DE2119873A1

DE2119873A1 - Selbstpositionierende Leitplatte für Mantel und Rohrwarmeaustauscher

Info

Publication number: DE2119873A1
Application number: DE19712119873
Authority: DE
Inventors: Desmond M Oakville Ontario Donaldson (Kanada)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 1970-04-23
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1971-11-11
Also published as: DE2119873B2; FR2086290A1; GB1316514A; BR7102252D0; US3656548A; ZA711986B; FR2086290B1; CA923490A

Description

ZUSTEIiLTJNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL·

TEL. 3β 74 28 UND 36 4119

2oo South Michigan Avenue _T1!l.,_ä8O58e

. TBlEGH. NEOE I)APATENT MÜNCHEN

Chicago, 111. 60604/USA

Hamburg, den 21. April 1971

Selbetpositionierende Leitplatte für · -

Mantel- und Hohrwärmeauetaueeher

Die Erfindung betrifft eine selbstpositionierende Leitplatte für Mantel— und Ho hrwärmeaus taue eher mit Wärmeaustauscherrohren und einem hohlen Mantel, in den dl· Leitplatt· einsetzbar ist, welche einen Plattenkörper mit axial gegenüberliegenden rorder- und rückseitigen Oberflächen aufweist.

Solche Leitplatten werden in Mantel- und Bohrwärmeaustauschern aus folgenden zwei Hauptgründen benutzt, einmal als Halterung für die' Wärmeaustauscherrohre, welche sich der Länge nach durch den Wärmeaustauscher erstrekken, zum anderen, um eine wärmeaustauschende Flüssigkeit auf einem gewundenen Weg durch die Bohre zu schicken, damit sie einem maximalen Wärmeaustausch ausgesetzt wird.

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Bel der Konstruktion von Wärmeaustauschern ist es erforderlich, die Leitplatten axial im Abstand anzuordnen oder entlang der Längeausdehnung des Wärmeaustauschers so so. positionieren, daß die gewünschte Halterung und der Hüssigkeitsweg gegeben sind. Tür diese räumlich· Anordnung oder Positionierung wurde bereits eine Seihe von Methoden angewendet.

Gewöhnlich werden Leitplatten angewendet., die Löscher aufweisen, die relativ eng mit den Wärmeaustauscherrohf-Χ9Ώ. abschließen. Hierbei tritt nach dem Einfügen Ö.&T Bohre in die Löscher eine beträchtliche Friktion zwischen Leitplatte und Wärmeaustauscherrohren auf, die ausreicht, um die Leitplatte in ihrer Position zu halten· Leider werden aber durch Vibration die Leitplatten oft locker und rutschen aus ihrer Lage oder schneiden dl· Wärmeaustauscherrohre durch.

Sine weitere Methode besteht darin, die Leitplatten mit den Wärmeauatauscherrohren weich- oder hart au verlöten oder so. verschweißen. Sin Nachteil dieser Method· liegt aber darin, daß durch die dabei auftretende Wärme ein. Anlassen der Wärmeaustauscherrohre auftritt, wodurch ihre festigkeit nachlädt.

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Sehr häufig werden auch separate mechanische Mittel verwendet. Biese bestehen meist aus sich der Länge nach erstreckenden Stangen oder Leisten, auf die die Leitplatten aufgefädelt werden, um sie in exakten Zwischenräumen auf den Rohren zu positionieren. Eine andere Möglichkeit, dies mit mechanischen Mitteln zu erreichen besteht darin, die Leitplatten an ihrer äußeren Peripherie in gekerbte oder geschlitzte Stangen einzupassen, wodurch sie in Htrer Lage gehalten werden. Biese beiden Möglichkeiten sind in den US-Patenten Nr.: 2.873*096 und 3· 240.267 beschrieben.

