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Wärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit
in einem rohrförmigen, ein erstes Fluid führenden Mantel angeordneten Rohrbündel
für ein zweites Fluid, dessen Rohre an Endplatten befestigt sind, die an den beiden
Enden des Mantels den Raum für das erste Fluid von Kammern abgrenzen, die für den
Einlauf und den Auslauf des zweiten Fluids in bzw. aus den Rohren vorgesehen und
durch Deckel verschlossen sind, die auf die Mantelenden aufgesetzt sind, und mit
Anschlußstutzen für eine Zuleitung bzw. Ableitung des zweiten Fluids, wobei zum
auswechselbaren Einsetzen des Rohrbündels in den Mantel in die Endkammern einsetzbare,
hülsenartige Abstandhalter vorgesehen sind, an deren beiden Enden die Deckel und
die Endplatten sowie ringförmig geschlossene Dichtungen anliegen.
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Durch die britische Patentschrift 399 690 ist ein solcher Wärmetauscher
bekannt. Bei diesem werden die Dichtungen beim Zusammenbau des Wärmetauschers so
zwischen den Stirnflächen des Abstandhalters und einer Schulter des Mantels eingeklemmt,
daß sie sich verbreitern und dadurch an der zylindrischen Außenfläche der verhältnismäßig
dicken Endplatten anliegen und so diese in ihrer Stellung festklemmen. Um bei diesem
bekannten Wärmetauscher das Rohrbündel aus dem Mantel herausnehmen zu können, müssen
die Deckel an beiden Enden des Mantels gelöst werden.
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Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Wärmetauschers besteht darin,
daß das Rohrbündel nicht eindeutig axial festgelegt ist, so daß es z. B. bei Erschütterungen
oder bei pulsierenden Belastungen durch das Austauschfluid axiale Bewegungen ausführen
kann, was bei entsprechenden Belastungen unter Umständen zur Zerstörung des Rohrbündels
führen kann, insbesondere dann, wenn der Wärmetauscher in Kompressoren eingesetzt
ist.
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Durch die schweizerische Patentschrift 44 279 ist zwar ein Wärmetauscher
ähnlicher Art bekannt, bei dem das Rohrbündel eindeutig axial festgelegt ist und
herausnehmbar ist, wenn allein ein Deckel entfernt wird. Dies wird dort dadurch
erreicht, daß die beiden verhältnismäßig dicken Endplatten in einer gemeinsamen
Richtung konvergierende, kegelförmige Stirnflächen aufweisen, die in entsprechende
kegelförmige Sitze des zylindrischen Mantels eingreifen. Diese Bauweise schließt
jedoch eine ausreichende Wärmedehnungsmöglichkeit des Rohrbündels aus.
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Durch die französische Patentschrift 1211918 ist es
bei einem Wärmetauscher bekannt, einen Dichtungsring zwischen einer ebenen Flanschfläche
und der Endplatte anzuordnen, wodurch jedoch eine ausreichende Wärmedehnungsmöglichkeit
des Rohrbündels nicht erreicht wird. Bei diesem bekannten Wärmetauscher wird das
Rohrbündel mittels eines hydraulischen Hebewagens senkrecht zu den Längsachsen der
Rohre herausgehoben, so daß dort eine Bewegung in der Ebene der Dichtungsringe erfolgt.
Um bei diesem bekannten Wärmetauscher das Rohrbündel herausnehmen und/oder einsetzen
zu können, müssen die an beiden Enden des Rohrbündels vorgesehenen Deckel abgenommen
werden. Außerdem ist es dort erforderlich, auch noch einen oberen, für alle Rohrbündel
gemeinsamen Deckel abzunehmen.
