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Wärmeaustauscher, insbesondere für flüssige Medien, die nicht miteinander
in Berührung kommen dürfen Bei Wärmeaustauschern müssen in manchen Fällen besondere
Vorkehrungen dafür getroffen werden, daß sich die wärmetauschenden Medien auch bei
einem etwaigen Undichtwerden von Trennwänden, Rohren od. dgl. nicht miteinander
vermischen können. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn mindestens eines
der wärmetauschenden Medien besonders wertvolle Eigenschaften aufweist und entsprechend
teuer ist und eine Trennung der beiden Medien nicht ohne weiteres oder nur auf umständliche
Weise und unter Aufwendung erheblicher Kosten möglich ist. Ein zuverlässiges Auseinanderhalten
der wärmetauschenden Medien ist ferner dann unerläßlich, wenn eines der beiden Medien
radio aktive Eigenschaften aufweist, so daß bei einem etwaigen Undichtwerden der
Trennwände eine radioaktive Verseuchung des anderen Mediums zu befürchten ist. Dieser
Fall ist beispielsweise bei Kühlanlagen für schweres Wasser gegeben, das radioaktive
Teilchen enthalten und außerdem bei einer etwaigen Vermischung mit dem beispielsweise
aus Wasser bestehenden Kühlmedium nur auf sehr umständliche Weise wieder rein dargestellt
werden kann. Ferner ist eine sehr sorgfältige Trennung der beiden wärmetauschenden
Medien dann notwendig, wenn es bei einer etwaigen Vermischung der beiden Medien
zu einer nicht mehr rückgängig zu machenden chemischen Reaktion kommt, so daß die
miteinander vermischten Medien nicht mehr getrennt werden können. In besonderem
Maße gilt dies schließlich für den Fall, daß eine derartige chemische Reaktion explosionsartig
verläuft oder verlaufen kann, so daß unter Umständen mit einer Zerstörung der Wärmeaustauscheranlage
oder sogar einer Gefährdung von Menschenleben gerechnet werden muß.
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Zur Verhütung einer Vermischung von wärmetauschenden Medien sind
bereits Wärmeaustauscher bekannt, bei welchen die von einem der wärmetauschenden
Medien durchströmten Rohre vorzugsweise koaxial und mit radialem Abstand von Mantelrohren
umschlossen sind, welche außenseitig von dem anderen wärmetauschenden Medium beaufschlagt
sind, wobei die durch die Innen- und Mantelrohre gebildeten Ringräume mit einem
wärmeleitenden Füllmittel angefüllt und an wenigstens ein Undichtigkeiten anzeigendes
Kontrollgerät angeschlossen sind. Die zwischen den Innen- und Mantelrohren verbleibenden
Ringräume sind bei dieser bekannten Bauart mit einem flüssigen oder gasförmigen
Zwischenmedium gefüllt, wobei die offen ausgebildeten Enden der Ringräume ferner
über Zu- und Abflußleitungen an eine gemeinsame Umwälzpumpe angeschlossen sein können,
durch welche eine ständige Strömung des
Zwischenmediums aufrechterhalten wird. Durch
das in diesen Kreislauf eingeschaltete Kontrollgerät wird zwar ein Undichtwerden
der Rohre und eine damit eintretende Vermischung des gasförmigen oder flüssigen
Zwischenmediums mit einem der beiden wärmetauschenden Medien rechtzeitig angezeigt,
doch liegt ein Nachteil dieser bekannten Bauart darin, daß bei Verwendung eines
gasförmigen Zwischenmediums nur ein vergleichsweise schlechter Wärmeübertragungswirkungsgrad
erzielt werden kann, während der demgegenüber bessere Wärmeübertragungswirkungsgrad
bei Verwendung eines flüssigen Zwischenmediums im Falle eines Undichtwerdens mit
der Schwierigkeit einer meist sehr umständlichen und daher teuren Trennung des sich
hierbei mit einem der beiden wärmetauschenden Medien vermischenden Zwischenmediums
erkauft werden muß.
