DE2724014A1

DE2724014A1 - Emaillierter waermetauscher

Info

Publication number: DE2724014A1
Application number: DE19772724014
Authority: DE
Inventors: Franz-Peter Dipl I Fleischmann; Georg Ing Grad Hielbig; Hugo Dipl Ing Kaessner
Original assignee: Pfaudler Werke GmbH
Current assignee: Pfaudler GmbH
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2724014C2; FR2392349A1; IT7849269A0; IT1102534B; JPS5434167A

Description

Anmelder: Pfaudler-Werke AG, D-6830 Schwetzingen

Emaillierter Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen emaillierten Wärmetauscher entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte emaillierte Wärmetauscher bestehen aus zwei konzentrischen Behältern, von denen einer außen und der andere innen emailliert ist. Der äußere innen emaillierte Behälter ist von einem Doppelmantel umgeben, durch den beispielsweise Wasserdampf hindurchgeleitet werden kann. Ein Nachteil derartiger emaillierter Wärmetauscher ist darin zu sehen, daß das spezifische Wärmeaustauschvermögen verhältnismäßig gering ist. Andere bekannte emaillierfähige Konstruktionen wie Doppelrohr-, Rohrschlangenoder Zylinder-Wärmetauscher erfordern dagegen eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion, oder lassen nur eine produktseitige Emaillierung zu.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen emaillierten Wärmetauscher der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß wie bei üblichen Rohrbündelaustauschern aus Stahl oder Kunststoff ein Rohrbündel vorgesehen werden kann, für dessen Halterung jedoch keine Rohrböden erforderlich sind, und

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daß der Wärmetauscher im Vergleich zu bekannten emaillierten Wärmetauschern wirtschaftlicher hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmetauschers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt bzw. Querschnitt durch ein Rohr für einen emaillierten Wärmetauscher gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht eines Rohrbündels eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung, der aus Rohren in Fig. 1 hergestellt ist;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen emaillierten Wärmetauscher gemäß der Erfindung mit einem Rohrbündel in Fig. 2;

Fig. 4 und 5 abgewandelte Ausführungsbeispiele von Rohrbündeln für einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung, wobei die Rohre einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen; und

Fig. 6 eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Ansicht eines emaillierten Wärmetauschers gemäß der Erfindung mit einem in Fig. 5 dargestellten Rohrbündel.

Bei dem in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Rohre 1 vorgesehen, die einen kreiszylindrischen Mittelabschnitt 2 und zu einem Sechseckquerschnitt aufgedornte Rohr enden 3 aufweisen. Deshalb können derartige Rohre in einfacher Weise aus nahtlosen Profilri>hren aus emaillierfähigem Stahl hergestellt werden.

Die einzelnen Rohre 1 können in an sich bekannter Weise außen und gewünschtenfalls auch innen mit dem Emailschlicker bei spielsweise im Tauchverfahren versehen werden. Sollen die Rohre nur innen emailliert werden, dann genügt es, wenn auf der Außenseite der Rohre nur der Bereich der Rohrenden 3 mit dem Emailschlicker versehen wird.

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Die mit dem Emailschlicker versehenen Rohre l werden zu einem Rohrbündel der in Fig. 2 dargestellten Art zusammengefaßt, welches Rohrbündel im Emaillierofen gebrannt wird. Beim Emailbrand erfolgt dann ein Zusammenbacken der einzelnen Rohre 1 an den aneinander anliegenden Seitenflächen der Rohrenden 3, so daß die Rohre nur durch eine Glasemailschicht 4 miteinander verbunden sind. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die mechanischen Eigenschaften von korrosionsbeständigem Glasemail

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(ca. 7 kp/mm Zugfestigkeit und ca. 70 kp/mm Druckfestigkeit) ausreichen, um bei den bei chemischen Prozessen üblicherweise auftretenden Drücken und Temperaturen die bei üblichen Rohrbündelaustauschern erforderlichen Rohrboden zu ersetzen.

Wenn übliche Wärmetauschereinheiten mit einem Gehäuse der in Fig. 3 dargestellten Art hergestellt werden sollen, das aus einem oberen Boden 5, einem zylindrischen Mittelteil 6 und einem unteren Boden 7 besteht, welche Gehäuseteile durch Flanschverbindungen miteinander verbunden werden können, wird das Rohrbündel aus den Rohren 1 zweckmäßigerweise am unteren und am oberen Ende in emaillierte Flanschringe 8 bzw. 9 einemailliert. Der Innenumfang dieser Flanschringe 8, 9 kann entsprechend dem Äußenumfang des Rohrbündels in Fig. 2 ausgebildet werden, so daß beim Emailbrand ein Zusammenbacken der Flanschringe mit dem Rohrbündel wie bei den einzelnen Rohren erfolgt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der untere Ringflansch 8 einen so großen Außendurchmesser besitzen, daß er fest zwischen dem zylindrischen Mittelteil 6 und dem Boden 7 geflanscht werden kann. Zum Zwecke des Ausgleichs von Wärmedehnungen wird an dem oberen Flanschring 9 mit einem kleineren Außendurchmesser ein elastisches Glied 10 vorgesehen, das zwischen die obere Flanschverbindung geflanscht wird oder mit dem Gehäuse verbunden wird. Das elastische Glied 10 kann beispielsweise aus Tantal oder Polytetrafluorathylen hergestellt sein.

Ein derartiger emaillierter Wärmetauscher arbeitet wie ein üblicher Rohrbündelwärmetauscher. Das eine Medium durchströmt die Rohre, während das andere außen um die Rohre herum-

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geführt wird, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist. Wenn beide Medien chemisch agressiv sind, sind die Rohre 1 innen und außen emailliert. Das Gehäuse ist dann ebenfalls innen emailliert.

