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DE29824612U1 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger

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Publication number
DE29824612U1
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DE
Germany
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openings
heat exchanger
lines
tube sheet
enamelled
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Expired - Lifetime
Application number
DE29824612U
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German (de)
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Thaletec De GmbH
Original Assignee
EHW THALE EMAIL GmbH
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Publication of DE29824612U1 publication Critical patent/DE29824612U1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

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# 6069 E/fr# 6069 E/fr

25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

WärmetauscherHeat exchanger

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem ersten Behälterbereich für ein zu kühlendes oder zu erwärmendes insbesondere chemisch aggressives Medium, wobei in diesem ersten Behälterbereich eine Anzahl rohrförmiger aus einem emaillierten Metall bestehender Leitungen verlaufen, deren innere Hohlräume einen zweiten Behälterbereich für ein zweites kühlendes und/oder erhitzendes Medium bilden und welche Leitungen durch Öffnungen eines Rohrbodens aus dem ersten Behälterbereich heraus und in einen oder mehrere Kammern mit dem zweiten, kühlenden oder erhitzenden Medium führen.The invention relates to a heat exchanger with a first container area for a medium to be cooled or heated, in particular a chemically aggressive medium, wherein a number of tubular lines made of an enamelled metal run in this first container area, the inner cavities of which form a second container area for a second cooling and/or heating medium and which lines lead through openings in a tube sheet out of the first container area and into one or more chambers with the second cooling or heating medium.

Wärmetauscher werden für eine Vielzahl von Anwendungsfällen benötigt; dabei stellen Wärmetauscher für chemisch aggressive Medien, z. B. Säuren oder auch Gase, einen besonders anspruchsvollen Sonderfall dar. Es geht darum, dass ein solches Medium beispielsweise während seiner Reaktion oder Lagerung gekühlt oder aber auch erhitzt werden soll, und zwar möglichst effektiv und schnell. Hierfür bieten sich Wärmetauscher an sich natürlich an. Das üblicherweise kühlende und Reaktionswärme abführende (oder in bestimmten Anwendungsfällen auch erhitzende) Medium, insbesondere Wasser, wird dabei durch Leitungen geführt, welche außen von dem aggressiven chemischen Medium umgeben sind. Durch die Leitungswand hindurch findet der Wärmeaustausch statt. Diese Leitungen müssen aus einem hochresistenten Werkstoff bestehen oder auf andere Weise gegen das chemisch aggressive Medium geschützt sein. Ein Kontakt der Medien untereinander muss ebenso vermieden werden wie ein Herausdiffundieren des chemisch aggressiven Mediums aus dem Wärmetauscher an unbeabsichtigten Stellen. Dabei ist eine besondere Problemzone der Austritt der Leitungen aus dem Volumenbereich, also dem oben angegebenen ersten Behälterbereich, in dem sich das chemisch aggressive Medium befindet.Heat exchangers are required for a wide range of applications; heat exchangers for chemically aggressive media, such as acids or gases, represent a particularly demanding special case. The point is that such a medium needs to be cooled or heated, for example during its reaction or storage, and as effectively and quickly as possible. Heat exchangers are naturally ideal for this. The medium, especially water, which usually cools and dissipates reaction heat (or in certain applications also heats it), is led through pipes which are surrounded on the outside by the aggressive chemical medium. The heat exchange takes place through the pipe wall. These pipes must be made of a highly resistant material or protected in some other way against the chemically aggressive medium. Contact between the media must be avoided, as must the chemically aggressive medium diffusing out of the heat exchanger at unintended locations. A particular problem area is the exit of the pipes from the volume area, i.e. the first container area specified above in which the chemically aggressive medium is located.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Bei bekannten Wärmetauschern zu diesem Zweck bestehen beispielsweise sowohl die Leitungen als auch der entsprechende Rohrboden, durch die die Leitung herausgeführt wird, aus Tantal. Dies ist natürlich insbesondere kostenmäßig sehr aufwendig.
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In known heat exchangers for this purpose, for example, both the pipes and the corresponding tube sheet through which the pipe is led out are made of tantalum. This is of course very complex, especially in terms of cost.
5

Alternativ werden emaillierte Stahlrohre verwendet, die durch einen Rohrboden geführt werden, wobei die Durchführungen mit entsprechenden Dichtungen, beispielsweise Dichtungsringen, abgesichert werden. Dies ist einerseits aufwendig und andererseits auch ein nur unvollständiger Schutz, denn diese Dichtungen sind ihrerseits anfällig und müssen aus einem anderen Material als Stahl gefertigt werden, meist aus Kunststoff.Alternatively, enamelled steel pipes are used which are guided through a tube sheet, with the passages being secured with appropriate seals, such as sealing rings. This is both complex and only provides incomplete protection, as these seals are themselves vulnerable and have to be made from a material other than steel, usually plastic.

