preferably have a round cross section. The cross-sectional areas depend on the design of the heat exchanger. Typical pipe diameters range from a few millimeters up to about 50 mm.
  • the heat exchange chamber is tubular and is enclosed between the two tube plates by an axially extending jacket.
  • the heat exchange chamber can be round in cross section or oval. Accordingly, the tubesheets may be in the form of round or oval plates and the jacket may be round or oval in cross-section.
  • hoods to be placed on the outer sides of the tubesheets facing away from the heat exchanger chamber in order to form supply and return-side distributor chambers for a first heat exchange medium which is intended to pass through the tubes.
  • the lateral surface has an inlet and an outlet for a second heat exchange medium.
  • the inlet and outlet are preferably arranged in opposite end regions of the heat exchange chamber, that is to say near the tubesheets, in order to allow as complete a flow as possible through the heat exchange chamber and thus flushing of the tubes with the second heat exchange medium.
  • the fiber reinforcement of the fiber-reinforced plastic material comprises or consists of carbon fibers and / or that the fibers are present as tissue in the fiber reinforcement of the fiber-reinforced plastic material. Tissues are created by interweaving continuous fibers, such as rovings. As a result, particularly favorable mechanical properties can be obtained.
  • the matrix material of the fiber-reinforced plastic material comprises or consists of a phenolic resin.
  • the tube plate or tubes preferably comprise sleeve-shaped tube receptacles for receiving the tube ends.
  • holes may be incorporated in the tubesheets in or through which the tube receivers and tube ends are inserted.
  • the one or more tube plates are made of several individual components, wherein the or the tube plates preferably perforated base plates and cover plates, on which sleeve-shaped tube receptacles are held.
  • the tubesheet comprises a base plate, a cover plate and sandwiched between these plates Drseg elements.
  • the base plate and the cover plate may be perforated.
  • the pipe receivers can be provided with flanges and the flanges can be enclosed in the intermediate space between the plates.
  • the sleeve-shaped part of the tube receptacles can protrude beyond the base plate in the space bathtau.
  • the filling segments serve to stabilize the tube bottom thus constructed.
  • the diameter of the cover plate is greater than the diameter of the base plate.
  • the tubes can be inserted into the tube receptacles as part of the position of the heat exchanger, and the composite produced in this way can then be guided through the heat exchange chamber and finally the cover plates are placed on top.
  • both the base plate and the cover plate have a diameter which is greater than the inner diameter of the jacket tube. It is also conceivable that U-tubes are inserted into the tubesheet.
  • the individual components of the tubesheets can be prefabricated in molds and then connected to each other and to the tubes. All components as well as the tube can be made of the same material, for example a phenolic resin material reinforced with a carbon fiber fabric. The connection can be made by gluing or welding. Preferred is an integral compound.
  • tubes and tubesheets alternatively or in addition to a mechanical enclosure of the tube ends in the tube plates, by a preferably integral connection, which can be obtained for example by gluing or welding.
  • an integral compound for example, a cement that is the same material as tubesheets, tubesheet components and / or tubes can be used, for example a phenolic resin-graphite cement can be used with heating.
  • An integrally produced composite of pipes and tubesheet obtained in this way has no weak points and is suitable for high pressure and thermal cycling, as can occur, for example, in evaporation applications.
  • the tubes and the tubesheet are joined together and then preferably joined together integrally.
  • the tubes are inserted into the receptacles and then a preferably integral connection of the tubes and the tubesheet and optionally the components of the tubesheet takes place one behind the other.
  • the base plate is reinforced in the area of the tube receptacles.
  • the design can better withstand an axial force on the tubes.
  • a seal may be used, for example, between the inside of the base plate or the inside of the cover plate and the pipe flange.
  • the invention further relates to the use of a heat exchanger according to the invention.
  • the heat exchanger can be used, for example, for heating or cooling corrosive fluids or for evaporating liquids, in particular corrosive liquids such as acids.
  • the heat exchanger can be operated under pressure, so that at least one nes of the heat exchange media under elevated pressure of, for example, more than 2 bar, more than 5 bar, more than 10 bar or more than 50 bar in the tubes or the heat exchange chamber is pressed.
