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Wärmetauscher
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Gattungsbegriff
der Patentanspruches 1.
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Bei herkömmlichen Wärmetauschern in Rohrbündelausführung sind die
Rohre in den Aufnahmeöffnungen der Rohrböden durch Schweißen, Rollen oder walzen
flüssigkeits- und gasdicht befestigt. Derartige Arbeitsverfahren zum Befestigen
der Rohre :1n den Rohrböden sind jedoch nur möglich, wenn die Wärmetauscherrohre
und die Rohrböden aus für solche Be;1rbeitungs gänge geeigneten Materialien bestehen.
Falls die Wärmetauscherrohre und/oder die Rohrböden aus Materialien bestehen, die
einer solcher Bearbeitung nicht zugänglich sind,
wie z.B. Glas,
Bleche aus korrosionsbeständigen Legierungen oder dgl., ist es im Zusammerihung
mit relativ dickwandigen Rohrböden bekannt, im Bereich der Aufnahmeöffnungen Stopfbuchsendichtungen
vorzusehen. Stopfbuchsen verursachen jedoch einen verhältnismäßig großen konstruktiven
Aufwand und behindern eine hinreichend enge Anordnung der einzelnen Wärmetauscherrohre.
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Bei Wärmetauschern mit Glasrohren und Rohrböden aus verhältnismäßig
dünnem, korrosionsbeständigem Blech ist es schließlich bekannt, die Rohre mit Silikon
in die Aufnahmeöffnungen einzugießen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß defekte
Rohre nur schwer ausgetauscht werden können.
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Es ist Aufgabe der Brfindung, einen Wärmetauscher der im Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1 angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß mit möglichst
geringem konstruktiven Aufwand ein fester Sitz und eine gute Abdichtung der Wärmetausclierrohre
in den Aufn:lhmeöffnungen der Rohrböden erzielt werden Außerdem soll die Möglichkeit
bestehen, die Wärmetauscherrohre mit verhältnismäßig engem Abstand zueinander anzuordnen
und im Bedurfsf:-lle auf einface Weise auszuw£ -:hseln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die erfindung ausgehend
von
einem Wärmetauscher gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Maßnahmen vor.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung von Doppelringdichtungen
der angegebenen Art an Wärmetauschern der angegebenen Gattung macht weitere Abdichtungseinrichtungen
( Aufnahmeräume für Dichtringe, Stopfbuchsen oder dgl. ) im Bereich der Aufnahmeöfftiungen
im Rohrboden überflüssig.
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Die Aufnahmeöffnungen können also als einfache, in das Blech des Rohrbodens
gestanzte oder gebohrte Löcher ausgebildet sein.
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Ebenso sind an der Außenwandung der Wärmetauscherrohre keinerlei Maßnahmen
erforderlich, so daß der konstruktive Aufwand insgesamt denkbar gering ist. Dennoch
werden ein fester Sitz und eine gute Abdichtung zwischen Wärmetauscherrohr um Rohre
boden erzielt. Wegen des geringen konstruktiven Aufwandes können die Wärmetauscherrohre
sehr eng nebeneinander angeordnet werden. Durch einfaches Aus- und Einschieben in
axialer Richtung können die Warmetauscheirohre im Bedarfsfalle leicht ausgewechselt
werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht gemäß Patentanspruch
2 vor, daß die beiden Ringe jeder Dichtung als Zylinderringe ( 0-Ringe ) ausgebildet
sind. Derartige, axial miteinander verbundene Zylinderringe ( Ringe ) mit
kreisrundem
Ringquerschnitt bilden am Auflenumfang des Dichtringes eine Rille mit nach innen
konvergierenden Seitenflächen, welche sich von gegenüberliegenden Seiten her an
den Rand der Aufnahmeöffnung im Rohrboden anlegen. Am Innenumfang des Dichtringes
bilden die beiden Zylinderringe ( 0-Ringe ) Wülste, die in axialer Richtung mit
Abstand zueinander angeordnet sind und sich von außen am Mantel des eingeschobenen
Wärmetauscherrohres anlegen. Da der Abstand der beiden Wülste in axialer Richtung
größer ist, als die Dicke des in der Rille aufgenommenen Rohrbodenbleches, wird
die Rille durch die vom Rohr auf die Wülste ausgeübten Kräfte im Sinne einer Verengung
der Rille zusammengedrückt, so daß die Abdichtwirkung am Rand der Aufnahmeöffnung
verstärkt wird. Außerdem hat di.e derart ausgebildete Dichtung in beiden Durchtrittsrichtungen
einen selbstdichtenden Effekt, weil die Zylinderringe ( 0-Ringe ) durch die jeweiligen
Druckkräfte in den abzudichtenden Spalt zwischen Rohr und Aufnahmeöffnung gedrückt
werden.
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Gemäß Patentanspruch 3 bestehen die Ringe zweckmäßig aus Gummi oder
Kunststoff, insbesondere aus Polyuretfan, mit einer Shore-Härte von 70° bis 800.
