DE1501597C - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscher-Rohrbündels aus flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscher-Rohrbiindcls aus mehreren nebeneinanderliegenden flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werkstoff, die an den Enden über eine Länge, die dem Mehrfachen der durchschnittlichen Wandstärke entspricht, miteinander und gegebenenfalls mit einem Flanschkragen fest und flüssigkeitsdicht verschweißt sind, bei dem die zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohre mit ihren Enden in einen Flanschkragen angeordnet, bis zur Schmelztemperatur erhitzt, durch Krafteinwirkung von innen her miteinander und gegebenenfalls dem Flanschkragen verschweißt und anschließend abgekühlt werden. Solche Rohrbündel werden in Wärmetauschern verwendet.

In der USA.-Patentschrift 2 433 546 sind ein Rohrbündel-Wärmeaustauscher und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, dessen vergleichsweise starre Kunststoffrohre miteinander und mit einem Kragen an ihren Enden verschweißt sind. Zur Herstellung des Rohrbündels werden die Rohre einzeln über nebeneinander auf einer Grundplatte angeordnete Dorne mit vergrößertem Bund plaziert, worauf ein Druckstempel gegen die gegenüberliegenden Rohrenden angedrückt wird. Die Dorne werden dann erhitzt, so daß diese die zum Erweichen der Rohrenden erforderliche Wärme abgeben. Dabei wird der Druckstempel weiter vorgeschoben, damit die unteren Rohrenden über die Dorne sich aufweiten und sich an dem äußeren Ende so weit expandieren, daß die Rohrenden mit ihren Außenwänden in Berührung kommen, so daß sie miteinander verschweißen.

Dieses Herstellungsverfahren eignet sich nicht für die Herstellung von Rohrbündeln aus flexiblen Rohren. Beim Ablassen des Drucktempels kann dieser die unteren Enden der Rohre nicht über die sich erweiternden Dorne, ohne daß sie ausknicken, vorschieben. Dies gilt um so mehr, je tiefer die Rohrenden über den dicken Bereich des Dorns vorgeschoben werden müssen, um eine ausreichende Verbindungslänge zu erzielen. Außerdem würden Schwankungen in der Wandstärke .in Umfangsrichtung der Rohre, die bei flexiblen und insbesondere dünnen Rohren kaum vermeidbar sind, zu erheblichen Schwierigkeiten führen.

Beim Vorschieben der Rohrenden zur Ausweitung

über die sich erweiternden Dorne würden die dünnsten Rohre am stärksten aufgeweitet werden. Das Ergebnis wäre eine ausgesprochen schwache Bindung. Schließlich führt auch das bei der Verarbeitung von Kunststoffrohren unvermeidbare Auftreten von Schrumpfungen bei dem bekannten Verfahren zu besonders großen Schwierigkeiten. Kunststoff rohre werden üblicherweise durch Extrudieren hergestellt, wobei immer Längsspannungen im Rohr vorhanden sind. Werden solche Rohre auf Schmelz- bzw. Schweißtemperatur erhitzt, so tritt immer eine gewisse Schrumpfung auf.

Diese würde bei dem bekannten Verfahren zu einem teilweisen Abziehen der Rohre von den Dornen führen, was der Erzielung einer langen Verbindung zwischen den Rohrenden zuwider liefe, insbesondere dann, wenn die Rohrwandstärke klein ist. Eine Verbindung der Rohrbündelenden mit einem das Rohrbündel umgebenden Kragen unter Zuhilfenahme von die Erhitzungswärme von außen zuführender Heißgasstrahler oder Infrarotstrahler zur Erzielung einer besonders großen Verbindungslänge ist praktisch unmöglich, weil die Gefahr, daß es zu Verformungen und zum Zusammenfallen oder -falten der Rohre kommt, insbesondere bei den am Außenumfang des Rohrbündels liegenden Rohren, viel zu groß wäre.

Gemäß einem älteren nicht'vorbekannten Vorschlag (deutsche Auslegeschrift 1 429 035) zur Herstellung von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffhohlfäden, die in ganzer Werkstücklänge parallel aneinanderliegend unter sich verbunden sind, werden die gebündelten Hohlfäden in einer Form unter Erhitzen aufgeweitet, bis ihre Wände zu einheitlichen Trennwänden eines wabenartigen Gebildes verschmelzen, worauf ein Abkühlen erfolgt. Dabei kann das Hohlfadenbündel auf seinem Umfang mit einer zugleich als Form dienenden, die Außenform des Werkstücks aufweisenden Hülle fest verbunden werden. Derartige Werkstücke sind Werkstoff- und Bauelemente, Halbfertigerzeugnisse und Fertigteile der verschiedensten Art, die sich durch ein sehr geringes Raumgewicht im Verhältnis zu ihrer Festigkeit auszeichnen. Derartige Werkstücke können keine Rohrbündelwärmeaustauscher sein. Dazu eignet sich dieses Verfahren nicht.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Rohrbündel-Wärmeaustauscher aus flexiblen, insbesondere dünnen thermoplatischen Kunststoff rohren zu schaffen, welches einen betriebssicheren, fiüssigkeitsdichten Verband der Rohrenden gewährleistet und das in seiner Anwendbarkeit einfach ist und die Nachteile des eingangs genannten bekannten Verfahrens nicht aufweist und daß auch nicht das Vorsehen von Stirnplatten, sogenannte Rohrboden, erforderlich macht, mit denen die Enden der Rohre einzeln oder gruppenweise verbunden werden.

