本發(fā)明涉及一種熱學(xué)設(shè)備，該熱學(xué)設(shè)備帶有一個(gè)可壓力密封地關(guān)閉的壓力罩并帶有一個(gè)共軸的、內(nèi)部的熱交換器，該熱交換器包圍一個(gè)內(nèi)部空間、支承在一個(gè)設(shè)備底部上并且形成一個(gè)相對(duì)于該壓力罩的環(huán)形空間。

背景技術(shù)：

一個(gè)此類的熱學(xué)設(shè)備大多具有一個(gè)帶有可關(guān)閉的蓋板凸緣的壓力罩，該蓋板凸緣相對(duì)于設(shè)備軸線定中心地安排并且具有一個(gè)相關(guān)的內(nèi)部直徑。此外，該熱交換器在其朝向該蓋板凸緣的末端處具有一個(gè)上部的管件，該上部的管件具有一個(gè)此類的外部直徑，該外部直徑小于該蓋板凸緣的內(nèi)部直徑。該上部的管件豎直地延伸到該蓋板凸緣中。在該環(huán)形空間中能夠用一種吹掃氣體相對(duì)于該反應(yīng)空間構(gòu)造超壓力。

在密封壓力空間時(shí)經(jīng)常存在如下問(wèn)題，在密封位置處彼此鄰接的部件由于不同的溫度或不同的材料而不同地膨脹并且因此導(dǎo)致熱學(xué)引起的、密封件伙伴(Dichtungspartner)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。盡管存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，密封的問(wèn)題仍隨著壓力和溫度的增加而加劇。

所屬類型的熱學(xué)設(shè)備的一個(gè)典型的應(yīng)用情形是用于產(chǎn)生合成氣的氣化反應(yīng)器，該氣化反應(yīng)器具有外部的壓力罩和在該壓力罩中被安排為熱交換器的一個(gè)冷卻屏。該冷卻屏包圍該氣化反應(yīng)器的一個(gè)內(nèi)部空間。在該內(nèi)部空間(該內(nèi)部空間在該應(yīng)用情形下被稱為反應(yīng)空間)中，至多達(dá)2000℃的溫度和至多達(dá)100巴的壓力占主導(dǎo)。在該氣化反應(yīng)器內(nèi)部的冷卻屏用于承載壓力的反應(yīng)器壁的熱學(xué)保護(hù)。該冷卻屏通常形成為用冷卻水流經(jīng)的盤(pán)管(Rohrwicklung)，其中這些管壓力密封地彼 此焊接并且形成一個(gè)相對(duì)于該反應(yīng)器壁的環(huán)形空間，為保護(hù)其免受腐蝕的、雜散的(vagabundierenden)反應(yīng)氣體，借助一種惰性氣體來(lái)吹掃該環(huán)形空間。在此，該惰性氣體壓力略微超過(guò)該冷卻屏包圍的反應(yīng)空間中的壓力。

為了使氣體吹掃實(shí)現(xiàn)其目的，在冷卻屏和反應(yīng)器壁之間的該環(huán)形空間必須盡可能完全地與該反應(yīng)空間分離。在此出現(xiàn)多個(gè)問(wèn)題。

該冷卻屏通常支承在該反應(yīng)器底部上，即，在那里形成固定承載。由于在該反應(yīng)區(qū)中的高運(yùn)行溫度，在該冷卻屏的這些盤(pán)管中的冷卻劑的溫度為至多250℃。位于該冷卻屏后面的反應(yīng)器壁加熱明顯更少，一般來(lái)說(shuō)在該反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)還安裝有一個(gè)耐火襯壁(Feuerfestausmauerung)。

因此在將該反應(yīng)器加熱至運(yùn)行溫度期間或在運(yùn)行中斷期間導(dǎo)致在該反應(yīng)器壁中和在該冷卻屏中的不同的膨脹。在冷卻屏和反應(yīng)器壁之間的一個(gè)密封件必須能夠補(bǔ)償該相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

氣化反應(yīng)器通常是圓柱形的并且具有一個(gè)蓋板凸緣，該蓋板凸緣的實(shí)心的凸緣套管為密封件的安裝提供良好的前提條件。因此最近實(shí)施如下冷卻屏構(gòu)造方式，這些冷卻屏構(gòu)造方式向上具有一個(gè)達(dá)到該凸緣直徑的、錐形的變窄部。

