EP4623262A1

EP4623262A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: EP4623262A1
Application number: EP23808737.3A
Authority: EP
Inventors: Thomas FROBÖSE; Rainer Fronemann
Original assignee: Alleima Engineering GmbH; Alleima GmbH
Current assignee: Alleima Engineering GmbH; Alleima GmbH
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2023-11-14
Publication date: 2025-10-01
Also published as: WO2024110263A1; JP2026504714A; DE102022131063A1

Abstract

Wärmetauscher aufweisend ein Gehäuse und ein Wärmetauscherrohr, wobei das Wärmetauscherrohr in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse zwei Deckelplatten, eine hohlzylindrische Außenwand mit einer Zylinderachse und zumindest zwei Schrauben aufweist, wobei sich die Außenwand zwischen den Deckelplatten erstreckt, so dass sich die zwei Deckelplatten im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse erstrecken, und wobei die zwei Schrauben die Deckelplatten in axialer Richtung gegen die Außenwand spannen.

Description

Wärmetauscher

Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wärmetauscher aufweisend ein Gehäuse und ein Wärmetauscherrohr, wobei das Wärmetauscherrohr in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist.

Technologischer Hintergrund

Wärmetauscher werden dazu verwendet, thermische Energie von einem Stoffstrom, der in dem Wärmetauscherrohr fließt, auf einen anderen Stoff, der sich im Innenraum des Gehäuses befindet, oder umgekehrt zu übertragen. Das Verfahren findet in vielen technischen Gebieten Anwendung, so beispielsweise in der Klimatechnik, der Kühltechnik von industriellen Fertigungsanlagen oder in der Energietechnik zur Handhabung von Flüssiggas.

In der Chemie und Pharmaindustrie kommen beispielsweise Wärmetauscher zum Einsatz, bei welchen Flüssigstickstoff durch das Wärmetauscherrohr geleitet wird und dabei ein Wärmeträgermedium im Innenraum des Gehäuses des Wärmetauschers abgekühlt wird. Das Wärmeträgermedium kann dann z.B. für die Kühlung eines Reaktors verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Flüssigstickstoff nicht direkt in Kontakt mit den herzustellenden Materialien tritt. Auf diese Weise kann die Temperatur des Herstellungsverfahrens besser kontrolliert, die Gefahr einer starken Unterkühlung der Produktmischung reduziert und ein übermäßiger Flüssigstickstoffverbrauch verhindert werden.

Bei der Handhabung von Flüssiggas kommen Wärmetauscher an verschiedenen Stellen zum Einsatz. So dienen die Wärmetauscher z.B. der Kühlung oder der Verflüssigung eines Fluids, werden aber auch bei der Erwärmung oder Wiederverdampfung zur Einspeisung eingesetzt. Fluide umfassen dabei Gase und Flüssigkeiten. Dabei kommen insbesondere Helium, Wasserstoff, Argon oder Stickstoff im Wärmetauscherrohr zum Einsatz.

Bei der Verwendung eines Wärmetauschers herrscht häufig im Wärmetauscherrohr und im Innenraum des Gehäuses des Wärmetauschers ein hoher Druck, dem das Gehäuse des Wärmetauschers standhalten muss. Für Prozesstemperaturen im Tieftemperaturbereich kommen in der Regel hochlegierte Edelstähle zum Einsatz, die möglichst nahtlos als Gehäuse oder Wärmetauscherrohr ausgebildet sind. Einzelne Komponenten des Gehäuses des Wärmetauschers werden bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen präzise verschweißt, um eine ausreichende Druckstabilität zu gewährleisten.

Um die Sicherheit des Wärmetauschers auch auf Dauer zu gewährleisten, ist eine Wartung des Gehäuses und auch des Wärmetauscherrohrs in regelmäßigen Abständen erforderlich. Bei den zuvor genannten verschweißten Gehäusen bedeutet dies ein Aufschweißen des Gehäuses vor der Wartung und ein erneutes Verschweißen des Gehäuses nach der Wartung. Dies führt zu einem hohen Zeitaufwand für die Wartungen.

Der vorliegenden Offenbarung liegt daher der Aspekt zugrunde, einen Wärmetauscher bereitzustellen, welcher die Wartung des Innenraums des Gehäuses erleichtert, gleichzeitig aber eine ausreichende Druckstabilität für verschiedene Anwendungen bietet.

