DE1601167C3 - Mischwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischwärmetauscher für Medien mit hohen Wärmeübergangszahlen, bei welchem das als Wärmeträger dienende Medium sic"h in zwei durch eine wärmeleitende Trennwand getrennten Kanälen, in verschiedenen Temperaturbereichen befindet

Zu den zahlreichen bei der Herstellung von Wärmetauschern zu beachtenden Schwierigkeiten zählt die Belastung des Materials durch die an den Wärmeübergangsstellen auftretenden Wärmedehnungsspannungen. Besonders bei der Verwendung von flüssigen Metallen als Medium, wie sie sich in Kernreaktorenanlagen in zunehmendem Maße einbürgert, hat man infolge der für flüssige Metalle charakteristischen hohen Wärmeübergangszahlen schon bei relativ geringen Temperaturdifferenzen mit überaus hohen Materialbelastungen zu rechnen. Aus diesem Grund ist die Frage der höchstzulässigen Temperaturdifferenz und damit der höchstmöglichen Leistung vor allem eine Materialfrage, die bisher nur in einem sehr unzureichenden Maße gelöst werden konnte.

Es ist ein aus mehreren übereinander angeordneten Mänteln bestehendes Metallrohr für Wärmeaustauschvorrichtungen bekannt, die der Einwirkung korrodierender Mittel ausgesetzt sind, wobei alle einzelnen Mäntel aus schraubenförmig gewundenen Bändern hergestellt sind. Es ist jedoch nicht bekanntgeworden, daß zwischen den einzelnen Schraubenwindungen ein- und desselben Mantels eine materielle Berührung vermieden werden soll. Nur unter dieser Voraussetzung würde aber ein schraubenförmig um den Mantel verlaufender Schlitz entstehen, der imstande wäre, Wärmedehnungsspannungen aufzunehmen. Durch die bloße Tatsache, daß die einzelnen Mäntel durch schraubenförmiges Aufwickeln von Bändern erzeugt werden, ist die Erreichung dieses Zieles noch keineswegs gewährleistet.

Es sind für Erhitzer und Kühler dienende, glatt und fugenlos aneinanderliegende Rohrteile bekanntgeworden, die keinen in deren Längsrichtung verlaufenden Spalt, sondern lediglich eine in dieser Richtung verlaufende Nut aufweisen. Bei ebenfalls bekannten, für Luftvorwärmer dienenden zwei Rohrteilen ist nur der innere mit einem Spalt versehen.

Mittels der eben erwähnten Einrichtungen bzw. Rohrteile lassen sich die vorstehend angeführten Schwierigkeiten keineswegs vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und einen Mischwärmetauscher zu schaffen, bei welchem die in der Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen des Wärmeträgers auftretenden Wärmedehnungen vollständig kompensiert werden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Mischwärmetauscher der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen des Wärmeträgers aus mindestens zwei konzentrisch, spaltfrei ineinandergepaßten Rohren besteht, von denen jedes einen Längsschlitz aufweist, wobei diese Längsschlitze gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß bei Mischwärmetauschern eine vollständige materielle Trennung des kühleren Mediums vom heißerem Medium infolge des angewendeten Mischungsprinzips nicht unbedingt erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher bietet gegenüber den bekannten Mischwärmetauschern den beträchtlichen Vorteil, daß beim ersteren die in der Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen des Wärmeträgers auftretenden Wärmedehnungen vollständig kompensiert werden.

Ferner wird die Möglichkeit geboten, insbesondere bei Anwendung von Medien mit hohen Wärmeübergangszahlen mit größeren Temperaturdifferenzen als bisher zu arbeiten und damit höhere Leistungen zu erreichen.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen in einem Ausführungsbeispiel erläutert, das durch die Zeichnung in schematischer Darstellung veranschau- ! licht ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Mischwärmetauscher im Längsschnitt und

die F i g. 2 die erfindungsgemäße Trennwand in einem größeren Maßstab in perspektivischer Darstellung.

