DE102005012868B3 - Holding and guide device for heat exchanger elements has guide element passed through more than one recess in support element - Google Patents
Holding and guide device for heat exchanger elements has guide element passed through more than one recess in support element Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Halte- und Führungseinrichtung, insbesondere für Wärmetauscherelemente in einer hoch korrosiven Umgebung, bestehend aus mindestens einem zumindest einseitig befestigten Stützelement welches mehrere Ausnehmungen und/oder Ausbuchtungen zur Aufnahme von mediendurchspülten Leitungselementen aufweist, wobei das Stützelement die Leitungselemente unter Ausbildung eines elastisch verformbaren Flächenkontaktes berührt.The The invention relates to a holding and guiding device, in particular for heat exchanger elements in a highly corrosive environment, consisting of at least one at least one side mounted support element which several recesses and / or bulges for receiving media-flushed conduit elements having, wherein the support element the conduit elements to form an elastically deformable surface contact touched.
Anlagen, in denen hoch korrosive Bedingungen herrschen, werden üblicherweise mit inerten Materialien ausgekleidet, um so die Beständigkeit der Anlage gegenüber den in der Anlage vorhandenen Materialien zu erhöhen. Die Auskleidung von Anlagen mit inerten Materialien ist aufgrund der chemischen Trägheit der verwendeten Materialien mit Problemen verbunden, welche jedoch im Stand der Technik beherrschbar sind. Im Gegensatz zur reinen Auskleidung, ist es auch notwendig, aktive Elemente in Anlagen direkt aus den chemisch trägen Materialien herzustellen. Dieses ist besonders dann notwendig, wenn eine Verkleidung eines aktiven Elementes die Funktionsfähigkeit des Elementes wesentlich beeinflusst, beispielsweise bei Elementen, die dem Wärmeaustausch dienen. Eine Verkleidung eines herkömmlichen Wärmetauscherelementes würde bedeuten, dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärmetauscherelementes durch die Verkleidung wesentlich erniedrigt würde. Durch die Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit eines Wärmetauscherelementes ist dieses nur noch bedingt bis gar nicht mehr einsetzbar. Denn die Fähigkeit, Wärme von einem Medium in ein anderes zu übertragen, ohne dass sich diese Medien in direktem Kontakt befinden, ist ein Parameter, welcher im Stand der Technik von Wärmetauschern zur Erhöhung der Effektivität ständig verbessert wird. Eine Ummantelung mit einem chemisch trägen Material läuft dieser Entwicklung entgegen. Daher ist es notwendig, Wärmetauscherelemente direkt aus dem chemisch trägen Material herzustellen, um zu vermeiden, dass die zu übertragende Wärme eine zusätzliche Materialgrenze überwinden muss. Üblicherweise werden als Leitungselemente der Wärmetauscher Schläuche aus chemisch trägen polymeren Werkstoffen oder hochkorrosionsfesten Edelstahllegierungen hergestellt, welche in den Querschnitt eines Strömungskanals gehängt werden, um eine möglichst hohe Oberfläche innerhalb des Strömungskanals zu erreichen. Dem Medium, welches durch die Schläuche fließt, wird hierdurch die Möglichkeit gegeben, Wärme mit dem Medium auszutauschen, welches durch den Strömungskanal fließt.Attachments, where highly corrosive conditions prevail are commonly used lined with inert materials, so the durability the plant opposite to increase the materials available in the plant. The lining of plants with inert materials is due to the chemical inertia of the used materials associated with problems, which, however, in the State of the art are manageable. In contrast to the pure lining, It is also necessary to take active elements in plants directly from the inert chemically To produce materials. This is especially necessary if a cladding of an active element the functionality of the element, for example, elements, the heat exchange serve. A lining of a conventional heat exchanger element would mean that the thermal conductivity the heat exchanger element would be significantly reduced by the disguise. By humiliation the thermal conductivity a heat exchanger element this is only conditionally to no longer usable. Because the ability, Heat from to transfer one medium into another, without these media being in direct contact is a Parameter which in the prior art of heat exchangers to increase the effectiveness constantly is improved. A sheath with a chemically inert material this one is running Development contrary. Therefore, it is necessary to heat exchanger elements directly from the chemically inert Material to avoid that to be transferred Heat one additional Overcome material boundary got to. Usually become as line elements of the heat exchanger hoses inert chemically polymeric materials or high corrosion resistant stainless steel alloys manufactured, which are hung in the cross-section of a flow channel, one as possible high surface within the flow channel to reach. The medium, which flows through the hoses, thereby becomes the possibility given, heat to exchange with the medium, which through the flow channel flows.
