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Wärmeaustauscher aus flexiblen Wärmeaustauscherelementen
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer Vielzahl von
flexiblen Wärmeaustauscherelementen mit Zu- und Abführvorrichtungen für Wärmeaustauschermedien
und mit Spannvorrichtungen für die Wärmeaustauscherelemente.
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Bekannt sind Wärmeaustauscher aus metallischen Werkstoffen, die aus
einem oft zylinderförmigen Gehäuse mit zwei Stirnplatten bestehen, zwischen welchen
rohr- oder plattenförmige Wärmeaustauscherelemente befestigt sind. Die Zu- und Ableitung
der Wärmeaustauschermedien erfolgt von den Stirnseiten für das eine Medium und durch
Zu- und Ableitungen an den Seiten des meist rohrförmigen Gehäuses für das andere
Wärmeaustauschermedium. Bei dieser Sorte Wärmeaustauscher erheben sich keine Probleme
mit dem Spannen der einzelnen Wärmeaustauscherelemente, weil sie durch die metallischen
Werkstoffe natürliche Festigkeit besitzen.
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Bekannt sind auch flexible Wärmeaustauscherelemente, die aus einem
beidseitig beschichteten Abstandhaltergewebe und Zu- und Ableitungen für das Wärmeaustauschermedium
bestehen (DE-OS 2 714 901). Diese haben für bestimmte Anwendungsgebiete hervorragende
Eigenschaften, insbesondere ist ihre Biegsamkeit für viele Verwendungszwecke von
großem Vorteil. Wenn sie jedoch zu größeren Einheiten zusammengefaßt werden sollen,
in welchen eine Vielzahl von ihnen mehr oder weniger parallel zueinander in einem
Gehäuse liegen, so erhebt sich das Problem, sie ohne Behinderung des durchfließenden
Wärmeaustauschermediums in gespanntem Zustand zu halten. Dies ist besonders dann
von Bedeutung, wenn auch das Gehäuse des Wärmeaustauschers
nicht
aus Metall, sondern aus Kunststoff besteht.
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Die Erfindung hat dieses Problem bei einem Wärmeaustauscher der eingangs
beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Wärmeaustauscherelemente an ihren beiden
Enden in Schlitze in jeweils einer gemeinsamen Stirnplatte des Wärmeaustauschers
geklebt sind, und daß sie mit Hilfe der Stirnplatten gehalten werden.
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Bevorzugt werden die beiden Stirnplatten durch zwischen ihnen nach
außen drückende Vorrichtungen gespannt gehalten.
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Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher und seine Funktionsweise werden
am besten anhand der Figuren 1 und 2 erklärt.
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Figur 3 zeigt einen Teil der cpannvorrichtung für die Wärmeaustauscherelemente.
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In den Figuren bedeuten: 1 Gehäuse, 2,2' Flansch, 3, 3' Stirnplatte,
4 Abstützvorrichtung, 5 Wärmeaustauscherelement, 6 Zuführstutzen, 7 Abführstutzen,
8 Zuführstutzen, 9 Abführstutzen, 10, 10' Dichtungen, 11, 11' O-Ringe,12,12' Schlitze,
13, 13' Deckel, 14 Zwischenraum, 15 Zwischenraum, 16, 16' äußerer Stützring, 17,
17' innerer Stützring, 18, 18' äußerer Führungsbolzen, 19, 19' innerer Führungsbolzen,
20 geteilter Aufhängering, 21 Spiraldruckfedern, 22 Streckzone, 23 Druckmuttern,
24, 24' VerschluB- bzw. Streckschrauben, 25, 25' Verschlußmuttern.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher,
und zwar in Richtung I , I von Figur 2, Figur 2 gibt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen
Wärmeaustauscher entlang II , II von Figur 1 wieder, Figur 3 zeigt einen Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, und zwar in Richtung III -III von
Figur 4. Figur 4 gibt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher
entlang IV -IV von Figur 3 wieder.
