DE19647849A1 - Wärmetauscher-Rohrwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrwand in Wärmerohr-Wärmetauscher und insbesondere eine neue Ausbildung einer solchen Rohrwand, die ein leichte­ res Entfernen des Wärmerohres aus dem Wärmetauscher gestattet.

Wärmerohr-Wärmetauscher bestehen allgemein aus zwei separaten Strömungs­ kanälen (einer für kalte Luft und der andere für Heißgas), durch welche sich Mehrfachreihen von Wärmerohren erstrecken. Diese verschiedenen Wärmerohre enthalten das Wärmeaustauschmedium (oft Wasser), welches einen Wärmetausch zwischen diesen separaten Strömen gestattet.

Um die Trennung der Ströme aufrechtzuerhalten, ist allgemein eine Teiler­ platte in dem mittleren Abschnitt des Wärmetauschers installiert, wobei eine Rohrwand um die gegenüberliegenden Enden des länglichen Wärmerohres angeordnet ist. Eine solche Rohrwand übt oft eine doppelte Funktion aus, indem sie das Wärmerohr abstützt und den Strömungskanal abdichtet. Sonst könnte Luft oder Gas die Wärmeaustauschfläche umgehen, so daß ihre Wirksamkeit reduziert wird.

Typische Rohrwände bestehen aus einer flachen Platte, normalerweise aus Metall, welche eine Reihe von Löchern oder Öffnungen aufweist. Diese Öffnungen sind allgemein etwas größer bemessen als der Durchmesser des Wärmerohres, so daß eine Verschleißhülse um das Wärmerohr installiert werden kann, bevor sie mit dem Wärmerohr verschweißt wird. Sollte ein Wärmerohr aus irgendeinem Grund entfernt werden müssen, muß zunächst die Rohrwand entfernt werden, so daß ein Zugang zu dem Wärmerohr erreicht wird. Ein solches Entfernen auf Grund einer Korrosion o. dgl. ist extrem schwierig, wenn der Wärmetauscher während einer längeren Zeitdau­ er in Betrieb gewesen ist. Auch ist der von der Verschleißhülse geschaffene geringe Rohrwandabstand nicht von bemerkenswerter Hilfe.

Allgemein muß der Bereich der Rohrwand um das Wärmerohr physikalisch wie beispielsweise mittels eines Schweißbrenners geschnitten werden, bevor das Wärmerohr entfernt werden kann. Dies erfordert entweder das Wieder­ einsetzen des abgeschnittenen Rohrwandstopfens oder die Herstellung eines neuen, der installiert werden muß, nachdem das Wärmerohr ersetzt oder wieder eingebaut ist. Ein solcher Betrieb erhöht die Arbeitskosten oder der Reparatur des Wärmerohres im Feld und in der Werkstatt.

Demzufolge ist ein Gegenstand der Erfindung eine neue Ausgestaltung einer Rohrwand, die ein leichtes Entfernen eines Wärmerohres ohne die Notwen­ digkeit gestattet, die Rohrwand zu durchtrennen oder auf andere Weise zu beschädigen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Abdichten der Rohrwand gegen das Wärmerohr, wobei derartige Abdichtungen entfern­ bar sind, wenn das Wärmerohr zu entfernen ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Abstützen der Enden des Wärmeroh­ res unabhängig von der Abdichtanordnung.

Diese und weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung.

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Rohrwandausbildung, die aus einer Stützanordnung besteht, welche zum Abstützen eines Wärmerohres innerhalb eines Wärmetauschers verwendet wird. Eine separate Rohrwand ist neben dieser Stützanordnung angeordnet, wobei die Rohrwand eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die größer als der Durchmesser des dadurch führenden Wärmerohres bemessen sind. Jede dieser Öffnungen ist überdimensioniert, so daß ein Spalt zwischen ihrem entsprechenden Wärmerohr und der Rohrwand definiert ist. Um das Wärmerohr innerhalb seiner entsprechenden Öffnung in der Rohrwand abzudichten, ist eine Dichtungsanordnung installiert, welche diesen Spalt überspannt und ihn somit verschließt. Die Dichtungsanordnung wird dann über diesen Spalt an der Rohrwand befestigt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Einen typischen Wärmerohr-Wärmetauscher, wobei die verschiede­ nen Ströme in ihm gezeigt sind.