Dieses Problem ist ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohrenden in einem Flanschkragen angeordnet werden, wobei der freie Querschnitt zwischen den Rohren 5% größer als die zwischen den Rohrenden liegende freie Fläche bei so eng wie möglich nebeneinander angeordneten Rohrenden ist, daß zu deren Erweichung ein erhitztes Strömungsmittel in die Rohrenden geleitet und anschließend ein Druckgefälle an die Rohrenden angelegt wird, bei dem der Druck innerhalb der Rohre größer als außerhalb ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, ) wenn vor dem Anlegen des Druckgefälles an die Rohrenden diese mittels der durch das erhitzte Strömungsmittel zugeführten Wärme an den aneinanderliegenden Zwischenflächen erweicht werden.

Die zwischen den Rohrwänden liegende freie Fläche bei so eng wie möglich nebeneinander angeordneten Rohrenden, die auch als theoretische freie Querschnittsfläche bezeichnet werden kann, ist definiert als die freie Querschnittsfläche des Kragens abzüglich der Summe aller bis zum Außendurchmesser reichenden Querschnittsflächen der Rohre, wenn diese so eng wie möglich, vorzugsweise in Dreiecksanordnung, im Kragen angeordnet sind, d.h. so eng, daß kein weiteres Rohr, ohne es zu beschädigen, eingefügt werden kann. Es hat sich als wichtig herausgestellt, daß die freie Querschnittsfläche vor der Verbindung des Rohrbündels mit dem Kragen größer als die theoretische freie Querschnittsfläche ist, um die Enden der Rohre innerhalb dieses Kragens besonders sicher zu einem flüssigkeitsdichten Verband zusammenfassen zu können und gleichzeitig den größtmöglichen freien Strömungsquerschnitt für die durch die Röhren strömende Flüssigkeit zu gewährleisten.

Mit dem eingangs genannten bekannten Verfahren ließe sich keine Bindungslänge von dem Zehnfachen der mittleren Wandstärke erzielen. Diese wäre bei relativ kurzrohrigen Wärmeaustauschern an sich auch gar nicht nötig. Eine große Verbindungslänge ist nämlich insbesondere nur dann erforderlich, wenn die Rohre flexibel sind. Die Verwendung flexibler Rohre für Wärmeaustauscher ist aber in vielen Fällen deshalb vorteilhaft, weil keine starke Verkrustung an den Rohraußenseiten entstehen kann, da sie von den üblicherweise Biegungen und Schwingungen ausgesetzten Rohren abplatzen würden. Schließlich erlaubt die Verwendung flexibler Rohre eine freizügigere Formgebung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Aufstellung der Rohrbündel, wenn dies erforderlich ist. Die Ausnützung der Flexibilität der Rohre bedeutet ihrerseits aber die Erzeugung größerer Spannungen an den flüssigkeitsdichten Rohrbündelenden. Würden dagegen mehr oder minder starre Rohre im Gegensatz zu flexiblen Rohren verwendet werden, so ist das Auftreten von erheblichen Spannungen an den miteinander verschweißten Rohrenden nicht gravierend, so daß eine besonders lange Verbindung zwischen den Rohrenden nicht erforderlich ist. Die erforderliche Verbindungslänge zur Sicherstellung einer ausreichenden Festigkeit hängt insbesondere von der Zahl der Rohre·, deren Wandstärke und deren Durchmesser ab, welche alle zur gemeinsamen Querschnittsfläche des Rohrbündels an dessen Ende beitragen. Die Rohrenden sind deshalb zweckmäßig über eine Länge miteinander verschweißt, die wenigstens dem Zehnfachen, vorzugsweise dem Zwanzigfachen, der durchschnittlichen Wandstärke entspricht und die wenigstens das 0,4f ache des größeren Querschnittsdurchmessers des Rohrbündels beträgt. Der Außendurchmesser der Rohre soll 0,05 bis 25 mm betragen und deren Wandstärke 5 bis 20°/₀ des Außendurchmessers. Wird das Rohrbündelende mit einem relativ starren Flanschkragen verschweißt, soll wenigstens die Innenfläche aus thermoplastischem Werkstoff bestehen.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich besonders leicht durchführen, wenn der Werkstoff der thermoplatischen Rohre aus der Gruppe der Copolymere des Tetrafluoräthylens und des Hexafluorpropylen, der Polyamide, der Polyolefine und der Polyacetate ausgewählt ist. Für Rohre aus einem Copolymer des Tetrafluoräthylens und Hexafluorpropylens eignet sich als erhitztes Strömungsmittel insbesondere Silikonöl.