Wenn nur das eine Medium chemisch agressiv ist, ist lediglich eine einseitige Emaillierung der Rohre erforderlich. Die Rohre können deshalb nur innen oder nur außen emailliert sein. Im Falle der Innenemaillierung müssen jedoch die einzelnen Rohre im Bereich der ausgeweiteten Rohrenden auch außen emailliert sein, um das Zusammenemaillieren zum Rohrbündel zu ermöglichen.

Im Gegensatz zu dem in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Rohre auch mit einer anderen Querschnittsform, z.B. mit einem rechteckigen Querschnitt, zu einem Rohrbündel zusammengefaßt werden.

Bei Verwendung von Rohren mit Rechteckquerschnitt wird zweckmäßigerweise anstelle einer Aufweitung der Rohrenden zur Erzielung des Abstands für die Bildung der äußeren Strömungskanäle an den Rohrenden zwischen zwei Rohren 1 je ein Flacheisen 11 einemailliert, wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 gezeigt ist. Rechteckkanäle können auch dadurch hergestellt werden, daß zwischen beidseitig emaillierten Blechen 12 (Fig. 5) die gewünschten Strömungskanäle durch Einemaillieren von Flacheisen jeweils an zwei gegenüberliegenden Blechenden hergestellt werden, wobei die Anordnung der Flacheisen abwechselnd horizontal und vertikal erfolgt, so daß dementsprechend horizontale und vertikale Strömungskanäle entstehen.

Die in Fig. 6 dargestellte Wärmetauschereinheit enthält ein Rohrbündel entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5. Das Gehäuse kann eine Ausführungsform wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 aufweisen. An dem zylindrischen Mittelteil 6 des Gehäuses ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Öffnung 18 für Strömungsmedien vorgesehen. Im Gegensatz zu Fig. 3 ist jedoch der Umfang der Rohrenden nicht durch eine Emailschicht mit je einem Ringflansch verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 sind an der Innenwand des zylindrischen Mittelteils 6 des Gehäuses angeschweißte Tragflansche 15, 17 vorgesehen. Auf dem unteren Trag-

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flansch 17 ist eine Dichtung 16 angeordnet, auf der das Rohrbündel derart aufliegt, daß Wärmedehnungen in seitlicher Richtung aufgenommen werden können. An dem oberen Tragflansch, zwischen dessen innerer Umrandung und dem Außenumfang des Rohrbündels ein Abstand vorgesehen ist, ist ein elastisches Glied 10 über eine Dichtung 14 befestigt, das ebenfalls über eine Dichtung mit dem Außenumfang des Rohrbündels an dessen oberem Ende verbunden ist. Wie bereits erwähnt wurde, kann das elastische Glied 10 aus Tantal oder Polytetrafluoräthylen hergestellt sein. Deshalb kann sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Rohrbündel gegenüber dem es umgebenden Gehäuse ausdehnen. Ferner kann das Rohrbündel nach Entfernung des oberen Bodens 5 ohne weiteres aus dem Gehäuse entfernt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Emaillierter Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß ein außen und/oder innen emailliertes Rohrbündel mit nur durch Emailschichten (4) miteinander verbundenen gegenüberliegenden Rohrenden (3) vorgesehen ist.

2. Emaillierter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) mit aufgeweiteten Rohrenden (3) versehene Profilrohre sind.

3. Emaillierter Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeweiteten Rohrenden (3) einen Sechskantquerschnitt aufweisen.

4. Emaillierter Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Rohrenden durch eine Emailschicht mit je einem Ringflansch (8, 9) verbunden ist.

Emaillierter Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennze ichne t , daß der eine Ringflansch (8) einen größeren Außendurchmesser aufweist und zwischen einem Gehäuseboden (7) und einem zylindrischen Gehäusemittelteil (6) geflanscht ist, und daß der andere Ringflansch (9) über ein elastisches Glied (1O) zwischen einem gegenüberliegenden Gehäuseboden (5) und dem zylindrischen Gehäusemittelteil geflanscht oder an dem Gehäuse befestigt ist.

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6. Emaillierter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t , daß die Rohre (1) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, und daß zwischen den benachbarten Rohrenden je ein Flacheisen (11) einemailliert ist (Fig. 4) .

7. Emaillierter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre durch beidseitig emaillierte Bleche (12) begrenzt sind, zwischen deren jeweils gegenüberliegenden Blechenden abwechselnd horizontal bzw. vertikal angeordnete Flacheisen (11) einemailliert sind (Fig. 5)

8. Emaillierter Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wärmeaustauschflächen zur Verbesserung des Wärmeübergangs dienende strukturierte Oberflächenbereiche vorgesehen sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Rohrbündels für einen emaillierten Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-5, aus einer Anzahl von an ihren Enden zu halternden emaillierfähigen Profilrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden aller Profilrohre zu vieleckigen Querschnittsformen aufgeweitet werden, daß zumindest die Außenflächen der erweiterten Rohrenden mit Emailschiicker versehen werden, und daß die mit Emailsch licker versehenen Außenflächen der erweiterten Rohrenden aneinander anliegend zu einem Rohrbündel zusammengefaßt in einem Emaillierofen gebrannt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung eines Rohrbündels nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel vor dem Einsetzen in den Emaillierofen zumindest am einen Ende mit einem Ringflansch umgeben wird, und daß zwischen dem Innenumfang des Flanschrings und dem Außenumfang des Rohrbündels eine Schicht aus Emailschlicker ausgebildet wird.

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