DE19639422A1 - Wasser-Luft-Wärmetauscher für Großmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasser-Luft-Wäremetauscher für Großmotoren, insbesondere Schiffsmotoren, vorzugsweise zum Kühlen der durch einen Turbolader verdichteten Ladeluft, mit einem im Strömungsweg der Luft angeordneten Rohrregister, dessen quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufende Registerrohre außen mit Luft und innen mit Wasser beaufschlagbar sind, wobei die Luft durch einander gegenüberliegende Seitenwandanordnungen und zwischen diesen angeordneten, die Enden der Registerrohre aufnehmenden Rohrplatten kanalisiert wird, und wobei die Registerrohre wasserseitig mit an den von einander abgewandten Außenseiten der Rohrplatten vorgesehenen Kammern kommunizieren, die durch die Rohrplatten überspannende Deckel gebildet werden, wobei vorzugsweise einerseits wenigstens zwei von einander getrennte, an einen Wasserzu- und -ablauf angeschlossene Kammern und andererseits wenigstens zwei miteinander verbundene Kammern vorgesehen sind.

Die US-A 3 881 455 zeigt eine gattungsgemäße Anordnung in Form eines Zwischenkühlers zum Kühlen der Ladeluft. Bei dieser bekannten Anordnung bildet das Rohrregister eine Baueinheit. Es ist daher nur schwer einbaubar bzw. demontierbar. Mit zunehmender Motorgröße nehmen aber auch der Kühlbedarf und damit zwangsläufig auch die Baugröße und das Gewicht des Zwischenkühlers zu. Dies gilt insbesondere für Schiffsdieselmotoren. Dabei findet in der Regel ein vergleichsweise hoher Ladedruck von 3 bis 4 bar Verwendung. Der Wirkungsgrad des Kompressors liegt dabei in der Regel bei etwa 80%, so daß etwa 20% der dem Kompressor zugeführten Energie in Wärme umgewandelt werden. Die Ladeluft kann daher eine Temperatur bis zu 200°C erreichen. Um diese Luft auf eine Temperatur von etwa 50° C abkühlen zu können, ist daher ein sehr großer Zwischenkühler erforderlich. Bei Schiffsmotoren kann das Gewicht eines derartigen, vergleichsweise großen Kühlers bis zu 5 t betragen. Zum Ein- und Ausbau eines derartigen Kühlers sind daher Hebezeuge erforderlich, die im Maschinenraum eines Schiffes zwar zur Verfügung stehen, mit denen der normalerweise unterhalb des Turboladers angeordnete Kühler aber nur schlecht erreichbar ist, was die Wartung und Instandhaltung äußerst beschwerlich macht.

Hinzu kommt, daß ein Kühler vorliegender Art sowohl wasserseitig als auch insbesondere luftseitig einer gewissen Verschmutzung unterliegt und daher regelmäßig gereinigt werden muß, da durch diese Verschmutzungen die Kühlwirkung sowie der Druck und der Durchsatz der Luft in für den Betrieb des Motors ungünstiger Weise beeinflußt werden. Insbesondere bei Schiffsmotoren ist das Verschmutzungsproblem besonders akut, da hier die Luftaufnahme in der Regel im Maschinenraum erfolgt, wo infolge von Undichtheiten der Auspuffanlage Ruß sowie von Lecköl herrührende Ölpartikel und andere, von außen kommende Staubpartikel etc. in der Luft enthalten sind. Eine Verlegung der Luftaufnahme ins Freie ist hierbei in der Regel aufgrund der großen Feuchtigkeit der Außenluft nicht vorgesehen. Außerdem würde dabei auch eine gesonderte Belüftung des Maschinenraums erforderlich sein.

Zur Durchführung der Reinigung wird der Kühler vielfach ausgebaut, wobei sich ein hohes Gewicht und eine voluminöse Baugröße ungünstig auswirken. Die Reinigung erfolgt dabei in der Regel mit Hochdruckstrahlen. Diese dringen jedoch nicht tief in den Kühler ein. Bei Kühlern mit großer Baugröße, wie bei Kühlern für Schiffsmotoren etc., können sich daher innerhalb des Kühlers Schichten ergeben, die durch Hochdruckstrahlen nicht erreichbar sind. Aus diesem Grund müssen Reinigungschemikalien eingesetzt werden, die allerdings die Korrosion beschleunigen können. Sofern eine Reinigung des Kühlers in situ erfolgt, ist auch bei Verwendung von Reinigungschemikalien nur eine unvollständige Reinigung zu befürchten.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß eine hohe Montage- und Wartungsfreundlichkeit erreicht sowie eine geringe Korrosionsgefahr sichergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere, jeweils eine Gruppe von Registerrohren und deren Enden aufnehmende, eigene Rohrplatten enthaltende, einzeln handhabbare Rohrregistermoduln vorgesehen sind, die mit koplanar angeordneten Rohrplatten in einem von den Seitenwandan­ ordnungen flankierten Bereich des Strömungswegs der Luft, der zum Ein- und Ausfahren der Rohrregistermoduln an wenigstens einer Seite geöffnet werden kann, nebeneinander plazierbar sind, wobei die zueinander koplanaren Rohrplatten jeder Seite unabhängig voneinander mittels jeweils wenigstens einer im Bereich ihres Rands umlaufenden Dichtung gegenüber dem dieser Seite zugeordneten, gemeinsamen Deckel abdichtbar sind.