Das Rohrbündel kann hergestellt sein aus einer zunächst gefertigten flachen Matte aus parallelen flexiblen Kunststoffrohren, die durch eine Reihe auseinanderliegender Bänder miteinander verbunden sind, von denen wenigstens eines in Längsrichtung der Matte bzw. normal zu den Röhren der Matte verläuft, und die quer zu den Röhren zu einem Rohrbündel aufgewickelt wurde. Das Herstellungsverfahren nach der Erfindung eignet sich besonders für relativ feste Rohrbündel aus flexiblen — im Gegensatz zu vergleichsweise starren — thermoplastischen Rohren, deren Enden flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Solche Rohrbündel haben gute mechanische Eigenschaften gegen Längs- und Querbeanspruchung. Die Verwendung flexibler Rohre macht es möglich, daß sie sich dem Durchmesser an den Enden des Rohrbündels und an den Stellen, an denen die Verbindungsbänder vorgesehen sind und an denen das Rohrbündel einen größeren Durchmesser als an den Enden hat, angleichen. Flexible Rohre sind auch deshalb vorteilhaft, weil sich die Rohrbündel ver-

schiedenen Anwendungsfällen am leichtesten anpassen lassen. So werden flexible Rohre für Wärmeaustauscher vorteilhaft dann verwendet, wenn das Rohrbündel gebogen oder im Winkel geführt werden muß. Flexible Rohre werden auch bei langen Rohrbündeln, die in flexiblen größeren Mantelrohren zum Erhitzen oder Kühlen von durch- oder ausströmenden Flüssigkeiten eingebaut werden, verwendet.

Die Dicke der Verbindungs- bzw. Verschweißschicht zwischen den Rohren an ihren Enden soll wenigstens einem Zehntel der Rohrwandstärke entsprechen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Rohrbündel aus wenigstens 7 bis zu etwa 5000 oder mehr Rohren, sogar bis zu 20 000 Rohren, herstellen.

Der Flanschkragen kann kreisförmig, hexagonal, rechteckig oder ähnlich, je nach Verwendungszweck und zweckmäßiger Form des Rohrbündels, ausgeführt sein. Mit Flanschkragen versehene Rohrbündel lassen sich leicht in Wärmetauschermänteln aus Metall (z. B. aus Stahl, Messing, rostfreiem Stahl, Aluminium) oder aus Kunststoff (z. B. Vinylacetat) oder aus teflonbeschichtetem Stahl (Teflon ist das für die Anmelderin eingetragene Warenzeichen für Tetrafluoräthylen und dessen Copolymere) einbauen.

Auch wenn die beschriebenen Rohrbündel vorzugsweise zum Wärmetausch dienen sollen, können sie doch auch zur Gastrennung, Entsalzung von Salzwasser u. dgl. und, wenn nur ein Ende des Rohrbündels zu einem Verband zusammengefaßt ist, als Einrichtung . zum Einführen von Gas in Flüssigkeiten, wobei das Verbandende in die Rohrleitung eingebaut ist und das Gas durch einen Teil der Rohre und die Flüssigkeit durch einen anderen Teil der Rohre geführt wird, verwendet werden.

Wenn auch normalerweise die Rohre des Rohrbündels alle den gleichen Durchmesser und die gleiche Wandstärke aufweisen, ist dies jedoch nicht unbedingt für die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich. Es können daher auch Rohre verschiedenen Durchmessers verwendet werden, um die freie Querschnittsfläche vor dem Verbinden so klein wie möglich zu machen.

Üblicherweise werden homogene, aus einem Stück gefertigte (stranggepreßte) thermoplastische Rohre verwendet. Es eignen sich jedoch auch solche, die aus wendelförmig gebundenen thermoplastischen Bändern hergestellt sind, oder solche, die aus einem mit Kunststoffbänder umwickelten Kernrohr bestehen.

