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Die
Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmeüberträger mit
einem vorzugsweise zylindrischen Mantelgehäuse und wenigstens einem im
Mantelraum des Mantelgehäuses
angeordneten Rohrbündel,
wobei das Rohrbündel
an beiden Enden jeweils einen Rohrboden aufweist und durch die Rohrböden in dem
Mantelgehäuse
gehalten ist.
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Ein
Rohrbündel-Wärmeüberträger der
vorgenannten Art ist aus der
DE 197 14 423 A1 bekannt. Der bekannte Rohrbündel-Wärmeüberträger weist einen
zweiteiligen Rohrboden auf, wobei eine innere Bodenplatte des Rohrbodens
mit einer äußeren Bodenplatte
des Rohrbodens verschraubt ist. Die innere Bodenplatte des Rohrbodens
ist im Durchmesser kleiner als der Mantelinnendurchmesser ausgebildet. Die äußere Bodenplatte
ist im Durchmesser größer ausgebildet
und ist im Einbauzustand des Rohrbündels gegen den Gehäusemantel
verspannt. Der kleinere Durchmesser der inneren Bodenplatte ermöglicht es,
das Rohrbündel
zusammen mit der inneren Bodenplatte nach dem Lösen der Verschraubung zwischen
der inneren und der äußeren Bodenplatte in
axialer Richtung innerhalb des Mantelgehäuses zu verschieben und das
Rohrbündel
aus dem Mantelgehäuse
zu entnehmen. Darüber
hinaus ist zwischen der inneren Bodenplatte und der äußeren Bodenplatte
am Übergang
zu der Innenwandung des Mantelgehäuses ein Dichtring vorgesehen,
um die Abdichtung gegenüber
dem äußeren Umfeld
zu gewährleisten.
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Durch
die zweiteilige Ausbildung des Rohrbodens mit einer inneren und
einer äußeren Bodenplatte
mit unterschiedlichen Durchmessern ist es möglich, das Rohrbündel außerhalb
des Mantelgehäuses
vorzumontieren, wobei auf der einen Seite des Rohrbündels die
innere und die äußere Bodenplatte
auf das Rohrbündel
aufgeschoben und miteinander verschraubt werden. Auf der anderen
Seite des Rohrbündels
wird zunächst
nur die innere Bodenplatte auf die Rohre des Rohrbündels aufgeschoben.
Nach dem Einbringen des so vormontierten Rohrbündels in das Mantelgehäuse des
Rohrbündel-Wärmeüberträgers wird
dann auf der anderen Seite des Rohrbündels die im Durchmesser größer ausgebildete
Bodenplatte auf die Rohre geschoben und mit der inneren Bodenplatte
verschraubt. Durch die Verschraubung der beiden Bodenplatten werden die
Dichtungen ver spannt und somit die Dichtheit hergestellt. Im übrigen wird
das Rohrbündel
beim Verschrauben in dem Mantelgehäuse fixiert.
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Der
bekannte Rohrbündel-Wärmeüberträger weist
den Nachteil auf, daß er
konstruktiv aufwendig ist und die Montage der Bodenplatten des Rohrbodens
einen hohen Montageaufwand erfordert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rohrbündel-Wärmeüberträger der eingangs genannten
Art zur Verfügung
zu stellen, der einfach herstellbar ist und einen Ausbau des Rohrbündels aus
dem Mantelgehäuse
bei geringem Montageaufwand ermöglicht.
Des weiteren soll der Rohrbündel-Wärmeüberträger eine
sichere Abdichtung zwischen dem Inneren des Mantelraums und dem äußeren Umfeld
gewährleisten,
ohne daß es
zu einer Vermischung der in dem Wärmeüberträger geführten Wärmetauschermedien kommen kann.
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Die
vorgenannte Aufgabe ist bei einem Rohrbündel-Wärmeübeträger der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
daß wenigstens
ein Rohrboden zweiteilig ausgebildet ist und ein äußeres Bodenteil
und eine in das äußere Bodenteil
eingeschraubte innere Bodenplatte aufweist, daß die innere Bodenplatte mit dem
Rohrbündel
verbunden ist und daß der
Durchmesser der inneren Bodenplatte kleiner ist als der Innendurchmesser
des Mantelgehäuses.
