DE1013676B

DE1013676B - Heizkoerper

Info

Publication number: DE1013676B
Application number: DEM18545A
Authority: DE
Inventors: Karl Ebner
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1953-05-11
Filing date: 1953-05-11
Publication date: 1957-08-14
Also published as: FR1100530A

Description

Heizkörper von Eindampf-, Destillier- od. dgl. Apparaten werden oft so ausgebildet, daß das Material für die Heizrohre und die Rohrboden eine andere Zusammensetzung hat als das Material für den Heizmantel. Der Heizmantel besteht z. B. in vielen Fällen aus Eisen oder gummiertem Eisen, wogegen das Rohrmaterial und die Rohrplatten aus Kupfer, Messing oder Edelstahl gefertigt sind.

Beim Anwärmen bzw. im Betrieb treten bei Heizkörpern und Heizmänteln in derartigen Vorrichtungen verschiedene lineare Dehnungen auf. Bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Heizmantel und den Heizrohren und bei geringer Länge der Heizrohre ist die Differenz der Längenänderungen klein. Diese werden in der Konstruktion nicht besonders berücksichtigt. Bei größeren Temperaturunterschieden bzw. Rohrlängen \·οη mehreren Metern können dagegen die Unterschiede in den Längenänderungen nicht außer acht gelassen werden. In solchen Fällen sind in den Heizmantel Dehnungswellen eingebaut, die z. B. ein stärkeres Ausdehnen des Heizmantels gestatten und Dehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Heizkörperteilen ausgleichen sollen. Insbesondere bei außenliegenden Heizkörpern, die mit einem sogenannten Rückström- oder Umlaufrohr versehen sind, entsteht hieraus jedoch der Nachteil, daß beim Dehnen des Mantels eine Überbeanspruchung der Verbindungsrohrleitung eintritt. Ferner genügt in vielen Fällen, z. B. wenn die Heizrohre aus Blei hergestellt werden, die Anordnung einer sogenannten Dehnungswelle nicht, da Blei bekanntlich die Eigenschaft besitzt, nach erfolgter Ausdehnung nicht mehr auf die ursprüngliche Länge — wie dies bei anderen Metallen der Fall ist — zurückzugehen, und Blei außerdem noch den Nachteil hat, bei bestimmten Bedingungen, die man in Heizkörpern nicht ausschalten kann, seine Länge fortlaufend zu verändern, ein Vorgang, den man Kriechen nennt.

Heizkörper mit Bleirohren werden daher, auch wenn Dehnungswellen vorhanden sind, entweder an den Lötstellen überbeansprucht, was zu Undichtigkeiten führt, oder sie werden deformiert und weichen nach verschiedenen Richtungen aus, so daß sie dann nicht mehr gerade, z. B. vertikal, sondern krumm sind.

Der gleiche Nachteil tritt bei Wärmeaustauschern in Erscheinung, bei denen das senkrecht angeordnete Röhrenbündel hängend am oberen Rohrboden befestigt ist und bei denen zwischen dem beweglichen unteren Rohrboden und dem Mantel des Wärmeaustauschers eine Stopfbuchse vorgesehen ist. Der Reibungswiderstand in der Stopfbuchse ist so erheblich, daß die Röhren des Röhrenbündels überbeansprucht werden und sich verbiegen. Außerdem ist es schwierig, die Stopfbuchsen genügend dicht zu bekommen, wenn Heizkörper

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Bockenheimer Anlage 45

Karl Ebner, Oberursel (Taunus),
ist als Erfinder genannt worden

die Rohrboden, wie bei Wärmeaustauschern vielfach üblich, einen erheblichen Durchmesser, z. B. 1 bis 2 m oder mehr, haben.