Als thermoplastische Werkstoffe für die Rohre, die Flanschkragen oder deren Beschichtungen kommen alle thermoplastischen Materialien, insbesondere Polymere, in Frage, die zu selbsttragenden Rohren verarbeitet und die zum Verbinden miteinander erweicht oder geschmolzen werden können, ohne daß sie sich dabei zersetzen oder oxydieren. Derartige thermoplastische Kunststoffe finden sich unter den Additionsund Kondensationspolymeren aber auch unter den durch Oxydationskopplung gewonnenen Polymeren. Im folgenden sind einige, jedoch nicht alle verwendbaren thermoplastische Werkstoffe genannt: polymerisch Perhalogen-Kohlenwasserstoffharze, beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyhexafluorpropylen, Polytrifluorchloräthylen; Copolymere des Tetrafluoräthylens mit Hexafluorpropylen, Perfluorpenten-1, Perfluorhexen-1, Perfluorcyclobuten, PerSuorhepten-1, Perfluorocten-1, Perfluornonen-1; Polymere der aliphatischen Olefine, beispielsweise Homopolymere und Copolymere des Äthylens, Propylens, Butens-1, Pentens-1, Hexens-1, Octens-1, Decens-1, Butadiens, Styrols; Polymere der Vinylhalogenide, beispielsweise Polymere des Vinylchlorids, Vinylfluorids, Vinylidenfluorids; Polymere der Amide, beispielsweise Hexamethylen, Adipamid, Hexamethylensebacamid, Caprolactam, usw., Polyacetate, beispielsweise Polyoxymethylen, Formaldehyd-Copolymere; polyaromatische Ester, beispielsweise Polyphenylenoxyd, Metha-diäthynylbenzol-Polymere; Polyurethane; Polyester, beispielsweise Polycarbonate, Polycarbonate, Polyacrylate (Polymethylmetacrylat), Polyalkylendicarboxylate (Polyäthylenterephthalat); chlorierte Polyäther usw. Eine bevorzugte Stellung nehmen die Copolymere des Tetrafluoräthylens und Hexafluorpropylens, der Polyamide, der Polyolefine und Polyacetate ein.

Die Erfindung ist an Hand schematischer Darstellungen an mehreren vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1, 2 und 3 die Herstellungsschritte eines wabenförmigen Rohrbündelverbands aus frei beweglichen, flexiblen thermoplastischen Rohren, der mit einem thermoplastischen oder innen mit einem thermoplastischen Werkstoff beschichteten Flanschkragen verbunden wird,

F i g. 4 eine Hilfsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung,

F i g. 5 eine andere Hilfsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und F i g. 6 bis 10 verschiedene Rohrbündel, die unter Anwendung der Verfahren nach der Erfindung hergestellt sind.

In F i g. 4 ist ein aus parallelen flexiblen Rohren 10 gebildetes Rohrbündel 11 dargestellt, das mit einem starren Flanschkragen 12 gemäß F i g. 2 oder 4 versehen wird. Der Flanschkragen besteht aus gleichem thermoplastischem Werkstoff wie die Rohre oder ist zumindest damit innen beschichtet.

Die freie Querschnittsfläche ist etwa 5% größer als die theoretische freie Querschnitts fläche. Die Tabelle enthält beispielhafte Angaben über Rohrbündel, Flanschkrageninnendurchmesser, erreichbare freie Querschnittsflächen und die Verbindungslängen der Rohrenden. Die Rohre und Flanschkragen oder deren Innenflächen bestehen aus einem Copolymer des Tetrafluoräthylens und Hexafluorpropylens. Die Rohre haben einen Außendurchmesser von 2,5 mm und eine Wandstärke von 0,25 mm.

Rohrbündel	Länge der Rohre (cm)	Flanschkragen	Wandstärke (mm)	(Freier Querschnitt (mm)	Verbindungslänge (mm)
Anzahl der Rohre	38 bis 114	Innen durchmesser (mm)	6,4	237	25
140	90 bis 240	35	6,4	275	25
165	60 bis 240	37,5	10,1	378	25
250	120 bis 240	46	11,5	825	50
650	72,5

