DE3310061C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung behandelt einen Wärmetauscher, bei dem eine Vielzahl von
parallel angeordneten Profilrohren endseitig an einem Rohrboden eines
Sammelbehälters angeschlossen sind.
Wärmetauscher dieser und gemäß z.B. der DE-PS 29 07 810 bekannten Art
erfordern eine fluiddichte und betriebsfeste Verbindung der Pro
filrohre mit mindestens einem zentralen Sammel- oder Verteilerrohr. Im
aus der DE-PS 29 07 110 speziell bekannten Fall besteht die Rohrmatrix
aus einer Vielzahl an räumlich verschachtelt ineinandergreifenden,
U-förmigen gekrümmt in eine Heißgasströmung hineinragenden Pro
filrohren, die ein- und austrittsseitig mit voneinander getrennten
Druckluftführungen innerhalb des gemeinsamen Sammelrohrs in Verbindung
stehen; dabei bilden die Profilrohre also eine im
"Kreuz-Gegenstrom-Prinzip" aufgebaute Matrix aus, in die eintritts
seitig verhältnismäßig "kalte" Druckluft einströmt und unter Umkehrung
der Strömungsrichtung "heiß" in den betreffenden Führungs- und Ver
teilerstrang des Sammelrohrs abströmt. Betriebsbedingte örtliche Tem
peratur- ("heiß"/"kalt") und Druckgradienten am Sammel- oder Vertei
lerrohr müssen beherrscht werden, ohne die Gesamtbauteilfestigkeit zu
beeinträchtigen.
Nach allgemein bekanntem Stand der Technik sind bei Wärmetauschern der
eingangs erwähnten Art die in eine Durchgangsöffnungen aufweisende
Wand des Sammelbehälters oder Verteilerrohrs gesteckten Profilrohre
stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, mit der Wand verbunden.
Die Durchgangsöffnungen in der Behälterwand werden durch Bohren oder
Erodieren ausgebildet, woraus eine aufwendige Belochungsprozedur res
ultiert. Die Einzelmontage der Profilrohre, insbesondere das Einfädeln
in die Durchgangsbohrungen ist vergleichsweise umständlich, insbe
sondere deshalb, weil zwischen Profilrohr- und Durchgangsöffnung in
der Wand ein enges Spiel (verschieblicher Paßsitz) vorhanden ist. Enge
Toleranzen von Loch und Rohr müssen im Hinblick auf eine einwandfreie
Lötung eingehalten werden.
Ein aus der DE-OS 27 00 182 bekannter Wärmetauscher sieht eine Wärme
tauschermatrix in der Kombination aus geraden Profilrohren und well
blechartigen Abstrahlern vor; insbesondere bezüglich einer Vielzahl
von Profilrohrreihen soll eine erleichterte Zentrierung und Verbindung
der betreffenden Profilrohrenden mit dicken Rohrplatten geschaffen
werden; die Rohrplatten sollen durch jeweilige Stapel von miteinander
hartverlöteten Metalleisten gebildet werden, die zwischen einander
gegenüberliegenden Anlage- bzw. Fügeflächen Nuten zur jeweils halb
seitigen Profilrohrumschließung ausbilden; selbsttätig wirkende Zen
trierungsmittel können dabei ferner ober- bzw. fügeflächenseitig an
den Leisten angeordnet sein; im bekannten Fall ist es erforderlich,
die dicken Leisten - nach Zusammenfügung zu einer Rohrplatte- in be
sonderer Weise (Nutausfräsungen, Verlötungen) mit separaten
"Wasserkästen" als Behälter zu verbinden; eine derartige Behälterbau
weise dürfte -neben schon erwähntem besonderen-Herstell und Verbin
dungsaufwand durch vergleichsweise geringe festigkeitsmäßige Stabili
tät gekennzeichnet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscher anzuge
ben, bei dem eine Vielzahl von parallel angeordneten Profilrohren auf
verhältnismäßig einfache Weise betriebsfest und - sicher am Rohrboden
eines Behälters verankerbar sind, der zugleich festigkeitsmäßig in
sich stabil sowie örtlich thermisch kompatibel ausgebildet ist.
Die gestellte Aufgabe ist durch Patentanspruch 1 erfindungsgemäß ge
löst.
Der wesentliche Vorteil ist es, daß in verhältnismäßig einfacher
Schaffung eines Rohrbodens mit darin fest und wandseitig fluiddicht
eingebundenen Profilrohrenden zugleich ein festigkeitsmäßig in sich
stabiler Sammelbehälter des Wärmetauschers gebaut werden kann. Die
zusätzlichen Ausnehmungen bilden beim aus Elementen zusammengesetzten
Behälter Regionen betrieblich angepaßter Steifigkeit und/oder ther
mischer Dehnungen aus.