Bei einem anderen bekannten Wärmeaustauscher werden diese Schwierigkeiten dadurch umgangen, daß um das Röhrenbündel ein zweiter, es dicht umgebender Mantel gelegt und das Röhrenbündel durch eine senkrechte Zwischenwand unterteilt ist. Der zweite Mantel erstreckt sich auf die ganze Länge des Röhrenbündels. Er ist oben fest mit der oberen Rohrplatte verbunden und steht unten auf dem Flansch der unteren Rohrplatte. Die zu erhitzende Flüssigkeit wird oben der einen Hälfe des Röhrenbündels zugeführt, strömt durch diesen Teil der Röhren abwärts und wird beim Austritt aus diesen Röhren in die andere Hälfte des Röhrenbündels unten eingeführt, wobei diese Umlenkung der Flüssigkeit von der einen Hälfte zur anderen des von der Zwischenwand unterteilten Röhrenbündels durch einen nach unten gewölbten Deckel bewirkt wird, der unter der untersten Rohrplatte sich befindet und dessen Ränder mit denen der Rohrplatte flüssigkeitsdicht verbunden sind. Die unterste Rohrplatte mit dem darunterliegenden Deckel ist im unteren Teil des äußeren Wärmeaustauschermantels in axialer Richtung verschieblich, so daß durch diese Verschiebungen Wärmedehnungen des Röhrenbündels und seines inneren Mantels ausgeglichen werden können. Dieser Wärmeaustauscher hat den Nachteil einer verhältnismäßig umständlichen und teuren Bauart, die zudem noch viel Raum beansprucht.

Man hat auch schon bei Röhrenvorwärmern, deren Mantel aus Eisen und deren Röhre aus Messing bestand, die verschiedene Wärmedehnung dieser beiden Baustoffe dadurch ausgeglichen, daß der Abschluß zwischen der oberen Rohrplatte und dem Mantel durch einen gewellten Metallzylinder hergestellt wurde. Dieser Ausgleich der verschiedenen Wärmedehnungen der Baustoffe genügt aber nur bei Wärmeaustauschern

709· 657/286

mit einem einfachen Röhrenbündel. Er reicht indessen nicht aus für Wärmeaustauscher, in denen in der Mitte parallel zur Achse des Röhrenbündels ein mit dem Rohrboden gasdicht und fest verbundenes Zentralrohr von größerem Durchmesser als der der Bündelrohre angeordnet ist. Hier wäre noch eine zweite Ausgleichseinrichtung für das Zentralrohr oder ein in das Zentralrohr mündendes Zuleitungsrohr und eine isolierende Umhüllung zwischen dem Mantel des Wärmeaustauschers und den am Umfang des Bündels liegenden Rohren erforderlich.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Wärmeaustauscher, bei dem das Rohrmaterial verschieden ist von dem Material des Mantels, insbesondere einen Heizkörper mit Bleiberohrung, bei dem die eine Rohrplatte des Rohrbündels zum Ausgleich der verschiedenen Wärmedehnungen von Mantel und Bündel verschieblich angeordnet ist und der mit einem in der Mitte des Rohrbündels parallel zu dessen Achse angeordneten, an sich bekanntem Zentralrohr ausgestattet ist, das mit den Rohrplatten gasdicht und fest verbunden ist. Erfindungsgemäß hat der Wärmeaustauscher einen an sieh bekannten Deckel, der dicht mit der unteren, in der Achsrichtung des Wärmeaustauschers verschieblichen Rohrplatte verbunden, z. B. verschraubt ist und der den Raum unter der Rohrplatte nach unten begrenzt, ferner eine elastische ringförmige Membran, deren äußerer Rand mit dem Rand einer zentralen Öffnung im Boden des Heizmantels dicht verbunden ist und die mit ihrem anderen Rand an einer eine Öffnung im Deckel verschließenden Platte befestigt ist. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß der äußere Druck auf die Platte die Heizrohre von ihrer Beanspruchung durch den Flüssigkeitsdruck im Wärmeaustauscher ganz oder teilweise entlastet. Des weiteren zeichnet sie sich dadurch aus, daß sie leicht und billig herzustellen und gut zu kontrollieren ist und ferner nur einen geringen Raumbedarf hat.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung beispielsweise und schematisch in einem senkrechten Schnitt durch einen Wärmeaustauscher dargestellt.

