Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher für Fluide, die als inkompatibel
bezeichnet werden. Darunter sind Fluide zu verstehen, die in der Lage sind, bei
gegenseitigem Kontakt auf gefährliche Weise zu reagieren, beispielsweise durch
Entzündung&sub1; oder auch Fluide, die in der Lage sind, bei Vermischung unter
bestimmten Bedingungen toxische Verbindungen oder Verbindungen mit anderen
nachteiligen Eigenschaften zu bilden.
Um einen wirksamen Wärmeaustausch zu gewährleisten, wurden Wärmetauscher
vorgeschlagen, enthaltend einen Behälter, dessen eine Seite offen ist und an den
ein Kollektor angeflanscht ist, an dem wiederum haarnadelförmige Rohre befestigt
sind, wobei sich die Rohre in den Behälter hinein erstrecken.
In dieser bekannten Ausführung zirkuliert ein erstes Fluid in dem Behälter, der
Ablenkelemente enthalten kann, während ein zweites Fluid in den Rohren
zirkuliert, wobei dieses zweite Fluid jeweils an einem Rohrende über einen
Kollektorbehälter zugeführt und am anderen Rohrende über einen zweiten
Kollektorbehälter abgeführt wird.
Die bekannten Wärmetauscher des oben genannten Typs sind im Hinblick auf das
von ihnen gebotene Wärmeaustauschvermögen zufriedenstellend, aber es können
Leckagen auftreten, insbesondere in Höhe der Rohransätze, die sich in den
Kollektoren befinden, welche den Behälter abschließen, in dem das erste Fluid
zirkuliert. Außerdem können Leckagen durch Durchlöcherung von dünnwandigen
Rohren auftreten, die im allgemeinen eine Dicke in der Größenordnung von 0,6 bis
0,8 mm aufweisen.
Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, daß einige Fluide Verunreinigungen mit sich
führen, vor allem Metallspäne. Dies ist bei Schmiermitteln für
Zahnradmechanismen der Fall. Es kommt manchmal vor, daß Späne an einem
festen Ort im Kreislauf des Wärmetauschers verbleiben, wobei sie einer Bewegung
ausgesetzt sind, welche eine Fräswirkung hervorruft, die zur Durchlöcherung der
betreffenden Leitungswand führen kann.
Die heutigen Sicherheitsanforderungen, insbesondere in der Luft- und
Raumfahrtindustrie, führen dazu, daß einige Vorrichtungen, wie Wärmetauscher,
mehrere hunderttausend Stunden lang funktionieren müssen, ohne daß durch ihre
Schuld eine Störung auftritt.
Auf diese Weise hat sich gezeigt, daß das oben dargelegte Problem bezüglich der
Betriebssicherheit bei gleichzeitig sehr hohem Wirkungsgrad hinsichtlich des
Wärmeaustauschs dazu geführt hat, daß Wärmetauscher mit Rohrbündeln nicht
mehr verwendet werden.
Mit der Erfindung wird ein neuer Wärmetauscher geschaffen, der die oben
genannten Nachteile berücksichtigt und dessen Ausführung bewirkt, daß jegliches
Zusammentreffen der verschiedenen Fluide wirksam verhindert wird, wobei
jegliche Leckage nur zur Außenseite des Wärmetauschers hin erfolgen kann,
selbst wenn einige der in ihm enthaltenen Leitungswände einem möglichen Abrieb
unterliegen.
Es ist bereits zu diesem Thema durch die Patentschrift US-A-3 120 868 ein
ringförmiger Sicherheitswärmetauscher für inkompatible Fluide bekannt, der aus
einem Hohlkörper besteht, welcher an einem Ende durch einen Boden
abgeschlossen ist, wobei der genannte Körper eine dicht abschließende Flasche
enthält, an der er fest und dicht abschließend befestigt ist, und die Wände der
Flasche seitlich mit Wärmeübergangselementen versehen sind, so daß die
genannte Flasche eine Trennwand zwischen einem ersten und einem zweiten
Fluid bildet, wobei das erste Fluid auf der einen und das zweite Fluid auf der
anderen Seite ihrer Wände zwischen einem Eintrittskanal und einem Austrittskanal
des Körpers für das eine Fluid und zwischen einer Eintrittsleitung und einer
Austrittsleitung für das andere Fluid zirkulieren, wobei die genannten
Wärmeübergangselemente den Wärmeübergang zwischen den Fluiden durch die
Dicke der Flasche hindurch sicherstellen, an der sie befestigt sind.
Erfindungsgemäß weist die dicht abschließende Flasche einen Hülkörper auf,
dessen eines Ende durch einen Boden abgeschlossen ist und dessen anderes
Ende einen Flansch aufweist, der dicht abschließend an einer Stützfläche anliegt,
die an dem Ende des Hohlkörpers vorgesehen ist, das nicht durch den Boden
abgeschlossen ist, wobei der Hüllkörper der Flasche aus zwei rohrförmigen Teilen
besteht, zwischen denen ein ringförmiger Freiraum ausgespart ist, der mit einem
im Flansch vorgesehenen Ausleitungskanal ins Freie verbunden ist.