Aus der Zeichnung ist zu ersehen, nach welchem Prinzip der Mischwärmetauscher arbeitet. Das auf höherer Temperatur befindliche Medium strömt durch ein Innenrohr 1 in eine Kammer 3. Gleichzeitig strömt ein kühles Medium durch einen Eintrittsstutzen 2 ebenfalls in die Kammer 3. In dieser Kammer 3 erfolgt die Mischung des kalten Mediums mit dem heißen Medium, bis eine gewünschte Endtemperatur erreicht ist, welche mehr oder weniger tief unter der Temperatur des heißen Mediums liegt. Im Gegenstromprinzip wird nun das in der Kammer 3 gemischte kühlere Medium an dem das heißere Medium enthaltenden Innenrohr 1 vorbeigeführt, erwärmt sich weiter an ihm und verläßt durch einen Austrittsstutzen 4 das System. Der Bauteil 10 stellt einen aus einer Spirale bestehenden Abstandshalter des Schutzrohres 11 dar. Das geschlitzte Schutzrohr 11 im Bereich der Kammer 3 soll das durchführende Rohr 5 vor lokalen Wärmeschocks infolge des Mischungsprozesses schützen.

Das Innenrohr 1, dessen Wandung das heißere Medium gegen das kühlere abgrenzt, besteht aus mindestens zwei ineinandergepreßten konzentrischen Rohren 11 und 12, deren jedes mindestens einen vorzugsweise über die ganze Rohrlänge laufenden Schlitz 13 zur Aufnahme der Wärmedehnung erhält. Um einen Austritt des heißeren Mediums aus dem Rohr 1 möglichst weitgehend zu verhindern, werden die beiden konzentrisch ineinandergepreßten Rohre 11 und 12 um ihre gemeinsame Achse so gegeneinander verdreht, daß eine Abdeckung der Schlitze 13 erfolgt, wie es in der F i g. 2 im Detail dargestellt ist.
Um eine möglichst elastische Abdichtung der beiden

Strömungsräume an der Eintrittsstelle des heißen Mediums zu erreichen, wurde der folgende Weg gewählt: Anstelle einer starren Verbindung zwischen den beiden Rohren 1 und 5 wurde eine Serie, mindestens aber zwei aneinandergeschichtete, zwischen die Rohre 1 und 5 eingepreßter gelochter und vorzugsweise geschlitzter Scheiben 6 verwendet, wobei nur eine dieser Scheiben 6 mit dem Mantel des Wärmetauschers ganz oder partiell verschweißt war. Die Fixierung dieser Scheiben 6 erfolgte, wie F i g. 1 zeigt, durch Aufbörde-

lung 7 mindestens eines der äußeren, die Trennwand zwischen den beiden Temperaturbereichen bildenden konzentrischen geschlitzten Rohren an die Innenfläche der innersten der Scheiben, während mindestens eines der inneren Rohre durch zentrale deckungsgleiche Löcher in den Scheiben hindurchgeführt und mit dem betreffenden Ende 8 auf die Außenfläche der äußeren Scheibe aufgebördelt ist. Die Verbindung an der Austrittstelle des heißeren Mediums 9 ist gleichfalls durch Verbördelung durchgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ■Patentanspruch:

   Mischwärmetauscher für Medien mit hohen Wärmeübergangszahlen bei welchem das als Wärmeträger dienende Medium sich in zwei durch eine wärmeleitende Trennwand getrennten Kanälen, in verschiedenen Temperaturbereichen befindet, d a durch gekennzeichnet, daß die Trennwand zwischen den verschiedenen Temperaturbereichen des Wärmeträgers aus mindestens zwei konzen- to trisch, spaltfrei ineinandergepaßten Rohren (11, 12) besteht, von denen jedes einen Längsschlitz (13) aufweist, wobei diese Längsschlitze (13) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

   15