WO2006081965A1 - Blockwärmetauscher aus graphit - Google Patents

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WO2006081965A1
WO2006081965A1 PCT/EP2006/000603 EP2006000603W WO2006081965A1 WO 2006081965 A1 WO2006081965 A1 WO 2006081965A1 EP 2006000603 W EP2006000603 W EP 2006000603W WO 2006081965 A1 WO2006081965 A1 WO 2006081965A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
block
block module
medium
chamber
outlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/000603
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joël RICARD
Robert Nicolas
Werner Krätschmer
Original Assignee
Sgl Carbon Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sgl Carbon Ag filed Critical Sgl Carbon Ag
Publication of WO2006081965A1 publication Critical patent/WO2006081965A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger made of cylindrical, completely made of graphite block modules.
  • Graphite block heat exchangers are used, for example, in the chemical industry, in particular for heat exchange processes in which corrosive media are involved. Product media and service media are cross-flowed.
  • the structure of such a device according to the prior art is known for example from the company brochure " ® Diabon block heat exchanger" of the SGL Carbon Group and is shown in Figure 1.
  • cylindrical block modules 1, 1 ', 1 "... are stacked on top of one another in a block column
  • the block modules are cross-drilled, ie provided with a multiplicity of longitudinal and transverse channels (in some cases also referred to in the literature as”"axialbores” and " radial bores ").
  • the longitudinal channels 2 continue each in the adjacent block modules 1, 1 ', 1 "... so that continuous flow paths are formed.
  • the optionally corrosive product medium usually flows through the longitudinal channels 2.
  • the transverse channels 4, which are arranged one above the other These outer space 6 is subdivided by a steel divider frame 7 into individual volume sections, into each of which a number of transverse channels 4 terminates
  • the service medium enters the outer space 6 through a lateral inlet connection 9 at the lower end of the block column, where it fills a first volume section delimited by the guide plate frame 7. Since the guide plate frame 7 prevents further flow in the outer space 6, the service medium is included in this volume nenteil opening transverse channels 4 deflected. After flowing through this first group of transverse channels 4, the service medium exits into the opposite volume portion of the outer space 6, is deflected there again by the Leitusionngerüst 7 and forced to flow through a next group in this volume section opening transverse channels 4.
  • the service medium is deflected several times as it flows through the block column, so that cross product and service media flow multiple times and an intense heat exchange takes place.
  • the service medium leaves the outer space 6 through a lateral outlet connection 8.
  • the longitudinal channels 2 in an upper and in a lower head piece 10, 11 are brought together in each case to a chamber 12, 13.
  • the flow direction of the media can also be reversed, then interchange the functions of inlet port 9 and outlet port 8 or product inlet chamber 12 and product outlet chamber 13. It is crucial that both media are conducted in countercurrent, so cold and hot medium not from the same side in Enter the apparatus, otherwise the material would be exposed to a high temperature difference.
  • the head pieces 10, 11 in a plurality of sub-chambers, in each of which a group of longitudinal channels 2 opens, so that -analog for deflecting the service medium through the Leitusionngerüst 7 in the outer space 6- also the product media flow is deflected and the block column several times in the longitudinal direction flows through.
  • the product medium enters, for example, through the inlet into the first sub-chamber of the upper head piece 10 and flows through the opening into this first sub-chamber longitudinal channels 2 in the first sub-chamber of the lower head piece 11. In this opens another group of longitudinal channels 2, through which the product medium now flows back to the next sub-chamber of the upper head 10.
  • the product medium is deflected again and flows through another group of longitudinal channels 2 in the next sub-chamber of the lower head piece 11. This is either connected to the outlet 13, so that the product medium here leaves the block column, or there are more deflections through corresponding sub-chambers in the upper and lower head piece until finally the last partial chamber with the outlet is reached.
  • the joints between the stacked block modules are sealed by seals 3 made of PTFE.
  • the outer space 6 enclosing steel shell 5 is firmly anchored to the base plate 14.
  • a flat gasket 15 made of an elastomer, e.g. EPDM provided for sealing between the base plate 14 and the lower head 11.
  • the block column is clamped over the upper head 10, while the steel shell 5 is freely movable by a round seal made of an elastomer, e.g. EPDM, is sealed against the upper head 10.
  • the different thermal expansion of graphite and steel is compensated by coil springs 16.
  • the block modules are wrapped with carbon fibers and / or other reinforcing fibers on their peripheral surfaces under high pretension to form a reinforcement. Thanks to the elastic behavior of the carbon fibers, the pre-stress is maintained even with strongly changing or swelling loads. at However, it must be borne in mind when producing the reinforcement that the openings of the transverse channels 4 must not be closed. Therefore, either a relatively complicated, the mouths of the transverse channels 4 ausdozensdes winding pattern is necessary, or it can only single, no mouths of transverse channels 4 having areas of the peripheral surfaces of the block modules are wrapped. In both cases, no uniform, extending over the entire circumferential surface reinforcement is obtained.
  • block heat exchanger Another disadvantage of the block heat exchanger according to the prior art is the relatively complex structure of several parts (block column, shell and Leitinngerüst) made of different materials.
  • the heat exchanger consists of individual stacked blocks of graphite. Each block is crossed by two groups of channels crossing each other in the interior of the block. The two groups of channels serve to guide two different media streams. The intersecting channels lead to at least one end face of each block in at least two openings corresponding to each medium.
  • DE 1 065 865 discloses various special embodiments for this construction principle. In most embodiments, the channels of at least one group or both groups run obliquely in the block interior, ie at an acute angle to the end face. In this type of channel management, however, the space utilization is limited within the blocks.
  • each block In an embodiment with cylindrical blocks, the upper and lower end faces of each block are provided with a conical recess, into each of which the channels of a group open. At the opposite end face the channels open the corresponding group in perpendicular from the end face outgoing distributor bores.
  • the disadvantage of this embodiment is that between the two conical recesses in the upper and lower end face of the block only a thin partition wall stops. This reduces the mechanical stability of the block.
  • the mouths of the channels in the end face are arranged in sector-shaped separate groups. This means that the channels located in the interior of such a sector are surrounded only by channels of the same group and therefore have a large spatial distance to the channels of the other medium. This reduces the efficiency of heat exchange between the two media streams. Overall, the structure of the blocks is relatively complicated, so that a great effort and high precision are required for their production.
  • Embodiments with longitudinal and transverse channels i. Channels which, as in the blocks in FIG. 1, extend perpendicularly and horizontally to the end face of the block are described in DE 1 065 865 only for so-called rectangular, i. cuboid blocks disclosed.
  • the cuboid block passes through longitudinal channels (from the upper to the lower end face) and transverse channels (from the right to the left side face).
  • the Anbohrö Stammen the transverse channels are closed by the side surfaces of the block superior plates made of graphite.
  • the transverse channels communicate with perpendicular to them distribution channels, which open in the end faces of the blocks in those areas in which there are no openings of longitudinal channels. Because of the need to close the side tapping holes of the transverse channels by sheets of graphite applied to the side surfaces, this embodiment is limited to parallelepiped blocks.
  • heat exchanger block columns from fully rotationally symmetrical (cylindrical) block modules.
  • Rotationally symmetric components are easier to produce (by continuous rotation with uniform loading of the turning tool instead of shaping with discontinuous turning tool load or by milling).
  • round components of internal forces as occurring during operation of the heat exchanger can absorb pressure loads easier because their effects distribute more evenly than, for example, in a cuboid body.
  • rotationally symmetric components having a closed peripheral surface free of protrusions (such as the prior art prior art plates for closing the tapping orifices) and recesses are readily exposed to a wound carbon or other suitable reinforcement Provided reinforcing fibers.
  • block modules can be obtained with a very high compressive strength.
  • the two media streams are guided by horizontally and perpendicularly to the end faces of the block module extending channels (ie longitudinal and transverse channels as in Figure 1), since this arrangement of channels allows the best possible use of space within the block modules.
  • the object of the present invention exclusively consisting of graphite rotationally symmetric block modules, the parallel and perpendicular to the faces extending flow paths for two cross-countercurrent media to provide to provide, the peripheral surfaces of the block modules are closed and free of projections or depressions ,
  • the block heat exchanger includes clamped between an upper and a lower header at least one or more stacked cylindrical rotationally symmetric block modules. Both the head pieces and the block modules are made entirely of graphite.
  • One header includes an inlet for a first media stream and an outlet for a second media stream, the other header an inlet for the second media stream and an outlet for the first media stream.
  • the block modules are designed so that essentially only machining by turning and drilling processes as well as joining and cementing is necessary for their shaping.
  • the first media stream (usually the product line stream) is passed through channels (hereinafter referred to as longitudinal channels) extending from the first to the second face parallel to the longitudinal axis of the block module, each continuing in the adjacent block modules such that within the block column longitudinal flow paths are formed.
  • the longitudinal channels of the flow block in the first block module are merged in the adjacent header and connected to the inlet for this media flow.
  • the longitudinal channels of the flow module last block module are merged in the adjacent head and connected to the outlet for this media flow.
  • the longitudinal channels can be merged in the headers in each case to chambers at which the inlet or the outlet for the first medium is located.
  • the headers for merging the longitudinal channels contain a plurality of sub-chambers.
  • the headers is a first sub-chamber with the inlet for the first medium connected and extends over the mouths of a first group of longitudinal channels.
  • the first sub-chamber in the other header extends over the mouths of the first group of longitudinal channels and a second group of longitudinal channels to be flowed through next.
  • Each additional sub-chamber in the headers connects the mouths of two groups of longitudinal channels to be flowed through in succession.
  • the longitudinal channels of the last flowed through group open into a last sub-chamber in one of the head pieces, which is connected to the outlet for the first medium.
  • the second media stream (usually the service medium) is guided by parallel to the faces of the block module and perpendicular to the longitudinal channels, arranged in multiple rows and levels channels, the second media stream in each block module, the first media stream at least once crossed.
  • the channels for the second media stream are referred to below as cross channels.
  • the distribution of the second media stream on the transverse channels is effected by a distribution device arranged on the inside of the block module on a peripheral side.
  • the merging of the partial flows from the transverse channels is effected by a collecting device arranged in the interior of the block module on the peripheral side opposite the distributor device.
  • the distribution and collection device are located in the vicinity of the periphery, ie in the vicinity of the outer wall of the block module.
  • Each transverse channel extends from the manifold to the collector without penetrating the outer wall of the block module.
  • the distributor device has at least one inlet opening at the first end face of the block module, the collector device has at least one outlet opening at the other end face of the block module.
  • the outlet openings of the collection device of a block module are connected to the inlet openings of the distribution device of the following block module.
  • the second media stream is passed from the transverse channels of a first block module into the transverse channels of the next block module.
  • the inlet ports of the first medium flow distribution device in the block column are connected to the inlet port for this medium located in the adjacent header.
  • the outlet ports of the last collection device in the flow direction of the second medium in the block column are connected to the outlet for this medium, which is located in the adjacent header.
  • the joints between the successive block modules are preferably sealed with gaskets made of PTFE.
  • Two circular encircling seals enclose on the contiguous faces of the successive Blocl ⁇ nodule the area in which the communicating with each other outlet openings of the collecting device and inlet openings of the distributor are, and seal them from the outside and against the area of the communicating with each other longitudinal channels.
  • the joints between the first block module and the adjacent header and adjoining header are also sealed by two circumferential seals which surround the inlet ports of the first block module or outlet ports of the last block module collector and the connections communicating with them Seal inlet and outlet connections for the second medium in the head pieces to the outside and against the region of the longitudinal channels and the connections communicating with these to the inlet and outlet connections for the first medium in the head pieces
  • transverse channels in the block modules extend between the distribution and collection devices located inside the block without penetrating the outer walls of the block modules. Possibly. Anbohrö Anlagenen resulting in the production of the transverse channels are closed so that the surface of the closure is flush with the outer wall of the block module, so that they are not
  • the peripheral surfaces of the block modules of the inventive block heat exchanger can advantageously be wrapped over its entire surface with a reinforcement made of carbon fibers.
  • the inventive block heat exchanger consists essentially of graphite as the only material. Since there is no need to consider different thermal expansion of block modules and steel sheath, there is no need for a moving seal.
  • the block heat exchanger according to the invention therefore contains only seals between the individual block modules and / or between the headers and the adjacent block modules, which can be made of the relatively corrosion-resistant material PTFE.
  • the block column of the inventive heat exchanger including upper and lower head piece can be easily clamped between two clamping plates by means of tie rods and compression springs.
  • the compression springs compensate for the different thermal expansion of block modules and tie rods.
  • the collecting and distributing devices additionally act as deflection devices in order to effect a multiple passage of the second medium per block module and thus a more frequent crossing of the two media streams.