Verschiedene andere Merkmale der Erfindung gehen im übrigen aus der folgenden
detaillierten Beschreibung hervor.
Die Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung werden als nicht
einschränkende Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
- Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Wärmetauschers der
Gegenstand der Erfindung ist,
- Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht einer vorteilhaften Ausführungsform
eines der in Fig. 1 gezeigten Elemente,
- Fig. 3 einen Halbschnitt in vergrößertem Maßstab, gesehen im wesentlichen
entlang der Schnittlinie III-III von Fig. 2,
- Fig. 4 einen Halbschnitt analog zu Fig. 3 mit einer Variante,
- Fig. 5 eine Schnittansicht analog zu Fig. 1 mit einer Weiterbildung der
Erfindung,
- Fig. 6 eine Ansicht, gesehen entlang der Schnittlinie VI-VI von Fig. 5,
- Fig. 7 eine teilweise Schnittansicht des Wärmetauschers nach Fig. 5 in
einer Ausführung, die eine Weiterbildung der Erfindung darstellt,
- Fig. 8 eine Schnittansicht, gesehen entlang der Schnittlinie VIII-VIII von Fig.
7,
- Fig. 9 eine teilweise Schnittansicht, die die Weiterbildung von Fig. 5 in einer
Ausführung analog zu der von Fig. 1 darstellt,
- Fig. 10 eine teilweise Schnittansicht analog zu Fig. 9, die eine zusätzliche
Weiterbildung der Erfindung darstellt,
- Fig. 11 eine teilweise Schnittansicht analog zu Fig. 9, die eine vereinfachte
Ausführungsform darstellt, und
- Fig. 12 einen Querschnitt, gesehen entlang der Linie XII-XII von Fig. 5, der
eine besondere Querschnittsform des Wärmetauschers von Fig. 1 bis 11 darstellt.
Der in der Zeichnung gezeigte Wärmetauscher weist einen Körper oder Mantel 1
auf, der durch Gießen eines Metalls hergestellt wird, beispielsweise aus Aluminium
oder aus einer Aluminiumlegierung, aus Inconel oder auch durch spanende
Bearbeitung, entweder aus einer Leichtmetall-Legierung oder aus Edelstahl, aus
Titan oder einem anderen für die beabsichtigte Verwendung geeigneten Metall.
Der Körper 1 begrenzt einen Mantel 2 von allgemein zylindrischer Form, der an
einem Ende von einem Boden 3 abgeschlossen wird, der zusammen mit dem
Mantel 2 aus einem Stück hergestellt ist.
Der Körper 1 begrenzt in seinem Inneren eine zylindrische Wand 4, die an ihren
Enden Verteilungs- und Kollektoraussparungen 5 und 6 aufweist. Die Aussparung
6 ist ringförmig, während sich die Aussparung 5 auch nur auf einem Bruchteil des
Umfangs der zylindrischen Wand 4 erstrecken kann.
Die Aussparungen 5 und 6 sind mit einem Eintrittskanal 7 bzw. einem
Austrittskanal 8 verbunden, welche dazu bestimmt sind, an zu einem
Zuführungsund Ableitungssystem führende Anschlüsse angeschlossen zu werden, welche hier
nicht dargestellt sind.
In der dargestellten Ausführung ist der Körper 1 mit einem Befestigungsflansch 9
versehen, der dazu bestimmt ist, auf eine Halterung beliebiger Art montiert zu
werden, die hier nicht dargestellt ist.
Der Körper 1 könnte, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, Bestandteil
eines Motorgehäuses oder einer anderen derartigen Vorrichtung sein.
Das Ende des dem Boden 3 gegenüberliegenden Körpers 1 begrenzt eine
Stützfläche 10 für einen Flansch 11, der an einem Ende eines durch einen Boden
13 abgeschlossenen Hüllkörpers 12 gebildet wird, wobei eine dicht abschließende
Flasche gebildet wird. Der Hülörper 12, der Flansch 11 und der Boden 13 bilden
ein einziges Teil, vorzugsweise aus einer Leichtmetall-Legierung, das durch ein
Verfahren zur spanenden Bearbeitung hergestellt wird, welches sicherstellt, daß
die Wand des Hüllkörpers relativ dick ist und immer dicker als die durch
Berechnung ermittelte Dicke, die zum Widerstand gegen mechanische
Beanspruchungen erforderlich ist und in einer Größenordnung von mindestens 2
bis 3 mm liegt.