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Bei Wärmeaustauschern für andere Zwecke, nämlich bei Heizeinrichtungen,
die als Auspufliieizung für Kraftfahrzeuge dienen, ist es zwar bekannt, die einander
zugekehrten Wandflächen des Auspuffrohres und eines dieses koaxial umgebenden, zur
Führung eines regelbaren Kühlluftstromes dienenden Rohres, das außenseitig die Aufwärmung
des Frischluftstromes bewirkt, durch eine den von ihnen eingeschlossenen Ringraum
im wesentlichen ausfüllende feste Zwischenschicht mäßiger Porosität wärmeleitend
zu verbinden, wobei das Zwischenrohr bzw. der durch dieses hindurchgeleitete Kühlmittelstrom
bei Rissen oder porösen Stellen im Auspuffrohr ein Eindringen
der
Auspuffgase in das Fahrzeuginnere verhindert, doch dient der Kühlmittelstrom hierbei
gerade dem Zweck einer Verminderung des Wärmeaustausches zwischen Auspuffgasen und
Frischluft und hat überdies auch nicht die Funktion eines Kontrollmediums, das in
Verbindung mit einem an dieses angeschlossenen Kontrollgerät schnellstmöglich auftretende
Undichtigkeiten anzeigen soll.
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Die Verwendung wärmeleitender poröser Füllstoffe zwischen koaxial
ineinandergeschobenen Innen- und Mantelrohren ist ferner auch bereits bei Röhrenkühlern
für die Gewinnung von Schwefelsäure aus Gasen bekannt, doch dient diese Kombination
hierbei der Zweckbestimmung, die aus keramischem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit,
aber hoher chemischer Festigkeit bestehenden Innenrohre durch die diese unter Zwischenschaltung
der Füllmasse umgebenden Außenrohre aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit und
Dehnung, wie z. B. Eisen, zu bewehren. Zwar wird auf diese Weise eine Vermischung
der miteinander im Austausch stehenden Medien bei Undichtigkeiten nur eines der
Rohre ebenfalls verhindert, doch ist der mit der Füllmasse ausgefüllte Ringraum
zwischen den Rohren nicht für die Aufnahme eines Zwischenmediums, insbesondere nicht
zur Durchleitung eines Kontrollgases vorgesehen.
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Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der eingangs an erster Stelle
behandelten bekannten Wärmeaustauscher für insbesondere flüssige Medien, die nicht
miteinander in Berührung kommen oder vermischt werden dürfen, unter Vermeidung der
diesen anhaftenden Nachteile und kennzeichnet sich dadurch, daß die einander zugekehrten
Wandflächen der Innen- und Mantelrohre in an sich bekannter Weise durch eine den
von ihnen eingeschlossenen Ringraum im wesentlichen ausfüllende feste Zwischenschicht
mäßiger Porosität wärmeleitend verbunden sind und innerhalb der mit den wärmetauschenden
Medien nicht reagierenden, ein hohes Wärmeleitvermögen aufweisenden, vorzugsweise
aus durch Druck verfe stigtem Graphitpulver bestehenden Zwischen schicht ein sich
über die ganze Rohrlänge erstreckender Längskanal kleinen Querschnitts ausgespart
ist.
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Die Mantel- und Kernrohr verbindende poröse Zwischenschicht hat nicht
nur ein gegenüber Gas oder flüssigen Medien erheblich höheres Wärmeleitvermögen,
sondern besitzt auch ein ausreichendes Porenvolumen, um den durch Undichtigkeiten
etwa in den Ringraum eintretenden wärmetauschenden Medien das Hindurchsickern bis
zu dem Längskanal zu ermöglichen, mittels welchen sie über den im ständigen Kreislauf
bewegten Kontrollgasstrom ohne jede weitere Behinderung schnellstmöglich dem Kontrollgerät
zugeführt werden können. Die vorstehend angegebenen Vorteile treffen namentlich
für eine Zwischenschicht aus durch Druck verfestigtem Graphitpulver zu, deren Porenvolumen
zwar groß genug ist, um ein rasches Durchsickern einer etwa von außen eintretenden
Flüssigkeit auf Grund von Kapillarwirkung zu gewährleisten, das aber andererseits
nicht zu einer Beeinträchtigung des diesem Stoff. von Natur aus anhaftenden ausgezeichneten
Wärmeleitvermögens führt. Eine ähnliche Wirkung wie durch Druck verfestigtes Graphitpulver
weist auch z. B.
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Hartbrandkohle sowie außerdem gesintertes Metallpulver auf, welch
letzteres eine erheblich bessere Wärmeübertragung bewirkt als beispielsweise lose
in
den Ringraum eingefüllte Metallspäne oder Metallpulver, bei denen die lose Bindung
eine erhebliche Beeinträchtigung des bei massiven Metallen an sich sehr guten Wärmeleitvermögens
nach sich zieht.