  • the distribution and collection devices are divided by dividers or deflectors in several sub-areas.
  • the first portion of the distribution device has at least one inlet opening for the second medium at the first end face of the block module and extends over the mouths of the transverse channels of a block section to be flowed through first.
  • the medium flows through these transverse channels and reaches the first portion of the collecting device. This extends over the mouths of the transverse channels of the first flow-through block portion and the block portion to be flowed through next.
  • Each further subarea of the distribution and collection devices again connects the mouths of the transverse channels in a block section to be flowed through first with those of the block section to be flowed thereafter and thus redirects the second medium flow from the transverse channels of the first block section into the transverse channels of the next block section. From the last flowed through the block section, the medium is finally passed to at least one outlet opening at the second end face of the block module.
  • FIG. 2a shows a first basic design of the block heat exchanger according to the invention (longitudinal section through the block column along the transverse channels and cross section of a single block module).
  • FIG. 2b shows the first basic design of the block heat exchanger according to the invention with respect to FIG. 2a rotated by 90 ° (side view and longitudinal section through the block column and cross section of a single block module)
  • FIG. 3 a shows a second basic design of the block heat exchanger according to the invention (longitudinal section through the block column along the transverse channels and cross section of a single block module).
  • Figure 3b the second basic design of the block heat exchanger according to the invention with respect to Figure 3a rotated by 90 ° (side view and longitudinal section through the
  • FIG. 4 a block module according to the invention of the first type with double passage of the service medium per block module
  • FIG. 4b block module according to the invention of the first design with triple passage of the service medium per block module
  • Figure 5a according to the invention block module of the second type with double passage of the service medium per block module
  • FIG. 5b block module according to the invention of the second design with triple passage of the service medium flowing through the transverse channels per block module
  • the block heat exchanger according to the invention can be realized in two different basic types.
  • the heat exchanger is composed of monolithic block modules 1, 1 '... Of graphite, which are provided with longitudinal channels 2 and transverse channels 4.
  • a block column of only two block modules 1, 1 ' is shown.
  • the arrangement of the longitudinal channels can be seen from the cross-sectional representations of a block module 1 according to the invention shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the longitudinal channels 2 are provided for the transport of the product medium and the transverse channels 4 for the transport of the service medium.
  • block heat exchanger according to the invention can also be used in such a way that the service medium flow flows through the longitudinal channels 2 and the product medium flow through the transverse channels 4.
  • the transverse channels 4 lying next to one another in the planes are drilled alternately from the opposite peripheral sides of the block module, so that on each circumferential side only half of the transverse channels Drill holes has (see cross-sectional view in Figure 2a).
  • the tapping holes are relatively evenly distributed over the block circumference, and the number of tapping holes that need to be re-closed according to the invention is kept as low as possible.
  • the closure of the Anbohrö Stamm done by means of feather keys 17 which cover the mouths of the transverse channels 4.
  • Each key 17 extends over the Anbohrömaschineen a series of superimposed transverse channels 4.
  • the feather keys 17, which consist of the same graphite material as the block modules are cemented in for this purpose provided on the outer wall of the block module fitting recesses, so that the surfaces of the feather keys 17 flush with the block outer wall are. This ensures that the peripheral surface of the block module is closed and free of elevations and depressions.
  • Each cylindrical block module 1, 1 '... Contains, in the vicinity of its outer wall, two groups of connecting bores 18 and 19, which intersect and connect the superimposed transverse channels 4.
  • Each connecting bore 18 and 19 crosses and connects a series of transverse channels 4 lying one above the other.
  • the second group of connecting bores 19 is located on the circumferential side of the cylinder 1, 1 'opposite the first group of connecting bores 18
  • the second group of connection bores can be seen from the cross-sectional representations in FIGS. 2a and 2b.
  • Each transverse channel 4 extends from a connecting bore 18 of the first group to a connecting bore 19 of the second group.
  • connection bores 18 start at the first end face of the cylindrical block module and extend longitudinally to the last-plane transverse channels 4, but are not passed through the second end face of the cylindrical block module, ie, the connection bores 18 are at the second end face closed of the cylinder.
  • the connection bores 18 act as inlet and distribution lines, they introduce the service medium into the block module 1, 1 '... And distribute it into the opening transverse channels 4.
  • connection bores 18 thus represents the distribution device according to the invention of the second group begin at the second end surface of the cylindrical block module and extend longitudinally to the transverse channels 4 of the first plane, but are not passed through the first end face of the cylindrical block module, ie the connection bores 19 are closed at the first end face of the cylinder ,
  • the connecting holes 19 act as collecting and discharge lines, they collect the service medium from the opening transverse channels 4 and lead it out of the block module 1, 1 '... out.
  • the group of connection holes 19 thus represents the collection device according to the invention.
  • connection bores 19 which are open at the second end face of the block module 1 are continued precisely by the connection bores 18' of the next block module 1 'which are open at the first end face.
  • the connecting bores 18 of the first group of the first medium module in the direction of flow of the first module 1 are formed via a chamber 20 which is formed by an over the mouths of all connecting holes 18 extending sickle in the adjacent to the block module 1 end face of the upper header 10 with the connected to the nozzle 8 leading supply line 21.
  • the nozzle 8 is used in the illustrated in Figure 2a and 2b mode as an inlet for the service medium.
  • the connecting bores 19 'of the second group of the last medium module in the flow direction of the second module 1' are via a chamber 22, which extends through an over the mouths of all connecting holes 19 'extending sickle in the adjacent to the block module 1' end face of the lower header 11 is formed, connected to the lead 9 leading supply line 23.
  • the nozzle 9 serves in the mode shown in Figure 2a and 2b as an outlet for the service medium.
  • the head pieces 10, 11 contain chambers 12, 13, in which the longitudinal channels 2 of the adjacent block modules open. At the chamber 12 and 13 is the entrance ticket. Outlet opening for the product media flow.
  • the product media stream enters chamber 13 at lower head 11 and from chamber 12 at upper head 10.
  • head pieces with a plurality of subchambers can also be provided for a multiple passage of the product medium in the longitudinal direction through the block column, as already described for the prior art.
  • the flow directions of service medium and product medium can also be reversed so that the nozzle 9 at the lower head 11 and the chamber 12 in the upper head 10 each serve as an inlet and the nozzle 8 on the upper head 10 and the chamber 13 in the lower head 11 each as an outlet. It is crucial that both media are passed in countercurrent, so the cold and the hot medium does not enter from the same side in the apparatus, otherwise the material would be exposed to a high temperature difference.
  • the peripheral surfaces of the block modules, on which the burr holes are closed with feather keys can be wrapped to increase the pressure resistance with a full-surface reinforcement of carbon fibers and / or other suitable reinforcing fibers. Such a reinforcement causes a relief of the feathers, which close the Anbohrö Stammen the transverse channels 4. Therefore, the type with reinforcement is particularly preferred.
  • the joints between the individual block modules 1, 1 '... are preferably sealed off with PTFE by means of seals 3', 3 "The circular peripheral seals 3 'and 3" enclose on the end faces of the successive block modules the region in which the communicating bores 19, 18 'are located, and seal them outwardly and against the area of the communicating longitudinal channels 2.
  • the joints between the first block module and the adjacent header and the last block module and adjacent header are also by two circular circumferential seals 3' , 3 "sealed the area of the mouths of the connecting bores 18 of the first block module and the chamber 20 in the adjacent head 10 and the connecting holes 19 'of the last block module and the chamber 22 in the adjacent head piece 11 to the outside and against the region of the longitudinal channels.
  • the block column including upper and lower head 10, 11 is clamped between a usually square lower clamping plate 14 with mounting holes for anchoring the block column on the ground, and a round upper clamping plate 14 'by means of tie rods 24 and compression springs 25.
  • each block module consists of a frusto-conical core Ia, which is designed as cross-drilled, ie provided with longitudinal channels 2 and transverse channels 4 block, and a concentric, the core piece comprising outer shell Ib as a flow-leading and outwardly sealing element.
  • the outer shell component 1b has the shape of a cylinder with a recess complementary to the frustoconical core piece 1a.
  • the two components Ia, Ib are cemented together and form a cylindrical block module 1 joined together.
  • a block column comprising only two block modules 1, 1 'is shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the longitudinal channels of the following block module 1 'adjoin the longitudinal channels 2 of the block module 1, so that continuous flow paths are formed within the block column in the longitudinal direction.
  • the longitudinal channels 2 are provided for the transport of the product medium and the transverse channels 4 for the transport of the service medium.
  • the block heat exchanger according to the invention can in principle also be used so that the service medium flows through the longitudinal channels 2 and the product medium through the transverse channels 4.
  • On the inner, adjacent to the core piece (Ia) wall of the outer shell Ib is a circumferential recess, which is divided by Girkittete vertical dividing bars 27a, 27b made of graphite in half. If core piece Ia and outer shell Ib are assembled, then the two halves of the circumferential recess form chambers
  • Each transverse channel 4 in the core piece Ib extends from the first chamber 28 to the second chamber 29.
  • the first chamber 28 open from the top of the shell member Ib outgoing inlet holes 30.
  • the chamber 28 has no outlet.
  • the second chamber 29 open outgoing from the bottom of the shell member Ib outlet holes 31.
  • the top of the shell member Ib has the chamber
  • the inlet bores 30 emanating from the upper side of the shell component Ib guide the service medium into the chamber 28 of the block module 1.
  • the chamber 28 serves as a distribution chamber, here the service media stream is distributed to the opening transverse channels 4.
  • the second chamber 29 acts as a collection chamber, here the coming of the transverse channels 4 partial flows are brought together again.
  • the chambers 28 and 29 thus form the inventive distribution and collection device according to the invention.
  • the service medium is led out of the block module 1 through the outlet bores 31.
  • the block modules 1, 1 '... Are stacked on top of each other so that the outlet bores 31 open at the bottom of the shell component 1b continue precisely through the inlet bores 30' of the next block module 1 'which are open at the top.
  • the inlet bores 30 of the first medium module 1 in the direction of flow of the second medium are formed via a chamber 20, which is formed by a sickle cut extending over the mouths of all inlet bores 30 in the end face of the upper head piece 10 adjacent to the block module 1, with the nozzle 8 leading Lead 21 connected.
  • the nozzle 8 serves as the inlet for the service medium in the operating mode shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the outlet holes 31 'in the flow direction of the second medium last block module 1' are via a chamber 22, which is formed by an over the mouths of all outlet holes 31 'extending sickle milling in the adjacent to the block module 1' end face of the lower head piece 11, with connected to the nozzle 9 touching supply line 23.
  • the nozzle 9 serves as an outlet for the service medium in the operating mode illustrated in FIGS. 3a and 3b.
  • the head pieces 10, 11 contain chambers 12, 13, in which the longitudinal channels 2 of the adjacent block modules open. At the chamber 12 and 13 is the entrance ticket. Outlet opening for the product media flow. In the mode of operation illustrated in FIGS. 3a and 3b, the product media stream enters at the lower head 11 and exits at the upper head 10. Alternatively, however, also head pieces with several sub-chambers for a multiple passage of the product medium in the longitudinal direction through the block column can be seen, as already described for the prior art.
  • the flow directions of service medium and product medium can also be reversed so that the nozzle 9 at the lower head 11 and the chamber 12 in the upper head 10 each serve as an inlet and the nozzle 8 on the upper head 10 and the chamber 13 in the lower head 11 each as an outlet. It is crucial that both media are passed in countercurrent, so the cold and the hot medium does not enter from the same side in the apparatus, otherwise the material would be exposed to a high temperature difference.
  • the peripheral surfaces of the block modules which are formed by the outer shell components Ib, which according to the invention have no Anbohröffhungen the transverse channels 4, can be wrapped to increase the compressive strength with a full-surface reinforcement of carbon fibers and / or other suitable reinforcing fibers.
  • the joints between the individual block modules 1, 1 '... are preferably sealed off with PTFE by means of seals 3', 3 "The circular peripheral seals 3 'and 3" enclose on the end faces of the successive block modules the region in which the communicating with each other outlet holes 31 and inlet holes 30 'are located, and seal them to the outside and against the area of the communicating with each other longitudinal channels 2.
  • the joints between the first block module and adjacent header or last block module and adjacent header are also sealed by two circular circumferential seals 3 ', 3 ", which cover the area of the orifices the inlet bores 30 of the first block module and the chamber 20 in the adjacent head 10 and the outlet holes 31 'of the last block module and the chamber 22 in the adjacent head piece 11 to the outside and against the region of the longitudinal channels 2 and communicating with this chamber 12 in the head piece 10th or chamber 13 in the head piece 11 seal.