Zusammenfassung der Offenbarung

Der der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegende Aspekt wird durch einen Wärmetauscher gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch gelöst. Dazu weist das Gehäuse des Wärmetauschers der eingangs genannten zwei Deckelplatten, eine hohlzylindrische Außenwand mit einer Zylinderachse und zumindest zwei Schrauben auf, wobei sich die Außenwand zwischen den Deckelplatten erstreckt, sodass sich die zwei Deckelplatten im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse erstrecken, und wobei die zwei Schrauben die Deckelplatten in axialer Richtung gegen die Außenwand spannen.

Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauschern weist das Gehäuse des offenbarungsgemäßen Wärmetauschers also mehrere Bestandteile auf, die lediglich durch eine Schraubverbindung gegeneinander verspannt werden. Ein Verschweißen der Bestandteile ist nicht erforderlich, sodass eine Wartung erfolgt, in dem die Bestandteile durch Lösen der Schrauben voneinander getrennt werden. Dies führt zu einer deutlichen Zeitersparnis bei der Wartung des offenbarungsgemäßen Wärmetauschers. Gleichzeitig wird durch die zwei Schrauben, die die Deckelplatten in axialer Richtung gegen die Außenwand spannen, sichergestellt, dass das Gehäuse eine ausreichende Druckstabilität aufweist.

Vorzugsweise werden die zumindest zwei Schrauben zur Spannung der Deckelplatten gegen die Außenwand durch entsprechende Öffnungen in einer ersten der zwei Deckelplatten durchgeführt und mit der zweiten Deckelplatte in Eingriff gebracht, sodass die Deckelplatten zueinander hin gespannt sind. Alternativ weist in einerweiteren Ausführungsform die Außenwand einen ersten Kragen und einen zweiten Kragen auf, mit welchem die Schrauben zur Spannung der Deckelplatten gegen die Außenwand in Eingriff gebracht werden.

Als Schraubverbindungen kommen verschiedene Ausführungsformen für die Schrauben in Frage, die eine ausreichende Spannung der Deckelplatten gegen die Außenwand gewährleisten.

So wird in einer Ausführungsform für die zwei Schrauben jeweils eine Durchsteckschraube verwendet, die durch eine Durchgangsöffnung der zweiten Deckelplatte durchgeführt wird und mit einer Mutter festgespannt wird. Es versteht sich, dass der Schraubenkopf dabei größer als ein Durchmesser der öffnung der ersten Deckelplatte ist, sodass das Spannen ermöglicht wird.

Alternativ handelt es sich in einer Ausführungsform bei den Schrauben um eine Gewindestange, deren Enden mit jeweils einer Mutter gegen die zwei Deckelplatten gespannt werden. Die Mutter kann in beiden Ausführungsformen auch als Hydraulikmutter ausgestaltet sein.

Alternativ ist in einer Ausführungsform in einer der Deckelplatten ein Gewinde vorgesehen, mit welchem die Schraube in Eingriff gebracht wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse mindestens drei Schrauben auf, die die Deckelplatten gegen die Außenwand spannen. Je mehr Schrauben die Deckelplatten spannen, desto gleichmäßiger wird die Spannkraft auf die Außenwand des Gehäuses übertragen und eine Verformung der Außenwand verhindert.

In einerweiteren Ausführungsform sind die zwei Schrauben Dehnschrauben, welche vorgespannt sind, sodass sie auch bei Erwärmung des Wärmetauschers und damit des Materials der Schrauben die Deckelplatten zueinander hin und gegen die Außenwand spannen. Eine Dehnschraube ist eine elastisch dehnbare Schraube, die sich durch einen Schaft auszeichnet, der im Vergleich zu einem Gewindeabschnitt der Schraube einen dünneren Durchmesser aufweist und nach dem Prinzip einer vorgespannten Zugfeder wirkt. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Zugkraft, die von der Schraube ausgeübt wird, auch durch eine plastische Verformung der Schraube z.B. durch thermische Erhitzung, nur wenig ändert und die Druckstabilität des offenbarungsgemäßen Gehäuses damit auch bei unterschiedlichen Temperaturbereichen gewährleistet ist. Dabei stützt sich die jeweilige Dehnschraube mit ihrem Kopf oder einer an ihr aufgenommenen Mutter formschlüssig auf den Deckelplatten ab. In einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der zwei Schrauben zur Ausbildung einer Bruchsicherung des Wärmetauschers gegen einen Überdruck in dem Gehäuse eine definierte Bruchfestigkeit auf. Übersteigt der Druck im Innenraum des Gehäuses daher einen bestimmten Wert, kommt es zu einem Brechen der Schrauben und der Druck entweicht aus dem Innenraum des Gehäuses. So wird die Betriebssicherheit des offenbarungsgemäßen Wärmetauschers erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform sind die zwei Deckelplatten und die Außenwand zumindest zwei, vorzugsweise drei separate, nicht stoffschlüssig miteinander verbundene Teile. Dies vereinfacht die Wartung, wenn nicht alle Teile stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform einer der Deckel stoffschlüssig mit der Außenwand verbunden, während der zweite Deckel ein separates Teil ist.