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Das in F i g. 4 gezeigte Rohrbündel ist zur Durch- Kragen schrittweise auf die Erweichungstemperatur führung des Verfahrens nach der Erfindung in einer erhitzt. Im erweichten Zustand und mit aufgeweiteten Hilfsvorrichtung in einem hohlzylindrischen Behälter Rohren, die einander eng berühren, wird die Anord-13 mit einem inneren koaxialen Stützrohr 14 und einem nung aus dem Ölbad herausgenommen und danach Absaugstutzen 15 gehalten. Die Innenfläche des un- 5 wieder Unterdruck von etwa 125 mm Quecksilbersäule teren Endes des Behälters 13 ist flüssigkeitsdicht mit an die Außenfläche der Rohre 15 bis 45 Sekunden lang der Außenfläche des Flanschkragens 12 verbunden. gelegt. Der äußere Unterdruck zusammen mit dem Bei der Herstellung des End Verbandes wird zunächst atmosphärischen. Druck innerhalb der Rohre bewirkt das Rohrbündelende gerade abgeschnitten, so daß eine Normalkraft auf die erweichten Berührungsalle Rohre 10 und der Flanschkragen 12 in einer io flächen der Rohre und damit deren Verbindung mitgemeinsamen Ebene enden. Als nächstes wird das einandei und mit der Innenfläche des Flanschkragens, untere Ende des Rohrbündels, das vom Behälter 13 Danach wird die gesamte Anordnung wieder abgeümschlossen ist und dessen Rohre 10 in regelmäßiger kühlt, wodurch sich der flüssigkeitsdichte Verband Anordnung in den Flanschkragen 12 reichen, sehr der Rohre gegenüber dem Flanschkragan und unternahe (0,8 bis 3 mm) an die Oberfläche einer auf eine 15 einander voll ausbildet. Zum Schluß wird die AnTemperatur von etwa 500° C elektrisch beheizten Platte Ordnung auf Dichtigkeit geprüft; gleichzeitig wird 16« gebracht. Diese Temperatur reicht aus, um die nachgesehen, ob die Rohre offen geblieben sind. Ist Rohre etwa 0,12 bis 4 mm tief zu erweichen. Die eine ebene Stirnfläche des Rohrbündels erwünscht, dadurch bewirkte Ausdehnung in radialer und Um- so kann sie jetzt nachgearbeitet werden,
fangsrichtung der Rohre 10 gegen die relativ dicke 20 Die Rohre haben sich nun verformt; aus ihrer Wand des Flanschkragens 12 bewirkt eine zunehmende ursprünglich kreisförmigen Querschnittsform sind sie Verkleinerung der Zwischenräume zwischen den Roh- in eine polygonale Querschnittsform übergegangen, ren und dem Flanschkragen. Nachdem die Rohrenden Das Querschnittspolygon kann drei bis sechs Seiten bis zum Erweichungspunkt erwärmt worden sind, wird aufweisen. Ein flüssigkeitsdichter sogenannter Wabenein Unterdruck von etwa 75 bis 125 mm Quecksilber- 35 verband ist in F i g. 3 dargestellt. Bei dem erwähnten säule innerhalb des Kragens an die Außenseite der Tauchen kann die Tauchtiefe schrittweise gesteigert Rohre über den Absaugstutzen 15 des Behälters 13 werden, um ein gleichmäßiges Ansteigen der Tempegelegt. Hierdurch entsteht ein Druckgefälle normal ratur entlang der Länge der Rohrenden zu bewirken' zu den Berührungsflächen der erweichten Oberflächen und ungewollte Temperaturgefälle zwischen den der Enden der Rohre 10. Dieses Druckgefälle bleibt 30 Rohren auf ein Mindestmaß zu beschränken. Im für etwa 30 Sekunden angelegt. Danach läßt man die beschriebenen Beispiel wurde heißes Siliconöl verwenganze Anordnung abkühlen, indem man entweder die det. Es können natürlich auch andere Stoffe (Lsgie-Wärme in die angrenzenden Bereiche abfließen läßt fungen, Salze usw.) verwendet werden, die bei der oder eine Kühlflüssigkeit aufgibt oder Luft durch die Schmelztemperatur des thermoplastischen Werkstoffes Rohre preßt. Durch die Abkühlung werden die Rohre 35 stabil sind, mit dem Werkstoff nicht reagieren und im in der Nähe der Stirnflächen miteinander ver- ausreichend leichtflüssig sind, um ins Innere der schmolzehen Zustand fixiert. Danach wird zweckmäßig Rohre aufzusteigen.

ein leichter Überdruck auf die Außenflächen der ^: Bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren wird Rohre gegeben, um zu prüfen, daß kein Leckzwischen ein flüssigkeitsdichter Verband der Rohre mit einem den Rohren und dem Flanschkragen des Endverbands 40 äußeren Flanschkragen hergestellt. Bei einer Abwandvorhanden ist. Hierbei wird eine Verbindung der lung dieses Herstellungsverfahrens kann der Behälter Rohrenden auf eine Länge von etwa 4 mm erreicht. selbst, der normalerweise aus Aluminium gefertigt ist, Um eine Vergrößerung der Verbindungslänge zu als nichtthermoplastischer Flanschkragen wirken, der bewirken, wird das Rohrbündel anschließend im mit den Rohren keine Verbindung eingeht, diesen Behälter 13 abwechselnd in ein heißes Siliconölbad 16B 45 gegenüber also inert ist. Nach dem zuerst beschrieeingetaucht und herausgezogen. Die Badtemperatur berien Verfahren kann auch ein flüssigkeitsdichter beträgt etwa 70% der Erweichungstemperatur des Verband der Rohrenden allein hergestellt werden, wenn Rohrwerkstoffs, im vorliegenden Fall also etwa 200° C. der gegenüber diesen nicht haftende Behälter 13 als Die Eintauchtiefe in das Bad entspricht dem Innen- äußerer Flanschkragen während des Verfahrens dient, durchmesser des Flanschkragens. Das abwechselnde 50 Nach dem Herausnehmen aus der Büchse weist das Eintauchen und Herausziehen bewirkt ein Eindringen Rohrbündel dann nur einen flüssigkeitsdichten Verheißen Öls in und um die Rohre und auf die Außen- band seiner Rohrenden auf. Bei einigen plastischen seite des Flanschkragens, wodurch die Rohrenden Werkstoffen, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, könschrittweise erwärmt werden. Nachdem die Temperatur nen z. B. Lösungsmittel statt Wärme zum Erweichen auf etwa 200⁰C angestiegen ist, wird die Anordnung 55 und Aufweiten der Rohre verwendet werden. Die Rohrbündel—Behälter aus dem heißen ölbad heraus- Anwendung solcher Lösungsmittel in Verbindung mit genommen und wieder Unterdruck über den Absaug- der Aufbringung einer Druckdifferenz auf die Rohrstutzen 15 etwa 15 Sekunden lang zur Ausrichtung wände ergibt ebenfalls den gewünschten flüssigkeitsder nun teilweise aufgeweiteten Rohre 10 angelegt, dichten, aus einem Stück bestehenden Verband der wobei sie sich in ihre stabile Lage legen. 60 Rohrenden.