Fig. 2 Eine Darstellung einer typischen Rohrwand für einen Wärme­ rohr-Wärmetauscher.

Fig. 3 Eine typische Art der Befestigung eines Wärmerohres an der Rohrwand nach Fig. 2.

Fig. 4 Eine teilweise weggeschnittene Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

Fig. 5 Eine teilweise weggeschnittene Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 3.

Fig. 6 Eine Darstellung der neuen Art eines Befestigers eines Wärmeroh­ res an einer Rohrwand gemäß Erfindung.

Fig. 7 Eine teilweise weggeschnittene Schnittansicht längs der Linie 7-7 nach Fig. 6, wobei die erfindungsgemäße Art einer entfernbaren Abdichtung eines Wärmerohres an einer Rohrwand gezeigt ist.

Fig. 8 Die neue Art eines Abstützens des Wärmerohres neben der Rohr­ wand.

Fig. 9 Eine Schnittansicht längs der Linie 9-9 in Fig. 8.

Fig. 10 Eine Frontansicht einer Abdeckscheibe, die zum entfernbaren Ab­ dichten des Wärmerohres in bezug auf die Rohrwand verwendet wird.

Fig. 11 Eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 10.

Fig. 12 Eine Frontansicht einer anderen Abdeckscheibe, die verwendet werden kann, um das Wärmerohr in bezug auf die Rohrwand lösbar abzudichten.

Fig. 13 Eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Fig. 12.

Fig. 14 Eine Frontansicht einer Verschleißhülse, die zwischen dem Wärme­ rohr und der Rohrwand angeordnet ist.

Fig. 15 Eine Schnittansicht längs der Linie 15-15 in Fig. 14.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein typischer Wärmerohr-Wärmetauscher 10 gezeigt, wobei der Strom von Kaltgas 12 (allgemein Luft) und Heißgas 14 (allgemein ein Rauchgas) dadurch gezeigt ist. Eine Teilerplatte 16 in einem mittleren Bereich des Wärmetauschers 10 trennt diese Ströme 12 und 14 voneinander. Neben den gegenüberliegenden Seiten des Wärmetauschers 10 sind Rohrwände 18 angeordnet, die zusammen mit dem Gehäuse 20 des Wärmetauschers 10 die Einfassung der Ströme 12 und 14 vervollständigen. Eine Vielzahl von mit Kappe versehenen Wärmerohren 22 erstreckt sich durch jede Stromeinfassung (und somit Teilerplatte 16 und Rohrwände 18). Jedes Wärmerohr 22 weist eine Vielzahl von Rippen 24 auf, die an seinem Umfang zwecks größeren Wärmetausches mit Gasen 12 und 14 befestigt sind. Der Zweck des Wärmetauschers 10 besteht darin, einen Wärmetausch zwischen den Gasen 12 und 14 ohne ein Vermischen dieser Gase zu gestat­ ten. Ein solcher Wärmetausch wird durch ein Austauschmedium (allgemein Wasser) ausgeführt, das innerhalb jeden Wärmerohres 22 enthalten ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine typische Rohrwand 18 mit einer Reihe von Öffnungen 26 gezeigt. Durch diese Öffnungen 26 erstrecken sich die Wärmerohre 22. Folglich sind diese Öffnungen 26 so angeordnet, daß sie den Vorteil der Anordnung der Wärmerohre 22 innerhalb des Wärmetau­ schers 10 maximieren. Jedoch sind die Öffnungen 26 geringer als die Rippen 24 bemessen, so daß das Wärmerohr 22 nicht einfach durch die Rohrwand 18 gezogen werden kann.