In einer Ausführungsform ist in eine Oberfläche einer der zwei Deckelplatten eine ringförmige erste Nut eingelassen, wobei sich die Außenwand in die erste Nut in axialer Richtung hinein erstreckt.

In einer weiteren Ausführungsform ist in eine Oberfläche jeder der zwei Deckelplatten jeweils eine ringförmige erste Nut eingelassen, wobei sich die Außenwand in jede der zwei ersten Nuten in axialer Richtung hinein erstreckt. Dies führt dazu, dass die Außenwand stabil zwischen den Deckelplatten eingeklemmt ist.

In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Nut, insbesondere aber jede der zwei ersten Nuten in einer radialen Ebene, die von der Zylinderachse und einem zu der Zylinderachse senkrechten Radius aufgespannt wird, ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil auf. Es versteht sich, dass auch andere Querschnittsprofile, etwa ein v-förmiges Querschnittsprofil oder ein eckiges Querschnittsprofil für die Ausgestaltung der ersten Nut oder der ersten Nuten in Frage kommen.

In einer Ausführungsform weist die erste Nut, insbesondere jede der zwei ersten Nuten zwei zueinander hinzeigende ringförmige Seitenwandflächen auf, wobei in der ersten Nut, insbesondere in jeder der zwei ersten Nuten eine erste O-Ringdichtung derart angeordnet ist, dass die erste O- Ringdichtung dichtend in Kontakt mit einer ersten der zwei Seitenwandflächen und der Außenwand ist. In einer Ausführungsform ist die erste O-Ringdichtung dichtend in Kontakt mit der ersten der zweit Seitenwandflächen, mit der Außenwand sowie mit einem Nutgrund der Nut.

In einer Ausführungsform ist die O-Ringdichtung in die erste der zwei Seitenwandflächen jeder der zwei ersten Nuten eingelassen. In einer Ausführungsform ist die Außenwand an ihren Enden angefast. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Außenwand in der ersten Nut oder in den ersten Nuten sich zu einem Nutgrund der jeweiligen Nut hin verjüngend. Eine Ausführungsform mit einer Fase oder einer Verjüngung schafft Platz für die Aufnahme einer ersten O-Ringdichtung zwischen einer Seitenwandfläche der jeweiligen ersten Nut, dem Nutgrund und der Außenwand.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der ersten Nut, insbesondere in jeder der zwei ersten Nuten jeweils eine zweite O-Ringdichtung derart angeordnet, dass die zweite O-Ringdichtung dichtend in Kontakt mit einer zweiten der zwei Seitenwandflächen und der Außenwand ist. Die zweite O-Ringdichtung ist zusätzlich zu der ersten O-Ringdichtung in der Nut aufgenommen. In einer Ausführungsform ist die zweite O-Ringdichtung in die zweite der zwei Seitenwandflächen der ersten Nut, insbesondere jeder der zwei ersten Nuten eingelassen.

Durch die O-Ringdichtungen wird sichergestellt, dass das Medium sicher in dem Innenraum des Gehäuses gehalten wird.

In einer Ausführungsform ist die Außenwand an ihrem sich in die erste Nut erstreckenden Ende auf zwei Seiten angefast, so dass sich die Außenwand zum Nutgrund der ersten Nut hin verjüngt. So ist Platz für die erste und die zweite O-Ringdichtung geschaffen.

In einer Ausführungsform geht der Nutgrund der ersten Nut verrundet in die erste Seitenwandfläche über, mit der die erste O-Ringdichtung in Eingriff ist. In einer weiteren Ausführungsform geht der Nutgrund der ersten Nut zusätzlich verrundet in die zweite Seitenwandfläche über, mit der die zweite O-Ringdichtung in Eingriff ist. Eine solche Verrundung verstärkt die Dichtwirkung der O- Ringdichtungen, da sie komplementär zu der Querschnittsform der Dichtung wirkt.

In einer Ausführungsform weist der jeweilige verrundete Übergang zwischen dem Nutgrund und der ersten und/oder der zweiten Seitenwandfläche einen Krümmungsradius auf. Dabei beträgt der Krümmungsradius in einer Ausführungsform mindestens 1/3 eines Durchmessers der O- Ringdichtung.