  • the block column including upper and lower head 10, 11 is clamped between a usually square lower clamping plate 14 with mounting holes for anchoring the block column on the ground, and a round upper clamping plate 14 'by means of tie rods 24 and compression springs 25.
  • a rotationally secure positioning of the block modules in the block column is effected.
  • the second medium flow distributed on the transverse channels 4 crosses the first medium flow guided through the longitudinal channels 2 exactly once per block module. If a more frequent intersection of the two media streams is to be achieved with a constant total length of the block column, this can be achieved in the connecting bores 18, 19 of the first type or in the chambers 28 by deflecting webs and deflecting collars (hereinafter referred to generally as deflecting elements 32, 32 ') , 29 realize the second type.
  • the deflection elements 32 divide the block module into individual block sections to be flowed through one after the other and, similar to the guide plate frame 7 according to the prior art, cause deflections of the medium flowing through the transverse channels 4 within the block module.
  • a multiple passage of the second media stream per block module is achieved.
  • the longitudinal channels 2 are preferably provided for the transport of the product medium and the transverse channels 4 for the transport of the service media stream.
  • the service medium flow passes into the second connection bores 19.
  • the bores 19 on the second end face of the block module are closed by further deflection elements 32 '(FIG. Because the holes 19 on the second end face of the block module have no outputs, the service media stream is deflected and forced to flow through the transverse channels 4 in the second block half. After that, the service media stream reaches the sections of the first connection bores 18 located underneath the deflecting elements 32.
  • the bores 18 are guided through the second end face of the block module 1 (FIG. 4 a) and find their continuation in the bores 18 'of the analogously constructed following block module 1' (not included in Figure 4a), so that the service media stream in the next block module 1 'can pass.
  • the chamber 28 is half-height separated by a cemented horizontal divider 32 made of graphite into an upper sub-chamber 28a and a lower sub-chamber 28b.
  • the service media flow is distributed from the upper sub-chamber 28a only to the transverse channels 4 of the first half of the block module, which forms the first block section to be flowed through.
  • the service medium flow After flowing through the transverse channels 4 of this first block section, the service medium flow enters the chamber 29. Unlike the design shown in Figure 3a, the chamber 29 here ( Figure 5a) has no outlet holes 31. Because the chamber 29 has no exits at the bottom of the shell component, the service media stream is deflected and forced to flow through the transverse channels 4 in the second block half. Thereafter, the service media stream reaches the lower sub-chamber 28b of the chamber 28 and exits through outlet bores 30a which are continued in the inlet bores 30 'of the analogously constructed following block module 1' (not included in Figure 5a) such that the service media stream enters the next block module 1 'can transgress.
  • the number of passes of the service media flow per block module can be further increased. This principle is described below by way of example for a threefold passage of the service medium per block module.
  • the first deflection is enforced by the fact that the open at the first end face connecting holes 18 are closed by deflecting elements 32 after the first third of the superimposed planes of transverse channels 4.
  • the service media stream can thereby be distributed only to the transverse channels 4 of the first third of the block module, which forms the first block section to be flowed through.
  • After flowing through the transverse channels 4 of this first block section of the service media stream reaches the second connection holes 19.
  • a deflection is enforced because after the second third of the superimposed planes of transverse channels 4, the connecting holes 19 are closed by further deflection elements 32 '.
  • the service media stream is thereby deflected to the transverse channels 4 in the second third of the block module, which forms the second block section to be flowed through.
  • connection bores 18 are closed on the second end face of the block module, the service media flow is again redirected, which now forms the transverse channels 4 in the last one Flowed through the third of the block module and reaches below the deflecting elements 32 'located portions of the connecting holes 19.
  • the connection bores 19 are open at the second end face of the block module.
  • the block modules 1, 1 '... Are stacked one above the other as shown in FIG.
  • connection bores 19 opened at the second end face of the block module 1 are continued precisely by the connection bores 18' of the next block module 1 'which are open at the first end face, so that the service media stream can pass into the next block module 1 '.
  • the chamber 28 after the first third of the superimposed planes of transverse channels 4 by a cemented horizontal separation bar 32 made of graphite in an upper part of chamber 28a and a lower sub-chamber 28b separated.
  • the service media flow is distributed from the upper sub-chamber 28a only to the transverse channels 4 of the first third of the block module, which forms the first block section to be flowed through.
  • the chamber 29 is separated by a cemented horizontal separating web 32 'made of graphite after the second third of the superimposed planes of transverse channels 4 in an upper part chamber 29a and a lower part chamber 29b.
  • the service medium flow After flowing through the transverse channels 4 of the first block section, the service medium flow reaches the upper partial chamber 29a of the chamber 29. There, the service medium flow is deflected to the transverse channels 4 in the second third of the block module, which forms the second block section to be flowed through
  • the service medium From the transverse channels 4 of the second block section, the service medium enters the lower sub-chamber 28b of the chamber 28. Because this has no outlet holes on the underside of the shell component, there is a renewed deflection of the service media flow, which now flows through the transverse channels 4 in the last third of the block module and the reaches lower sub-chamber 29b of the chamber 29.
  • the lower partial chamber 29b of the chamber 29 has outlet bores 31.
  • the block modules 1, 1 '... Are stacked on top of one another as shown in FIG. 3 a, so that the outlet bores 31 are continued precisely through the inlet bores 30' of the next block module 1 ', so that the service media stream can pass into the next block module 1'.
  • Suitable materials for making the block modules are resin or a fluoropolymer, e.g. PTFE, impregnated graphite.
  • PTFE fluoropolymer
  • the use of such materials is widely used in apparatus engineering, their manufacture, processing and properties are known.
  • the block column of the inventive heat exchanger is shown in a standing position, the invention is not limited to this mode of operation, the block column can also be arranged horizontally.
  • Ia core of a two-part block module Ib outer shell component of a two-part block module

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus zylindrischen Blockmodulen (1,1') aus Graphit. Sämtliche Strömungswege, sowohl für die Produkt- als auch für die Servicemedien, befinden sich im Inneren der komplett aus Graphit gefertigten Blockmodule (1,1'). Daher ist der erf indungsemäße Wärmetauscher besonders geeignet für den Wärmetausch zwischen zwei korrosiven Medienströmen. Weil die Umf angsseiten der Blockmodule (1,1') keine Mündungsöffnungen von Kanälen (2,4) aufweisen, können sie vorteilhaft mit einer Armierung aus Carbonfasern versehen werden. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers wird ein mehrfacher Durchgang des Servicemediums pro Blockmodul ermöglicht.

Description

Blockwärmetauscher aus Graphit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus zylindrischen, komplett aus Graphit gefertigten Blockmodulen.
Blockwärmetauscher aus Graphit werden z.B. in der chemischen Industrie, insbesondere für Wärmeaustauschprozesse, an denen korrosive Medien beteiligt sind, eingesetzt. Produktmedien und Servicemedien werden im Kreuzgegenstrom geführt. Der Aufbau eines solchen Apparates nach dem Stand der Technik ist beispielsweise aus dem Firmenprospekt „®Diabon Blockwärmetauscher" der SGL Carbon Group bekannt und wird in Figur 1 gezeigt.
Auf einer Grundplatte sind zylindrische Blockmodule 1, 1', 1"... zu einer Blocksäule übereinander gestapelt. Die Blockmodule sind kreuzgebohrt, d.h. mit einer Vielzahl Längs- und Querkanäle versehen (in der Literatur z.T. auch als "„axiale Bohrungen" und „radiale Bohrungen" bezeichnet). Die Längskanäle 2 setzen sich jeweils in den benachbarten Block- modulen 1, 1 ', 1 "... fort, so dass durchgehende Strömungswege gebildet werden. Üblicherweise strömt durch die Längskanäle 2 das ggf. korrosive Produktmedium. Die Querkanäle 4, die in übereinander liegenden Ebenen und nebeneinander stehenden Reihen parallel angeordnet sind, münden in den von einem Stahlmantel 5 umschlossenen Außenraum 6. Dieser Außenraum 6 wird durch ein Leitscheibengerüst 7 aus Stahl in einzelne Volumenabschnitte, in welche jeweils eine Anzahl Querkanäle 4 einmündet, unterteilt. Jeder Volumenabschnitt erstreckt sich über mehrere Reihen und Ebenen von Querkanälen 4. Das Servicemedium tritt durch einen seitlichen Einlaufstutzen 9 am unteren Ende der Blocksäule in den Außenraum 6 ein und füllt dort einen ersten, vom Leitscheibengerüst 7 begrenzten Volumenabschnitt. Da das Leitscheibengerüst 7 ein Weiterströmen im Außenraum 6 verhindert, wird das Servicemedium in die in diesen Volumenabschnitt mündenden Querkanäle 4 umgelenkt. Nach Durchströmen dieser ersten Gruppe von Querkanälen 4 tritt das Servicemedium in den gegenüberliegenden Volumenabschnitt des Außenraums 6 aus, wird dort durch das Leitscheibengerüst 7 wieder umgelenkt und zum Durchströmen einer nächsten Gruppe in diesen Volumenabschnitt einmündender Querkanäle 4 gezwungen. Auf diese Weise wird das Servicemedium beim Durchströmen der Blocksäule mehrfach umgelenkt, so dass sich Produkt- und Servicemedienstrom mehrfach kreuzen und ein intensiver Wärmeaustausch erfolgt. Am oberen Ende der Blocksäule verlässt das Servicemedium den Außenraum 6 durch einen seitlichen Auslaufstutzen 8. Am Eintritt und Austritt des Produktmediums werden die Längskanäle 2 in einem oberen und in einem unteren Kopfstück 10, 11 jeweils zu einer Kammer 12, 13 zusammengeführt. Natürlich kann die Strömungsrichtung der Medien auch umgekehrt werden, dann vertauschen sich die Funktionen von Einlaufstutzen 9 und Auslaufstutzen 8 bzw. Produkteintrittskammer 12 und Produktaustrittskammer 13. Entscheidend ist, dass beide Medien im Gegenstrom geführt werden, also kaltes und heißes Medium nicht von derselben Seite in den Apparat eintreten, da sonst der Werkstoff einer zu hohen Temperaturdifferenz ausgesetzt wäre. Alternativ sind die Kopfstücke 10, 11 in mehrere Teilkammern, in die jeweils eine Gruppe von Längskanälen 2 mündet, unterteilt, so dass -analog zur Umlenkung des Servicemediums durch das Leitscheibengerüst 7 im Außenraum 6- auch der Produktmedienstrom umgelenkt wird und die Blocksäule mehrfach in Längsrichtung durchströmt. Das Produktmedium tritt beispielsweise durch den Einlass in die erste Teilkammer des oberen Kopfstücks 10 ein und strömt durch die in diese erste Teilkammer mündenden Längskanäle 2 in die erste Teilkammer des unteren Kopfstücks 11. In diese mündet eine weitere Gruppe von Längskanälen 2, durch welche das Produktmedium nun zur nächsten Teilkammer des oberen Kopfstücks 10 zurückströmt. Dort wird das Produktmedium erneut umgelenkt und strömt durch eine weitere Gruppe von Längskanälen 2 in die nächste Teilkammer des unteren Kopfstücks 11. Diese ist entweder mit dem Auslass 13 verbunden, so dass das Produktmedium hier die Blocksäule verlässt, oder es werden weitere Umlenkungen durch entsprechende Teilkammern im oberen und unteren Kopfstück bewirkt, bis schließlich die letzte Teilkammer mit dem Auslass erreicht ist.
Die Fugen zwischen den übereinander gestapelten Blockmodulen sind durch Dichtungen 3 aus PTFE verschlossen. Der den Außenraum 6 umschließende Stahlmantel 5 ist auf der Grundplatte 14 fest verankert. Zur Abdichtung zwischen Grundplatte 14 und unterem Kopf- stück 11 ist eine Flachdichtung 15 aus einem Elastomer, z.B. EPDM, vorgesehen. Die Blocksäule wird über das obere Kopfstück 10 verspannt, während der Stahlmantel 5 frei beweglich durch eine Runddichtung aus einem Elastomer, z.B. EPDM, gegen das obere Kopfstück 10 abgedichtet wird. Die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Graphit und Stahl wird über Schraubenfedern 16 ausgeglichen.
Für Anwendungsfälle mit hohem Druck werden die Blockmodule an ihren Umfangsflächen unter hoher Vorspannung mit Carbonfasern oder/und anderen Verstärkungsfasem umwickelt, so dass eine Armierung gebildet wird. Dank des elastischen Verhaltens der Carbonfasern bleibt die Vorspannung auch bei stark wechselnder oder schwellender Belastung erhalten. Bei der Herstellung der Armierung ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Mündungen der Querkanäle 4 nicht verschlossen werden dürfen. Daher ist entweder ein relativ kompliziertes, die Mündungen der Querkanäle 4 aussparendes Wickelmuster nötig, oder es können nur einzelne, keine Mündungen von Querkanälen 4 aufweisende Bereiche der Umfangsflächen der Block- module umwickelt werden. In beiden Fällen wird keine gleichmäßige, sich über die gesamte Umfangsfläche erstreckende Armierung erhalten.
