-
Rohrwärmetauscher.
-
Die Erfindung betrifft einen Rohrwärmetauscher mit einem von zwei
Stirnwänden und einem äußeren Mantel begrenzten Wärmetauscherraum, mit einem den
Wärmetauscherraum zwischen den beiden Stirnwänden durchquerenden Bündel paralleler,
durch die Stirnwände in Stirnkammern mündender Wärmetauscherrohre, wobei der Wärmetauscherraum
mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein erstes Strömungsmittel versehen ist und
wobei ein Einlaßstutzen fur ein zweites, die Stirnkammern und die Wärmetauscherrohre
durchströmendes Strömungsmittel an eine der Stirnkammern und ein Auslaßstutzen für
dieses zweite Strömungsmittel ebenfalls an eine der Stirnkammern angeschlossen ist.
-
Rohrwärmetauscher dieser Art sind bekannt, wobei das zweite Strömungsmittel
entweder im Gegenstrom zum ersten Strömungsmittel von der einen zur anderen Stirnkammer
strömt, oder aber eine der Stirnkammern etwa in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre
und in der Mitte des Rohrbündels durch eine Trennwand in eine Einströmkammer und
eine Ausströmkammer unterteilt ist, so daß das zweite Strömungsmittel von der Einströmkammer
zur anderen, als Umlenkkammer dienenden Stirnkammer und dann zurück zur Ausströmkammer
strömt.
-
Insbesondere bei Abgaswärmetauschern, bei welchen die Wärmetauscherrohre
von einem Abgas durchströmt werden, erweist sich von Zeit zu Zeit eine Reinigung
der Wärmetauscherrohre als notwendig. Hierzu ist es bei bekannten
Wärmetauschern
erforderlich, die zusammen mit der jeweiligen Stirnwand die Stirnkammern begrenzenden,
kappenförmigen Bauteile abzunehmen Da diese Bauteile mit den Einlaß- und/oder Auslaßstutzen
versehen sind, ist es erforderlich, den Wärmetauscher zur Reinigung aus den Leitungen
auszubauen, damit die erwähnten kappenförmigen Bauteile abgenommen werden können
und die Wärmetauscherrohre für die Reinigung zugänglich werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rohrwärmetauscher der eingangs
erwähnten Art so auszugestalten, daß die Wärmetauscher zur Reinigung der Wärmetauscherrohre
mit den Anschlußleitungen verbunden bleiben können Die Lösung dieser Aufgabe besteht
darin, daß beide Stirnkammern an ihrer Seite, welche der diese Stirnkammer begrenzenden
Stirnwand gegenüberliegt, durch einen zumindest etwa die Projektion des Rohrbündelquerschnitts
auf diese Seite abdeckenden, abnehmbaren Deckel verschlossen sind und daß die Ein-
und Auslaßstutzen außerhalb des vom Deckel eingenommenen Bereichs in die Stirnkammer
münden.
-
Durch diese Konstruktion ist es zur Reinigung lediglich erforderlich,
die Deckel der Stirnkammern abzunehmen, ohne den Wärmetauscher ausbauen zu müssen,
so daß sich eine sehr einfache und zeitsparende Reinigung ergibt.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß bei
Wärmetauschern, bei welchen eine der Stirnkammern
als Anschlußkammer
etwa in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre und in der Mitte des Rohrbündels durch
eine Trennwand in eine Einströmkammer und eine Ausströmkammer unterteilt ist, der
Einlaß- und der Auslaßstutzen quer zur Trennwand miteinander fluchtend in die Einström-
bzw, die Ausströmkammer münden.
-
Diese Konstruktion ermöglicht nicht nur eine gedrungene Bauform des
Wärmetauschers, sondern auch eine besonders einfache Montage, weil die Abgasleitung
lediglich auf die Länge zwischen Einlaß- und Auslaßstutzen unterbrochen und an Stelle
des herausgetrennten Leitungsteilstücks der Wärmetauscher eingesetzt werden muß.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
-
Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.
-
Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, in eine
Abgasleitung eingesetzten Wärmetauschers und Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig.
1 gezeigten Wärmetauscher, wobei die Ein- und Auslaßstutzen 0 für das Abgas um 90
versetzt dargestellt sind.