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Die Verwendung von durch Druck verfestigtem Graphitpulver oder Hartbrandkohle
hat neben dem besonders guten Wärmeleitvermögen dieser Stoffe den für viele Anwendungsfälle
wichtigen weiteren Vorteil, daß sie einen wirksamen Schutz gegen radioaktive Strahlung
bieten und daß sie ferner eine sehr geringe chemische Affinität besitzen und daher
bei den verschiedensten wärmetauschenden Medien verwendet werden können, ohne daß
eine chemische Reaktion zwischen diesen und der porösen Zwischenschicht bzw. eine
Zersetzung der wärmetauschenden Medien und/oder der Zwischenschicht befürchtet zu
werden braucht.
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Zur Erzielung einer besonders guten wärmeleitenden Verbindung kann
es sich empfehlen, die Zwischenschicht pulverförmig in den Ringraum einzufüllen
und in an sich bekannter Weise durch Aufweiten des Innenrohres unter gleichzeitiger
Befestigung mit ineinander zugekehrten Wandflächen des Innen- und Mantelrohres zu
verfestigen.
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Der in der festen Zwischenschicht ausgesparte Längskanal kleinen
Querschnitts führt nicht zu einer spürbaren Beeinträchtigung des bei Verwendung
von verfestigtem Graphitpulver beispielsweise gegenüber Eisen etwa doppelt so guten
Wärmeübergangs zwischen Innen- und Mantelrohr, zumal sich dieser nur über einen
geringen Teil der radialen Höhe des Ringraumes zu erstrecken braucht, um seinen
Zweck, nämlich die schnelle Ableitung der bei Undichtigkeiten etwa in den Ringraum
eingetretenen Mengen wärmetauschender Medien, zu erfüllen.
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Bei Heißwasserbereitern ist es an sich bekannt, den Innenraum zwischen
den Heizelementen und dem Außenmantel mit einer porösen Metallschicht auszufüllen,
welche in Längsrichtung mit Durchlaßkanälen kapillarer Größe für das zu erhitzende
Wasser versehen ist, um auf diese Weise eine möglichst große wärmeübertragende Oberfiäche
zu schaffen, durch die das Wasser schnell erhitzt wird.
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Abgesehen jedoch davon, daß die hierbei verwendeten porösen Metallschichten
aus den bereits erörterten Gründen einen erheblich schlechteren Wärmeübergang als
unter Druck verfestigtes Graphitpulver oder gesintertes Metallpulver haben, ist
die Funktion dieser porösen Zwischenschicht hierbei insofern eine andere, als die
Wärme von den Elektro-Heizkörpern unmittelbar an die die Kapillarkanäle durchströmende
Flüssigkeit übertragen werden soll.
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Die diesem bekannten Vorschlag gegenüber wesentlich größer bemessenen,
in der Zwischenschicht ausgesparten Längskanäle sind zweckmäßig jeweils im unteren
Bereich der Ringräume vorgesehen und erstrecken sich in ihrer Höhe nur über einen
Teil der Wandstärke der Zwischenschicht, wobei ihr Querschnitt insgesamt etwa 2
bis 5 0/G des Querschnitts des zwischen Innen- und Mantelrohr vorhandenen Ringraumes
ausmacht.
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Ausgehend von dem bekannten Wärmeaustauscher, bei welchem die von
einem gasförmigen Medium durchströmten Ringräume an beiden Enden in Verteiler- bzw.
Sammelkammern münden, die über eine Kontrolleitung miteinander verbunden sind, in
welche eine Umwälzpumpe sowie mindestens ein Kontroll-und/oder Meßgerät eingeschaltet
sind, sind die in der
festen Zwischenschicht ausgesparten Längskanäle
erfindungsgemäß in den Kreislauf eines ausschließlich dem Transport etwa in die
Ringräume durch Undichtigkeit eingedrungener Mengen der wärmetauschenden Medien
dienenden Kontrollgasstromes eingeschaltet, welcher aus einem mit den wärmetauschenden
Medien chemisch nicht reagierenden bzw. keine Lösung eingehenden sowie eine einfache
Trennung zulassenden, vorzugsweise inerten Gas, z. B. Helium, gebildet ist. Je nach
der Art der verwendeten wärmetauschenden Medien werden auch verschiedene Kontrollgeräte
oder Meßeinrichtungen verwendet, beispielsweise Feuchtigkeitsmesser, Geräte zur
Messung radioaktiver Strahlung oder der elektrischen Leitfähigkeit, Druckmeßgeräte,
chemisch reagierende Kontrolleinrichtungen, die bei Berührung mit den wärmetauschenden
Medien ihre Farbe ändern, od. dgl. Mit derartigen Kontroll- und Meßeinrichtungen
kann ferner eine Warn- oder Alarmanlage verbunden werden, so daß unabhängig von
der laufenden Überwachung der Kontroll- und Meßeinrichtungen ein etwaiges Undichtwerden
der Wärmeaustauscherrohre optisch oder akustisch angezeigt wird.