Die Anordnung der Außenwand in einer Nut der Deckelplatten bietet zudem den Vorteil, dass eine Leckage des Gehäuses des Wärmetauschers leicht im Bereich der Nut zu detektieren ist, wenn das Medium aus dem Innenraum des Gehäuses in den von der Nut gebildeten Zwischenraum zwischen der ersten-O-Ringdichtung und der zweiten O-Ringdichtung eindringt.

In einer Ausführungsform weist der Wärmetauscher daher einen Gehäuseleckdetektor auf, wobei der Gehäuseleckdetektor derart eingerichtet und angeordnet ist, dass er in einem Betrieb des Wärmetauschers eine Leckage des Gehäuses erfasst, wobei der Gehäuseleckdetektor über eine Gehäuseleckdetektorleitung in Fluidverbindung mit zumindest einer der zwei ersten Nuten steht, wobei die Gehäuseleckdetektorleitung in einem von den zwei O-Ringdichtungen abgedichteten Bereich der jeweiligen Nut mündet.

In einer Ausführungsform ist der Gehäuseleckdetektor ein Drucksensor. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich der jeweiligen ersten Nut zwischen den zwei O-Ringdichtungen in einem Betrieb des Wärmetauschers auf Umgebungsdruck. Tritt eine Leckage auf, so steigt der Druck in der jeweiligen ersten Nut zwischen der ersten O-Ringdichtung und der zweiten O- Ringdichtung an. Dieser Druckanstieg wird von dem Drucksensor erfasst.

In einerweiteren Ausführungsform weist das Gehäuse eine hohlzylindrische Innenwand auf, wobei die Außenwand die Innenwand konzentrisch umgibt, sodass der Innenraum des Gehäuses ringförmig ist. In einer weiteren Ausführungsform sind die Deckelplatten ebenfalls ringförmig ausgestaltet, sodass der Wärmetauscher in der Mitte eine Durchführung aufweist, die von den Innenwand umschlossen wird und durch welche beispielsweise Leitungen oder Befestigungsmittel durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform ist in die Oberfläche einer der zwei Deckelplatten eine ringförmige zweite Nut eingelassen, wobei sich die Innenwand in die zweite Nut in axialer Richtung hineinerstreckt. In einer Ausführungsform ist in die Oberfläche jeder der zwei Deckelplatten jeweils eine ringförmige zweite Nut eingelassen, wobei sich die Innenwand in jede der zweiten Nuten in axialer Richtung hineinerstreckt.

Es versteht sich, dass in einer Ausführungsform die Ausgestaltung der zweiten Nuten sowie die Dichtung zwischen derjeweiligen zweiten Nut und der Außenwand die gleiche ist wie die der ersten Nuten, so wie sie zuvor in Ausführungsformen davon beschrieben wurden. Dies gilt insbesondere auch für die Ausgestaltung des Gehäuseleckdetektors, dessen Gehäuseleckdetektorleitung in einer Ausführungsform in Fluidverbindung mit einer der zwei zweiten Nuten steht.

In einer Ausführungsform steht jede der ersten und zweiten Nuten über eine Gehäuseleckdetektorleitung mit einem Gehäuseleckdetektor in Fluidverbindung.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmetauscher einen Wärmetauscherrohrleckdetektor auf, wobei der Wärmetauscherrohrleckdetektor derart eingerichtet und angeordnet ist, dass er in einem Betrieb des Wärmetauschers eine Leckage des Wärmetauscherrohrs erfasst, wobei der Wärmetauscherrohrleckdetektor über eine Wärmetauscherrohrleckdetektorleitung in Fluidverbindung mit dem Innenraum des Gehäuses steht und wobei die Wärmetauscherrohrleckdetektorleitung in den Innenraum mündet.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Wärmetauscherrohrleckdetektor um einen Druckdetektor bzw. ein Drucksensor oder einen Gassensor, beispielsweise einen Heliumdetektor. So lässt sich zuverlässig feststellen, ob der Stoffstrom, der durch das Wärmetauscherrohr fließt, in den Innenraum des Gehäuses eindringt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauscher sind typischerweise als Rohrbündeltauscher ausgestaltet. Dabei wird ein Bündel von zueinander parallelen Rohrabschnitten, die in einem Betrieb des Wärmetauschers ein erstes Medium führen, durch ein Volumen mit einem zweiten Medium geführt. Dazu wird das erste Medium innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers mittels eines Verteilers auf die einzelnen Rohe des Rohrbündels verteilt. Eine solche Ausgestaltung hat den Nachteil, dass die Konstruktion nicht hochdruckfest auszuführen ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Gegensatz zu diesem Stand der Technik das Wärmetauscherrohr, welches das erste Medium führt, innerhalb des Gehäuses vollständig und auf Grund seiner Konstruktion auf Dauer technisch dicht ausgeführt. In einer Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr ein nahtloses Rohr, d.h. das Wärmetauscherrohr weist keine Längsnaht auf. In einer Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr ein kaltumgeformtes, nahtloses Rohr. In einer Ausführungsform weist das Wärmetauscherrohr innerhalb des Gehäuses überhaupt keine Nähte, insbesondere keine Schweißnähte oder Lötstellen, auf. Ein solches Wärmetauscherrohr wird als vollständig nahtlos bezeichnet.