過(guò)去，人們也已經(jīng)嘗試用不同的器件來(lái)密封在蓋板凸緣和冷卻屏之間的、由此產(chǎn)生的環(huán)形間隙。

在一個(gè)簡(jiǎn)單的變體中，僅用高的惰性氣體流量來(lái)吹掃沒(méi)有額外密封器件的其余的環(huán)形間隙(DD 237 318 A1)。在此示出的是，進(jìn)入該反應(yīng)空間中的惰性氣體流量在維持反應(yīng)空間溫度的情況下導(dǎo)致能量上的缺點(diǎn)，并且不可避免的是，反應(yīng)氣體可能侵入在冷卻屏和反應(yīng)器壁 之間的該環(huán)形空間中。

第二種變體在冷卻屏和蓋板凸緣之間提供一個(gè)彈性的密封件(例如以密封條的形狀)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這些密封件磨損得很快或由于熔渣堆積而喪失其功能。

滑動(dòng)密封件屬于第三種變體。為此，該冷卻屏借助一個(gè)氣體密封地焊接的管件向上延長(zhǎng)到該蓋板凸緣中并且該滑動(dòng)密封件被安排在該蓋板凸緣中。該密封類型也包含很多問(wèn)題。如果使用硬的滑動(dòng)密封件材料，則制造誤差、尤其焊接后的管件的形狀偏差導(dǎo)致非密封性，該非密封性由于密封材料缺乏彈性而不能夠被補(bǔ)償。根據(jù)DE 20 2007 011 109 U1或DE 20 2007 018 720 U1，在使用軟的滑動(dòng)密封件(這些軟的滑動(dòng)密封件與填料箱(Stopfbuchsen)可相比地通過(guò)壓縮實(shí)現(xiàn)其密封功能)的情況下，在該密封間隙處的這些不可避免的、非常硬的熔渣堆積或與腐蝕性的反應(yīng)氣體相關(guān)的高反應(yīng)器溫度導(dǎo)致該密封材料快速磨損。

在第四種變體中，通過(guò)在該管件處安裝波紋管補(bǔ)償件(這些波紋管補(bǔ)償件關(guān)閉在冷卻屏和蓋板凸緣之間的間隙)，完全排除了在這些密封件伙伴之間的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)(例如EP 0 254 830 A2、US 4.202.672 A、DE 10 2007 045 321 A1)。由于補(bǔ)償件根據(jù)功能必須補(bǔ)償軸向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這些補(bǔ)償件由薄壁的、折疊的金屬管件制成，但是這些金屬管件在腐蝕性的氣氛中被氣化反應(yīng)器快速地腐蝕和穿通。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此從已知的現(xiàn)有技術(shù)的所述的缺點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明所基于的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)性的解決方案，以便構(gòu)型在該冷卻屏和傳遞壓力的、在該蓋板凸緣的區(qū)域中的設(shè)備壁(該設(shè)備壁具有長(zhǎng)的使用時(shí)間)之間的環(huán)形間隙。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)如下熱學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其中能夠用吹掃氣體加載的一個(gè)迷宮式密封件被安排在該蓋板凸緣和該管件之間的一個(gè)環(huán)形間隙中。有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。

迷宮式密封件是在蒸汽或燃?xì)鉁u輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)或飛機(jī)引擎中的經(jīng)典的軸密封件。在此，該待密封介質(zhì)很熱并且軸轉(zhuǎn)速很高。

這涉及到用于氣體的節(jié)流式密封件，也就是說(shuō)，一定程度上的氣體泄漏是不可避免的。迷宮式密封件通常由間隔環(huán)和節(jié)流板構(gòu)造成并且運(yùn)行可靠。在專業(yè)文獻(xiàn)中詳細(xì)地描述了基本構(gòu)造形式及其針對(duì)具體應(yīng)用情形的計(jì)算，例如能夠在“www.fachwissen-dichtungstechnik.de”中找到。因此在此應(yīng)只描述原理上的解決方案。

根據(jù)本發(fā)明，最初針對(duì)旋轉(zhuǎn)的部件開(kāi)發(fā)的密封件類型被用于相對(duì)于熱反應(yīng)氣體來(lái)密封靜態(tài)的反應(yīng)器部件。雖然由于缺少旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)限制了密封作用，但是期望(例如從在熱交換器和壓力罩之間的該環(huán)形空間到該反應(yīng)空間中的)較小的氣體體積流量完全用于冷卻這些節(jié)流孔板。