Das Bearbeitungsverfahren zur Herstellung des Hüllkörpers 12, des Bodens 13
und des Flansches 11 wird unter denjenigen ausgewählt, bei denen kein Riß in der
Trennwand zwischen den Fluiden entstehen kann, die durch diese Anordnung in
Form der oben genannten Flasche gebildet wird.
Die spanende Bearbeitung eines massiven Teils stellt eine geeignete
Ausführungsart dar, ebenso eine Ausführung durch Walzen des Hüllkörpers und
Anschweißen des Bodens. Ein Drück- oder Schmiedeverfahren kann gleichfalls
verwendet werden.
Eine Dichtung 14, beispielsweise in O-Ring-Form, wird zwischen dem Flansch 11
und der Stützfläche 10 des Körpers 1 eingefügt.
Wie die Zeichnung zeigt, werden die jeweiligen Abmessungen des Hüllkörpers 12
und des Körpers 1 so gewählt, daß zwischen der Innenwand von Boden 3 und der
Außenwand von Boden 13 sowie zwischen der Außenwand des Hüllkörpers 12
und der Innenwand des Mantels 2 von Körper 1 ein Zwischenraum 15 verbleibt.
Wärmeübergangselemente 16, beispielsweise aus einem wellenförmigen Band,
aus Rippen, Spitzkeilen oder anderen derartigen Elementen gebildet, stehen von
der Innenwand des Hüllkörpers ab, gleichfalls stehen Wärmeübergangselemente
17 von der Außenwand des genannten Hüllkörpers 12 ab und erstrecken sich über
dessen gesamte Nutzlänge.
Wenn die Wärmeübergangselemente 16 und 17 aus wellenförmigen Bändern
gebildet werden, die in der Technik der Wärmetauscher hinlänglich bekannt sind,
sind diese mit dem Hüllkörper 12 beispielsweise durch Löten verbunden. Wenn sie
aus Rippen oder Fingern bestehen, werden sie durch spanende Bearbeitung,
beispielsweise durch Fräsen in einem Bearbeitungszentrum hergestellt, mittels
dessen die zum Teil durch den Hüllkörper 12 und den Boden 13 gebildete
Trennwand zwischen den Fluiden gefertigt wird. Man würde den Rahmen der
Erfindung nicht verlassen, wenn der Hüllkörper 12 und die
Wärmeübergangselemente durch Gießen, Schmieden, Strangpressen oder ein
anderes Verfahren hergestellt werden.
Die Wärmeübergangselemente 17 sind von einem Mantel 18 umgeben, der aus
Metall oder eventuell aus Kunststoff bestehen kann und der sich über die gesamte
Nutzlänge der genannten Wärmeübergangselemente 17 erstreckt, wobei ein
ringförmiger Freiraum zwischen der Innenwand des Flansches 11 einerseits und
der Innenwand des Bodens 3 von Körper 1 andererseits freibleibt
Eine Dichtung 19 wird vorzugsweise zwischen dem Mantel 18 und der
zylindrischen Wand 4 des Mantels 2 eingefügt, wobei diese Dichtung nur eine
relative Dichtigkeit gewährleisten kann.
In gleicher Weise wie oben bezüglich der Wärmeübergangselemente 17
beschrieben, ist im Inneren der Wärmeübergangselemente 16 ein zweiter Mantel
20 angeordnet. Der zweite Mantel 20 erstreckt sich über die gesamte Nutzänge
der Wärmeübergangselemente 16 und ruht in einem Abstich 21 eines
Verteierdeckeis 22, der an der Außenwand des zuvor bereits beschriebenen
Flansches 11 anliegt
Zwischen dem Verteierdeckel 22 und dem Flansch 11 ist eine Dichtung 23
eingefügt, und Befestigungs- und Klemmittel 24, beispielsweise Schrauben oder
Bolzen, stellen die Befestigung des Verteilerdeckeis 22 am Flansch 11 und die
Befestigung dieses Flansches am Körper 1 sicher.
Der Verteilerdeckel 22 begrenzt eine Eintrittsleitung 25, vorzugsweise koaxial zum
Hüllkörper 12 und einen Ringkollektor 26, der mit dem ringförmigen Freiraum 27
verbunden ist, welcher vom zweiten Mantel 20 und der Innenwand des Hüilkörpers
12 begrenzt wird.
Der Kollektor 26 führt zu einer Austrittsleitung 28.
Der oben beschriebene Wärmetauscher ist im wesentlichen dazu gedacht, en
Wärmeaustausch zwischen inkompatiblen Fluiden zu ermöglichen, das heißt
zwischen Fluiden, die unter gar keinen Umständen miteinander in Kontakt
gebracht werden dürfen, wie dies bei einem Treibstoff, wie beispielsweise Kerosin,
und dem Schmieröl für Teile eines Triebwerks oder Getriebes der Fall sein kann,
wenn diese beiden Fluide sehr unterschiedliche Temperaturen aufweisen und
beispielsweise das Öl durch den dem Triebwerk zugeführten Treibstoff gekühlt
werden muß.
