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Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Behälter, beispielsweise Reaktor, dessen Erwärmung mittels eines entlang der Aussenwandung des Behälters einschliesslich seines Bodens geführten Fluids erfolgt, wobei das Fluid am Behälterboden zwischen diesem Boden und einer davon beabstandeten Scheibe geführt ist.
Auf vielen Gebieten der Technik kommen heute Behälter zum Einsatz, bei denen die darin enthaltenen Stoffe dadurch erwärmt werden, dass ein Wärmeenergie enthaltendes Fluid In geschlossenen Leitungen entlang der Aussenwandung des Behälters geführt wird, wobei die Wärme an die Aussenwandung und weiter an die im Behälter befindlichen Stoffe abgegeben wird. Die Form der Behälter ist dabei im wesentlichen beliebig, wobei allerdings für die beispielsweise erwähnten chemischen Reaktoren meist eine zylindrische Form gewählt wird. Dabei schliessen an eine Wandung in Form einer zylindrischen Mantelfläche zu beiden Seiten Böden mit unterschiedlichen Formen an. Es können Flachböden, Kegelböden oder auch gewölbte Böden, wie beispielsweise in Klöpperform, Korbbogenform oder Kugelform vorgesehen sein.
Die letztenannten Bodenformen kommen bevorzugt bei unter Druck stehenden Behältern zum Einsatz.
Während nun die Beheizung der zylindrischen Mantelfläche des Behälters keine Probleme mit sich bringt, ergeben sich bei der Beheizung der Böden die Nachteile, dass sich mit den bisherigen Halbrohrschlagen oder eingerollten Rohrschiangen mit Klammerbefestigung nur kleine Bereiche der Böden beheizen lassen. Überdies ist bel den eingerollten Rohrschlangen durch die nur strichförmige Auflage ein grosser Verlust an Wärmeenergie gegeben. Da mit den genannten Halbrohrschlangen oder Rohrschlangen nicht beliebig kleine Radien verlegt werden können, sind Hindernisse an den Böden, wie beispielsweise Behälterfüsse, Rohrstutzen usw., Hindernisse, die ein weiträumiges Umgehen erforderlich machen und daher die eigentlich zur Beheizung zur Verfügung stehende Bodenfläche praktisch gesehen beträchtlich verringern.
Die DD-PS 270 049 beschreibt einen temperierbare Tankcontainer, bei dem eine zylindrische Tankschale von einem Wärmedämmantel umgeben ist. Der Zwischenraum zwischen der Tankschale und dem Dämmantel wird von längs Schraubenlinien verlaufenden Trennstegen in schraubenförmige Strömungskanäle unterteilt. Diese Kanäle stehen mit am Stirnende vorgesehenen Eln- bzw. Auslassöffnungen für das Temperierungsmedium in Verbindung. Die bekannte Konstruktion hat keinesfalls die spezielle Aufgabe, die Wärmeübertragung am Behälterboden zu optimieren.
Beim Reaktor gemäss der FR-PS 2 473 902, ist zur Wärmeübertragung Im Bereich des Behälterbodens eine Scheibe im Abstand zum eigentlichen Behälterboden vorgesehen, wobei im Raum zwischen Scheibe und Boden das Medium strömt. Der Aussenrand der Scheibe befindet sich bereits im Bereich des zylinderförmigen Mantelbereiches des Behälters. Dadurch kann das Profil, welches den Raum für das Medium begrenzt, nicht zur Abstützung der Scheibe normal auf die Längsachse des Reaktors herangezogen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine Konstruktion für einen beheizbaren Behälter anzugeben, bei welcher die direkt beheizte Bodenfläche im Verhältnis zu den herkömmlichen Varianten wesentlich grösser ist und damit eine bessere Ausnutzung des dem Fluid Innewohnenden Wärmegehaltes möglich ist. Gleichzeitig soll die Konstruktion einfach, rasch und unter Verwendung möglichst unkomplizierter Bauteile herstellbar sein.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Aussenrand der Scheibe innerhalb des Randes des Behälterbodens liegt und am Aussenrand der Scheibe entlang ihres Umfangs zwischen dieser Scheibe und dem Behälterboden ein den Raum für das Fluid begrenzender, in sich geschlossener Streifen vorgesehen ist.
Dadurch wird das wärmeübertragende Fluid entlang der gesamten, von der Scheibe abgedeckten Fläche In Kontakt mit dem Behäiterboden geführt, sodass ein gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen wesentlich vergrösserter Bereich für die Wärmeübertragung gegeben ist.