In einer solchen auf Dauer technisch dichten Konstruktion gelangt das in dem Wärmetauscherrohr geführte Medium konstruktionsbedingt niemals in das Gehäuse, sondern wird innerhalb des Gehäuses ausschließlich in dem Wärmetauscherrohr geführt.

Eine Hochdruckfestigkeit der Konstruktion innerhalb des Gehäuses wird in einer Ausführungsform ausschließlich durch die Ausgestaltung des Wärmetauscherrohrs gewährleistet. Hochdruckfestigkeit bedeutet, dass das Wärmetauscherrohr einem Innendruck von 300 bar oder mehr standhält. Das Gehäuse selbst hingegen muss ausschließlich dem Druck des zweiten Mediums standhalten. In einer Ausführungsform ist der Druck des zweiten Mediums geringer als der Druck des ersten Mediums.

In einer Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr ein kaltverfestigtes und nicht wärmebehandeltes Rohr. Diese Art der Herstellung des Wärmetauscherrohrs optimiert die Wandstärke bezogen auf den Einsatzinnendruck. In einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr durch eine der zwei Deckelplatten hindurchgeführt. Insbesondere ist die Durchführung in einer weiteren Ausführungsform mithilfe einer Schneidringverschraubung realisiert.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr spiralförmig ausgebildet. Dies führt zu einer Oberflächenvergrößerung des Wärmetauscherrohrs, wodurch besonders effektiv die thermische Energie von dem Wärmetauscherrohr auf das Medium in dem Innenraum des Wärmetauschers übertragen wird.

Mögliche Materialien für das Wärmetauscherrohr, insbesondere wenn in einer Ausführungsform Helium oder Wasserstoff durch das Wärmetauscherrohr fließt, sind TP316L, HP120 oder HP160.

Kurze Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren deutlich. Gleiche Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die vorstehende allgemeine Beschreibung sowie die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren gelesen werden. Es versteht sich, dass die dargestellten Ausführungsformen nicht auf die genau gezeigten Anordnungen beschränkt sind.

Figur 1 a zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts parallel zur Zylinderachse durch eine erste Variante eines Wärmetauschers.

Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt der unteren linken Ecke der in Figur 1 a dargestellten Variante

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts parallel zur Zylinderachse durch eine zweite Variante eines Wärmetauschers.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts parallel zur Zylinderachse durch eine dritte Variante eines Wärmetauschers.

Detaillierte Beschreibung Der in den Figuren 1 a und 1 b gezeigte Wärmetauscher 1 weist ein Gehäuse 2 sowie ein in dem Innenraum 4 des Gehäuses 2 angeordnetes Wärmetauscherrohr 3 auf. Das Wärmetauscherrohr 3 ist spiralförmig ausgebildet und aus TP316L oder HP120 gefertigt.

Das Gehäuse 2 wird aus zwei Deckelplatten 2a, 2b und einer hohlzylindrischen Außenwand 2c gebildet, die den Innenraum 4 umschließen. Die hohlzylindrische Außenwand 2c ist zylindrisch um eine Zylinderachse 100 angeordnet, zu welcher sich die zwei Deckelplatten 2a, 2b im Wesentlichen senkrecht erstrecken. Das Wärmetauscherrohr 3 ist durch beide der zwei Deckelplatten 2a, 2b hindurchgeführt. Bei den zwei Deckelplatten 2a, 2b und der Außenwand 2c handelt es sich um voneinander getrennte Komponenten, die mit Hilfe von acht Schrauben 5a, 5b gegeneinander gespannt sind (in der gezeigten Schnittdarstellung sind nur zwei Schrauben 5a, 5b sichtbar).

