DE19501467A1 - Sicherheitswärmetauscher in Rohr- und Plattenbauweise mit Überwachung interner Dichtigkeit - Google Patents

Description

Zur Produktion von Industrie-Erzeugnissen werden Wärmetauscher in nahezu allen Fertigungen eingesetzt. Sie ermöglichen den Energieaustausch bei den einzelnen Produktionsschritten und tragen gleichzeitig zur wirtschaftlichen Verwendung der Energie bei.

Bei den Wärmetauschern haben sich im Laufe der Zeit in Abhängigkeit der verschiedenen Erfordernissen sehr unterschiedliche technische Ausführungen solcher Apparate herausgebildet, so sind Benennungen wie Rohrbündel-, Platten-, Rippenrohr-, Hybrid-, Block-, Ringnut-, Spiral-Wärmetauscher und viele mehr geschaffen worden. Neben der Bezeichnung nach der Bauform gibt es Benennungen, die den Werkstoff herausstellen, wie z. B. Graphit- oder Emailwärmetauscher. Hier wird die Sonderheit der Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren betont.

Die genannten Wärmetauscher arbeiten trotz der verschiedenartigen Gestaltung der Wärmetauscherflächen dennoch nach dem einheitlichen Prinzip, d. i. Stoffstrom gegen Stoffstrom, getrennt durch eine Apparatewand. Anders gesagt: Erleidet die Apparatewand einen Defekt wie z. B. einen Riß, ein Loch oder einen Bruch, so kommt es zu direktem Kontakt der Stoffströme und zur Vermischung derselben. Die Stoffströme geraten dann außer Kontrolle.

Eine Konsequenz exponierter Produktionsverfahren ist es daher, neben der klassischen Wärmeaustauschaufgabe, die Sicherheitsaspekte stärker zu berücksichtigen. Bisher behalf man sich zur Vermeidung von Risiken, indem man mit einem Wärmeträgermedium arbeitete; das erforderte eine Doppelbestückung mit Wärmetauschern. Die Sicherheit wird bei diesem System gewonnen, indem man nicht direkt zwischen zwei Stoffströmen der Wärmeaustausch vornimmt sondern einen dritten dazwischenschaltet, der wiederum nach Risikoverträglichkeit ausgewählt wird. Wenn z. B. ein Produkt zum üblichen Kühlwasser risikobehaftet ist, so vermeidet man dieses durch einen Zwischenträgerstoff, wie es ein Wärmeträgeröl sein kann. Diese Art der Sicherheit bedeutet ein weit größeren Aufwand durch zusätzliche Apparate und Pumpen.

Zur besseren Lösung solcher Wärmetauscheraufgaben unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit gibt es aber auch Apparate, die konstruktiv diese Aufgabe lösen.

So sind Rohrbündelwärmetauscher bekannt, die mit einer Doppelrohrtechnik arbeiten. Sie besitzen anstelle der jeweiligen Einzelrohre, die zu einem Rohrbündel zusammengefaßt sind in gleicher Anordnung Doppelrohre, wobei das eine der Doppelrohre konzentrisch in dem anderen Rohr steckt. Beide Rohre sind durch einen Luftspalt getrennt, dieser bildet einen Sicherheitsraum, der überwacht wird. Im Falle des Durchbruchs einer Rohrwand steht immer noch die zweite Rohrwand zur Verfügung, die die Stoffe voneinander trennt. Durch den Luftspalt zwischen den Rohrwandungen wird im Schadensfall der austretende Stoff abgeleitet.

Um die Risiken von einwandigen Wärmetauschern aufgrund von Korrosion, Spannungen oder Materialfehlern zu vermeiden, aber auch um die aufwendigen Bauformen mit der Luftspalttechnik, die die Wärme schlecht übertragen und demzufolge großer Flächen bedürfen, wird erfindungsgemäß ein Sicherheitswärmetauscher aus der Kombination eines Rohrbündeltauschers mit einem Hybridwärmetauscher unter Einbeziehung einer Wärmeträgerfüllung beschrieben.