Das erste Fluid, beispielsweise der Treibstoff, wird dem Wärmetauscher über die
Eintrittsleitung 25 in Richtung des Pfeils F&sub1; zugeführt; es wird dann in den Freiraum
27 geleitet, der vom zweiten Mantel 20 und der Außenwand des Hüllkörpers 12
begrenzt wird und die Wärmeübergangselemente 16 enthält.
Dieses erste Fluid wird dann dem Ringkollektor 26 und anschließend der
Austrittsleitung 28 zugeführt.
Das zweite Fluid, beispielsweise ein Schmierstoff, wird in Richtung von Pfeil F&sub2;
dem Eintrittskanal 7 zugeführt, der es zur ringförmigen Aussparung 6 leitet, die
einen Verteiler bildet, welcher dieses Fluid verteilt und es in das Innere des
Mantels 18 leitet, wobei es somit an der Außenseite des Hüllkörpers 12 an den
Wärmeübergangselementen entlangfließt, die dieser Hüllkörper trägt.
Der Freiraum 15, der den Boden 13 des Hüllkörpers 12 vom Boden 3 des Körpers
1 trennt, bildet den Kollektor für das zweite Fluid, das somit zur Aussparung 5 und
dann in den Austrittskanal 8 geleitet wird.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß zwischen den Kreisläufen für das erste
und für das zweite Fluid keinerlei Verbindung bestehen kann. Eine Leckage könnte
nur zwischen dem Flansch 11 und der Stützfläche 10 des Körpers 1 auftreten,
wenn die Dichtung 14 defekt wäre, aber in diesem Fall würde das zweite Fluid
nach außen abgeführt, ohne mit einem Teil des Kreislaufs für das erste Fluid in
Verbindung kommen zu können.
Auf gleiche Weise könnte eine Leckage im Kreislauf des ersten Fluids nur
zwischen der Außenseite des Flansches 11 und der Dichtung 23 des
Verteilerdeckeis 22 auftreten. In diesem Fall würde die Leckage, die durch einen
Defekt der Dichtung 23 verursacht wäre, das erste Fluid nur nach außen leiten,
ohne daß dieses erste Fluid auf irgendeine Weise in den Kreislauf des zweiten
Fluids gelangen könnte.
Im beschriebenen Beispiel erfolgt die Zirkulation der beiden Fluide im Gegenstrom.
Man würde den Rahmen der Erfindung nicht verlassen, wenn eine andere Art der
Zirkulation bei Einsatz von in der Technik üblichen Mitteln verwendet würde. Es ist
insbesondere möglich, an den Enden bestimmter Wärmeübergangselemente
Zwischenwände anzuordnen, um eine Zickzack-Zirkulation des einen und/oder des
anderen Fluids zu erreichen.
Der Mantel 18 kann im Verhältnis zum Mantel 2 und zu den
Wärmeübergangselementen 16 frei sein oder fest mit dem Mantel 2 verbunden
sein und im Verhältnis zu den Wärmeübergangselementen 16 frei sein, oder der
Mantel 18 kann fest mit den Wärmeübergangselementen 16 verbunden sein und
im Verhältnis zum Mantel 2 frei sein. Der Mantel 18 kann auch weggelassen
werden, wenn die Länge der Verteileraussparungen 6 im Verhältnis zur Länge der
Wärmeübergangselemente 16 gering ist; dies ist für die
Wärmeübergangselemente 16a in der Ausführungsform gezeigt, die im folgenden
unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben ist.
Gleichfalls ist der zweite Mantel 20 so vorgesehen, daß er im Verhältnis zu den
Wärmeübergangselementen 16 verschoben werden kann, oder wenn er mit diesen
fest verbunden ist, daß er im Verhältnis zum Abstich 21 verschoben werden kann;
dies ist auch der Fall, um Beanspruchungen zu vermeiden, die durch
unterschiedliche Wärmedehnung entstehen können.
Wie bereits oben erläutert, weist der Hüllkörper 12 eine dicke Wand auf,
beispielsweise in der Größenordnung von 2 bis 3 mm, um das Risiko des Kontakts
zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid zu verringern oder sogar
auszuschließen.
Damit das Risiko eines unbeabsichtigten Zusammentreffens in noch größerem
Maße ausgeschlossen werden kann, zeigen Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 Mittel, die
weitere Ausbildungen der Erfindung darstellen, durch welche dicke und gut
wärmeleitfähige Wände erzielt werden können.
Nach Fig. 2 und Fig. 3 besteht der Hüllkörper 12a der Flasche aus zwei
rohrförmigen Teilen 29, 30, zwischen denen ein ringförmiger Freiraum 31
ausgespart bleibt. Die rohrförmigen Teile 29, 30 sind untereinander zumindest über
den größten Teil ihrer Länge durch wärmeleitende Teile 32 verbunden,
beispielsweise durch gewellte oder auf andere Weise geformte Bänder, welche
angelötet oder auf andere Weise an den genannten rohrförmigen Teilen 29, 30
befestigt sind.
Im übrigen sind die rohrförmigen Teile untereinander zumindest an ihren Enden
durch angelötete oder angeschweißte Ringe 33, 34 verbunden, so daß eine
absolute Dichtigkeit gewährleistet ist.
Verschiedene Mittel der Technik sind hinlänglich bekannt, um ein solches Ergebnis
zu erreichen, beispielsweise das Elektronenstrahlschweißen.
Der ringförmige Freiraum 31 ist vorteilhafterweise mit einem im Flansch 11
vorgesehenen Ausleitungskanal ins Freie 35 verbunden. Auf diese Weise gelangt
bei einer Leckage an einem der rohrförmigen Teile 29 oder 30 das erste Fluid F&sub1;
oder das zweite Fluid F&sub2; in die ringförmige Kammer 31 und wird über den
Ausleitungskanal ins Freie 35 abgeführt, was eine sofortige Entdeckung des
Defekts ermöglicht.
Fig. 4 zeigt, daß die wärmeleitenden Teile 32 als Rippen 32a ausgeführt sein
können, wobei sie gleichzeitig mit einem der rohrförmigen Teile 29 oder 30 durch
Gießen so hergestellt werden können, daß der ringförmige Freiraum 31 in
Längskanäle 31a unterteilt wird.
Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, welche die Herstellung von
Wärmetauschern für große Durchflußmengen ermöglicht.
In dieser Ausführung weist der Hüllkörper 12, der so ausgeführt ist, wie dies unter
Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben ist, an seinem offenen Ende einen Kranz 36
auf, auf dem eine dickwandige Muffe 37 zentriert ist, das heißt ihre Dicke
entspricht der des Hüllkörpers 12.
Dichtungsringe 38, die eine absolute Dichtigkeit gewährleisten, werden zwischen
dem Kranz 36 und der Muffe 37 eingefügt, deren freies Ende einen Flansch 39
bildet, welcher mit Dichtungsringen 40 versehen ist, welche auf einer Stützfläche
41 am Ende 1a von Körper 1 ruhen. Die Dichtungen 40 gewährleisten ebenfalls
eine absolute Dichtigkeit.
In dieser Ausführung ist der Körper 1 mit einem abnehmbaren Boden 3a versehen,
der beispielsweise mittels Schrauben unter Zwischenfügung von eine absolute
Dichtigkeit gewährleistenden Dichtungsringen 42 auf dem Körper 1 befestigt ist.
Der Hüllkörper 12 ist, wie in der Ausführung nach Fig. 1, mit
Wärmeübergangselementen 16 und 17 versehen, und auf gleiche Weise ist die
Muffe 37 mit Wärmeübergangselementen 16a bzw. 17a versehen, die sich jeweils
auf einer ihrer beiden Seiten erstrecken.
Die Wärmeübergangselemente 17, 17a stützen sich gegen die Innenwand 43 und
die Außenwand 44 eines Teils ab, das eine Ringleitung 45 bildet, die sich von einer
Verteilungskammer 46 aus in den Eintrittskanal 25 des Körpers 1 erstreckt.
Die Zeichnung zeigt, daß Dichtungen 47 zwischen der Innenwand der
Eintrittsleitung 25 und der Außenwand der Verteilungskammer 46 angebracht sind.
Die hierdurch erzielte Dichtigkeit ist nicht zwangsläufig absolut zu sein.
Das Ende 1a von Körper 1 bildet eine Austrittskammer 48, die mit einer
Austrittsdüse 49 versehen ist.
Zumindest eine Öffnung so ist zwischen der Kammer 46 und der Ringleitung 45
vorgesehen, um die Kammer 48 mit einer Kammer 51 zu verbinden, die wiederum
mit den ringförmigen Freiräumen verbunden ist, welche die Innenwand 43 und die
Außenwand 44 der Leitung 45 von der Außenseite des Hüllkörpers 12 und von der
Innenseite der Muffe 37 trennen.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Wände 43, 44 zusätzlich zu den im
folgenden beschriebenen Funktionen die Funktion des Mantels 18 bzw. 20 der
Ausführung nach Fig. 1 erfüllen.
Das die Kammer 46 und die Wände 43, 44 der Ringitung 45 begrenzende Teil
kann, je nach Temperatur der zur Bespülung bestimmten Fluide, auf verschiedene
Weise, beispielsweise aus Metall oder aus einem Verbundstoff oder Kunststoff,
hergestellt werden. Vorzugsweise wird dieses Teil aus einem wenig
wärmeleitfähigen Material hergestellt, was so erreicht werden kann, wie im
folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben ist.