  • at least one of the heat exchange media can also be passed without pressure or, in the case of negative pressure, into the tubes or the heat exchange chamber.
  • Figure 1 a longitudinal section through a tube bundle heat exchanger from the
  • Figure 2 a section through a tube sheet of a tube bundle heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 1 shows a tube bundle heat exchanger 1 from the prior art. It comprises as main components a plurality of circular cross-section tubes 2, which extend between two plate-shaped and circular tubesheets 3 in the axial direction through a circular cylindrical heat exchange chamber 4.
  • the heat exchange chamber 4 is bounded laterally by a jacket tube 5 which is circular in cross section.
  • hoods 6 are placed to form distribution chambers 7 for a first heat exchange medium at the flow and return sides of the tubes 2.
  • In the near-edge regions of the jacket tube 5 are an inlet 8 and an outlet 9 for a second heat exchange medium.
  • This construction which is basically known from the prior art, can also be used in tube bundle heat exchangers according to the invention.
  • At least one of the tube plates 3 may be formed in a tube bundle heat exchanger 1 according to the invention as shown in FIG.
  • This tube plate 3 comprises four essential parts, namely a base plate 31, a cover plate 33, filling segments 32 sandwiched between the plates 31 and 33 for stabilization, and sleeve-shaped tube receptacles 34.
  • the base plate 31 and the cover plate 33 are each perforated, the holes 31 a of the base plate 31 and the holes 33 a of the cover plate 33 are arranged in alignment and wherein the holes 31 a of the base plate 31 have a slightly larger diameter than the holes 33 a of the cover plate 33.
  • the base plate 31, the intermediate segments 32, the cover plate 33 and the tube receivers 34 are each made of a phenolic resin material reinforced with a carbon fiber fabric.
  • the tubes 2 may be made of the same material and are plugged into the protruding from the base plate 31 tube receptacles 35.
  • the tube receivers 34 are provided with flanges 35, which are enclosed in the intermediate space between the plates 31 and 33.
  • the filling segments 32 fill the areas of the gap between the plates 31 and 33 that are not filled by the flanges 35.
  • the flange 35 is thus jammed between the base plate 31 and the cover plate 33.
  • the components 31 - 34 of the tube plate 3 and the tubes 2 are integrally connected to each other, this integral connection being obtained by application of a carbon fiber phenolic resin cement and subsequent heating.
  • the diameter of the cover plate 33 is greater than the diameter of the base plate 31.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger having one and preferably a plurality of tubes which extend from a tube base through a heat exchange chamber, wherein the tube base is produced from a fiber-reinforced plastic material. The invention further relates to a method for producing such a heat exchanger and to the use of such a heat exchanger.

Description

Wärmetauscher  heat exchangers
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem und vorzugsweise mehreren Rohren, die sich ausgehend von einem Rohrboden durch eine Wärmetauschkam- mer erstrecken. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmetauschers sowie die Verwendung eines derartigen Wärmetau- schers. The invention relates to a heat exchanger having one and preferably a plurality of tubes extending from a tube plate through a heat exchange chamber. The invention further relates to a method for producing such a heat exchanger and the use of such a heat exchanger.