Die im Stand der Technik zur Verfügung stehenden chemisch trägen Materialien, welche auch hoch korrosiven Bedingungen standhalten, sind polyfluorierte polymere Werkstoffe. Dabei sind diese polyfluorierten polymeren Werkstoffe um so reaktionsträger, je höher der Fluorierungsgrad der in den polymeren Werkstoffen vorliegenden Kohlenstoffketten ist. Ein weiterer Parameter, welcher zur chemischen Reaktionsträgheit führt, ist die Kettenlänge der polymeren Werkstoffe. Je korrosiver die Bedingungen in einer Anlage sind, desto höher fluoriert und desto länger müssen die Kettenlängen der verwendeten polymeren Werkstoffe sein. Dieses führt aber dazu, dass die so erhaltenen Werkstoffe nur noch extrem schwer bis gar nicht verarbeitbar sind. Des Weiteren haben diese perfluorierten polymeren Werkstoffe eine nur begrenzte Festigkeit in der Wärme. Gerade in Wärmetauscheranlagen, welche unter hohen Temperaturen arbeiten, ist es daher notwendig, dass die mechanischen Belastungen der Wärmetauscherschläuche, welche den Wärmetauscherschläuchen aus den reaktionsträgen Materialien zusetzten und die Einsatzdauer verringern, möglichst gering gehalten werden.The available in the prior art standing chemically inert Materials that withstand even highly corrosive conditions, are polyfluorinated polymeric materials. These are polyfluorinated polymeric materials the more inert, the higher the degree of fluorination of the in the polymeric materials present carbon chains. Another parameter that leads to chemical inertness is the chain length the polymeric materials. The more corrosive the conditions in one Plant are the higher fluorinated and the longer have to the chain lengths be the polymeric materials used. But this leads to the fact that the materials obtained so far only extremely difficult are not processable. Furthermore, these have perfluorinated polymeric materials have only limited strength in the heat. Just in heat exchanger systems, which work under high temperatures, it is therefore necessary that the mechanical loads of the heat exchanger hoses, which the heat exchanger tubes the reactionary Add materials and reduce the duration of use, if possible be kept low.
Durch die Strömung in den Querschnitten der Strömungskanäle können die Schläuche aus perfluorierten polymeren Werkstoffen oder die Rohre aus hochkorrosionsfesten Edelstahllegierungen ins Schwingen geraten und die mechanische Agitation kann ihre Lebensdauer herabsetzen. Durch eine geringere Wärmesteifigkeit können die Schläuche auch leichter beschädigt werden. Besonders durch Punktierungen an Punktkontakten und durch Knicke an Linienkontakten, welche an Kanten entstehen, ist eine vorzeitige Schädigung der Schläuche oder Rohre aus den oben genannten Materialien möglich.By the flow in the cross sections of the flow channels, the hoses made of perfluorinated polymeric materials or tubes made of highly corrosion resistant Stainless steel alloys can vibrate and mechanical agitation can reduce their lifespan. Due to a lower thermal stability can the hoses also easier damaged become. Especially by puncturing at point contacts and through Kinks on line contacts, which occur at edges, is a premature one damage the hoses or pipes made of the above materials possible.
Um das Schwingen der Schläuche, welche durch das Anströmen im Strömungskanal entstehen, auf unterkritische Größenordnungen zu reduzieren, werden diese Schläuche, durch mechanische Halte-, Stütz- oder Führungselemente in Position gehalten. Solche Halte-, Stütz- oder Führungselemente aus dem Stand der Technik unterscheiden sich bis auf die Materialeigenschaften nur unwesentlich von gattungsgemäßen Elementen, welche zur Unterstützung einer Vielzahl von Rohren gebräuchlich ist. Im Gegensatz zu den gattungsgemäßen Halte- oder Stützelementen, welche üblicherweise aus Metall bestehen, besteht bei der Verwendung von perfluorierten polymeren Werkstoffen das Problem, dass diese nur schwer bis gar nicht verschweißt werden können und dass die Schläuche oder Rohre eine vom Gehäuse abweichende thermische Ausdehnung besitzen, welche es verbietet, mechanisch starre Verbindungen zwischen Schlauch oder Rohr und Stützelement zu konstruieren.Around the swinging of the hoses, which by the influx in the flow channel arise on subcritical orders of magnitude to reduce these hoses, by mechanical support, support or guide elements kept in position. Such holding, support or guide elements from the state The technique is different except for the material properties only insignificant of generic elements, which to support a variety of tubes in use is. In contrast to the generic holding or supporting elements, which usually Made of metal, the use of perfluorinated polymeric materials have the problem that these are difficult to even not welded can and can that the hoses or pipes one from the housing have different thermal expansion, which prohibits mechanically rigid connections between hose or pipe and support element to construct.
