Wärmetauscher

Abstract

 Wärmetauscher, bestehend aus einem innenseitig emaillierten Behälter und mindestens einer in den Behälter eingesteckten mit Hohlrippen versehenen Heizkerze, die innenseitig mit einem Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagt ist und außenseitig von dem Behälterinhalt umgeben ist, wobei die Außenseite der mit Hohlrippen versehenen Heizkerze emailliert ist.
Mittels dieses Wärmetauschers ist es möglich, Wärmetauschflächen für sehr aggressive Medien zu konzipieren, ohne extrem teure Werkstoffe wie Titan oder Zirkonium verwenden zu müssen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus einem innenseitig emaillierten Behälter und einer in den Behälter eingesteckten mit Hohlrippen versehenen Heizkerze, die innenseitig mit einem Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagt ist und außenseitig von dem Behälterinhalt umgeben ist.

[0002] Bei chemischen Prozessen mit stark aggressiven Medien ist die Wahl der Werkstoffe für die Apparate, in denen die Prozesse ablaufen, von großer Wichtigkeit, insbesondere dann, wenn austenitische Stähle als Werkstoff aufgrund der Aggressivität der Medien ausscheiden. Während beispielsweise bei Rührbehältern häufig Apparate mit einer Innenemaillierung gewählt werden, ist dies - wie später detailliert geschildert - bei Wärmetauschern, die in Chemieanlagen und ähnlichen Arbeitsgebieten überwiegend als Rohrbündelwärmeaustauscher ausgeführt sind und Temperaturschwankungen unterliegen, nicht möglich.

[0003] Es ist bekannt, in solchen Fällen Rohrbündelwärmeaustauscher einzusetzen, bei denen alle Bauteile, die in Berührung mit den aggressiven Medien gelangen, aus Werkstoffen wie Titan oder Zirkonium gefertigt werden. Eine andere Ausführungsform von Wärmetauschern besteht darin, eine Vielzahl von Doppelmantelrohren, bei denen die Innenrohre aus Werkstoffen wie Titan, Zirkonium oder innenseitig emaillierten Stahlrohren bestehen, hintereinander zu schalten. Bei beiden Arten von Wärmetauschern befinden sich die aggressiven Medien in den Rohren und die Heiz--bzw. Kühlmedien um die Rohre. Beide Ausführungsformen - Rohrbündelwärmeaustauscher und hintereinander geschaltete Doppelrohre - sind aufgrund der oben erwähnten Werkstoffe extrem teuer. Daher wurde stets versucht emaillierte Rohr-Go/P

bündelwärmeaustauscher, bei denen sich die aggressiven Medien ebenfalls in den Rohren befinden, herzustellen. Dies ist jedoch fertigungstechnisch nicht möglich, da es bei Temperaturschwankungen - die während der Emaillierung bzw. während des Prozeßablaufes auftreten - stets zu Emaillebruch kommt. Dies erklärt sich daraus, daß die Biegung der Rohrböden bei instationärem Aufheizen bzw. die Beulung der Rohrböden bei instationärem Abkühlen große axiale Zug- bzw. Druckkräfte in den Rohren verursachen, deren Einleitung in die Rohrböden bisher ohne Emaillebruch an den Einschweißungen der Rohre in die Rohrböden nicht gelungen ist. Der Versuch, jeweils ein Rohrende der innenseitig emaillierten Rohre in einem Rohrboden des Rohrbündelwärmeaustauschers axial verschiebbar einzubauen und abzudichten, war im Dauerversuch wegen chemischer, mechanischer, thermischer und sonstiger Einwirkungen stets erfolglos.

[0004] Es stellte sich daher die Aufgabe, Wärmetauscher zu konzipieren, bei denen einerseits auf teure Werkstoffe - wie beispielsweise Titan oder Zirkonium - verzichtet werden kann und andererseits emaillierte Wärmetauschflächen fertigungstechnisch herstellbar sind und diese emaillierte Wärmetauschflächen im Dauerbetrieb sowohl durch Temperaturschwankungen als auch durch extrem aggressive Medien nicht zerstört werden.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Außenseite der mit Hohlrippen versehenen Heizkerze emailliert sind. Um die Wärmetauschfläche zu vergrößern, ist es möglich zwei oder mehrere mit Hohlrippen versehene Heizkerzen zu einer Einheit zusammenzufügen.

