Wärmetauscher für den indirekten Wärmeaustausch

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den indirekten Wärmeaustausch von zwei gasförmigen Medien, von denen zumindest eines auf die Wärmeaustauschflächen aggressiv wirkende Bestandteile, z. B. schwefelhaltige Säuren, enthält, mit einer von dem einen Medium durchströmbaren Kammer, durch die von dem jeweils anderen Medium durchströmbare Rohre hindurchgeführt sind, deren Rohrenden in mindestens einem die Medien voneinander trennenden Rohrboden gas- bzw. flüssigkeitsdicht festgelegt sind.

[0002] Derartige Wärmetauscher sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Die häufig aus Edelstahl oder einem anderen möglichst korrosionsresistenten Metall bestehenden Rohre sind an ihren Enden durch Rohrböden hindurchgeführt und mit den Rohrböden durch Löten oder Schweißen verbunden. Wenngleich Rohre aus z. B. Edelstahl nach konventionellen Maßstäben korrosionsbeständig sind, gilt dies jedenfalls nicht beim Einsatz als Wärmeübertrager zwischen solchen Gasen oder Flüssigkeiten, die besonders aggressiv wirkenden Bestandteile enthalten, wie z. B. schweflige Säure. Gerade im Bereich der Rauchgasentschwefelung und der Müllverbrennung sind jedoch Wärmeübertrager gefordert, die auch auf Dauer säurehaltigen Gasen widerstehen können, vor allem beim Unterschreiten des Säuretaupunktes.

[0003] Es hat sich herausgestellt, daß auf Dauer, abgesehen von Kunststoffen, allenfalls hochwertige Edelstähle als Werkstoff geeignet sind, aggressiv wirkenden Bestandteilen in Gasen oder Flüssigkeiten zu widerstehen. Solche Wärmetauscher sind z. B. aus der DE 37 22 520 A1 und der DE 25 54 646 A1 bekannt, Kunststoff ist allerdings ein prinzipiell schlechter Wärmeleiter und daher für den Einsatz in den Wärmeübertragungsflächen von Wärmetauschern vom Grundsatz her nicht sehr geeignet. Um überhaupt annehmbare Wärmeübergangszahlen bei Wärmetauscherrohren aus Kunststoff zu erzielen, muß die Rohrwanddicke sehr gering ausfallen. Solchen dünnwandigen Kunststoffrohren sind jedoch aus Gründen der Festigkeit und der Fertigungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt. Wandstärken von Kunststoffrohren deutlich unter 1 mm lassen sich, wie Versuche gezeigt haben, nicht praxistauglich verwirklichen. Höhere Festigkeiten der Kunststoffrohre lassen sich durch Einsatz von welligen Rohren erzielen, wie dies bei den oben zitierten Druckschriften DE 37 22 520 A1 und DE 25 54 646 A1 der Fall ist.

[0004] In WO 95/19873 ist eine Rohrverbindung für Kunststoffrohre für den Einsatz in verschiedenen technischen Bereichen wie zur Führung von Medien aller Art, beispielsweise für Wärmetauscheranwendungen oder für die Verwendung als Kaminauskleidung offenbart. Dabei wird ein Kunststoffrohr vorgesehen, welches eine gewindeähnliche, spiralige und flexible Rohrwandung aufweist, wobei das Rohr selbst direkt als Verschraubungselement für die Herstellung der Rohrverbindung dient.

[0005] Nachteil solcher wellenförmigen Rohre ist jedoch deren großer Druckabfall auf der Rohrinnenseite sowie die Neigung zu Verschmutzungen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus Rohen zusammengesetzten und für aggressive Medien geeigneten Wärmetauscher zu schaffen, der sich rohrseitig durch geringe Druckverluste und eine geringe Tendenz zur Verunreinigung auszeichnet.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Rohre Kunststoffrohre mit im Längsschnitt ein Zick-Zack-Muster bildenden Rohrwänden sind, wobei die Zick-Zack-Muster auf der Rohrinnenseite und der Rohraußenseite zueinander korrespondierend verlaufen, und daß die auf der Rohrinnenseite nach schräg unten weisenden Flanken des Zick- - Zack-Musters einen geringeren Winkel zur Rohrmittelachse aufweisen, als die nach schräg oben weisenden Flanken.