Dabei sind die Schrauben 5a, 5b derart ausgebildet, dass sie durch eine Öffnung in einer ersten 2a der zwei Deckelplatten 2a, 2b hindurchgeführt sind, wobei ein Durchmesser des Schraubenkopfes der Schrauben 5a, 5b so gewählt ist, dass die Schrauben 5a, 5b nicht vollständig durch die Öffnung der ersten Deckelplatte 2a hindurchgeführt werden können. In der zweiten 2b der zwei Deckelplatten 2a, 2b ist eine weitere Durchgangsöffnung für die Schrauben 5a, 5b vorgesehen, durch welche ein Gewindeabschnitt der Schrauben 5a, 5b durchgeführt ist. Am Ende des Gewindeabschnittes ist jeweils eine Hydraulikmutter vorgesehen, mit welcher die Deckelplatten 2a, 2b zueinander hin und gegen die Außenwand 2c gespannt sind. Alternativ handelt es sich bei dem Schrauben 5a, 5b um eine Gewindestange, die an ihren Enden mit jeweils einer Mutter gegen die Deckelplatten 2a, 2b sowie die Außenwand 2c gespannt werden.

Zur Aufnahme der Außenwand 2c ist in der Oberfläche 20a, 20b der Deckelplatten 2a, 2b jeweils eine erste Nut 21 a, 21 b vorgesehen, in welche sich die Außenwand 2c in axialer Richtung erstreckt.

Durch das Spannen der Deckelplatten 2a, 2b gegen die Außenwand 2c wird ein druckstabiles Gehäuse 2 erzielt, welches den Anforderungen auch von Tieftemperaturanwendungen für Wärmetauscher 1 genügt und gleichzeitig eine vereinfachte Wartungsmöglichkeit bietet.

Bei den Schrauben 5a, 5b handelt es sich vorzugsweise um Dehnschrauben, welche vorgespannt sind, sodass sie auch bei Erwärmung des Wärmetauschers 1 und damit der Schrauben 5a, 5b die Deckelplatten 2a, 2b zueinander hin und gegen die Außenwand 2c spannen. Weiter weisen die Schrauben 5a, 5b eine definierte Bruchfestigkeit auf, um eine Bruchsicherung des Wärmetauschers 1 zu gewährleisten, wenn der Druck im Innenraum 4 des Gehäuses 2 einen bestimmten Wert überschreitet. Um den Innenraum 4 des Gehäuses 2 abzudichten, sind in den ersten Nuten 21 a, 21 b jeweils eine erste O-Ringdichtung 61 a, 61 b und eine zweite O-Ringdichtung 62a, 62b angeordnet. Dabei haben die ersten Nuten 21 a, 21 b in einer radialen Ebene, die von der Zylinderachse 100 und einem zu der Zylinderachse 100 senkrechten Radius 101 aufgespannt wird, ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil, sodass jede der zwei ersten Nuten 21 a, 21 b zwei zueinander hinzeigende ringförmige Seitenwandflächen 221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘ aufweist. Die Seitenwandflächen 221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘ sind dabei so ausgebildet, dass die ersten O-Ringdichtungen 61 a, 61 b mit der ersten 221 a, 221 b der jeweils zwei Seitenwandflächen 221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘ in Kontakt stehen und die zweiten O-Ringdichtungen 62a, 62b mit der zweiten 221 a‘, 221 b‘ der jeweils zwei Seitenwandflächen 221a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘ in Kontakt stehen. Dadurch stehen die ersten und zweiten O-Ringdichtungen 61 a, 61 b, 62a, 62b jeweils in Kontakt mit der Außenwand 2c und den jeweiligen Seitenwandflächen 221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘ der ersten Nuten 21 a, 21 b. Weiter ist insbesondere aus Figur 1 b ersichtlich, dass die Enden der Außenwand 2c angefast sind, damit die ersten und zweiten O-Ringdichtungen 61a, 61 b, 62a, 62b in den ersten Nuten 21 a, 21 b Platz finden. Durch diese Ausgestaltung wird ein Raum zur Aufnahme der jeweiligen O-Ringdichtung 61 a, 61 b, 62a, 62b zwischen einer Seitenwandfläche 221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘, der Fase der Außenwand 2c und dem Nutgrund der Nut 21 a, 21 b gebildet.

Um ein Leck in dem Gehäuse 2 zu erfassen, verfügt der Wärmetauscher 1 zudem über einen Gehäuseleckdetektor 6, der über eine Gehäuseleckdektorleitung 7 in Fluidverbindung mit zumindest einer der zwei ersten Nuten 21 a, 21 b steht, wobei die Gehäuseleckdetektor 7 in einem von den zwei O-Ringdichtungen 61 a, 62a bzw. 61 b, 62b abgedichteten Bereich 8 der jeweiligen Nut 21a, 21 b mündet. Durch diese Anordnung stellt der Gehäuseleckdetektor 6 beispielsweise eine Druckveränderung in dem abgedichteten Bereich 8 fest, wenn Medium aus dem Innenraum 4 in den eigentlich abgedichteten Bereich 8 eindringt.