Die Zeichnung zeigt, daß die Ringitung 45 an ihrem der Kammer 46
gegenüberliegenden Ende geöffnet ist, so daß das Fluid, das dem Eintrittskanal 25
in Richtung des Pfeils F&sub2; zugeführt wird, in das Innere der Ringitung 45 geleitet
wird, aus dieser an deren offenem Ende austritt, wie dies die Pfeile zeigen, dann
im Gegenstrom zur Austrittskammer 48 geleitet wird, wobei es den
Wärmeübergangselementen 17 und 17a folgt.
Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Wände 43 und 44 erfolgt zwischen
dem Fluid, das zwischen den genannten Wänden zirkuliert, und dem anschließend
an der Außenseite dieser Wände zirkulierenden Fluid kein nennenswerter
Wärmeaustausch.
Um dem zu entsprechen, was in der vorstehenden Beschreibung im
Zusammenhang mit der Funktionsweise des Wärmetauschers von Fig. 1 dargelegt
wurde, wird davon ausgegangen, daß es sich bei dem in Richtung des Pfeils F&sub2;
zirkulierenden Fluid um das zweite Fluid, beispielsweise ein Schmiermittel, handelt,
das von einem ersten Fluid, beispielsweise einem Treibstoff, der den
Verbrennungskammern eines Triebwerks zugeführt werden soll, gekühlt werden
muß.
Das erste Fluid wird in der Ausführung nach Fig. 5 dem Eintrittskanal 7 in Richtung
des Pfeils F&sub1; zugeführt. Dieses erste Fluid wird, wie die Pfeile zeigen, so geführt,
daß es entlang den Wärmeübergangselementen 16a um die Muffe 37 herum im
Gegenstrom zum erstgenannten Fluid zirkuliert, das entlang den
Wärmeübergangselementen 17a zirkuliert.
Das erste Fluid wird auf diese Weise zu einem Durchlaß 52 geführt, der im Boden
3a vorgesehen ist und zu einer mittleren Öffnung 53 führt, die im Inneren der durch
den Hüllkörper 12 gebildeten Flasche mündet, das heißt im Inneren des Mantels
20, der von den am genannten Hüllkörper 12 befestigten
Wärmeübergangselementen 16 umgeben ist.
Das erste Fluid wird auf diese Weise bis zum Boden 13 der Flasche geleitet, von
wo aus es in das Innere des Mantels 20 geleitet wird; dieses erste Fluid zirkuliert
dann entlang den Wärmeübergangselementen 16 gegen die Außenwand des
Hüllkörpers 12, das heißt, daß das erste Fluid also im Gegenstrom in bezug auf
das zweite Fluid zirkuliert, welches in Richtung des Pfeils F&sub2; entlang den
Wärmeübergangselementen 17 zirkuliert, die von der Außenwand des Hüllkörpers
12 getragen werden.
Das erste Fluid wird schließlich in einen Kollektor 54 (Fig. 5 und Fig. 6) geleitet,
der vom abnehmbaren Boden 3a begrenzt wird, und wird auf diese Weise zum
Austrittskanal 8 des Körpers 1 geführt.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, zirkuliert das erste Fluid immer auf
der Außenseite der Muffe 37 und auf der Innenseite des Hüllkörpers 12, so daß
eine absolute Dichtigkeit nur zwischen diesen beiden Teilen erforderlich ist, das
heißt auf Höhe der Dichtungsringe 38 und auch zwischen der Muffe 37 und der
Stützfläche 41 am Ende 1a des Körpers, was durch die Dichtungsringe 40
gewährleistet wird.
Das zweite Fluid seinerseits zirkuliert nur auf der Innenseite der Muffe 37 und auf
der Außenseite des Hüllkörpers 12. Das Risiko eines Kontakts beider Fluide ist auf
diese Weise extrem gering, da er nur entweder durch eine eventuelle Porosität der
Muffe 37 oder des Hüllkörpers 12 oder durch eine unvermittelt durch das
Vorhandensein eines Fremdkörpers bewirkte Durchlöcherung entstehen kann.
Aus der nachfolgenden Beschreibung geht hervor, wie auch dieses Risiko
ausgeschaltet werden kann.
Um die Dichtigkeit zwischen der Muffe 37 und dem Hüllkörper 12 noch weiter zu
verbessern, ist es vorteilhaft, den Kranz 36 mit dem Ende der Muffe 37 durch eine
Schweißung 55 (Fig. 9) zu verbinden, deren gute Ausführung leicht durch in der
Technik bekannte Verfahren geprüft werden kann.
In diesem Fall, ist es auch vorteilhaft, wie in Fig. 9 dargestellt, daß der Flansch 39a
der Muffe 37 zwischen den komplementären Flanschen 56 am Körper 1 und 57 am
Ende 1a dieses Körpers eingeklemmt wird, das heißt, es wird zum Halten der
Muffe 37 dasselbe Mittel verwendet, das in Fig. 1 zum Halten des Hüllkörpers 12
dargestellt ist.