Ebenso wie die Schläuche oder Rohre selbst und die Anlage müssen auch die Stützelemente aus Materialien gefertigt sein, welche den hoch korrosiven Bedingungen, welche in der Anlage herrschen, widerstehen können. In der Vergangenheit werden hierzu Platten verwendet, welche eine Vielzahl von Bohrungen aufweisen, durch welche die einzelnen Schläuche hindurch geführt werden, so dass diese Schläuche in Position gehalten werden. Bei der Konstruktion solcher Wärmetauscherelemente werden die Schläuche aus den oben genannten Materialien senkrecht ausgerichtet und die Platten werden in einer horizontalen Ausrichtung positioniert, so dass die Schläuche senkrecht durch die Platten hindurch stoßen. Als Alternative zu einer Platte, welche mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen ist, werden auch Netze verwendet, die in der Waagerechten gespannt werden und gegebenenfalls Abstandsringe zur Versteifung der Netzmaschen aufweisen. Die Verwendung von starren Platten mit einer Vielzahl von Bohrungen und die Verwendung von Netzen mit eingeführten Abstandsringen wirft jedoch große Probleme auf, die zu einem vorzeitigen Versagen des gesamten Wärmetauschers führen. Denn die mechanische Agitation der Schläuche durch die Schwingungen führt dazu, dass die Schläuche aus den chemisch trägen Werkstoffen Scheuerbelastungen ausgesetzt sind, welche durch die Punkt- oder Linienbelastungen an den Bohrungsöffnungen oder an den Netzmaschen entstehen. Diese Belastungen führen in den polymeren perfluorierten Werkstoffen zu Überbeanspruchungen, welche die mechanischen Eigenschaften unerwünscht beeinträchtigen. Des Weiteren werden die mechanischen Eigenschaften dieser Schläuche durch mechanische Spannungsspitzen an reduzierter Wandstärke vorzeitig beeinträchtigt.Like the hoses or pipes themselves and the equipment, the support members must also be made of materials which can withstand the highly corrosive conditions prevailing in the equipment. In the past will be this used plates, which have a plurality of holes through which the individual tubes are passed through, so that these tubes are held in position. In constructing such heat exchanger elements, the tubes of the above materials are oriented vertically and the plates are positioned in a horizontal orientation so that the tubes will pierce vertically through the plates. As an alternative to a plate which is provided with a plurality of holes, also networks are used, which are stretched in the horizontal and optionally have spacer rings for stiffening the net meshes. However, the use of rigid plates with a large number of bores and the use of networks with inserted spacer rings poses great problems, leading to premature failure of the entire heat exchanger. Because the mechanical agitation of the hoses by the vibrations causes the hoses made of the chemically inert materials to be exposed to abrasion stresses that result from the point or line loads on the bore openings or on the mesh meshes. These stresses lead to overstressing in the polymeric perfluorinated materials, which undesirably impair the mechanical properties. Furthermore, the mechanical properties of these hoses are impaired prematurely by mechanical stress peaks with reduced wall thickness.
In
der
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der Offenlegungsschrift
Darüber hinaus
werden in der US-2,539,805 A und
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Halte- und Führungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in einer hoch korrosiven Umgebung beständig ist und Leitungselemente im Querschnitt eines Strömungskanals in Position hält, ohne dass diese durch Materialschwächung beschädigt werden, wobei der geringen Eigenelastizität von Materialien, die in einer hochkorrosiven Umgebung beständig sind, Rechnung getragen werden soll.task The present invention is therefore a holding and guiding device to disposal which is stable in a highly corrosive environment and conduit elements in the cross section of a flow channel in position, without that by material weakening damaged be, with the low inherent elasticity of materials in one highly corrosive environment resistant are to be taken into account.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Leitungselemente durch mehr als eine Ausnehmung des Stützelementes geführt sind.The inventive task is solved by that the conduit elements by more than one recess of the support element are guided.