Als nächstes wird die vorgewärmte Anordnung nun Bei der an Hand von F i g. 5 dargestellten Ausüber ein zweites heißes ölbad 16C gebracht, das aber führungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird auf einer Temperatur von etwa 315⁰¹C gehalten ist. lediglich ein Lufterhitzer verwendet, der eine geregelte Die Temperatur ist hoch genug, um die thermo- abgemessene Luftströmung durch das Rohrbündel plastischen Rohre und den Kragen erweichen zu 65 leitet, um den gewünschten und bereits beschriebenen lassen. Durch abwechselndes Eintauchen und Heraus- ffüssigkeitsdichten Verband zu bewirken. Dieses nehmen aus dem heißen ölbad in Abständen von Verfahren bildet eine Fortsetzung der zuerst beschrie-5 Sekunden werden die Rohre zusammen mit dem benen Stirnflächenverbindung, bei dem die Verbindung

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der Rohre immer tiefer in das Rohrbündelende vor- ist, die Rohre und die Flanschkragen oder wenigstens

dringt, indem sorgfältig gesteuerte heiße Luft durch das ihre Innenflächen aus dem gleichen thermoplastischen

Bündel geleitet wird. Dieses Verfahren wird für Rohre Werkstoff zu fertigen, so können jedoch auch unter-

und Kragen aus dem gleichen Material erläutert, wie schiedliche thermoplastische Werkstoffe zur Anwen-

es bei dem bereits beschriebenen Verfahren verwendet 5 dung kommen.

wurde. Es wird ein auf eine Temperatur von etwa Zu der Vielzahl von Wärmeaustauschern, bei denen 300⁰C vorgewärmter Flanschkragen 12 in eine Aus- die Flexibilität der Rohre bedeutungsvoll ist, und nehmung eines Ofens 17 eingebracht, welche mit einer deren Rohrbündel nach dem Verfahren nach der Schulter 18 an dem Flanschkragen dichtend anliegt. Erfindung herstellbar sind, zählen zwei sogenannte Wegen der Vorwärmung ist es vorteilhaft, daß nur die io U-Rohr-Wärmetauscher, wie sie in den F i g. 6 und 7 Innenfläche des Flanschkragens statt des ganzen dargestellt sind und dort verwendet werden, wo nur Flanschkragens aus thermoplastischem Werkstoff wenig Platz zur Verfügung steht, also z. B. als Gasbesteht. Dann ist die Gefahr, daß sich der Flansch- kühler, Schmierölkühler, Taucherhitzer u. dgl. Für kragen während des Vorwärmens und vor dem Ein- die Ausführung nach F i g. 6 ist der Flanschkragen 12 führen des Rohrbündels verformt, gebannt. Nach dem 15 mit einer Kunststofftrennwand 26 versehen, die den Vorwärmen wird das bereits zugeschnittene und im Querschnitt in zwei gleiche Teile unterteilt. Nachdem Behälter 13 angeordnete Rohrbündel 11 in den Kragen das eine Ende des Rohrbündels 11 in die eine durch 12 bis auf eine vorbestimmte Tiefe eingeführt, was durch die Trennwand 26 und die Innenfläche des Kragens 12 die Führungsplatte 21 des Behälters und die Führungs- gebildete Hälfte und das andere Rohrbündelende in die muffe 22 erleichtert ist. Die Rohranzahl des Rohr- 20 andere durch die Trennwand und die Innenfläche des bündeis 11 und die Größe des Flanschkragens sind so Kragens gebildete Öffnung eingeführt worden sind, aufeinander abgestimmt, daß die gesamte freie Quer- können die Rohrenden nach einem zusammen mit den schnittsfläche etwa 5 °/₀ größer als die theoretische freie beiden an Hand der F i g. 4 und 5 erläuterten Ver-Querschnittsfläche ist. Der das Rohrbündel 11 um- fahren miteinander mit der Trennwand und mit der schließende geteilte Führungsring 19 dichtet den 25 Innenfläche des Kragens zu einem flüssigkeitsdichten Flanschkragen 12 bei 20 ab. Verband verbunden werden. Das Verfahren läßt

