DE19526623A1 - Vorrichtung zur Halterung eines Rohrbündels eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung eines Rohrbündels aus parallel zueinander verlaufenden, aus Kunststoff bestehenden Rohren eines Wärmetauschers, der mit einem Gehäuse aus Metall und mindestens einer Rohrscheibe zur Aufnahme eines Endes der U-förmig gebogenen oder geradli­ nig durchlaufenden Rohre ausgebildet ist, die relativ zueinander und zum Wärmetauschergehäuse durch Befestigungselemente lagegesichert sind.

Derartige Vorrichtungen zur Distanzierung und Halterung der Rohre eines Rohrbündels sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie haben die Auf­ gabe, die einzelnen Rohre des Rohrbündels eines Wärmetauschers derart zu lagern, daß eine gegenseitige Berührung und die Gefahr von Schwingungen der Rohre rechtwinklig zu ihrer Längsachse verhindert werden, wie sie bei­ spielsweise durch unvermeidbare Queranströmungen der Rohre hervorgerufen werden könnten.

Durch die Verwendung von aus Kunststoff, vorzugsweise Fluorpolymeren her­ gestellten Rohren sind derartige Wärmetauscher dazu geeignet, Rauchgase von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken unter den Säuretau­ punkt abzukühlen. Da hierbei hoch konzentrierte Schwefelsäure auf den Wär­ metauscherflächen kondensiert, müssen diese Wärmetauscherflächen aus kor­ rosionsresistenten Werkstoffen bestehen, wofür sich Fluorpolymere als be­ sonders geeignet herausgestellt haben. Um den dynamischen Druckanteil des Rauchgases aufnehmen zu können, muß der Wärmetauscher über ein stabiles Gehäuse bzw. Gerüst verfügen, das vorzugsweise aus Stahl oder einem ande­ ren geeigneten Metall hergestellt wird.

Da sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten einerseits des metallischen Gehäuses bzw. Gerüstes und andererseits der Kunststoffrohre stark unter­ scheiden, ergeben sich beim Betrieb, insbesondere beim An- und Abfahren des Wärmetauschers Relativbewegungen zwischen den Rohren und dem Gehäuse bzw. dem Gerüst, denen bei der Konstruktion besondere Beachtung geschenkt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ gangs beschriebenen Art zur Halterung eines Rohrbündels aus Kunststoffroh­ ren innerhalb eines metallischen Wärmetauschergehäuses zu schaffen, die ei­ nerseits eine sichere Halterung der Rohre gegen seitliche Verlagerungen quer zu ihrer Längsrichtung gewährleistet und andererseits eine Relativbewegung der Rohre aufgrund thermischer Ausdehnungsdifferenzen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist gekenn­ zeichnet durch mindestens einen die Enden der Befestigungselemente für die Rohre aufnehmenden Rahmen, der an den Rohren befestigt und innerhalb des Wärmetauschergehäuses in Längsrichtung der Rohre beweglich geführt ist.

Durch die Verbindung des Rahmens mit den Rohren werden Beschädigungen der Rohre durch die die Lage der Rohre sichernden Befestigungselemente aus­ geschlossen, da die Befestigungselemente in Längsrichtung der Rohre unver­ schiebbar an den Rohren befestigt sind, so daß zwischen diesen Teilen keine Relativbewegungen auftreten. Andererseits ermöglicht die bewegliche Führung des die Enden der Befestigungselemente aufnehmenden Rahmens innerhalb des Wärmetauschergehäuses die aufgrund der unterschiedlichen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten unbedingt erforderliche Relativbewegung zwischen den Rohren einerseits und dem Wärmetauschergehäuse andererseits, so daß beim Ausgleich der thermischen Ausdehnungen keine Kräfte in die empfindlichen Kunststoffrohre eingeleitet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der die Rohre des Rohrbün­ dels ringförmig umgebende Rahmen mittels zweier, einander gegenüberliegen­ der Zapfen an jeweils einer Führung innerhalb des Wärmetauschergehäuses geführt. Diese Führung wird bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung durch zwei in Längsrichtung der Rohre parallel zueinander verlaufende Füh­ rungsstangen gebildet.

Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung diese Führungsstangen als Rohre ausgebildet werden, die im Bewegungsbereich der Zapfen mit Boh­ rungen für ein Spülmedium versehen sind, ergibt sich die Möglichkeit, zur Ab­ reinigung der jeweiligen Verschiebestrecke die Kontaktflächen zwischen den Zapfen und den Führungen zu reinigen, um auch bei einem längeren Betrieb des Wärmetauschers ein zwängungsfreies Verschieben der an den Kunststoff­ rohren befestigten Rahmen relativ zum Gehäuse bzw. Gerüst des Wärme­ tauschers sicherzustellen. Die Führungsstangen können hierbei Teil eines im Wärmetauschergehäuse angeordneten Gerüstes aus korrosionsbeständigem Material, vorzugsweise aus Metall sein, welches vorzugsweise durch Verstrebungen derart versteift ist, daß einerseits ein niedriges Gerüstgewicht erzielt werden kann und andererseits alle angreifenden Kräfte vorzugsweise in die Bodenplatte des Wärmetauschergehäuses abgeleitet werden können. Auch der bzw. die Rahmen werden bevorzugt in Leichtbauweise ausgeführt, indem beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe benutzt werden.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, die Befestigungselemente für die Rohre als Bänder oder Lochplatten aus Kunststoff oder kunststoffbe­ schichtetem Material oder faserverstärktem Kunststoff auszubilden, so daß sich auch ein geringes Gewicht der Befestigungselemente ergibt.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Wärmetauschers,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Wärmetauschers nach Fig. 1,

