CH618257A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Kunststoff gegossenen Rohrboden eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers mit in den Rohrboden eingegossenen Bündelrohren.

Derartige Rohrböden sollen die Innenrohre eines Rohrbün-del-Wärmeaustauschers halten. Es sind verschiedene Typen derartiger Wärmeaustauscher bekannt, wobei jeder Wärmeaustauscher wenigstens einen derartigen Rohrboden zur Halterung der Innenrohre hat. Man unterscheidet drei Haupttypen, nämlich Wärmeaustauscher mit festen Rohrböden, Wärmeaustau-scher mit U-Rohren und Wärmeaustauscher mit Schwimmkopf.

Bei derartigen Wärmeaustauschern besteht das Problem,

dass die Rohrböden nach einer gewissen Betriebsdauer wegen der im Betrieb auftretenden thermischen Längenänderungen zu Undichtigkeiten neigen. Man hat schon versucht, dies dadurch zu beheben, dass das Rohrbündel in eine Kupferschicht oder eine Schicht aus einer Zinn-Bleilegierung eingegossen wurde. Die sich dabei ausbildende gegossene Metallschicht bildet nach dem Erstarren den betreffenden Rohrboden, wobei durch geeignete Massnahmen dafür gesorgt wird, dass das flüssige Metall nicht in das Innere der Rohre eindringen kann.

Auch diese Lösung befriedigt nicht, weil wegen der auseinandergehenden Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem die Rohre und der andere Aufbau des Wärmeaustauschers sind, einerseits und andererseits des Materials, aus dem 5U die Rohrböden sind, immer noch Alterungs- bzw. Abdichtungsprobleme nach einer bestimmten Betriebsdauer entstehen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass ein derartiger Wärmeaustauscher im Betrieb häufigen Wärmezyklen unterworfen ist.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Auf- 5s gäbe zugrunde, einen Rohrboden mit in ihn an einem Ende eingegossenen Innenrohren eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers vorzuschlagen, der sich durch eine hohe Lebensdauer bei guten Dichtungseigenschaften auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch M1 gekennzeichnet, dass der Rohrboden aus Poly-Laurin-Lactam besteht.

Bei Verwendung des genannten organischen Werkstoffs werden in überraschender Weise die geschilderten Probleme vollständig vermieden. Dieser Werkstoff hat einen grösseren fis thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material der Bündelrohre bzw. der anderen Bauteile des Wärmeaustauschers. Ausserdem hält dieser Werkstoff allen anderen Belastungen, auch chemischen Belastungen, stand, denen ein derartiger Wärmeaustauscher im Betrieb ausgesetzt ist. Bei sich erhöhender Temperatur des Rohrbodens dehnt sich dieser stärker aus als der übrige Wärmeaustauscher und presst dadurch die in ihn eingesetzten Bündelrohre mit noch stärkerem Druck. Dasselbe gilt für den Anpressdruck zwischen Rohrboden und Gehäusemantel des Wärmeaustauschers.

Es erhöht die Dichtigkeit zwischen Rohrboden und Mantel, wenn zweckmässigerweise die Mantelfläche des Rohrbodens selbst zur Bildung einer oder mehrerer Dichtkanten durch den Rohrboden selbst gewölbt oder profiliert ausgebildet ist.

Durch diese Massnahme wird ausreichend Raum zwischen der Dichtkante des Rohrbodens und dem Mantel des Wärmeaustauschers geschafft, der das Material des Rohrbodens bei einer Temperaturerhöhung, d.h. entsprechender Ausdehnung des Rohrbodens, aufnehmen kann. Wegen des guten elastischen Rücksteliungsvermögens nimmt der Rohrboden seine ursprüngliche Profilierung bei einem Rückgang der Temperatur ohne weiteres wieder an.