Eine weitere Lösung, die Leitplatten in Bezug aufeinander und den Mantel zu positionieren ist durch eine lokale Einschnürung der äußeren Schale, d.h. des Mantels gegeben, wodurch die Leitplatten gehalten und an einer axialen Bewegung gehindert werden. Terschiedene solche Möglichkeiten sind in den US-Patenten Nr.: 1.794.336, 2.978.226 und 3.240.267 beschrieben.

Ber vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Leitplatte zu schaffen, die sich einfach und ohne

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zusätzliche mechanische Mittel selbst positioniert.

Si· Erfindung erreicht dies dadurch, daß die Leitplatte Mittel sum Positionieren aufweist, die aus mindestens einer ihrer Oberflächen hervorstehen und daß die Mittel sum Positionieren mindestens ein dornartiges, mit mindestens einer axial benachbarten Leitplatte zusammenwirkendes Ende aufweisen, durch das die Leitplatte in Bezug auf Axial- und Winkelstellung positionierbar ist und die relativ· Axialverschiebung und Verdrehung der Leitplatten zu einander verringerbar sind.

So kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß die Leitplatten so ineinander greifen, daß eine Reihe von Leitplatten zu einem Röhrenkäfig oder Netswerk vormontiert werden können, in das di· Wärmeaustauscherrohre eingeführt werden, wodurch der Zusammenbau wesentlich vereinfacht wird. Durch solch ein· Anordnung wird exakt und zuverlässig eine sofortige Positionierung der Leitbleche gegenüber den benachbarten Leitblechen in Bezug auf Axial- und Winkelstellung erreicht, so daß beim Zusammenbau eine genaue Lage der Leitplatten zueinander erhalten bleibt. Weiter wird gewährleistet, daß während der gesamten Lebensdauer'

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des Wärmetauschers die Leitplatten in ihrer genauen Position verbleiben· Diese erfindungggemäSe Anordnung iafalso vom Aufbau her gesehen wesentlich einfacher und wirtschaftlicher als die bisher bekannten Anordnungen·

G-eaäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Leitplatten aus nachgiebigem, formbarem, or~ gansiohea Werkstoff hergestellt, welcher billiger und dauerhafter als Leitplatten, die vorwiegend au« Messing oder Kupfer bestehen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den im folgenden beschriebenen und in den Figuren 1) bis 12) dargestellten Ausführungsbeispielen hervor· £· zeigen:

Pig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch einen erfin— dungsgemäßen Wärmeaustauscher,

Pig. 2 eine Draufsicht auf eine der Leitplatten des Wärmeaustauschers ,

: H i·

Pig. 3 eine Seitenansicht der Leitplatte nach Pig· 2,

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Hg» 4 ein etwas vergrößerter Querschnitt gemaS der Lini· 4-4 der Vlg. 2,

ein detaillierter, vergrößerter Querschnitt durch die Linie 5-5 der Hg. 2,

Hg. 6 ein detaillierter, vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 6-6 der fig· 2,

«in detaillierter, vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Yig. 3,

Hg« Q ein detaillierter, vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 8-8 der Hg. 3»

Hg« 9 eine perapektirische Ineicht einer weiteren Ausführungsfom der Erfindung,

Hg. 10 eine Seitenansicht einer modifizierten Konstruktion einer Leitplatte,

Hg· 11 eine Seitenansicht eine ränderen modifizierten Leitplatte,

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Pig. 12 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung»- form einer Leitplette.

In Figur 1 ist ein Wärmeaustauscher 10 dargestellt. Der Wärmeaustauscher besteht aus zwei Kopfstücken 11 und 12,

