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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren
gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 20 2006
012 164 U1 ist ein Abstandshalter für Rohrbündel
in Wärmetauschern aus einer Mehrzahl von Rohren mit parallelen,
gruppenweise in parallelen Ebenen angeordneten Rohrachsen dadurch
gekennzeichnet, dass der Abstandshalter zweiteilig aus einem steifen
Material gebildet ist, das sich beidseitig dicht um die Rohre einer
der parallelen Ebenen herumschmiegt. Durch den engen Kontakt zwischen
dem Abstandshalter und dem Wärmetauscherrohr entstehen
enge Spalte, in denen sich durch das vorbeiströmende Wärmetauschermedium
Ablagerungen sowie Kondensationsprodukte bilden können,
die zur Korrosion, insbesondere Spaltkorrosion des Wärmetauscherrohrs
oder aber des Abstandshalters führen können. Auch
ist durch die flächige Anlage der Abstandhalter an den
Wärmetauscherrohren die Reinigungsmöglichkeit
eingeschränkt.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung
zur Distanzierung von Wärmetauscherrohren aufzuzeigen,
bei welcher einerseits sichergestellt ist, dass zwischen den benachbarten
Wärmetauscherrohren große Freiräume bestehen,
sodass sie sich nicht zusetzen können, und bei welcher
zum anderen aber auch gewährleistet ist, dass Korrosion
im Bereich der Abstandshalter vermieden wird.
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Diese
Aufgabe ist bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Wärmetauscherrohre
umgreifende, streifenförmige Abstandshalter vorgesehen.
Die Abstandshalter weisen jeweils einen Obergurt und einen Untergurt auf,
wobei die Begriffe "ober" und "unter" nicht räumlich zu
verstehen sind, sondern zum Ausdruck bringen das jeweils ein Gurt
auf einer Seite des Wärmetauscherrohrs verläuft.
Folglich sind die Wärmetauscherrohre zwischen dem Obergurt
und dem Untergurt angeordnet. Der Obergurt und der Untergurt sind außerhalb
ihrer die Wärmetauscherrohre umgreifenden Bereiche miteinander
verbunden.
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Wesentlich
ist, dass die Wärmetauscherrohre in einer sich in Richtung
der Rohrachsen der Wärmetauscherrohre erstreckenden Linienberührung und/oder
Punktberührung mit dem Obergurt und dem Untergurt stehen.
Die Abstandshalter schmiegen sich somit nicht an die Wärmetauscherrohre
an sondern berühren diese in Umfangsrichtung gesehen nur
punktuell, sodass zwischen Obergurt bzw. Untergurt und dem Wärmetauscherrohr
außerhalb der Linienberührungen und/oder Punktberührungen
gezielt Freiräume vorhanden sind. Die Freiräume
sind so groß bemessen, dass etwaige Partikel des die Wärmetauscherrohre
umströmenden Wärmetauschermediums möglichst
ungehindert durch die Freiräume hindurch fallen können,
sodass sich keine Verkrustungen und Ablagerungen bilden können,
welche eine Korrosion fördern. Hierbei wird davon ausgegangen,
dass die Kontur des Obergurtes bzw. Untergurtes von der Kontur
der Wärmetauscherrohre abweicht. Bei im Querschnitt runden
oder elliptischen Wärmetauscherrohren sind Linien- und/oder
Punktberührungen dadurch realisierbar, dass der Obergurt und/oder
der Untergurt eine polygonförmige Ausbuchtung zur Aufnahme
des Wärmetauscherrohrs aufweisen. Polygonförmige
Ausbuchtungen lassen sich durch mehrfaches Abkanten besonders einfach herstellen.
Theoretisch ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich,
gerundete Ausbuchtungen vorzusehen sofern sichergestellt ist, dass
die einzelnen Rundungen der Ausbuchtungen nicht mit der Querschnittsform
des Wärmetauscherrohrs zusammenfallen.
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Bei
polygonförmigen Ausbuchtungen ergeben sich automatisch
Linienberührungen zwischen dem Wärmetauscherrohr
und dem Obergurt bzw. Untergurt. Selbstverständlich ist
es möglich an Stelle der Linienberührung auch
gezielt Punktberührungen durch einzelne Erhebungen im Bereich
der Abstandshalter herbeizuführen. Entscheidend ist zudem,
dass ein hinreichender Freiraum zwischen dem Obergurt bzw. dem Untergurt
und dem Wärmtauscherrohr vorhanden ist.