Mit diesen Maßnahmen werden die eingangs geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten vollständig behoben. Die einzelnen Rohrregistermoduln besitzen eine vergleichsweise kompakte Baugröße und wiegen nur einen Teil des gesamten Rohrregisters. Es Ist daher eine einfache Manövrierung von Hand oder mit vergleichsweise kleinen Hebezeugen möglich. Zudem erfordern die erfindungsgemäßen Rohrregistermoduln im ausgebauten Zustand nur vergleichsweise wenig Platz, was sich günstig auf den Platzbedarf bei Reinigungs- und Wartungsarbeiten auswirkt. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß im Maschinenraum eines Schiffes in der Regel beengte Verhältnisse herrschen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist darin zu sehen, daß die Rohrregistermoduln, die einzeln von zwei Seiten mit Reinigungsmittel beaufschlagt werden können, infolge ihrer vergleichsweise kleinen Dicke mit Hilfe von Hochdruckstrahlen, beispielsweise Dampfstrahlen, auf ihrer ganzen Dicke zuverlässig gereinigt werden können. Auf Reinigungschemikalien kann dabei ganz oder weitestgehend verzichtet werden, was sich günstig auf die Vermeidung von Kosten und Korossionsverhinderung auswirkt. Da die einzelnen Rohrregistermoduln einheitlich gestaltet sind, ist es ohne weiteres möglich, ein verschmutztes Rohrregistermodul einfach gegen ein Ersatzmodul auszutauschen, wodurch nur sehr kurze Betriebsunterbrechungen entstehen. Die Reinigung des verschmutzten Rohrregistermoduls kann während des Betriebs, also während der Motor läuft und das Schiff fährt, erfolgen, was sich vorteilhaft auf die erzielbare Gesamtwirtschaftlichkeit auswirkt. Dennoch ergibt sich insgesamt eine vergleichsweise kompakte Bauweise des gesamten Kühlers sowie eine gute Kühlwirkung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können die Rohrregistermoduln und der diesen zugeordnete Aufnahmebereich einander zugeordnete, in Ein- und Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen aufweisen. Dies macht die Montage und Demontage der einzelnen Rohrregistermoduln besonders einfach.

Zweckmäßig kann zumindest eine Seitenwand mit quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufenden, ebenen Gleitschienen zur verschiebbaren Lagerung zumindest der in Einschubrichtung vorderen Rohrplatte der Rohrregistermoduln, vorzugsweise der gesamten Rohrregistermoduln, versehen sein. Die Gleitlagerung ermöglicht einen besonders einfachen Ein- und Ausbau. Gleichzeitig wird hierdurch verhindert, daß die einzelnen Rohrregistermoduln beim Ein- bzw. Ausbau in gegenseitige Kollision kommen können.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß die Rohrregistermoduln als schlanke Quader mit einer dem Querschnitt des Aufnahmebereichs entsprechenden, breiten Seitenfläche und einer schlanken, den Seitenwänden zugewandten Flanke ausgebildet sind. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauweise, die eine einfache Handhabung sowie eine leichte zuverlässige Reinigung ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann darin bestehen, daß die Rohrregistermoduln ohne gegenseitige Verbindung zwischen den gemeinsamen Deckeln einspannbar sind, die mit den Seitenwänden verschraubbar sind. Dies ergibt eine einfache, selbsttragende Konstruktion. Zum Austausch eines Rohrregistermoduls braucht lediglich einer der beiden Deckel, zweckmäßiger Weise ist das der nicht an den Wasserzu- und -ablauf angeschlossene Deckel abgenommen werden. Über die so gebildete Öffnung des Aufnahmebereichs können die praktisch schwimmend angeordneten Moduln ein- und ausgefahren werden. Das Lösen weiterer Verschraubungen ist hierbei nicht erforderlich, was die Durchführung von Wartungsarbeiten erleichtert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen können die Rohrregistermoduln einzeln mit den Deckeln verschraubbar sein. Die Seitenwände können in diesem Fall eingespannt sein. Diese Ausführung ist besonders unanfällig gegen thermische Ausdehnungen bzw. Kontraktionen der Registerrohre. Die im Bereich der Rohrplatten vorgesehenen Dichtungen müssen In diesem Fall in vorteilhafter Weise keine Dehnungsdifferenzen ausgleichen. Die den Deckeln zugeordnete Verschraubung muß daher hier in vorteilhafter Weise nur den Wasserdruck aufnehmen. Zum Ausbau eines Rohrregistermoduls müssen hier allerdings dessen Verschraubungen im Bereich beider Deckel gelöst werden.