Gleichfalls wie in Fig. 1 sind Dichtungen 14 und 23 vorgesehen, die gegen den
Flansch 39a gedrückt werden. Gemäß dieser Ausführung ergäbe sich die einzige
Leckagemöglichkeit für das Fluid F&sub1; zwischen dem Flansch 39a und dem Flansch
56, das heißt zur Außenseite des Körpers 1 des Wärmetauschers hin; gleichfalls
ergäbe sich die einzige Leckagemöglichkeit für das Fluid F&sub2; zwischen dem Flansch
39a und dem Flansch 57, das heißt ebenfalls zur Außenseite des Wärmetauschers
hin.
In der vorstehenden Beschreibung wurde gezeigt, daß es vorteilhaft ist, den
Wärmeaustausch zwischen der Ringleitung 45 und den
Wärmeübergangselementen 17 und 17a, welche mit dem Hüllkörper 12 bzw. mit
der Innenwand der Muffe 37 verbunden sind, so weit wie möglich zu verringern.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine Ausführung, mit der dieser Wärmeaustausch auf
einen sehr geringen Wert reduziert werden kann. In diesem Fall ist das Teil,
welches die ringförmigen Wände 44 und 45 begrenzt, so ausgebildet, daß die
genannten Wände durch je zwei konzentrische, mit Abstandsstücken 58 auf
Abstand gehaltene Rohre 44a, 44b und 45a, 45b gebildet werden.
Zumindest eines der Rohre 44a-45b weist eine oder mehrere Öffnungen 59 auf, so
daß das Fluid F&sub2;, das im Inneren der Ringleitung 45 oder außerhalb dieser Leitung
zirkuliert, den Raum ausfüllt, der die konzentrischen Rohre 44a, 44b einerseits und
45a, 45b andererseits trennt.
Die Öffnungen 59 sind klein vorgesehen, damit die Zirkulation des im Inneren der
genannten konzentrischen Rohre enthaltenen Fluids möglichst gering oder sogar
Null ist; auf diese Weise bildet das Fluid selbst einen Wärmeschild, indem es die
Wärmeleitung verringert.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen auch eine Ausführung, die ein Entweichen des einen
und/oder anderen Fluids F&sub1;, F&sub2; zur Außenseite des Wärmetauschers hin erlaubt,
wenn die Muffe 37 wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben montiert ist, das
heißt, wenn sie sich über Dichtungen 38 auf dem Kranz 36 des Hüllkörpers 12
abstützt und wenn sie sich im übrigen über Dichtungen 40 auf der Stützfläche 41
abstützt.
Dazu weist die Muffe 37, die aus demselben Grund wie der Hüllkörper 12 relativ
dick ausgeführt ist, weiterhin einen Längssteg 60 auf, der von einem Kanal 61
durchbohrt ist, welcher mit zwischen den Dichtungen 40 einerseits und zwischen
den Dichtungen 38 andererseits mündenden Leitungen 62, 63 verbunden ist.
Die Leitung ist gegenüber einem Ableitungskanal 64 angeordnet, welcher am Ende
1a des Körpers 1 vorgesehen ist; auf diese Weise würde eine Leckage des Fluids
F&sub1; in dem Fall entstehen, daß eine der Dichtungen 38 defekt wäre, und dieses
Fluid würde durch die Leitungen 63, 62 zum Kanal 64 geleitet. Gleichfalls würde
eine Leckage des Fluids F&sub2; durch einen Defekt der anderen Dichtung 38 oder einer
der Dichtungen 40 verursacht, in diesem Fall würde auch dieses Fluid dem
Ableitungskanal 64 zugeführt.
Fig. 10 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, mit der das Risiko ausgeschaltet
wird, daß aufgrund von Porosität oder einer von Verunreinigungen verursachten
Fräswirkung Leckagen entstehen.
Wie in der Zeichnung dargestellt, sind der Hüllkörper 12 sowie die Muffe 37 so
ausgeführt, daß sie je zwei Wände 12a, 12b bzw. 37a, 37b aufweisen, welche
Ringkammern 65, 66 begrenzen, in denen Wärmeübertragungselemente 67, 68
angeordnet sind. Solche Elemente können durch Rippen, aufgerollte Bänder, in
der Art von Ablenkungselementen zugeschnittene Bänder oder durch andere
Elemente gebildet werden, die eine gute Wärmeübertragung sicherstellen. Die
Wärmeübertragungselemente 67, 68 sind vorzugsweise angelötet oder sind
Bestandteile einer der Wände, aus denen der Hüllkörper 12 bzw. die Muffe 37
bestehen.