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Je
größer die Anzahl der Linienberührungen und/oder
Punktberührungen eines Wärmetauscherrohrs mit
einem Abstandshalter ist, desto häufiger nähern
sich diese beiden Bauteile an. Folglich kommt es dadurch zu einer
Reduzierung der Freiräume zwischen dem Wärmetauscherrohr
und dem Abstandshalter. Daher sollte die Anzahl der Linienberührungen und/oder
Punktberührungen über den Umfangsbereich eines
Wärmetauscherrohrs gesehen kleiner als 6 sein.
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Eine
sichere Lageorientierung in einer Radialebene ist bereits mit drei
Linien- oder Punktberührungen möglich. Das würde
einer Eingliederung des Wärmetauscherrohrs in eine dreieckige
Ausbuchtung entsprechen. Eine solche dreieckige Ausbuchtung kann
nur an einem der Gurte vorgesehen sein, während der andere
Gurt quasi gerade verläuft.
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Selbstverständlich
ist es auch möglich Ausbuchtungen in dem Obergurt und gleichzeitig
auch in dem Untergurt vorzusehen, wobei sich die Ausbuchtungen gegenüberliegen.
Zwischen dem Obergurt und dem Untergurt ergibt sich dann ein viereckiger oder
rautenförmiger Durchbruch.
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Selbstverständlich
ist es möglich andere, als dreieckige Ausbuchtungen vorzusehen.
Bevorzugt sollte jedoch jede polygonförmige Ausbuchtung
eine gerade Anzahl von Seitenflächen aufweisen bzw. eine
ungerade Anzahl von Ecken aufweisen.
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Grundsätzlich
sollten Obergurt und Untergurt unmittelbar gegenüberliegen,
das heißt in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sein,
da in diesem Fall der in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre
erforderliche Platzbedarf für die Abstandshalter am geringsten
ist. Obergurt und Untergurt werden zur Fixierung der Wärmetauscherrohre
miteinander verbunden. Dies kann stoffschlüssig durch Schweißen oder
Löten geschehen. Es ist auch möglich, Obergurt und
Untergurt formschlüssig miteinander zu verbinden beispielsweise
durch Clinchen. Formschlüssige Verbindungen wie Clinchverbindungen
haben den Vorteil, dass bei Verwendung von Abstandhaltern aus Metall
diese nicht gebeizt und nicht passiviert werden müssen,
was bei schweiß- oder auch löttechnischen Verbindungen
zuvor regelmäßig durchgeführt werden
muss. Bei der Verwendung hinreichend biegesteifer Werkstoffe brauchen
die Verbindungspunkte notwendigerweise nicht zwischen jedem Paar von
Wärmetauscherrohren gesetzt werden. Unter Umständen
reicht es auch aus jeweils an endseitig vorstehenden Laschen eines
solchen Abstandshalters, die seitlich einer Reihe von Wärmetauscherrohren
vorstehen, entsprechende form- oder stoffschlüssige Verbindungspunkte
vorzusehen.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist es möglich,
den Abstandshalter einstückig zu erstellen. Das heißt,
dass Obergurt und Untergurt nicht zusätzlich form- oder
stoffschlüssig miteinander verbunden werden müssen,
sondern durch Umformung eines einzigen Halbzeugs gefertigt sind.
In diesem Fall können Obergurt und Untergurt in Richtung
der Rohrachse zueinander versetzt verlaufen. Das heißt,
dass der Abstandshalter insgesamt breiter ist als die einzelnen Gurte.
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Vorzugsweise
besitzen die Gurte die gleiche Breite und sind aus einem flächigen
Werkstück in entgegengesetzte Richtungen ausgestellt. Selbstverständlich
ist es auch möglich, in eine Richtung des streifenförmigen
Abstandshalters einen Gurt beispielsweise den Obergurt auszustellen
und in die andere Richtung zwei Untergurte weisen zu lassen, in diesem
Fall weicht die Anzahl der Obergurte eines Abstandshalters von der
Anzahl der Untergurte des Abstandshalters ab.
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Es
wird als vorteilhaft angesehen, wenn eine in Längsrichtung
des Wärmetauscherrohrs gemessene Breite eines Obergurts
oder eines Untergurts zum Außendurchmesser des Wärmetauscherrohrs
im Verhältnis 1:1 bis 1:3 steht.