Zweckmäßig können die Deckel bei der vorgenannten Variante flanschlos an den zugeordneten Rohrplatten anliegen. Die erforderlichen Schraubenelemente können über die Fläche der Deckel verteilt sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die randseitigen und die Inneren Stützflächen der Deckel.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß jeder Rohrplatte mehrere, vorzugsweise zwei hintereinander gestaffelte, umlaufende Dichtungen zugeordnet sind. Dies ergibt nicht nur eine besonders zuverlässige Abdichtung, sondern ermöglicht in vorteilhafter Weise auch die Überprüfung der Dichtwirkung. Hierzu können die Deckel einfach mit den Rohrplatten zugeordneten Inspektionsbohrungen versehen sein, die vom Bereich zwischen zwei Dichtungen abgehen. Hierdurch lassen sich Undichtheiten der ersten Dichtung sofort feststellen, so daß der Eintritt von Wasser in die Ladeluft, was dem Motor schaden würde, zuverlässig verhindert wird.

Zur Erleichterung der Manipulation der Rohrregistermoduln können diese mit an ihre Rohrplatten angesetzten Augenbolzen und eventuell noch mit im Bereich einer schmalen Seitenflanke mittig angeordneten Tragelementen versehen sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ladeluftkanals eines Schiffsmotors mit zugeordnetem Zwischenkühler mit demontierten Rohrregistermoduln,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Zwischenkühlers mit zwischen den Deckeln einspannbaren Rohrregistermoduln,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen gemäß Fig. 2 aufgebauten Zwischenkühler im zusammengebauten Zustand,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Zwischenkühlers im zusammengebauten Zustand,

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht des der Fig. 4 zugrundeliegenden Zwischenkühlers,

Fig. 6 ein Einbaubeispiel eines erfindungsgemäßen Zwischenkühlers,

Fig. 7 ein Beispiel für eine im Bereich der Rohrplatten vorgesehene Dichtungsanordnung mit jeweils zwei umlaufenden Dichtungen und

Fig. 8 eine Alternative zu der Ausführung gemäß Fig. 7.

Der Aufbau und die Wirkungsweise von Großmotoren, wie Großdieselmotoren zum Antrieb von Schiffen etc., sind an sich bekannt. Motoren dieser Art sind in der Regel mit einem Abgasturbolader versehen, durch den die Ladeluft komprimiert wird. Der Wirkungsgrad derartiger Abgasturbolader ist so, daß etwa 20% der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt wird. Dies kann zu einer Erwärmung der Ladeluft bis etwa 200°C führen, was Im Hinblick auf die dadurch verminderte Füllung der Verbrennungskammern unerwünscht ist. Zur Erzielung einer guten Füllung der Verbrennungskammern wird die Ladeluft durch einen dem Abgasturbolader nachgeordneten, in Fig. 1 und 6 angedeuteten Zwischenkühler 1 gleitet, der eine Abkühlung der Ladeluft auf etwa 50°C bewirkt.

Der Zwischenkühler 1 ist, wie die Fig. 1 und 6 weiter zeigen, in den vom nicht dargestellten Abgasturbolader zu den Einlaßstutzen des nicht dargestellten Motors führenden Luftkanal 2 eingebaut. Die Strömungsrichtung der Luft ist durch Richtungspfeile L angedeutet. Stromabwärts vom Zwischenkühler 1 kann ein hier nicht dargestellter Wasserabscheider vorgesehen sein, durch den das infolge der Kühlung entstandene Kondenswasser abgeschieden wird, bevor die Luft den Verbrennungskammern des Motors zugeführt wird. Zur Bildung eines dem Zwischenkühler 1 zugeordneten Aufnahmebereichs ist der Luftkanal 2 unterbrochen. An den einander zugewandten Enden der dem Aufnahmebereich vor- und nachgeordneten Kanalabschnitte können umlaufende Endrahmen 3 vorgesehen sein, gegen die der in den zugeordneten Aufnahmebereich eingesetzte Zwischenkühler 1 abgedichtet wird.

Der Zwischenkühler 1 enthält, wie aus Fig. 3 und 4 erkennbar ist, ein im Strömungsweg der Luft angeordnetes Rohrregister mit quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufenden, mit äußeren Rippen 4 versehenen Registerrohren 5, an denen die Luft außen vorbeiströmt. Innen werden die Registerrohre 5 mit Kühlwasser beaufschlagt. Die Enden der Registerrohre 5 sind in Rohrplatten 6 aufgenommen.

Wasserseitig kommunizieren die Registerrohre 5 mit in Strömungsrichtung vor- und nachgeordneten Verteil- und Sammelkammern 8, 9, die nach innen durch die Rohrplatten 6 und nach außen durch die Rohrplatten 6 überspannende Deckel 10, 11 begrenzt sind. Der Deckel 10 fungiert als sogenannter Enddeckel, dessen Kammern 8, 9 in Fig. 3 und 4 durch eine Trennwand 12 von einander getrennt und mit Anschlußstutzen 13, 14 für eine Wasserzuleitung bzw. eine Wasserableitung versehen sind. Der gegenüberliegende Deckel 11 fungiert als Wendedeckel, dessen Kammern 8, 9 in Fig. 3 und 4 durch ein oder mehrere Fenster 15 in der vorhandenen Zwischenwand miteinander verbunden sind. Die Strömungsrichtung des Wassers ist durch Richtungspfeile W angedeutet. Das Wasser wird über den Enddeckel 10 zu- bzw. abgeführt. Im Wendedeckel 11 erfolgt eine Richtungsumkehr.