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Obwohl in manchen Fällen als Kontrollgas Luft verwendet werden kann,
dürften in der Regel inerte Gase, beispielsweise Stickstoff, CO2, Helium od. dgl.,
vorzuziehen sein.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen Wärmeaustauscher im Längsschnitt, Fig. 2
einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie
III-III der Fig. 2, Fig. 4 ein Feuchtigkeitsmeßgerät in schematischer Darstellung,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Wärmeaustauschers, teils im Längsschnitt,
teils in der Ansicht, Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5, teils im Schnitt, Fig.
7 einen Ausschnitt aus Fig. 5 in größerem Maßstab, Fig. 8 einen Schnitt nach der
Linie VIII-VIII der Fig. 7.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Röhrenwärmeaustauscher für die Kühlung
schweren Wassers (D2 0), bei welchem als Kühlmedium Wasser Verwendung findet. Der
Wärmeaustauscher besteht aus einem Röhrenkessel, dessen zylindrischer Teil 1 im
Bereich seiner beiden Endabschnitte mit einem Eintrittsstutzen pa und einem Austrittsstutzen
lb für das Kühlmedium ausgerüstet ist, die etwa auf gleicher Mantellinie angeordnet
sind. Der zylindrische Teil 1 des Röhrenkessels ist in seinem mittleren Bereich
mit einer in Umfangs richtung verlaufenden Dehnungsfalte lc versehen, die zum Ausgleich
von durch Temperaturwechsel eintretenden Längenänderungen vorgesehen ist. Im Inneren
des zylindrischen Mittelabschnitts 1 des Röhrenkessels sind in etwa gleichen Abständen
angeordnete, quer verlaufende Umlenkwände 2 für das Kühlmedium vorgesehen, welche
abwechselnd im mittleren und äußeren Querschnittsbereich des Kessels Durchbrechungen
aufweisen.
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Durch diese Umlenkwände 2 erfährt die Kühlflüssigkeit - wie in Fig.
1 durch Pfeile angedeutet - zwischen dem Eintrittsstutzen 1 a und dem Austrittsstutzen
1 b eine mehrfache Umlenkung.
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An beiden Stirnenden des zylindrischen Mittelteils 1 sind jeweils
zwei parallel und im Abstand zueinander angeordnete Rohrböden 3 a, 4 a bzw. 3 b,
4 b vorgesehen, welche durch kurze Zylinderabschnitte id, 1 e von einem dem mittleren
Abschnitt 1 des Röhrenkessels entsprechenden Durchmesser miteinander verbunden sind.
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Die äußere Stirnfläche des Rohrbodens 4 a wird von einer Endkammer
5 überdeckt, deren obere Hälfte als eine mit einem Eintrittsstutzen 6 a ausgerüstete
Verteilerkammer 6 für das zu kühlende Medium ausgebildet ist. Die durch eine Zwischenwand
5 a abgetrennte untere Hälfte der Endkammer 5 dient als mit einem Austrittsstutzen
7a ausgerüstete Sammelkammer 7 für das zu kühlende flüssige Medium. Der am anderen
Ende des Röhrenkessels vorgesehene Rohrboden 4b ist durch eine kugelschalenartige
Umlenkkammer 8 überdeckt.