Die Scheibe ist für alle der eingangs erwähnten Bodenformen, die standardmässig hergestellt werden, ebenso standardmässig und einfach herzustellen, und der geschlossene Streifen zur Begrenzung des Raumes für das Fluid ist gleichfalls ein einfach anzufertigender und anzubringender Bauteil, sodass eine rasch und ohne grossen Aufwand anzufertigende Konstruktion verwirklicht 1St. Durch die relativ steife Konstruktion in Längsrichtung wird eine gute Abstützwirkung erzielt, sodass der Behälter einerseits aufgrund der einfachen Bauteile einfach zu fertigen und doch sehr stabil ist und sogar Standbeine auf der Platte montiert werden könnten, wenn dies nötig ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind ebene, gerade Streifen als Verbindung zwischen dem Behälterboden und der Scheibe vorgesehen, welche radial verlaufen und wobei alternierend die ebenen Streifen vom Zentrum ausgehen und im Abstand zum umlaufenden Streifen aussen enden, oder von diesem letzteren Streifen ausgehen und im Abstand zum Zentrum enden, ein langer radialer Streifen jedoch vom Zentrum bis zum geschlossenen Streifen verläuft. Diese geraden Streifen bilden Zuganker und
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versteifen sowohl den Boden des Behälters als auch die von diesem beabstandete Scheibe. Daher sind auch unter Druck stehende Fluids verwendbar, ohne dass eine Ausbeulung des Behälterbodens oder der Scheibe befürchtet werden muss.
Gleichzeitig bilden die radialen Streifen durch die beschriebene Anordnung Zwangsführungen für das Heizfluid, sodass sichergestellt ist, dass tatsächlich die gesamte, von der Scheibe abgedeckte Fläche andauernd mit nachgeliefertem Fluid in Kontakt kommt.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl der radialen Streifen ungerade und auf je einer Seite des langen radialen Streifens ist der Einlass bzw. der Auslass für das Fluid angeordnet. Um die Umleitung des wärmeübertragenden Fluids auf den Bereich des zylindrischen Mantels in einfacher Weise zu gestatten, ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass der Einlass in der Scheibe näher dem Zentrum, zwischen dem langen Streifen und einem vom geschlossenen äusseren Streifen ausgehenden kurzen Streifen und der Auslass näher dem Aussenrand der Scheibe zwischen dem langen Streifen und einem vom Zentrum ausgehenden kurzen Streifen gegebenenfalls nur im geschlossenen Streifen liegt.
Beim Übergang von der Bodenheizung zur Beheizung der Mantelfläche muss das Fluid bei dieser Variante nur durch ein kurzes, gebogenes Rohrstück geleitet werden, das am Behälter eng anliegen kann.
Um einerseits die Strömung des Fluids nicht durch zu starke Umlenkung zu behindern und anderseits den zentralen Bereich des Behälters für Zu- oder Ableitungen freizuhalten, ist vorgesehen, dass der Raum für das Fluid gegen das Zentrum hin durch einen geschlossenen Streifen zwischen Behälterboden und Scheibe begrenzt ist, wobei der Innenrand der Scheibe mit dem inneren Streifens abschliesst.
Gemäss einem weiteren Merkmal umgeht der Aussenrand der Scheibe, und damit auch der äussere geschlossene Streifen, zusätzliche Bauteile, beispielsweise Rohrstutzen, Füsse für den Behälter oder dgl. Wenn also derartige Bauteile, beispielsweise Füsse, vorhanden sind, kann die erfindungsgemässe Scheibe derart ausgeschnitten sein, dass sie Ausnehmungen in ihrem Aussenrand aufweist. in denen die Füsse zu liegen kommen. Der äussere geschlossene Streifen wird entsprechend diesen Ausnehmungen gebogen und umläuft ebenfalls die genannten Bauteile. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die beheizte Fläche des Behälterboden weiter vergrössert werden kann und sich auch zwischen die Füsse des Behälters hinein erstreckt.
Alternativ dazu kann bei zu nicht gross dimensionierten Behältern auch vorgesehen sein, dass die Füsse für den Behälter direkt auf der Scheibe angebracht sind. Sie haben bei dieser Ausführungsform keinen direkten Kontakt mehr mit dem Behälterboden und daher muss auch die Scheibe nicht ausgeschnitten sein, sodass der gesamte Behälterboden mit dem Fluid in Kontakt kommen kann und daher die maximal mögliche Fläche für die Beheizung zur Verfügung gestellt wird.