為了避免熱的反應(yīng)氣體向在該冷卻屏之后的該環(huán)形空間中回流，在溢流位置處必須在環(huán)形空間和反應(yīng)空間之間的密封位置處存在一個(gè)正的壓力差。在文獻(xiàn)中充足地、準(zhǔn)確地描述了迷宮式密封件的流動(dòng)行為和壓力差的計(jì)算。必須特別重視的是，要注意最少需要的間隙高度和渦流室高度的最佳比率以及間隙長(zhǎng)度和間隙寬度的比率。在迷宮式密封件上的實(shí)際壓力損失的計(jì)算在考慮到可允許的制造公差和密封間隙變化(由于熱膨脹不同)的情況下進(jìn)行。

相對(duì)于已知的解決方案，本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明在同時(shí)避免密封件伙伴的摩損性的表面接觸的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)足夠的密封程度。在正確的安裝順序下，可能實(shí)現(xiàn)這些密封件部 件相對(duì)彼此所需要的確切的定位。在冷的狀態(tài)下安裝時(shí)有利地存在大的密封間隙，然而在加熱時(shí)由于密封件伙伴和節(jié)流環(huán)的徑向的材料膨脹，密封間隙變得更小并且密封作用由此提高。為了生產(chǎn)該迷宮式密封件，可以從耐磨損的材料的大范圍變體中選擇，優(yōu)選使用不銹鋼。該迷宮式密封件的模塊式的構(gòu)造能夠使密封性簡(jiǎn)單地適配于在不同的熱學(xué)設(shè)備中的具體條件。

附圖說(shuō)明

下面應(yīng)以氣化反應(yīng)器為例來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明的熱學(xué)設(shè)備。所屬的附圖在此示出：

圖1：示出了一個(gè)氣化反應(yīng)器的上部區(qū)段的截面圖示

圖2：示出了在該蓋板凸緣中的一個(gè)迷宮式密封件的示意圖

具體實(shí)施方式

在圖1中示出的一個(gè)圓柱形的氣化反應(yīng)器(該氣化反應(yīng)器具有一個(gè)可壓力密封地關(guān)閉的壓力罩1)的上部區(qū)段中，一個(gè)內(nèi)部的、接近壁的熱交換器2(在氣化反應(yīng)器的情況下被稱為冷卻屏)被安排為共軸的。該冷卻屏支承在一個(gè)設(shè)備底部(未示出)上并且形成一個(gè)相對(duì)于該壓力罩1的環(huán)形空間4，其中該壓力罩1具有一個(gè)可關(guān)閉的蓋板凸緣5，該蓋板凸緣相對(duì)于設(shè)備軸線定中心地安排并且具有一個(gè)內(nèi)部直徑Di(圖2)。

該蓋板凸緣5(該蓋板凸緣一般也用于接收氣化燃燒室的夾持件)用一個(gè)凸緣蓋(沒(méi)有參考符號(hào))壓力密封地關(guān)閉。

正如從圖2中的截面圖示可看到的，該熱交換器2具有多個(gè)氣體密封地連接的冷卻劑通道(在此通過(guò)一個(gè)上部的冷卻管6象征性地示出)以及具有外部直徑Da<Di的呈上部管件7構(gòu)型的一個(gè)軸向的延長(zhǎng)部，該上部的管件被焊接到該上部的冷卻管6上并且向上膨脹直到該蓋板凸緣5中。

在該環(huán)形空間4中能夠用一種從外部可輸送的吹掃氣體8相對(duì)于在該熱交換器中的該內(nèi)部空間3(反應(yīng)空間)構(gòu)造超壓力。