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch einen Teil des Wärmetauschers gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Abschnitt eines Kanales 1, in den ein Wärmetauscher eingesetzt ist. Dieser Wärmetauscher besteht aus einem Rohrbündel aus parallel zueinander verlaufenden Rohren 2 aus Kunststoff, die beim Ausführungsbeispiel U-förmig ausgebildet sind und deren Enden in einer Rohrscheibe 3 abgedichtet befestigt sind. Auf der Oberseite dieser Rohrscheibe 3 sind ein Verteiler 4 und ein Sammler 5 angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel jeweils als Halbzylinder ausgeführt und jeweils mit einem Eintrittsstutzen 6 bzw. Austrittsstutzen 7 für das eine am Wärmeaustausch teilnehmende Medium versehen sind. Das andere Medium strömt in Längsrichtung des Kanales 1, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Der Kanal besteht aus Metall.

Um die Lage der aus Kunststoff bestehenden Rohre 2 trotz deren Queranströmung im Kanal 1 relativ zueinander und zum Kanal 1, das als eine Art Wärmetauschergehäuse dient, zu sichern, sind Befestigungselemente vorgesehen, die gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als Bänder 8 aus Kunststoff ausgebildet sind. Anstelle derartiger Bänder 8 können auch Lochplatten aus Kunststoff, kunststoffbeschichtetem Material oder faserverstärktem Kunststoff als Befestigungselemente verwendet werden.

Diese Befestigungselemente für die Rohre 2 sind gemäß Fig. 3 an einem Rahmen 9 befestigt, der beim Ausführungsbeispiel aus Rohren besteht, selbstverständlich jedoch auch in anderer Weise ausgebildet sein kann. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind beim Ausführungsbeispiel fünf derartige Rahmen 9 übereinander liegend angeordnet, so daß die Rohre 2 in insgesamt fünf Ebenen lagegesichert werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in vergrößerter Darstellung einen Teil eines derartigen Rahmens 9, der beim Ausführungsbeispiel aus Rundrohr hergestellt ist und die Rohre des Rohrbündels in der Art eines rechteckigen Ringes umgibt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die aus Kunststoffbändern 8 bestehenden Befestigungselemente mit ihren Enden jeweils an den einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 10 befestigt. Weiterhin sind diese Kunststoffbänder 8 unverschiebbar mit den Rohren 2 verbunden.

An gegenüberliegenden Seiten ist der Rahmen 9 jeweils mit einem Zapfen 10 versehen, der zwischen zwei Führungen in Längsrichtung der Rohre 2 beweglich geführt ist. Beim Ausführungsbeispiel sind diese Führungen als Führungsrohre 11 ausgebildet, die Teil eines im Wärmetauschergehäuse angeordneten Gerüstes sind.

Um die Kontaktflächen zwischen den Zapfen 10 und den Führungsrohren 11 von Verunreinigungen freizuhalten, sind beim Ausführungsbeispiel die Füh­ rungsrohre 11 im Bewegungsbereich der Zapfen 10 mit Bohrungen 12 für ein Spülmedium, insbesondere eine Spülflüssigkeit versehen. Durch periodisches Austreten des Spülmediums wird somit sichergestellt, daß die jeweiligen Kontaktflächen frei von Verunreinigungen sind und die Beweglichkeit der mit den Kunststoffrohren verbundenen Rahmen 9 relativ zu den Führungsrohren 11 nicht beeinträchtigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Kanal
2 Rohr
3 Rohrscheibe
4 Verteiler
5 Sammler
6 Eintrittsstutzen
7 Austrittsstutzen
8 Band
9 Rahmen
10 Zapfen
11 Führungsrohr
12 Bohrung

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Halterung eines Rohrbündels aus parallel zueinander ver­ laufenden, aus Kunststoff bestehenden Rohren eines Wärmetauschers, der mit einem Gehäuse aus Metall und mindestens einer Rohrscheibe zur Aufnahme eines Endes der U-förmig gebogenen oder geradlinig durchlau­ fenden Rohre ausgebildet ist, die relativ zueinander und zum Wärme­ tauschergehäuse durch Befestigungselemente lagegesichert sind, gekennzeichnet durch mindestens einen die Enden der Befestigungselemente (8) für die Rohre (2) aufnehmenden Rahmen (9), der an den Rohren (2) befestigt und innerhalb des Wärmetauschergehäuses in Längsrichtung der Rohre (2) beweglich geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rohre (2) des Rohrbündels ringförmig umgebende Rahmen (9) mittels zweier, einander gegenüberliegender Zapfen (10) an jeweils einer Führung (11) innerhalb des Wärmetauschergehäuses geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (11) jeweils durch zwei in Längsrichtung der Rohre (2) parallel zueinander verlaufende Führungsstangen (11) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsstangen (11) als Rohre (2) ausgebildet sind, die im Bewegungsbe­ reich der Zapfen (10) mit Bohrungen (12) für ein Spülmedium versehen sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsstangen (11) Teil eines im Wärme­ tauschergehäuse angeordneten Gerüstes aus korrosionsbeständigem Material, vorzugsweise aus Metall hergestellt sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungselemente (8) für die Rohre (2) als Bänder oder Lochplatten aus Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Material oder faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind.