DE3200046A1 - Verfahren zur herstellung eines waermeaustauschers sowie waermeaustauscher - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines waermeaustauschers sowie waermeaustauscher

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Description

Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der französischen Anmeldung Nr. 81.00028 vom 5. Januar 1981 in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers sowie einen Wärmeaustauscher.
Ein Wärmeaustauscher mit einem Bündel parallel verlaufender Rohre weist im allgemeinen · zwei parallel angeordnete Platten auf, in welche in geeigneter Weise verteilte Löcher oder Öffnungen eingebracht sind, sowie ein Bündel von parallel verlaufenden Rohren, mittels derer jede Öffnung in der einen der beiden Platten mit einer Öffnung in der anderen Platte kommunizierend verbunden ist. Eine von zwei an dem Wärmeaustauscher beteiligten Flüssigkeiten zirkuliert innerhalb der verschiedenen Rohre, während die andere Flüssigkeit außerhalb der Rohre strömt.
Wird ein solcher Wärmeaustauscher zur Wiedergewinnung der Kalorien verwendet, die korrosiven Fluiden entstammen, zum Beispiel Dämpfen bei der Entwässerung organischer Stoffe in der Art von Futterpflanzen, so müssen die Austauschflächen relativ groß sein, und wenn die Platten sowie die Rohrbündel aus oxidationsfreiem Stahl hergestellt und damit gegen aggressive Dämpfe beständig sind, so sind Gewicht und Herstellungskosten sehr hoch, wodurch die Wiedergewinnung der Wärme nicht mehr rentabel ist.
Dipl.-lng. Otto Flüge!, Dipl.-Ing. Manfred Siigor, Patcntanwällc, Cosimastr. 81, D-8 München 81
Zur Lösung dieses Problems wurden bereits Wärmeaustau-, scher vorgeschlagen, deren parallel verlaufende Rohre aus korrosionsbeständigem Kunststoff hergestellt sind. Wärmeaustauscher dieser Art sind zum Beispiel in den PR-PS'n 2 229 032 und 2 353 035 beschrieben. Bei solchen Kunststoffrohren stellt sich jedoch das Problem der Befestigung der Rohrenden an den Lochplatten. Zu diesem Zweck wurden bisher umfangreiche und teuere Vorrichtungen verwendet, die oftmals mehrere fertigbearbeitete Teile aufweisen.
Damit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeaustauschern zur Verfügung zu stellen, nach welchem die Befestigung der Rohre äußerst einfach und der Herstellungspreis für Wärmeaustauscher entsprechend niedrig ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Dazu ist das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers mit einem Bündel parallel verlaufender Kunststoff rohre, deren äußerste Endabschnitte in den Löchern der beiden parallel angeordneten Lochplatten festzulegen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in den Endabschnitt eines jeden an einer Lochplatte festzulegenden Rohres ein rohrförmiger Einsatz eingesetzt wird, der gegen die durchströmende, aggressive Flüssigkeit beständig ist, und der einen Außendurchmesser aufweist, der in etwa dem Innendurchmesser des Rohres entspricht. Danach wird der den Einsatz aufnehmende Endabschnitt des Kunststoffrohres in das Loch bzw. die öffnung eingesetzt, deren Durchmesser in etwa dem Rohrdurchmesser entspricht, und der Einsatz wird schließlich innerhalb des Rohres
Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München
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mechanisch verformt und damit eine diametrale Ausdehnung des Einsatzes zu bewirken, so daß die Rohrwandung zwischen dem diametral ausgedehnten Einsatz und den Seiten der Öffnung festgeklemmt wird bzw. festsitzt.
Nach einem ergänzenden Merkmal der Erfindung wird der äußerste Endabschnitt des Einsatzes zur Außenseite hin ausgebaucht, und zwar in einer Weise, daß eine Art Fassung des Endabschnitts des Einsatzes und desjenigen des Kunsstoffrohres gebildet wird.
Auf diese Weise lassen sich die Rohrenden sehr schnell und einfach befestigen, und der notwendige Vorgang kann bei mehreren Rohren gleichzeitig ausgeführt werden. Dadurch werden die Herstellungskosten für einen Wärmeaustauscher erheblich gesenkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es folgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers;
Fl9· L einen teilweisen Achsenschnitt zur Darg* stellung der Befestigung des Endes eines Rohres an einer transversalen Platte vor bzw. nach der diametralen Ausdehnung des Einsatzes;
Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-lng. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
jeweils einen Achsschnitt, zur Darstellung verschiedener Befestigungsformen des Rohrendes vor bzw. nach der diametralen Ausdehnung des Einsatzes;
jeweils einen Achsschnitt zur Darstellung verschiedener Ausführungsformen des für die Befestigung der Rohre verwendbaren Einsatzes.