Des Weiteren weist der Wärmetauscher 1 in Figur 1 einen Wärmetauscherrohrleckdetektor 9 auf, der über eine Wärmetauscherohrleckdetektorleitung 10 in Fluidverbindung mit dem Innenraum 4 steht. So handelt es sich bei dem Wärmetauscherohrleckdetektor 9 beispielsweise um einen Gassensor, der ein bestimmtes Gas im Innenraum 4 erfasst, welches durch das Wärmetauscherrohr 3 fließt und ungewollt aus diesem austritt.

Die in Figur 2 gezeigte Variante des Wärmetauschers unterscheidet sich von der in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Variante darin, dass die Außenwand 2c eine ersten Kragen 32a und einen zweiten Kragen 32b aufweist, der in Richtung des Radius 101 von der Außenwand 2c vorsteht, wobei die Schrauben 5a, 5b in Eingriff mit den Kragen 32a, 32b der Außenwand 2c gebracht werden, um die Deckelplatten 2a, 2b gegen die Außenwand 2c vorzuspannen. Der in Figur 3 gezeigte Wärmetauscher 1 unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 a und 1 b gezeigten Wärmetauscher 1 lediglich darin, dass das Gehäuse 2 weiter eine hohlzylindrische Innenwand 2d aufweist, wobei die Außenwand 2c die Innenwand 2d konzentrisch umgibt, sodass der Innenraum 4 des Gehäuses 2 ringförmig ist. Das Wärmetauscherrohr 3 windet sich dabei spiralförmig und die Innenwand 2d des Gehäuses 2.

Zur Verklemmung der Innenwand 2d weist die Oberfläche 20a, 20b der zwei Deckelplatten 2a, 2b jeweils eine zweite Nut 22a, 22b auf, in welche sich die Innenwand 2d in axialer Richtung hinein erstreckt. Der Einfachheit halber wurden die Dichtung der Innenwand 2d nicht mit Bezugszeichen versehen. Der Aufbau ist jedoch analog zu dem für die Außenwand 2c beschriebenen Aufbau und weist ebenfalls jeweils eine erste und eine zweite O-Ringdichtung auf, die in Kontakt mit der Innenwand und den Seitenwandflächen der zweiten Nuten 22a, 22b sind.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscher

2 Gehäuse

2a, 2b Deckelplatten

2c Außenwand

2d Innenwand

3 Wärmetauscherrohr

4 Innenraum

5a, 5b Schrauben

6 Gehäuseleckdetektor

7 Gehäuseleckdetektorleitung

8 abgedichteter Bereich

9 Wärmetauscherrohrleckdetektor

10 Wärmetauscherrohrleckdetektorleitung

20a, 20b Oberfläche der Deckelplatten

21a, 21b erste Nuten

22a, 22b zweite Nuten

32a, 32b Kragen der Außenwand

61a, 61b erste O-Ringdichtungen

62a, 62b zweite O-Ringdichtungen

100 Zylinderachse

101 Radius

221a, 221b, 221a‘,221b‘ Seitenwandflächen der ersten Nuten

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Wärmetauscher (1) aufweisend ein Gehäuse (2) und ein Wärmetauscherrohr (3), wobei das Wärmetauscherrohr (3) in einem Innenraum (4) des Gehäuses (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zwei Deckelplatten (2a, 2b), eine hohlzylindrische Außenwand (2c) mit einer Zylinderachse (100) und zumindest zwei Schrauben (5a, 5b) aufweist, wobei sich die Außenwand (2c) zwischen den Deckelplatten (2a, 2b) erstreckt, so dass sich die zwei Deckelplatten (2a, 2b) im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse (100) erstrecken, und wobei die zwei Schrauben (5a, 5b) die Deckelplatten (2a, 2b) in axialer Richtung gegen die Außenwand (2c) spannen. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei Schrauben (5a, 5b) Dehnschrauben sind, welche vorgespannt sind, so dass sie auch bei Erwärmung des Wärmetauschers (1) die Deckelplatten (2a, 2b) zueinander hin und gegen die Außenwand spannen. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der zwei Schrauben (5a, 5b) zur Ausbildung einer Bruchsicherung des Wärmetauschers (1) gegenüber einem Überdruck in dem Gehäuse (2) eine definierte Bruchfestigkeit aufweist. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei Deckelplatten (2a, 2b) und die Außenwand (2c) zumindest zwei, vorzugsweise drei separate, nicht stoffschlüssig miteinander verbundene Teile sind. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in eine Oberfläche (20a, 20b) jeder der zwei Deckelplatten (2a, 2b) jeweils eine ringförmige erste Nut (21a, 21 b) eingelassen ist, wobei sich die Außenwand (2c) in jede der zwei ersten Nuten (21a, 21 b) in axialer Richtung hinein erstreckt. Wärmetauscher (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jede der zwei ersten Nuten (21 a, 21 b) in einer radialen Ebene, die von der Zylinderachse (100) und einem zu der Zylinderachse (100) senkrechten Radius (101) aufgespannt wird, ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, so dass vorzugsweise jede der zwei ersten Nuten (21 a, 21 b) zwei zueinander hin zeigende ringförmige Seitenwandflächen (221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘) aufweist, wobei in jeder der zwei ersten Nuten (21 a, 21 b) eine erste O-Ringdichtung (61 a, 61 b) derart angeordnet ist, dass die erste O-Ringdichtung (61 a, 61 b) dichtend in Kontakt mit einer ersten (221 a, 221 b) der zwei Seitenwandflächen (221 a, 221 a‘, 221 b, 221 b‘) und der Außenwand (2c) ist. Wärmetauscher (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in jeder der zwei ersten Nuten (21 a, 21 b) jeweils eine zweite O-Ringdichtung (62a, 62b) derart angeordnet ist, dass die zweite O-Ringdichtung (62a, 62b) dichtend in Kontakt mit einer zweiten (221 a‘, 221 b‘) der zwei Seitenwandflächen (221 a, 221 ‘, 221 b, 221 b‘) und der Außenwand (2c) ist. Wärmetauscher (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich die Außenwand (2c) in der ersten Nut (21 a, 21 b) zu einem Nutgrund der ersten Nut hin verjüngend erstreckt, so dass die erste O-Ringdichtung (21 a) mit der sich verjüngenden Außenwand (2c), der ersten Seitenwandfläche (221 a, 221 b) und dem Nutgrund in Kontakt ist und dass die zweite O-Ringdichtung (21 b) mit der sich verjüngenden Außenwand (2c), der zweiten Seitenwandfläche (221 a‘, 221 b‘) und dem Nutgrund in Kontakt ist. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Wärmetauscher (1) einen Gehäuseleckdetektor (6) aufweist, wobei der Gehäuseleckdetektor (6) derart eingerichtet und angeordnet ist, dass er in einem Betrieb des Wärmetauscher (1) eine Leckage des Gehäuses (2) erfasst, wobei der Gehäuseleckdetektor (6) über eine Gehäuseleckdetektorleitung (7) in Fluidverbindung mit zumindest einer der zwei ersten Nuten (21 a, 21 b)steht, wobei die Gehäuseleckdetektorleitung (7) in einem von den zwei O-Ringdichtungen (61 a, 61 b) abgedichteten Bereich (8) der jeweiligen Nut (21 a, 21 b) mündet. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) eine hohlzylindrische Innenwand (2d) aufweist, wobei die Außenwand (2c) die Innenwand (2d) konzentrisch umgibt, so dass der Innenraum (4) des Gehäuses (2) ringförmig ist. Wärmetauscher (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in die Oberfläche (20a, 20b) jeder der zwei Deckelplatten (2a, 2b) jeweils eine ringförmige zweite Nut (22a, 22b) eingelassen ist, wobei sich die Innenwand (2d) in jede der zweiten Nuten (22a, 22b) in axialer Richtung hinein erstreckt. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (1) einen Wärmetauscherrohrleckdetektor (9) aufweist, wobei der Wärmetauscherrohrleckdetektor (9) derart eingerichtet und angeordnet ist, dass er in einem Betrieb des Wärmetauschers (1) eine Leckage des Wärmetauscherrohrs (3) erfasst, wobei der Wärmetauscherrohrleckdetektor (9) über eine Wärmetauscherrohrleckdetektorleitung (10) in Fluidverbindung mit dem Innenraum (4) des Gehäuses (2) steht und wobei die Wärmetauscherrohrleckdetektorleitung (10) in den Innenraum (4) mündet. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauscherrohr (3) durch zumindest eine der zwei Deckelplatten (2a, 2b) hindurchgeführt ist. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauscherrohr (3) zumindest innerhalb des Gehäuses (2) ein vollständig nahtloses Rohr ist. Wärmetauscher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauscherrohr (3) spiralförmig ausgebildet ist.