Es wäre höchst gefährlich, wenn die chemisch aggressiven Medien durch diese Durchführungen in irgendeiner Form hindurchdiffundieren könnten, da sie dann in das andere kühlende oder erhitzende Medium hineingelangen könnten, somit auf die ungeschützten Innenseiten der Leitungen gelangen würden und dort erhebliche Schäden anrichten könnten. Außerdem kann auch schon innerhalb des Bereiches der Durchführungen oder in den danach anschließenden Bereichen der Kammer Korrosion eintreten. Dies führt jeweils zu deutlich verkürzten Standzeiten des Wärmetauschers.It would be extremely dangerous if the chemically aggressive media could diffuse through these ducts in any way, as they could then get into the other cooling or heating medium, thus reaching the unprotected inside of the pipes and causing considerable damage there. In addition, corrosion can also occur within the area of the ducts or in the adjoining areas of the chamber. This leads to a significantly shortened service life of the heat exchanger.

Es ist nicht möglich, wie in anderen Gebieten der Technik vielleicht naheliegend, die Stahlrohre in dem Durchführungsbereich mit dem Rohrboden zu verschweißen. Diese Schweißnähte wären nämlich ihrerseits dem aggressiven Medium ausgesetzt und könnten in diesem Bereich nicht erneut emailliert oder anderweitig geschützt werden, da hierfür die geometrische Zugänglichkeit fehlt.It is not possible, as might be obvious in other areas of technology, to weld the steel pipes to the tube sheet in the penetration area. These welds would themselves be exposed to the aggressive medium and could not be re-enamelled or otherwise protected in this area because there is no geometric accessibility for this.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Wärmetauscher mit einer verbesserten Konzeption vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher dadurch gelöst, dass die emaillierte Außenfläche der Leitungen und die Innenflächen der Öffnungen dichtungsfrei und leckfrei im Presssitz aufeinanderliegen.In contrast, one object of the invention is to propose a heat exchanger with an improved design. This object is achieved in a heat exchanger of this type in that the enamelled outer surface of the lines and the inner surfaces of the openings lie on one another in a press fit without seals and without leaks.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Mit einer derartigen Konstruktion wird das Problem überraschend gelöst: Eine Durchführung, bei der die emaillierten Beschichtungen direkt aufeinandersitzen, lecksicher sind und im Presssitz aneinandergefügt sind und die außerdem dichtungsfreie Öffnung erfüllt alle Forderungen. Es gibt keine Bestandteile mehr, die dem korrosiven Medium ausgesetzt sind und dieses kann auch nicht hindurchdringen. This type of construction solves the problem in a surprising way: a feedthrough in which the enamelled coatings sit directly on top of each other, are leak-proof and press-fitted together, and the opening, which is also seal-free, meets all requirements. There are no longer any components that are exposed to the corrosive medium and this cannot penetrate through either.

Eine solche Konzeption wäre bisher von allen Fachleuten für unmöglich gehalten worden; sie haben es auch nie in Betracht gezogen. Dies liegt insbesondere an den komplizierten Formen der Leitungsführungen in diesen Wärmetauschern, die gebogen sind und nicht separat emailliert werden können und auch praktisch aufgrund der geometrischen Gegebenheiten keine Möglichkeit geben, im Presssitz überhaupt eingefügt zu werden. Außerdem besteht für die Fachwelt das Problem, dass Email mechanisch nicht mit so großer Fertigungsgenauigkeit bearbeitet werden kann, dass eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung entsteht.Until now, all experts would have considered such a concept impossible; they have never even considered it. This is due in particular to the complicated shapes of the pipes in these heat exchangers, which are bent and cannot be enamelled separately, and due to the geometric conditions, there is practically no way of inserting them in a press fit. Experts also have the problem that enamel cannot be machined with such great precision that a liquid- and gas-tight connection is created.