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Der Wärmeaustauscher in Fig.1 weist vier identisch ausgebildete Bausätze 1,2,3,4 mit jeweils einer oberen Platte 5 und einer unteren Platte 6 auf, wobei die Platten mit in vertikaler Richtung fluchtenden Löchern bzw. Öffnungen versehen sind. Zwei dieser Löcher sind jeweils durch vertikal verlaufende und parallel zueinander angeordnete .Rohre 7 verbunden, die aus korrosionsbeständigem Kunststoff, z.B. aus netzartig^ geripptem Polyäthylen, hergestellt sind..Der Wärmeaustausch erfolgt zwischen zwei Flüssigkeiten, die innerhalb bzw. außerhalb der Rohre 7 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Richtung strömen.
Zur Anbringung bzw. Befestigung der oberen und unteren Enden der aus Kunststoff hergestellten Rohre 7 jeweils an den horizontal angeordneten oberen und unteren Platten 6 und 7 werden zylinderförmig oder geringfügig kegelstumpfartig ausgebildete Einsätze verwendet, deren Außendurchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Rohre 7 entspricht. In den Figuren 10 bis 13 sind verschiede-
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ne Ausführungsformen der für die Befestigung der Rohre 7 verwendeten Einsätze gezeigt, nämlich ein zylinderförmiger Einsatz 8 (Fig.10), ein bis zu einem gewissen Grad kegelstumpfförmig ausgebildeter Einsatz 9 (Fig.11), ein zylinderförmiger Einsatz 10 mit einem äußeren, transversal dazu verlaufenden ringförmigen Rand 11 an einem der beiden Enden (Fig.12) oder ein geringfügig kegelstumpfförmig ausgebildeter Einsatz 12 mit einem äußeren, transversal dazu verlaufenden ringförmigen Rand 13 an der Stelle mit größerem Durchmesser (Fig.13)
Die nachstehende Beschreibung erfolgt im Zusammenhang mit der Verwendung eines zylinderförmigen Einsatzes 8 ohne Rand, gilt jedoch gleichermaßen auch im Zusammenhang mit der Verwendung aller anderen Ausführungsformen des Einsatzes.
Bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Befestigungsform ist die obere Platte 5 mit einem Loch bzw. einer öffnung 14 versehen, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Rohres 7 entspricht und in welche der den zylinderförmigen Einsatz 8 aufnehmende obere Endabschnitt des vorgenannten Rohres eingesetzt wird. Der äußere Rand des Einsatzes 8 ist bündig mit dem entsprechenden Rand des Rohres 7. Der Endabschnitt des Rohres 7 und der Einsatz 8 können geringfügig über die Platte 5 hinausreichen, wie das in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, oder aber mit der Oberseite der Platte 5 fluchten.
Sind das Rohr 7 und der Einsatz 8 wie oben beschrieben einmal in die öffnung 14 eingesetzt, so ist, wie .in Fig. 3 gezeigt, für die diametrale Ausdehnung des Einsatzes 8 zu sorgen, um zwischen dem Rohr 7 und der Platte 5 eine feste Verbindung herzustellen. Die Ausdehnung des Ein-
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satzes 8 bewirkt, daß die Wandung des Rohres 7 bildende Kunststoffschicht zusammengedrückt wird, die sich zwischen dem vorgenannten Einsatz und dem Rand der Öffnung 14 befindet. Durch dieses Zusammendrücken wird das obere Ende des Rohres 7 sicher festgelegt. Die Befestigung kann noch verbessert werden, indem der Einsatz 8 und das Rohr 7 über die Platte 5 hinausragen, und zwar so, daß das obere Ende des Einsatzes 8 in seinem äußeren Bereich 8a ausgeweitet werden kann. Diese ausgeweitete oder kegelstumpfförmige Ausbildung, die von der Spitze bzw. Oberseite zur Rohrinnenseite hin gerichtet ist, hat zur Folge, daß das obere Ende 7a des Rohres 7 nach außen umgebogen bzw. abgekantet wird und dabei einen kegelstumpfförmigen Bund bildet. Die Fassung des äußeren Endes 8a des Einsatzes 8 trägt ebenfalls zur besseren Befestigung des Rohres 7 in der Öffnung 14 der Platte 5 bei.