-
Der erfindungsgemäße, insgesamt mit 10 bezeichnete Wärmetauscher weist
eine im wesentlichen zylinderische Bauform auf, wobei nahe seinem einen Ende ein
Einlaßstutzen
12 und ein Auslaßstutzen 14 angeordnet sind, welche
bezogen auf die Längsachse 36 des Wärmetauschers 10 in radialer Richtung und miteinander
fluchtend angeordnet sind, so daß der Wärmetauscher 10 nach Heraus trennen eines
passenden Teilstücks aus einer Abgasleitung 16 in die so gebildete Lücke eingesetzt
werden kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Für das vom Abgas Wärme aufnehmende
Strömungsmittel, beispielsweise Wasser, sind gegenüber dem Einlaßstutzen 12 und
dem Auslaßstutzen 14 bezogen auf die Wärmetauscherlängsachse 36 um 900 versetzte
Anschlüsse vorgesehen, von welchen in Fig. 1 ein Einlaß 18 dargestellt ist, welcher
mit einer Wasserzulaufleitung 20 verbunden ist. Die aus dem Wärmetauscher 10 herausführende
Leitung für das erwärmte Wasser ist mit 22 bezeichnet. Die beiden Stirnseiten des
Wärmetauschers 10 sind jeweils mit einem Deckel 24 bzw. 26 verschlossen. Wie deutlich
aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die Deckel 24 und 26 abgenommen werden, ohne
daß der Wärmetauscher aus den an ihn herangeführten Leitungen ausgebaut werden muß.
-
Der Wärmetauscher 10 enthält, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, einen
Wärmetauscherraum 28, der von zwei kreisscheibenförmigen Stirnwänden 30 und 32,
sowie einem sich zwischen den beiden Stirnwänden 30 und 32 erstreckenden zylindrischen
Mantel 34 begrenzt wird. Zwischen den Stirnwänden 30 und 32 erstrecken sich parallel
zur Längsachse 36 des Wärmetauschers unter Bildung eines Rohrbündels 38 Wärmetauscherrohre
40. Diese Wärmetauscherrohre 40 sind durch die Stirnwände 30 und 32
hindurchgeführt.
-
Jenseits der Stirnwände 30 und 32 befinden sich im Anschluß an den
Wärmetauscherraum 28 Stirnkammern 42 bzw.
-
44, welche einerseits von den Stirnwänden 30 bzw. 32 begrenzt werden,
und andererseits von zylinderischen Wandungselementen 46 bzw 48, welche in Verlängerung
des Mantels 34 angeordnet sind, und durch die Deckel 24 bzw. 26.
-
Die Stirnkammer 42 ist als Anschlußkammer ausgebildet und wird durch
eine in Bezug auf die Längsachse 36 diametral verlaufende Trennwand 50 in eine Einströmkammer
52 und eine Ausströmkammer 54 unterteilt. Der Einlaßstutzen 12 mündet in die Einströmkammer
52, der Auslaßstutzen 14 in die Ausströmkammer 54. In Bezug auf die Zeichnungsebene
der Fig. 2 ist die Trennwand 50 0 z.B, unter 45 geneigt angeordnet.
-
Die Stirnkammer 44 ist nicht unterteilt und dient als Umlenkkammer
für das den Wärmetauscher durchströmende Abgas.
-
In gleicher Weise wie die als Anschlußkammer dienende Stirnkammer
42 ist auch der Wärmetauscherraum 28 durch eine Trennwand 56 unterteilt, welche
der Stirnwand 32 benachbart eine Durchbrechung 58 aufweist. Der Stirnwand 30 benachbart
sind gegenüber dem Einlaßstutzen 12 und dem Auslaßstutzen 14 um 900 versetzt in
den Wärmetauscherraum 28 einmündend der Einlaß 18 und diametral
gegenüberliegend
ein Auslaß 60 im Mantel 34 angeordnet, wobei der Einlaß 18 und der Auslaß 60 auf
unterschiedlichen Seiten der Trennwand 56 in den Wärmetauscherraum 28 münden.
-
Schließlich ist der Stirnwand 32 benachbart im Mantel 34 noch ein
Entleerungsstutzen 32 angeordnet Zur Befestigung der Deckel 24 bzw. 26 dienen die
Deckel durchquerende Gewindebolzen 64 und 66, auf welche von außen Befestigungsmuttern
68 aufgesetzt und nach dem Festspannen der Deckel durch geeignete Sicherungselemente
festgelegt werden können.
-
Der Gewindebolzen 64 ist an der Trennwand 50 angebracht, währen der
Gewindebolzen 66 die Stirnkammer 44 durchquert und an der Stirnwand 32 befestigt
ist.
-
In der Trennwand 50 ist eine Öffnung 70 angeordnet, welche durch eine
Klappe 72 verschließbar ist, wobei zur Betätigung der Klappe 72 ein nicht gezeigter
Stellmotor verwendet werden kann. Der Stellmotor kann durch einen die Temperatur
am Auslaß 60 überwachenden Temperaturfühler gesteuert werden, so daß zwischen dem
Einlaßstutzen 12 und dem Auslaßstutzen 14 eine Kurzschlußverbindung herstellbar
ist, wenn das über den Einlaß 18 zuströmende Medium im Wärmetauscher 10 die gewünschte
Temperatur erreicht hat.