Zwischen den Rohrplatten 8 und 10 sind die Heizrohre, z. B. Bleirohre 9, eingebaut. Der Heizkörper kann mit seiner oberen Rohrplatte unmittelbar an den Verdampferkörper angeschraubt werden. Er befindet sich dann also direkt unterhalb des Verdampferkörpers, was den Vorteil hat, daß ein oberer Deckel für den Heizkörper eingespart werden kann. An der unteren Rohrplatte 10 ist der Deckel 11 befestigt. Er hat eine Öffnung 17, die durch die Platte 15 verschlossen ist. Im Innern des Heizkörpers befindet sich ein an sich bekanntes Rückströmrohr 12, ζ. Β. ebenfalls aus Blei, zum Zirkulieren der Flüssigkeit. Zwischen dem Deckel 16 des Heizmantels 13 und dem Deckel 11 ist die elastische Gummimembran 14 eingefügt. An dem Anschlußblech 15 des inneren Deckels 11 kann nun beispielsweise die Entleerung angebracht werden bzw. Ventile oder auch Leitungen zum Einführen von Luft oder Gasen, die das Zirkulieren der Flüssigkeit bewerkstelligen. Die ringförmige Membran 14 umgibt mit ihrem unteren Rand eine öffnung im Boden 16 und ist flüssigkeitsdicht am Boden 16 befestigt, während der obere Rand der Membran den Rand der Platte 15 ebenfalls flüssigkeitsdicht umgibt. Außer dem Vorteil, daß die Entleerung bzw. an der Platte 15 angebrachte sonstige Armaturen ein freies Bewegen der Heizrohre infolge der Gummimembran 14 gestatten, erhält man z. B. bei Vakuumverdampfern je nach der Größe der Platte 15 eine mehr oder weniger weitgehende Entlastung der Heizrohre von dem Flüssigkeitsgewicht. Das Gewicht der Flüssigkeit wirkt sich auf den Deckel 11 als ein Druck nach unten aus, wogegen die äußere Atmosphäre, die auf die Fläche der Platte 15 drückt, als äußerer Überdruck eine nach oben gerichtete Kraft darstellt. Je nach der Größe der Fläche des Deckels 15 kann man nun die nach oben wirkende Kraft gleich groß halten wie die nach unten wirkende Kraft der Flüssigkeit, so daß auch bei dieser Anordnung die Heizrohre ebenfalls vollkommen von dem Flüssigkeitsdruck entlastet sind. 19 ist die Zuführung für das Heizmaterial, 20 die Abführung für das Heizmittelkondensat.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann gegebenenfalls unter Vornahme der für den einzelnen Fall erforderlichen Änderungen auch für beliebige andere als Eindampfzwecke, z. B. Vorwärmezwecke, verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Wärmeaustauscher, bei dem das Rohrmaterial verschieden ist von dem Material des Mantels, insbesondere Heizkörper mit Bleiberohrung, bei dem die eine Rohrplatte des Bleiröhrenbündels zum Ausgleich der verschiedenen Wärmedehnung von Mantel und Bündel verschieblich angeordnet ist, mit einem in der Mitte des Röhrenbündels parallel zu dessen Achse angeordneten Zentralrohr, das mit den Rohrplatten gasdicht und fest verbunden ist, gekennzeichnet durch einen dicht mit der unteren, in der Achsrichtung des Wärmeaustauschers verschieblichen Rohrplatte verbundenen, z. B. aufgeschraubten, an sich bekannten Deckel (11), der den Raum unter der unteren Rohrplatte abschließt, und eine elastische, ringförmige Membran (14), deren äußerer Rand mit dem Rand einer zentralen Öffnung im Boden (16) des Heizmantels (13) dicht verbunden ist und die mit ihrem anderen Rand an einer eine öffnung (17) im Deckel (11) verschließenden Platte (15) befestigt ist, so daß der äußere Druck auf die Platte (15) die Heizrohre von Zugbeanspruchung ganz oder teilweise entlastet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 41206, 580 017, 829 173, 835 176, 890 349;

britische Patentschrift Nr. 619 585.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 65I/2K 8.57