Im Gegensatz zum Vorurteil der Fachwelt ist dies jedoch erfindungsgemäß möglich. Contrary to the prejudice of experts, however, this is possible according to the invention.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Bei einem Verfahren zur Herstellung dieses erfindungsgemäßen Wärmetauschers werdenIn a process for producing this heat exchanger according to the invention,

- Leitungen hergestellt, indem kurze, gerade Abschnitte vorbereitet und emailliert werden, diese kurzen, geraden Abschnitte werden über ein oder mehrere Verbindungsabschnitte verbunden und verschweißt und die Verbindungsstellen lokal nachemailliert,- Pipes are manufactured by preparing and enamelling short, straight sections, these short, straight sections are connected and welded via one or more connecting sections and the joints are locally re-enamelled,

oder Leitungen hergestellt, indem komplette emaillierte U-Rohre an den geraden Enden bearbeitet und durch Presssitz mit den Öffnungen verbunden werden,or pipes are manufactured by machining complete enamelled U-pipes at the straight ends and connecting them to the openings by press fitting,

die Leitungen oder zumindest ihre kurzen geraden Abschnitte kryogen unterkühlt und mit ihren kurzen, geraden Abschnitten in die Öffnungen in der Behälterwandung eingesetzt,
anschließend entsteht durch Erwärmung eine Ausdehnung und dadurch ein Presssitz der kurzen geraden Abschnitte in den Öffnungen.
the pipes or at least their short straight sections are cryogenically cooled and inserted with their short, straight sections into the openings in the vessel wall,
Heating then causes expansion and thus a press fit of the short straight sections in the openings.

Dazu wird bevorzugt eine Erzeugung des Presssitzes durch kryogene Schrumpfung eingesetzt. Dies hat den besonderen Vorzug, dass eine präzise Fügung der Teile möglich ist. Wie sich gezeigt hat, ist es mit einer solchen Konzeption ohne weiteres möglich, den standardisierten Heliumlecktest zu bestehen.For this purpose, the press fit is preferably created by cryogenic shrinkage. This has the particular advantage that it is possible to join the parts precisely. As has been shown, it is easily possible to pass the standardized helium leak test with such a design.

Besonders bevorzugt ist es, wenn außerdem auch der Rohrboden aus emailliertem Metall besteht, dies gilt insbesondere für die Innenflächen der Öffnungen, durch die die Leitungen hindurchführen.It is particularly preferred if the tube sheet is also made of enamelled metal, this applies in particular to the inner surfaces of the openings through which the pipes pass.

Weiter ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Emailleschicht von nur 500 bis 600 pm Dicke verwendet wird, die lediglich im Bereich der Durchführung, also im Bereich des Presssitzes, etwas dicker ausgebildet ist. Durch eine sehr dünne Emailleschicht kann der Wärmedurchgangskoeffizient k (W/m2K) an den Leitungsrohren reduziert werden, was die Funktionstüchtigkeit eines Wärmetauschers naturgemäß sehr fördert.It is also particularly advantageous to use an enamel layer of only 500 to 600 pm thickness, which is only slightly thicker in the area of the feedthrough, i.e. in the area of the press fit. A very thin enamel layer can reduce the heat transfer coefficient k (W/m 2 K) on the pipes, which naturally greatly improves the functionality of a heat exchanger.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn die Leitungen jeweils aus einem Rohrabschnitt bestehen, der den Bereich innerhalb und benachbart zur Durchführung durch die Öffnung bildet sowie auch durch weitere, davon separat gefertigte Rohrabschnitte. Dadurch kann es ermöglicht werden, den einen relativ kurzen Rohrabschnitt für die eigentliche Durchführung hochpräzise und mit äußerster Präzision auch hinsichtlich zu vermeidender Winkelabweichungen zu fertigen, was für einen genauen Presssitz von großem Vorteil ist.Furthermore, it is particularly preferred if the lines each consist of a pipe section that forms the area inside and adjacent to the passage through the opening, as well as further pipe sections manufactured separately. This makes it possible to manufacture the one relatively short pipe section for the actual passage with high precision and with the utmost precision, also with regard to avoiding angular deviations, which is a great advantage for an accurate press fit.

Dabei ist insbesondere auch zu berücksichtigen, dass Leitungen in Wärmetauschern des hier bevorzugten interessierenden Typs zwei gerade, parallele Abschnitte aufweisen, die durch zwei Öffnungen in einem gemeinsamen Rohrboden hindurchführen sollen und die im Behälterinneren in dem Bereich genau entgegengesetzt zum Rohrboden mit den Öffnungen mittels eines um 180° gebogenen Abschnittes verbunden sind. Es ist für die Durchführung durch den Rohrboden daher erforderlich, dieses Gesamtelement der Leitung genau parallel so durch den Boden hindurchzuführen, dass beide Leitungsaußenseiten in den Öffnungen im Presssitz bei der kryogenen Schrumpfung genauestens parallel verlaufen, da schon kleine Verkantungen zu Problemen führen könnten.In particular, it must be taken into account that lines in heat exchangers of the type of interest preferred here have two straight, parallel sections that are intended to pass through two openings in a common tube sheet and that are connected to the openings in the area exactly opposite to the tube sheet inside the vessel by means of a section bent by 180°. In order to pass through the tube sheet, it is therefore necessary to lead this entire element of the line exactly parallel through the sheet so that both outer sides of the line run exactly parallel in the openings in the press fit during cryogenic shrinkage, since even small tilts could lead to problems.

