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Die Erfindung betrifft ein Haltemodul für Wärmetauscherrohre, ein Gestell für Wärmetauscherrohre mit mehreren Haltemodulen sowie ein Verfahren zum Aufstellen eines Gestells für Wärmetauscherrohre.
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Wärmetauscher, insbesondere Röhrenwärmetauscher, werden weit verbreitet zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Medium auf ein zweites Medium verwendet. Dabei werden, je nach Anwendung, mehrere Röhrenwärmetauscher in einzelnen Sektionen zusammengefasst. Die Röhrenwärmetauscher umfassen dabei z. B., wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ein Wärmetauscherrohr, d. h., ein Mantelrohr, in dem eine Vielzahl von Innenrohren angeordnet sind, zumindest jedoch ein Innenrohr. Die Wärmetauscherrohre werden mit Hilfe von Rahmen und Regalgestellen gehalten.
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Die herkömmlichen Gestelle weisen jedoch einen hohen Platzbedarf auf und darüber hinaus ist die Herstellung solcher Gestelle und deren Bestückung aufwendig und teuer. Die bekannten Gestelle sind auf eine bestimme Größe festgelegt und nicht flexibel erweiterbar.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen Wärmetauscherrohre einfacher, platzsparender und kostengünstiger gehalten werden können, wobei die Vorrichtung insbesondere flexibel erweiterbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 und 12 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden für das modular aufgebaute Gestell für die Wärmetauscherrohre einzelne Haltemodule verwendet. Ein Haltemodul weist eine untere Modulhälfte mit mehreren Aussparungen auf, in die jeweils ein Wärmetauscherrohr einlegbar ist, sowie eine obere Haltemodulhälfte, die ebenfalls mehrere Aussparungen aufweist und die derart auf die untere Haltemodulhälfte aufsetzbar ist, dass ihre Aussparungen den Aussparungen der unteren Haltemodulhälfte gegenüberliegen, derart, dass die Wärmetauscherrohre in den Aussparungen gehalten werden.
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Ein Verbindungselement verbindet die obere und die untere Hälfte. Somit kann in das Haltemodul das Wärmetauscherrohr einfach eingelegt werden und dann die zweite Hälfte oben aufgesetzt werden. Der Aufbau des Gestells erfolgt schrittweise zusammen mit dem Aufschichten der Wärmetauscherrohre. Es wird Ebene für Ebene aufgeschichtet bis eine bestimmte Gestellhöhe erreicht ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden. Durch den modularen Aufbau kann die Höhe flexibel an bestimmte Erfordernisse angepasst werden. Das System ist auch nachträglich flexibel in der Höhe erweiterbar. Das System ist beliebig erweiterbar. Das erfindungsgemäße Gestell ist deutlich kostengünstiger als die bekannten Rahmengestelle. Auch die Montage der einzelnen Module ist sehr einfach und schnell. Darüber hinaus ergibt sich ein verbessertes Design.
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Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement, das die obere und untere Haltemodulhälfte verbindet, ein Steckelement, das auf die untere Haltemodulhälfte aufsteckbar ist, wobei die obere Haltemodulhälfte auf das Steckelement gesteckt wird. Ein solches Verbindungselement ist kostengünstig und darüber hinaus ermöglicht es eine einfache Montage.
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Das Steckelement verläuft vorzugsweise in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre und sorgt für eine stabile Verbindung.
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Vorteilhafterweise sind die obere und untere Haltemodulhälfte baugleich. Somit kann das gesamte Haltemodul sehr kostengünstig gefertigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Haltemoduls ist die obere und/oder untere Haltemodulhälfte so gebildet, dass sie einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit zwei gegenüberliegenden Seitenwänden und einem dazwischenliegenden Boden aufweist, wobei die Aussparungen in den Seitenwänden ausgebildet sind. Somit weist jede Modulhälfte zwei Auflageflächen für das Wärmetauscherrohr auf und ermöglicht, dass das Wärmetauscherrohr gut aufliegt. Durch die U-förmige Ausbildung kann das Gewicht des Haltemoduls wesentlich reduziert werden.
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Das Steckelement kann z. B. so aufgebaut sein, dass es mindestens zwei obere und/oder mindestens zwei untere Öffnungen aufweist, in die die Seitenwandungen der oberen bzw. der unteren Haltemodulhälfte einsteckbar sind oder aber die untere Haltemodulhälfte und/oder die obere Haltemodulhälfte ist so aufgebaut, dass sie in den Seitenwandungen Öffnungen aufweisen, in die das Steckelement gesteckt werden kann.