[0008] Derartig gestaltete Kunststoffrohre zeichnen sich durch eine relativ hohe Festigkeit aus, wobei sie sich wegen des auf der Rohrinnenseite und der Rohraußenseite korrespondierend zueinander verlaufenden Zick-Zack-Musters bei ausreichender Festigkeit mit relativ geringen Wandstärken realisieren lassen. Zur Anwendung in einem Wärmetauscher im Rahmen der Rauchgasentschwefelung eines Kraftwerks können solche Kunststoffrohre mit einer Nennweite von bis zu 120 mm und einer Wandstärke von nur 0,4 mm eingesetzt werden. Infolge der Zick-Zack-förmigen Gestaltung der Rohrwände wird trotz der geringen Wandstärke eine ausreichende Festigkeit gegenüber den in dem Wärmetauscher herrschenden Strömungsrücken und gegebenenfalls Schwingungen erreicht.

[0009] Durch die Gestaltung der Flanken des Zick-Zack-Musters mit einander abwechselnden, unterschiedlich großen Flankensteigungen wird erreicht, daß beim Durchströmen der Rohre die Druckverluste nur gering ausfallen. Auch die Tendenz zur Verunreinigung ist gering, da Strömungsturbulenzen erzeugt werden, die ein unerwünschtes Absetzen von Ablagerungen auf der Rohrinnenseite verhindern.

[0010] Im Bezug auf die angestrebten geringen Druckverluste im Rohrinneren sowie eine geringe Tendenz zur Verunreinigung ist es von Vorteil, wenn der Winkel der auf der Rohrinnenseite nach schräg oben weisenden Flanken das 1,5 bis 2,5-fache des Winkels der auf der Rohrinnenseite nach schräg unten weisenden Flanken beträgt.

[0011] Das Zick-Zack-Muster kann ringförmig gestaltet sein, also mit über den Umfang des Rohres geschlossenen Flanken. Ebenfalls durchführbar ist eine schraubenartige Gestaltung der Rohrausprägungen.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Rohre aus einem schmelzschweißbaren Fluorkunststoff bestehen, vorzugsweise aus PFA (Perfluor-Alkoxyalkan) oder MFA (Trifluor-Metoxy-Perfluoro-Alcoxypolymer).

[0013] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß sich die Rohre in vertikaler Längsrichtung der Kammer erstrecken, daß mit vertikalem Abstand zu dem Rohrboden horizontale Stützelemente in der Kammer befestigt sind, mit denen die Rohraußenseiten der Rohre formschlüssig verbunden sind, und daß die Stützelemente mit Ausnehmungen für jedes Rohr versehen sind, welche die Rohraußenseite des jeweiligen Rohres nur auf einem Teil von dessen Umfang in formschlüssiger Art und Weise umschließen. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, daß Kunststoffrohre mit korrespondierenden, wellenartigen Strukturen auf der Innen- und Außenseite zwar eine hohe Festigkeit in radialer Richtung, d. h. gegen Druckeinwirkung aufweisen, sich jedoch in Längsrichtung eher flexibel verhalten. Um ein "Zusammensacken" der einzelnen Rohre bei vertikaler Anordnung zu vermeiden, werden daher in der Kammer des Wärmetauschers horizontale Stützelemente befestigt, mit denen die Rohraußenseiten der Rohre formschlüssig verbunden sind. Des weiteren wird mit der Ausgestaltung die Montage des Wärmetauschers und insbesondere die formschlüssige Einbindung der Rohre in die Stützelemente deutlich vereinfacht. Hierzu trägt ferner bei, wenn die Stützelemente Horizontalleisten sind, die zu beiden Seiten mit Ausnehmungen für Rohre versehen sind.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Rohrenden formschlüssig in dem Rohrboden festgelegt sind, wobei der Formschluß durch die Zick-Zack-Gestalt der Rohre erreicht wird. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Verbindungstechnik, wobei in besonders bevorzugter Ausgestaltung in der das jeweilige Rohrende aufnehmenden Öffnung des Rohrbodens ein das Rohrende umschließender Haltering befestigt ist, und der Haltering an seinem Innenrand mit einer umlaufenden Struktur versehen ist, in die die Zick-Zack-Struktur der Rohraußenseite formschlüssig eingreift.