Das Rohrregister besteht in jedem Fall aus mehreren Rohrregistermoduln 16, die jeweils eine Gruppe von Registerrohren 5 und deren Enden aufnehmende, eigene Rohrplatten 6 enthalten. Die Rohrregistermoduln 16 besitzen, wie die Fig. 1 und 2 anschaulich zeigen, die Konfiguration eines schlanken Quaders mit zwei breiten, dem Querschnitt des dem Zwischenkühler zugeordneten Aufnahmebereichs innerhalb des Luftkanals 2 entsprechenden Seltenflächen und zwei schlanken, quer hierzu verlaufenden Seitenflächen.

Die Rohrregistermoduln 16 jedes Zwischenkühlers 1 bilden, wie Fig. 2 und 6 anschaulich zeigen, ein Paket, wobei die Rohrplatten 6 der einzelnen Moduln koplanar aneinander anschließen. In den dargestellten Beispielen sind die zu einem Paket zusammengestellten Rohrregistermoduln 16 jeweils gleich. Es wäre aber auch denkbar, unterschiedlich dicke Moduln, d. h. Moduln mit unterschiedlicher Breite der schmalen Seitenflächen vorzusehen, um unterschiedlich breite Kühler zusammenstellen zu können.

Die koplanar aneinander anschließenden Rohrplatten 6 der beiden Enden des oben genannten Modulpakets sind einzeln gegenüber dem jeweils zugeordneten Deckel 10 bzw. 11 abgedichtet. Hierzu sind die beiden Rohrplatten 6 jedes Rohrregistermoduls 16 mit im Bereich ihres Umfangs umlaufenden Dichtungen 19 versehen. Zur Bildung der Dichtungen 19 können einfach sogenannte O-Ringe vorgesehen sein, die in eine zugeordnete Ausfräsung der betreffenden Rohrplatte 6 eingelegt sind. Die Deckel 10, 11 sind mit den Dichtungen 19 aller zugewandten Rohrplatten 6 zugeordneten Anlageflächen versehen. Diese werden durch den umlaufenden, verbreiterten Deckelrand und durch den Deckel durchsetzende, auflageseitig ebenfalls verbreiterte, mit oder ohne Fenster 15 versehene Zwischenwände 12 gebildet.

Bei einem Modulpaket mit lediglich zwei Rohrregistermoduln 16 sind die Deckel 10, 11 mit lediglich einer Zwischenwand 12 versehen, so daß sich pro Deckel jeweils zwei Kammern 8, 9 ergeben. Bei einem Modulpaket mit vier Rohrregistermoduln 16 sind die Deckel 10, 11, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, mit drei Zwischenwänden 12 versehen, so daß sich pro Deckel vier Kammern 8, 9 ergeben, wobei beim Enddeckel 10 die mittlere Zwischenwand mit Fenstern und beim Wendedeckel 11 die mittlere Zwischenwand ohne Fenster sind, so daß die einander benachbarten Rohrregistermoduln in unterschiedlichen Richtungen durchströmt werden. Dieses Prinzip ist auch bei noch größeren Modulpaketen anwendbar.

Der Strömungsweg der Luft ist an zwei einander gegenüberliegen­ den Seiten durch die jeweils koplanar zueinander angeordneten, gegenüber den Deckeln 10 bzw. 11 und damit gegeneinander ab­ gedichteten Rohrplatten 6 flankiert. An den beiden anderen Seiten sind Seitenwände vorgesehen, die zusammen mit den Rohrplatten 6 einen umfangsseitig geschlossenen Kanal für die das Rohrregister durchsetzende Luft ergeben. Die Seitenwände werden gegen die ihnen zugewandten Enden der Abschnitte des Luftkanals 2 abge­ dichtet. Zur Bildung der Seitenwände können, wie Fig. 2 zeigt, die einander gegenüberliegenden Rohrplattenanordnungen über­ brückende Seitenplatten 7 vorgesehen sein. Derartige Seitenplatten 7 können mit ihren zwischen den beiden Rohrplattenanordnungen verlaufenden Flanken an den Endrahmen 3 der Luftkanalabschnitte befestigt werden, wie in Fig. 2 durch Löcher für Schrauben etc. angedeutet ist.

In Fig. 2 sind die Seitenplatten 7 nicht unterteilt. Es wäre aber auch eine Unterteilung etwa derart denkbar, daß jedem Rohr­ registermodul 16 eine leistenförmige Seitenplatte mit der Breite der Rohrplatten 6 entsprechender Breite zugeordnet ist. Sofern die leistenförmigen Seitenplatten so aneinander anschließen, daß sich eine geschlossene Wand ergibt, ist, wie oben für Fig. 2 gesagt, ebenfalls ein Anschluß an die Enden der Abschnitte des Luftkanals möglich.