In
Verbesserung der Halte- und Führungseinrichtung
nach dem Patent
Durch die Verwendung eines längeren Streifens, welcher mit Schlitzen und Lochstanzungen versehen ist, besteht die Möglichkeit, auf eine sehr einfache Weise die Wärmetauscherelemente gemäß der erfindungsgemäßen Halte- und Führungseinrichtung innerhalb des Wärmetauschers zu halten.By the use of a longer one Strip, which is provided with slots and punched holes, it is possible, in a very simple way, the heat exchanger elements according to the holding invention and leadership facility inside the heat exchanger to keep.
In
Verbesserung der Halte- und Führungseinrichtung
nach dem Patent
Zum Einsatz der erfindungsgemäßen Halte- und Führungseinrichtung werden die Wärmetauscherrohre jeweils durch ein Paar gleichartiger in unmittelbarer Nähe eingebrachter Schlitzöffnungen hindurchgeschoben. Hierdurch entsteht eine Anordnung in der die erfindungsgemäße Halte- und Führungseinrichtung die Wärmetauscherrohre scheinbar von zwei Seiten wie ein Geflecht umgreift und so stabilisiert. Dabei bilden die Streifen, die durch zwei in die polyfluorierte Folie eingebrachte Schlitze entstanden sind, einen Flächenkontakt mit den Wärmetauscherschläuchen aus. Durch die Lochstanzungen am Ende der Schlitze entstehen Teilflächen, welche auch bei Zugbelastung der gesamten Halte- und Führungseinrichtung nicht gespannt werden, sondern zu einer Aushalsung neigen, wobei diese Aushalsung vom Krümmungsradius der Streifen abgewandt ist. Hierdurch wird erreicht, dass kein Linienkontakt am Rande der einzelnen, die Wärmetauscherschläuche umgreifenden Streifen ausgebildet wird.To the Use of the holding and guide means become the heat exchanger tubes each by a pair of similar introduced in the immediate vicinity slot openings pushed. This creates an arrangement in the Holding device according to the invention and leadership facility the heat exchanger tubes apparently from two sides like a braid surrounds and so stabilized. In this case, the stripes formed by two in the polyfluorinated Slide introduced slots have emerged, a surface contact with the heat exchanger tubes. Through the punch holes at the end of the slots arise partial surfaces, which even with tensile load of the entire holding and guiding device not stretched but tend to a Aushalsung, this Aushalsung of the radius of curvature the strip is turned away. This ensures that no line contact on the edge of the individual, the heat exchanger hoses embracing Strip is formed.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Schlitze gleichmäßig über den Streifen zu verteilen. In vorteilhafter Weise sind jedoch die Schlitze jeweils paarweise in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, wodurch zwischen den Schlitzen schmalere und breitere Streifen entstehen. Durch die paarweise Anordnung wird erreicht, dass bei leichtem Biegen der Halte- und Führungsein richtung sich die Streifen nach außen biegen und so eine offene Lasche zum Durchführen der Wärmetauscherschläuche ausbilden. Um der dichten Packung der Wärmetauscherrohre Rechnung zu tragen, ist vorgesehen, dass die Schlitze paarweise versetzt angeordnet sind, wobei die Schlitzbreite eines Schlitzpaares sich mit der Schlitzbreite eines weiteren Schlitzpaares überschneidet. In dieser Anordnung, in der die Schlitzpaare versetzt zueinander angeordnet sind, ist es möglich, mit einem polyfluorierten Polymerstreifen auch solche Rohrpackungen sicher zu Verzurren, die eine hohe Packungsdichte aufweisen. Dabei werden die einzelnen Wärmetauscherrohre versetzt zueinander von der erfindungsgemäßen Halte- und Führungseinrichtung umgriffen. Überraschender Weise wurde festgestellt, dass in dieser Anordnung trotz der leicht höheren Flexibilität durch die überschneidend angeordneten Schlitze die Wärmetauscherrohre, die durch diese Anordnung zusammengehalten werden, weniger zu Schwingungen neigen, als ein regelmäßig angeordnetes Gitter von Schlitzen, in denen die einzelnen Wärmetauscherrohre schachbrettartig von einzelnen Streifen der Halte- und Führungseinrichtung umgriffen sind.In Embodiment of the invention, it is possible, the slots evenly over the Distribute stripes. Advantageously, however, are the slots arranged in pairs in close proximity to each other, whereby between the slits narrower and wider stripes emerge. The pairwise arrangement ensures that with slight bending the holding and