Um das Rohrbündel im Behälter 13 in richtiger natürlich auch zu, einen aus geraden Rohren und nicht

Lage zu halten, wird Überdruck auf die Gummirohr- aus U-Rohren gefertigten Wärmetauscher mit einer

abschnitte 24 und 25 gegeben. Danach wird auf etwa Trennwand zwischen zwei Hälften des Rohrbündel-315° C erhitzte Luft durch einen Schacht des Ofens 17 30 endes herzustellen. Die Trennwand 26 braucht nicht

und durch die Rohre mit einer Durchsatzleistung von länger als die Länge des Flanschkragens zu sein.

0,08 bis 0,11 m³/Min. geleitet. Etwa 15'Sekunden Der in Fig. 7 dargestellte Wärmetauscher wird

danach wird dann der Unterdruck von etwa 75 bis in zwei Schritten gefertigt; jeder Herstellungsschritt

125 mm Quecksilbersäule am Absaugstutzen 15 gelegt. entspricht jeweils einem der Verfahren nach der Dadurch wird das Druckgefälle von der Innen- zur 35 Erfindung. Zunächst wird das eine Ende 27 des

Außenwand der Rohre erzeugt. Der Unterdruck Rohrbündels mit einem inneren Flanschkragen 28,

bleibt etwa 20 bis 45 Sekunden angelegt, während die wie zusammen mit den F i g. 4 und 5 beschrieben,

heiße Luft im ganzen etwa 60 bis 90 Sekunden durch hergestellt. Dann werden die Rohre U-förmig um-

die Rohre geleitet wird. Nach der Abkühlung hat die gebogen und genau passend in den Ringraum zwischen Stirnfläche den gleichen wabenartigen Verband wie .40 dem inneren Kragen 28 und einem äußeren Flansch-

das in F i g. 3 dargestellte Rohrbündel; die Länge der kragen 29 eingepaßt. Die miteinander verbundenen

Verbindung zwischen den Rohren beträgt 40 bis 75 mm. inneren Rohre 27 zusammen mit dem mit ihnen ver-

Dieses Verfahren kann an Stelle des zuerst be- bundenen Teil des inneren Flanschkragens 28 werden

schriebenen angewendet werden. Bei einem Aus- dann so abgeschlossen, daß ein Differenzdruck an

führungsbeispiel wurden 155 bis 275 Rohre mit einem 45 die Rohre angelegt werden kann. Dann wird vorzugs-

Durchmesser von 2,5 mm und einer Wandstärke von weise der an Hand von F i g. 5 erläuterten Ausführungs-

0,25 mm, jedes 38 bis 240 cm lang, verwendet. Die form des neuen Verfahrens die Verbindung der Rohre

Vorteile des zweiten Verfahrens liegen auf der Hand. in dem Ringraum miteinander und mit dem Flansch-

Es sind keine fremden Flüssigkeiten, die das Rohr- kragen 28 und 29 durchgeführt. Nach dem soeben

bündel verschmutzen könnten, notwendig, und das 50 erläuterten Verfahren kann auch ein Wärmetauscher

Verfahren benötigt nur eine vergleichsweise kurze aus geraden, nicht U-förmigen Rohren hergestellt

Zeit. Wird je Zeiteinheit weniger Luft als angegeben werden, indem der erste Verbindungsschritt an beiden

durch.die Rohre geleitet, so sind, um gleiche Verbin- Enden zunächst erfolgt und dann weitere Rohrlagen

dungslängen zu erzielen, längere Verfahrenszyklen um den inneren Flanschkragen herumgelegt und nach

erforderlich. ; _;- 55 dem zweiten Verfahrensschritt an den Enden mit-

Außer den völlig aus thermoplastischen Werkstoffen einander verbunden werden.

hergestellten Flanschkragen oder den Metallkragen, Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 eines LJ-Rohr-

die innen mit einem thermoplastischen Werkstoff Wärmetauschers kann nach dem in Zusammenhang

beschichtet sind, können auch perforierte Metallkragen, mit F i g. 4 oder 5 beschriebenen Verfahren hergestellt

die in einen thermoplastischen Werkstoff eingebettet 60 werden. Nach der Fertigung des flüssigkeitsdichten

sind, oder schließlich Kragen aus zwei Schichten Endverbands können die Rohre auseinander in die

thermoplastischen Werkstoffs verwendet werden, wobei flache Anordnung 30 gelegt werden. Solche Aus-

die äußere Schicht aus einem Kunststoff mit höherem führungsformen finden als Tauchkühler, beispielsweise

Schmelzpunkt (Polytetrafluoräthylen) und die innere als Schwefelsäurekühler, Kristallisationsvorrichtung

Schicht aus einem niedriger schmelzenden thermo- 65 für Natroncarbonat usw. oder als Verdampfungskühler

plastischen Werkstoff (z. B. Polytetrafluoräthylen- Verwendung.