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Bei dem Wärmetauscher gemäß der USA.-Patentschrift 2 653 799 ist es
bekannt, die Endplatten des Rohrbündels aus gezogenem Blech herzustellen. Im übrigen
unterscheidet sich jedoch dieser bekannte Wärmetauscher von der eingangs genannte
Gattung derart, daß er dem Fachmann keine Anregungen zur weiteren Ausgestaltung
des eingangs genannten Wärmetauschers geben konnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Erhaltung ausreichender
Wärmedehungsmöglichkeiten das Rohrbündel des eingangs genannten Wärmetauschers eindeutig
axial festzulegen; hierbei soll das Rohrbündel herausgenommen und wieder eingesetzt
werden können, wenn nur ein Deckel abgenommen ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder durch
Ziehen aus Blech hergestellte Abstandhalter an seinem dem Rohrbündel zugekehrten
Ende eine in das Innere des Mantels über den Rand der benachbarten Endplatte ragende
innere Flanschfläche und an seinem anderen Ende einen über einen Flanschrand des
Mantels ragenden äußeren Flanschrand aufweist, daß die Dichtungen zwischen den sich
überdeckenden, ebenen Flächen der inneren Flanschflächen und der äußeren Flanschränder
der Abstandhalter einerseits und der Endplatten bzw. den Deckeln und den äußeren
Mantelflanschrändern andererseits angeordnet sind und daß die Endplatte aus Blech
gebildet ist und für die Anlage an der inneren Wandung des Mantels einen
gezogenen
Kragen aufweist, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem des Abstandhalters
ist. Dadurch, daß sowohl die Abstandhalter als auch die Endplatten durch Ziehen
aus Blech hergestellt sind und mit ihren ebenen Rändern aneinanderliegen, ergibt
sich eine nachgiebige Lagerung des Rohrbündels, die durch die gezogenen Kragen der
Endplatten die erforderliche Steifigkeit besitzt, um das Rohrbündel eindeutig axial
festzulegen, die aber gleichzeitig durch ihre Nachgiebigkeit eine ausreichende Wärmedehnungsmöglichkeit
für das Rohrbündel gewährleistet. Dadurch, daß die Dichtungen an den ebenen Flächen
der Abstandhalter und der Endplatten sowie der Deckel anliegen, ergibt sich die
einfache Möglichkeit, das Rohrbündel herauszunehmen und wieder einzusetzen, wenn
nur ein Deckel abgenommen wird. Wird nämlich ein Deckel vom Mantel abgenommen, dann
kann der benachbarte Abstandhalter und nach diesem das ganze Rohrbündel durch das
offene Ende herausgezogen werden, ohne daß diese Bewegung durch die Dichtungen behindert
wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Herstellung
der Abstandhalter und der Endplatten aus gezogenem Blech die Herstellung des Wärmetauschers
wesentlich vereinfacht und verbilligt wird. Hierbei ist es besonders zweckmäßig,
daß die Endplatte an der inneren Wandung des Mantels einen gezogenen Kragen aufweist,
dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem des Abstandhalters ist, da dadurch
die Möglichkeit geschaffen wird, die Endbleche und die Abstandhalter mit den gleichen
Ziehwerkzeugen herzustellen.
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Damit der der Endplatte benachbarte Flanschrand des Abstandhalters
gegebenenfalls eine höhere Steifigkeit zur Aufnahme des axialen Druckes aufweist,
kann die der Endplatte benachbarte innere Flanschfläche des Abstandhalters einen
inneren Kragen aufweisen. Um nun die Endplatte auch dann mit dem gleichen Ziehwerkzeug
herstellen zu können, kann in der Endplatte ein gleicher innerer Kragen vorgesehen
sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Ränder der Endplatten vorgezogen sind und daß in dem Mantel mehrere Rohrbündel
vorgesehen sind, die mit den vorgezogenen Rändern benachbarter Endplatten unter
Zwischenfügung der Dichtungen aneinanderstoßen. Dies hat den Vorteil, daß man bei
langgestreckten Wärmetauschern mit kurzen Rohren auskommen kann, da lange Flachrohre
oft nicht imstande sind, die auftretenden Drucke auszuhalten.
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In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung an Hand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. Es zeigt F
i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Wärmetauscher zum Kühlen der erhitzten Druckluft
eines Kompressors mittels Wasser, F i g. 2 einen Axialschnitt nach der Linie II-II
in Fig.1.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers
weist einen zylindrischen Mantel 1 auf, der in der Nähe des einen Endes einen Einlaufstutzen
2 und in der Nähe des anderen Endes einen Auslaufstutzen 3 für Wasser aufweist.