Wenn gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die radialen und die geschlossenen Streifen am Behälterboden angebracht, die Scheibe entlang der Kontaktlinien mit den radialen Streifen ausgeschnitten und die radialen Streifen mit der Scheibe verbunden sind, ergibt sich eine besonders stabile Anordnung und durch die Zugängichkeit der Verbindungsstellen durch die Ausschnitte der Scheibe ist diese Anordnung überdies besonders einfach und rasch herstellbar. Dies gilt insbesondere in verstärktem Ausmass dann, wenn die radialen Streifen bis zur äusseren Oberfläche der Scheibe reichen.
Die beste Stabilität und rasche, bewährte Herstellungsverfahren sind möglich, wenn alle Bauteile aus einem metallischen Werkstoff bestehen und/oder die Materialpaarungen artgleiche Werkstoffe darstellen, z.
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diesen Schweissverbindungen sind.
In der nachfolgenden Beschreibung soll eine Ausführungsvariante der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 eine Draufsicht auf den Behälterboden von der Aussenseite her, die Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 der Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 111-111 der Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt einen beheizbaren Behälter, wie er vorzugsweise in der chemischen Industrie als Reaktor zum Einsatz kommt. An einem zylindrischen Mittelteil, dessen Umfangslinie mit 1 bezeichnet ist. schliesst sich zu beiden Seiten ein Boden 2 bzw. ein Deckel an der gegenüberliegenden Seite an. Wie aus den Fig 2 und 3 zu ersehen ist, handelt es sich im gegenständlichen Fall um einen sogenannten Klöpperboden, d h. einen gewölbten Boden 2, der über eine Krempe 3 mit kleinem Radius in die zylindrische Wandung 1 übergeht. Auf die Darstellung von Füssen, Ein- und Auslassstutzen und ähnlicher Bauteile im Boden 2 wurde der Einfachheit halber verzichtet.
Der Hohlraum, durch welchem das zur Beheizung des Behälterbodens vorgesehene Fluid geführt wird, ist einerseits vom Behälterboden 2 selbst und anderseits durch eine der Wölbung des Bodens angepasste Scheibe 4 begrenzt. In radialer Richtung ist am äusseren Rand der Scheibe 4 ein geschlossener Ring 5 vorgesehen, der den besagten Raum für das Fluid nach aussenhin begrenzt. Radial nach innen hin wird der Hohlraum für das Fluid durch einen zweiten konzentrischen Ring 6 begrenzt, sodass im Zentrum des Bodens 2 ein Bereich für die Durchführung von Rohrstutzen oder dgl. freigehalten bleibt Sollten derartige
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Durchführungen nicht vorgesehen sein, ist es auch möglich, den inneren Ring 6 ganz zu vermeiden, sodass sich die Scheibe 4 bis zum Zentrum des Bodens 2 erstreckt.
Auch die genauen Abmessungen der Scheibe bezüglich ihres äusseren Radius und damit auch der Position des äusseren geschlossenen Ringes 5 ist variabel und kann je nach den vorliegenden Anforderungen bestimmt sein.
In Fig. 1 sind schliesslich noch ebene, gerade Streifen 7,8 und 9 durch ihre Verbindungsstellen zur Scheibe 4 zu erkennen, die als Zwangsführung für das Heizfluid dienen und gleichzeitig auch als Versteifung für sowohl den Boden 2 als auch die Scheibe 4 vorgesehen sind. Diese Streifen 7, 8, 9 verlaufen radial, und in Umfangrichtung gesehen sind diese Streifen alternierend derart angeordnet, dass sie auf einen vom Zentrum bzw. vom inneren geschlossenen Streifen 6 ausgehen. Ihr radial äusseres Ende liegt jedoch in einem bestimmten Abstand zum äusseren Streifen 5, sodass zwischen diesem äusseren Ende des ebenen Streifens 7 und dem äusseren geschlossenen Streifen 5 ein Durchlass für das Fluid gegeben ist. Das umgekehrte Verhältnis liegt bei den jeweils benachbarten Streifen 8 vor, wo der Durchlass für das Heizfluid an der Innenseite liegt.
Dazu geht der ebene Streifen 8 vom äusseren geschlossenen Streifen 5 aus und endet in einem bestimmten Abstand zum Zentrum bzw. zum inneren geschlossenen Streifen 6.
Um keine ununterbrochene Durchströmung des Fluidraumes, sondern die einmalige Durchströmung zu ermöglichen, ist ein langer radialer Streifen 9 vorgesehen, der vom Zentrum bzw. dem inneren Streifen 6 bis hin zum äusseren Streifen 5 verläuft. Der Einlass 10 bzw. der Auslass 11 für das Heizfluid liegt auf je einer gegenüberliegenden Seite bezüglich dieses langen radialen Streifens 9.
