DE1926986B2 - Waermetauscher mit einem schlauchbuendel aus flexiblen duennen kunststoffschlaeuchen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem in einem mit starren Kopfstücken versehenen verhältnismäßig starren Mantel angeordneten Schlauchbündel aus flexiblen dünnen Kunststoffschläuchen, bei dem ein das Schlauchbündel an dem oder jedem Ende flüssigkeitsdicht zusammenhaltender Kunststoff-Kragen zwischen einem stirnseitigen starren Mantelflansch und dem die Umfangsfläche des Kragens mit einer Innenfläche übergreifenden und bis vor die äußere Stirnfläche des Kragens mit einer Ringschulter reichenden Kopfstück abgedichtet gehalten ist, und zur Abdichtung zwei Dichtungsringe aus Elastomermaterial zwischen Kragen und Kopfstück vorgesehen sind, und bezieht sich auf die Ausbildung der Abdichtung zwischen Kragen und Kopfstück.

Ein solcher Wärmetauscher mit einem Kunststoffschlauch-Rohrbündel ist aus der US-PS 33 63 680 sowie insbesondere 33 80 513 bekannt Bei diesem sind die beiden Dichtungsringe symmetrisch zwischen den beiden Stirnflächen des Kragens an dessen Umfang bzw. symmetrisch zur Mittellinie der Umfangsfläche angeordnet. Diese Anordnung der Dichtungsringe hat die mit Hilfe von Fig. 2B erkennbaren Nachteile, die darin bestehen, daß der die Enden der Schläuche umfassenden Kragen sich unter der Wärme- und Druckbelastung des einströmenden Fluids durchzubiegen trachtet und daran nicht durch die Einspannung im Kopfstück ausreichend gehindert ist Im Gegensatz zur Ausbildung der Rohrbodendichtung von metallischen Wärmetauschern treten bei solchen aus Kunststoff weeen des anderen Materialverhaltens der verwendeten Kunststoff-Werkstoffe bisher unbekannte Probleme aufgrund unterschiedlichen betrieblichen Verhaltens auf. Man bat gemeint, daß die bekannte zur Mittellinie der Umfangsfläche des Schlauchbündelkragens symmetrische Anoretaung der beiden Dichtungsringe einer Bewegung (z.B. eine reine Lateralbewegung} des äußeren Umfangsabschnitts und einer Verformung des Kopfstücks (z.B. jeweils radial nach außen) einen Widerstand entgegenzusetzen und dadurch das Ausmaß dieser Bewegung bzw. Verformung zu verringern vermag, doch hat sich gezeigt, daß hier nicht die schwache Stelle der Abdichtung liegt Es tritt nämlich hier keine nennenswerte radiale Vergrößerung auf, der ein merkbarer Widerstand entgegenzusetzen ist, um das Ausmaß einer Bewegung der Stirnenden des Schlauchbündels zu verringern. Vielmehr ist es der Bereich zwischen der Umfangsfläche des Kragens und seiner inneren und äußeren Stirnfläche, der durch eine Verformung verlagert wird, da der Kragen hier nicht abgestützt ist

Das Problem der Beibehaltung einer einwandfreien Abdichtung ist bei einem bekannten Wärmetauscher (DT-AN K 22 828 I a/17f - 23.8.1956) mit vergleichsweise starrem nichtmetallischen! Rohrboden und dicken nichtmetallischen Rohren dadurch gelöst worden, daß der Rohrboden gegenüber dem am starren Mantel vorgesehenen Mantelflansch über eine Dichtung und eine Membran elastisch gehalten ist Hierdurch ist es möglich, daß sich ein Tragring, der den Rohrboden mit der Dichtung umschließt zusammen mit dem Rohrboden verformen kann, ohne daß irgendwelche Rückhaltekräfte ausgeübt werden, die zu einer Verminderung oder Aufhebung der Dichtungswirkung führen. Eine Schrägstellung der Stirnflächen des Rohrbodens ist also nicht verhindert und braucht auch nicht verhindert zu werden, obwohl bei der Abdichtung zwischen dem Tragring und dem Rohrboden ein erster Dichtungsring an der äußeren Stirnfläche des Rohrbodens, nahe dessen Umfangsfläche, vorgesehen ist Den Dichtungen kommt demnach lediglich die Aufgabe der Abdichtung zu. Dei vorgesehene zweite zweite Dichtungsring am Umfang des Rohrbodens ist mittig zwischen den beiden Stirnflächen angeordnet und er vermag so nicht eine Stützkraft gegen eine laterne Verformung des Rohrbodens auszuüben, da diese ja im Bereich der beiden Kanten des Rohrbodens bei Wärme- und Druckbelastung auftreten würde und nicht in der neutralen Mittelzone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einem Schlauchbündel-Wärmetauscher der eingangs genannten Art die Abdichtung und Abstützung des an dem oder jedem Ende des Schlauchbündels vorgesehenen Kragens gegenüber dem Kopfstück derart zu verbessern, daß eine Verformumg unter den betrieblichen Wärme- und Druckbeanspruchungen derart vermindert ist, daß die Abdichtung bei allen Betriebsbedingungen ausreichend gewährleistet ist