An die kurzen geraden Abschnitte kann dann erfindungsgemäß der restliche längere Teil der Leitung angeschweißt und die Verbindungsbereiche jeweils lokal erneut emailliert werden. Diese längeren Teile sind weniger kritisch und müssen nur mit normaler Genauigkeit gefertigt werden.According to the invention, the remaining longer part of the line can then be welded to the short straight sections and the connecting areas can be locally re-enamelled. These longer parts are less critical and only need to be manufactured with normal precision.

Auch wird es möglich, die Fertigung der Wärmetauscher zu standardisieren. Für jeden Wärmetauscher werden nämlich Leitungen verschiedener Länge eingesetzt, die geometrisch jeweils einander nicht störend übereinander verlaufen; die gebogenen Verbindungsabschnitte haben dabei verschiedene Längen, die längeren, geraden Abschnitte können in Endlosverfahren, wie beispielsweise in der DE 195 03 999 A1 beschrieben, angefertigt und in den benötigten Längen abgeschnitten und zusammengesetzt werden.It is also possible to standardize the production of heat exchangers. For each heat exchanger, pipes of different lengths are used, which run over each other in a geometrically non-disruptive manner; the curved connecting sections have different lengths, the longer, straight sections can be manufactured using continuous processes, as described in DE 195 03 999 A1, for example, and cut to the required lengths and assembled.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is described in detail below with reference to the drawing. They show:

Figur 1 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher senkrecht zu einer Wandung, durch die die Leitungen hindurchführen; Figure 1 shows a section through a heat exchanger perpendicular to a wall through which the pipes pass;

Figur 2 eine Ansicht, teilweise weggebrochen, von der Kammer auf den Figure 2 is a view, partly broken away, from the chamber to the

Rohrboden und 10Tube sheet and 10

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Leitung. Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a line.

Ein in Figur 1 schematisch dargestellter Wärmetauscher weist einen zylinderförmigen Behälter 5 mit einer äußeren Wandung 7 und einem inneren ersten Behälterbereich 10 auf. In dem Behälterbereich 10 befindet sich ein aggressives Medium, das dort reagiert oder gelagert wird und definiert gekühlt oder gegebenenfalls auch erhitzt werden soll. Das Medium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein; die eigentliche Reaktion kann auch außerhalb des Behälters stattfinden, so dass das Medium nur zum Zwecke des Wärmetausches in den Behälter 5 geführt wird. Das aggressive Medium wird durch einen Stutzen 8 in den Behälterbereich 10 hinein - und durch einen zweiten Stutzen 9 wieder herausgeführt. A heat exchanger shown schematically in Figure 1 has a cylindrical container 5 with an outer wall 7 and an inner first container area 10. In the container area 10 there is an aggressive medium that reacts or is stored there and is to be cooled in a defined manner or, if necessary, heated. The medium can be a gas or a liquid; the actual reaction can also take place outside the container, so that the medium is only fed into the container 5 for the purpose of heat exchange. The aggressive medium is fed into the container area 10 through a nozzle 8 and out again through a second nozzle 9.

Neben den Stutzen 8 und 9 ist insbesondere auf einem Rohrboden 14 hinzuweisen. Diese schließt eine Seitenfläche des langgestreckten zylindrischen ersten Behälterbereichs 10 ab und ist mit den übrigen Behälterwandungen lösbar verbunden. Diese Verbindung ist allerdings hochdicht und geschlossen.In addition to the nozzles 8 and 9, a tube sheet 14 is particularly noteworthy. This closes off a side surface of the elongated cylindrical first container area 10 and is detachably connected to the other container walls. However, this connection is highly sealed and closed.