Nach seinem Eintritt in dem vom Behälterboden 2 der Scheibe 4 und den geschlossenen Streifen 5, 6 gebildeten Hohlraum durch den Einlass 10, durchströmt das Fluid diesen Hohlraum mäanderförmig um die durch die Streifen 7 und 8 gebildeten Zwangsführungen, bis es nach einem vollständigen Umlauf durch den Auslass 11 austritt und vorteilhafterweise über ein kurzes an der Behälteraussenseite anliegendes gebogenes Leitungsstück 12 zu den herkömmlichen Heizeinrichtungen, wie beispielsweise Halbrohrschlangen oder Rohrschlangen für die zylindrische Wandung geleitet wird.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 der Fig. 1. Die ebenen Streifen 7, 8, 9 sind nun im Querschnitt zu sehen, wobei von links nach rechts zuerst ein vom äusseren Streifen 5 ausgehender ebener Streifen 8, anschliessend ein vom inneren Streifen 6 ausgehender ebener Streifen 7, danach der lange radiale Streifen 9, welcher sich von einem Streifen 5 bis zum anderen Streifen 6 erstreckt und anschliessend wieder ein vom inneren Streifen 6 ausgehender kurzer radialer Streifen 7 dargestellt ist.
Weiters ist der Einlass 10 für das Heizfluid und der davor liegende Rohrstutzen 14 für dessen Zuführung zu sehen.
Die Fig. 3 zeigt schliesslich einen Querschnitt entlang der Linie 111-111 der Fig. 1. Hier ist ganz deutlich der gewölbte Boden 2 des Behälters zu erkennen, der sich über die Krempe 3 an die zylindrische Wandung 1 anschliesst. Die Scheibe 4 ist in gleichem Mass wie der Behälterboden 2 gewölbt und ihr Aussen- bzw. Innenrand endet bei dem äusseren geschlossenen Streifen 5 bzw. dem inneren Streifen 6 und ist mit diesem verbunden. Schliesslich ist auch ein ebener gerader Streifen 8 zu erkennen, der sich vom äusseren geschlossenen Streifen 5 radial nach innen hin erstreckt, jedoch in einem bestimmten Abstand vom inneren Streifen 6 endet um somit einen Durchlass 13 für das Heizfluid freizulassen.
Aus den Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, dass sich vorzugsweise die Streifen 7, 8, 9 bis zur äusseren Oberfläche der Scheibe 4 erstrecken, zu welchem Zweck diese Scheibe 4 mit Ausschnitten versehen ist, durch welche die besagten Streifen 7, 8, 9 hindurch reichen. Dies erleichtert die Herstellung Insoferne, als nach Anbringen der Streifen 7, 8, 9 die Scheibe 4 auf den Boden 2 mit der Anordnung der Streifen 7, 8, 9 und natürlich auch der geschlossene Streifen 5, 6 aufgesetzt und von aussen mit diesen verbunden werden kann. Vorzugsweise sind alle Bauteile aus metallischem Werkstoff angefertigt und die Verbindungen werden durch Schweissen bewerkstelligt.
Dabei sind wie in Fig. 3 zu erkennen ist, die dem Behälterboden 2 zugewandten Ränder der Streifen 7, 8, 9 sich verjüngend ausgeführt, sodass auch deren Anbringung durch Schweissen am Behälterboden 2 leichter möglich 1St.
Die feste Verbindung zwischen Scheibe 4, den Streifen 7, 8, 9 und dem Behälterboden 2 gestattet einerseits eine Verwendung von unter erhöhtem Druck stehenden Heizfluid, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Behälterboden 2 oder die Scheibe 4 aufwölbt, anderseits Ist durch die besagte Abstützung auch eine Anbringung von beispielsweise Füsse für den Behälter direkt auf der Scheibe 4 möglich, wenn der Behälter nicht zu gross und damit zu schwer dimensioniert ist.
Die Wandstärken sowie die Länge und die Anzahl der ebenen geraden Streifen 7, 8, 9 sind abhängig von den Betnebsparametern und ergeben sich daraus aus standardmässigen Festigkeitsberechnungen. Um jedoch die zuvor beschriebene Ein- und Ausleitung des Heizfluids zu gestatten, wobei der Einlass 10 näher dem Zentrum des Behälterbodens 2 und der Auslass 11 näher dem Rand liegt, muss die Anzahl der radialen Streifen 7, 8, 9 ungerade sein.
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Schliesslich ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemässe Konstruktion nicht nur für die beispielhaft dargestellte Klöpperbodenform, sondern allgemein für gewölbte Böden, d. h. auch für Korbbogenform und Kugelform, als auch für Kegel- oder Flachböden entsprechend einsetzbar ist.