DE3125933A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, wie er insbesondere, aber nicht ausschließlich in US-PS 4 146 088 beschrieben ist. Diese US-PS beschreibt einen Wärmetauscher, der eine Vielzahl konzentrischer, zwischen Endverteilern festgeklemmten Rohren enthält. Die Flüssigkeitsströmungsdurchgänge für den Wärmeaustauscher sind in den ringförmigen Bereichen zwischen benachbarten Rohren gebildet. Die Endverteiler enthalten O-Ringe, die an den inneren Oberflächen der Enden der Rohre abdichtend angreifen.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung derartiger Wärmeaustauscher, die mit Vorteil auf verschiedene Arten verwendet werden kann. Grundsätzlich sieht die Erfindung Einrichtungen zur Herbeiführung einer Reinigungsfluidströmung in dem Bereich zwischen dem O-Ring bzw. den Ringen und den Enden der Rohre vor.

Eine derartige Reinigungsströmung kann zum einen als ein Kühlmittel zum Kühlen der O-Ringe arbeiten und dadurch den Austauscher besser zur Behandlung von Fluiden bei höheren Tem-

A 19 161/2 - 5 -

peraturen geeignet machen. Zum zweiten kann das Reinigungsfluid bei einem Druck gehalten werden, der größer ist als der Druck der in den ringförmigen Fluidwegen zwischen benachbarten Fluiden fließende Fluide, wobei bei Auftreten eines Lecks zwischen den O-Ringen und den Enden der Rohre das Reinigungsfluid in diese ringförmigen Räume einfließt, so daß ein Vermischen der behandelten Fluide in dem Wärmeaustauscher nicht auftritt.

Nach einer dritten Verwendungsweise kann das Reinigungsfluid bei relativ niedrigem Druck gehalten und ein Über wachungssystem vorgesehen werden, um das Vorhandensein eines oder beider Wärmeaustauscherfluide in dem Reinigungsfluid ,entdecken zu können. Wenn daher das eine oder das andere der Wärmeaustauscherfluide festgestellt wird, ist dies ein Anzeichen eines gebrochenen oder beschädigten O-Ringes. Es ist ebenfalls möglich, daß das Reinigungsfluid den Durchgang zwischen den O-Ringen sterilisiert und dadurch eine biologische Kontamination für den Fall einer beschädigten Abdichtung beseitigt.

Erfindungsgemäß ist ein Wärmeaustauscher für Fluide mit

einer Vielzahl von koaxial angeordneten Rohren aus thermisch leitendem Material vorgesehen, wobei die Rohre in radialer Richtung durch ein Paar von Endverteilern zur Bildung ringförmiger Fluiddurchgänge gegenseitig beabstandet ge- halten werden und mindestens einer der Verteiler erste und zweite Abdichtelemente zur Bildung von Abdichtungen zwischen dem Verteiler und den Enden der Rohre, längs eines Umfanges sich erstreckende, zwischen den ersten und zweiten Abdichtelementen gebildete Fluiddurchgänge, einen Zirkula- tionsfluideinlaß zur Zuführung eines Zirkulations-

A 19 161/2 - 6 -

fluid an ersten Stellen in den Durchgängen und Zirkulationsfluidausgänge zum Auslaß des Zirkulationsfluids an zweiten Stellen in den Durchgängen aufweist, wobei die ersten und zweiten Stellen um den Umfang herum für jeden Durchgang beabstandet sind.

Die Erfindung sieht ebenfalls ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid vor, das eine von dem ersten Fluid unterschiedliche Temperatur aufweist, wobei bei dem Verfahren das erste und das zweite Fluid durch erste und zweite Fluid-strömungswege, die voneinander durch erste und zweite Abdichtelemente isoliert sind und wobei zwischen den ersten und zweiten Abdichtelementen ein dritter Fluidströmungsweg gebildet ist, in einem Wärmeaustauscher hindurchgeführt, ein Zirkulationsfluid durch den dritten Fluidströmungsweg hindurchgeführt und das aus dem dritten Fluidweg aus tretende Zirkulationsf1uid analysiert wird, um Spuren des ersten oder zweiten Fluids in ihr festzustellen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeaustauschers;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine genauere Ansicht eines Teiles des Wärmeaustauschers und

A 19-161/2 - 7 -

Fig. 4 einen Querschnitt Tangs der Linie 4-4 in Fig. 3.