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Im Inneren des Röhrenkessels ist eine größere Anzahl von etwa parallel
und untereinander in gleichen Abständen angeordneten doppelwandigen Wärmeaustauscherrohren
9 angeordnet, deren im Querschnitt kreisförmige Innenrohre 9 a von koaxial angeordneten
Mantelrohren 9 b mit radialem Abstand umschlossen sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich,
ist der Innenradius der Mantelrohre 9 b etwa doppelt so groß wie der der Innenrohre
9 a. Ferner besitzen die Mantelrohre eine etwa doppelt so große Wandstärke wie die
Innenrohre 9 a. Selbstverständlich sind auch andere Abmessungsverhältnisse möglich,
wobei ferner an Stelle von im Querschnitt kreisförmigen Rohren auch solche anderer
Querschnittsformen, beispielsweise von ovalem, elliptischem, quadratischem oder
rechteckigem Querschnitt, Verwendung finden können.
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Obwohl eine koaxiale Anordnung des Innenrohres 9 a und des Mantelrohres
9b eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, kann im Bedarfsfalle auch eine andere
Anordnung der beiden einander umschließenden Rohre 9 a, 9 b gewählt werden.
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Die Innenrohre 9 a und die Mantelrohre9b können aus Aluminium, aus
V2 A-Stahi oder aus einem anderen gegenüber den wärmetauschenden Medien korrosionsfesten
Material bestehen. Die Innenrohre 9 a sind - wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich -
durch Einwalzen oder Einschweißen in den äußeren Rohrböden 4a, 4b befestigt und
mit diesen dichtend verbunden.
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Die Mantelrohre 9b sind in der gleichen Weise mit den inneren Rohrböden
3 a, 3 b verbunden.
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Der zwischen den Innenrohren 9 a und den Außenrohren 9b verbleibende
Ringraum ist - wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich - in dem zwischen den einander zugekehrten
Wandungen der Rohrböden 3 a, 3 b liegenden Bereich durch eine feste Zwischenschicht
10 hohen Wärmeleitvermögens und mäßiger Porosität ausgefüllt, welcher ferner eine
möglichst geringe chemische Affinität zu den mit ihr gegebenenfalls in Berührung
kommenden Medien besitzt. Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Zwischenschicht 10 aus Hartbrandkohle.
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Diese Hartbrandkohle besitzt eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit,
während sie andererseits ein Porenvolumen von etwa 5 bis 100/ob aufweist, so daß
sie eine ausreichende Durchlässigkeit für gasförmige und flüssige Medien besitzt.
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An Stelle von Hartbrandkohle kann selbstverständlich auch ein anderer
Werkstoff hohen Wärmeleitvermögens und mäßiger Porosität Verwendung finden, beispielsweise
durch Druck und/oder einen Kleber
verfestigtes Graphitpulver, gesintertes
Metallpulver, durch Druck und/oder einen Kleber verfestigter Quarzsand oder ein
ähnliches verfestigtes, körniges Material hohen Wärmeleitvermögens, welches nach
der Verfestigung eine gewisse Porosität aufweist.
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Zur Erzielung einer besonders guten wärmeleitenden Verbindung zwischen
dem Innenrohr 9 a und dem Mantelrohr 9 b empfiehlt es sich, nach dem Einbringen
der wärmeleitenden Zwischenschicht 10 das Innenrohr 9 a z. B. durch hydraulischen
oder pneumatischen Druck aufzuweiten, derart, daß die Zwischenschicht 10 zwischen
den einander zugekehrten Wandungen von Innen- und Mantelrohr eingespannt ist. Die
Verfestigung der Zwischenschicht 10 kann hierbei bereits vor dem Einbringen in den
Ringraum zwischen den beiden einander umschließenden Rohren oder aber erst nach
dem Einbringen -beispielsweise beim Aufweiten der Innenrohre 9 a -erfolgen.
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Bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
gesamte Ringraum zwischen Innenrohr 9 a und Mantelrohr 9b bis auf einen in seinem
unteren Bereich vorgesehenen, sich über die ganze Rohrlänge erstreckenden Längskanal
vollständig durch die Zwischenschicht 10 ausgefüllt. Der Längskanal 11 erstreckt
sich hierbei in seiner Höhe über den gesamten radialen Abstand der Rohre 9 a, 9
b, während seine in Umfangsrichtung gemessene Breite sich auf etwa 4 bis 5e/o des
Innenumfangs des Mantelrohres 9 b erstreckt. Selbstverständlich ist es möglich,
an Stelle eines Längskanalsll auch zwei oder gegebenenfalls auch drei in geringem
seitlichem Abstand parallel nebeneinander angeordnete Längskanäle zu verwenden,
welche dann einen entsprechend kleineren Querschnitt besitzen können sowie sich
nur über einen Teil der Wandstärke der Zwischenschicht 10 erstrecken.