[0015] Ferner wird vorgeschlagen, daß der Rohrboden zumindest an seiner der Kammer zugewandten Seite kunststoffummantelt oder kunststoffbeschichtet ist. Vorzugsweise ist das Rohr mit der Kunststoffschicht kunststoffverschweißt.

[0016] Des weiteren wird vorgeschlagen, daß der Rohrboden in Segmente teilbar gestaltet ist, und daß die Segmente mit Ausnehmungen versehen sind, die die Rohraußenseite des jeweiligen Rohres auf der Hälfte von dessen Umfang formschlüßig umschließen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Befestigung der Rohrenden in dem jeweiligen Rohrboden.

[0017] Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine Ansicht eines Wärmetauschers für schwefelhaltige Rauchgase einer Rauchgas-Entschwefelungsanlage;

Fig. 2

einen Schnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 1;

Fig. 3

in einer Detaildarstellung die Befestigung eines der Rohre des Wärmetauschers in einem Rohrboden;

Fig. 4

einen Teilschnitt durch mehrere der Rohre in einer gegenüber Fig. 3 anderen Horizontalebene, wobei die Rohre in Stützelementen gehalten sind;

Fig. 5

eine Draufsicht auf Rohre und Stützelemente der Fig. 4;

Fig. 6

eine im Vergleich zu Fig. 3 und Fig. 4 abgewandelte Befestigung der Rohrenden in einem Rohrboden;

Fig. 7

eine im Vergleich zu den vorangehenden Figuren nochmals abgewandelte Befestigung der Rohrenden in einem Rohrboden;

Fig. 8

eine im Vergleich zu den vorangehenden Figuren nochmals abgewandelte Befestigung der Rohrenden in einem Rohrboden und

Figur 9

eine Draufsicht auf den Rohrboden des Wärmetauschers.

[0018] Der in Fig. 1 in Ansicht und in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Wärmetauscher ist nach Art eines Rohrbündel-Wärmetauschers gestaltet mit einer von den einzelnen Rohren 1 durchsetzten Kammer 2 und Ein- und Auslässen für die beiden am Wärmeaustausch beteiligten Medien. Das erste Medium gelangt über den Einlaß m_1e in den Wärmetauscher und verläßt diesen über den Auslaß m_1a. Die Verteilung dieses ersten Mediums erfolgt über oben und unten angesetzte Hauben 3 und unter Durchströmung der einzelnen, vertikal angeordneten Rohre 1 des Wärmetauschers. Das zweite am Wärmeaustausch beteiligte Medium gelangt über den Einlaß m_2e in den Wärmetauscher, durchströmt unter Umlenkung zweimal den Innenraum der Kammer 2 und verläßt den Wärmetauscher wieder über den Auslaß m_2a. Die Führung des zweiten Mediums erfolgt, wie die Strömungspfeile erkennen lassen, im Kreuz-Gegenstrom, jedoch ist ebenso eine Kreuzstrom- oder eine Gegenstromführung möglich.

[0019] Die Befestigung der Rohre 1 im Bereich des oben angeordneten Einlasses m_1e sowie des unten angeordneten Auslasses m_1a erfolgt an dortigen, horizontal sich erstreckenden Rohrböden 4, die daher, ebenso wie die Rohre 1, die beiden beteiligten Medien voneinander trennen.