Bei der in Fig. 1 angedeuteten Ausführung besitzen die einzelnen Rohrregistermoduln 16 zwischen den Rohrplatten 6 angedeutete und mit diesen verschraubte, schmale Plattenelemente 7a, die schmäler als die Rohrplatten 6 sind. In diesem Fall werden zusätzliche, durchgehende Seitenwände 7b, die luftdicht an die zugewandten Enden der Abschnitte des Luftkanals 2 angeschlossen werden können, benötigt. Diese können, wie Fig. 1 zeigt, jeweils einen randseitig umlaufenden Rahmen aufweisen, und/oder, wie in Fig. 6 angedeutet ist, durch zu den Rohrplatten 6 parallele Rahmen miteinander verbunden sein. In jedem Fall ergeben sich umlaufende, flanschartige Anschlußflächen für die Deckel 10,11. Um einen Bypass der Luft zwischen den Plattenelementen 7a und den Seitenwänden 7b zu verhindern, können die Plattenelemente 7a, wie in Fig. 6 oben gezeigt ist, mit Dichtlippen 17 versehen, die den Spalt zwischen den Plattenelementen 7a und der benachbarten oberen Seitenwand 7b überbrücken und damit absperren. Die Dichtlippen 17 können als Federbleche ausgebildet sein. Im Bereich der den Dichtlippen 17 gegenüberliegenden Unterseite der Rohr­ registermoduln 16 sitzen deren Plattenelemente 7a auf der be­ nachbarten unteren Seitenwand 7b auf, bzw. wirken mit auf der unteren Seitenwand 7b angebrachten Leisten 23 zusammen, wodurch sich eine Art Labyrinthdichtung ergibt.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 sind bzw. werden die Deckel 10, 11 mit den Seitenplatten 7 verschraubt. Dasselbe gilt für die Ausführung gemäß Fig. 1 und 6, bezüglich der Seitenwände 7b, wobei hier zusätzlich noch eine Verschraubung mit den luftkanalseitigen Endrahmen 3 angedeutet ist. Ein derartiger Deckelanschluß ist auch in Fig. 2 durch hierfür geeignete, deckelseitige Schraubenlöcher angedeutet. Bei den Ausführungen, bei denen die Deckel 10, 11 mit den Seitenplatten 7 bzw. den Seitenwänden 7b verschraubt sind, ist das durch die Rohrregistermoduln 16 gebildete Modulpaket schwimmend zwischen den beiden Deckeln 10, 11 angeordnet und zwischen diesen einspannbar. Die Deckel 10, 11 sind hierzu mit den Seitenplatten 7 bzw. Seitenwänden 7b zugeordneten Flanschen 20 versehen, die durch Schrauben 21 mit den Seitenplatten 7 bzw. Seitenwänden 7b verschraubbar sind. Da die Registerrohre 5 gekühlt und die Seitenplatten 7 bzw. Seitenwände 7b ungekühlt sind, können sich unterschiedliche Wärmedehnungen ergeben die hieraus resultierenden Abstandsdifferenzen müssen durch die Dichtungen 19 ausgeglichen werden. Die Elastizität der verwendeten O-Ringe ist daher entsprechend zu bemessen. Zwischen den Flanschen 20 und den zugeordneten Anlageflächen der Seitenplatten 7 bzw. Seitenwände 7b können, wie in Fig. 3 angedeutet ist, luftdichte Dichtungen 22 eingelegt sein. Dasselbe gilt für beim Einbau des Kühlers in den Luftkanal 2 im Bereich der Endrahmen 3 sich ergebende Fugen.

In Fig. 3 sind die Seitenplatten 7 zur Vereinfachung der Darstellung um 90° versetzt dargestellt. In Wirklichkeit verlaufen sie hier parallel zur Zeichenebene.

Die untereinander nicht verbundenen Rohrregistermoduln 16 eines Modulpakets können, wie aus Fig. 1 entnehmbar ist, unabhängig voneinander einzeln in den zugeordneten Aufnahmebereich, d. h. in den von den Seitenwänden 7b flankierten Kanalbereich, eingeschoben werden. Hierzu wird der in Fig. 1 durch die Seitenwände 7b und die Deckel 10, 11 begrenzte Aufnahmebereich an einer Seite geöffnet. Hierzu wird in der Regel einer der Deckel 10,11, zweckmäßig der nicht mit dem Wasserzu- und- ablauf verbundene Wendedeckel 11, abgenommen. Über die so gebildete Zugangsöffnung können die Rohrregistermoduln 16 ein- und ausgefahren werden. Um dies besonders leicht zu ermöglichen, haben die Rohrregistermoduln 16 und der zugeordnete Aufnahmebereich einander zugeordnete, in Ein- und Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen. Hierzu ist wenigstens eine, hier die untere Seitenwand 7b mit den oben bereits erwähnten Leisten 23 versehen, die als Gleitschienen ausgebildet sind, auf denen die Rohrregistermoduln 16 mit an ihre Rohrplatten 6 angeformten Lagerflächen 24 laufen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 sind beide Rohrplatten 6 jedes Rohrregistermoduls 16 mit entsprechenden Gleitschienen 23 zugeordneten Lagerflächen 24 versehen. Es genügt aber, wenn jedenfalls die in Einschubrichtung vordere, also die in Fig. 1 rechts gezeichnete Rohrplatte 6 mit entsprechenden Lagerflächen versehen ist. Die jeweils hintere Rohrplatte 6 kann in eine Stufe eingreifen, wie beispielsweise aus Fig. 3 entnehmbar ist.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 sind die Rohrregistermoduln 16 an den Schmalseiten mit den oben bereits erwähnten zwischen Rohrplatten 6 angeordneten Plattenelementen 7a versehen, die an die Lagerflächen 24 der Rohrplatten 6 sich anschließende, diesen entsprechende Lagerflächen aufweisen können. Hierdurch ergeben sich modulseitig über die ganze Modullänge sich erstreckende, mit den Gleitschienen 23 zusammenwirkende Lagerflächen, was zu kleinen Pressungen führt. Gleichzeitig ergibt sich so eine labyrinthartige Dichtung, die einen Bypass der Luft außerhalb des Rohrregisters verhindert.