-
Wenn die Klappe 72 geschlossen ist, strömt das Abgas vom Einlaßstutzen
12 über die Einströmkammer 52 und über die eine Hälfte der Wärmetauscherrohre 40
zur Stirnkammer 44 und von dort über die andere Hälfte der Wärmetauscherrohre 40
zur Ausströmkammer 54 und von dort über den Auslaßstutzen 14. Entgegen dieser Strömungsrichtung
tritt das zu erwärmende Wasser über den Einlaß 18 in den Wärmetauscherraum 28 in
jenem Bereich ein, in welchem das Abgas die Wärmetauscherrohre 40 in Richtung auf
die Ausströmkammer 54 verläßt. Durch die Trennwand 56 wird das Wasser gezwungen,
im Gegenstrom an den Wärmetauscherrohren 40 entlangzuströmen, so daß es der Stirnwand
32 benachbart über die Durchbrechung 58 zu jenen Wärmetauscherrohren gelangen kann,
welche das Abgas von der Einströmkammer 52 zur Stirnkammer 44 leiten. Auch diese
Wärmetauscherrohre werden im Gegenstrom umspült, worauf dann das Wasser der Stirnwand
30 benachbart den Wärmetauscherraum 28 über den Auslaß 60 verläßt.
-
Es ergibt sich somit eine besonders gedrungene Wärmetauscherbauform,
welche auf einfache Weise dauerhaft in eine Abgasleitung eingefügt werden kann.
Zur Reinigung der Wärmetauscherrohre 40 ist es nur erforderlich, die Deckel 24 und
26 abzunehmen, worauf dann ungehinderter Zugang zu den Wärmetauscherrohren 40 besteht.
-
Die Kurzschlußeinrichtung 70, 72 bietet die Möglichkeit, auf einfache
Weise die gewünschte Wassertemperatur einzuhalten und nur dann Abgas durch den Wärmetauscher
zu leiten, wenn eine Wärmezufuhr benötigt wird.
-
Da sich bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers als
Abgaswärmetauscher das die Wärmetauscherrohre 40 durchströmende Abgas auf seinem
Weg von der Einströmkammer 52 zur Ausströmkammer 54 fortschreitend abkühlt, verringert
sich sein Volumen, so daß bezogen auf einen gleichbleibenden Strömungsquerschnitt
die Strömungsgeschwindigkeit abnehmen wird. Dies hat nicht nur eine Beeinträchtigung
des Wärmeübergangs, sondern auch eine stärkere Ablagerung von Feststoffen in den
Wärmetauscherrohren zur Folge.
-
Als vorteilhafte Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, daß die Wärmetauscherrohre,
welche den mit dem Auslaß 60 verbundenen,-mit 28a bezeichneten Abschnitt des Wärmetauscherraums
28durchziehen und in welche das Abgas aus der Einströmkammer 52 mit seiner anfangs
hohen Temperatur eintritt, einen insgesamt größeren Strömungsquerschnitt aufweisen,
als die den anderen Abschnitt 28b durchziehenden Rohre 40, aus welchen das abgekühlte
Abgas schließlich in die Ausströmkammer 54 aus tritt. Dies kann entweder dadurch
erreicht werden, daß die Zahl der den Abschnitt 28a durchziehenden Rohre 40a größer
ist, als die Zahl der Wärmetauscherrohre 40b im Abschnitt 28b, wobei der Querschnitt
der Rohre gleich groß ist, oder aber daß der Querschnitt der durch den Abschnitt
28a geführten Rohre 40a größer ist als der Querschnitt der durch den Abschnitt 28b
geführten Rohre 40b, während die Zahl der beide Abschnitte 28a und 28b durchziehenden
Rohre gleich ist9 Es ist aber auch ein Kombination beider
Maßnahmen
möglich. Dabei sollte der Querschnittsunterschied so bemessen we-rden, daß die mittlere
Strömungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Temperaturabnahme in den den
Abschnitt 28a durchziehenden Wärmetauscherrohren 40a etwa gleich groß ist wie in
den den Abschnitt 28b des Wärmetauscherraums 28 durchziehenden Wärmetauscherrohren
40b.
-
Zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit bei Beibehaltung großer
Wärmeübergangsflächen können in die Wärmetauscherrohre 40 Verdrängungskörper, z.B.
in Form konzentrischer Kernrohre 74 eingesetzt werden, wie dies in Fig. 2 in einem
Ausschnitt beispielsweise dargestellt ist. Dabei kann der oben erläuterte Unterschied
der Strömungsquerschnitte durch Verdrängungskörper mit unterschiedlichem Querschnitt
in Wärmetauscherrohren 40a und 40b mit gleichem Querschnitt erreicht werden.