[0020] In Fig. 3 ist die Befestigung eines der Rohre 1 in dem in diesem Fall oberen Rohrboden 4 dargestellt. Bei dem Rohr 1 handelt es sich um ein Kunststoffrohr aus einem schmelzschweißbaren Fluorkunststoff, z.B. aus PFA (Perfluor-Alkoxyalkan) oder MFA (Trifluor-Metoxy-Perfluoro-Alcoxypolymer). Das Kunststoffrohr ist nach Art eines Wellrohres geformt, wobei die zick-zack-förmig gestalteten Wellen 5, wie Fig. 3 in Gestalt eines zeichnerischen Ausbruchs erkennen läßt, auf der Rohrinnenseite und der Rohraußenseite zueinander korrespondierend mit gleichbleibender Wanddicke d verlaufen. Diese Wanddicke d beträgt zwischen 0,25 und 0,75 mm, z.B. ca. 0,4 mm bei einem Rohr mit Nenndurchmesser bis zu 120 mm. Das Verhältnis zwischen maximalem Rohraußendurchmesser d_a und minimalem Rohrinnendurchmesser d_i beträgt zwischen 1,2 : 1 und 1,5 : 1.

[0021] Die zick-zack-förmig gestalteten Wellen 5 setzen sich jeweils aus einer längeren Flanke 6 sowie einer kürzeren Flanke 7 zusammen, die zueinander in einem Winkel stehen, der ca. 90° beträgt. Der in Bezug auf die Rohrmittelachse 1a gemessene Winkel β der auf der Rohrinnenseite schräg nach oben weisenden, kürzeren Flanke 7 beträgt das 1,3 bis 2-fache des Winkels α der auf der Rohrinnenseite nach schräg unten weisenden längeren Flanke 6. Insbesondere beträgt das Verhältnis der Höhe H der längeren Flanke 6 zu der Höhe h der kürzeren Flanke 7 zwischen 2 : 1 und 4 : 1, vorzugsweise 3 : 1.

[0022] Der geringere Winkel α hat den Vorteil, daß sich die die Rohre 1 von oben nach unten durchlaufende Strömung gut an die Flanken 6 anschmiegen kann. Die kürzeren Flanken 7 wiederum führen zu einer Turbulenzbildung in diesem Bereich und bewirken, daß sich im Bereich der Flanken 7 keine Ablagerungen an der Rohrinnenseite festsetzen können.

[0023] In Fig. 3 ist die Festlegung eines glattflächigen Rohrendes 8 im oberen Rohrboden 4 dargestellt. Eine entsprechende Festlegung kann auch im unteren Rohrboden vorgesehen sein. Der Rohrboden 4 ist sowohl auf seiner Oberseite, wie auch auf seiner Unterseite jeweils mit einer Kunststoffschicht 9a, 9b versehen. Im Bereich jeder Durchgangsbohrung zu den Durchführungen des Rohres sind die beiden Kunststoffschichten 9a, 9b überlappend ausgebildet. An der oberen umlaufenden Kante der Durchgangsbohrung ist eine Schweißnaht 10 zur gas- bzw. flüssigkeitsdichten Verbindung des Rohrendes 8 mit der Kunststoffschicht 9a gezogen.

[0024] Eine andere Ausführungsform der Verbindung zwischen Rohr 1 und Rohrboden 4 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Durchgangsöffnung 11 ist hierbei im Durchmesser etwas größer gestaltet und bietet Platz für einen Haltering 12, welcher sowohl mit der oberen Kunststoffschicht 9a, wie auch mit der unteren Kunststoffschicht 9b verschweißt ist. Der Haltering 21, der vorzugsweise ebenfalls aus Fluorkunststoffen wie PFA oder MFA besteht, ist an seinem Innenrand mit einer umlaufenden Struktur 13 versehen, in die die wellenförmige Rohraußenseite formschlüssig eingreift. Hierzu weist auch die Struktur 13 des Halterings 12 zick-zack-förmige Wellentäler und Wellenberge entsprechend der korrespondierenden Kontur des Rohres 1 auf.