Die angegebene Lösung bietet die Möglichkeit, zunächst eine Gruppe von
Profilrohren auf ein Element aufzusetzen, darauf dann ein nach
folgendes Element aufzusetzen und hierauf nun eine fluiddichte stoff
schlüssige Verbindung beider Elemente untereinander sowie mit den Pro
filrohren dieser Gruppe vorzusehen, so daß in derart fortlaufender
Weise ein Wandsektionen und Profilrohrgruppen enthaltender Zusammenbau
des Wärmetauschers möglich ist.
Alternativ dazu können sämtliche Gruppen von Profilrohren nebst Ele
menten, erst nachdem letztere zum Aufbau eines kompletten Sammelbe
hälters schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufeinanderge
setzt worden sind, fluiddicht statisch fest angeschlossen bzw. unter
einander verbunden werden. Auf diese Weise sind noch Lagekorrekturen
der Struktur aus Elementen und Profilrohren vor endlich fester Verbin
dung möglich. Vorteilhaft kann dabei in einem einzigen Verbindungs
schritt der gesamte Sammelbehälter nebst sämtlichen Gruppen an Pro
filrohren fertig hergestellt werden.
Die Schichten können senkrecht oder auch unter einem schrägen Winkel
zur Erstreckung des Sammelbehälters liegen. Die Aufnahme der Kräfte
aus Innendruck und Temperatur erfolgt bevorzugterweise in Richtung der
Erstreckung der Schichten. Je nach ihrer Gestalt (eben oder der Krüm
mung einer gewölbten Mantelfläche des Sammelrohrs folgend) können die
Elemente die Last über Biegung und/oder Tangentialkräfte abtragen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2
bis 6 hervor, wonach
- - die Elemente erosiv vorprofiliert sind (Anspruch 2);
- - die Elemente in an sich bekannter Weise im Sinne zentrierender oder bauteilausrichtender Oberflächenstrukturen vorprofiliert sind (Anspruch 3);
- - sämtliche Teile durch Diffusionsschweißen oder Löten fluiddicht ver bunden sind (Anspruch 5);
- - die Oberflächenstrukturen nasenartig an Teilfugen der Elemente her ausragende Führungsleisten sind, mit denen die in Ausnehmungen eines vorprofilierten Elements eingesetzten Profilrohre einer Rohrgruppe in Position gehalten sind (Anspruch 6).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht vom Innern eines Sammelbehälters auf eine
den Rohrboden ausbildende Sammelbehälterwand mit Profilrohren
sowie aus Elementen als Schichtaufbau,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen halbfertigen im we
sentlichen kreisrunden Sammelbehälter mit Profilrohren einer
Rohrgruppe in diametral gegenüberliegender Erstreckung,
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines halbfertigen im we
sentlichen im Querschnitt rechteckigen, aus ringförmigen Ele
menten schichtartig aufgebauten Sammelbehälters,
Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche schematische Seitenansicht, wobei
die einzelnen vorprofilierten Elemente zusätzliche Aus
nehmungen außerhalb der Profilrohranschlußbereiche aufweisen,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Element nach Fig. 4,
Fig. 6 zwei Alternativen für zentrierende und bauteilausrichtende
Oberflächensturkturen an jeweiligen Elementpaarungen,
Fig. 7 zwei aufeinanderzusetzende Elemente mit einer alter
nativen, hier leistenartigen Füge- und Zentrierverbindung
zwischen Profilrohr und Element, durch die das Profilrohr
einer Rohrgruppe vor einer festen fluiddichten Verbindung der
Elemente in Position gehalten wird,
Fig. 8 einen Schnitt ensprechend VIII-VIII in Fig. 7,
Fig. 9 einen Schnitt ensprechend IX-IX in Fig. 7.
Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Sammelbehälterwand eines
Wärmetauschers weist ein im wesentlichen horizontal sich erstreckendes
ringförmiges Anschlußelement 10 auf, das, wie die Ausführung nach Fig.
2 zeigt, kreisrund oder, gemäß Fig. 3, im wesentlichen rechteckig aus
gebildet sein kann.
Das Anschlußelement 10 ist längs seiner Oberseite mit Ausnehmungen
vorprofiliert, in die die Enden der Profilrohre 1 einer ersten im we
sentlichen horitzontal sich erstreckenden Rohrgruppe eingesetzt sind.
Nach dem Einsetzen der Profilrohre 1 der ersten Rohrgruppe wird ein
weiteres vorprofilierte Element 5 aufgesetzt, das ebenfalls kreisrund
entsprechend dem Durchmesser des Anschlußelements 10 ist.