Hexafluorpropylen-Copolymer), dem gleichen wie die Auch die in F i g. 9 dargestellte Ausführung eines

Rohre, bestehen. Wenn es auch besonders vorteilhaft Wärmetauschers läßt sich nach dem neuen Verfahren

herstellen. Bei dieser wird zunächst die Längsöffnung 31 eines inneren Flanschkragens 32 verschlossen und dann das Rohrbündel 11 in den Ringraum zwischen dem inneren Flanschkragen 32 mit thermoplastischer Außenoberfläche und einem äußeren Flanschkragen 33 mit thermoplastischer Innenoberfläche eingepaßt. Trennwände bzw. -Stege 34 und 35 aus thermoplastischem Werkstoff können zur Halterung des inneren Flanschkragens 32 vorgesehen werden. Die Verbindung der Rohre mit der Außenfläche des inneren Flanschkragens, mit der Innenfläche des äußeren Flanschkragens, mit den Trennwänden und untereinander kann nach einem der an Hand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Verfahren erfolgen. Nach dem Entfernen des Verschlusses der Längsöffnung 31 kann sie als Einlaß für das innerhalb des Wärmetauschermantels strömende Medium dienen.
Abweichungen der in den F i g. 6, 7 und 9 dargestellten Ausführungen von Wärmetauschern mit zwei, drei oder mehr Trennwänden, zwei oder mehreren Flanschkragen lassen sich ohne weiteres herstellen.

In F i g. 10 ist schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Endverbands eines Röhr bündeis dargestellt, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herstellbar ist. Hier wird ein Rohrbündel 36 aus Rohren 40 mit großem Durchmesser mit einem

ίο Flanschkragen 41 nach dem neuen Verfahren flüssigkeitsdicht verbunden. Danach werden Rohre 37 mit kleinerem Durchmesser in die Rohre 40 des Rohrbündels 36 gesteckt und an ihren Enden das durch sie gebildete überstehende Rohrbündel 39 mit einem Flanschkragen 38 ebenfalls nach dem neuen Verfahren zu einem flüssigkeitsdichten Endverband unter Verbindung der Rohre untereinander und mit der Innenfläche des Flanschkragens 38 verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

' Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauscher-Rohrbündels aus mehreren nebeneinanderliegenden flexiblen Rohren aus thermoplastischem Werkstoff, die an den Enden über eine Länge, die dem Mehrfachen der durchschnittlichen Wandstärke entspricht, miteinander und gegebenenfalls mit einem Flanschkragen fest und flüssigkeitsdicht verschweißt sind, bei dem die zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohre mit ihren Enden in einen Flanschkragen angeordnet, bis zur Schmelztemperatur erhitzt, durch Krafteinwirkung von innen her miteinander und gegebenenfalls dem Flanschkragen verschweißt und anschließend abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Rohrbündel zusammengefaßten Rohrenden in einem Flanschkragen angeordnet werden, wobei der freie Querschnitt zwischen den Rohren 5% größer als die zwischen den Rohrenden liegende freie Fläche bei so eng wie möglich nebeneinander angeordneten Rohrenden ist, daß zu deren Erweichung ein erhitztes Strömungsmittel in die Rohrenden geleitet und anschließend ein Druckgefälle an die Rohrenden angelegt wird, bei dem der Druck innerhalb der Rohre größer als außerhalb ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anlegen des Druckgefälles an die Rohrenden diese mittels der durch das erhitzte Strömungsmittel zugeführten Wärme an den einanderliegenden Zwischenflächen erweicht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden über eine Länge miteinander verschweißt werden, die wenigstens dem Zehnfachen der durchschnittlichen Wandstärke entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden über eine Länge miteinander verschweißt werden, die wenigstens dem 0,4fachen des größten Querschnittsdurchmessers des Rohrbündelendes beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre verwendet werden, deren Außendurchmesser 0,05 bis 25 mm und deren Wandstärke 5 bis 20% des Außendurchmessers betragen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündelende mit einem relativ starren Flanschkragen verschweißt wird, bei welchem wenigstens die Innenfläche aus thermoplastischem Werkstoff besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre aus einem thermoplastischen Werkstoff verwendet werden, der aus der Gruppe der Copolymere des Tetrafluoräthylens und des Hexafluorpropylens und der Polyamide, Polyolefine und Polyacetate ausgewählt ist.

8. Verfahren nach Anspruch I und 7, dadurch gekennzeichnet, daß für Rohre aus einem Copolymer des Tetratluoräthylens und Hexafluorpropylens als erhitztes Strömungsmittel Silikonöl verwendet wird.