zwei Bohrhalteplatten 15 und 16, τοη denen jede mit eimern Kopfstück Tsrbunden ist, sowie einem Mantel 17» der awl— sehen den Bohrhalteplatten 15 und 16 gehalten wird. KLe Bohrhalteplatte 16 weist einen flÜBsigkeitseinlaß 20 für f eine erste wärmeaust aus chende flüssigkeit auf. Zu dem Sinlaß 20 führt eine Leitung 21. An der Rohrhalteplatte 15 ist ein flüssigkeitsauslaß 22 für die erste wärmeaust aus chende Flüssigkeit Torge sehen, der in eine Leitung Mündelt, für eine zweite wärmeaustauschende flüssigkeit sind in dem Kopfstück 12 ein weiterer Sinlaß 16 und «im Auslaß 27 Torgesehen. Bei dem Einlaß 26 liegt im Kopfstück 12 eine ÄLnlaßkammer 30, neben dem Auslaß 27 eine Aoalaaakammer 31· In dem Kopf stück 12 trennt ein zentrales, dim- ä metral angeordnetes Teil 32 die Einlaßkassier 30 Ton dear Auslaßkammer 31* Durch das Kopf stück 11 wird eine ilüssigkeitskajsmer 33 gebildet.

Zwischen einer Reihe τοη öffnungen 36 der Rohrh&lteplatten 15 und 16 erstrecken sich eine Mehrzahl τοη parallelem

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Wärmeaustauseherrohren 34 und 35» deren Anzahl und Anordnung gemäß den Anforderungen der Praxis ausgesucht wird· Die Bohre 34 stehen alt der Einlaßkammer 30, die Rohre 35 alt der Auslaßkammer 31 in Verbindung, mit der Flüssigkeitskammer 33 sind sowohl die Bohre 34 als auch die Bohre 35 verbunden. Die Abdichtung der Bohre mit den Bohrhalteplatten kann auf viele Arten erfolget, beispielsweise durch Hartlöten.

Die Bohre sind zwie chen den Bohrhalteplatten mittels einer Reihe von Leitplatten 37 gehalten. Wie aus der Figur 2 besser ersichtlich ist, besteht jede Leitplatte aus einem Mittelteil, das an einer Seite einen tangentialen Ausschnitt aufweist, um den Durchfluß der ersten wärmetauschenden Flüssigkeit zu ermöglichen, Damit«; die erste wärmetauschende Flüssigkeit einen gewundenen Weg durch den Wärmeaustauscher nimmt, sind die Leitplatten so räumlich innerhalb des Mantels des Warne austauschers 17 angeordnet, daß die tangentialen Ausschnitte sich abwechselnd gegenüberstehen. Dies ist in Figur 1 durch Pfeile dargestellt, damit ersichtlich wird, wie die erste wärmeaustauschende Flüssigkeit vom Einlaß 20 an dem einen Ende des Mantels zu dem Auslaß 22 am anderen End· des Mantels gelangt. Die '.

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Leitplatten weisen eine Vielzahl von Löschern 40 auf, in welche die Wärmeaustauscherrohre 34 und 35 eingeführt werden.

Wie am besten, aus Figur 3 ersichtlich ist, "besteht die Leitplatte aus einen Plattenkörper 41> detfaxial gegenüberliegende vorder- und rückseitige Oberflächen ,42 und 45 aufweist· Mit der Leitplatte verbundene und aus einer _# g der vorder- oder rückseitigen Oberflächen hervorragend· Mittel zu Positionieren 46 sind ebenfalls in der Figur 3 dargestellt.

Figur 2 zeigt eine erste Gruppe von Mitteln zum Positionieren der Leitplatte 37» die sich entlang der Peripherie der Leitplatte erstrecken und mit 47 bezeichnet sind. Eine zweite Gruppe von Mitteln zum Positionieren 50 liegt -innerhalb der Peripherie der Leitplatte, Einzelheiten der Mittel zum Positionieren 47 sind in Figur 4 und * in Figur 5, Einzelheiten der Mittel zum Positionieren 50 sind in Figur 6 besser dargestellt.