[0025] Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die oben auf dem Rohrboden 4 angeordnete Kunststoffschicht zu einer Kunststoffplatte 14 vergrößert. Diese ist mit einem Innenrand 15 versehen, der formschlüssig in die Struktur der Außenfläche des Rohrs 1 eingreift.

[0026] Fig. 2 läßt erkennen, daß das Rohrbündel in bestimmten vertikalen Abständen mit sich horizontal erstreckenden Stützelementen 17 gesichert ist. Die Stützelemente 17 sind in geeigneter Weise in der Kammer 2 befestigt. Einzelheiten der Stützelemente 17 lassen sich anhand der Fign. 4 und 5 erläutern. Danach besteht jedes Stützelement aus einer sich horizontal erstreckenden Leiste, die zu beiden Seiten hin mit Ausnehmungen 18 für die Rohre versehen ist. Die Ausnehmungen haben, da die Rohre beim Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, ebenfalls die Kontur eines Kreisabschnittes. Auf diese Weise umschließt jede Ausnehmung 18 die Außenseite des betreffenden Rohres 1 auf einem Teil von dessen Umfang.

[0027] Insbesondere Fig. 4 läßt erkennen, daß die leistenförmigen Stützelemente 17 im Bereich der Ausnehmungen 18 eine Querschnittskontur aufweisen, die wiederum der aus Wellentälern und Wellenbergen bestehenden Außenkontur der Rohre 1 entspricht. Auf diese Weise ist jedes Rohr 1 in vertikaler Richtung formschlüssig mit insgesamt zwei Stützelementen 17 gekoppelt, so daß die Rohre im Bereich der Stützelemente weder Horizontalbewegungen noch Vertikalbewegungen ausführen können.

[0028] Die beschriebenen Kunststoffrohre ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen, glatten Rohren eine Materialersparnis in der geringen Wandstärke und wegen des besseren Wärmeübergangswertes, welcher u. a. aus den verstärkten Verwirbelungen der Gase an den Flanken 7 der Kunststoffrohre resultiert. Desweiteren erhöht sich infolge der Welligkeit der Kunststoffrohre deren Oberfläche erheblich, abhängig vom Verhältnis d_a/d_i. Bei gleicher Leistung kann daher der Wärmetauscher kleiner und kompakter gestaltet werden.

[0029] Desweiteren treten weniger Probleme bei der Wärmeausdehnung auf, als bei einem herkömmlichen, mit Glattrohren versehenen Wärmetauscher. Grundsätzlich kommt es wegen der stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des aus Stahl bestehenden Gehäuses der Kammer einerseits und der Kunststoffrohre andererseits zu starken Spannungen zwischen den Rohren und dem Gehäuse. Diese Spannung können z. B. über eine schwimmende Lagerung der Rohrböden kompensiert werden, jedoch ist diese Lösung aufwendig, führt zu erheblichen Herstellungskosten und bereitet überdies Dichtungsprobleme. Bei Verwendung eines zick-zack-förmig gestalteten Kunststoffrohres treten diese Probleme nicht auf, da sich das Rohr aufgrund seiner Formgebung den Ausdehnungen des Stahlgehäuses der Kammer anpassen kann.

[0030] In der Figur 9 ist eine Variante des Rohrbodens 4 dargestellt. Dieser besteht aus einzelnen, parallel zueinander in derselben Ebene angeordneten Segmenten 19. Ähnlich wie die voranstehend bereits erläuterten Stützelemente handelt es sich auch bei den Segmenten 19 um horizontale Leisten, die zu beiden Seiten hin mit Ausnehmungen 20 für die Rohre versehen sind. Benachbarte Segmente stoßen aneinander, so daß die Ausnehmungen 20 bei Rohren mit kreisrundem Querschnitt die Kontur eines Halbkreises aufweisen. Auf diese Weise umschließt jede Ausnehmung 20 die Außenseite des betreffenden Rohres 1 auf der Hälfte von dessen Umfang. An den Stoßkanten 21 sind die einzelnen Segmente 19 in geeigneter Weise zueinander abgedichtet. Verspannt werden die Segmente 19 miteinander durch lange Bolzen 22, die sämtliche Segmente 19 horizontal durchdringen.

Bezugszeichenliste

[0031] 

1

Rohr

1a

Rohrmittelachse

2

Kammer

3

Haube

4

Rohrboden

5

Welle

6

längere Flanke

7

kürzere Flanke

8

Rohrende

9a

Kunststoffschicht

9b

Kunststoffschicht

10

Schweißnaht

11

Durchgangsöffnung

12

Haltering

13

Struktur

14

Kunststoffplatte

15

Sicherungsring

17

Stützelement

18

Ausnehmung

19

Segment

20

Ausnehmung

21

Stoßkante

22

Bolzen

d

Wanddicke des Rohres

d_a

Rohraußendurchmesser

d_i

Rohrinnendurchmesser

H

Höhe

h

Höhe

m_1e

Einlaß

m_1a

Auslaß

m_2e

Einlaß

m_2a

Auslaß

Ansprüche

1. Wärmetauscher für den indirekten Wärmeaustausch von zwei gasförmigen Medien, von denen zumindest eines auf die Wärmeaustauschflächen aggressiv wirkende Bestandteile, z. B. schwefelhaltige Säuren, enthält, mit einer von dem einen Medium durchströmbaren Kammer (2), durch die von dem jeweils anderen Medium durchströmbare Rohre (1) hindurchgeführt sind, deren Rohrenden (7) in mindestens einem die Medien voneinander trennenden Rohrboden (4) gas- bzw. flüssigkeitsdicht festgelegt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Rohre (1) in vertikaler Längsrichtung der Kammer (2) erstrecken und von oben nach unten durchströmbare Kunststoffrohre mit im Längsschnitt ein Zick-Zack-Muster bildenden Rohrwänden sind, wobei die Zick-Zack-Muster (5) auf der Rohrinnenseite und der Rohraußenseite zueinander korrespondierend verlaufen, und daß die auf der Rohrinnenseite nach schräg unten weisenden Flanken (6) des Zick-Zack-Musters einen geringeren Winkel (α) zur Rohrmittelachse (1a) aufweisen, als die nach schräg oben weisenden Flanken (7), wobei die Winkel auf der Rohrinnenseite am minimalen Rohrinnendurchmesser (di) gemessen werden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) der auf der Rohrinnenseite nach schräg oben weisenden Flanken (7) das 1,3 bis 2-fache des Winkels (α) der auf der Rohrinnenseite nach schräg unten weisenden Flanken (6) beträgt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Zick-Zack-Muster (5) spiralförmig bzw. schraubenförmig über den Umfang des Rohres (1) erstreckt.

4. Wärmetauscher nach einem.der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus einem schmelzschweißbaren Fluorkunststoff bestehen, vorzugsweise aus PFA (Perfluor-Alkoxyalkan) oder MFA (Trifluor-Metoxy-Perfluoro-Alcoxypolymer).

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) der Rohrwände 0,25 bis 0,75 mm beträgt, vorzugsweise 0,4 mm.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit vertikalem Abstand zu dem Rohrboden (4) horizontale Stützelemente (17) in der Kammer (2) befestigt sind, mit denen die Rohraußenseiten der Rohre (1) formschlüssig verbunden sind, und daß die Stützelemente (17) mit Ausnehmungen (18) für jedes Rohr (1) versehen sind, welche die Rohraußenseite des jeweiligen Rohres (1) nur auf einen Teil von dessen Umfang formschlüssig umschließen.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (17) Horizontalleisten sind, die zu beiden Seiten mit Ausnehmungen (18) für Rohre (1) versehen sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (7) formschlüssig in dem Rohrboden (4) festgelegt sind, wobei der Formschluß durch die Zick-Zack-Gestalt der Rohre (1) erreicht wird.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß in der das jeweilige Rohrende (7) aufnehmenden Öffnung (11) des Rohrbodens (4) ein das Rohrende (7) umschließender Haltering (12) befestigt ist, und daß der Haltering (12) an seinem Innenrand mit einer umlaufenden Struktur (13) versehen ist, in die die zick-zack-förmige Rohraußenseite formschlüssig eingreift.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (4) zumindest an seiner der Kammer (2) zugewandten Seite mit einer Kunststoffschicht (9b, 9a) versehen ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) mit der Kunststoffschicht (9b, 9a) kunststoffverschweißt ist.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (4) in Segmente (19) teilbar gestaltet ist, und daß die Segmente (19) mit Ausnehmungen (20) versehen sind, die die Rohraußenseite des jeweiligen Rohres (1) auf der Hälfte von dessen Umfang formschlüssig umschließen.

13. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen maximalem Rohraußendurchmesser (d_a) und minimalem Rohrinnendurchmesser (d_i) zwischen 1,2 : 1 und 1,5 : 1 beträgt.

Claims

1. A heat exchanger for indirect heat exchange of two gaseous media, one of which at least containing ingredients e.g., sulfurous acids, having an aggressive action onto the heat exchange surfaces, with a chamber (2) for the one medium to flow through and through which tubes (1) for the other respective medium to flow through are laid, the tube ends (7) of said tubes being fixed so as to be gas- or liquid-tight in at least one tube bottom (4) separating the media from each other,
characterized in
that the tubes (1) extend in the vertical longitudinal direction of the chamber (2) and are plastic tubes adapted to allow for through-flow from the top to the bottom and having tube walls forming a zigzag pattern in longitudinal section, said zigzag patterns (5) extending on the tube inner face and on the tube outer face so as to correspond and that the flanks (6) of the zigzag pattern pointing obliquely downward on the tube inner face are disposed at an angle (α) to the central axis (la) of the tube that is smaller than the one at which the flanks (7) pointing obliquely upward are disposed, the angles on the tube inner face being measured at the minimum tube inner diameter (di).

2. The heat exchanger as set forth in claim 1, characterized in that the angle (β) of the flanks (7) pointing obliquely upward on the tube inner face is 1.3 times to twice the angle (α) of the flanks (6) pointing obliquely downward on the tube inner face.

3. The heat exchanger as set forth in claim 1 or claim 2, characterized in that the zigzag pattern (5) runs spirally or helically over the periphery of the tube (1).

4. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 3, characterized in that the tubes are made from a fusion-weldable fluoroplastic material, preferably from PFA (perfluoro-alkoxyalkane) or from MFA (trifluoro-metoxy-perfluoro-alkoxy polymer).

5. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 4, characterized in that the thickness (d) of the tube walls is 0.25 through 0.75, preferably 0.4 mm.

6. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 5, characterized in that horizontal support elements (17) are fastened in the chamber (2), vertically spaced from the tube bottom (4) and interlockingly mating with the tube outer faces of the tubes (1) and that said support elements (17) are provided with recesses (18) for each tube (1), said recesses shape-matingly enclosing said tube outer face of the respective tube (1) on only one part of its circumference.

7. The heat exchanger as set forth in claim 6, characterized in that the support elements (17) are horizontal bars that are provided with recesses (18) for tubes (1) on either face.

8. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 7, characterized in that the tube ends (7) are interlockingly fixed in the tube bottom (4), the interlock being achieved thanks to the zigzag design of the tubes (1).

9. The heat exchanger as set forth in claim 8, characterized in that a retaining ring (12) enclosing the tube end (7) is fastened in the opening (11) of the tube bottom (4) receiving the respective one of the tube ends (7) and that the retaining ring (12) is provided on its inner rim with a circumferential structure (13) for interlocking engagement with the zigzag-shaped tube outer face.

10. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 9, characterized in that the tube bottom (4) is provided with a plastic layer (9b, 9a) at least on its face turned toward the chamber (2).

11. The heat exchanger as set forth in claim 10, characterized in that the tube (1) is plastic welded to the plastic layer (9b, 9a).

12. The heat exchanger as set forth in any one of the claims 1 through 8 or 10, characterized in that the tube bottom (4) is configured to be divided in segments (19) and that said segments (19) are provided with recesses (20) that shape-matingly enclose the tube outer side of the respective tube (1) on half its circumference.