Führungsein direction the stripes turn outwards bend and so form an open tab for passing through the heat exchanger hoses. To the tight packing of the heat exchanger tubes To take into account, it is provided that the slots in pairs are arranged offset, wherein the slot width of a pair of slots overlaps with the slot width of another slot pair. In this arrangement, in which the pairs of slots offset from each other are arranged, it is possible with a polyfluorinated polymer strip also such pipe packages safe lashing, which have a high packing density. there become the individual heat exchanger tubes offset from each other by the holding and guiding device according to the invention encompassed. surprisingly Way, it was found that in this arrangement, despite the easy higher flexibility arranged by overlapping Slit the heat exchanger tubes, which are held together by this arrangement, less to vibrations tend to be as a regularly arranged Grid of slots in which the individual heat exchanger tubes checkered surrounded by individual strips of the holding and guiding device are.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden darüber hinaus dadurch gelöst, dass mehrere nebeneinander angeordnete Leitungselemente durch ein Stützelement gehalten sind, welches zumindest auf einer Endseite verjüngt ausgebildet ist und mit dem verjüngten Ende durch die ausgebildeten Schlitze hindurch führbar ist, wobei die ausgebildeten Schlaufen die Leitungselemente umgreifen. Durch diese erfindungsgemäße Halte- und Führungseinrichtung ist es möglich, Wärmetauscherrohre sicher mit einem polyfluoriertem Polymerband zu verzurren, wobei es unnötig ist, das Polymerband zu nieten, schweißen, verketten oder in sonstiger Weise miteinander zu verbinden. Hierdurch wird dem Rechnung getragen, dass hochfluorierte Polymere im allgemeinen sehr schwer zu verbinden, zu schweißen oder sonst wie verarbeitet werden können. Durch die erfindungsgemäße Halte- und Führungseinrichtung kann auch nachträglich eine Wärmetauscherrohrpackung verzurrt werden. Außerdem ist in der erfindungsgemäßen Halte- und Führungseinrichtung kein waagerechtes Element vorhanden, auf dem sich Niederschläge ansammeln können und den effektiven Querschnitt des Wärmetauschers somit verengen könnten. Durch die Art der Verzurrung sind die Elemente aus polyfluorierten Polymer ausschließlich senkrecht angeordnet, wodurch die Möglichkeit für Niederschlaganhäufungen vermindert wird.The objects of the invention are moreover achieved in that a plurality of juxtaposed conduit elements are held by a support member which is tapered at least on one end side and with the tapered end through the slots formed can be guided, the trained loops engage around the conduit elements. By this holding and guiding device according to the invention, it is possible to securely tie heat exchanger tubes with a polyfluorinated polymer tape, wherein it is unnecessary to rivet the polymer tape, weld, chain or otherwise connect with each other. This will take this into account that highly fluorinated polymers are generally very difficult to bond, weld or otherwise process. By holding and guiding device according to the invention can also be subsequently lashed a heat exchanger tube package. In addition, no horizontal element is present in the holding and guiding device according to the invention, on which precipitation can accumulate and thus could narrow the effective cross section of the heat exchanger. Due to the nature of the lashing, the elements of polyfluorinated polymer are arranged exclusively vertically, whereby the possibility for precipitation accumulations is reduced.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigtIt shows
In
In
In
Die
erfindungsgemäße Halte-
und Führungseinrichtung
gemäß
- 11
- Halte- und Führungseinrichtungholding and leadership facility
- 22
- Schlitzslot
- 33
- Schlitzslot
- 44
- LochstanzungHole punching
- 55
- LochstanzungHole punching
- 66
- Stützelementsupport element
- 1212
- Schlitzslot
- 1313
- Schlitzslot
- 1414
- LochstanzungHole punching
- 1515
- LochstanzungHole punching
- 2020
- Verbindungslinieconnecting line
- 2121
- Verbindungslinieconnecting line
- 2222
- Schlitzslot
- 2323
- Viertelkreisquadrant
- 2424
- Viertelkreisquadrant
- 3030
- Wärmetauscherrohrheat exchanger tube
- 4040
- Stützelementsupport element
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