Die in den Fig.2 und 3 gezeigte Befestigungsform eignet sich insbesondere für den Fall, daß die Platte 5 dünn oder dick ausgebildet und für niedrige Temperaturen eingesetzt wird.
In den Figuren 4 und 5 ist eine Befestigungsform des Rohres 7 in einer Öffnung 15 einer Platte 5 gezeigt, die relativ dünn ausgebildet ist. Die Öffnung 15 ist durch eine zylinderförmige, nach unten aus der horizontal verlaufenden Platte gebogene Umrandung 5a begrenzt. Die Befestigung des oberen Endes des Rohres 7 erfolgt, wie vorstehend bereits beschrieben, durch die diametrale Ausdehnung des Einsatzes 8 an der Stelle der Umrandung 5a und die Ausweitung des äußeren Endes 8a des Einsatzes 8. Aus diesem Grund bildet das obere Ende 7a des Rohres 7 einen kegelstumpf förmig ausgeweiteten Bund bzw. Kragen, der zwischen dem ausgeweiteten Ende 8a des Einsatzes 8 und dem abgerundeten Bereich 5b, durch welchen die Umrandung 5a mit dem Rest der Platte 5 verbunden ist, eingeklemmt ist bzw.
Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
- 10 festsitzt.
Die anhand der Figuren 4 und 5 eben beschriebene Befestigungsform eignet sich insbesondere in all den Fällen, in denen bedeutende thermische Einschnürungen auftreten.
In den Figuren 6 und 7 ist eine Befestigungsform gezeigt, die sich für Platten 5 großer Dicke eignet. In diesem Fall weist jedes Loch bzw. jede Öffnung 16 der Platte 5 an der Mantelwandung zumindest eine ringförmige Nut 17 auf, deren Querschnittsprofil beispielsweise V-förmig ausgebildet ist. Wie bei den vorstehend beschriebenen Beispielen erfolgt auch hier die Befestigung des oberen Endabschnitts des Rohres 7 durch die diametrale Ausdehnung des Einsatzes 8 und dadurch, daß an der Mantelfläche des Einsatzes 8 an der Stelle der Nut 17 gleichfalls ein ringförmiger Wulst 18 gebildet wird, durch welchen der Kunststoff in Richtung der Nut 17 gedrückt wird. Die Verankerung des Rohres. 7 durch die Platte 5 wird also weitgehend verstärkt, und diese Befestigungsweise ist insbesondere in all den Fällen geeignet, wo Anforderungen an Mechanik und Hygiene gegeben sind.
Bei der in den Fig.8 und 9 beschriebenen Befestigungsform ist in der Platte 5 großer Dicke eine Öffnung 19 ausgebildet, deren Mantelwandung eine Vielzahl von transversalen, d.h. in radialen, axial gegeneinander versetzten Ebenen verlaufenden ringförmigen Nuten 20 aufweist, deren Querschnittsprofil beispielsweise V-förmig ausgebildet ist. Hier bewirkt die diametrale Ausdehnung des Einsatzes 8 eine Verdrängung des Kunststoffes in diese Nuten 20 und eine feste Verankerung des Rohres 7 in der Platte 5.
Dipl.-Ing. Otto Hügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-S München 81
- 11 -
Die Platten 5 und 6, in deren öffnungen die Rohrenden festgelegt sind, können je nach den zu behandelnden Erzeugnissen aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden, so zum Beispiel aus Stahl, oxidationsfreiem Stahl, Titan, Stahl mit einem Korrosionsschutzfilm und dergleichen. In gleicher Weise können die Einsätze 8,9,10,12 aus einem Werkstoff hergestellt sein, dessen Eigenschaften wie mechanische Widerstandsfähigkeit und zugleich Verformbarkeit den an sie gestellten Anforderungen genügen, wie zum Beispiel Messing, Kupfer, Aluminium, Stahl, oxidationsfreier Stahlt usw.. Die Länge der Einsätze richtet sich nach den mechanischen Anforderungen an die Rohre. In jedem Falle muß die durch die Ausweitung erreichte bleibende Verformung der Einsätze den gegebenenfalls durch die Rückstellkräfte der Kunststoffrohrwandung auftretenden Belastungen gewachsen sein.