[0006] ^-Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher

Figur 2 einen Schnitt durch eine mit Hohlrippen versehene an der Außenseite emaillierten Heizkerze, eingesteckt in einen Flansch üblicher Bauform am Boden des innenseitig emaillierten Behälters.

Figur 3 Schnitt durch zwei Profilquerschnitte einer

und 4 Heizkerze, ausgewählt aus der Vielzahl der Möglichkeiten von Profilquerschnitten von Heizkerzen.

[0007] Gemäß Figur 1 ist in den Boden des innenseitig emaillierten Berhälters 1 eine mit Hohlrippen 12 versehene außenseitig emaillierte Heizkerze 2 - bestehend aus einer Einheit von zwei Einzelkerzen - eingesteckt, die innenseitig mit Sattdampf beaufschlagt ist, und außenseitig von dem Behälterinhalt umgeben ist. Figur 2 zeigt im Detail eine mit Hohlrippen 12 versehene außenseitig emaillierte Heizkerze 2 und den Einbau derselben in den Boden des innenseitig emaillierten Berhälters 1. An einen Verdrängerkörper 3 üblicher Bauform ist die mit Hohlrippen versehene Heizkerze 2 mittels der Schweißnaht 4 angeschweißt. In Verdrängerkörper 3 und Heizkerze 2 ist ein Einsteckrohr 5 bis nahe an den Deckel der Heizkerze 2 eingeführt, das auf übliche Art mit dem Verdrängerkörper 3 verbunden ist. Über dieses Einsteckrohr 5 strömt Sattdampf in die Heizkerze, über den Stutzen 6 strömt das Kondensat ab. Verdrängerkörper 3 und Heizkerze 2 werden nach dem Zusammenbau, d.h. nach dem Anlegen der Schweißnaht 4, nach dem Anschweißen des Deckels 7 mittels der Schweißnaht 8 und nach dem Ein- "bau des Einsteckrohres 5 außenseitig .emailliert. Der Einbau dieser zusammengefügten außenseitig emaillierten Einheit erfolgt über den Bodenflansch 9 üblicher Bauart, mittels der Dichtung 10 und am Umfang des Bodenflansches 9 verteilter Klammerschrauben 11. Beim Weglassen des Deckels 7 der Heizkerze 2 kann eine zweite Heizkerze zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche - wie in Figur 1 dargestellt - angeschweißt werden. Die Hohlrippen 12 der einzelnen Heizkerzen können zur Verbesserung des Wärmeübergangs auch gegeneinander versetzt angeordnet werden. Figur 3 zeigt den Schnitt durch eine Heizkerze mit zylindrischem Querschnitt und sternförmig angeordneten Hohlrippen 12. Figur 4 zeigt den Schnitt durch eine Heizkerze mit parallel angeordneten Hohlrippen.

[0008] Die mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, Wärmetauschflächen für chemische Prozesse und ähnliche Anwendungsgebiete herzustellen, bei denen beim Durchsatz von aggressiven Medien auf extrem teure Werkstoffe wie Titan oder Zirkonium verzichtet werden kann. Diese erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind daher bei vergleichbaren Wärmetauschflächen - bezogen auf m² Wärmetauschfläche - deutlich kostengünstiger herzustellen als beispielsweise Röhrenbündelwärmeaustauscher aus den oben erwähnten Materialien oder Wärmetauschern mit hintereinander geschalteten Doppelmantelrohren, bei denen die Innenrohre aus Titan oder Zirkonium oder aus innenseitig emaillierten Stahlrohren bestehen.

Ansprüche

1. Wärmetauscher, bestehend aus einem innenseitig emaillierten Behälter und mindestens einer in den Behälter eingesteckten mit Hohlrippen versehenen Heizkerze, die innenseitig mit einem Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagt ist und außenseitig von dem Behälterinhalt umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der mit Hohlrippen (,12) versehenen Heizkerze (2) emailliert ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere mit Hohlrippen (12) versehene Heizkerzen (2) zu einer Einheit zusammengefügt sind.

Zeichn.

Zeichnung