Rohrbündelwärmetauscher sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen mehrere Rohre, die durch eine typischerweise zylindrische Wärmetauschkammer geführt werden. Innerhalb der Rohre wird ein erstes Fluid geführt und diese Rohre werden in der Wärmetauschkammer mit einem zweiten Fluid umspült. Dabei soll ein Wärmetausch stattfinden. An den Enden sind die Rohre typischerweise in Rohrböden eingefasst, die in bekannten derartigen Wärmetauschen meist metalli- schen Werkstoffen hergestellt werden. Um die Wärmetauscher für einen Einsatz mit korrosiven Medien auszulegen, wurden im Stand der Technik auch bereits nichtmetallische Werkstoffe wie beispielsweise Graphit zur Herstellung der Rohrbö- den verwendet. Tube bundle heat exchangers are known from the prior art. They comprise a plurality of tubes which are passed through a typically cylindrical heat exchange chamber. Within the tubes, a first fluid is passed and these tubes are lapped in the heat exchange chamber with a second fluid. It should take place a heat exchange. At the ends, the tubes are typically enclosed in tube sheets, which are usually produced in known heat exchangers of this type in metallic materials. In order to design the heat exchangers for use with corrosive media, have already been in the prior art Non-metallic materials such as graphite used for the production of Rohrbö- the.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bauform gattungsgemäßer Wärmetauscher be- reitzustellen, die sich für den Einsatz mit korrosiven Medien eignet und hohen me- chanischen Ansprüchen genügt. The object of the invention is to provide a design of generic heat exchangers which is suitable for use with corrosive media and satisfies high mechanical requirements.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher mit ei- nem und vorzugsweise mehreren Rohren, die sich ausgehend von einem Rohrbo- den durch eine Wärmetauschkammer erstrecken, wobei der Rohrboden aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher um einen Rohrbündelwärmetauscher mit mehreren Rohren. This object is achieved according to the invention by a heat exchanger having one and preferably a plurality of tubes which extend from a tube bottom through a heat exchange chamber, wherein the tube plate is made of a fiber-reinforced plastic material. Preferably, the heat exchanger according to the invention is a tube bundle heat exchanger with a plurality of tubes.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Rohre zwischen zwei an gegenüberliegenden Enden der Wärmetauschkammer liegenden Rohrböden durch die Wärmetauschkammer erstrecken, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass beide Rohrböden aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sind. In one embodiment, it is provided that the tubes extend through the heat exchange chamber between two tubesheets located at opposite ends of the heat exchange chamber, wherein it is preferably provided that both tubesheets are made of a fiber-reinforced plastic material.
Der oder die Rohrböden sind vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. Sie besitzen mindestens die erforderliche Größe für die Aufnahme eines Rohres, können aber auch Ausdehnungen von mehreren Metern haben und mehrere hundert Rohre auf- nehmen. Die Dimensionierung der Rohrböden erfolgt in Abhängigkeit der Drücke und Temperaturen, für die der Wärmetauscher ausgelegt ist. Die Rohre haben vor- zugsweise einen runden Querschnitt. Die Querschnittsflächen hängen von der Aus- legung des Wärmetauschers ab. Typische Rohrdurchmesser reichen von wenigen Millimetern bis hin zu etwa 50 mm. The one or more tubesheets are preferably plate-shaped. They have at least the required size for receiving a pipe, but can also have expansions of several meters and accommodate several hundred pipes. The dimensioning of the tubesheets takes place as a function of the pressures and temperatures for which the heat exchanger is designed. The tubes preferably have a round cross section. The cross-sectional areas depend on the design of the heat exchanger. Typical pipe diameters range from a few millimeters up to about 50 mm.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wärmetauschkammer rohrför- mig ausgebildet ist und zwischen den zwei Rohrböden von einem axial verlaufen- den Mantel umschlossen wird. Die Wärmetauschkammer kann im Querschnitt rund oder oval ausgebildet sein. Entsprechend können die Rohrböden als runde oder ovale Platten vorliegen und der Mantel im Querschnitt rund oder oval sein. In one embodiment, it is provided that the heat exchange chamber is tubular and is enclosed between the two tube plates by an axially extending jacket. The heat exchange chamber can be round in cross section or oval. Accordingly, the tubesheets may be in the form of round or oval plates and the jacket may be round or oval in cross-section.