Durch den Boden 14 verläuft eine Vielzahl von Öffnungen 15. Der Boden 14 besteht aus einem emaillierten Metall, unter Umständen auch aus einem relativ korrosionsfesten Material wie Hastelloy.A plurality of openings 15 extend through the base 14. The base 14 is made of an enamelled metal, possibly also of a relatively corrosion-resistant material such as Hastelloy.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Im Inneren des Behälterbereichs 10 befindet sich eine Vielzahl von rohrförmigen Leitungen 20. Diese Leitungen 20 erstrecken sich durch den Rohrboden 14 bzw. die darin befindlichen Öffnungen 15 und führen zu einer Kammer 25 bzw. 26. Diese Verbindung bildet den zweiten Behälterbereich für ein zweites Medium, das im Regelfall nicht aggressiv ist und häufig Wasser ist oder zu einem hohen Prozentsatz aus Wasser besteht. Dieses zweite Medium dient der Abfuhr oder Zufuhr von Wärme. Zwischen den beiden Behälterbereichen besteht also möglichst intensiver Wärmeaustausch, aber kein physischer Kontakt oder gar Austausch. Inside the container area 10 there are a number of tubular lines 20. These lines 20 extend through the tube base 14 or the openings 15 therein and lead to a chamber 25 or 26. This connection forms the second container area for a second medium, which is usually not aggressive and is often water or consists of a high percentage of water. This second medium is used to remove or supply heat. There is therefore as intensive a heat exchange as possible between the two container areas, but no physical contact or even exchange.

Das zweite Medium wird über eine Zufuhr 27 der Kammer 25 zugeführt. Von der Kammer 25 aus strömt es in die Leitungen 20 und durch die Öffnungen 15 im Rohrboden 14. Durch die Leitungen 20 gelangt es über den langen geraden Abschnitt (in der Figur 1 aufwärts dargestellt) oben in den Bogen und wiederum in einem weiteren langen geraden Abschnitt nach unten, erneut durch Öffnungen 15 im Rohrboden 14 zurück in die zweite Kammer 26. Aus der Kammer 26 strömt das zweite Medium dann über einen Auslauf 28 hinaus.The second medium is fed to the chamber 25 via a feed 27. From the chamber 25 it flows into the lines 20 and through the openings 15 in the tube sheet 14. Through the lines 20 it passes over the long straight section (shown upwards in Figure 1) into the top of the bend and again in another long straight section downwards, again through openings 15 in the tube sheet 14 back into the second chamber 26. The second medium then flows out of the chamber 26 via an outlet 28.

Die Kammern 25 und 26 sind dabei durch eine Trennwand 29 getrennt; insgesamt stellen diese beiden Bereiche gemeinsam ein 2-Kammersystem dar. Der Inhalt der beiden Bereiche 25 bzw. 26 der Kammern unterscheidet sich durch die ihm innewohnende Temperatur. Da es sich um einen Wärmetauscher insgesamt handelt, wird ja von dem zweiten Medium während des Durchströmens durch die Leitung 20 Temperatur vom ersten Medium im Behälter 5 aufgenommen (bzw. abgegeben), so dass es in der Kammer 26 mit einer höheren (bzw. tieferen) Temperatur ankommt, als es sie in dem Ausgangsbereich der Kammer 25 noch besessen hatte.The chambers 25 and 26 are separated by a partition wall 29; overall, these two areas together represent a 2-chamber system. The content of the two areas 25 and 26 of the chambers differs in terms of their inherent temperature. Since this is a heat exchanger as a whole, the second medium absorbs (or releases) temperature from the first medium in the container 5 as it flows through the line 20, so that it arrives in the chamber 26 at a higher (or lower) temperature than it had in the exit area of the chamber 25.

Das zweite Medium kann üblicherweise ständig wieder verwendet werden, nachdem es abgekühlt bzw. erneut auf entsprechende gewünschte Temperaturen gebracht ist. Da es sich im Regelfall um gewöhnliches Wasser oder eine jedenfalls stark wasserhaltige Substanz handelt, ist die Beschäftigung mit diesem Medium verhältnismäßig unkritisch.The second medium can usually be reused after it has been cooled down or brought back to the desired temperature. Since it is usually ordinary water or a substance with a high water content, working with this medium is relatively uncritical.

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Figur 2 zeigt eine Ansicht gesehen von der Kammer 25, 26 aus in Richtung auf die Behälterwandung 14. Gut im Schnitt zu erkennen sind daher die Zufuhr 27 zur Kammer 25 und der Ablauf 28 aus der Kammer 26 sowie geschnitten die Trennwand 29 zwischen den beiden Bereichen der Kammer. In dem in Figur 2 ** Figure 2 shows a view from the chamber 25, 26 in the direction of the container wall 14. The inlet 27 to the chamber 25 and the outlet 28 from the chamber 26 can be clearly seen in section, as well as the partition wall 29 between the two areas of the chamber. In the section shown in Figure 2 **

rechts befindlichen, teilweise weggebrochenen Abschnitt sind die Öffnungen 15 ;****■The openings 15 are in the partially broken-off section on the right;****■

gut zu erkennen, durch die die Leitungen 20 hindurchführen. Von den Leitun- .,, *.clearly visible, through which the cables 20 pass. From the cables .,, *.

gen 20 ist im Grunde nur der Innenbereich der Krümmung am oberen Ende aus t " gen 20 is basically just the inner area of the curve at the top of t "

Figur 1 zu erkennen. J****:Figure 1. J****:

Dargestellt sind auch die Stutzen 8 und 9, die den ersten Behälterbereich 10 mit dem ersten Medium versorgen bzw. dieses daraus abführen.Also shown are the nozzles 8 and 9, which supply the first container area 10 with the first medium or discharge it from it.