Erfindungsgemäß ist es
somit möglich,
das Rohrbündel
nach dem Ausschrauben aus dem äußeren Bodenteil
zusammen mit der inneren Bodenplatte in dem Mantelgehäuse in axialer
Richtung zu verschieben. Dadurch wird eine einfache Montage und
Demontage des erfindungsgemäßen Rohrbündel-Wärmeüberträgers gewährleistet.
Dabei ist es in einfacher Weise möglich, die innere Bodenplatte
mit dem äußeren Bodenteil
durch Ein- bzw. Aufschrauben zu verbinden. Das äußere Bodenteil weist vorzugsweise
einen größeren Durchmesser
auf als das Mantelgehäuse,
so daß es
möglich
ist, das äußere Bodenteil
gegen das Mantelgehäuse
zu verspannen. Im Einbauzustand stellt das äußere Bodenteil dann ein Widerlager
für das
in das Mantelgehäuse
eingeschobene Rohrbündel
dar.
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Vorzugsweise
weist das Rohrbündel
an einem Ende einen einteiligen Rohrboden in an sich aus dem Stand
der Technik bekannter Art auf. Dabei können die Rohre des Rohrbündels mit
dem einteiligen Rohrboden verschweißt sein, so daß sich eine
unlösbare
Verbindung ergibt. Weiterhin vorzugsweise ist das Rohrbündel an dem
anderen Ende ebenfalls unlösbar
mit der inneren Bodenplatte verschweißt. Grundsätzlich ist es natürlich auch
möglich,
daß an sich
aus dem Stand der Technik bekannte lösbare und/oder weitere unlösbare Verbindungen,
wie beispielsweise Klebverbindungen, zwischen den Rohren des Rohrbündels und
den Rohrböden
vorgesehen sein können.
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Für die Montage
kann das Rohrbündel
erfindungsgemäß zunächst an
einem Ende mit dem einteiligen Rohrboden und an dem anderen Ende
mit der inneren Bodenplatte verschweißt werden. Bei der Montage
des vormontierten Rohrbündel-Wärmeüberträgers der erfindungsgemäßen Art
kann das Rohrbündel
dann zusammen mit der inneren Bodenplatte in das Mantelgehäuse soweit
eingeschoben werden, bis der am anderen Ende des Rohrbündels vorgesehene
einteilige Rohrboden gegen das Mantelgehäuse zur Anlage kommt. Anschließend kann das äußere Bodenteil
auf der anderen Seite des eingeschobenen Rohrbündels mit der inneren Bodenplatte
verschraubt werden, so daß das
Rohrbündel über die
Rohrböden
gegen das Mantelgehäuse
verspannt wird und sicher in dem Mantelgehäuse gehalten ist. Grundsätzlich ist
es natürlich
auch möglich, daß das Rohrbündel auf
beiden Seiten einen zweiteilig ausgebildeten Rohrboden der erfindungsgemäßen Art
aufweist.
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Gegen
die Rohrböden
kann endseitig jeweils eine Verteilerplatte verspannt sein, die
einen Verteilerraum schafft, über
den ein erstes Wärmetauschermedium
den Rohren des Rohrbündels
zugeführt
und durch das Rohrbündel
geleitet wird. Ein zweites Wärmetauschermedium
wird dem Mantelraum zugeführt
und umströmt
das Rohrbündel,
wobei es zur Wärmeübertragung
kommt. Um eine Dichtheit des die Rohre des Rohrbündels umgebenden Mantelraums
gegenüber
dem äußeren Umfeld
und dem Verteilerraum zu gewährleisten,
kann vorgesehen sein, daß im Übergangsbereich
zwischen der inneren Bodenplatte und dem äußeren Bodenteil und der Verteilerplatte
wenigstens ein Dichtmittel für
eine Drei-Wege-Dichtheit vorgesehen ist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß eine selbstdichtende Schraubverbindung
zwischen der inneren Bodenplatte und dem äußeren Bodenteil vorgesehen
ist, um eine Dichtheit zu gewährleisten.
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Um
die Montage weiter zu vereinfachen und die Abdichtung zu vereinfachen,
kann wenigstens eine Stirnseite der inneren Bodenplatte und des äußeren Bodenteils
im verschraubten Zustand ausgefluchtet sein. Um die Dichtheit des Mantelraums
gegenüber
dem äußeren Umfeld
zu gewährleisten, kann
zwischen dem äußeren Bodenteil
und dem Mantelgehäuse
wenigstens ein weiteres Dichtmittel vorgesehen sein.