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass an den von der Wärmetauschkam- mer abgewandten Außenseiten der Rohrböden Hauben aufgesetzt sind, um dort vor- und rücklaufseitige Verteilerkammern für ein erstes Wärmetauschmedium zu bilden, das durch die Rohre laufen soll. In one embodiment, provision is made for hoods to be placed on the outer sides of the tubesheets facing away from the heat exchanger chamber in order to form supply and return-side distributor chambers for a first heat exchange medium which is intended to pass through the tubes.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mantelfläche ein Einlass und eine Auslass für ein zweites Wärmetauschmedium aufweist. Einlass und Auslass sind vorzugsweise in gegenüberliegenden Endbereichen der Wärmetauschkam- mer, also nahe der Rohrböden angeordnet, um ein möglichst vollständiges Durch- strömen der Wärmetauschkammer und mithin Umspülen der Rohre mit dem zwei- ten Wärmetauschmedium zu ermöglichen. In one embodiment, it is provided that the lateral surface has an inlet and an outlet for a second heat exchange medium. The inlet and outlet are preferably arranged in opposite end regions of the heat exchange chamber, that is to say near the tubesheets, in order to allow as complete a flow as possible through the heat exchange chamber and thus flushing of the tubes with the second heat exchange medium.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Faserverstärkung des faserver- stärkten Kunststoffmaterials Kohlenstofffasern umfasst oder daraus besteht und/oder dass die Fasern als Gewebe in der Faserverstärkung des faserverstärkten Kunststoffmaterials vorliegen. Gewebe entstehen durch das Verweben von Endlos- fasern, beispielsweise von Rovings. Hierdurch können besonders günstige mecha- nische Eigenschaften erhalten werden. In one embodiment, it is provided that the fiber reinforcement of the fiber-reinforced plastic material comprises or consists of carbon fibers and / or that the fibers are present as tissue in the fiber reinforcement of the fiber-reinforced plastic material. Tissues are created by interweaving continuous fibers, such as rovings. As a result, particularly favorable mechanical properties can be obtained.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial des faserver- stärkten Kunststoffmaterials ein Phenolharz umfasst oder daraus besteht. In one embodiment, it is provided that the matrix material of the fiber-reinforced plastic material comprises or consists of a phenolic resin.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der oder die Rohrböden vorzugs- weise hülsenförmige Rohraufnahmen zur Aufnahme der Rohrenden umfassen. Beispielsweise können in den Rohrböden Löcher eingearbeitet sein, in oder durch welche die Rohraufnahmen und Rohrenden gesteckt sind. In one embodiment, it is provided that the tube plate or tubes preferably comprise sleeve-shaped tube receptacles for receiving the tube ends. For example, holes may be incorporated in the tubesheets in or through which the tube receivers and tube ends are inserted.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der oder die Rohrböden aus mehre- ren Einzelkomponenten gefertigt sind, wobei der oder die Rohrböden vorzugsweise gelochte Basisplatten und Deckplatten umfassen, an denen hülsenförmige Rohr- aufnahmen gehalten sind. In one embodiment, it is provided that the one or more tube plates are made of several individual components, wherein the or the tube plates preferably perforated base plates and cover plates, on which sleeve-shaped tube receptacles are held.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Rohrboden eine Basisplatte, eine Deckplatte und sandwichartig zwischen diesen Platten eingeschlossene Füllseg mente umfasst. Die Basisplatte und die Deckplatte können gelocht sein. Die Rohr- aufnahmen können mit Flanschen versehen und die Flansche im Zwischenraum zwischen den Platten eingefasst sein. Der hülsenförmige Teil der Rohraufnahmen kann über die Basisplatte hinaus in den Wärmetau sch raum ragen. Die Füllsegmen- te dienen der Stabilisierung des so konstruierten Rohrbodens. For example, it may be provided that the tubesheet comprises a base plate, a cover plate and sandwiched between these plates Füllseg elements. The base plate and the cover plate may be perforated. The pipe receivers can be provided with flanges and the flanges can be enclosed in the intermediate space between the plates. The sleeve-shaped part of the tube receptacles can protrude beyond the base plate in the space Wärmetau. The filling segments serve to stabilize the tube bottom thus constructed.
In einer Ausführungsform ist der Durchmesser der Deckplatte größer als der Durchmesser der Basisplatte. So können im Rahmen der Fierstellung des Wärme- tauschers die Rohre in die Rohraufnahmen eingesetzt werden, der so hergestellte Verbund sodann durch den Wärmetauschraum geführt werden und abschließend die Deckplatten aufgesetzt werden. In one embodiment, the diameter of the cover plate is greater than the diameter of the base plate. For example, the tubes can be inserted into the tube receptacles as part of the position of the heat exchanger, and the composite produced in this way can then be guided through the heat exchange chamber and finally the cover plates are placed on top.