13. The heat exchanger as set forth in any one of the afore mentioned claims, characterized in that the ratio between the maximum tube outer diameter (d_a) and the minimum tube inner diameter (d_i) is between 1.2:1 and 1.5:1.

Revendications

1. Echangeur de chaleur pour l'échange de chaleur indirect de deux milieux gazeux, dont l'un au moins contient des fractions ayant une action agressive sur les surfaces d'échange de chaleur, p. ex. des acides sulfureux, avec une chambre (2) apte à être parcourue par l'un des milieux et au travers de laquelle passent des tuyaux (1) aptes à être parcourus par l'autre milieu respectif, les extrémités (7) des tubes étant fixées de manière à être étanches aux gaz ou aux liquides dans au moins un fond (4) de tube séparant les fluides les uns des autres,
caractérisé en ce
que les tubes (1) s'étendent dans le sens vertical de la longueur de la chambre (2) et sont des tubes en matière plastique aptes à être parcourus du haut vers le bas, avec des parois de tube de section longitudinale en zigzag, les dessins en zigzag (5) s'étendant sur la face interne et sur la face externe du tube de manière à se correspondre, et que les flancs (6) du dessin en zigzag pointant obliquement vers le bas sur la face interne du tube forment par rapport à l'axe central (la) du tube un angle (α) inférieur à celui que forment les flancs (7) pointant obliquement vers le haut, les angles étant mesurés sur la face interne du tube, à la hauteur du plus petit diamètre intérieur (d_i) du tube.

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (β) des flancs (7) pointant obliquement vers le haut sur la face interne du tube fait 1,3 à 2 fois l'angle (α) des flancs (6) pointant obliquement vers le bas sur la face interne du tube.

3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le dessin en zigzag (5) s'étend en spirale ou en hélice sur la circonférence du tube (1).

4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes sont réalisés en un fluoroplastique soudable par fusion, de préférence en PFA (perfluoro alcoxyl alcane) ou en MFA (polymère trifluoromethoxy perfluoro alcoxyl).

5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parois de tube ont une épaisseur (d) comprise entre 0,25 et 0,75 mm, de préférence une épaisseur de 0,4 mm.

6. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des éléments support (17) horizontaux, auxquels sont reliés à coopération de forme les faces externes des tubes (1), sont fixés à distance verticale du fond (4) du tube dans la chambre (2) et que les éléments support (17) sont munis pour chaque tube (1) d'évidements (18) entourant la face externe du tube (1) respectif sur une partie seulement de sa circonférence.

7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments support (17) sont des baguettes horizontales qui sont munies sur leurs deux faces d'évidements (18) pour des tubes (1).

8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les extrémités (7) des tubes sont fixées par coopération de forme dans le fond (4) du tube, la coopération de formes étant obtenue grâce à la configuration en zigzag des tubes (1).

9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans l'ouverture (11) du fond (4) du tube recevant l'extrémité (7) respective du tube, est fixé un anneau de retenue (12) entourant l'extrémité (7) du tube et que l'anneau de retenue (12) est muni sur son bord interne d'une structure circonférentielle (13) dans laquelle s'engage par coopération de formes la face externe en zigzag du tube.

10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fond (4) du tube est muni d'une couche de matière plastique (9b, 9a), au moins sur sa face tournée vers la chambre (2).

11. Echangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube (1) est soudé par soudure plastique avec la couche de matière plastique (9b, 9a).

12. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou 10, caractérisé en ce que le fond (4) du tube est conformé de manière à pouvoir être divisé en segments (19) et que les segments (19) sont munis d'évidements (20) qui entourent par coopération de formes la face externe du tube respectif (1) sur la moitié de sa circonférence.

13. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre le plus grand diamètre extérieur (d_a) du tube et le plus petit diamètre intérieur (d_i) du tube est compris entre 1,2 :1 et 1,5 :1.

Zeichnung