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Das bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel aus
schwerem Wasser bestehende zu kühlende Medium durchströmt die Innenrohre 9 a in
der oberen Hälfte des Wärmeaustauschers in Pfeilrichtung x, wird anschließend in
der Umlenkkammer 8 in Pfeilrichtung xt umgelenkt und durchfließt anschließend die
Innenrohre 9a in der unteren Hälfte des Wärmeaustauschers in entgegengesetzter Richtungx.).
Das die Mantelrohre9b außenseitig beaufschlagende Kühlwasser durchffießt zufolge
der Umlenkung durch die Trennwände 2 den Innenraum des Röhrenkessels im Kreuzgegenstrom
zu dem in den Innenrohren 9 a geführten schweren Wasser.
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Bei einem etwaigen Undichtwerden der Innenrohre 9 a oder der Mantelrohre
9 b gelangt das durch die Rohrwandungen in die wärmeleitende Zwischenschicht 10
eingedrungene wärmetauschende Medium zufolge der Porosität der Zwischenschicht innerhalb
kurzer Zeit in den im unteren Bereich des Ringraumes vorgesehenen Längskanal 11,
durch welchen es zu einem oder beiden Enden des Doppelrohres 9 abfließen kann. Bei
dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 bis 4 münden die Längskanäle 11 sämtlicher Doppelrohre
9 an beiden Enden in eine gemeinsame Sammeikammer 12a, 12 b für das bei Undichtigkeiten
der Rohrwandungen durchtretende Medium. In manchen Fällen genügt es indessen, nur
an einem Ende der Doppelrohre 9 eine Sammelkammer vorzusehen, wobei es ferner möglich
ist, an einem oder beiden Enden der Rohre mehrere voneinander getrennte Sammelkammern
vorzusehen, an welche die Längs-
kanäle von jeweils nur einem Teil der Doppelrohre
9 des Wärmeaustauschers angeschlossen sind. Jede Sammelkammer 12 a, 12 b ist mit
einer Abflußleitung 13 bzw. 13 a für das bei Undichtigkeiten in den Ringraum der
Doppelrohre 9 eintretende Medium ausgerüstet.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Sammelkammern
12 a, 12 b durch die Abflußleitungen 13, 13 a miteinander verbunden. In die Leitungen
13, 13 a sind ein Lüfter 14 sowie ein Feuchtigkeitsmeßgerät 15 eingeschaltet. Durch
den Lüfter 14 wird ein gasförmiges Medium (beispielsweise Luft) ständig durch die
Leitungen 13, 13 a sowie die Längskanäle 11 der Doppelrohre 9 in Strömungsrichtung
y umgewälzt. Die Kammer 12 a der Ausführungsform gemäß Fig. 1 dient somit als Verteilerkammer
für das die Längskanäle 11 der Doppelrohre 9 durchströmende gasförmige Medium. Bei
einem etwaigen Durchtreten eines der beiden wärmetauschenden flüssigen Medien in
die Zwischenschicht 10 bzw. den Längkanalll zeigt das Feuchtigkeitsmeßgerät 15 sofort
eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des umgewälzten gasförmigen Mediums an.
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Als Feuchtigkeitsmeßgerät kann beispielsweise ein Hygrometer, ein
Trockenfeuchttermometer oder eine Waage mit hygroskopischen Stoffen Verwendung finden.
Ferner ist es möglich, einen Feuchtigkeitsanzeiger zu verwenden, der einen hygroskopischen
Stoff enthält, der bei auftretender Feuchtigkeit seine Farbe verändert und dadurch
Undichtigkeiten der Rohre 9 a, 9 b anzeigt. Schließlich kann an Stelle eines Feuchtigkeitsanzeigers
oder Meßgerätes 15 auch ein in anderer Weise ausgebildetes Kontrollgerät Verwendung
finden, welches auf bestimmte Eigenschaften der wärmetauschenden Medien reagiert,
beispielsweise ein Gerät zur Messung radioaktiver Strahlung oder der elektrischen
Leitfähigkeit des von dem Lüfterl4 umgewälzten Mediums. Selbstverständlich ist die
Leitung 13, 13 a mit mindestens einem Abíiußhahn versehen, um gegebenenfalls in
den Kreislauf des umgewälzten gasförmigen Mediums eingedrungene Flüssigkeit ablassen
zu können.
