DE2325324A1

DE2325324A1 - Roehrenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2325324A1
Application number: DE2325324A
Authority: DE
Inventors: Sven Anders Samuel Hakansson
Original assignee: United Stirling AB and Co
Current assignee: United Stirling AB and Co
Priority date: 1972-05-19
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1973-11-29
Also published as: GB1329538A; US3834455A

Description

Röhrenwärmeaustauscher

Die Erfindung "betrifft einen Röhrenwärmeaustauseher, wie er als Kühler in Heißgasmotoren verwendet wird und der ein im allgemeinen zylindrisches, mit Endabdeeklingen versehenes Gehäuse, eine Vielzahl von Röhren, durch die das Arbeitsgas strömt, die in dem Gehäuse enthalten sind und sieh in axialer Richtung des Gehäuses erstrecken und fest mit den Endabdeckungen verbunden sind, umfaßt, wobei das Gehäuse mit Einlassen und Auslassen versehen ist, über die das Kühlmedium in Berührung mit den Röhren durch das Innere des Gehäuses geführt werden kann„

Bekannte Wärmeaustauscher der angegebenen Art sind normalerweise so aufgebaut, daß eine Endabdeckung an eine "kalte". Gasverbindungsleitung angrenzt, die zu dem Kompressionsraum des Motors führt, während die andere Abeekung sich an einen Regenerator anschließt, der seinerseits über einen Heizkopf, mit dem das Arbeitsgas mit Wärme versorgt wird, mit einem Expansionsraum des Motors in Verbindung steht.

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Beim Anlassen und Abschalten des Motors ist der Heizkopf unterschiedliehen Temperaturen ausgesetzt, was ein Ausdehen und ein Zusammenziehen des Heiskopfes hervorruft» Um übermäßige Belastungen des Heizkopfes zu verhindern wurde in jüngster Zeit vorgeschlagen, durch eine geeignete Verbindung des Kühlers mit der Kalt gasleitung Winkelbewegungen einer aus einem Regenerator und einem Kühler aufgebauten Einheit zu ermöglichen. Hierbei ergaben sich Jedoch schwierig zu lösende Dichtungsprobleme, die wegen des hohen Druckes des Arbeitsgases ernster Fatur sind.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Wärmeaustauscher der angegebenen Art bereitzustellen, der Bewegungen des Heizkopfes eines Heißgasmotors erlaubt ₉ ohne daß wesentliche Spannungen hervorgerufen werden„

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher der angegebenen Art ist nun dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwei im wesentlichen koaxiale Gehäuseabschnitte mit gegenüberliegenden Endoberflächen aufweist, zwischen denen ein Dichtungselement derart angeordnet ist_? flaß eine Bewegung der Abschnitte gegeneinander in im wesentlichen senkrechter Richtung, bezogen auf die Achsen der Gehäuseabschnitte j möglich wird«-.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform sei die Erfindung im folgenden beispielsweise näher erläutert.

Der dargestellte Wärmeaustauscher umfaßt einen oberen zylindrischen Gehäuseabschnitt T, der mit einer oberen Endabdeckung 2 eine Einheit bildet. Auf den oberen Gehäuseabschnitt 1 ist eine mit einem Innengewinde versehene Hülse 3 aufgeschraubt, in die ein Gehäuse 4, das einen Regenerator 5 enthält, eingeschraubt ist. Mit dem Inneren des Re generat or ge haus es 4 sind Röhren 6 verbunden, die so ausgelegt sind, daß sie in einer (nicht gezeigten) Verbrennungskammer erhitzt werden können_s

Koaxial mit dem oberen Gehäuseabschnitt 1 ist ein unterer zylindrischer Gehäuseabschnitt 7 verbunden, der mit einer unte-

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ren Endabdeekung 8 versehen ist_o Parallel zueinander sind mehrere Röhren 9 angeordnet und mit den Endabdeckungen 2 und 8 verbunden, wodurch axiale Bewegungen der "beiden Gehäuseabschnitte I und 7 relativ zueinander verhindert werden mit Ausnahme der Bewegungen, die eine Folge der thermischen Ausdehnung oder Kontraktion sind. Das Ausströmen des Kiihlmediums wird durch ein Dichtungselement Ϊ0 verhindert., das sandwiohartig zwischen den gegenüberliegenden End oberflächen der "beiden Gehäuseabschnitte." 1 und T gehalten wird. Um das Dichtungselement 10 zu fixieren und zu schützen, ist ein äußerer Ring 14 vorgesehen^, ^a

Die Einlaß- und Auslaß-Leitungen 11 und 12 dienen äazu₉ das Kühlwasser in Kontakt mit den Röhren 9 durch das Innere' der Gehäusea"bschnitte 1 und 7 zu führen©

Um die Röhren 9 relativ zueinander festzulegen^, ist zwischen den Röhren 9 ein Halteorgan 13 eingebracht₀ Das Halteorgan 13 berührt jedoch die inneren Oberflächen der Gehäuseabschnitte 1 und 7 nicht.