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Ein Gestell für die Wärmetauscherrohre weist mindestens eine erste und eine zweite Einheit auf, in denen jeweils mehrere Module übereinander angeordnet sind, wobei dann die parallel zueinander angeordneten Wärmetauscherrohre von der ersten und der mindestens zweiten Einheit gehalten werden. Je nach Länge der Rohre können unterschiedlich viele Einheiten zum Einsatz kommen. Ebenso kann je nach Durchmesser und Anzahl der Wärmetauscherrohre jede Ebene unterschiedlich ausgestattet werden. Die Einheiten müssen nicht vollständig befüllt sein. Die in den Einheiten übereinander angeordneten Module können durch eine Fixiereinrichtung miteinander fixiert werden. Zum Fixieren der Module in einer jeweiligen Einheit können die Module z. B. übereinander angeordnete Durchgangsöffnungen aufweisen, in die dann ein Fixierstab von oben eingeschoben werden kann. Somit bleiben die einzelnen übereinander angeordneten Module korrekt zueinander ausgerichtet. Zum noch besseren Fixieren können zwischen den Halteelementeinheiten seitliche Querstreben zum Verspannen angeordnet werden.
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Die unterste Haltemodulhälfte jeder Haltemoduleinheit kann fest mit einem Bodenrahmen verbunden sein. Somit hat die unterste Haltemodulhälfte einen festen Halt und ermöglicht ein sicheres Aufbauen der darüber anzuordnenden Module.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere voneinander beabstandete Haltemodulhälften bereitgestellt (Schritt a). Dann werden die Wärmetauscherrohre in die Aussparungen der unteren Haltemodulhälften eingelegt (Schritt b). Schließlich werden die mehreren oberen Haltemodulhälften auf die Rohre aufgelegt, derart, dass die Aussparungen zu den Rohren gewandt sind und diese aufnehmen (Schritt c). Auf die Oberseite der nun bereits verbauten oberen Haltemodulhälfte kann dann wiederum zur Herstellung eines weiteren Moduls eine untere Haltemodulhälfte aufgesetzt werden (Schritt d). Die Schritte d, b, c können so oft wiederholt werden, bis eine gewünschte Gestellhöhe erreicht ist.
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Nach Schritt a oder b werden die Haltemodulhälften fixiert. Dazu kann nach Schritt a oder b mindestens ein Steckelement in die untere Haltemodulhälfte gesteckt werden und die obere Haltemodulhälfte in Schritt c auf das mindestens eine Steckelement aufgesteckt werden. Somit ergibt sich ein einfaches selbsttragendes Baukastensystem. Auch die in einer Einheit übereinander angeordneten Module können dann untereinander nochmals fixiert werden, um ein insgesamt stabiles System zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme der folgenden Figuren näher erläutert:
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Haltemodul gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine untere Haltemodulhälfte mit eingestecktem Steckelement;
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3 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines Steckelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung von drei übereinander angeordneten Haltemodulen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt eine teilweise aufgerissene schematische perspektivische Darstellung eines Gestells gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Wärmetauscherrohre nicht dargestellt sind;
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6 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Wärmetauscherrohr;
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7 zeigt ein Gestell gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung
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6 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Wärmetauscherrohrs 12. Das Wärmetauscherrohr 12 umfasst hier ein Mantel- bzw. Außenrohr 18 mit einem sekundärseitigen Zulauf 13 und einem sekundärseitigen Auslauf 14. In dem Mantelrohr 18 sind mehrere Innenrohre, mindestens jedoch ein Innenrohr, bzw. Rohrbündel 17 angeordnet, die einen entsprechenden primärseitigen Zulauf 15 und Ablauf 16 aufweisen. Die einzelnen Wärmetauscherrohre 12 können in einzelnen Sektionen miteinander in Reihe verschaltet werden, d. h., dass dann beispielsweise der Ablauf 16 eines ersten Wärmetauscherrohrs mit dem Zulauf 15 eines nachfolgenden, z. B. parallel dazu angeordneten, Wärmetauscherrohrs verbunden ist und der Ablauf 14 mit dem Zulauf 13 eines nachfolgenden Rohrs. Das Verschalten der Zuläufe 15 und Abläufe 16 kann beispielsweise über Rohrbögen erfolgen. Das Verbinden der Abläufe 14 mit den Zuläufen 13 kann auch durch entsprechende Rohrverbindungen erfolgen.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Haltemodul zum Halten von mehreren parallel zueinander verlaufenden Wärmetauscherrohren 12, die der Einfachheit halber hier nicht dargestellt sind. Ein Haltemodul 1 umfasst dabei eine untere Haltemodulhälfte 1b, die mehrere Aussparungen 3b aufweist, in die jeweils ein Wärmetauscherrohr 12 einlegbar ist und eine obere Haltemodulhälfte 1a, die mehrere Aussparungen 3a aufweist, und die derart auf die untere Haltemodulhälfte 1b aufsetzbar ist, dass die Aussparungen 3a den Aussparungen 3b gegenüber liegen, derart, dass das Wärmetauscherrohr fest in den Aussparungen 3a, b gehalten werden kann. Der Innendurchmesser der im Wesentlichen kreisförmigen Aussparung 3a, b entspricht dabei im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Wärmetauscherrohrs 12, derart, dass das Rohr verrutschsicher gehalten wird.