Alternativ ist selbstverständlich auch eine Ausgestaltung denkbar, wobei sowohl die Basisplatte als auch die Deckplatte einen Durchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser des Mantelrohres ist. Auch ist denkbar, dass U-Rohre in den Rohrboden eingesetzt werden. Alternatively, of course, a configuration is conceivable, wherein both the base plate and the cover plate have a diameter which is greater than the inner diameter of the jacket tube. It is also conceivable that U-tubes are inserted into the tubesheet.
Die Einzelkomponenten der Rohrböden können in Formen vorgefertigt und an- schließend untereinander sowie mit den Rohren verbunden werden. Alle Kompo- nenten wie auch das Rohr können aus demselben Material, beispielsweise aus ei- nem mit einem Kohlefasergewebe verstärkten Phenolharzmaterial gefertigt sein. Die Verbindung kann durch Kleben oder Schweißen erfolgen. Bevorzugt ist eine integrale Verbindung. The individual components of the tubesheets can be prefabricated in molds and then connected to each other and to the tubes. All components as well as the tube can be made of the same material, for example a phenolic resin material reinforced with a carbon fiber fabric. The connection can be made by gluing or welding. Preferred is an integral compound.
In einer Ausführungsform können Rohre und Rohrplatten, alternativ oder zusätzlich zu einer mechanischen Einfassung der Rohrenden in die Rohrplatten, durch eine vorzugsweise integrale Verbindung verbunden sein, die beispielsweise durch Kle- ben oder Schweißen erhalten werden kann. In one embodiment, tubes and tubesheets, alternatively or in addition to a mechanical enclosure of the tube ends in the tube plates, by a preferably integral connection, which can be obtained for example by gluing or welding.
Zum Erhalt einer integralen Verbindung kann beispielsweise ein zu Rohrböden, Rohrbodenkomponenten und/oder Rohren materialgleicher Zement Anwendung finden, beispielsweise ein Phenolharz-Graphit-Zement unter Erhitzen eingesetzt werden. Ein so erhaltener integral gefertigter Verbund aus Rohren und Rohrboden weist keine Schwachstellen auf und ist für hohe Druck- und Temperaturwechselbe- anspruchung geeignet, wie sie beispielsweise bei Verdampfungsanwendungen auf- treten können. In order to obtain an integral compound, for example, a cement that is the same material as tubesheets, tubesheet components and / or tubes can be used, for example a phenolic resin-graphite cement can be used with heating. An integrally produced composite of pipes and tubesheet obtained in this way has no weak points and is suitable for high pressure and thermal cycling, as can occur, for example, in evaporation applications.
Im Rahmen der ebenfalls von der Erfindung umfassten Herstellung eines erfin- dungsgemäßen Wärmetauschers kann vorgesehen sein, dass die Rohre und der Rohrboden zusammengefügt und sodann vorzugsweise integral miteinander ver- bunden werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rohre in die Aufnahmen eingesetzt werden und sodann eine vorzugsweise integrale Verbindung der Rohre und des Rohrbodens sowie gegebenenfalls der Komponenten des Rohrbodens un- tereinander erfolgt. Within the scope of the production of a heat exchanger according to the invention, which is likewise encompassed by the invention, it can be provided that the tubes and the tubesheet are joined together and then preferably joined together integrally. Preferably, it is provided that the tubes are inserted into the receptacles and then a preferably integral connection of the tubes and the tubesheet and optionally the components of the tubesheet takes place one behind the other.