Ein weiterer Nachteil der Blockwärmetauscher nach dem Stand der Technik ist der relativ komplexe Aufbau aus mehreren Teilen (Blocksäule, Mantel und Leitscheibengerüst) aus unterschiedlichen Werkstoffen.
Bei der Abdichtung und Verspannung der Blocksäule ist die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Stahl und Graphit zu berücksichtigen. Um die Unterschiede in der Ausdehnung zu kompensieren, sind „bewegliche" Runddichtungen aus Elastomerwerkstoffen nötig. Diese Werkstoffe sind jedoch nur begrenzt korrosionsbeständig. Es ist aber nicht möglich, alle Dichtungen aus dem korrosionsbeständigeren Werkstoff PTFE auszubilden, denn PTFE ist nicht elastisch und nicht formstabil genug für bewegliche Dichtungen. Die Korrosionsbeständigkeit des Stahls ist geringer als die des Graphits. Wenn sowohl auf der Produkt- als auch auf der Serviceseite korrosive Medien geführt werden sollen, muss der Stahlmantel 5 innenseitig extra mit einem Korrosionsschutz, beispielsweise in Form einer Gummierung, PTFE-Beschichtung oder Emaillierung, versehen werden.
In der DE 1 065 865 wurde ein Bauprinzip für Wärmetauscher vorgestellt, mit dem diese Schwierigkeiten überwunden werden sollen. Der Wärmetauscher besteht aus einzelnen übereinander gestapelten Blöcken aus Graphit. Jeder Block ist von zwei Gruppen sich im Block- inneren kreuzender Kanäle durchzogen. Die zwei Gruppen von Kanälen dienen der Führung von zwei verschiedenen Medienströmen. Die sich kreuzenden Kanäle münden an mindestens einer Stirnfläche jedes Blocks in mindestens zwei je einem Medium zugehörigen Öffnungen aus. DE 1 065 865 offenbart zu diesem Bauprinzip verschiedene spezielle Ausführungsarten. In den meisten Ausführungen verlaufen die Kanäle mindestens einer Gruppe oder beider Gruppen schräg im Blockinneren, d.h. in einem spitzen Winkel zur Stirnfläche. Bei dieser Art der Kanalführung ist jedoch die Raumausnutzung innerhalb der Blöcke begrenzt. In einer Ausführungsform mit zylindrischen Blöcken sind die obere und untere Stirnfläche jedes Blocks mit einer konischen Ausnehmung versehen, in welche jeweils die Kanäle einer Gruppe einmünden. An der jeweils gegenüberliegenden Stirnfläche münden die Kanäle der entsprechenden Gruppe in senkrecht von der Stirnfläche ausgehende Verteilerbohrungen. Nachteilig ist an dieser Ausfuhrungsform, dass zwischen den beiden konischen Ausnehmungen in der oberen und der unteren Stirnfläche des Blocks nur eine dünne Zwischenwand stehenbleibt. Dadurch wird die mechanische Stabilität des Blocks vermindert. Außer- dem sind die Mündungen der Kanäle in der Stirnfläche in sektorförmigen voneinander getrennten Gruppen angeordnet. Das bedeutet, dass die im Inneren eines solchen Sektors befindlichen Kanäle nur von Kanälen der gleichen Gruppe umgeben sind und demzufolge eine große räumliche Distanz zu den Kanälen des anderen Mediums haben. Dadurch wird die Effizienz des Wärmeaustauschs zwischen beiden Medienströmen vermindert. Insgesamt ist der Aufbau der Blöcke relativ kompliziert, so dass zu ihrer Herstellung ein großer Aufwand und hohe Präzision erforderlich sind.
Ausführungsarten mit längs und quer verlaufenden Kanälen, d.h. Kanälen, die wie in den Blöcken in Figur 1 senkrecht und waagerecht zur Stirnfläche des Blocks verlaufen, werden in DE 1 065 865 nur für sog. rechteckige, d.h. quaderförmige Blöcke offenbart. Den quader- förmigen Block durchziehen Längskanäle (von der oberen zur unteren Stirnfläche) und Querkanäle (von der rechten zur linken Seitenfläche). Die Anbohröffnungen der Querkanäle sind durch den Seitenflächen des Blocks vorgesetzte Platten aus Graphit verschlossen. Die Querkanäle kommunizieren mit senkrecht zu ihnen verlaufenden Verteilerkanälen, welche in den Stirnflächen der Blöcke in solchen Bereichen ausmünden, in denen sich keine Mündungen von Längskanälen befinden. Wegen der Notwendigkeit, die seitlichen Anbohröffnungen der Querkanäle durch auf die Seitenflächen aufgesetzte Platten aus Graphit zu verschließen, ist diese Ausführungsart auf quaderförmige Blöcke beschränkt.
Es ist jedoch bevorzugt, Wärmetauscher-Blocksäulen aus vollständig rotationssymmetrischen (zylindrischen) Blockmodulen aufzubauen. Rotationssymmetrische Bauteile lassen sich leichter fertigen (durch kontinuierliche Drehverfahren mit gleichmäßiger Belastung des Drehmeißels anstelle von Formgebung mit diskontinuierlicher Drehmeißelbelastuiig oder durch Fräsen). Außerdem können runde Bauteile von innen wirkende Kräfte wie beim Betrieb des Wärmetauschers auftretende Druckbelastungen leichter aufnehmen, weil sich deren Wirkungen gleichmäßiger verteilen als beispielsweise in einem quaderförmigen Körper. Darüber hinaus lassen rotationssymmetrische Bauteile mit einer geschlossenen, von Erhebungen (wie z.B. im vorstehend beschriebenen Stand der Technik die vorgesetzten Platten zum Verschließen der Anbohröffnungen) und Vertiefungen freien Umfangsfiäche ohne weiteres mit einer gewickelten Armierung aus Carbon- oder anderen geeigneten Verstärkungsfasern versehen. Dadurch können Blockmodule mit einer sehr hohen Druckfestigkeit erhalten werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die beiden Medienströme durch waagerecht und senkrecht zu den Stirnflächen des Blockmoduls verlaufende Kanäle (also Längs- und Querkanäle wie in Figur 1) geführt werden, da diese Anordnung der Kanäle die bestmögliche Raumausnutzung innerhalb der Blockmodule erlaubt.
Aus diesen Anforderungen resultierte die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausschließlich aus Graphit bestehende rotationssymmetrische Blockmodule, die parallel und senkrecht zu den Stirnflächen verlaufende Strömungswege für zwei im Kreuzgegenstrom zu führende Medien enthalten, bereitzustellen, wobei die Umfangsflächen der Blockmodule geschlossen und frei von Erhebungen oder Vertiefungen sind.
Der Blockwärmetauscher entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält verspannt zwischen einem oberen und einem unteren Kopfstück mindestens ein oder mehrere übereinander gestapelte zylindrische rotationssymmetrische Blockmodule. Sowohl die Kopfstücke als auch die Blockmodule bestehen komplett aus Graphit. Ein Kopfstück enthält einen Einlass für einen ersten Medienstrom und einen Auslass für einen zweiten Medienstrom, das andere Kopfstück einen Einlass für den zweiten Medienstrom und einen Auslass für den ersten Medienstrom. Die Blockmodule sind so gestaltet, dass zu ihrer Formgebung im wesentlichen nur Bearbeitung durch Dreh- und Bohrprozesse sowie Zusammenfügen und Verkitten nötig ist.
In jedem Blockmodul wird der erste Medienstrom (meist der Produktinedienstrom) durch sich von der ersten zur zweiten Stirnfläche parallel zur Längsachse des Blockmoduls erstreckende Kanäle (im folgenden als Längskanäle bezeichnet) geführt, die sich jeweils in den benachbarten Blockmodulen fortsetzen, so dass innerhalb der Blocksäule in Längsrichtung durchgehende Strömungswege gebildet werden. Die Längskanäle des in Strömungsrichtung ersten Blockmoduls werden im angrenzenden Kopfstück zusammengeführt und mit dem Einlass für diesen Medienstrom verbunden. Die Längskanäle des in Strömungsrichtung letzten Blockmoduls werden im angrenzenden Kopfstück zusammengeführt und mit dem Auslass für diesen Medienstrom verbunden.
Die Längskanäle können in den Kopfstücken jeweils zu Kammern zusammengeführt werden, an der sich der Einlass bzw. der Auslass für das erste Medium befindet. In einer anderen Bauart enthalten die Kopfstücke zur Zusammenführung der Längskanäle mehrere Teilkammern. In einem der Kopfstücke ist eine erste Teilkammer mit dem Einlass für das erste Medium verbunden und erstreckt sich über die Mündungen einer ersten Gruppe von Längskanälen. Die erste Teilkammer im anderen Kopfstück erstreckt sich über die Mündungen der ersten Gruppe von Längskanälen und einer zweiten Gruppe von Längskanälen, die als nächstes durchströmt werden soll. Jede weitere Teilkammer in den Kopfstücken verbindet die Mündungen zweier nacheinander zu durchströmenden Gruppen von Längskanälen miteinander. Die Längskanäle der zuletzt durchströmten Gruppe münden in eine letzte Teilkammer in einem der Kopfstücke, die mit dem Auslass für das erste Medium verbunden ist. So wird ein mehrfacher Durchgang des ersten Medienstroms durch die Blocksäule erreicht.
Der zweite Medienstrom (meist das Servicemedium) wird durch parallel zu den Stirnflächen des Blockmoduls und senkrecht zu den Längskanälen verlaufende, in mehreren Reihen und Ebenen parallel angeordnete Kanäle geführt, wobei der zweite Medienstrom in jedem Blockmodul den ersten Medienstrom mindestens einmal kreuzt. Die Kanäle für den zweiten Medienstrom werden im folgenden als Querkanäle bezeichnet. Die Verteilung des zweiten Medienstroms auf die Querkanäle erfolgt durch eine im Inneren des Blockmoduls an einer Umfangsseite angeordnete Verteilvorrichtung. Die Zusammenführung der Teilströme aus den Querkanälen erfolgt durch eine im Inneren des Blockmoduls an der der Verteilvorrichtung gegenüberliegenden Umfangsseite angeordnete Sammelvorrichtung. Die Verteil- und die Sammelvorrichtung befinden sich in Umfangsnähe, d.h. in der Nähe der Außenwand des Blockmoduls. Jeder Querkanal erstreckt sich von der Verteil- bis zu der Sammelvorrichtung, ohne die Außenwand des Blockmoduls zu durchdringen. Die Verteilvorrichtung hat an der ersten Stirnfläche des Blockmoduls mindestens eine Einlassöffnung, die Sammelvorrichtung hat an der anderen Stirnfläche des Blockmoduls mindestens eine Auslassöffnung. Die Auslassöffnungen der Sammelvorrichtung eines Blockmoduls sind mit den Einlassöffhungen der Verteilvorrichtung des folgenden Blockmoduls verbunden. Dadurch wird der zweite Medienstrom aus den Querkanälen eines ersten Blockmoduls in die Querkanäle des jeweils nächsten Blockmoduls geleitet. Die Einlassöffhungen der in Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Verteilvorrichtung in der Blocksäule sind mit dem Einlaufstutzen für dieses Medium verbunden, der sich im angrenzenden Kopfstück befindet. Die Auslassöffnungen der in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Sammelvorrichtung in der Blocksäule sind mit dem Auslaufstutzen für dieses Medium verbunden, der sich im angrenzenden Kopfstück befindet. Die Fugen zwischen den aufeinander folgenden Blockmodulen sind mit Dichtungen bevorzugt aus PTFE abgedichtet. Zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen umschließen auf den aneinander grenzenden Stirnflächen der aufeinander folgenden Bloclαnodule den Bereich, in dem sich die miteinander kommunizierenden Auslassöffnungen der Sammelvorrichtung und Einlassöffnungen der Verteilvorrichtung befinden, und dichten diese nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle ab. Die Fugen zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück sind ebenfalls durch zwei umlaufende Dichtungen abgedichtet, welche den Bereich der Einlassöffnungen der Verteilvorrichtung des ersten Blockmoduls bzw. der Auslassöffnungen der Sammelvorrichtung des letzten Blockmoduls und der mit ihnen kommunizierenden Verbindungen zu den Ein- bzw. Auslaufstutzen für das zweite Medium in den Kopfstücken nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle und der mit diesen kommunizierenden Verbindungen zu den Ein- bzw. Auslaufstutzen für das erste Medium in den Kopfstücken abdichten
Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist, dass sich die Querkanäle in den Block- modulen zwischen den im Blockinneren befindlichen Verteil- und Sammelvorrichtungen erstrecken, ohne die Außenwände der Blockmodule zu durchdringen. Ggf. bei der Herstellung der Querkanäle entstandene Anbohröffnungen werden so verschlossen, dass die Oberfläche des Verschlusses bündig mit der Außenwand des Blockmoduls ist, so dass diese keinerlei
Öffnungen, Erhebungen oder Vertiefungen aufweist. Daher können die Umfangsflächen der Blockmodule des erfϊndungsgemäßen Blockwärmetauschers vorteilhafterweise vollflächig mit einer Armierung aus Carbonfasern umwickelt werden.