Eine Kalt gasleitung 15 verbindet das untere Ende der Röhren 9 mit dem Kompressionsarbeitsraum eines (nicht gezeigten) Heißgasmotors, während die am Oberteil des Regeneratorgehäuses 4 angeordneten Röhren 6 zu dem Expansionsraum des.betraffenden Motors führen. '

Der,in der Zeichnung dargestellte Wärmeaustauscher arbeitet wie folgts

Fach dem Anlassen des Heißgasmotors erhitzen sich die'Röhren G, was zu einer entsprechenden Dimensionszunahme führt» Diese Dimensionszunähme würde zu unerwünschten Spannungen in den Röhren β führen,wenn die Röhrenenden sich nicht bewegen könnten.

Aus praktischen Gründen ist es nicht günstige eine Espansionsmöglichkeit in der Verbindung der Röhren 6 mit dem Expansionsraum (das^heißt dem Zylinder des Motors) vorzusehen,, Außerdem muß die Verbindung zwischen den Röhren β und Sem Regenerator— gehäuse 4 fest sein_o Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher

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stattet jedoch eine Bewegung der "beiden Gehäuseabschnitte 1 und 7 gegeneinander, wobei die Röhren 9 leicht verformt werden können und den Bewegungen der Gehäuseabsehnitte in senkrechter. Richtung zu den Achsen der Abschnitte folgen.

In anderen Worten sind bei einer bestimmten temperatur die Gehäuseabscnnitte 1 und 7 koaxial angeordnet und die Röhren 9 gerade, während bei anderen Temperaturen die Gehäuseabschnitte 1 und 7 geringfügig voneinander abweichen und die Röhren 9 geringfügig gebogen sind. Da das Dichtungselement 10 jedoch nur gegen die End oberflächen der Gehäuseabschnitte 1 und 7 gepreßt wird, gestattet es die Bewegung der Gehäuseabschnitte 1 und 7 in senkrechter Richtung zu der Achse dieser Abschnitte und verhindert das Austreten von Kühlwasser.

Somit können die Spannungen in den Röhren 6 nach dem Anlassen und dem Abschalten des Heißgasmotors innerhalb annehmbarer Grenzen .gehalten werden.

Das Halteorgan 13 stellt sicher, daß die Röhren 9 ihren relativen Abstand in transversaler Richtung beibehalten, selbst wenn sie sich verbiegen oder geringfügig verformen. Da das Halteorgan 13 mit den inneren Oberflächen der Gehäuseabschnitte nicht in Berührung kommt, können sich die Verformungen oder Yerbiegungen der Röhren 9 gleichmäßig über die gesamte länge dieser Röhren verteilen. '

Obwohl die beiden Gehäuse abschnitte 1 und 7 nicht genau die gleiche axiale Länge aufweisen müssen, ist es von Yorteil, das Halteorgan 13 in der Nähe des Dichtungselements 10 zwischen den beiden Abschnitten anzuordnen, wobei die Wirkung des Halteorgans 13 dann die größte ist, wenn dieses in der Mitte zwischen den· Enden der Röhren 9 angeordnet ist.

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Claims

a t β η t a η sρ r VL c It e

1. Röhrenwärmeaustauseher, insbesondere für Kühler von Heißgasmotoren, umfassend ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse mit Endabdeckungen, eine Yielzahl von Röhren, durch die das Arheitsgas strömt und die in dem Gehäuse angeordnet sind und sich in axialer Richtung des Gehäuses erstrecken und fest mit den Endabdeekungen verbunden sind, wobei das Gehäuse mit Einlaß— und Auslaß-Öffnungen zum Hindurchführen des Kühlmediums durch das Innere des Gehäuses . in Berührung mit den Röhren versehen ist, dad u r c h gekennzeichnet, daß das' Gehäuse zwei im wesentlichen koaxial angeordnete Gehäuseabschnitte (t, 7) mit gegenüberliegenden Endabdeckungen (2, 8) umfaßt, zwischen denen ein. Dichtungselement (10) derart angeordnet ist, daß eine Bewegung der Abschnitte gegeneinander in senkrechter Richtung zu" den Achsen der Gehäuseabsehnitte möglich ist.

2. Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet d u r c h ein Halteorgan (13), das im wesentlichen senkrecht in der Mitte zwischen äen Enden der Röhren (9) angeordnet ist und die relativen Abstände der Röhren zueinander konstant hältv "'■··■

5· Wärmeaustauscher gemäß dien Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, daß die beiden Gehäuseabschnitte (1,7) im wesentlichen die gleiche axiale Mnge aufweisen»

Leersei-te