Bausätze modules
1 ..."
c» · · ·
J · · ·
4 ..., obere Platte plague superieure
•D · · · nach unten gebogene Um
randung
abgerundeter Bereich		 bord replie vers Ie bas
partie arrondie
j ei · · ·
5b...		 untere Platte plaque inferieure
6 ... vertikale Rohre tubes verticaux
7 ... oberes Rohrende l'extremite superieure
du tube
7a... rohrförmiger Einsatz insert tubulaire
8 ... äußerer Bereich partie externe
8a... Einsatz insert
9 "J
10... Γ		 ringförmiger Rand rebord annulaire
J
11...		 Einsatz insert
12... ringförmiger Rand rebord annulaire
13. . . öffnung trou
14. . . Platte' plaque
15... öffnung trou
16.. . ringförmige Nut gorge annulaire
17.. . ringförmiger Wulst bourrelet annulaire
18... Öffnung trou
19. .. Nut gorge
20...
-Λ -
Leerseite

Claims (10)

  1. Dipl.-Ing. Otto Flügel, DipL-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
    Marc DAGUES
    33, rue Diderot
    58640 Varennes-Vauzelles
    Frankreich 11.935
    VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WÄRMEAUSTAUSCHERS SOWIE WÄRMEAUSTAUSCHER
    Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers mit einem Bündel parallel verlaufender Kunststoffrohre, deren Endabschnitte in Öffnungen festzulegen sind, die in zwei parallel angeordneten Platten ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endabschnitt eines jeden an einer Lochplatte (5,6) zu befestigenden Rohres (7) ein rohrförmig ausgebildeter Einsatz (8) eingesetzt wird, der aus einem gegen durchströmende aggressive Flüssigkeiten beständigen Werkstoff hergestellt ist und einen Außendurchmesser aufweist, der annähernd dem Innendurchmesser des Rohres entspricht, daß dann der mit dem Einsatz (8) versehene Endabschnitt des Kunststoffrohres (7) in die Löcher bzw. Öffnungen (14,15,17,19) eingesetzt wird, deren Durchmesser annäherend dem Durchmesser des Rohres entspricht, woraufhin der Einsatz (8) innerhalb des Rohres (7) mechanisch in einer Weise verformt wird, die eine diametrale Ausdehnung des Einsatzes (8) und damit ein Zusammendrücken bzw. Stauchen und Festklemmen der Wandung des Rohres (7) zwischen dem ausgeweiteten Einsatz (8) und der Mantelfläche der Öffnung (14,15,17,19) bewirkt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Endabschnitt (8a) des Einsatzes (8) in einer Weise nach außen erweitert bzw. ausgedehnt wird, daß zusätzlich das Ende des Einsatzes (8) und das Ende (7a) des Kunststoffrohres (7) eingefaßt
    Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
    bzw. erfaßt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß bereits vorher in der relativ dünnen Platte (5) ein Loch bzw. eine Öffnung (15) ausgebildet wird, die durch eine zylindrische, gebogene Umrandung (5a) begrenzt und durch einen abgerundeten Bereich (5b) mit der restlichen Platte (5) verbunden ist, und daß das Ende (8a) des Einsatzes und das Ende (7aj des Rohres auf den abgerundeten Bereich (5b) gesetzt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a durch gekennzeichnet, daß bereits vorher in der Platte (5) großer Dicke eine Öffnung (16) ausgebildet wird, die in der Mantelwandung zumindest eine ringförmige Nut (17) aufweist, und daß an der Mantelwand des Einsatzes (8) an der Stelle der Nut (17) bei der diametralen Ausdehnung des Einsatzes (8) ein ringförmiger Wulst (18) gebildet wird, durch welche der Kunststoff in Richtung der Nut (17) gedrückt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a durch gekennzeichnet, daß bereits vorher in der Platte (5) sehr großer Dicke eine Öffnung (19) ausgebildet wird, deren Mantelwandung eine Vielzahl transversaler, ringförmiger Nuten (20) aufweist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß ein Einsatz (8,10) zylindrischer Ausbildung verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Einsatz (10) an einem seiner Enden einen äußeren, in radialer Ebene nach aussen verlaufenden, ringförmigen Rand (11) aufweist.
    Dipl.-Ing. Otto Flügel, Dipl.-lng. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringfügig kegelstumpfförmig ausgebildeter Einsatz (9,12) verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmig ausgebildete Einsatz (12) an dem größer bemessenen axialen Ende einen in radialer Ebene nach außen gerichtet verlaufenden, ringförmigen Rand aufweist.
  10. 10. Wärmeaustauscher mit einem Bündel parallel verlaufender Rohre aus Kunststoff, der in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
DE19823200046 1981-01-05 1982-01-04 Verfahren zur herstellung eines waermeaustauschers sowie waermeaustauscher Withdrawn DE3200046A1 (de)

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