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Die
Abstandshalter sind vorzugsweise aus Blech hergestellt, da dieser
Werkstoff eine hinreichende Biegesteifigkeit und bei entsprechender Werkstoffwahl
eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit aufweist. Es
ist allerdings auch denkbar, dass die Abstandshalter aus einem geeigneten
Kunststoff hergestellt sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der, in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen, näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Wärmetauschers;
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2a)–2d)
eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Distanzierung
von Wärmetauscherrohren;
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3a)–3e)
eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Distanzierung
von Wärmetauscherrohren;
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4 eine
vergrößerte Darstellung der Vorrichtung gemäß der 3b;
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5a)–5d)
eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Distanzierung
von Wärmetauscherrohren;
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6 eine
vergrößerte Darstellung der 5b;
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7a–7d eine
weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Distanzierung
von Wärmetauscherrohren und
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8a–8d eine
weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Distanzierung
von Wärmetauscherrohren.
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1 zeigt
einen Wärmetauscher. Gas wird in Richtung des Pfeils P
in den Wärmetauscher eingeleitet und umströmt
hierbei ein Bündel von Wärmetauscherrohren 1,
durch welches ein Medium fließt. Die Pfeile P1 verdeutlichen
die Strömungsrichtung.
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Die
Wärmetauscherrohre 1 sind in diesem Ausführungsbeispiel
U-förmig konfiguriert und verlaufen parallel zu einander.
Zur Lageorientierung sind Vorrichtungen zur Distanzierung der Wärmetauscherrohre 1 vorgesehen.
Es handelt sich hierbei um streifenförmige Abstandshalter 2,
die in unterschiedlichen Ausführungsformen anhand der nachfolgenden
Figuren erläutert werden.
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In
einer ersten Ausführungsform gemäß der 2a–2d weist
der streifenförmige Abstandshalter einen Obergurt 3 und
einen Untergurt 4 auf. Hierbei handelt es sich um Blechstreifen,
die in Ihrer Breite etwa dem Durchmesser der Wärmetauscherrohre 1 entsprechen.
In 2b ist zu erkennen, dass der Obergurt 3 gerade
verläuft, während der Untergurt 4 gewissermaßen
zick-zack-förmig konfiguriert ist. Dadurch liegen die Gurte 3, 4 im
Bereich des kreisrunden Wärmetauscherrohrs 1 nicht
flächig an diesem an sondern stehen mit dem Wärmetauscherrohr 1 in Linienberührung.
Das Wärmetauscherrohr 1 wird somit über
drei Punkte lagefixiert. Zum einen berührt das Wärmetauscherrohr
den Obergurt 3. Zwei weitere Linienberührungen
liegen am Untergurt 4 vor. Aufgrund der streifenförmigen
Gestaltung der Abstandshalter 2 verlaufen die Linienberührungen
in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 1.
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Wesentlich
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass
Freiräume 5 zwischen dem Wärmetauscherrohr 1 und
dem das Wärmetauscherrohr 1 umgebenden Abstandshalter 2 vorhanden
sind. Aus der Darstellung der 2b)
und 2d) wird deutlich, dass die Freiräume 5 relativ
groß bemessen sind, sodass die Gefahr von Ablagerungen
in diesem Bereich sehr gering ist.
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Aus
der in der Darstellung der 2c) und 2d) wird zudem deutlich, dass der Untergurt 4 den Obergurt 3 eines
benachbarten Abstandshalters 2 kontaktieren kann, sodass
auch die einzelnen Reihen von den Wärmetauscherrohren 1 durch
die Abstandshalter 2 beabstandet sind.
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Die
Ausführungsform der 3 unterscheidet
sich von derjenigen der 2 dadurch, dass der dort dargestellte
Abstandshalter 2a einen etwas anders gestalteten Untergurt 4a aufweist.
Der Untergurt 4a ist in einer Grundkonfiguration ebenfalls
polygonförmig ausgestaltet, jedoch sind die einzelnen Ausbuchtungen 6a nicht
dreieckig sondern fünfeckig ausgestaltet. Dies ist deutlich
anhand der vergrößerten Darstellung in 4 zu
erkennen. Aufgrund der fünfeckigen Ausgestaltung der Ausbuchtungen 6 liegt
das Wärmetauscherrohr 1 über fünf
Linienberührungen an dem Obergurt 3a bzw. dem
Untergurt 4a an. Der Obergurt 3a verläuft,
wie bei der Ausführungsform der 2a)
gerade. Die Ausbuchtungen 6a sind ausschließlich
im Untergurt 4a vorgesehen.
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Ein
weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform
der 2 ist, dass der Obergurt 3a mit dem Untergurt 4a formschlüssig
verbunden worden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist
der Obergurt 3a mit dem Untergurt 4a verclincht.
Die entsprechenden Verbindungspunkt 7 der Verclinchung
sind in Richtung des Untergurts 4a ausgestellt. Derartige Verbindungspunkte 7 können
grundsätzlich zwischen zwei benachbarten Wärmetauscherrohren 1,
das heißt dort wo sich Obergurt 3a und Untergurt 4a annähern
und berühren, angeordnet sein. Grundsätzlich ist
es aber auch möglich, dass die Verbindungspunkte 7 randseitig
der Wärmetauscherrohre 1 in seitlich überstehenden
Flanschen angeordnet sind.
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Alternativ
zu einer formschlüssigen Verbindung, wie sie in den 3 und 4 dargestellt
ist können die Gurte der Abstandshalter 2, 2a auch
stoffschlüssig miteinander verbunden sein, wie beispielsweise
durch Schweißen oder Löten.
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Die
Ausführungsform der 5 und 6 zeigt
einen Abstandshalter 2b, bei welchem sowohl im Obergurt 3b als
auch im Untergurt 4b jeweils dreieckförmige Ausbuchtungen 6b vorgesehen
sind. Die Ausbuchtungen 6b in Obergurt 3b und
Untergurt 4b liegen sich gegenüber, sodass ein
viereckförmiger Raum umschlossen wird, in welchem die Wärmetauscherrohre 1 verlaufen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entstehen vier Linienberührungen
mit dem Wärmetauscherrohr 1. Dementsprechend gibt
es auch vier Freiräume 5. Es ist zu erkennen,
dass der Obergurt 3b und der Untergurt 4b wiederum
formschlüssig durch Clinchen miteinander verbunden sind.
Bei dieser Anordnung mit drei Wärmetauscherrohren 1 sind zwei
Verbindungsstellen 7 vorgesehen, wobei wiederum ein Verbindungspunkt 7 im
randseitigen Flanschbereich des Abstandshalters 2b angeordnet ist
und ein Verbindungspunkt 7 zwischen zwei Wärmetauscherrohren 1.
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Die
Ausführungsform der 7 zeigt
einen Abstandshalter 2c der einstückig aus einem
einzigen Blechbauteil hergestellt ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform
der 5 und 6 liegen sich Obergurt 3c und
Untergurt 4c nicht in einer Radialebene der Wärmetauscherrohre 1 gegenüber,
sondern sind in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 1 zueinander
versetzt, wie anhand der 7a) und 7c) zu erkennen ist. Der Abstandshalter 2c weist Ausbuchtungen 6c auf,
die in entgegengesetzte Richtungen weisen. In der Schnittdarstellung
der 7b) und 7d)
ist diese Konfiguration fast identisch mit derjenigen der 5 und 6 mit
dem Unterschied, dass der Obergurt 3c und der Untergurt 4c nicht
zusätzlich miteinander verbunden werden müssen. Die
Verbindung ist durch die Einstückigkeit des Abstandshalters 2c vorgegeben.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 7 ist jeweils
ein Obergurt 3c und ein Untergurt 4c vorgesehen.
Grundsätzlich ist es jedoch denkbar, auch bei einer Fertigung
eines Abstandshalters aus einem einzigen Blech, mehrere Ober- bzw.
Untergurte vorzusehen. Ein mögliches Beispiel ist in 8 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass die in Längsrichtung des Wärmetauscherrohrs 1 gemessene
Breite des Abstandshalters 2d nochmals vergrößert
worden ist wobei dieser Abstandshalter 2d im Unterschied
zu der Ausführungsform der 7 einen
Untergurt 4d und zwei Obergurte 3d, 3e aufweist.
Im Übrigen entspricht die Querschnittskonfiguration der
Ausbuchtungen 6d, derjenigen der 7.
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- 1
- Wärmetauscherrohr
- 2
- Abstandshalter
- 2a
- Abstandshalter
- 2b
- Abstandshalter
- 2c
- Abstandshalter
- 2d
- Abstandshalter
- 3
- Obergurt
- 3a
- Obergurt
- 3b
- Obergurt
- 3c
- Obergurt
- 3d
- Obergurt
- 3e
- Obergurt
- 4
- Untergurt
- 4a
- Untergurt
- 4b
- Untergurt
- 4c
- Untergurt
- 4d
- Untergurt
- 5
- Freiräume
- 6a
- Ausbuchtung
- 6b
- Ausbuchtung
- 6c
- Ausbuchtung
- 6d
- Ausbuchtung
- 7
- Verbindungspunkte
- P1
- Pfeil
- P2
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202006012164
U1 [0002]