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der erste Dichtungsring im Bereich der Kante zwischen der Umfangsfläche und der äußeren Stirnfläche des Kragens im wesentlichen stirnseitig an der Ringschulter des Kopfstücks und der zweite Dichtungsring in einer Ausnehmung im Bereich der Kante zwischen der Umfangsfläche und der inneren Stirnfläche des Kragens im wesentlichen umfangsseitig an der Innenfläche des Kopfstücks tragend anliegt In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Ausnehmung dadurch gebildet ist, daß die Innenfläche

des Kopfstücks konisch zu dessen Stirnfläche verläuft Dies erleichtert den Einbau. Die Konus-Dichtungen sind bei metallischen Hochdruck-Wärmetauschern bekannt

Durch die neuartige Konstruktion werden verformungsbedingte Lecks zwischen dem Kunststoffkragen und dem starren Kopfstück vermieden, indem sowohl beim Zusammenbau als auch während des Betriebs durch das starre Kopfstück Kompressionskräfte in axialer und radialer Richtung auf den Kragen über die Trag-Dichtungsringe ausgeübt werden, die eine Verformung des Kunststoffkragens während des Betriebs ausreichend weit verringern.

Das ist bei dem eingangs genannten bekannten Wärmetauscher nicht der Fall, da dort die nachgiebigen Trag- und Dichtungsringe (53-56) nicht in der Lage is sind, einer Bewegung des Umfangsabschnitts und einer Verformung des Kragens wirksam entgegenzuwirken. Im Gegensatz dazu liegen die Dichtrine-e des erfindungsgemäßen Wärmetauschers unmittelbar an den gefährdeten Stellen am starren Kopfstück an. Durch die ϊο Erfindung ist bei Kunststoff- Wärmetauschern sichergestellt, daß auch bei in die Schlauche einströmendem heißem, unter beträchtlichem Überdruck stehendem Fluid die damit an sich einhergehender, Verformung so weit über die Dichtungen behindert ist, daß eine einwandfreie Dichtungswirkung bei allen Betriebszuständen sichergestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, 1.. der zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch das Einlaßende eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,

F i g. 2A eine perspektivische Teildarstellung des Einlaßendes zur Verdeutlichung der am Einlaßende des Schlauchbündels angreifenden Kräfte, und

F i g. 2B eine schematische Ansicht des Schlauchbündelkragens mit den an ihm bzw. dem Schlauchbündelende angreifenden Kräften und möglichen Verformungen.

Der Wärmetauscher hat ein Schlauchbündel aus flexiblen dünnen Kunststoffschläuchen T von im wesentlichen kreisrundem Querschnitt Die Schläuche sind an jedem Ende miteinander sowie mit einem ringförmigen Kunststoff· Kragen FHM verbunden, so daß die Verbindung über ein Kopfstück mit einer Fluid-Zuführungsleitung FS erfolgen kann. Die Schlauehe können einen Außendurchmesser von etwa 0,125 bis 7 mm und eine Wandstärke von 0,0125 bis 0,75 mm aufweisen. Die Schläuche T bilden innerhalb des Kragens FHMeine wabenähnliche Struktur HC, wie sie in F i g. 2A angedeutet ist Jeder Kragen FHM hat eine äußere Stirnfläche 10 und eine innere Stirnfläche 12 sowie eine Umfangsfläche 11. Eine stirnseitige Ringfläche von kleinerem Durchmesser ist an der Schnittlinie zwischen der Stirnfläche 10 und der Umfangsfläche 11 ausgebildet. Das Schlauchbündel ist von einem mit Löchern 15 versehenen starren Hemd 14 umgeben, das seinerseits Abstand zum starren Mantel 30 des Wärmetauschers hat, der in einem starren Mantelflansch 34 endet Am Mantel 30 ist ein Stutzen 31 für die Abfuhr des um die Schläuche Tströmenden Fluids sowie ein Ablaß DFvorgesehen. Das starre gelochte Hemd 14 ist über ein Spannband 21 mit zwei stirnseitigen Schalenhälften 17A an deren radiale Rippe 18 er stirnseitig anstößt, verbunden. An der Stirnkante der Schalenhälften kann sich die innere Stirnfläche 12 des Kragens U anlegen. Mit dem Mantelflansch 34 ist mittels Bolzen 35 und Muttern 36 der Flansch 33 eines KoDfstücks 32 verschraubt, das die Umfangsfläche U des Kragens FHM mit einer hmeefläene 41 übergreift und auch vor die äußere Stirnfläche 10 des Kragens FHM mit einer radialen Ringschulter 13 reicht An das Kopfstück 32 ist die Zuleitung FS mittels in Kopfstückverdichtungen 37 durch den Zuleitungsflansch 38 reichende Schrauben 39 verschraubt Der Kragen FHM ist von der Innenfläche 41 des Kopfstücks 32 mit ausreichendem Abstand aufgenommem, so daß bei allen Betriebstemperaturen ein Verklemmen infolge der größeren Wärmedehnung vermieden wird. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Flansche des Mantels und des Kopfstücks ist ein geteilter Ring 42 so eingespannt daß er nach innen vorspringt und in eine Ringnut der Schalenhälften YJA eingreift um das gelochte Hemd 14 in richtiger Lage zu halten.