Anschließend werden in gleicher Weise die Profilrohre 2, 2′, 3, 3′ und 4
aufgesetzt, wobei jeweils vor Aufsetzung der betreffenden Profilrohre
2, 2′, 3, 3′ bzw. 4 weiterer Rohrgruppen das jeweils zugehörige weitere
vorprofilierte ringförmige Element 5, 6, 7, 8 bzw. 9 aufgesetzt wird.
Ersichtlich entsteht mithin eine im wesentlichen geschlossene Sammel
behälterwand. Die Verbindungsstellen zwischen den Profilrohren und den
Elementen, die schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufein
ander gesetzt sind, sowie zwischen den Elementen, werden in geeigneter
Weise fluiddicht und statisch fest verschlossen, beispielsweise durch
Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial, oder Diffusionsschweißen
oder Löten.
In den Fig. 2 und 3 sind in schematischer Draufsicht halbfertige im
zuvor genannten Sinne aufgebaute Sammelbehälter 21 gezeigt. Die Wand
20 des Sammelbehälters 21 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
kreisrund, im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 rechteckför
mig ausgebildet.
Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigte Sammelbehälterwand
entspricht im wesentlichen der Struktur einer Wand nach Fig. 1; es
sind jedoch gemäß Fig. 4 und 5 außerhalb der Profilrohranschlußbe
reiche zusätzliche Ausnehmungen 11 vorgesehen, die Regionen angepaßter
Steifigkeit und/oder thermischer Dehnungen ausbilden, wobei dennoch
eine an sich geschlossene Sammelbehälter-Innenwand gegeben ist.
Die einzelnen vorprofilierten Elemente können im Querschnitt unter
schiedlich konfiguriert sein, um günstige Fügestellen zwischen den
Montageteilen zu schaffen. Wie Fig. 6 zeigt, können die Fügestellen
der Elemente, z.B. 6, 7, als zentrierende oder bauteilausrichtende
Oberflächenstrukturen 12, 13 vorprofiliert sein.
Die in Fig. 7 veranschaulichte Fügeverbindung an einem Profilrohr 2′
mit einem vorprofilierten Element 6 bzw. 7 sieht nasenartig über die
Teilfuge 26 bzw. 26′ des Elements 6 bzw. 7 herausragende Führungs
leisten 16 bzw. 17 vor, durch die die Profilrohre, hier z.B. 2′ einer
Rohrgruppe, sicher in den vorprofilierten Ausnehmungen, z.B. des Ele
ments 6, positioniert sind, bevor das nächstfolgende Element 7 aufge
setzt wird. Auf diese Weise ist eine Beschädigung der Profilrohre 2′
durch Einquetschen zwischen der jeweiligen Teilfuge 26 bzw. 26′ ausge
schlossen. Die Konturen der nasenartigen Führungsleisten 16 bzw. 17
ergeben sich aus den Querschnitten gemäß Fig. 8 und Fig. 9. Gemäß Fig.
7, unten, können die Stirnkanten 36 der nasenartigen Führungsleisten
16 ballig oder auch konisch ausgeführt sein, so daß das Profilrohr 2′
mittels einer gepaßten Schnappwirkung in die vorprofilierte Ausnehmung
des Elements 6 eingesetzt werden kann.
Claims (6)
1. Wärmetauscher mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Pro
filrohren, die endseitig an einem Rohrboden eines Sammelbehälters
(21) angeschlossen sind, wobei die Wand (20) des Sammelbehälters
(21)
- - aus Elementen (5 bis 10) aufgebaut ist,
- - die zur Aufnahme der Rohrenden vorprofiliert sind,
- - die ringförmig ausgebildet sind,
- - die schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufeinander gesetzt sind und
- - die mit den Profilrohrenden und untereinander fluiddicht ver bunden sind,
- - zusätzliche Ausnehmungen (11) außerhalb der Profilrohranschlußbe reiche aufweist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ele
mente erosiv vorprofiliert sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elemente (6,7) in an sich bekannter Weise im Sinne zentrieren
der oder bauteilausrichtender Oberflächenstrukturen (12, 13) vor
profiliert sind.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß sämtliche Teile durch Preßschweißen mit oder ohne
Zusatzmaterial, fluiddicht verbunden sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß sämtliche Teile durch Diffusionsschweißen oder Löten
fluiddicht verbunden sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenstrukturen nasenartig an Teilfugen (26) der Elemente
(6, 7) herausragende Führungsleisten (16, 17) sind, mit denen die in
Ausnehmungen eines vorprofilierten Elements (6), eingesetzten
Profilrohre (2′) einer Rohrgruppe in Position gehalten sind.
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