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Der
erfindungsgemäße Rohrbündel-Wärmeüberträger ist
vorzugsweise für
den Einsatz korrosiver Medien vorgesehen. Das Rohrbündel und
der Rohrboden und vorzugsweise das Mantelgehäuse sind daher vorzugsweise
aus Kunststoff gefertigt, wobei die eingesetzten Dichtmittel eine
entsprechende Kunststoffummantelung aufweisen können.
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Im
einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Rohrbündel-Wärmeüberträger ausgestalten
und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und
andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird.
In der Zeichnung zeigen
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1 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Rohrbündel-Wärmeüberträgers und
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2 die
Einzelheit "Y" aus 1,
die einen Mantelraum, einen Verteilerraum und ein äußeres Umfeld
des in 1 dargestellten Wärmeüberträgers im Bereich der Schraubverbindung
zwischen einer inneren Bodenplatte und einem äußeren Bodenteil eines Rohrbodens
betrifft.
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Der
Rohrbündel-Wärmeüberträger 1 weist ein
zylindrisches Mantelgehäuse 2 mit
einem Eintrittsstutzen 3 und einem Austrittsstutzen 4 zur
Zufuhr bzw. zur Abfuhr eines in einem Mantelraum 5 des Mantelgehäuses 2 strömenden Wärmetauschermediums
auf. In dem Mantelgehäuse 2 ist
ein Rohrbündel 6 aus
einer Mehrzahl von nicht im einzelnen dargestellten Rohren gehalten,
die von dem Wärmetauschermedium
umströmt
werden. Im Inneren der Rohre des Rohrbündels 6 strömt ein weiteres
Wärmetauschermedium,
das über
ein Adapterteil 7 und eine Verteilerplatte 8 einem
ersten Rohrboden 9 des Rohrbündels 6 zugeführt und
nach dem Durchströmen
der Rohre des Rohrbündels 6 über einen
weiteren Rohrboden 10, eine weitere Verteilerplatte 11 und
ein weiteres Adapterteil 12 abgeführt wird.
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Das
Rohrbündel 6 wird
durch die beiden Rohrböden 9, 10 in
dem Mantelgehäuse 2 gehalten. Gemäß 6 ist nun vorgesehen, daß der erste Rohrboden 9 zweiteilig
ausgebildet ist und ein äußeres Bodenteil 13 und
eine innere Bodenplatte 14 aufweist. Die innere Bodenplatte 14 ist
in das äußere Bodenteil 13 im
Betriebszustand des erfindungsgemäßen Rohrbündel-Wärmeüberträgers 1 eingeschraubt
und mit dem Rohrbündel 6 fest
verbunden. Da der Durchmesser der inneren Bodenplatte 14 kleiner
ist als der Innendurchmesser des Mantelgehäuses 2, ist es nach
dem Lösen
der Schraubverbindung zwischen dem äußeren Bodenteil 13 und
der inneren Bodenplatte 14 möglich, das Rohrbündel 6 zusammen
mit der inneren Bodenplatte 14 in axialer Richtung zu verschieben
und aus dem Mantelgehäuse 2 zu
entnehmen. Dadurch wird die Montage und die Demontage des Rohrbündel-Wärmeüberträgers 1 wesentlich
vereinfacht, wobei der Rohrboden 9 einen einfachen konstruktiven
Aufbau aufweist.
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Das äußere Bodenteil 13 und
der Rohrboden 10 sind gegen das Mantelgehäuse 2 endseitig
verspannt. Dazu ist es bei der dargestellten Ausführungsform
vorgesehen, daß Gehäuseteile 15, 16 über Distanzstücke 17, 18 miteinander
verschraubt sind, wobei die Verteilerplatte 8 und das äußere Bodenteil 13 bzw.
die weitere Verteilerplatte 11 und der Rohrboden 10 zwischen
den jeweils an das Mantelgehäuse 2 angrenzenden
Gehäuseteilen 15, 16 und dem
Mantelgehäuse 2 eingespannt
sind.
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In 2 ist
die Einzelheit "Y" aus 1 dargestellt.
Im Übergangsbereich
zwischen dem äußeren Bodenteil 13 und
der inneren Bodenplatte 14 und der Verteilerplatte 8 ist
ein O-Ring 19 vorgesehen, der den Mantelraum 5 gegen
den Verteilerraum 20 und das äußere Umfeld 21 abdichtet.