In Fig. 3-5 ist die herkömmliche oder typische Art des Installierens eines Wärmerohres 22 in der Rohrwand 18 gezeigt. Wie gezeigt ist, ist eine Verschleißhülse 28 mit dem Wärmerohr 22 über den Bereich des Wärmeroh­ res 22 heftverschweißt, der mit der Rohrwand 18 in Eingriff steht. Die Verschleißhülse 28 ist vorzugsweise nicht ebenfalls mit der Rohrwand 18 verschweißt, sondern kann sich in bezug auf die Rohrwand 18 thermisch ausdehnen und/oder zusammenziehen oder gleiten. Diese Verschleißhülse 28 wird als Verschleißschutz verwendet, um ein Dünnerwerden des Wärmeroh­ res 22 an dieser Verbindung beispielsweise durch Wärmeexpansion oder Kontraktion des Wärmerohres 22 zu verhindern. Da die Verschleißhülse typisch mit dem Wärmerohr 22 verschweißt ist, welches dann durch die Rohrwand 18 geführt wird, schafft eine solche Anordnung nicht nur eine Endabstützung direkt für das Wärmerohr 22, sondern diese Verbindung dichtet ebenfalls die Gase 12 und 14 gegeneinander innerhalb ihrer ent­ sprechenden Einfassungen ab. Eine strukturelle Abstützung ist durch die Rohrwand 18 und das nachfolgende Befestigen der Rohrwand 18 an dem Wärmetauscher 10 geschaffen. Die Gasdichtung wird durch den Paßsitz der Verschleißhülse 28 in der Rohrwand 18 erreicht. Auf Grund der Notwendig­ keit einer solchen festen Passung kann die Öffnung 26 nicht viel größer als der Außendurchmesser der Verschleißhülse 28 bemessen werden, weil sonst eine Leckage von Kaltgas 12 oder Heißgas 14 auftreten würde. Folglich müssen diese Öffnungen 26 kleiner als die Rippen 24 bemessen sein, so daß hierdurch das Wärmerohr 22 daran gehindert wird, einfach durch die Öff­ nung 26 herausgezogen zu werden. So muß bei einer solchen Installation, bevor ein Wärmerohr 22 aus dem Wärmetauscher 10 entfernt werden kann, die Rohrwand 18 beispielsweise mittels eines Schweißbrenners, einer Säge o. dgl. beschnitten oder entfernt werden. Ein solches Entfernen des Wärme­ rohrs 22 ist oft zum Zwecke der Reparatur und/oder Inspektion erforderlich.

In Fig. 6 bis 15 ist der erfindungsgemäße Vorschlag gezeigt, welcher eine Verbesserung des Verfahrens und der Vorrichtung darstellt, mit denen normalerweise ein Wärmerohr 22 in einem Wärmetauscher 10 abgedichtet und abgestützt wird. Wie gezeigt ist, sind die Stufen des Abdichtens und des Abstützens eines Wärmerohrs 22 nicht wie beim typischen Verfahren kombiniert, sondern statt dessen durch eine separate benachbarte Struktur bewerkstelligt (obwohl die Abdichtstruktur ebenfalls eine Abstützung für das Wärmerohr 22 schaffen kann).

Ein Abstützen des Wärmerohres 22 wird von einem Stützgitter 30 bewerk­ stelligt, welches allgemein aus einer Reihe von Ringen 32 besteht, die aneinandergeschweißt oder auf andere Weise miteinander befestigt oder ver­ bunden sind. In Fig. 8 ist eine Anordnung von Ringen 32 zum Ausbilden eines Stützgitters 30 gezeigt, während in Fig. 9 eine typische Ausbildung eines solchen Ringes 32 gezeigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ergreifen die Rippen 24 eines jeden Wärmerohres 22 den Innendurchmesser der Ringe 32 und ruhen auf ihm, um somit eine Abstützung für diesen Abschnitt des Wärmerohres 22 zu schaffen. Diese Abstützart kann sich auch einer thermi­ schen Expansion oder Kontraktion anpassen, die zwischen dem Wärmerohr 22 und dem Ring 32 auftreten kann. Die tatsächliche Anordnung der Ringe 32 im Stützgitter 30 muß mit den Öffnungen 34 in der Rohrwand 36 übereinstimmen.