Die Ringkammern 65, 66 sind im übrigen untereinander durch eine Leitung 63
verbunden, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben wurde, und eine
Leitung 64 ist im Flansch 39a vorgesehen, die mit der Kammer 66 der Muffe 37
oder mit der Kammer 65 des Hüllkörpers 12 verbunden ist, im Fall einer
Ausführung nach Fig. 1, bei der keine Muffe 37 vorhanden ist.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Funktionsweise hinsichtlich des
Wärmeaustauschs im Vergleich zu den Ausführungen, die unter Bezugnahme auf
Fig. 1, Fig. 5 und Fig. 9 beschrieben wurden, nicht geändert wurde, und daß
weiterhin im Falle einer Beschädigung einer der Wände 12a, 12b bzw. 37a, 37b
das eine oder andere Fluid F&sub1; bzw. F&sub2; zwangsläufig zur Außenseite des
Wärmetauschers geleitet wird, so daß auf diese Weise jedes Risiko eines
Kontakts der beiden Fluide ausgeschlossen ist.
Fig. 11 zeigt eine vereinfachte Variante der Ausführungen nach Fig. 5 oder Fig. 9.
In der folgenden Beschreibung werden zur Bezeichnung derselben Elemente
dieselben Bezugszahlen wie bei der Beschreibung der anderen
Ausführungsformen verwendet.
Der Körper 1 ist so ausgeführt, daß er direkt mit einem Ende des von den
Wärmeübergangselementen 16 umgebenen Mantels 20 verbunden ist, wobei er
eine Dichtigkeit aufweist, die eventuell relativ sein kann.
Ein einziges Rohr 43a ersetzt die Rohre 43, 44 nach Fig. 5 und Fig. 9, und dieses
Rohr 43a ist über die Dichtung 47, deren Dichtigkeit relativ sein kann, mit der
Eintrittsöffnung 25 am Ende 1a des Körpers 1 verbunden.
Das Rohr 43a bildet eine Trennwand zwischen den Wärmeübergangselementen
17 und 17a an der Außenseite des Hüllkörpers 12 und an der Innenseite der Muffe
37, indem es einen Doppekreislauf zwischen dem genannten Hüllkörper und der
genannten Muffe begrenzt. Eines der Fluide kann so zugeführt werden, daß es
ausgehend von der Eintrittsöffnung 25 zirkuliert, wobei es den durch durchgehende
Linien dargestellten Pfeilen F&sub2; folgt, um dann zur Austrittsleitung 49 geleitet zu
werden, oder dasselbe Fluid kann so zugeführt werden, daß es ausgehend von
der Austrittsleitung 49 in Richtung der durch gestrichelte Linien dargestellten Pfeile
zirkuliert, daß heißt in umgekehrter Richtung. Im übrigen kann das andere Fluid
gleichfalls in der einen oder anderen Richtung den Pfeilen F&sub1; folgend zirkulieren
Es ist so möglich, die Zirkulation der Fluide in derselben Strömungsrichtung, im
Gegenstrom oder mit umgekehrten Strömungsrichtungen zu leiten.
In der vorausgehenden Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß der Mantel
1, die Muffe 37, das die Ringleitung 45 begrenzende Teil, der Hülkörper 12, der
Mantel 20 sowie die beschriebenen Elemente, die ihnen zugeordnet sind, einen
ringförmigen Querschnitt aufweisen. Fig. 12 zeigt, daß auch andere
Querschnittsformen ausgeführt werden können, wobei alle in der vorausgehenden
Beschreibung genannten Merkmale gelten.
In dieser Hinsicht zeigt Fig. 12, daß der Wärmetauscher, in seiner in Fig. 5
dargestellten Ausführung, in Kreisbogenform ausgeführt sein kann, damit seine
Anpassung an ein im allgemeinen in zylindnscher Form vorliegendes tragendes
Element möglich ist, wie dies bei Reaktorwänden der Fall ist.
In Fig. 12 werden, wie bei der Beschreibung der vorherigen Figuren, zur
Bezeichnung derselben, zuvor detailliert beschriebenen Elemente dieselben
Bezugszahlen verwendet.
Es ist offensichtlich, daß auch eine Ausführung mit anderen Querschnittsformen
möglich ist, so daß der Wärmetauscher beispielsweise einen mehr oder weniger
flachen rechteckigen Querschnitt aufweisen kann.
In der vorstehenden Beschreibung wurde erläutert, daß eine absolute Dichtigkeit
an verschiedenen Stelen der Kreisläufe hergestellt werden muß. Für die anderen
Kreislaufabschnitte, beispielsweise zwischen dem Kranz 36 und der Kammer 52
oder in Höhe der Dichtung 47 ist nur eine relative Dichtigkeit unerläßlich. Diese
relative Dichtigkeit kann durch ein beliebiges Mittel erzielt werden, beispielsweise
durch Dichtungen, durch eine Preßpassung, durch Zwischenfügung eines
Imprägniermittels oder durch jedes andere in der Technik allgemein bekannte
Mittel.