Zur Erleichterung der Handhabung der einzelnen Rohrregistermoduln 16 können diese mit geeigneten Angriffselementen für Hebezeuge etc. versehen sein. Hierzu können, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, an die Rohrplatten 6 angesetzte Augenbolzen 25 vorgesehen sein, an denen ein Zug- oder Schubaggregat zum Eingriff gebracht werden kann. Zweckmäßig sind die Rohrregistermoduln 16 zusätzlich noch mit jeweils einer mittleren Tragöse 26 ausgestattet. Hierzu sind bei der Ausführung gemäß Fig. 1 die Seitenplatten 7a mit wenigstens einer Rippe 28 versehen, welche die Öse 26 enthält. Im dargestellten Beispiel sind die Seitenplatten 7a durch Längs- und Querrippen verstärkt, wobei die Öse 26 in der Mitte der mittig angeordneten Querrippe, also über dem Schwerpunkt des zugeordneten Rohrregistermoduls 16 angeordnet ist. Zur Erzielung einer besonders hohen Steifigkeit können die beiden Seitenplatten 7a jedes Rohrregistermoduls 16 durch Streben 27 miteinander verbunden sein. In Fig. 2 sind die über das ganze Modulpaket durchgehenden Seitenplatten 7 ebenfalls durch Streben 27 miteinander verbindbar, die hierzu mit an ihren Enden angeordneten Flanschen 29 versehen sind. An diesen können bei Bedarf ebenfalls Hebezeuge etc. zum Eingriff gebracht werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 muß die Verschraubung der Streben 27 mit den Seitenplatten 7 zur Demontage der Rohrregistermoduln 16 gelöst werden.

Der den Fig. 4 und 5 zugrundeliegende Zwischenkühler besteht, wie oben schon angedeutet wurde, ebenfalls aus einem Modulpaket mit mehreren Rohrregistermoduln 16, diesen gemeinsamen Deckeln 10 und 11 sowie einen zwischen den Rohrplatten 6 der nebeneinander angeordneten Rohrregistermoduln 16 verlaufenden Strömungsweg der Luft flankierenden Seitenplatten 7. Die Rohrregistermoduln 16 sind ebenfalls mit zueinander koplanaren Rohrplatten 6 nebeneinander im zugeordneten Aufnahmebereich plaziert. Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 und 5 sind die Rohrregistermoduln 16 im Unterschied zur Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 mit den Deckeln 10, 11 durch Schraubelemente 30 verschraubt. Die Seitenplatten 7 sind dabei mit den Deckeln 10, 11 nicht verschraubt, sondern zwischen entsprechend vorspringenden, flanschartigen Randbereichen der der koplanar nebeneinander angeordneten Rohrplatten 6 angeordnet, wie der Fig. 5 anschaulich entnehmbar ist. Die Seitenplatten 7 erstrecken sich hier ebenfalls über die ganze Dicke des zugeordneten Modulpakets. Eine Unterteilung in aneinander anschließende, eine der Breite der Rohrplatten 6 entsprechende Breite aufweisende, schmale Plattenelemente oder eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung wäre denkbar. Der Kühleraufbau gemäß Fig. 4 und 5 hat den Vorteil, daß die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Rohrregistermoduln 16 und der Seitenplatten 7 nicht zu Verschiebungen und Maßtoleranzen zwischen den Rohrplatten 6 und den Deckeln 10,11 führen kann. Die im Bereich jeder Rohrplatte 6 vorgesehenen, zweckmäßig ebenfalls als O-Ringe ausgebildeten, an den Deckeln 10 bzw. 11 anliegenden Dichtungen 19 müssen dabei keine Ausdehnungsdifferenzen aufnehmen. Die durch die Schraubelemente 30 bewirkte Verschraubung muß daher nur den Wasserdruck aufnehmen.