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In der Regel sind die Haltemodule derart ausgebildet, dass eine der Einheiten 30, 31, 32, 33 als festes und die anderen als loses Lager dienen, so dass die unterschiedliche Wärmeausdehnung der einzelnen Wärmetauscherrohre gegenüber dem Gestell kompensiert wird.
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Wie insbesondere auch aus 2 hervorgeht, ist jede Haltemodulhälfte so ausgebildet, dass sie einen U-förmigen Querschnitt aufweist, sodass das Haltemodul 1 innen hohlförmig ausgebildet ist und ein nur geringes Gewicht aufweist. Die Öffnungen 3a, b sind in den gegenüberliegenden Seitenwänden 5a, b und 6a, b der Modulhälften 1a, b ausgebildet. Zwischen den Seitenwänden 5a, b und 6a, b liegt jeweils ein Boden 7a, b. In diesem Beispiel sind sechs Aussparungen 3a, b für sechs parallel zueinander in einer Ebene angeordnete Wärmetauscherrohre vorgesehen. Vorteilhafterweise werden etwa zwei bis zehn derartige Öffnungen nebeneinander vorgesehen. An Vorder- und Endseite des Haltemoduls 1 sind Winkel 8a, b angeformt, damit nach Aufbau der einzelnen Haltemodule Querstreben und/oder eine Verkleidung, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, angeordnet werden kann. In den beiden Böden 7a, b sind gegenüberliegende Öffnungen 9a, b vorgesehen, in die zum Fixieren von übereinander angeordneten Haltemodulen ein Fixierstab 20 (siehe 5) eingeschoben werden kann.
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Um die beiden Haltemodulhälften 1a, b miteinander zu verbinden, ist ein Verbindungselement, vorzugsweise ein Steckelement 11, vorgesehen. Das Steckelement ist auf die untere Haltemodulhälfte 1b aufsteckbar, wobei die Haltemodulhälfte 1a auf das Steckelement 1 gesteckt wird. Hier umfasst ein Haltemodul 3 solche Steckelemente 11. Die Anzahl der Steckelemente 11 ist abhängig von der Größe des Haltemoduls.
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Wie insbesondere auch aus der 2 hervorgeht, erstreckt sich das Steckelement in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 12. Hier weist das Steckelement zwei Öffnungen 19a an der Oberseite und zwei Öffnungen 19b an der Unterseite auf. In diese Öffnungen können die Seitenwände 6a, b und 5a, b eingeschoben werden. Alternativ dazu kann auch die untere Haltemodulhälfte 1b und die obere Haltemodulhälfte 1a in den Seitenwandungen Öffnungen aufweisen, in die das Steckelement 11, das dann keine entsprechenden Öffnungen benötigt, gesteckt werden kann. Somit ist ein sicherer Halt der beiden Haltemodulhälften gewährleistet. Es können mehrere Haltemodule 1 übereinander angeordnet werden, wie aus 4 hervorgeht.
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4 zeigt beispielsweise 3 Haltemodule 1 die übereinander angeordnet sind, wobei beim Aufbau 3 Wärmetauscherrohre 12 eingelegt wurden und die einzelnen Hälften über die Steckelemente 11 miteinander verbunden wurden. So ergibt sich eine selbsttragende Einheit.
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In 5 ist ein Gestell für Wärmetauscherrohre mit mehreren Haltemodulen 1, wie sie zuvor beschrieben wurden, gezeigt. Die Haltemodule 1 entsprechen den vorab beschriebenen Haltemodulen. Der Einfachheit halber sind in 5 die Wärmetauscherrohre 12 nicht dargestellt. Das Gestell weist mehrere Einheiten 30, 31, 32 auf, in denen mehrere Haltemodule 1 übereinander angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Einheiten vorgesehen. Die parallel angeordneten Wärmetauscherrohre 12 werden von den Haltemodulen in den jeweiligen Einheiten 30, 31, 32, 33 gehalten. Die unterste Haltemodulhälfte 1b jeder Haltemoduleinheit 30 bis 33 kann fest mit einem Rahmen 27, der auf entsprechenden Füßen stehen kann, befestigt werden. Dann werden so viele Wärmemodulhälften und Wärmetauscherrohre Ebene für Ebene aufeinander geschichtet, bis eine gewünschte Höhe erreicht ist. Wenn eine gewünschte Höhe erreicht ist, können die übereinander angeordneten Module 1 jeder Einheit durch eine Fixiereinrichtung 9, 20 miteinander fixiert werden. Dazu ist, wie bereits vorab beschrieben, in jedem Modul 1 eine Durchgangsöffnung 9 (Öffnungen 9a, b im Boden der Haltemodulhälften) vorgesehen. Ein Fixierstab 20 wird durch die Öffnungen durchgeschoben und beispielsweise durch Verschrauben befestigt. Hier gibt es pro Einheit zwei Fixiereinrichtungen 20, 9. Die aufeinander geschichteten Haltemodule 1 können dann z. B. mit Querstreben 23 zwischen den Einheiten 30, 31, 32, 33 verspannt werden. Die Querstreben 23 können entweder (nicht dargestellt) direkt an den Modulen ansetzen oder aber mit Rahmenteilen 26, die zwischen den Einheiten befestigt werden. Zusätzlich können noch Seitenverkleidungsteile 21, 22 an die offenen Seiten des Gestells angebracht werden. Auch eine obere Verkleidung 24 kann zwischen den einzelnen Einheiten angeordnet werden. Hier werden die oberen Verkleidungen 24, die Öffnungen 25 oberhalb der entsprechenden Öffnungen 9 aufweisen, ebenfalls durch die Fixierstange 20 festgehalten. 7 zeigt ein Gestell mit Verkleidung.
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Das erfindungsgemäße System bringt den Vorteil mit sich, dass die Anzahl der in einer Ebene angeordneten Wärmetauscherrohre variiert werden kann, d. h., dass beispielsweise nicht alle Aussparungen von Rohren belegt werden müssen. Auch die Anzahl der übereinander angeordneten Module bzw. Rohre kann einfach variiert werden, indem die gewünschte Anzahl der Module übereinander gestapelt wird.
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An den Stirnseiten des Gestells stehen die Wärmetauscherrohre 12 über (nicht dargestellt) und können je nach Verschaltung über entsprechende Rohrbögen bzw. Verbindungselemente miteinander verbunden werden, wie auch in Zusammenhang mit 6 beschrieben wurde. Dabei kann ein Verbinden sowohl vertikal also auch horizontal erfolgen. Der Mittenabstand der Öffnungen ist bei gleichen Einheiten dabei gleich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufstellen des in 5 gezeigten Gestells werden zunächst in einem Schritt a mehrere voneinander beabstandete untere Haltemodulhälften 1b bereitgestellt. Hier werden die Haltemodulhälften 1b an dem Rahmen 27 befestigt. In einem nächsten Schritt b werden die Wärmetauscherrohre 12 in die unterste Wärmetauscherhälfte 1b einer jeden Einheit 30, 31, 32, 33 eingelegt (Schritt b). Auf die Rohre wird nun in jeder Einheit 30, 31, 32, 33 eine obere Haltemodulhälfte 1a so aufgelegt, dass die Aussparungen 3a zu den Rohren 12 gewandt sind und diese aufnehmen und halten. Nach dem Schritt a oder b wird hier das Steckelement 11 in die untere Haltemodulhälfte 1b gesteckt, wobei die obere Haltemodulhälfte 1a in Schritt c in das Steckelement 11 aufgesteckt wird.
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Dann kann auf die Oberseite der oberen Haltemodulhälfte 1a eine untere Haltemodulhälfte 1b eines weiteren Moduls aufgesetzt werden, sodass der Boden 7b auf Boden 7a zu liegen kommt.
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Die Schritte a, b, c können so oft wiederholt werden bis eine vorbestimmte Gestellhöhe erreicht ist. Dann können die übereinander angeordneten Module in den einzelnen Einheiten 30, 31, 32, 33, wie zuvor erläutert, über die Fixiereinrichtung 20, 9 miteinander fixiert werden, indem der Stab 20 durch die Öffnungen 9 geführt und verschraubt wird. Schließlich können noch Querverstrebungen angeordnet werden und je nach Wunsch, die länglichen Verkleidungselemente 21, die oberen Verkleidungselemente 24 und die seitlichen Verkleidungselemente 22 angeordnet werden. Rahmenteile 26 können zwischen den einzelnen Einheiten angeordnet werden.
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Auf diese Art und Weise können die Wärmetauscherrohre sehr einfach montiert werden. Es ergibt sich ein sehr ansprechendes Design. Der modulare Aufbau ist flexibel in seiner Höhe erweiterbar. Die kompakte Bauweise ist extrem platzsparend.