Weil wegen der erfindungsgemäßen Führung des zweiten Medienstroms innerhalb der Graphitblöcke kein Stahlmantel mit Leitscheibengerüst benötigt wird, besteht der erfindungs- gemäße Blockwärmetauscher im wesentlichen aus Graphit als einzigem Werkstoff. Da keine unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Blockmodulen und Stahlmantel berücksichtigt werden müssen, entfällt die Notwendigkeit einer beweglichen Dichtung. Der erfindungsgemäße Blockwärmetauscher enthält daher nur Dichtungen zwischen den einzelnen Blockmodulen und bzw. zwischen den Kopfstücken und den angrenzenden Blockmodulen, die aus dem relativ korrosionsbeständigen Material PTFE angefertigt werden können.
Die Blocksäule des erfmdungsgemäßen Wärmetauschers einschließlich oberem und unterem Kopfstück kann einfach zwischen zwei Spannplatten mittels Zugankern und Druckfedern verspannt werden. Die Druckfedern bewirken den Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Blockmodulen und Zugankern. Im erfindungsgemäßen Blockwärmetauscher durchfließen sowohl Service- als auch Produktmedien nur von Graphit umgebene Strömungswege, daher müssen keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden, falls beide Medienströme korrosive Medien enthalten.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung fungieren die Sammel- und Verteilvorrichtungen zusätzlich als Umlenkvorrichtungen, um einen mehrfachen Durchgang des zweiten Mediums pro Blockmodul und damit eine häufigere Kreuzung der beiden Medienströme zu bewirken. Dafür sind die Verteil- und Sammelvorrichtungen durch Trennstege oder Umlenkelemente in mehrere Teilbereiche unterteilt. Der erste Teilbereich der Verteil- Vorrichtung besitzt an der ersten Stirnfläche des Blockmoduls mindestens eine Einlassöffnung für das zweite Medium und erstreckt sich über die Mündungen der Querkanäle eines zuerst zu durchströmenden Blockabschnittes. Das Medium durchströmt diese Querkanäle und erreicht den ersten Teilbereich der Sammelvorrichtung. Dieser erstreckt sich über die Mündungen der Querkanäle des zuerst durchströmten Blockabschnitts und des Blockabschnitts, der als nächstes durchströmt werden soll. Jeder weitere Teilbereich der Verteil- und Sammelvorrichtungen verbindet wieder die Mündungen der Querkanäle in einem zuerst zu durchströmenden Blockabschnitt mit denen des danach zu durchströmenden Blockabschnitts und lenkt so den zweiten Medienstrom aus den Querkanälen des ersten Blockabschnitts in die Querkanäle des nächsten Blockabschnitts um. Aus dem zuletzt durchströmten Blockabschnitt wird das Medium schließlich zu mindestens einer Auslassöffnung an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls geleitet.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung werden in der folgenden ausführlichen
Beschreibung und den Figuren erläutert.
Die Figuren zeigen
Figur 1 Aufbau eines Blockwärmetauschers nach dem Stand der Technik
Figur 2a eine erste grundlegende Bauart des erfmdungsgemäßen Blockwärmetauschers (Längsschnitt durch die Blocksäule entlang der Querkanäle und Querschnitt eines einzelnen Blockmoduls)
Figur 2b die erste grundlegende Bauart des erfindungsgemäßen Blockwärmetauschers gegenüber Figur 2a um 90° gedreht (Seitenansicht und Längsschnitt durch die Blocksäule sowie Querschnitt eines einzelnen Blockmoduls) Figur 3 a eine zweite grundlegende Bauart des erfindungsgemäßen Blockwärme- tauschers (Längsschnitt durch die Blocksäule entlang der Querkanäle und Querschnitt eines einzelnen Blockmoduls)
Figur 3b die zweite grundlegende Bauart des erfindungsgemäßen Blockwärmetauschers gegenüber Figur 3 a um 90° gedreht (Seitenansicht und Längsschnitt durch die
Blocksäule sowie Querschnitt eines einzelnen Blockmoduls)
Figur 4a erfindungsgemäßes Blockmodul der ersten Bauart mit zweifachem Durchgang des Servicemediums pro Blockmodul
Figur 4b erfindungsgemäßes Blockmodul der ersten Bauart mit dreifachem Durchgang des Servicemediums pro Blockmodul
Figur 5a erfmdungsgemäßes Blockmodul der zweiten Bauart mit zweifachem Durchgang des Servicemediums pro Blockmodul
Figur 5b erfindungsgemäßes Blockmodul der zweiten Bauart mit dreifachem Durchgang des die Querkanäle durchströmenden Servicemediums pro Blockmodul
Der erfindungsgemäße Blockwärmetauscher kann in zwei verschiedenen grundsätzlichen Bauarten realisiert werden.
In der ersten Bauart der Erfindung (Figuren 2a und 2b) wird der Wärmetauscher aus mono- lithischen Blockmodulen 1, 1'... aus Graphit zusammengesetzt, die mit Längskanälen 2 und Querkanälen 4 versehen sind. Der Einfachheit halber wird eine Blocksäule aus nur zwei Blockmodulen 1, 1' gezeigt. Die Anordnung der Längskanäle ist aus den in Figur 2a und 2b gezeigten Querschnittsdarstellungen eines erfindungsgemäßen Blockmoduls 1 ersichtlich. An die Längskanäle 2 des Blockmoduls 1 schließen sich die Längskanäle des folgenden Block- moduls 1 ' an, so dass innerhalb der Blocksäule in Längsrichtung durchgehende Strömungswege gebildet werden. Bevorzugt werden die Längskanäle 2 für den Transport des Produktmediums vorgesehen und die Querkanäle 4 für den Transport des Servicemediums. Im folgenden wird die Erfindung anhand dieser bevorzugten Betriebsart erläutert, sie ist jedoch nicht daran gebunden. Der erfindungsgemäße Blockwärmetauscher lässt sich prinzipiell auch so einsetzen, dass der Servicemedienstrom durch die Längskanäle 2 und der Produktmedienstrom durch die Querkanäle 4 fließt.
Bei der Herstellung der Blockmodule 1, 1' werden die in den Ebenen nebeneinander liegenden Querkanäle 4 abwechselnd von den gegenüberliegenden Umfangsseiten des Blockmoduls angebohrt, so dass an jeder Umfangsseite nur die Hälfte der Querkanäle Anbohröffnungen hat (siehe Querschnittsdarstellung in Figur 2a). Auf diese Weise werden die Anbohröffnungen relativ gleichmäßig über den Blockumfang verteilt, und die Anzahl der Anbohröffnungen, die erfindungsgemäß wieder verschlossen werden müssen, wird so gering wie möglich gehalten. Der Verschluss der Anbohröffnungen erfolgt mittels Passfedern 17, welche die Mündungen der Querkanäle 4 überdecken. Jede Passfeder 17 erstreckt sich über die Anbohröffnungen einer Reihe von übereinander liegenden Querkanälen 4. Die Passfedern 17, welche aus demselben Graphitwerkstoff wie die Blockmodule bestehen, werden in dafür an der Außenwand des Blockmoduls vorgesehene passgerechte Ausnehmungen eingekittet, so dass die Oberflächen der Passfedern 17 bündig mit der Blockaußenwand sind. So wird erreicht, dass die Umfangsfläche des Blockmoduls geschlossen und frei von Erhebungen und Vertiefungen ist.
Jedes zylindrische Blockmodul 1, 1'... enthält in der Nähe seiner Außenwand zwei Gruppen von Verbindungsbohrungen 18 und 19, welche die übereinander liegenden Querkanäle 4 kreuzen und miteinander verbinden. Jede Verbindungsbohrung 18 bzw. 19 kreuzt und ver- bindet eine Reihe übereinander liegender Querkanäle 4. Die zweite Gruppe Verbindungsbohrungen 19 befindet sich an der der ersten Gruppe Verbindungsbohrungen 18 gegenüber liegenden Umfangsseite des Zylinders 1, 1'.... Diese Anordnung der ersten und der zweiten Gruppe Verbindungsbohrungen ist aus den Querschnittsdarstellungen in den Figuren 2a und 2b ersichtlich. Jeder Querkanal 4 erstreckt sich von einer Verbindungsbohrung 18 der ersten Gruppe zu einer Verbindungsbohrung 19 der zweiten Gruppe.
Die Verbindungsbohrungen 18 der ersten Gruppe beginnen an der ersten Stirnfläche des zylindrischen Blockmoduls und erstrecken sich in Längsrichtung bis zu den Querkanälen 4 der letzten Ebene, werden jedoch nicht durch die zweite Stirnfläche des zylindrischen Blockmoduls hindurch geführt, d.h. die Verbindungsbohrungen 18 sind an der zweiten Stirnfläche des Zylinders geschlossen. Die Verbindungsbohrungen 18 der wirken als Einlass- und Verteilleitungen, sie leiten das Servicemedium in das Blockmodul 1, 1'... ein und verteilen es in die einmündenden Querkanäle 4. Die Gruppe von Verbindungsbohrungen 18 stellt somit die erfindungsgemäße Verteilvorrichtung dar. Die Verbindungsbohrungen 19 der zweiten Gruppe beginnen an der zweiten Stirnfläche des zylindrischen Blockmoduls und erstrecken sich in Längsrichtung bis zu den Querkanälen 4 der ersten Ebene, werden jedoch nicht durch die erste Stirnfläche des zylindrischen Blockmoduls hindurch geführt, d.h. die Verbindungsbohrungen 19 sind an der ersten Stirnfläche des Zylinders geschlossen. Die Verbindungsbohrungen 19 wirken als Sammel- und Auslassleitungen, sie sammeln das Servicemedium aus den einmündenden Querkanälen 4 und führen es aus dem Blockmodul 1, 1'... heraus. Die Gruppe von Verbindungsbohrungen 19 stellt somit die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung dar.
Die Blockmodule 1, 1'... werden so übereinander gestapelt, dass die an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls 1 offenen Verbindungsbohrungen 19 genau durch die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen 18' des nächsten Blockmoduls 1' fortgesetzt werden.
Die Verbindungsbohrungen 18 der ersten Gruppe des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Blockmoduls 1 sind über eine Kammer 20, die durch eine sich über die Mündungen aller Verbindungsbohrungen 18 erstreckende Sichelfräsung in der an das Blockmodul 1 angrenzenden Stirnfläche des oberen Kopfstücks 10 gebildet wird, mit der zum Stutzen 8 führenden Zuleitung 21 verbunden. Der Stutzen 8 dient in der in Figur 2a und 2b dargestellten Betriebsart als Einlass für das Servicemedium. Die Verbindungsbohrungen 19' der zweiten Gruppe des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Blockmoduls 1 ' sind über eine Kammer 22, die durch eine sich über die Mündungen aller Verbindungs- bohrungen 19' erstreckende Sichelfräsung in der an das Blockmodul 1' angrenzenden Stirnfläche des unteren Kopfstücks 11 gebildet wird, mit der zum Stutzen 9 führenden Zuleitung 23 verbunden. Der Stutzen 9 dient in der in Figur 2a und 2b dargestellten Betriebsart als Auslass für das Servicemedium. Die Kopfstücke 10, 11 enthalten Kammern 12, 13, in welche die Längskanäle 2 der angrenzenden Blockmodule münden. An der Kammer 12 bzw. 13 befindet sich die Eintrittsbzw. Austrittsöffnung für den Produktmedienstrom. In der in Figur 2a und 2b dargestellten Betriebsart tritt der Produktmedienstrom am unteren Kopfstück 11 in Kammer 13 ein und am oberen Kopfstück 10 durch Kammer 12 aus. Alternativ können aber auch Kopfstücke mit mehreren Teilkammern für einen mehrfachen Durchgang des Produktmediums in Längs- richtung durch die Blocksäule vorgesehen werden, wie bereits für den Stand der Technik beschrieben.