Das Abdichten eines Wärmerohres 22, um somit ein Austreten eines Gases aus seiner Einfassung zu verhindern, wird durch ringförmige Dicht- oder Abdeckscheiben 38 bewerkstelligt, wie sie in Fig. 10-13 gezeigt sind. Diese ringförmigen Scheiben 38 sind so bemessen, daß sie über das Ende eines jeden Wärmerohres 22 gleiten, bevor sie an der Rohrwand 36 befestigt werden. Diese Scheiben 38 können in ihrer Lage entweder mit Hilfe von Schrauben 40, einer Hochtemperatur-Silikondichtungsmasse 42 oder mit einem anderen Verfahren fixiert werden. Dieses Befestigungsverfahren gestattet eine Wärmeausdehnung oder einen Schlupf zwischen Wärmerohr 22 und Scheibe 38. In jedem Fall ist der Innendurchmesser einer jeden Scheibe 38 etwas größer als das Wärmerohr 22 (oder seine entsprechende Verschleißhülse 28) bemessen, um somit als Strömungsbarriere für die Gase 12 und 14 zu wirken, die durch den Wärmetauscher 10 strömen. Der Außendurchmesser einer jeden Scheibe 38 ist größer als die Öffnungen 34 bemessen, um sie abzudecken.

Diese Öffnungen 34 können überdimensioniert sein, so daß ein Spalt 44 zwischen der Öffnung 34 und dem Wärmerohr 22 (oder Verschleißhülse 28) vorhanden bzw. eingeschlossen ist, da dieser Spalt 44 nun von der Scheibe 38 abgedeckt oder verschlossen wird. Folglich, wenn diese Scheibe 38 entfernt ist (diese Aktion kann relativ leicht durchgeführt werden), ist das Wärmerohr 22 nicht länger an der Rohrwand 36 befestigt, so daß sein Entfernen aus dem Wärmeaustauscher 10 erleichtert wird. Da das Wärme­ rohr 22 nun abgestützt wird, indem seine Rippen 24 innerhalb der Ringe 32 ruhen, bringt diese Art des Abstützens keine weitere Schwierigkeit im Hinblick auf das Entfernen des Wärmerohres 22 mit sich.

Fig. 14 und 15 zeigen eine typische Verschleißhülse 28, die über dem Bereich des Wärmerohres 22 angeordnet ist, der mit der Scheibe 38 in Eingriff steht. Diese Verschleißhülse 28 verhindert ein Dünnerwerden des Wärmerohres 22 an dieser Steile auf Grund von Metall-zu-Metall-Erosion oder Bewegung zwischen dem Wärmerohr 22 und der Scheibe 38.

Die Rohrwand 36 mit überbemessenen Öffnungen 34 kann in der typischen Weise wie beispielsweise Verbolzen in der äußeren Begrenzung des Gehäuses 20 installiert werden. Die Abdeckscheibe 38 wird dann über den Endbereich eines Wärmerohrs 22 angeordnet, um dieses Wärmerohr 22 in seiner Lage abzudichten. Danach kann, wenn festgestellt wird, daß lediglich ein Ab­ schnitt des Wärmerohrbündels entfernt werden muß, die Rohrwand 36 zerteilt oder auf normale Weise geschnitten werden, um somit lediglich den angegriffenen Abschnitt zu entfernen. Das Trennen der Rohrwand 36 von dem Wärmerohr 22 ist relativ leicht durchführbar, weil es nun lediglich erforderlich ist, die Abdeckscheibe 38 von jedem angegriffenen Wärmerohr 22 zu entfernen. Wenn einmal die Rohrwand 36 entfernt ist, kann das Wärmerohr 22 ähnlich leicht entfernt werden, indem es lediglich aus seiner Ruhelage auf dem Ring 32 angehoben wird.