Die Sicherheit im Wärmeaustausch bei kritischen Stoffen wird mit der Erfindung dadurch erreicht, daß überraschend durch das Ineinanderstecken des Rohrbündels eines Rohrbündelwärmetauschers in die Rohrseite eines Hybridwärmetauschers ein neuer Sicherheitswärmetauscher entsteht, der die Sicherheit aus seinen zwei eigenständigen Stoffkanälen und ihren völligen Trennung voneinander und der dabei entstandenen Zwischenkammer zur Überwachung bezieht, wobei die Zwischenkammer zu Wärmeübertragungszwecken und zur Anzeige von Schäden am Apparat mit einem Kontaktstoff gefüllt ist.

Die Konstruktion und Funktion der Erfindung wird wie folgt beschrieben:

Fig. 1: Der Sicherheitswärmetauscher besteht aus der Wärmetauscher- Kammer A, die zunächst den Hybrid-Wärmetauscherblock enthält und der Wärmetauscher-Kammer B, die zunächst das Rohrbündel enthält. Von beiden Kammern A und B wird durch Verschachtelung die Sicherheitskammer C gebildet, deren Überwachung in Form einer Schadensanzeigevorrichtung D zeichnerisch dargestellt ist.

Fig. 2: Nunmehr werden die Einzelelemente der Erfindung beschrieben. Der Hybrid-Wärmetauscherblock A besteht aus den Formblechen 1, die die Stoffkanäle 2 bilden. In ihrer Anordnung liegen die Bleche 1 in festgelegten Abständen aneinander und bilden die rohrartigen querliegenden Kanäle 3. In die Kanäle 3 sind die stabförmigen Rohre 4 des Rohrbündels der Wärmetauscherkammer B gesteckt. Auf diese Weise ergeben sich die Stoffkanäle 3, die die Rohre 4 umfassen und in die der Kontaktstoff eingelagert ist. Die Rohre 4 selbst bilden die Stoffkanäle 5. Stoffkanäle 2 und Stoffkanäle 5 werden jeweils getrennt durch das Blech 1, den Stoffkanal 3 und das Rohr 4, also durch zwei Wandungen und einen Stoffspalt. Funktionsmäßig unterliegen die Stoffströme 2 und 5 dem Wärmeaustausch. Zur Wirksamkeits- und Übertragungs­ verbesserung ist der Stoffkanal 3 mit einem wärmeleitenden Kontaktstoff gefüllt, der auch als Indikator für Undichtigkeiten, d. h. Schäden an den Blechen 1 oder den Rohren 4 auf eine Schadensanzeigevorrichtung D, beispielsweise eine Druckanzeige, der Sicherheitskammer C wirkt. Ein Druckanstieg oder -abfall signalisiert den Schaden einer Wandung, sei es der des Formbleches 1 oder des Rohres 4. Der Wärmeaustausch ist jederzeit unter Kontrolle, da Unwägbarkeiten im Material über den Stoffkanal 3 mittels des Kontaktstoffes jederzeit wahrgenommen werden.

Claims (6)

1. Sicherheitswärmeaustauscher zur Vermeidung des Zusammentreffens unverträglicher Stoffe, (2) und (5) durch Schäden in einem Plattenblech, oder einer Rohrwand (1) oder (4) und damit Vermeidung unzulässiger und gefährlicher Stoffreaktionen, bestehend aus einem Hybrid-Wärmetauscherblock, der die Wärmetauscherkammer A mit Stoffstrom (2) bildet, in die ein Rohrbündelwärmetauscher durchgesteckt ist, der die Wärme­ tauscherkammer B mit Stoffstrom (5) bildet, wobei aus der Durchdringung beider Wärmetauscher die Sicherheitskammer C mit Stoffkanal (3) geschaffen ist, die über die Schadens­ anzeigevorrichtung D überwacht wird.

2. Sicherheitswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskammer C mit einem Kontaktstoff gefüllt ist, der hydraulisch den Schadensfall auf die Schadensanzeigevorrichtung D überträgt.

3. Sicherheitswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskammer C mit einem Kontaktstoff gefüllt ist, der physikalisch eine gute Wärmeübertragung gewährleistet.

4. Sicherheitswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur besseren Wärmeübertragung das Plattenblech (1) und die Rohrwand (4) berühren.

5. Sicherheitswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Wärmeübertragung die Rohre (4) als Rippenrohre ausgebildet sind.

6. Sicherheitswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Wärmeübertragung der Kontaktstoff der Sicherheitskammer C in den Stoffkanälen (3) durch Umpumpen bewegt wird.