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Gehäuse 1 kann aus metallischen Werkstoffen bestehen, bevorzugt wird
es aber aus Kunststoff gefertigt sein.
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Es ist entweder rohrförmig oder von rechteckigem Querschnitt. Am Ende
des meist rohrförmigen Gehäuses 1 sind die Flansche 2 angebracht, die gemeinsam
mit Deckel 13 und 13', äußeren Stützringen 16 und 16', inneren Stützringen 17, 17',
Dichtungen 10, Verschlußschrauben 24 und Verschlußmuttern 25 für einen dichten Verschluß
des Wärmeaustauschers sorgen.
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Von Stirnplatte 3 zu Stirnplatte 3' erstrecken sich die Wärmeaustauscherelemente
5, welche in Schlitzen 12 der Stirnplatten 3 und 3' befestigt sind. Das Befestigen
erfolgt durch Verkleben oder Verschweißen der mit Kunststoff beschichteten Wärmeaustauscherelemente
5 mit dem Wandmaterial der Schlitze 12 in den Stirnplatten 3 und 3'. Bevorzugt besteht
das Beschichtungsmaterial der Wärmeaustauscherelemente 5 und das Material der Stirnplatten
3 und 3' aus demselben Kunststoff, so daß hervorragende Haftungen zwischen Wärmeaustauscherelementen
und Stirnplatte erzielt werden.
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Zwischen die Stirnplatten 3 und 3' werden die Abstützvorrichtungen
4 eingebracht. Auch sie können vorteilhaft wieder aus demselben Kunststoffmaterial
wie Gehäuse 1, Stirnplatten 3 und 3' und die Beschichtung der Wärmeaustauscherelemente
5 bestehen. Der Zwischenraum zwischen Stirnplatten 3 und 3' sowie Gehäuse 1 muß
ebenfalls durch Dichtungen abgedichtet werden, bevorzugt sind hier O-Ringe 11, 11'.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers soll im
folgenden an Hand von Figuren 1 und 2 am Wärmeaustausch zwischen zwei Wärmeaustauschermedien
im Gegenstrom erklärt werden.
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Das eine Wärmeaustauschermedium tritt durch den Zuführstutzen 6 zunächstin
den Zwischenraum 15 zwischen Deckel 13' und Stirnplatte 3' ein und verteilt sich
in diesem Zwischenraum 15. Von diesem aus durchströmt es die Wärmeaustauscherelemente
5 und verläßt diese wieder, um in den Zwischenraum 14 zwischen Stirnplatte 3 und
Deckel 13 einzutreten,welchen es in Richtung Abführstutzen 7 verläßt. Durch Abführstutzen
7 verläßt es ebenfalls den Wärmeaustauscher. Im Gegenstrom zu diesem Wärmeaustauschermedium
fließt ein zweites. Es tritt in den Wärmeaustauscher durch den Zuführstutzen 8 ein,
umspült innerhalb des Gehäuses 1 die Wärmeaustauscherelemente 5 von außen, tauscht
mit dem ersten Wärmeaustauschermedium Wärme aus und verläßt das Gehäuse 1 wieder
durch den Abführstutzen 9. Durch den besonders vorteilhaften Aufbau der Wärmeaustauscherelemente
5, welche vollflächig durchströmte, beidseitig beschichtete Doppelgewebe mit Abstandhalterfäden
sind, findet ein intensiver Wärmeaustausch zwischen beiden Wärmeaustauschermedien
statt. Die Abstützvorrichtungen 4 bewirken, daß die Wärmeaustauscherelemente 5 stets
gut gespannt sind und sich nicht berühren, wodurch der Wärmeübergang verschlechtert
würde.
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Figur 2 zeigt, daß beispielsweise bei einem rohrförmigen Wärmeaustauscher
die Abstützvorrichtung 4 gleichzeitig zum Ausfüllen vorhandener Toträume dienen
kann.