Dadurch ergibt sich eine sichere Abdichtung in drei Richtungen,
wobei eine Vermischung zwischen den Wärmetauschermedien ausgeschlossen
werden kann.
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Der
O-Ring 19 ist in eine Dichtungsaufnahme 22 eingesetzt,
wobei der O-Ring 19 auf einem Vorsprung 23 des äußeren Bodenteils 13 aufliegt.
Im eingeschraubten Zustand wird durch die innere Bodenplatte 14 und
eine auf der inneren Bodenplatte 14 vorgesehene Beschichtung 24 oder
Plattierung und einen ringförmigen äußeren Bereich 25 des äußeren Bodenteils 13 eine
Nut gebildet, in die der O-Ring 19 eingesetzt ist. Die
Mantelfläche
des O-Rings 19 steht dabei teilweise über die Stirnfläche des
ringförmigen äußeren Bereichs 25 und
die Stirnfläche
der Beschichtung 24 über.
Bei Verschrauben des weiteren Gehäuseteils 15 mit dem
Mantelgehäuse 2 über eine Flanschverbindung 25a wird
der O-Ring 19 zwischen der
Verteilerplatte 8, dem ringförmigen äußeren Bereich 25 und
der Beschichtung 24 verspannt. Dadurch wird eine Dichtheit
in drei Richtungen sichergestellt, wobei das im Mantelraum 5 befindliche
Wärmetauschermedium
weder in den Verteilerraum 20 ein- noch in das äußere Umfeld 21 ausströmen kann.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich, daß die Schraubverbindung
zwischen dem äußeren Bodenteil 13 und
der inneren Bodenplatte 14 selbstdichtend ausgebildet ist.
Bei dem dargestellten Rohrbündel-Wärmeüberträger 1 weist
die innere Bodenplatte 14 einen äußeren Anlageabschnitt 26 auf,
der eine Schräge
aufweist und im verschraubten Zustand der inneren Bodenplatte 14 gegen
den komplementär
abgeschrägten
Vorsprung 23 zur Anlage kommt. Dadurch kann eine Abdichtung
des Mantelraums 5 gegebenenfalls auch ohne ein zusätzliches
Dichtungsmittel gewährleistet
sein.
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Zwischen
dem äußeren Bodenteil 13 und
einem Außenflansch 27 des
Mantelgehäuses 2 ist
vorzugsweise ein weiterer O-Ring 28 vorgesehen, der in eine
Ringnut 29 des äußeren Bodenteils 13 eingesetzt
ist. Beim Verspannen des Gehäuseteils 15 mit dem
Mantelgehäuse 2 kommt
es zu einer Verformung des weiteren O-Rings 28 und damit
zu einer Abdichtung des Mantelraums 5 gegenüber dem äußeren Umfeld 21 in
diesem Bereich.
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Um
den Einsatz hochkorrosiver Medien bei der Wärmeübertragung zu ermöglichen,
können
das Rohrbündel,
die Rohrböden
und vorzugsweise das Mantelgehäuse
aus Kunststoff gefertigt sein. Beispielsweise können die Verteilerplatten 8, 11 und
das äußere Bodenteil 13,
die innere Bodenplatte 14 und der Rohrboden 10 aus
modifiziertem PTFE, insbesondere aus TFM, hergestellt sein. Die
Adapterteile 7, 12 sowie die Beschichtung 24 können vorzugsweise
aus PFA hergestellt werden, während
das Mantelgehäuse 2 aus
PP hergestellt sein kann. Durch Beschichtung bzw. Plattierung der
Rohrböden 9, 10 ist es
möglich,
die Herstellungskosten des Wärmeüberträgers zu
senken. Dabei kann eine Beschichtung 24 aus vergleichsweise
teurem Material lediglich auf der dem Verteilerraum 20 zugewandten
Stirnseite des Rohrbodens 9, 10 vorgesehen sein,
wobei der Rohrbo den 9, 10 als solcher aus einem
günstigeren
Material hergestellt ist und als Träger für die Beschichtung 24 dient.
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Die
O-Ringe 19, 28 können aus FPM mit einer Ummantelung
aus PTFE hergestellt sein. Bei den vorgenannten Werkstoffen handelt
es sich um eine Auswahl aus korrosionsbeständigen Werkstoffen, die vorteilhaft
eingesetzt werden können.
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Der
beschriebene Rohrbündel-Wärmeüberträger eignet
sich für
den Einsatz flüssiger
und/oder gasförmiger
Wämetauschermedien.