Selbstverständlich können die Strömungsrichtungen von Servicemedium und Produktmedium auch umgekehrt werden, so dass der Stutzen 9 am unteren Kopfstück 11 und die Kammer 12 im oberen Kopfstück 10 jeweils als Einlass dienen sowie der Stutzen 8 am oberen Kopfstück 10 und die Kammer 13 im unteren Kopfstück 11 jeweils als Auslass. Entscheidend ist, dass beide Medien im Gegenstrom geführt werden, also das kalte und das heiße Medium nicht von derselben Seite in den Apparat eintreten, da sonst der Werkstoff einer zu hohen Temperaturdifferenz ausgesetzt wäre. Die Umfangsflächen der Blockmodule, an denen die Anbohröffnungen mit Passfedern verschlossen sind, können zur Erhöhung der Druckfestigkeit mit einer vollflächigen Armierung aus Carbonfasern oder/und anderen geeigneten Verstärkungsfasern umwickelt werden. Eine solche Armierung bewirkt eine Entlastung der Passfedem, welche die Anbohröffnungen der Querkanäle 4 verschließen. Daher ist die Bauart mit Armierung besonders bevorzugt.
Die Fugen zwischen den einzelnen Blockmodulen 1, 1'... sind mit Dichtungen 3', 3" bevorzugt aus PTFE abgedichtet. Die kreisförmig umlaufenden Dichtungen 3 ' und 3 ' ' umschließen auf den Stirnflächen der aufeinander folgenden Blockmodule den Bereich, in dem sich die miteinander kommunizierenden Verbindungsbohrungen 19, 18' befinden, und dichten diese nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle 2 ab. Die Fugen zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück sind ebenfalls durch zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen 3', 3" abgedichtet, welche den Bereich der Mündungen der Verbindungsbohrungen 18 des ersten Blockmoduls und der Kammer 20 im angrenzenden Kopfstück 10 bzw. der Verbindungsbohrungen 19' des letzten Blockmoduls und der Kammer 22 im angrenzenden Kopfstück 11 nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle 2 und der mit diesen kommunizierenden Kammer 12 im Kopfstück 10 bzw. Kammer 13 im Kopfstück 11 abdichten. Die Blocksäule einschließlich oberem und unterem Kopfstück 10, 11 wird zwischen einer meist quadratisch ausgebildeten unteren Spannplatte 14 mit Befestigungslöchern für die Verankerung der Blocksäule am Untergrund, und einer runden oberen Spannplatte 14' mittels Zugankern 24 und Druckfedern 25 verspannt.
Durch zwischen den übereinander liegenden Blockmodulen 1, 1' vorgesehene Steckbolzen 26 wird eine verdrehsichere Positionierung der Blockmodule in der Blocksäule bewirkt.
In der zweiten Bauart (Figuren 3a und 3b) sind die Blockmodule zweiteilig zusammengesetzt. Jedes Blockmodul besteht aus einem kegelstumpfförmigen Kernstück Ia, das als kreuzgebohrter, d.h. mit Längskanälen 2 und Querkanälen 4 versehener Block ausgeführt ist, und einer konzentrischen, das Kernstück umfassenden Außenschale Ib als strömungsführendes und nach außen dichtendes Element. Das Außenschalenbauteü Ib hat die Form eines Zylinders mit einer zu dem kegelstumpfförmigen Kernstück Ia komplementären Ausnehmung. Die beiden Bauteile Ia, Ib werden miteinander verkittet und bilden zusammengefügt ein zylinderförmiges Blockmodul 1. Der Einfachheit halber wird in den Figuren 3a und 3b eine Blocksäule aus nur zwei Blockmodulen 1, 1' gezeigt. An die Längskanäle 2 des Blockmoduls 1 schließen sich die Längskanäle des folgenden Blockmoduls 1' an, so dass innerhalb der Blocksäule in Längsrichtung durchgehende Strömungswege gebildet werden. Bevorzugt werden die Längskanäle 2 für den Transport des Produktmediums vorgesehen und die Querkanäle 4 für den Transport des Servicemediums. Im folgenden wird die Erfindung anhand dieser bevorzugten Betriebsart erläutert, sie ist jedoch nicht daran gebunden. Der erfindungsgemäße Blockwärmetauscher lässt sich prinzipiell auch so einsetzen, dass das Servicemedium durch die Längskanäle 2 und das Produktmedium durch die Querkanäle 4 fließt. An der inneren, an das Kernstück (Ia) grenzenden Wandung der Außenschale Ib befindet sich eine umlaufende Ausnehmung, welche durch eingekittete vertikale Trennleisten 27a, 27b aus Graphit in zwei Hälften geteilt wird. Werden Kernstück Ia und Außenschale Ib zusammengesetzt, dann bilden die beiden Hälften der umlaufenden Ausnehmung Kammern
28 und 29 zwischen Außenschale und Kern. Jeder Querkanal 4 im Kernstück Ib erstreckt sich von der ersten Kammer 28 bis zur zweiten Kammer 29. In die erste Kammer 28 münden von der Oberseite des Schalenbauteils Ib ausgehende Einlassbohrungen 30. An der Unterseite des Schalenbauteils hat die Kammer 28 keinen Auslass. In die zweite Kammer 29 münden von der Unterseite des Schalenbauteils Ib ausgehende Auslassbohrungen 31. An der Oberseite des Schalenbauteils Ib hat die Kammer
29 keinen Einlass. Die von der Oberseite des Schalenbauteils Ib ausgehenden Einlassbohrungen 30 leiten das Servicemedium in die Kammer 28 des Blockmoduls 1. Die Kammer 28 dient als Verteilkammer, hier wird der Servicemedienstrom auf die einmündenden Querkanäle 4 verteilt. Die zweite Kammer 29 wirkt als Sammelkammer, hier werden die aus den Querkanälen 4 kommenden Teilströme wieder zusammengeführt. Die Kammern 28 und 29 bilden somit die erfmdungsgemäße Verteil- und die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung. Durch die Auslassbohrungen 31 wird das Servicemedium aus dem Blockmodul 1 heraus geleitet. Die Blockmodule 1, 1'... werden so übereinander gestapelt, das die an der Unterseite des Schalenbauteils Ib offenen Auslassbohrungen 31 genau durch die an der Oberseite offenen Einlassbohrungen 30' des nächsten Blockmoduls 1 ' fortgesetzt werden. Die Einlassbohrungen 30 des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Blockmoduls 1 sind über eine Kammer 20, die durch eine sich über die Mündungen aller Einlassbohrungen 30 erstreckende Sichelfräsung in der an das Blockmodul 1 angrenzenden Stirnfläche des oberen Kopfstücks 10 gebildet wird, mit der zum Stutzen 8 führenden Zuleitung 21 verbunden. Der Stutzen 8 dient in der in Figur 3 a und 3b dargestellten Betriebsart als Einlass für das Servicemedium.
Die Auslassbohrungen 31' im in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Blockmoduls 1' sind über eine Kammer 22, die durch eine sich über die Mündungen aller Auslassbohrungen 31 ' erstreckende Sichelfräsung in der an das Blockmodul 1 ' angrenzenden Stirnfläche des unteren Kopfstücks 11 gebildet wird, mit der zum Stutzen 9 rührenden Zuleitung 23 verbunden. Der Stutzen 9 dient in der in Figur 3 a und 3b dargestellten Betriebsart als Auslass für das Servicemedium. Die Kopfstücke 10, 11 enthalten Kammern 12, 13, in welche die Längskanäle 2 der angrenzenden Blockmodule münden. An der Kammer 12 bzw. 13 befindet sich die Eintrittsbzw. Austrittsöffnung für den Produktmedienstrom. In der in Figur 3 a und 3b dargestellten Betriebsart tritt der Produktmedienstrom am unteren Kopfstück 11 ein und am oberen Kopfstück 10 aus. Alternativ können aber auch Kopfstücke mit mehreren Teilkammern für einen mehrfachen Durchgang des Produktmediums in Längsrichtung durch die Blocksäule vorge- sehen werden, wie bereits für den Stand der Technik beschrieben.
Selbstverständlich können die Strömungsrichtungen von Servicemedium und Produktmedium auch umgekehrt werden, so dass der Stutzen 9 am unteren Kopfstück 11 und die Kammer 12 im oberen Kopfstück 10 jeweils als Einlass dienen sowie der Stutzen 8 am oberen Kopfstück 10 und die Kammer 13 im unteren Kopfstück 11 jeweils als Auslass. Entscheidend ist, dass beide Medien im Gegenstrom geführt werden, also das kalte und das heiße Medium nicht von derselben Seite in den Apparat eintreten, da sonst der Werkstoff einer zu hohen Temperaturdifferenz ausgesetzt wäre.
Die Umfangsflächen der Blockmodule, die durch die Außenschalenbauteile Ib gebildet werden, welche erfindungsgemäß keine Anbohröffhungen der Querkanäle 4 aufweisen, können zur Erhöhung der Druckfestigkeit mit einer vollflächigen Armierung aus Carbonfasern oder/und anderen geeigneten Verstärkungsfasern umwickelt werden. Die Fugen zwischen den einzelnen Blockmodulen 1, 1'... sind mit Dichtungen 3', 3" bevorzugt aus PTFE abgedichtet. Die kreisförmig umlaufenden Dichtungen 3' und 3" umschließen auf den Stirnflächen der aufeinander folgenden Blockmodule den Bereich, in dem sich die miteinander kommunizierenden Auslassbohrungen 31 und Einlassbohrungen 30' befinden, und dichten diese nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle 2 ab. Die Fugen zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück sind ebenfalls durch zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen 3', 3" abgedichtet, welche den Bereich der Mündungen der Einlassbohrungen 30 des ersten Blockmoduls und der Kammer 20 im angrenzenden Kopfstück 10 bzw. der Auslassbohrungen 31' des letzten Blockmoduls und der Kammer 22 im angrenzenden Kopfstück 11 nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle 2 und der mit diesen kommunizierenden Kammer 12 im Kopfstück 10 bzw. Kammer 13 im Kopfstück 11 abdichten.
Die Blocksäule einschließlich oberem und unterem Kopfstück 10, 11 wird zwischen einer meist quadratisch ausgebildeten unteren Spannplatte 14 mit Befestigungslöchern für die Verankerung der Blocksäule am Untergrund, und einer runden oberen Spannplatte 14' mittels Zugankern 24 und Druckfedern 25 verspannt. Durch zwischen den übereinander liegenden Blockmodulen 1, 1' vorgesehene Steckbolzen 26 wird eine verdrehsichere Positionierung der Blockmodule in der Blocksäule bewirkt.
In den vorstehend beschriebenen und in den Figuren 2 und 3 dargestellten Bauarten des erfindungsgemäßen Blockwärmetauschers kreuzt der auf die Querkanäle 4 verteilte zweite Medienstrom den durch die Längskanäle 2 geführten ersten Medienstrom genau einmal pro Blockmodul. Soll bei konstanter Gesamtlänge der Blocksäule eine häufigere Kreuzung der beiden Medienströme erzielt werden, so lässt sich dies erfindungsgemäß durch Umlenkstege und Umlenkbunde (im folgenden allgemein als Umlenkelemente 32, 32' bezeichnet) in den Verbindungsbohrungen 18, 19 der ersten Bauart bzw. den Kammern 28, 29 der zweiten Bauart realisieren. Die Umlenkelemente 32 teilen das Blockmodul in einzelne, nacheinander zu durchströmende Blockabschnitte und bewirken ähnlich wie das Leitscheibengerüst 7 nach dem Stand der Technik Umlenkungen des die Querkanäle 4 durchströmenden Mediums innerhalb des Blockmoduls. So wird ein mehrfacher Durchgang des zweiten Medienstroms pro Blockmodul erreicht. Bevorzugt werden wiederum die Längskanäle 2 für den Transport des Produktmediums vorgesehen und die Querkanäle 4 für den Transport des Servicemedienstroms. Im folgenden wird dieser Aspekt der Erfindung anhand dieser bevorzugten Betriebsart erläutert, ist jedoch nicht daran gebunden.
Bei der monolithischen Bauweise mit zweifachem Durchgang des Servicemedienstroms pro Blockmodul (Figur 4a) wird die Umlenkung des Servicemedienstroms dadurch erzwungen, dass an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen 18 auf halber Höhe durch Umlenkelemente 32 verschlossen sind. Der Servicemedienstrom verteilt sich dadurch nur auf die Querkanäle 4 der oberen Hälfte des Blockmoduls, die den ersten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet.