Sie Mittel zum Positionieren 46, die in Figur 3 gezeigt sind, ragen aus der vorder- und rückseitigen Oberfläche

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des Plattenkörper· 41 hervor und bilden ein. erstes Ende 51» das sick axial von der rückseitigen Oberfläche 45 des Plattenkörpers 41 erstreckt. Das erste Ende 51 besteht aus einem sich axial erstreckenden, inneren Verhindungsteil 52. Der Verbindungeteil 52 besitzt einen sylindriechen Teil 55 ₉ ein konisches Ende 56, das mit dem zylindrischen Teil 55 verbunden ist und einem Hing 57» der auf dem zylindrischen Teil 55 angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als deq/zyliudrieche Teil hat. Die Mittel zum Positionieren 46 enthalten ein zweites Ende 6O₉ das sich axial aus der vorderseitigen Oberfläche 42 des Plattenkörpers 41 erhebt. Das zweite Ende 60 bildet eine sich nach innen erstreckend® Steckverbindung 61, die einen im wesentlichen zylindrischen Teil 62 und eine ringförmige Ausnehmung 65 mit größerem Durchmesser als übt zylindrische Teil 62 aufweist. Die Steckverbindung 6.t ist vorgesehen, um das innere Verbindungsteil 52 einer benachbarten Leitplatte aufzunehmen·

Das innere Verbindungsteil 52 und die Steckverbindung sind so bemessen, daß sich der Hing 57 leicht verformt, wenn, er in das Teil 62 eintritt und sich wieder ausdehnt, wenn er in die zylindrische Ausnehmung 65 gelangt·

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Solch, eine Anordnung garantiert eine gute Verbindung zwischen "benachbarten Leitplatten, welche nur getrennt werden kann, wenn eine Kraft aufgewendet wird» die gröSer ist, als sie bei normalem Betrieb des Wärmeaustauschers auftreten kann. Diese Verbindung sorgt für eine Positionierung der Leitplatten in Bezug auf ihre Axial- und Winkelstellung und vernindert eine axiale und eine Drehbewegung der Leitplatten zu einander· Sowohl die Leitplatte, j als auch die Mittel zum Positionieren, werden in vorteilhafter Weise aus nachgiebigem, formbarem, organischem Werkstoff hergestellt. Stoffe, die für diesen Zweck geeignet sind, sind Materialien wie behandeltes Nylon (Polyamide) und Hochtemperatur-Polyester (Polyaryläther) sowie andere geeignete thermisch gehärtete und thermoplastische Materialien·

figur 9 zeigt eine modifizierte Ausführungsform einer Leitplatte, dl« Mittel zum Positionieren 66 aufweist, die sich axial von der vorderseitigen Oberfläche 67 des Plattenkörpers 70 erstrecken und das sich axial ausdehnende innere Verbindungeteil 71 bilden. Andere Mittel zum Positionieren 72 sind ebenfalls mit der Leitplatte verbunden und erstrecken sich von der vorderseitigen Oberfläche 67 in der gleichen Richtung wie die Mittel zu Positionieren

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Sie Mittel zum Positionieren 72 "bilden die sich nach, innen erstreckende Steckverbindung 75· Eine ähnliche Anordnung von Mitteln zum Positionieren 76 und 77 befinden sich auf der rückseitigen Oberfläche 80 des Plattenkörpers 70. Die Positionierungsmittel 76 bilden die sich nada innen erstreckende Steckverbindung und die Mittel zum Positionieren 77 das innere Verbindungsteil·

In Pigur 10 ist eine weitere Ausführungsform einer Leitplatte dargestellt, die mit 81 bezeichnet ist und einen gewellten Querschnitt aufweist· Solch eine Konstruktion ist fester, als eine Leitplatte, die aus einer einzelnen Platte besteht. Die Leitplatte $1 besitzt Mittel zum Positionieren 82 und 85, wie sie vorher beschrieben worden sind.

Figur 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Leit— platte 86 mit Versteifungsrippen 87, die der Leitplatte eine größere Biegefestigkeit geben.

Figur 12 zeigt eine andere Leitplatte, die Zwischenstücke 90 besitzt, die geeignet sind, zueinander passende Posi— tionierungsmittel 91 benachbarter Leitplatten 92 und 95 ,

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zu verbinden und die Leitplatten weiter von einander entfernt zu positionieren, als es die Mittel zum Positionieren alleine vermögen.