Der Wärmeaustauscher nach der Erfindung enthält ein Paar von Endverteilern 2, zwischen denen konzentrische Hitzeübertragungsrohre 4 angeordnet sind. Die Verteiler besitzen eine Zentral bohrung 6, durch die ein langer Spannbolzen 7 hindurchtreten kann, der dazu verwendet wird, die Rohre zwischen den Endverteilern 2 zu verklemmen. In der dargestellten Ausführungsform sind fünf Rohre 4 vorhanden, von denen jedes vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gebildet ist und mit nicht dargestellten schraubenförmigen Nuten auf seiner zylindrischen Wand versehen sein kann, um dadurch die Hitzeübertragungseigenschaften zu verbessern. Die Zwischenräume zwischen benachbarten Rohren bilden ringförmige Fluidströmungsdurchgänge für den Wärmeaustauscher.

Beide Endverteiler 2 für den Wärmeaustauscher sind identisch, und es ist daher nur erforderlich, den Bau eines der beiden Verteiler zu beschreiben.

Wie sich am besten in Fig. 1 und 3 ergibt, enthält jeder Verteiler einen etwa konischen einstückig gegossenen Körperabschnitt 8 mit rohrförmigen Einlaß-/Auslaß-Muffen 10 und 12. Die Muffen 10 und 12 ermöglichen den Anschluß von Fluidleitungen an den Endverteilern mit Hilfe üblicher Einrichtungen. Die Muffen 10 und 12 können in austauschbarer Weise als Einlaß oder Auslaß verwendet werden, jedoch ist in der nachfolgenden Beschreibung angenommen, daß die Muffe als Einlaß für ein erstes Wärmeübertragungsfluid und die Muffe 12 als Auslaß für das zweite Wärmeübertragungsfluid verwendet wird. Der Körperabschnitt 8 enthält eine Einlaßkammer 14

A 19 161/2 - 8 -

und eine Auslaßkammer 16, die mit den Muffen 10 bzw. 12 in Verbindung stehen. Der konische Abschnitt 8 enthält weiterhin eine Zentral öffnung, die von einem Rohr 21 in getrennte Kammern 18 und 19 aufgeteilt ist, wobei die Enden des Rohres 21 durch die Bohrung 6 hindurchgehen und daran angeschweißt sind.

Die äußere Oberfläche des Körperabschnittes 8 des Verteilers enthält eine Reihe von etwa zylindrischen Abschnitten 20, die in axialer Richtung längs des Körperabschnitts 8 beabstandet angeordnet und derart ausgebildet sind, daß sie in entsprechende Enden der Rohre 4 eingesetzt werden können, wobei die zylindrischen Abschnitte 20 mit Hilfe von sich verjüngenden übergangsabschnitten verbunden sind. Jeder zylindrische Abschnitt besitzt zwei mit Abstand voneinander angeordnete Nuten zur Aufnähme von 0-Ringen 25 zur Bildung von zwangsläufigen Abdichtungen mit den inneren Oberflächen der Rohre 4. An dem Ende jedes der zylindrischen Abschnitte 20 ist eine Schulter gebildet, um einen Sitz zu bilden, gegen den die Enden der Rohre anliegen.