Nach Durchströmen der Querkanäle 4 dieses ersten Blockabschnitts gelangt der Servicemedienstrom in die zweiten Verbindungsbohrungen 19. Unterschiedlich zu der in Figur 2a dargestellten Bauart sind hier (Figur 4a) die Bohrungen 19 an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls durch weitere Umlenkelemente 32' verschlossen. Weil die Bohrungen 19 an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls keine Ausgänge haben, wird der Servicemedienstrom umgelenkt und zum Durchströmen der Querkanäle 4 in der zweiten Blockhälfte gezwungen. Danach erreicht der Servicemedienstrom die unterhalb der Umlenkelemente 32 befindlichen Abschnitte der ersten Verbindungsbohrungen 18. Unterschiedlich zu der in Figur 2a dargestellten Bauart sind hier (Figur 4a) die Bohrungen 18 durch die zweite Stirnfläche des Blockmoduls 1 hindurch geführt und finden ihre Fortsetzung in den Bohrungen 18' des analog aufgebauten folgenden Blockmoduls 1' (in Figur 4a nicht enthalten), so dass der Servicemedienstrom in das nächste Blockmodul 1 ' übertreten kann.
Bei der zweiteiligen Bauweise (Figur 5a) wird, um einen zweifachen Durchgang des Servicemedienstroms pro Blockmodul zu ermöglichen, die Kammer 28 auf halber Höhe durch einen eingekitteten horizontalen Trennsteg 32 aus Graphit in eine obere Teilkammer 28a und eine untere Teilkammer 28b getrennt. Der Servicemedienstrom verteilt sich aus der oberen Teilkammer 28a nur auf die Querkanäle 4 der ersten Hälfte des Blockmoduls, die den ersten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet.
Nach Durchströmen der Querkanäle 4 dieses ersten Blockabschnitts gelangt der Servicemedienstrom in die Kammer 29. Unterschiedlich zu der in Figur 3a dargestellten Bauart besitzt die Kammer 29 hier (Figur 5a) keine Auslassbohrungen 31. Weil die Kammer 29 an der Unterseite des Schalenbauteils keine Ausgänge hat, wird der Servicemedienstrom umgelenkt und zum Durchströmen der Querkanäle 4 in der zweiten Blockhälfte gezwungen. Danach erreicht der Servicemedienstrom die untere Teilkammer 28b der Kammer 28 und verlässt diese über Auslassbohrungen 30a, welche in den Einlassbohrungen 30' des analog aufgebauten folgenden Blockmoduls 1' (in Figur 5a nicht enthalten) ihre Fortsetzung finden, so dass der Servicemedienstrom in das nächste Blockmodul 1' übertreten kann.
Durch Vorsehen weiterer Umlenkelemente 32, 32' an anderer Position lässt sich die Anzahl der Durchgänge des Servicemedienstroms pro Blockmodul weiter vergrößern. Dieses Prinzip wird im folgenden beispielhaft für einen dreifachen Durchgang des Servicemediums pro Blockmodul beschrieben.
Bei der monolithischen Bauweise (Figur 4b) wird die erste Umlenkung dadurch erzwungen, dass die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen 18 nach dem ersten Drittel der übereinander liegenden Ebenen von Querkanälen 4 durch Umlenkelemente 32 verschlossen sind. Der Servicemedienstrom kann sich dadurch nur auf die Querkanäle 4 des ersten Drittels des Blockmoduls verteilen, das den ersten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet. Nach Durchströmen der Querkanäle 4 dieses ersten Blockabschnitts erreicht der Servicemedienstrom die zweiten Verbindungsbohrungen 19. Dort wird eine Umlenkung erzwungen, weil nach dem zweiten Drittel der übereinander liegenden Ebenen von Querkanälen 4 die Verbindungsbohrungen 19 durch weitere Umlenkelemente 32' verschlossen sind. Der Servicemedienstrom wird dadurch auf die Querkanäle 4 im zweiten Drittel des Blockmoduls umgelenkt, das den zweiten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet.
Aus den Querkanälen 4 des zweiten Blockabschnitts gelangt das Servicemedium in die unterhalb der Umlenkelemente 32 befindlichen Abschnitte der ersten Verbindungsbohrungen 18. Weil die Verbindungsbohrungen 18 an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls verschlossen sind, erfolgt eine erneute Umlenkung des Servicemedienstroms, der nun die Querkanäle 4 im letzten Drittel des Blockmoduls durchströmt und die unterhalb der Umlenkelemente 32' befindlichen Abschnitte der Verbindungsbohrungen 19 erreicht. Die Verbindungsbohrungen 19 sind an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls offen. Die Blockmodule 1, 1'... werden wie in Figur 2a gezeigt so übereinander gestapelt, dass die an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls 1 offenen Verbindungsbohrungen 19 genau durch die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen 18' des nächsten Blockmoduls 1' fortgesetzt werden, so dass der Servicemedienstrom in das nächste Blockmodul 1 ' übertreten kann.
Bei der zweiteiligen Bauweise (Figur 5b) wird, um einen dreifachen Durchgang des Servicemediumstroms pro Blockmodul zu ermöglichen, die Kammer 28 nach dem ersten Drittel der übereinander liegenden Ebenen von Querkanälen 4 durch einen eingekitteten horizontalen Trennsteg 32 aus Graphit in eine obere Teilkammer 28a und eine untere Teilkammer 28b getrennt. Der Servicemedienstrom verteilt sich aus der oberen Teilkammer 28a nur auf die Querkanäle 4 des ersten Drittels des Blockmoduls, das den ersten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet. Die Kammer 29 wird durch einen eingekitteten horizontalen Trennsteg 32' aus Graphit nach dem zweiten Drittel der übereinander liegenden Ebenen von Querkanälen 4 in eine obere Teilkammer 29a und eine untere Teilkammer 29b getrennt. Nach Durchströmen der Querkanäle 4 des ersten Blockabschnitts erreicht der Servicemedienstrom die obere Teilkammer 29a der Kammer 29. Dort wird der Servicemedienstrom auf die Querkanäle 4 im zweiten Drittel des Blockmoduls umgelenkt, das den zweiten zu durchströmenden Blockabschnitt bildet
Aus den Querkanälen 4 des zweiten Blockabschnitts gelangt das Servicemedium in die untere Teilkammer 28b der Kammer 28. Weil diese an der Unterseite des Schalenbauteils keine Auslassbohrungen aufweist, erfolgt eine erneute Umlenkung des Servicemedienstroms, der nun die Querkanäle 4 im letzten Drittel des Blockmoduls durchströmt und die untere Teilkammer 29b der Kammer 29 erreicht. Die untere Teilkammer 29b der Kammer 29 weist Auslassbohrungen 31 auf. Die Blockmodule 1, 1'... werden wie in Figur 3a gezeigt so übereinander gestapelt, dass die Auslassbohrungen 31 genau durch die Einlassbohrungen 30' des nächsten Blockmoduls 1' fortgesetzt werden, so dass der Servicemedienstrom in das nächste Blockmodul 1 ' übertreten kann.
Geeignete Werkstoffe zur Fertigung der Blockmodule sind mit Kunstharz oder einem Fluoro- polymer, z.B. PTFE, imprägnierter Graphit. Der Einsatz solcher Materialien ist im Apparate- bau weit verbreitet, ihre Herstellung, Bearbeitung und Eigenschaften sind bekannt.
Obwohl in den Figuren die Blocksäule des erfmdungsgemäßen Wärmetauschers in stehender Position dargestellt ist, ist die Erfindung nicht auf diese Betriebsweise beschränkt, die Blocksäule kann auch horizontal angeordnet werden.
B ezugszeichenliste
1, 1', 1"... Blockmodule
Ia Kernstück eines zweiteiligen Blockmoduls Ib Außenschalenbauteil eines zweiteiligen Blockmoduls
2 Längskanäle
3, 3', 3" Dichtungen
4 Querkanäle
5 Stahlmantel 6 Außenraum
7 Leitscheibengerüst
8, 9 oberer und unterer Einlauf- bzw. Auslaufstutzen
10, 11 Oberes und unteres Kopfstück
12 Kammer mit Ein bzw. Auslass im oberen Kopfstück 13 Kammer mit Ein- bzw. Auslass im unteren Kopfstück
14 Grundplatte
14' obere Spannplatte
15 Runddichtung zwischen Grundplatte und unterem Kopfstück
16 Schraubenfedern 17 Passfedern zum Verschließen der Anbohröffnungen der Querkanäle 4
18, 18' eine Verteil Vorrichtung bildende erste Gruppe von Verbindungsbohrungen
19, 19' eine Sammelvorrichtung bildende zweite Gruppe von Verbindungsbohrungen
20 Durch Sichelfräsung gebildete Kammer im oberen Kopfstück 10
21 Verbindungsleitung zum Einlass 8 22 Durch Sichelfräsung gebildete Kammer im unteren Kopfstück 11
23 Verbindungsleitung zum Auslass 9
24 Zuganker
25 Druckfedern
26 Steckbolzen 27a, 27b Trennleisten zwischen den Kammern 28 und 29
28 erste Kammer
28a, 28b Teilkammern der Kammer 28
29 zweite Kammer
29a, 29b Teilkammern der Kammer 29 , 30' Einlassbohrungen der Kammer 28 a Auslassbohrungen der Kammer 28 , 31' Auslassbohrungen der Kammer 29 , 32' Umlenkelement bzw. Trennsteg

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher, umfassend eine Blocksäule aus mindestens einem oder mehreren zwischen einem oberen und einem unteren Kopfstück (10, 11) verspannten zylindrischen rotationssyrnrnetrischen Blockmodulen ( 1 , 1 "...), wobei eines der Kopfstücke (10) einen Einlass für einen ersten Medienstrom und einen Aus- lass für einen zweiten Medienstrom aufweist (8, 12) und das andere Kopfstück (11) einen Einlass für den zweiten Medienstrom und einen Auslass für den ersten Medienstrom (9, 13) - Blockmodule und Kopfstücke komplett aus Graphit bestehen innerhalb jedes Blockmoduls
Längskanäle (2) für die Führung des ersten Medienstroms sich parallel zur Längsachse von Stirnfläche zu Stirnfläche des Blockmoduls erstrecken in mehreren Reihen und Ebenen parallel angeordnete Querkanäle (4) für die Führung des zweiten Medienstroms parallel zu den Stirnflächen des Blockmoduls und senkrecht zu den Längskanälen (2) verlaufen sich an einer Umfangsseite des Blockmoduls (1, V) nahe an der Außenwand eine Verteilvorrichtung (18, 28) zur Verteilung des zweiten Medienstroms auf die Querkanäle (4) befindet, - sich an der gegenüberliegenden Umfangsseite des Blockmoduls (1, 1 ') nahe an der
Außenwand eine Sammelvorrichtung (19, 29) zur Zusaiximenfuhrung der auf die Querkanäle (4) verteilten Teilströme des zweiten Medienstroms befindet die Querkanäle (4) sich von der Verteil- (18, 28) zur der Sammelvorrichtung (19, 29) erstrecken, ohne die Außenwand des Blockmoduls (1, 1') zu durchdringen, so dass die Umfangsfläche des Blockmoduls geschlossen ist die Verteilvorrichtung (18, 28) an einer Stirnfläche des Blockmoduls mindestens eine Einlassöffnung hat und die Sammelvorrichtung (19, 29) an der anderen Stirnfläche des Blockmoduls mindestens eine Auslassöffhung und in der Blocksäule - die Auslassöffhungen der S ammel Vorrichtung (19, 29) jedes Blockmoduls (1) mit den Einlassöffnungen der Verteilvorrichtung (18', 28') des folgenden Blockmoduls (V) verbunden sind die Einlassöffhungen der in Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Verteilvorrichtung in der Blocksäule mit dem Einlass für dieses Medium verbunden sind, der sich im angrenzenden Kopfstück befindet die Auslassöffnungen der in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten S ammel Vorrichtung in der Blocksäule mit dem Auslass für dieses Medium verbunden sind, der sich im angrenzenden Kopfstück befindet die Längskanäle (2) sich in den aufeinander folgenden Blockmodulen (1, 1') fortsetzen die Längskanäle (2) des in Strömungsrichtung des ersten Mediums ersten Block- moduls im angrenzenden Kopfstück zusammengeführt werden und mit dem Einlass für dieses Medium verbunden sind die Längskanäle (2) des in Strömungsrichtung des ersten Mediums letzten Blockmoduls im angrenzenden Kopfstück zusammengeführt werden und mit dem Auslass für dieses Medium verbunden sind - zwischen den aufeinander folgenden Blockmodulen (1, 1 '...) je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche auf den aneinander grenzenden Stirnflächen den Bereich der miteinander kommunizierenden Auslassöffnungen der Sammelvorrichtungen (19, 29) und Einlassöffnungen der Verteilvorrichtungen (18', 28') nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle (2) abdichten zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche den Bereich der Einlassöffnungen der Verteilvorrichtung (18, 28) des ersten Blockmoduls bzw. der Auslassöffnungen der Sammelvorrichtung (19', 29) des letzten Blockmoduls und der mit ihnen kommunizierenden Verbindungen zum Ein- bzw. Auslass (8, 9) für das zweite Medium nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle (2) und der mit diesen kommunizierenden Verbindungen zum Ein- bzw. Auslass (12, 13) für das erste Medium abdichten - die Umfangsflächen der Blockmodule (1, 1') geschlossen und frei von Erhebungen und Vertiefungen sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blockmodulen (1, 1') die Verteil- (18, 28) und Sammelvorrichtungen (19, 29) durch Umlenkelemente (32, 32') aus Graphit in mehrere Teilbereiche unterteilt sind, wobei - der erste Teilbereich der Verteilvorrichtung (18, 28) an der ersten Stirnfläche des