In einer Ausführungsform ist die Basisplatte im Bereich der Rohraufnahmen ver- stärkt. So kann die Konstruktion einer axialen Krafteinwirkung an den Rohren bes- ser standhalten. Auch kann im Grenzbereich zwischen Rohr und Rohrplatte eine Dichtung eingesetzt sein, beispielsweise zwischen der Innenseite der Basisplatte oder der Innenseite der Deckplatte und dem Rohrflansch. So kann im Falle einer nicht-integralen Verbindung eine verlässliche Abdichtung der Fluidräume gegenei- nander erfolgen. In one embodiment, the base plate is reinforced in the area of the tube receptacles. Thus, the design can better withstand an axial force on the tubes. Also, in the boundary region between the tube and tube plate, a seal may be used, for example, between the inside of the base plate or the inside of the cover plate and the pipe flange. Thus, in the case of a non-integral connection, reliable sealing of the fluid spaces can take place against each other.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärme- tauschers. Der Wärmetauscher kann dabei beispielsweise zur Erwärmung oder Kühlung korrosiver Fluide oder zum Eindampfen von Flüssigkeiten, insbesondere von korrosiven Flüssigkeiten wie beispielsweise Säuren eingesetzt werden. Der Wärmetauscher kann dabei unter Druck betrieben werden, sodass wenigstens ei- nes der Wärmetauschmedien unter erhöhtem Druck von beispielsweise mehr als 2 bar, mehr als 5 bar, mehr als 10 bar oder mehr als 50 bar in die Rohre bzw. die Wärmetauschkammer gepresst wird. Alternativ kann wenigstens eines der Wärme- tauschmedien auch drucklos oder bei Unterdrück in die Rohre bzw. die Wärme- tauschkammer geleitet werden. The invention further relates to the use of a heat exchanger according to the invention. The heat exchanger can be used, for example, for heating or cooling corrosive fluids or for evaporating liquids, in particular corrosive liquids such as acids. The heat exchanger can be operated under pressure, so that at least one nes of the heat exchange media under elevated pressure of, for example, more than 2 bar, more than 5 bar, more than 10 bar or more than 50 bar in the tubes or the heat exchange chamber is pressed. Alternatively, at least one of the heat exchange media can also be passed without pressure or, in the case of negative pressure, into the tubes or the heat exchange chamber.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel. In den Figuren zeigen: Further details and advantages of the invention will become apparent from the embodiment described with reference to FIGS. In the figures show:
Figur 1 : ein Längsschnitt durch einen Rohrbündelwärmetauscher aus dem Figure 1: a longitudinal section through a tube bundle heat exchanger from the
Stand der Technik; und  State of the art; and
Figur 2: ein Schnitt durch einen Rohrboden eines erfindungsgemäßen Rohr- bündelwärmetauschers. Figure 2: a section through a tube sheet of a tube bundle heat exchanger according to the invention.
Figur 1 zeigt einen Rohrbündelwärmetauscher 1 aus dem Stand der Technik. Er umfasst als Hauptkomponenten mehrere im Querschnitt kreisrunde Rohre 2, die sich zwischen zwei plattenförmigen und kreisrunden Rohrböden 3 in axialer Rich- tung durch eine kreiszylinderförmige Wärmetauschkammer 4 erstrecken. Die Wär- metauschkammer 4 wird seitlich von einem im Querschnitt kreisrunden Mantelrohr 5 begrenzt. An den von der Wärmetauschkammer 4 abgewandten Außenseiten der Rohrböden 3 sind Hauben 6 aufgesetzt, um Verteilerkammern 7 für ein erstes Wärmetauschmedium an den Vor- und Rücklaufseiten der Rohre 2 zu bilden. In den randnahen Bereichen des Mantelrohres 5 befinden sich ein Einlass 8 und ein Auslass 9 für ein zweites Wärmetauschmedium. Dieser aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Aufbau kann auch bei erfindungsgemäßen Rohrbündel- wärmetauschern zum Einsatz kommen. FIG. 1 shows a tube bundle heat exchanger 1 from the prior art. It comprises as main components a plurality of circular cross-section tubes 2, which extend between two plate-shaped and circular tubesheets 3 in the axial direction through a circular cylindrical heat exchange chamber 4. The heat exchange chamber 4 is bounded laterally by a jacket tube 5 which is circular in cross section. At the side facing away from the heat exchange chamber 4 outer sides of the tube sheets 3 hoods 6 are placed to form distribution chambers 7 for a first heat exchange medium at the flow and return sides of the tubes 2. In the near-edge regions of the jacket tube 5 are an inlet 8 and an outlet 9 for a second heat exchange medium. This construction, which is basically known from the prior art, can also be used in tube bundle heat exchangers according to the invention.