Ein derartiges Material hat einerseits eine ausreichende Elastizität und andererseits
die erforderliche Formsteifigkeit.
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Im Normalfalle werden die für den Wärmetauscher gemäß der
Erfindung
verwendeten Dichtungen gesondert angefertigt und in die Aufnahmeöffnungen eingesetzt.
Falls sie jedoch aus einem Material bestehen, welches die zum Einsetzen erforderliche
Verformbarkeit nicht besitzt, z.B. bei hitSbeständigen Dichtungen aus reinem Graphit,
können sie gemäß Patentanspruch 4 auch in die Aufnahmeöffnungen eingeformt werden.
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Um die Wärmetauscherrohre auf einfache Weise und ohne Beschädigung
der Dichtungen in die Aufnahmeöffnungen einschieben zu können, sind die Wärmetauscherrohre
gemäß Patentanspruch 5 mindestens an einem Ende leicht konisch eingezogen ausgebildet.
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Gemäß Patentanspruch 6 weise die Wärmetauscherrohre an einem ende
einenach außen vorstehenden Bördelrand auf, der von einer Seite her an der Dichtung
anliegt. Ein solcher Böri«l rand verhindert z.B. bei vertikaler Anordnung der Wärmetauscherrohre
ein Herausrutschen der Rohre, wobei die Dichtung zugleich als federnder axialer
Anschlag dient.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhnd der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: lig. 1 einen Schnitt durch zwei HoilrBöden mit daran
befestigten Wärmetauscherrohren;
Fig. 2 eine Draufsicht und einen
Schnitt eines Dichtringes; Fig. 3 einen Schnitt durch zwei Rohrböden mit einem Wärmetauscherrohr
anderer Ausführung.
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In der Zeichnung sind die beiden mit Abstand zueinander angeordneten
Rohrböden mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet. In den Rohrböden 1 und 2 befinden
sich jeweils Aufnahmeöffnungen 3 zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren 4 aus Glas.
Die Wärmetauscherrohre 4 sind an mindestens einem Ende leicht konisch eingezogen
und sind in den Aufnahmeöffnungen 3 der Rohrböden 1 und 2 durch Dichtringe 5 festgelegt.
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Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, bestehen die Dichtringe
5 jeweils aus zwei axial miteinander verbundenen Zylinderringen ( 0-Ringe ) 5a und
5b, welche am Außenumfang eine Rille 5c bilden, die zur AufraLme des Randes der
jeweiligen Aufnahmeöffnung 3 dient. Am inneren Umfang bilden die beiden Zylinderringe
( O-Ringe ) 5a und 5b zwei Dichtungwülste 5d und 5e, welche in axialer Richtung
mit Abstand zueinander angeordnet sind, welcher größer als die Dicke des jeweiligen
Rohrbodens 1 bzw. C ist.
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Die xbmessuIlgen der Aufnahmeöffnungen , der Zylinderringe ( 0-Ringe
) 5a und 5b und der W£trmetuscherrohre 4 sind so
aufeinander abgestimmt,
daß sich die Zylinderringe 5a und 5b beim Einschieben des Wärmetauscherrohres 4
etwas aufweiten und im Bereich der Rille 5c fest an den Rand der Aufnahmeöffnung
3 angepreßt werden. Da die Dichtungswülste 5d und 5e in axialer Richtung einen größeren
Abstand haben, als der Rohrboden 1 bzw. 2 dick ist, drücken die von dem Wärmetauscherrohr
4 auf die Dichtungswülste 5d und 5e ausgeübten Kräfte die konvergiererìlen Wände
der Rille 5c zusammen, so daß sich diese fest n den Rand der hufnahLeöffnung 3 anlegen.
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Der gesamte Dichtungsring 5 besteht aus Polyureian mit einer bis 80°.
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Shore-Härte von 70° Vergleichb@are Gummi- oder Kunststoffsorten kommen
ebenfalls infrage. Falls der Dichtungsring 5 aus hitzebeständigem Dichtungsmaterial,
z.B. Reingraphit, besteht, welches die zum Eirlsetzen des Dichtungsringes 5 in die
Aufnahmeöffnung 3 erforderliche Elastizität nicht hat, kann der Dichtungsring 5
alch mittels geeigneter Formpressen indie Aufnahmeöffnung eingepreßt sein.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist das Wärmetauscherrohr
4, welches hier senkrecht angeordnet ist, an einem Ende einen nach außen vorstehenden
Bördelrand 4a auf, der von oben an dem Dichtungsring 5 anliegt und sich dort abstützt.
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Patentansprüche
Be zugszeichenverzeichnis 1 = Rohrboden
2 = Rohrboden 3 = Aufnahmeöffnung 4 = Warmatauscherrohr 4a = Bördelrand 5 = Dichtungsring
5a = Zylinderring ( 0-Ring ) 5b = Zylinderring ( O-Ring ) 5c = Rille 5d = Dichtungswulst
5e = Dichtungswulst