Sie Wirkungsweise des Hantel- und Rohrwärmeaustauseher« 10, wie er in der figur 1 beschrieben ist, wird im folgenden näher erläutert. Die zweit« wärmeaustauschend· flüssigkeit steht mit dam Einlaß 26 in Verbindung Und · fließt in die Einlaßkammer 30, die mit den verschiedenen Wärmeaustauscherrohren 34 und der Kammer 30 in Verbindung steht. Die flüssigkeit gelangt durch die Rohre 34 in die Kammer 33, von wo sie durch einen zweiten Sats von Wärme— austauscherrohren in die flüssigkeitskammer 31 und von dort aus in den Aaslaß 27 gelangt. Die erste wärme austauschende flüssigkeit fließt von der Leitung 21 durch den "RiTiIaB 20 über einen gewundenen Pfad um die Leitplatten, wie in figur 1 durch die Pfeile dargestellt ist. Hierbei tritt ein Wärmeaustausch zwischen den Rohren 34 und 35 auf. Der gewundene Weg, durch den die erste wärmeaustauschende flüssigkeit fließt, trägt dazu bei, daß der Wärmeaustai schef f ekt der Anordnung maxi.«mal wird. Die zweite wärme austauschende flüssigkeit wird durch die Leitung 25 und den Auslaß 22 aus dem Wärmeaustauscher abgesaugt.

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Im vorangegangenen wurde ein Mantel- und Rohrwärmeaustauscher gezeigt, der eine Anzahl transversal innernall} des Mantel· angeordneter Leitplatten aufweist, der Mittel zum Positionieren, enthält, die auf benachbarte Leitplatten einwirken, und eine Positionierung der Leitplatten in Bezug auf ihr· Axial- und Winkelstellung bewirken· Weiterhin ist eine Leitplatte gezeigt, die aus nachgiebige», formbarem, organischem Werkstoff hergestellt ist. Desweiteren wurde eineMethode aufgezej£, durch die ein solcher Wärmeaustauscher genau, zuverlässig und wirtschaftlich gebaut werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1,/Leitplatte für Mantel- und Rohrwäraeaustauscher alt Wärmeaustauscherrohren und einem kohlen Hantel, in den die Leitplatte eineetzbar ist, welche eineiPlat- . tenkörper mit axial gegenüberliegenden vorder— und rückseitigen Oberflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitplatte (41) Mittel zum Pοsitio- § nieren (4-6) aufweist, die aus mindestens einer ihrer Oberflächen hervorstehen und daß die Mittel zum Positionieren mindestens ein dornartiges, mit mindestens einer axial benachbarten Leitplatte zusammenwirkende8 Ende aufweisen, durch das die Leitplatte gegenüber der benachbarten Leitplatte in Bezug auf Axial— und Winkelstellung positionierbar ist und die relative Axialverschiebung und Verdrehung der Leitplatten zueinander verringerbar sind. a
2. Leitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Positionieren ein zweites dornartigeβ Ende (6o) aufweisen, das aus der entgegengesetzten Oberfläche hervorragt und auf eine an dieser Seite axial benachbarte Leitplatte einwirkt·

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3· Leitplatte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dornartigen Enden (51t 6o) als für die benachbarten Leltplatten ineinander passende Verbindungen ausgebildet sind.
4· Leitplatte nach den Ansprüchen 1, 2 odfcr 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Positionieren (46) und die Leitplatte aus einem Stück geformt sind.
5« Leitplatte nach einem derAnsprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitplatte und die Mittel zum Positionieren aus nachgiebigem, formbarem, organischem Material bestehen.
6. Leitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß von den ineinanderpassenden dornartigem Baden (50, 47) der Leitplatte (41) das innere Ende einen ringförmigen Wulst (57) aufweist, durch den es in eine ringförmige Ausnehmung (65) des äußeren Endes einklemmbar ist.

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L e e r s e ί t e