能夠用吹掃氣體8加載的一個(gè)軸向的迷宮式密封件9被安排在該蓋板凸緣5和在該蓋板凸緣中定中心的管件7之間的環(huán)形間隙中。

該迷宮式密封件9可以由一個(gè)緊湊的包(Paket)組裝，該緊湊的包由多個(gè)、呈環(huán)形地圍繞該管件7膨脹的節(jié)流點(diǎn)組成，這些節(jié)流點(diǎn)作為密封間隙11起作用。這些節(jié)流點(diǎn)例如能夠通過(guò)環(huán)形的節(jié)流板實(shí)現(xiàn)，這些節(jié)流板通過(guò)對(duì)應(yīng)地位于兩個(gè)節(jié)流板之間的間隔環(huán)彼此間隔開(kāi)，以便在這些節(jié)流板之間及在這些間隔環(huán)上形成多個(gè)在軸向上彼此并排的渦流室12。替代性地，迷宮式密封件的其他的、可比較的實(shí)施方式也是可行的。正如在圖2中示出的，也可能由一個(gè)區(qū)段制成。在節(jié)流板的這些內(nèi)部平面和該管件7之間，用于吹掃氣體9的節(jié)流間隙在十分之一毫米的范圍內(nèi)形成。兩個(gè)節(jié)流板彼此間的距離大約在15-20mm的范圍內(nèi)。在徑向上在這些節(jié)流板之間的渦流室12的深度為這些節(jié)流間隙的高度的大約十倍。密封作用取決于節(jié)流間隙的數(shù)量，該數(shù)量能夠相應(yīng)地適配于對(duì)應(yīng)的要求。在每個(gè)邊緣尖銳的節(jié)流點(diǎn)之后在這些渦流室12中形成多個(gè)渦流，這些渦流在吹掃氣體流中導(dǎo)致相應(yīng)的壓力損失并且借助每個(gè)節(jié)流點(diǎn)進(jìn)一步減小了氣體流。

由于作為開(kāi)放式的迷宮的迷宮密封件的構(gòu)型相對(duì)于該密封件類型的另外的、已知的變體產(chǎn)生更小的節(jié)流作用，例如一個(gè)帶齒的迷宮(在該管件7和該蓋板凸緣5的另一側(cè)的節(jié)流板)或一個(gè)階段式的迷宮(在管件7和蓋板凸緣5上的階梯狀的直徑分級(jí))，所展示的構(gòu)造形狀對(duì)于安裝到一個(gè)氣化反應(yīng)器中是最佳地適用的，這是由于更高的吹掃氣體流量和對(duì)該密封件的由此更高強(qiáng)度的冷卻以及由于小的制造成本。

在用于密封在冷卻屏和壓力罩1之間的環(huán)形空間4的迷宮式密封 件的所描述的用途中，可以使用惰性氣體來(lái)吹掃在這兩個(gè)部件之間的該環(huán)形空間4。該吹掃氣體8通常在該環(huán)形空間4(未示出)的下部被引入并且在該環(huán)形空間中向上流動(dòng)。在該冷卻屏的上部中，該吹掃氣體8通過(guò)為此提供的穿通部被轉(zhuǎn)移到該氣化反應(yīng)器的內(nèi)部空間3中。這例如可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)溢流通道(未示出)實(shí)現(xiàn)，這些溢流通道通向在該管件7的上部邊緣處的迷宮式密封件9上方的間隙中。

為了豎直地固定該迷宮式密封件9，該迷宮式密封件被支承在該蓋板凸緣5的一個(gè)機(jī)械加工的凹座中。所需要的徑向的橫截面擴(kuò)展部能夠以簡(jiǎn)單的方式通過(guò)在焊接到該壓力罩1中之前擰下蓋板凸緣5來(lái)生產(chǎn)。

配對(duì)件——該冷卻屏(管件7)的管狀的延長(zhǎng)部——在外圓周處被機(jī)械地加工，以便減小形狀偏差(在圖2中通過(guò)較小的壁厚度示意性地示出)。

為了安裝該迷宮式密封件9，首先將該圓柱形的管件7放置到該冷卻屏的上部的盤(pán)管上。之后，將該迷宮式密封件9推入到該蓋板凸緣5的該為此提供的凹座中。該迷宮式密封件9使該管件7在其機(jī)械加工的外部平面處在該冷卻管6上定中心。最后將該定中心的管件7與該冷卻屏的上部的冷卻管6氣體密封地焊接。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在其他的實(shí)施方式中便利地組合前面在本發(fā)明的不同的構(gòu)型中實(shí)現(xiàn)的特征。

附圖標(biāo)記列表

1 壓力罩

2 熱交換器

3 內(nèi)部空間

4 環(huán)形空間

5 蓋板凸緣

6 冷卻劑通道

7 管件

8 吹掃氣體

9 迷宮式密封件

10 橫截面擴(kuò)展部

11 密封間隙

12 渦流室。