Die Profilierung der Dichtkante kann derart vorgesehen werden, dass die Mantelfläche des Rohrbodens etwa in der Mitte seiner Dicke vorgewölbt ist. Bevorzugt werden jedoch zwei umlaufende Dichtkanten unter Abstand voneinander. Dadurch erfolgt eine Selbstzentrierung des Rohrbodens beim thermischen Arbeiten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohrbündel-Wärme-austauscher mit zwei Rohrböden ;

Fig. 2 einen Schnitt längs A-B von Fig. 1.

Zunächst sei der grundsätzliche Aufbau des dargestellten Rohrbündel-Wärmeaustauschers erläutert. Der Wärmeaustauscher hat beim gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Rohrböden 1 aus dem beschriebenen neuen Kunststoff. Des weiteren hat der Wärmeaustauscher einen herkömmlichen Gehäusemantel 3, Bündelrohre 4, einen Mantelstutzen 5 zum Einlass eines ersten Fluids, einen Mantelstutzen 6 zum Auslass dieses Fluids, einen Haubenstutzen 7 zum Einlass eines zweiten Fluids, einen Haubenstutzer 8 zum Auslass dieses zweiten Fluids, eine erste Haube 9 an der Seite der Haubenstutzen 7 und 8, eine zweite Haube 10 an der gegenüberliegenden Seite des Wärmeaustauschers, Querschikanen 11 im Inneren des Mantels 3 und Haubenflansche 12 und 13 an der ersten Haube 9 bzw. der zweiten Haube 10 zur Verschraubung der Hauben mit dem Mantel 3 mittels Bolzen 14 mit Muttern 15. Der eine Mantelflansch ist mit 2 bezeichnet.

Die beiden Rohrböden bestehen aus Poly-Laurin-Lactam.

Die Bündelrohre 4 werden dadurch mit den Rohrböden verbunden, dass sie mittels einer geeigneten Halterung in der dargestellten Konfiguration in ein oben offenes Gefäss eingesetzt werden. Vorher wurden die unteren Enden der Innenrohre durch geeignete Stopfen verschlossen, oder die Innenrohre werden satt auf den Boden des Gefässes aufgesetzt, so dass keine Flüssigkeit durch den Spalt zwischen den Enden der Innenrohre und dem Boden des Gefässes in die Innenrohre eintreten kann. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann der erwähnte Kunststoff als Schmelze in das Gefäss eingegossen. Er ist dabei sehr dünnflüssig, so dass er praktisch wie Wasser fliesst. Er erhärtet dort nach einer kurzen Topfzeit von z.B. ca. 60 Sekunden. Das Gefäss wird dann entfernt und der durch den erhärteten Kunststoff hergestellte Rohrboden wird an seiner Mantelfläche ggf. noch abgedreht. Die Rohrenden der Innenrohre brauchen nur fettfrei zu sein. Sie brauchen nicht aufgerauht zu sein, um eine besonders gute Einbettung zu haben, wie dies bei herkömmlichen Herstellungsverfahren der Fall ist. Sie brauchen auch an ihren Enden nicht aufgebördelt zu sein. Es werden

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vielmehr herkömmlich an ihren Enden abgeschnittene Rohre verwendet. Die thermischen Ausdehnungkoeffizienten des herkömmlichen Rohrmaterials und des besonderen Kunststoffes sind so, dass bei steigender Temperatur eine immer grösser werdende Pressung zwischen dem Rohrboden und den darin eingebetteten Rohrenden eintritt. Diese stärkere Pressung tritt auch gegenüber der Innenwendung des Gehäusemantels 3 des Wärmeaustauschers auf, so dass die üblichen Dichtigkeitsprobleme wegfallen.

Auf die beschriebene Weise wird auch der zweite Rohrboden hergestellt, wozu lediglich das Rohrbündel mit dem ersten Rohrboden umgedreht wird.