Wenigstens einer der Rohrböden 3 kann in einem erfindungsgemäßen Rohrbün- delwärmetauscher 1 wie in Figur 2 dargestellt ausgebildet sein. Dieser Rohrboden 3 umfasst vier wesentliche Teile, nämlich eine Basisplatte 31 , eine Deckplatte 33, sandwichartig zwischen den Platten 31 und 33 eingeschlosse- ne Füllsegmente 32 zur Stabilisierung sowie hülsenförmige Rohraufnahmen 34. Die Basisplatte 31 und die Deckplatte 33 sind jeweils gelocht, wobei die Löcher 31 a der Basisplatte 31 und die Löcher 33a der Deckplatte 33 fluchtend angeordnet sind und wobei die die Löcher 31 a der Basisplatte 31 einen geringfügig größeren Durchmes- ser aufweisen als die Löcher 33a der Deckplatte 33. Nämlich entsprechen der Durchmesser der Löcher 31 a der Basisplatte 31 dem Außendurchmesser der Rohraufnahmen 34 und der Durchmesser der Löcher 33a der Deckplatte 33 dem Innendurchmesser der Rohraufnahmen 34. At least one of the tube plates 3 may be formed in a tube bundle heat exchanger 1 according to the invention as shown in FIG. This tube plate 3 comprises four essential parts, namely a base plate 31, a cover plate 33, filling segments 32 sandwiched between the plates 31 and 33 for stabilization, and sleeve-shaped tube receptacles 34. The base plate 31 and the cover plate 33 are each perforated, the holes 31 a of the base plate 31 and the holes 33 a of the cover plate 33 are arranged in alignment and wherein the holes 31 a of the base plate 31 have a slightly larger diameter than the holes 33 a of the cover plate 33. Namely, correspond to the diameter of the holes 31 a of the base plate 31, the outer diameter of the pipe receptacles 34 and the diameter of the holes 33 a of the cover plate 33, the inner diameter of the pipe receptacles 34th
Die Basisplatte 31 , die Zwischensegmente 32, die Deckplatte 33 und die Rohrauf- nahmen 34 sind jeweils aus einem mit einem Kohlefasergewebe verstärkten Phe- nolharzmaterial hergestellt. Die Rohre 2 können aus demselben Material gefertigt sein und sind in die aus der Basisplatte 31 ragenden Rohraufnahmen 35 gesteckt. The base plate 31, the intermediate segments 32, the cover plate 33 and the tube receivers 34 are each made of a phenolic resin material reinforced with a carbon fiber fabric. The tubes 2 may be made of the same material and are plugged into the protruding from the base plate 31 tube receptacles 35.
Die Rohraufnahmen 34 sind mit Flanschen 35 versehen, die im Zwischenraum zwi- schen den Platten 31 und 33 eingefasst werden. Die Füllsegmente 32 füllen die nicht von den Flanschen 35 ausgefüllten Bereiche des Zwischenraums zwischen den Platten 31 und 33 aus. Der Flansch 35 ist also zwischen der Basisplatte 31 und der Deckplatte 33 verklemmt. The tube receivers 34 are provided with flanges 35, which are enclosed in the intermediate space between the plates 31 and 33. The filling segments 32 fill the areas of the gap between the plates 31 and 33 that are not filled by the flanges 35. The flange 35 is thus jammed between the base plate 31 and the cover plate 33.
Die Komponenten 31 -34 der Rohrplatte 3 und die Rohre 2 sind integral miteinander verbunden, wobei diese integrale Verbindung durch Auftragung eines Kohlefaser- Phenolharz-Zements und anschließendes Erhitzen erhalten wird. The components 31 - 34 of the tube plate 3 and the tubes 2 are integrally connected to each other, this integral connection being obtained by application of a carbon fiber phenolic resin cement and subsequent heating.