Einige Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind ein einfaches, flexibles und nicht teures Verfahren zum Installieren eines Wärmerohrs 22 innerhalb eines Wärmetauschers 10. Die Erfindung schafft ebenfalls ein einfaches und nicht teures Verfahren zum Entfernen eines solchen Wärme­ rohres 22 im Feld, wenn die Bedingungen ein solches Entfernen rechtferti­ gen. Während sich das oben Erläuterte auf die Kaltseite eines Wärmeaustau­ schers 10 bezieht, können eine Rohrwand 36 und ein Installationsverfahren auch auf der warmen Seite genauso gut angewandt werden. Anstelle von Abdeckscheiben 38 kann weiterhin eine zweite typische Rohrwand 18 (d. h. eine solche mit einem Paßsitz schaffende Öffnungen 26), die in verschiedene Stücke unterteilt ist, über der Rohrwand 36 gemäß Erfindung angeordnet werden. Diese unterteilte typische Rohrwand 18 kann an einer größeren Rohrwand 36 mit Hilfe einfacher Befestiger oder über eine Silikondichtungs­ masse befestigt werden. Auf diese Weise können mehr als ein Spalt 44 zwischen dem Wärmerohr 22 und den Öffnungen 34 in der Rohrwand 36 zur gleichen Zeit abgedichtet werden.

Claims (16)

1. Wärmetauscher-Rohrwandausbildung mit

• (a) einer Stützeinrichtung zum Abstützen eines Wärmerohres darin;
• (b) einer separaten Rohrwand neben dieser Stützeinrichtung, wobei die Rohrwand eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die größer als der Durchmesser des sich dadurch erstreckenden Wärmerohres bemessen sind, wobei jede Öffnung einen Spalt zwischen ihrem entsprechenden Wärmerohr und der Rohrwand definiert;
• (c) einer Dichteinrichtung zum Abdichten des Wärmerohres innerhalb der entsprechenden Öffnungen in der Rohrwand, wobei die Dicht­ einrichtung den Spalt überspannt;
• (d) einer Einrichtung zum Befestigen der Dichteinrichtung über den Spalt und an der Rohrwand.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichteinrichtung an der Rohr­ wand lösbar befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Dichteinrichtung eine Ring­ scheibe umfaßt, die abdichtend an der Rohrwand befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Wärmerohr sich durch die Stützeinrichtung erstreckt und die Stützeinrichtung eine Vielzahl von aneinander befestigten Ringen umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ringe einen Durchmesser aufweisen, der größer als der Außendurchmesser jeder Rippe ist, die an dem sich dadurch erstreckenden Wärmerohr befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine oder mehrere Rippen des Wärmerohres sich innerhalb seines entsprechenden Ringes erstrecken und darauf ruhen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Verschleißhülse um das Wärmerohr an seiner Verbindung mit der Dichteinrichtung positioniert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die ringförmige Scheibe an der Rohrwand festgeschraubt ist.

9. Verfahren zum Abstützen und Abdichten eines Wärmerohres innerhalb eines Wärmetauschers, wobei

• (a) ein Wärmerohr innerhalb des Wärmetauschers über eine Stützanord­ nung abgestützt wird;
• (b) eine separate Rohrwand neben der Stützeinrichtung positioniert wird, wobei die Rohrwand eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die größer bemessen sind als der Durchmesser des sich dadurch erstreckenden Wärmerohres, wobei jede Öffnung einen Spalt zwi­ schen dem entsprechenden Wärmerohr und der Rohrwand definiert;
• (c) das Wärmerohr innerhalb seiner entsprechenden Öffnung in der Rohrwand mittels einer Dichtanordnung abgedichtet wird, wobei diese Dichtanordnung den Spalt überbrückt und
• (d) die Dichteinrichtung über den Spalt und an der Rohrwand befestigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dichtanordnung an der Rohr­ wand lösbar befestigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Dichtanordnung als eine ring­ förmige Scheibe konstruiert und angeordnet wird, welche abdichtend an der Rohrwand befestigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Wärmerohr durch die Stütz­ anordnung geführt wird und die Stützanordnung eine Vielzahl von aneinander befestigten Ringen umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ringe mit einem Durchmesser konstruiert und aufgebaut sind, der größer als der Außendurchmesser einer Rippe ist, die an dem sich dadurch erstreckenden Wärmerohr befestigt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine oder mehrere Rippen des Wärmerohres so angeordnet werden, daß sie sich innerhalb des ent­ sprechenden Ringes erstrecken und darauf ruhen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Verschleißhülse um das Wärmerohr an dessen Verbindung mit der Dichtanordnung positioniert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ringförmige Scheibe an der Rohrwand mittels Schrauben festgelegt wird.