Zur Dichtung des Kragens FMH gegenüber dem Kopfstück 32 sind zwei Dichtungsringe R1 und R 2 aus Elastomermaterial vorgesehen. Der erste Dichtungsring Rt liegt im Bereich der Kante zwischen der Umfangsfläche 11 und der äußeren Stirnfläche 10 des Kragens FHM im wesenlichen stirnseitig an der Ringschulter 13 des Kopfstücks 32 und der zweite Dichtungsring R 2 in einer Ausnehmumg TPim Bereich der Kan«e zwischen der Umfangsfläche 11 und der inneren Stirnfläche 12 des Kragens FHM im wesentlichen umfangsseitig an der Innenfläche 41 des Kopfstücks 32 tragend an. Die AusnehmungTP ist dadurch gebildet, daß die Innenfläche 41 des Kopfstücks FHM nach außen konisch zu dessen Stirnfläche verläuft. Außerhalb des geteilten Ringes 42 ist zwischen den Flanschen 33 und 34 ein dritter Dichtungsring R 3 eingespannt. Zum Korrosionsschutz des Kopfstücks ist dieses eingangsseitig von einer bis vor die Stirnfläche und zum Dichtungsring R 1 reichenden Auskleidung L versehen. Der Zuleitungsflansch 38 liegt über eine Dichtung G an der Stirnfläche des Kopfstücks 32 an. Gemäß F i g. 1 ist der Dichtungsring R 2 an der Umfangsfläche 11 des Kragens FHM, der konischen Ausnehmung Tp der Innenfläche 41 des Kopfstücks 32 und der axial äußeren Seite des geteilten Rings 42 angeordnet.

Das außerhalb der Schläuche durch den Mantel 30 strömende Fluid ist durch die Dichtungsringe R 2 und R1 daran gehindert, zwischen dem Kragen und dem Kopfstück zu entweichen. Der Dichtungsring R 1 und der geteilte Ring 42 unterstützen gemeinsam das Schlauchbündel in der richtigen Lage gegenüber dem Mantel 30 und dem Kopfstück 32.

Gemäß F i g. 2A und 2B bewirkt das Zusammenwirken der Bauteile im Bereich der Dichtungsringe R 1 und R 2, daß eine Bewegung und Verformung des Kopfstücks unter der Wirkung der vom erhitzten, unter Druck eintretenden P.uid aufgebrachten Kräfte ein Widerstand entgegengesetzt wird, durch den die Wirksamkeit der Dichtungsringe erhöht wird, da sie beim Auftreten einer Verformung zunehmend zusammengedrückt werden. Jedoch ist die Spannung der Dichtungsringe R1 und R 2 und der Spielraum zwischen dem Kragen FHM und dem Kopfstück 32 so gewählt, daß sich der Kragen FHM aus Kunststoff bei seiner Erwärmung schneller ausdehnen kann als sich das Kopfstück 32 ausdehnt, ohne daß die Teile aneinanderstoßen und ohne daß eine Überbeanspruchung der Dichtungsringe eintritt. Dieses Merkmal ist von Bedeutung, da dadurch die bei bekannten Wärmetauschern aus Kunststoff aufgetretenen Schwierigkeiten vermieden sind.

Da gemäß F i g. 1 die Dichtungsringe Ri und R 2

nicht in Ringnuten auf der Umfangsfläche 11 des Kopfstücks 32 angeordnet sind, läßt sich der Wärmetauicher auch leichter zusammenbauen, denn die Dichtungsringe können leichter in die richtige Einbaulage gebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   •■-j 1. Wärmetauscher mit einem in einem mit starren Kopfstücken versebenen verhältnismäßig starren Mantel angeordneten Schiauchbündeln aus flexiblen dünnen Kunststoffschlaiichen. bei dem ein das Schlauchbündel an dem oder jedem Ende flüssigkbitsdicht zusammenhaltender Kunststoff-Kragen zwischen einem stirnseitigen starren Mantelflansch und dem die Umfangsfläche des Kragens mit einer Innenfläche übergreifenden und bis vor die äußere Stirnfläche des Kragens mit einer Ringschulter reichenden Kopfstück abgedichtet gehalten ist, und zur Abdichtung zwei Dichtungsringe aus Elastomermaterial zwischen Kragen und Kopfstück vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsring (J? 1) im Bereich der Kante zwischen der Umfangsfläche (11) und der äußeren Stirnfläche (10) des Kragens (FHM) im wesentlichen stirnseitig an der Ringschulter (13) des Kopfstücks (32) und der zweite Dichtungsring (R 2) in einer Ausnehmumg (TP) im Bereich der Kante zwischen der Umfangsfläche (11) und der inneren Stirnfläche (12) des Kragens (FHM) im wesentlichen umfangsseitig an der Innenfläche (41) des Kopfstücks (32) tragend anliegt
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmumg (TP) dadurch gebildet ist, daß die Innenfläche (41) des Kopfstücks (FHM) konisch zu dessen Stirnfläche verläuft