Im Innern des Mantels 1 ist ein Bündel 4 von parallel verlaufenden Flachrohren 5
angeordnet. Diese Flachrohre 5 sind mit ihren Enden an Endplatten 6 und 7 befestigt,
die die Hohlräume der Rohre 5 freilassende, in der Zeichnung nicht näher dargestellte
Aussparungen aufweisen, durch die die Hohlräume der Rohre mit den Räumen zusammenhängen,
die sich an die dem Rohrbündel 4 abgekehrten Seiten der Endplatten 6 und 7 anschließen.
Jede Endplatte 6 und 7 weist einen nach der dem Rohrbündel 4 abgekehrten Seite gezogenen
Kragen 6' bzw. 7' auf, der mit dem gezogenen Kragen 8' bzw. 9' eines Ringes 8 bzw.
9 verschweißt ist, der mit einem äußeren gezogenen Kragen 8" bzw. 9" für die Anlage
an der inneren Wandung des Mantels 1 versehen ist. Zwischen den beiden gezogenen
Kragen 8' und 8" bzw. 9' und 9" ist im Ring 8 bzw. 9 eine umlaufende Rille 11 bzw.
12 für eine längs dem ganzen Umfang des Ringes 8 bzw. 9 geschlossene Dichtung 13
bzw. 14 vorgesehen.
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Um das so zusammen mit den Endplatten 6 und 7 und den Ringen 8 und
9 einen Bauteil bildende Rohrbündel 4 gegen eine axiale Verschiebung im Mantel l
lösbar festzuhalten und dabei den vom Rohrbündel 4 eingenommenen Innenraum des Mantels
1 von durch die Endplatten 6 und 7 abgegrenzten Endkammern 15 und 16 abzudichten,
sind in diese Kammern einsetzbare hülsenartige Abstandhalter 17 und 18 vorgesehen.
Jeder der beiden Abstandhalter 17 und 18 weist an seinem dem Rohrbündel 4 zugekehrten
Ende eine ins Innere des Mantels 1 ragende Flanschfläche 19 auf, die genau entsprechend
dem Ring 8 bzw. 9 ausgebildet ist, so daß der Ring 8 bzw. 9 und der Abstandhalter
17 bzw. 18 mit dem gleichen Ziehwerkzeug herstellbar sind. An seinem dem Rohrbündel
4 abgekehrten Ende ist jeder Abstandhalter 17 bzw. 18 mit einem nach außen ragenden
Flanschrand 21 versehen. Dieser Flanschrand 21 weist Bohrungen für Schrauben 22
auf.
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An beiden Enden des Mantels 1 sind nach außen ragende Flanschränder
23 vorgesehen, die durch am Rande des Zylinders 1 festgeschweißte Ringe gebildet
sind. Diese Flanschränder 23 sind ebenfalls mit Bohrungen für Schrauben 22 versehen.
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Um die beiden Kammern 15 und 16 nach außen hin abzuschließen, sind
Deckel 24 und 25 vorgesehen, die Anschlußstutzen 26 und 27 für die Ableitung bzw.
Zuleitung von in einem Kompressor erhitzter Druckluft dienen, die im Wärmetauscher
gekühlt werden soll. Dadurch dient die Kammer 16 für den Einlauf der erhitzten Luft
in die Rohre 5 und die Kammer 15 für den Auslauf. Auch die Deckel 24 und 25 sind
mit Bohrungen für die Schrauben 22 versehen.
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Zwischen den Flanschrändern 21 der Abstandhalter 17 und 18 und den
Flanschrändern 23 des Mantels 1 einerseits sowie den Deckeln 24 bzw. 25 andererseits
sind längs dem ganzen Umfang der Flanschflächen 21 geschlossene flache Dichtungen
28 bzw. 28' vorgesehen. Die Abstandhalter 17 und 18 sind hierbei so dimensioniert,
daß, wenn die Deckel 24 und 25 mittels der Schrauben 22 fest an die Flanschränder
23 unter Zusammendrückung der Dichtungen 28 und 28' gedrückt werden, auch die Dichtungen
13 und 14 zusammengedrückt werden. Dadurch wird erreicht, daß der für den Wasserdurchtritt
vorgesehene, die Rohrbündel 4 aufnehmende Hohlraum des Mantels 1 von dem Kammern
15 und 16 einwandfrei abgedichtet ist. Um einen einwandfreien Durchfluß des Wassers
quer zu den Rohren 5 zu gewährleisten, sind mit den Rohren 5
verbundene,
an der Innenwandung des Mantels 1 lose anliegende Leitwände 29 vorgesehen, durch
die das Wasser entsprechend dem Pfeil 31 durch den zum Kühlen vorgesehenen
Raum geleitet wird.