Der Durchmesser der Deckplatte 33 ist größer als der Durchmesser der Basisplatte 31. So können im Rahmen der Herstellung des Rohrbündelwärmetauschers 1 zu- nächst die Rohre 2 in die an der Basisplatte 31 fixierten Rohraufnahmen 34 einge- setzt werden, dieser Verbund mit den eingesetzten Rohren 2 sodann durch das Mantelrohr 5 geführt werden und abschließend die Deckplatte 33 aufgesetzt wer- den. The diameter of the cover plate 33 is greater than the diameter of the base plate 31. Thus, in the course of producing the tube bundle heat exchanger 1, first the tubes 2 can be inserted into the tube receivers 34 fixed to the base plate 31, this composite with the inserted tubes 2 then passed through the jacket tube 5 and finally the cover plate 33 are placed.

Claims

Ansprüche claims
1. Wärmetauscher mit einem und vorzugsweise mehreren Rohren, die sich ausgehend von einem Rohrboden durch eine Wärmetauschkammer erstre- cken, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt ist. 1. Heat exchanger with one and preferably a plurality of tubes, which extend from a tube plate through a heat exchange chamber, characterized in that the tube plate is made of a fiber-reinforced plastic material.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rohre zwischen zwei an gegenüberliegenden Enden der Wärmetausch- kammer liegenden Rohrböden durch die Wärmetauschkammer erstrecken, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass beide Rohrböden aus einem fa- serverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sind. 2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubes extend between two lying at opposite ends of the heat exchange chamber tubesheets through the heat exchange chamber, wherein it is preferably provided that both tube sheets are made of a fiber-reinforced plastic material.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wär- metauschkammer rohrförmig ausgebildet ist und zwischen den zwei Rohrbö- den von einem axial verlaufenden Mantel umschlossen wird. 3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the heat exchange chamber is tubular and is enclosed between the two tube banks by an axially extending jacket.
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Faserverstärkung des faserverstärkten Kunststoffma- terials Kohlenstofffasern umfasst oder daraus besteht und/oder dass die Fa- sern als Gewebe in der Faserverstärkung des faserverstärkten Kunststoffma- terials vorliegen. 4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, character- ized in that the fiber reinforcement of the fiber-reinforced plastic material comprises or consists of carbon fibers and / or that the fibers are present as tissue in the fiber reinforcement of the fiber-reinforced Kunststoffma- terials.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Matrixmaterial des faserverstärkten Kunststoffmate- rials ein Phenolharz umfasst oder daraus besteht. 5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, character- ized in that the matrix material of the fiber-reinforced Kunststoffmate- rials comprises or consists of a phenolic resin.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der oder die Rohrböden vorzugsweise hülsenförmige Rohraufnahmen zur Aufnahme der Rohrenden umfassen. 6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, character- ized in that the or the tube plates preferably include sleeve-shaped tube receptacles for receiving the tube ends.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der oder die Rohrböden aus mehreren Einzelkomponen- ten gefertigt sind, wobei der oder die Rohrböden vorzugsweise gelochte Ba- sisplatten und Deckplatten umfassen, an denen hülsenförmige Rohraufnah- men gehalten sind. 7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, character- ized in that the one or more tubesheets are made of several Einzelkomponen-, wherein the tube or the bottom plate preferably perforated base plates and cover plates comprise, are held on which sleeve-shaped Rohraufnah- men.
8. Verfahren zur Fierstellung eines Wärmetauschers nach einem der vorherge- henden Ansprüche, wobei die Rohre und der Rohrboden zusammengefügt und sodann vorzugsweise integral miteinander verbunden werden. 8. A method of manufacturing a heat exchanger according to any one of the preceding claims, wherein the tubes and the tubesheet are joined together and then preferably integrally joined together.
9. Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 -7 zur Er- wärmung oder Kühlung korrosiver Fluide. 9. Use of a heat exchanger according to any one of claims 1-7 for heating or cooling corrosive fluids.
10. Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 -7 zum Eindampfen von Flüssigkeiten, insbesondere von korrosiven Flüssigkeiten wie beispielsweise Säuren. 10. Use of a heat exchanger according to any one of claims 1-7 for the evaporation of liquids, in particular of corrosive liquids such as acids.
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