Blockmoduls mindestens eine Einlassöffnung für das zweite Medium aufweist, welche mit der mindestens einen Auslassöffnung für das zweite Medium an der zweiten Stirnfläche des benachbarten Blockmoduls bzw. beim im Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Blockmodul mit dem Einlass für dieses Medium im angrenzenden Kopfstück verbunden ist; und sich über die Mündungen der Querkanäle (4) eines zuerst zu durchströmenden Blockabschnittes erstreckt
- der ersten Teilbereich der Sammelvorrichtung (19, 29) sich über die Mündungen der Querkanäle (4) des zuerst durchströmten Blockabschnitts und des Blockabschnitts, der als nächstes durchströmt werden soll, erstreckt und so die Querkanäle (4) der beiden nacheinander zu durchströmenden Blockabschnitte verbindet
- jeder weitere Teilbereich der Verteil- bzw. Sammelvorrichtung die Mündungen der Querkanäle (4) eines zuerst zu durchströmenden Blockabschnitts mit denen des danach zu durchströmenden Blockabschnitts verbindet
- die Querkanäle (4) des zuletzt durchströmten Blockabschnitts mit mindestens einer Auslassöffnung an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls verbunden sind, welche mit mindestens einer Einlassöffnung an der ersten Stirnfläche des benachbarten Blockmoduls bzw. beim im Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Blockmodul mit dem Auslass für dieses Medium im angrenzenden Kopfstück verbunden ist
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanäle (2) des in Strömungsrichtung des ersten Mediums ersten bzw. letzten Blockmoduls im angrenzenden Kopfstück (10 bzw. 11) in einer Kammer (12 bzw. 13) zusammengeführt werden, an der sich der Einlass bzw. der Auslass für dieses Medium befindet.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstücke (10, 11) zur Zusammenführung der Längskanäle (2) mehrere Teilkammern enthalten, wobei
- in einem Kopfstück eine erste Teilkammer mit dem Einlass für das erste Medium verbunden ist und sich über die Mündungen einer ersten Gruppe von Längskanälen (2) erstreckt
- die erste Teilkammer im zweiten Kopfstück sich über die Mündungen der ersten Gruppe von Längskanälen (2) und einer zweiten Gruppe von Längskanälen (2), die als nächstes durchströmt werden soll, erstreckt - jede weitere Teilkammer in den Kopfstücken die Mündungen zweier nacheinander zu durchströmender Gruppen von Längskanälen (2) miteinander verbindet
- die Längskanäle (2) der zuletzt durchströmten Gruppe in eine letzte Teilkammer in einem der Kopfstücke münden, die mit dem Auslass für das erste Medium verbunden ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Blockmodul (1, 1') die in den Ebenen nebeneinander liegenden Querkanäle (4) abwechselnd von den gegenüberliegenden Umfangsseiten des Blockmoduls angebohrt sind die Anbohröffnungen mit Passfedern (17) aus Graphit verschlossen sind, wobei - sich jede Passfeder (17) über die Anbohröffnungen der in einer Reihe übereinander liegenden Querkanäle (4) erstreckt
- die Passfedern (17) in an der Außenwand der Blockmodule vorgesehenen passgerechten Ausnehmungen eingekittet sind, so dass die Oberflächen der Passfedern (17) bündig mit der Blockaußenwand sind - die Verteil Vorrichtung durch eine erste Gruppe von Verbindungsbohrungen (18) gebildet wird, die sich von der ersten Stirnfläche des Blockmoduls bis zur letzten Ebene von Querkanälen (4) erstrecken, jedoch nicht durch die zweite Stirnfläche des Blockmoduls hindurchgehen, wobei jede Bohrung (18) eine Reihe übereinander liegender Querkanäle (4) kreuzt und verbindet - die Sammelvorrichtung durch eine zweite Gruppe von Verbindungsbohrungen (19) an der der ersten Gruppe Verbindungsbohrungen (18) gegenüberliegenden Umfangsseite des Blockmoduls gebildet wird, die sich von der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls bis zur ersten Ebene von Querkanälen (4) erstrecken, jedoch nicht durch die erste Stirnfläche des Blockmoduls hindurchgehen, wobei jede Bohrung (19) eine Reihe übereinander liegender Querkanäle (4) kreuzt und verbindet sich jeder Querkanal (4) von einer Verbindungsbohrung (18) der ersten Gruppe zu einer Verbindungsbohrung (19) der zweiten Gruppe erstreckt und die Blockmodule (1, 1') mittels Steckbolzen (26) verdrehsicher so übereinander gestapelt sind, dass die an der zweiten Stirnseite offenen Verbindungsbohrungen (19) jedes Blockmoduls (1) durch die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen (18') des folgenden Blockmoduls (V) fortgesetzt werden - die Verbindungsbohrungen (18) des in Sfrömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Blockmoduls über eine Kammer (20), die sich an der Stirnfläche des an das erste Blockmodul angrenzenden Kopfstücks über die Mündungen aller Verbindungsbohrungen (18) erstreckt, mit dem Einlass für das zweite Medium verbunden sind die Verbindungsbohrungen (19') des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Blockmoduls über eine Kammer (22), die sich an der Stirnfläche des an das letzte Blockmodul angrenzenden Kopfstücks über die Mündungen aller Verbindungsbohrungen (19') erstreckt, mit dem Auslass für das zweite Medium verbunden sind zwischen den aufeinander folgenden Blockmodulen (1, 1'...) je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche auf den aneinander grenzenden Stirnflächen den Bereich der miteinander kommunizierenden
Verbindungsbohrungen (19, 18') nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle (2) abdichten zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche den Bereich der Mündungen der Verbindungsbohrungen (18) des ersten Blockmoduls bzw. der Mündungen der Verbindungsbohrungen (19') des letzten Blockmoduls und der mit ihnen kommunizierenden Kammern (20 bzw. 22) nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle (2) und der mit diesen kommunizierenden Verbindungen zum Ein- bzw. Auslass (12, 13) für das erste Medium abdichten.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blockmodulen die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen (18) auf halber Höhe des Blockmoduls durch Umlenkelemente (32) aus Graphit verschlossen sind, wobei die sich unterhalb der Umlenkelemente (32) erstreckenden Abschnitte der Verbindungs- bohrungen (18) Mündungsöffnungen an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls haben, die mit den Verbindungsbohrungen (18') des nächsten Blockmoduls kommunizieren und die Verbindungsbohrungen (19) an der zweiten Stirnfläche des Blockmoduls durch weitere Umlenkelemente (32') aus Graphit verschlossen sind
7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blockmodulen die an der ersten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen (18) nach einem Drittel der übereinander liegenden Querkanäle (4) durch Umlenkelemente (32) aus Graphit verschlossen sind, und - die an der zweiten Stirnfläche offenen Verbindungsbohrungen (19) nach dem nächsten
Drittel der übereinander liegenden Querkanäle (4) durch weitere Umlenkelemente (32') aus Graphit verschlossen sind
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Blockmodul (1, 1') aus einem kegelstumpfförmigen Kernstück (Ia), das mit durchgehenden Längs- (2) und Querkanälen (4) versehen ist, und einer das Kernstück (Ia) konzentrisch umfassenden Außenschale (Ib) besteht, wobei die Kernstück (Ia) und Außenschale (Ib) miteinander verkittet sind und ein zylindrisches Blockmodul (1, 1') bilden, in welchem - sich an der inneren, an das Kernstück (Ia) grenzenden Wandung des Schalenbauteils
(Ib) eine umlaufende Ausnehmung befindet, welche durch zwei eingekittete vertikale Trennleisten (27a, 27b) aus Graphit in zwei Hälften geteilt wird, so dass zwischen Außenschale (Ib) und Kernstück (Ia) zwei Kammern (28, 29) gebildet werden, - jeder Querkanal (4) sich von der ersten Kammer (28) zu der gegenüber liegenden Kammer (29) erstreckt, wobei die Kammer (28) eine Verteilvorrichtung und die
Kammer (29) eine Sammelvorrichtung bildet sich von der Oberseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende Einlassbohrungen (30) in die Kammer (28) münden sich von der Unterseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende Auslassbohrungen (31) in die Kammer (29) münden und die Blockmodule (1, 1') mittels Steckbolzen (26) verdrehsicher so übereinander gestapelt sind, dass die an der Unterseite offenen Auslassbohrungen (31) jedes
Blockmoduls (1) durch die an der Oberseite offenen Einlassbohrungen (30') des folgenden Blockmoduls (1 ') fortgesetzt werden die Einlassbohrungen (30) des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums ersten Blockmoduls über eine Kammer (20), die sich an der Stirnfläche des an das erste Blockmodul angrenzenden Kopfstücks über die Mündungen aller Einlassbohrungen
(30) erstreckt, mit dem Einlass für das zweite Medium verbunden sind die Auslassbohrungen (31 ') des in Strömungsrichtung des zweiten Mediums letzten Blockmoduls über eine Kammer (22), die sich an der Stirnfläche des an das letzte Blockmodul angrenzenden Kopfstücks über die Mündungen aller Auslassbohrungen (30) erstreckt, mit dem Auslass für das zweite Medium verbunden sind zwischen den aufeinander folgenden Blockmodulen (1, 1'...) je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche auf den aneinander grenzenden Stirnflächen den Bereich der miteinander kommunizierenden Einlass- und Ausslasssbohrungen (31, 30') nach außen und gegen den Bereich der miteinander kommunizierenden Längskanäle (2) abdichten zwischen erstem Blockmodul und angrenzenden Kopfstück bzw. letztem Blockmodul und angrenzendem Kopfstück je zwei kreisförmig umlaufende Dichtungen (3', 3") vorgesehen sind, welche den Bereich der Mündungen der Einlasssbohrungen (30) des ersten Blockmoduls bzw. der Mündungen der Auslassbohrungen (31') des letzten Blockmoduls und der mit ihnen kommunizierenden Kammern (20 bzw. 22) nach außen und gegen den Bereich der Längskanäle (2) und der mit diesen kommunizierenden Verbindungen zum Ein- bzw. Auslass für das erste Medium abdichten.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blockmodulen - die Kammer (28) durch einen auf halber Höhe eingekitten horizontalen Trennsteg (32) aus Graphit in eine obere Teilkammer (28a) und eine untere Teilkammer (28b) geteilt wird sich von der Oberseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende Einlassbohrungen (30) in die obere Teilkammer (28a) münden sich von der Unterseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende Auslassbohrungen (30a), die mit den Einlassbohrungen (30') des nächsten Blockmoduls kommunizieren, in die Kammer (28b) münden, die Kammer (29) keine Auslassbohrungen aufweist
10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blockmodulen die Kammer (28) durch einen nach dem ersten Drittel übereinander liegender Ebenen von Querkanälen (4) eingekitten horizontalen Trennsteg (32) aus Graphit in eine obere Teilkammer (28a) und eine untere Teilkammer (28b) geteilt wird, wobei in die obere Teilkammer (28a) sich von der Oberseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende
Einlassbohrungen (30) münden, und die untere Teilkammer (28b) keine Auslassbohrungen aufweist die Kammer (29) durch einen nach dem nächsten Drittel übereinander liegender Ebenen von Querkanälen (4) eingekitten horizontalen Trennsteg (32') aus Graphit in eine obere Teilkammer (29a) und eine untere Teilkammer (29b) geteilt wird, wobei in die untere Teilkammer (29a) sich von der Unterseite des Schalenbauteils (Ib) erstreckende Auslassbohrungen (31) münden
11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsflächen der Blockmodule (1, 1') mit einer vollflächigen Armierung aus
Carbonfasern oder/und anderen Verstärkungsfasern umwickelt sind.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Dichtungen (3', 3") aus PTFE bestehen.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blocksäule zwischen einer unteren Spannplatte (14) und einer runden oberen Spannplatte (14') mittels Zugankern (24) und Druckfedern (25) verspannt ist.
14. Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis ... zum Wärmeaustausch zwischen zwei im Kreuzgegenstrom geführten korrosiven Medienströmen.
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