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Wie in den Fig. 4 angedeutet, ist es jedoch auch möglich, jede der
beiden Sammelkammern 12 a, 12 b jeweils nur mit einem Abfluß 13 zu versehen, der
mit einem von Hand verstellbaren Abflußhahn 16 ausgerüstet ist. Dem Abflußhahn 16
ist ein Schauglas 17 vorgeschaltet, welches das Eindringen von Flüssigkeit in den
Ringraum der Doppelrohre 9 anzeigt. In das Schauglas 17 kann im Bedarfsfalle auch
ein chemisch reagierender Stoff eingebracht werden, welcher bei eingedrungenem Austauschmedium
seine Farbe ändert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 8 sind zwei Wärmeaustauscherelemente
18 a, 18 b etwa parallel und im Abstand übereinander angeordnet.
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Die Wärmeaustauscherelemente 18 a, 18 b besitzen jeweils einen Blechmantel
19, welcher an beiden Stirnenden durch je einen Rohrboden 20a, 20b abgeschlossen
ist. Im mittleren Bereich der Wärme aus tauscherelemente 18 a, 18 b ist eine quergerichtete
Trennwand 20 c vorgesehen.
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Der Rohrboden 20a des oberen Elementes 18 a wird auf seiner gesamten
Außenfläche von einer langgestreckten Verteilerkammer 21 überdeckt, welche mit einem
Eintrittsstutzen 21 a für das beispielsweise aus Wasser bestehende Kühlmedium versehen
ist.
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Der an dem gegenüberliegenden Stirnende des
Wärmeaustauscherelementes
18a vorgesehene Rohrboden 20 b wird durch eine Sammelkammer 22 überdeckt, welche
durch einen Rohrkrümmer 23 mit einer dem Rohrboden 20 b des unteren Wärmeaustauscherelementes
18 b vorgeschalteten Verteilerkammer 24 verbunden ist. An den Rohrboden 20 a des
unteren Elementes 18 b schließt sich eine Sammelkammer 25 an, aus welcher das Kühlmedium
über einen Austrittsstutzen 25 a abfließen kann.
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In den Rohrböden 20a, 20b sind mehrwandige Wärmeaustauscherrohre
26 mit ihren Innenrohren 26 a unter Bildung einer dichtenden Verbindung eingewalzt
oder eingeschweißt. Die Innenrohre 26 a sind von koaxial angeordneten Mantelrohren
26b umschlossen, wobei der zwischen Innen- und Mantelrohren verbleibende Ringraum
nahezu auf gesamter Länge der Mantelrohre 26b durch eine wärmeleitende, poröse Zwischenschicht
10 ausgefüllt ist.
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Die Mantelrohre 26 b sind ihrerseits auf ganzer Länge von einem vorzugsweise
koaxial angeordneten Außenrohr 26 c mit radialem Abstand umschlossen, wobei die
Enden der Außen- und Mantelrohre dichtend miteinander verbunden, beispielsweise
verschweißt sind. Die Mantelrohre 26b und die Außenrohre 26c schließen somit eine
stimseitig geschlossene Ringkammer 27 zwischen sich ein, welche über Verbindungsleitungen
28 a, 28b mit einer Zuleitung 29 a bzw. einer Abflußleitung 29b für das beispielsweise
aus schwerem Wasser bestehende, zu kühlende Medium angeschlossen sind. Das zu kühlende
Medium durchströmt somit die Ringkammer 27 der Wärmeaustauscherrohre 26 in dem oberen
Element 18 a im Gleichstrom zu dem in Strömungsrichtung s fließenden Kühlmedium,
während im unteren Wärmeaustauscherelement 18 b die Ringkammer 27 der Rohrelemente
26 im Gegenstrom zu dem in Richtung s2 fließenden Kühlmedium von dem zu kühlenden
Medium durchströmt werden.