Die Schraubelemente 30 sind im Bereich einer Mittellängsebene der zugeordneten Rohrregistermoduln 16 angeordnet und greifen dementsprechend entlang einer mittleren Symmetrielinie an der jeweils zugeordneten Rohrplatte 6 an. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Bereiche der umlaufenden Dichtungen 19. Die Deckel 10, 11 benötigen hier dementsprechend keine Randflansche, sondern nur einen zur Bildung einer Dichtungsanlage verbreiterten Rand. Die Zwischenwände 12 sind, wie bei der obigen Ausführung anlageseitig so verbreitert, daß sich eine die Stoßfuge zwischen zwei benachbarten Rohrplatten 6 überbrückende, doppelt breite Anlagefläche für die Dichtungen beider Rohrplatten ergibt. Die im Bereich der genannten Mittellängsebenen angeordneten Schraubelemente 30 durchgreifen dementsprechend die Kammern 8, 9 der Deckel 10, 11. Diese sind mit den Schraubelementen 30 zugeordneten Büchsen 31 versehen.

Im dargestellten Beispiel greifen die Schraubelemente 30 mit an ihren Enden vorgesehenen Gewindezapfen in entsprechende Gewindebohrungen der Rohrplatten 6 ein. Es wäre aber auch denkbar, über beide Deckel 10, 11 durchgehende Zuganker vorzusehen. Zur Demontage eines Rohrregistermoduls 16 wird ein Deckel, zweckmäßig der Umlenkdeckel 11 abgenommen. Zusätzlich muß die Verschraubung des auszutauschenden Rohrregistermoduls 16 am anderen Deckel, also am Enddeckel 10, gelöst werden. Sofern einteilige Seitenplatten 7 vorgesehen sind, die mit den Rohrplatten 6 verschraubt sind, müssen auch diese Verschraubungen des auszubauenden Rohrregistermoduls 16 gelöst werden. Dies entfällt bei Verwendung von Seitenplatten mit den Rohrplatten 6 entsprechender Breite. Zur Erleichterung des Ein- und Ausfahrens können dabei ebenfalls, wie beim obigen Ausführungsbeispiel geeignete Lagerflächen vorgesehen sein. Bei einteiligen Seitenwänden könnte auch so vorgegangen werden, daß zur Demontage eines Rohrregistermoduls 16 lediglich eine Seitenwand 7 abgenommen wird. Die andere Seitenwand und die beiden Deckel 10, 11 könnten dabei in Stellung bleiben. Es müßte lediglich beidseitig die deckelseitige und seitenwandseitige Verschraubung des auszubauenden Rohrregistermoduls 16 entfernt werden. Die Verschraubung des nicht auszubauenden Rohrregister­ moduls könnte zur Erzielung von ausreichend Montagespiel einfach leicht gelockert werden.

Bei allen erfindungsgemäßen Kühlerausführungen kann jeweils jedes Rohrregistermodul 16 einzeln ausgebaut werden, während die anderen Rohrregistermoduln 16 automatisch in Stellung gehalten werden, ohne zusätzlich gestützt werden zu müssen.

In einfachen Fällen genügt pro Rohrplatte 6 eine umlaufende Dichtung. In diesem den Fig. 3 und 4 zugrundeliegenden Fall liegen die Rohrplatten 6 an hierzu parallelen Andrückflächen der Deckel 10, 11 an. Zur Erhöhung der Sicherheit können auch zwei oder mehr hintereinander gestaffelte Dichtungen 19a, b vorgesehen sein. Derartige Beispiele liegen den Fig. 7 und 8 zugrunde. Die Verwendung von zwei hintereinander gestaffelten Dichtungen 19a, b ermöglicht eine einfache Dichtheitskontrolle. Hierzu können die Deckel 9, 10 einfach mit vom Bereich zwischen den hintereinander gestaffelten Dichtungen 19a, b abgehenden Inspektionsbohrungen 32 versehen sein. Sofern die wasserseitige Dichtung leckt, tritt über die zugeordnete Inspektionsbohrung 32 Wasser aus, so daß sofort eine entsprechende Erneuerung dieser Dichtung in die Wege geleitet werden kann. Die zweite Dichtung verhindert, daß Wasser in den Luftbereich durchschlägt.

Die Dichtungen 19 bzw. 19a, b können, wie in den Fig. 3 und 4, im Bereich der den Deckeln 10, 11 zugewandten Flächen der Rohrplatten 6 angeordnet sein. Es wäre aber auch denkbar, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, die Dichtungen im Bereich des Plattenumfangs (Fig. 7) oder im Bereich des Plattenumfangs und der deckelseitigen Plattenfläche (Fig. 8) anzuordnen. In jedem Falle muß sichergestellt sein, daß sich keine Hinterschneidungen zumindest der in Einschubrichtung vorderen Rohrplatte 6 ergeben, wie Fig. 3 zeigt, wo die dem Enddeckel 10 zugewandte Rohrplatten 6 im Gegensatz zu den gegenüberliegenden Rohrplatten 6 in keine Stufe der Seitenplatten 7 eingreifen.