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Beim Zusammenbau des Wärmetauschers wird zunächst an einem Ende der
eine Abstandhalter 17 eingesetzt und unter Zwischenfügung der flachen Dichtungen
28 und 28' mittels des Deckels 24 und der Schrauben 22 auf dem entsprechenden Ende
des Mantels 1 festgeklemmt. Dann wird die Dichtung 13 in die für diese vorgesehene
Rille eingelegt und das Ganze mit den Endplatten 6 und 7 und den Ringen 8 und 9
einen Bauteil bildende Rohrbündel 4 vom anderen Ende des Mantels aus in diesen eingeführt,
so daß dann die Dichtung 13 zwischen der Flanschfläche 19 des Abstandhalters 17
und dem einen vorgezogenen Randteil der Endplatte 6 bildenden Ring 8 eingeklemmt
wird. Dann wird in die Rille 12 des Ringes 9 ein Dichtring eingelegt und der Abstandhalter
18 in den Mantel 1 eingeführt. Unter Zwischenfügung der flachen Dichtringe 28 und
28' wird nun der Flanschrand 21 mittels des Deckels 25 und der Schraube
22 an den Flanschrand 23 gedrückt, wobei die Dichtringe 13 und 14 ebenfalls fest
zusammengedrückt werden. Der für den Durchfluß des Wassers vorgesehene, zwischen
den Endflächen 6 und 7 liegende Raum des Mantels 1 ist nun vollständig dicht nach
außen und von den Kammern 15 und 16 durch die Dichtungen 13, 14, 28
und 28' abgedichtet. Durch Lösen der Schrauben 22 an einem Ende des Wärmetauschers
kann nun jederzeit das Rohrbündel 4 in umgekehrter Weise aus dem Mantel 1 herausgenommen
werden.
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An Stelle der in ihrem Querschnitt runden Dichtungen 13 und 14 können
auch Flachbanddichtungen vorgesehen sein, dann sind die Rillen 11 und
12
an den aneinanderstoßenden Flanschflächen der Abstandhalter 17 und 18 einerseits
und der einen Teil der Endplatten 6 und 7 bildenden Ringe 8 und 9 andererseits nicht
erforderlich. Dichtungen können aus Gummi oder aus einem anderen, vorzugsweise wärmebeständigen
Material bestehen, wie sie z. B. im Handel unter der Bezeichnung »Copriddichtungen«
bekannt sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mantel zylindrisch.
Der Mantel kann aber auch einen beliebigen anderen, z. B. rechteckigen oder quadratischen
Querschnitt aufweisen. Dementsprechend müssen dann auch die Abstandhalter und die
Endplatten ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Endplatten 6 und 7 mit Ringen 8 bzw. 9 verschweißt. Diese Ringe können jedoch gleich
in den Rand der Endplatten 6 und 7 eingeformt sein. Auch dann können die Abstandhalter
17 und 18 mit den gleichen Ziehwerkzeugen wie die Ränder der Endplatten 6 und 7
hergestellt werden. Zur Bildung der Abstandhalter müssen dann lediglich die für
die Verbindung mit den Flachrohren vorgesehenen ebenen Teile bis zum hochgestellten
Innenrand der Abstandhalter herausgeschnitten werden.
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In einem Mantel 1 können auch mehrere Rohrbündel 4 hintereinander
angeordnet werden, die dann mit den bei dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel
durch die Ringe 8 und 9 gebildeten, vorstehenden Randteilen ihrer aneinanderstoßenden
Endplatte