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Der Ringquerschnitt der Ringkammer 27 richtet sich nach der Menge
und der geforderten Temperaturabsenkung des zu kühlenden Mediums, wobei gegebenenfalls
ein wesentlich geringerer radialer Abstand der Rohre 26 b, 26c gewählt werden kann
als bei dem in Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In der festen Zwischenschicht 10 hohen Wärme leitvermögens und mäßiger
Porosität, die ähnlich ausgebildet ist wie bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel, ist im unteren Querschnittsbereich ein sich über seine gesamte
Länge erstreckender Längskanal 11 vorgesehen, welcher im Gegensatz zu der Ausführungsform
nach Fig. 1 bis 4 als Kehlnut ausgebildet ist und sich in der Höhe nur über den
unteren Teil der Wandstärke der Zwischenschicht 10 erstreckt. Der Querschnitt des
Längskanals 11 beläuft sich nur etwa auf 2 bis 3°/o des gesamten von den Rohren
26 a, 26 b eingeschlossenen Ringquerschnitts.
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Durch diese Ausbildung des Längskanals 11 ergibt sich eine besonders
geringe Beeinträchtigung des Wärmeübergangs im unteren Bereich der wärmeleitenden
Zwischenschicht 10.
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Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich, sind die zwischen den Innenrohren
26 a und den Mantelrohren 26 b verbleibenden Ringräume stirnseitig offen ausgebildet
und münden in den Innenraum 30 der Ummantelung 19, 20a, 20b der Wärmeaustauscherelemente
18 a, 18 b. Der Innenraum 30 der Wärmeaustauscherelemente 18 a, 18 b, der mit Luft
oder
einem anderen mit den wärmetauschenden Medien nicht reagierenden Gas gefüllt
ist, dient somit als Sammelbehälter für das bei einem Undichtwerden der Rohre 26
a, 26b in die poröse Zwischenschicht durchtretende und über die Längskanäle 11 zu
den Stirnenden der Rohre abfließende Austauschmedium.
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An den Innenraum 30 der Wärmeaustauscherelemente 18 a, 18 b sind Abflußstutzen
31 a, 31b angeschlossen, durch welche das gegebenenfalls eingedrungene wärmetauschende
Medium abfließen kann. Die Abflußstutzen 31 a, 31 b können gemäß Fig. 4 mit einem
Abflußhahn 16 und einem diesem vorgeschalteten Schauglas 17 ausgerüstet werden.
Ferner ist es möglich, beide Abflußstutzen 31 a, 31b gemäß Fig. 1 durch eine mit
Kontroll- bzw. Meßeinrichtungen versehene Leitung 13, 13 a miteinander zu verbinden.
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Die nebeneinander angeordneten Wärmeaustauscherrohre der Elemente
18 a, 18 b sind - wie aus Fig. 6 ersichtlich - in der Höhe gegeneinander versetzt
angeordnet sowie ferner auf ganzer Länge von dem als Sammelbehälter dienenden Innenraum
30 der Wärmeaustauscherelemente 18 a, 18 b umschlossen.
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Durch die Trennwand 20c wird der Innenraum 30 unterteilt, so daß bei
der Umwälzung eines gasförmigen Mediums entsprechend der in Fig. 1 dargestellten
Anordnung dieses gezwungen wird, durch die Längsnut 11 der wärmeleitenden porösen
Zwischenschicht 10 hindurchzuströmen. Auch bei einem etwaigen Undichtwerden der
Außenrohre 26c gelangt das durchtretende, wärmetauschende Medium in den Innenraum
30 der Wärmeaustauscherelemente 18 a, 18 b bzw. über die Abflußstutzen 31 a, 31b
zu den jeweils vorgesehenen Kontroll- oder Meßgeräten, so daß ein derartiger Schaden
sofort erkannt wird.
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Die außenseitig des Mantelrohres 26 h vorgesehene Ringkammer 27 kann
gegebenenfalls durch in Längsrichtung der Rohre verlaufende Trennwände unterteilt
sein, wobei es ferner möglich ist, am Außenumfang des Mantelrohres 26b eine oder
mehrere getrennte Kammern für die Führung des zu kühlenden Mediums vorzusehen, welche
das Mantelrohr 26 b nur auf einem Teil seines Umfangs umschließen. Beispielsweise
ist es möglich, bei Verwendung von Innen- und Mantelrohren mit quadratischem oder
rechteckigem Querschnitt nur auf zwei gegenüberliegenden Umfangs seiten des Mantelrohres
oder auf allen vier Umfangsseiten voneinander getrennte, im Querschnitt rechteckige
Kammern für die Führung des zu kühlenden Mediums vorzusehen.
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Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgedanke auch dann anwenden,
wenn eines der beiden wärmetauschenden Medien oder beide gasförmig sind.