Claims (18)

1. Wasser-Luft-Wärmetauscher für Großmotoren, insbesondere Schiffsmotoren, vorzugsweise zum Kühlen der durch einen Turbolader verdichteten Ladeluft, mit einem im Strömungsweg der Luft angeordneten Rohrregister, dessen quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufende Registerrohre (5) außen mit Luft und innen mit Wasser beaufschlagbar sind, wobei die Luft durch einander gegenüberliegende Seitenwandanordnungen (7; 7b) und zwischen diesen angeordneten, die Enden der Registerrohre (5) aufnehmenden Rohrplatten (6) kanalisiert wird, und wobei die Registerrohre (5) wasserseitig mit an den voneinander abgewandten Außenseiten der Rohrplatten (6) vorgesehenen Kammern (8,9) kommunizieren, die durch die Rohrplatten (6) überspannende Deckel (10, 11) gebildet werden, wobei vorzugsweise einerseits wenigstens zwei von einander getrennte, an einen Wasserzu- und -ablauf (13, 14) angeschlossene Kammern (8, 9) und andererseits wenigstens zwei miteinander verbundene Kammern (9, 8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils eine Gruppe von Registerrohren (5) und deren Enden aufnehmende, eigene Rohrplatten (6) enthaltende, einzeln handhabbare Rohrregistermoduln (16) vorgesehen sind, die mit koplanar angeordneten Rohrplatten (6) in einem von den Seitenwandanordnungen (7; 7b) flankierten Bereiche des Strömungswegs der Luft, der zum Ein- und Ausfahren, der Rohrregistermoduln (16) an wenigstens einer Seite geöffnet werden kann, nebeneinander plazierbar sind, wobei die zueinander koplanaren Rohrplatten (6) jeder Seite unabhängig voneinander mittels jeweils wenigstens einer im Bereich ihres Rands umlaufenden Dichtung (19) gegenüber dem dieser Seite zugeordneten, gemeinsamen Deckel (10 bzw. 11) abdichtbar sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) und der diesen zugeordnete Aufnahmebereich einander zugeordnete, in Ein- und Ausfahrrichtung ebene Lagerflächen (23, 24) aufweisen.

3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) als schlanke Quader mit zwei dem Querschnitt des Aufnahmebereichs entsprechenden, breiten Seitenflächen und zwei schlanken, den Seitenwandanordnungen (7; 7b) zugewandten Seitenflächen ausgebildet sind.

4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (19) als O-Ringe ausgebildet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen des den Rohrregistermoduln (16) zugeordneten Aufnahmebereichs der dem an den Wasserzu- und -ablauf (13, 14) angeschlossenen Deckel (10) gegenüberliegende Deckel (11) abnehmbar ist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) ohne gegenseitige Verbindung zwischen den gemeinsamen Deckeln (10, 11) einspannbar sind, die mit den Seitenwandanordnungen (7; 7b) verschraubbar sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verformbarkelt der als O-Ringe ausgebildeten Dichtungen (19) größer als die im Betrieb auftretenden Unterschiede der Dehnung der Seitenwandanordnungen (7; 7b) und der Rohrregistermoduln (16) ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) einzeln mit den Deckeln (10, 11) verschraubbar sind und daß die Seitenwandanordnungen (7; 7b) einspannbar sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (10, 11) flanschlos an den zugeordneten Rohrplatten (6) der Rohrregistermoduln (16) anliegen und daß die Kammern (8, 9) der Deckel (10, 11) etwa mittig durchgreifende Schraubelemente (30) vorgesehen sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden der Schraubelemente (30) in im mittleren Bereich der Kopfplatten (6) vorgesehene Gewinde eingreifen.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den einander gegenüberliegenden Deckeln (10, 11) angreifende, durchgehende Zuganker vorgesehen sind.

12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Seitenwand (7b), vorzugsweise die der Kühlerunterseite zugeordnete Seitenwand (7b), mit quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufenden, ebenen Gleitschienen (23) zur verschiebbaren Lagerung der zumindest in Einschubrichtung vorderen Rohrplatte (6) der Rohrregistermoduln (16) versehen ist.

13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohrplatte (6) der Rohrregistermoduln (16) mehrere, vorzugsweise zwei, hintereinander gestaffelte, umlaufende Dichtungen (19a, b) zugeordnet sind.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (10, 11) mit den Rohrplatten (6) zugeordneten Inspektionsbohrungen (32) versehen sind, die vom Bereich zwischen zwei Dichtungen (19a, b) abgehen.

15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) mit an ihre Rohrplatten (6) angesetzten Angriffselementen (25), vorzugsweise in Form von Augenbolzen, versehen sind.

16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) im Bereich einer Seitenfläche, vorzugsweise einer schmalen Seitenfläche, mit einem mittig angeordneten Tragelement (26) versehen ist.

17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrregistermoduln (16) mit ihren Schmalseiten zugeordneten Seitenplatten, (7a) versehen sind, die durch durch vorzugsweise als Dichtrippen ausgebildete Dichtelemente (17) gegenüber einer durchgehenden Seitenwand (7b) abdichtbar sind.

18. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rohrregistermoduln (16) gleich sind.