Die Leitungen 20 sind - wie die Figuren 1 und 2 in Zusammenschau ergeben jeweils bogenförmig übereinander angeordnet, damit der erste Behälterbereich 10 von einer möglichst großen Zahl derartiger Leitungen 20 durchzogen werden kann und die Funktion des Wärmetauschers besonders effektiv und mit vielen Wandkontaktbereichen vollzogen werden kann und somit bei minimalem Masseneinsatz eine große Wärmeaustauschfläche erreicht wird, was einen hohen Wirkungsgrad zur Folge hat.The lines 20 are - as shown in Figures 1 and 2 when viewed together - arranged one above the other in an arc shape so that the first container area 10 can be traversed by as large a number of such lines 20 as possible and the function of the heat exchanger can be carried out particularly effectively and with many wall contact areas and thus a large heat exchange surface is achieved with minimal mass use, which results in a high degree of efficiency.

In Figur 3 ist eine der Leitungen 20 im einzelnen dargestellt. Zu erkennen ist zunächst unten wiederum der Rohrboden 14, durch den die Leitung 20 insgesamt an zwei Punkten hindurchtritt, nämlich durch die Öffnungen 15. Figure 3 shows one of the lines 20 in detail. First of all, the tube sheet 14 can be seen at the bottom, through which the line 20 passes at two points, namely through the openings 15.

Die Leitung selbst besteht hier in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf Abschnitten, was die Herstellung besonders zweckmäßig gestaltet. So sind zunächst zwei kurze, gerade Abschnitte 31 und 32 vorgesehen, die genau durch die Öffnungen 15 in dem Rohrboden 14 hindurchgehen und präzise parallel zueinander stehen. An diese kurzen, geraden Abschnitte 31, 32 schlieBen sich jeweils ein langer, gerader Abschnitt 33 bzw. 34 an. Diese langen, geraden Abschnitte stehen im wesentlichen auch parallel zueinander, wobei diese Parallelität weniger kritisch ist. Diese langen Abschnitte können mit einem geeignetenThe line itself consists of five sections in the embodiment shown, which makes production particularly practical. First of all, two short, straight sections 31 and 32 are provided, which pass exactly through the openings 15 in the tube sheet 14 and are precisely parallel to one another. These short, straight sections 31, 32 are followed by a long, straight section 33 or 34. These long, straight sections are essentially parallel to one another, although this parallelism is less critical. These long sections can be cut with a suitable

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25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Verfahren, insbesondere mit einem Endlosverfahren gemäß der DE 195 03 999 A1 hergestellt und emailliert sein. Die oberen Enden der langen, geraden Abschnitte 33, 34 sind miteinander durch einen verbindenden Bogenabschnitt 35 verbunden. ·**1\ Process, in particular with a continuous process according to DE 195 03 999 A1 and enamelled. The upper ends of the long, straight sections 33, 34 are connected to each other by a connecting curved section 35. ·**1\

Bei der Herstellung der Leitung 20 insgesamt können zunächst die beiden lan- i****:When producing the line 20 as a whole, the two long i****:

gen, geraden Abschnitte 33, 34 hergestellt und emailliert und dann mit dem Bo- ... :straight sections 33, 34 are made and enamelled and then connected to the arch... :

genabschnitt 35 über zwei Schweißnähte 38 verbunden werden. Es entsteht da-section 35 are connected via two welds 38. This creates

durch schon der größte Teil der gesamten Leitung 20. Jetzt wird in einer prä- : **":through already the largest part of the entire line 20. Now in a pre- : **":

zisen Ausrichtmaschine dafür gesorgt, dass an die dann freien beiden Enden der langen, geraden Abschnitte 33, 34 die beiden kurzen, geraden, ebenfalls schon emaillierten Abschnitte 31 und 32 so angeschweißt werden, dass diese zueinander exakt parallel sind und je einen exakten Abstand zueinander aufweisen. Es entstehen so wiederum zwei Schweißnähte 38.The alignment machine ensures that the two short, straight, also already enamelled sections 31 and 32 are welded to the two free ends of the long, straight sections 33, 34 in such a way that they are exactly parallel to each other and have a precise distance from each other. This again creates two weld seams 38.

In einer anderen Alternative wird die Leitung 20 aus einem komplett emaillierten U-Rohr hergestellt. Bei Einsatz kompletter U-Rohre entfallen die Schweißnähte gänzlich.In another alternative, the line 20 is made from a completely enamelled U-pipe. When complete U-pipes are used, the weld seams are completely eliminated.

An diesen Verbindungsstellen der jeweiligen geraden Abschnitte 31 und 33 bzw. 32 und 34 kann also ein relativ geringfügiger Knick vorliegen, da die Fertigungstoleranzen der langen Abschnitte relativ groß sein können und es nur auf die präzise Parallelität der beiden kurzen Endstücke ankommt.There may therefore be a relatively slight kink at these connection points of the respective straight sections 31 and 33 or 32 and 34, since the manufacturing tolerances of the long sections can be relatively large and only the precise parallelism of the two short end pieces is important.

Jetzt in dieser Phase werden alle vier entstandenen Schweißnähte 38 zwischen den fünf einzelnen Abschnitten der Leitung 20 nachemailliert. Nun wird die fertige Leitung 20 in die Öffnungen 15 des Rohrbodens 14 eingesetzt. Hierzu wird die Leitung kryogen unterkühlt und passt so problemlos in die vorbereiteten, ihrerseits beispielsweise emaillierten Öffnungen 15 des Rohrbodens 14. Nach Erwärmung der Leitung 20 entsteht ein exakter Presssitz.Now in this phase, all four weld seams 38 between the five individual sections of the line 20 are re-enamelled. The finished line 20 is now inserted into the openings 15 of the tube sheet 14. For this purpose, the line is cryogenically cooled and thus fits easily into the prepared openings 15 of the tube sheet 14, which in turn are enameled, for example. After heating the line 20, an exact press fit is created.

Bei Verwendung kompletter U-Rohre erfolgt die Bearbeitung der Enden direkt.When using complete U-tubes, the ends are machined directly.

EHW Thale EMAIL GmbHEHW Thale EMAIL GmbH

25.07.2001 - Beschreibung25.07.2001 - Description

Zum Verständnis der Problematik sei darauf hingewiesen, dass in Figur 3 ja nur eine Leitung dargestellt ist. In der Praxis entstehen, wie in den Figuren 1 und 2 zu ersehen ist, hier eine enorme Vielzahl von dicht benachbarten Öffnungen in den Rohrboden 14, in die jeweils Leitungen sich gegenseitig abdeckend eingesetzt werden müssen. Eine Emaillierung an genau dieser Stelle während oder nach dem Einsetzen der Leitungen 20 ist nicht möglich.To understand the problem, it should be noted that only one line is shown in Figure 3. In practice, as can be seen in Figures 1 and 2, an enormous number of closely spaced openings are created in the tube sheet 14, into which lines must be inserted so as to cover each other. Enamelling at exactly this point during or after the insertion of the lines 20 is not possible.

EHW Thale EMAIL GmbH # 6069 E/fr 25.07.2001 - BeschreibungEHW Thale EMAIL GmbH # 6069 E/fr 25.07.2001 - Description

BezugszeichenlisteList of reference symbols

55 Behältercontainer 77 Wandung von 5Wall of 5 88th StutzenSupport 99 StutzenSupport 1010 erster Behälterbereichfirst container area 1414 RohrbodenTube sheet 1515 Öffnungen in 14Openings in 14 2020 LeitungLine 2525 Kammerchamber 2626 Kammerchamber 2727 Zufuhr zu 25Supply to 25 2828 Auslauf aus 26Exit from 26 2929 Trennwandpartition wall 3131 kurzer, gerader Abschnittshort, straight section 3232 kurzer, gerader Abschnittshort, straight section 3333 langer, gerader Abschnittlong, straight section 3434 langer, gerader Abschnittlong, straight section 3535 verbindender Bogenabschnittconnecting arch section 3838 SchweißnähteWelds

• · · 4· · 4

Claims (8)

1. Wärmetauscher mit einem ersten Behälterbereich (10) für ein zu kühlendes oder zu erwärmendes insbesondere chemisch aggressives Medium, wobei in diesem ersten Behälterbereich (10) eine Anzahl rohrförmiger aus einem emaillierten Metall bestehender Leitungen (20) verlaufen, deren innere Hohlräume einen zweiten Behälterbereich für ein zweites, kühlendes und/oder erhitzendes Medium bilden und welche Leitungen (20) durch Öffnungen (15) in einem Rohrboden (14) aus dem ersten Behälterbereich (10) heraus und in eine oder mehrere Kammern (25, 26) mit dem zweiten, kühlenden oder erhitzenden Medium führen, dadurch gekennzeichnet, dass die emaillierten Außenflächen der Leitungen (20) und die Innenflächen der Öffnungen (15) dichtungsfrei und leckfrei im Preßsitz aufeinanderliegen. 1. Heat exchanger with a first container area ( 10 ) for a medium to be cooled or heated, in particular a chemically aggressive medium, wherein in this first container area ( 10 ) a number of tubular lines ( 20 ) consisting of an enamelled metal run, the inner cavities of which form a second container area for a second, cooling and/or heating medium and which lines ( 20 ) lead through openings ( 15 ) in a tube sheet ( 14 ) out of the first container area ( 10 ) and into one or more chambers ( 25 , 26 ) with the second, cooling or heating medium, characterized in that the enamelled outer surfaces of the lines ( 20 ) and the inner surfaces of the openings ( 15 ) lie on one another in a press fit without seals and without leaks. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen durch kryogene Schrumpfung erzeugten Preßsitz handelt. 2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that it is a press fit produced by cryogenic shrinkage. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Leitungen (20) durch eine der Öffnungen (15) in den ersten Behälterbereich (10) hinein und eine der anderen Öffnungen (15) in den gleichen Rohrboden (14) wieder aus dem Behälterbereich (10) herausführt. 3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that each of the lines ( 20 ) leads through one of the openings ( 15 ) into the first container region ( 10 ) and one of the other openings ( 15 ) into the same tube sheet ( 14 ) and out of the container region ( 10 ) again. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Leitungen (20) aus mindestens zwei parallelen, nicht gebogenen Rohrabschnitten (31, 32, 33, 34) und einem dritten eine Biegung von 180° durchführenden und die nicht gebogenen Rohrabschnitte verbindenden Bogenabschnitt (35) besteht. 4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that each of the lines ( 20 ) consists of at least two parallel, non-bent pipe sections ( 31 , 32 , 33 , 34 ) and a third curved section ( 35 ) which performs a bend of 180° and connects the non-bent pipe sections. 5. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (20) mindestens einen relativ kurzen, geraden Rohrabschnitt (31) im Bereich der Durchführung durch die Öffnungen (15) des Rohrbodens (14) und einem an diesen relativ kurzen Rohrabschnitt (31) anschließenden, mit diesem Rohrabschnitt durch Schweißung verbundenen weiteren Rohrabschnitt (33) aufweist, wobei der Verbindungsbereich anschließend lokal erneut emailliert ist. 5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the lines ( 20 ) have at least one relatively short, straight pipe section ( 31 ) in the region of the passage through the openings ( 15 ) of the tube sheet ( 14 ) and a further pipe section ( 33 ) adjoining this relatively short pipe section ( 31 ) and connected to this pipe section by welding, wherein the connection region is subsequently locally re-enamelled. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (20) jeweils zwei relativ kurze, gerade Rohrabschnitte (31, 32) im Bereich der Durchführung durch zwei Öffnungen (15) des Rohrbodens (14) und jeweils daran anschließende, mit den kurzen, geraden Rohrabschnitten (31, 32) durch Schweißung verbundene lange, gerade Rohrabschnitte (33, 34) aufweist, sowie einen fünften, eine Biegung von 180° durchführenden und die langen geraden Rohrabschnitte (33, 34) verbindenden Bogenabschnitt (35) aufweist, wobei die vier Verbindungsbereiche anschließend lokal erneut emailliert werden. 6. Heat exchanger according to claim 4 and 5, characterized in that the lines ( 20 ) each have two relatively short, straight pipe sections ( 31 , 32 ) in the area of the passage through two openings ( 15 ) of the tube sheet ( 14 ) and respectively adjoining long, straight pipe sections ( 33 , 34 ) connected to the short, straight pipe sections ( 31 , 32 ) by welding, and a fifth curved section ( 35 ) which makes a bend of 180° and connects the long, straight pipe sections ( 33 , 34 ), the four connection areas then being locally re-enamelled. 7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emailleschicht auf den Leitungen (20) nur eine Dicke von 500 bis 600 µm außerhalb des Bereiches in oder benachbart zu den Öffnungen (15) besitzt. 7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the enamel layer on the lines ( 20 ) has a thickness of only 500 to 600 µm outside the area in or adjacent to the openings ( 15 ). 8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Rohrboden (14) aus emaillierten Metall besteht, insbesondere in den Innenflächen der Öffnungen (15). 8. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the tube sheet ( 14 ) also consists of enamelled metal, in particular in the inner surfaces of the openings ( 15 ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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