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Das die Wärmeaustauscherelemente umschließende Gehäuse 1 kann je nach
mechanischer und chemischer Belastung aus unlegiertem Stahl, aus technischem Stahl,
Polyvinylchlorid,
Polypropylen, Polyethylen, glasfaserverstärkten
Kunststoffen, Polytetrafluorethylen oder ähnlichen Kunststoffen bestehen.
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Das Gewebe der Wärmeaustauscherelemente 5 besteht je nach Anforderungen
an seine Eigenschaften aus Polyestern, Polyamiden, Polytetrafluorethylen, Glas oder
ähnlichen Fadenmaterialien; vorzugsweise aus Monophilen dieser Materialien. Die
Beschichtung dieser Doppelgewebe mit Abstandhalterfäden besteht aus Kunststoffen
oder Gummi.
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Ebenso wie das Gehäuse 1 ist üblicherweise auch Stirnplatte 3 und
Stirnplatte 3' aus Kunststoffen gefertigt. Stirnplatten 3 und 3' bestehen entweder
aus einem einzigen Stück oder aus mehreren Teilen. Wenn sie aus mehreren Teilen
bestehen, muß für starre Verbindung dieser einzelnen Teile gesorgt werden.
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Im folgenden werden zunächst noch Figuren 3 und 4 näher erläutert.
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Zwischen die Stirnplatten 3 und 3' werden die Abstützvorrichtungen
4 und 4' eingebracht. Sie werden durch die inneren Führungsbolzen 19, 19' gehalten.
Da sich die Wärmeaustauscherelemente 5 bei erhöhter Mediums temperatur der Länge
nach ausdehnen, muß der Stützkäfig, bestehend aus Stirnplatten 3, 3' und Abstützvorrichtungen
4 und 4', flexibel gestaltet werden. Dies wurde bei der vorliegenden Erfindung derart
gelöst, daß die Stirnplatte 3 durch den geteilten Aufhängering 20 am Gehäuse 1 befestigt
wird.
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Die Ausdehnung der Wärmeaustauscherelemente 5 wird dann durch ein
Senken der Stirnplatte 3' durch ihr eigenes Gewicht ausgeglichen. Durch die inneren
Führungsbolzen 19, 19' sowie die äußeren Führungsbolzen 18, 18' werden dann die
Stirnplatten 3 und 3' sowie die Abstützvorrichtungen 4 in ihrer ursprünglichen Lage
gehalten.
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Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine äußere Spannvorrichtung für die
Wärmeaustauscherelemente 5.Figur 5 gibt nur den unteren Teil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wieder, der obere, nicht dargestellte Teil ist identisch mit dem nach
Fig. 3. Der Stützkäfig, bestehend aus Stirnplatten 3, 3' und Abstützvorrichtungen
4 für die Wärmeaustauscherelemente ist wiederum mit dem geteilten Aufhängering 20
an der Stirnplatte 3 aufgehängt. Der Stützkäfig für die Wärmeaustauscherelemente
ist bis auf Stirnplatte 3' wie bei der Innenspannvorrichtung (Figuren 3 und 4) ausgebildet.
Die Stirnplatte 3' ist hier als Flanschring ausgebildet.
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Sie bildet nun mit dem äußeren Stützring 16', Deckel 13' sowie Dichtung
10' den unteren Abschluß des inneren Austauscherraumes. Die dafür verwendeten Verschlußschrauben
24'haben einen verlängerten Schaft. Auf diesem wird der untere Flansch 2' geführt.
Durch Einbau von Druckfedern, hier Spiraldruckfedern 21, auf die Schraubenschäfte
können das Gehäuse 1 und der Stützkäfig gegeneinander verschoben werden und gleichen
somit die Verlängerung der Wärmeaustauscherelemente aus. Dieser Ausgleich kann durch
die Druckmuttern 23 nachgestellt werden.
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