Fluidkammern 14 und 16 sind mit den ringförmigen Fluiddurchgängen, die zwischen benachbarten Rohren 4 gebildet sind, mit Hilfe von radialen Ausnehmungen 28 bzw. 29 verbunden, die in den übergangsabschnitten eingebracht sind, wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine Strömung eines Zirkulations- oder Reinigungsf1uids zwischen den entsprechenden Paaren von O-Ringen 25 zu ermöglichen. In dem Körperabschnitt 8 sind zwischen den Paaren von O-Ringen

I» ft

A 19 161/2 - 9 -

Nuten 30 gebildet, so daß sie längs des Umfangs sich erstreckende Fluiddurchgänge für das Reinigungsfluid bilden. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, enthält der Verteiler eine Reinigungsfluideinlaßleitung 32, die in die Kammer.18 einmündet, die eine Anzahl von etwa radial verlaufenden Einlaßleitungen 34 besitzt, die mit den entsprechenden Nuten 30 in Verbindung stehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Körperabschnittes 8 ist eine Reinigungsfluidauslaßleitung 36 gebildet, die in die Kammer 19 mündet, die eine Anzahl von etwa radial verlaufenden Rückkehrdurchgängen aus den Nuten 30 besitzt. Wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, fließt das Reinigungsf1uid dann aus der Kammer 18 durch die Durchgänge 34. und folgt dann etwa halbkreisförmigen Wegen längs der Nuten 30 und zwischen den Paaren von O-Ringen 25.

Das Fluid fließt dann in die Rückkehrdurchgänge 38 und in die Rückkehrkammer 19.

Bei einer Anwendungsmöglichkeit kann das Reinigungsfluid als Kühlmittel verwendet werden, um die 0-Ringe 25 zu kühlen und es dadurch zu ermöglichen, daß der Wärmeaustauscher mit Wärmeübertragungsfluide bei relativ hohen Temperaturen verwendet werden kann. Bei einer zweiten Anwendungsform können die Reinigungsfluide bei einem Druck zirkulieren, der höher ist als der Druck der ersten oder der zweiten Wärmeübertragungsfluide so daß bei Auftreten eines Lecks an den 0-Ringen 25 das Reinigungsf1uid eher in die Wärmeübertragungsdurchgänge zwischen den Rohren fließt, als daß eine Vermischung der Wärmeübertragungsfluide auftritt.

Bei einer anderen Anwendung kann das Reinigungsfluid bei einem im Vergleich zu dem Druck der Wärmeübertragungsfluide geringen Druck zirkulieren und eine überwachungseinrichtung vorgesehen sein, um das Vorhandensein des einen oder des anderen Wärme-

A 19 161/2 - 10 -

übertragungsf1uids in dem Reinigungsf1uid zu überwachen, um dadurch eine wirksame Einrichtung zur Feststellung eines gebrochenen oder beschädigten O-Ringes vorzusehen. Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, die eine mit der Einlaßleitung 32 über eine Leitung 52 verbundene Reinigungsf 1 uidversorgung 50 und einen über eine Leitung 56 mit der Auslaßleitung 36 verbundenen Reinigungsfluidanalysator zeigt. Der Analysator überwacht das Vorhandensein von Spuren eines oder beider durch den Einlaß 10 und den Auslaß 12 des Wärmetauschers fließender Fluide. Die Versorgung und der Analysator können kontinuierlich oder periodisch betrieben werden. Es kann ein Rückkehrweg für Reinigungsf1uid aus dem Analysator 54 in die Versorgung 50 vorgesehen sein.

Die Prinzipien der Erfindung können beispielsweise auch im Zusammenhang mit dem Wärmeaustauscher verwendet werden, der in der australischen Patentschrift 489 755 beschrieben ist, in jedem anderen Wärmeaustauscher, der ein Paar von Abdichtungen zwischen den Hauptflüssigkeitswegen für die Fluide verwendet .

Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE RUFF UND BEIER STUTTGART

   Dipl.-Chem. Dr.Ruff N β c K a rs tr a ß θ

   Dipl.-Ing. J. Bei er D-7OOO Stuttgart

   Dipl.-Phys Schöndorf ^e-: CO711) 22 7Ο51·

   Telex Ο7-23412 erubd

   Anmelder: John Ronald Pain 30. Juni 1981 Sf/S

   196 Sherbourne Road
   Montmorency, Victoria
   Australien

   A 19 161
   A 19 162

   Wärmeaustauscher

   Ansprüche

   Ii Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid mit unterschiedlicher Temperatur, bei dem das erste und das zweite Fluid durch erste und zweite FTuidströmungswege in einem Wärmeaustauscher geführt werden, die voneinander durch erste und zweite Dichtelemente (25) isoliert sind, wobei zwischen den ersten und zweiten Dichtelementen (25) ein dritter Strömungsweg (30) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zirkulationsfluid durch den dritten Strömungsweg (3Q) zirkulierend geführt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem dritten Strömungsweg (30) austretende Zirkulationsfluid analysiert wird, um darin Spuren des ersten oder zweiten Fluids festzustellen.

   »· ·► · --► * »» ·w vj I Z O j j ο

   A 19 161/2 - 2 -

   „'3/ Wärmeaustauscher für Fluide mit einer Vielzahl koaxial an-V_y geordneter Rohre (4) aus thermisch leitendem Material, die von einem Paar von Endverteilern (2) zur Bildung ringförmiger Fluid-Strömungsdurchgänge radial beabstandet gehalten werden, wobei mindestens einer der Verteiler (2) erste und zweite Dichtelemente (25) zur Bildung von Abdichtungen zwischen dem Verteiler (2) und den Enden der Rohre (4) aufweist und zwischen den ersten und zweiten Dichtelementen (25) längs des Umfangs sich erstreckende Fluid-Durchgänge gebildet sind, gekennzeichnet durch eine Zirkulationsf1uid-Einlaßeinrichtung (32, 18, 34) zur Einführung eines Zirkulationsfluids an ersten Stellen in den Durchgängen (30) sowie durch Zirkulationsfluid-Auslaßeinrichtungen (36, 19, 38) zur Entladung des Zirkulationsfluids an zweiten Stellen in den Durchgängen (30), wobei die ersten und zweiten Stellen für jeden Durchgang (30) gegeneinander umfangsversetzt angeordnet sind.

   4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 mit einer Zirkulationsf1uid-Zufuhreinrichtung (50) zur Versorgung der Zirkulationsf1uid-Einlaßeinrichtung (32, 18, 34) mit Zirkulationsflüid und mit einer Fluidanalyseeinrichtung (54) zur Aufnahme von Zirkulationsfluid von der Zirkulationsfluid-Auslaßeinrichtung (36, 19, 38), dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinrichtung (54) zur Entdeckung des Vorhandenseins von Fluidspuren in die Durchgänge (30) aus den ringförmigen Fluid-Strömungsdurchgängen des Wärmeaustauschers eingedrungenen Fluids in dem Zirkulationsfluid angeordnet und ausgebildet ist.

   5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stellen für jeden Durchgang (30) auf diametral entgegengesetzten Seiten des Verteilers (2) angeordnet sind.

   A 19 161/2 - 3 -

   6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Verteiler (2) im wesentlichen konische Form aufweist und die Dichtelemente (25) an den inneren Oberflächen von Rohren (4) mit steigendem Durchmesser abdichtend angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (30) durch in den äußeren Oberflächen des Verteilers (2) gebildete Umfangsnuten (30) gebildet sind.

   7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsfluid-Einlaßeinrichtung (32, 18, 34) im wesentlichen radiale Einlaßleitungen (34), die sich von einer in dem Verteiler (2) gebildeten Einlaßkammer (18) zu den ersten Stellen in den Durchgängen (30) erstrecken, und die Zirkulationsfl uid-Auslaßeinrichtung (36, 19, 38) im wesentlichen radiale Auslaßleitungen (38) aufweist, die sich von einer in dem Verteiler (2) gebildeten Auslaßkammer (19) zu den zweiten Stellen in den Durchgängen (30) erstrecken,

   8. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verteiler (2) gleich ausgebildet sind.