Fig. 1 zeigt, dass der erste Rohrboden an seinem Umfang eine Wölbung 16 hat, wodurch zwei Dichtkanten 17,18 ausgebildet werden, mit denen der Rohrboden an der Innenwand des Gehäusemantels 3 anliegt. Des weiteren hat der Rohrboden an seiner Aussenfläche 19 etwa mittig eine Aufnahme 20 für einen Mittelflansch 21 der Haube 9. Dadurch wird eine Doppelkammerzuführung mit Teilkammern 22, 23 für das zweite Fluid geschaffen, weil der Mittelflansch 21 bei der thermischen Bewegung der Bündelrohre 4 in Richtung des Doppelpfeiles 24 dichtend an den Nutflächen 25 der Aufnahme 20 anliegt.

Der zweite Rohrboden hat am Ubergang von der Aussenfläche 26 zur Mantelfläche eine sich konisch erweiternde Ringschulter 27, die an einer konischen Abschrägung an der Stirnseite des Mantels 3 anliegt. Der Flansch 13 der Haube 10 drückt von aussen auf die Ringschulter 27. Beim Anziehen der Schraubenverbindung 14,15 wird dadurch ein Dichtungsdruck auf den elastischen Werkstoff des Rohrbodens erreicht, wobei der Konus dichtet.

Ausserdem kann dieser Rohrboden noch eine Lasche 28 mit einem Loch 29 zum Anheben des Rohrbodens haben.

Zur Verbesserung der Wärmeleitung in den Rohrböden können in diese noch Metallstücke eingebettet sein. Der beson-s dere Kunststoff, aus dem die Rohrböden bestehen, hat ein elastisches Rückstellungsvermögen bis etwa 80%. Es tritt also im Betrieb keine bleibende Deformierung der Rohrböden auf. Der besondere Kunststoff ist gegen fast alle aggressiven Medien einschliesslich Ameisensäure beständig. Bei ihm ist es wesent-ii) lieh, dass der kristalline Anteil ca. 71 % beträgt. Die Kristalle sind nicht direkt eingebettet in eine amorphe Struktur, sondern gehen phasenmässig über die ganze Länge hindurch. Dadurch bedingt kann man die Eigenschaften des neuen Kunststoffes besonders beeinflussen, insbesondere können durch die Topf-zeit Materialeigenschaften eingestellt werden.

Es ist ersichtlich, dass der besondere Werkstoff sich mit Vorteil immer dann einsetzen lässt, wenn durch einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ihn die anderen Bauteile haben beim thermischen Arbeiten ein grösserer Anpressdruck und damit eine gute Dichtwirkung erzielt werden kann. Wichtig ist ausserdem das sehr gute elastische Rückstellungsvermögen des besonderen Werkstoffs beim Einsatz für die beschriebenen Bauteile.

Für Poly-Laurin-Lactam beträgt die Messzahl des linearen Ausdehnungskoeffizienten:

0,8 bis 1.0 • 104 pro Grad Celsius bei -60 bis +30" C und .!» 1.0 bis 1,9 ■ 104 pro Grad bei +30 bis 100°C.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. ( 1 ) aus Poly-Laurin-Lactam besteht. s

   1. Aus Kunststoff gegossener Rohrboden eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers mit in den Rohrboden eingegossenen Bündelrohren, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden
2. 2. Rohrboden nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des Rohrbodens (1) zur Bildung einer oder mehrerer Dichtkanten (17,18) durch den Rohrboden selbst gewölbt oder profiliert ist.

   2

   PATENTANSPRÜCHE
3. 3. Rohrboden nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- m zeichnet, dass zwei Dichtkanten (17,18) vorgesehen sind.
4. 4. Rohrboden nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden (1) an seiner Aussenfläche eine Aufnahme (20) für einen Mittelflansch (21) einer Haube

   (9) des Wärmeaustauschers hat. i s
5. 5. Rohrboden nach den Patentansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden an seinem Umfang eine nach aussen vorspringende Schulter (27) mit konischer Dichtfläche hat.
6. 6. Rohrboden nach den Patentansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrboden an seiner Aussenfläche eine Lasche (28) hat.