DE3601588A1 - Rohrbuendelwaermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher für Lufttrockner o. dgl., bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, in das ein Rohrbündel mit zwei die Rohrenden der einzelnen Rohre des Rohrbündels umgreifenden Abdichteinrichtungen eingeschoben ist.

Ein derartiger Rohrbündelwärmetauscher ist beispielsweise aus der US-PS 26 55 347 bereits bekannt. Eine ähnliche Kon­ struktion zeigt auch die britische Patentschrift 12 02 252, siehe insbesondere die Fig. 4. Ergänzend sei auch noch auf die US-PS 41 86 495 verwiesen.

Bei den bekannten Rohrbündelwärmetauscheranordnungen werden die Ausgänge der Rohrenden mit den die Abdichteinrichtungen bildenden Stirnplatten entweder verschweißt, verlötet oder mechanisch in aufwendiger Weise versponnen (eingerieben).

Dies ist verhältnismäßig arbeitsaufwendig und hat auch noch den weiteren Nachteil, daß eine spätere Trennung der ein­ zelnen Rohre von den Stirnplatten nur mit großen Schwierig­ keiten möglich ist, wenn es überhaupt gelingt.

Eine solche Trennung kann sich aber dann als vorteilhaft erweisen, wenn einzelne Rohre beispielsweise zum Zwecke der Wartung herausgenommen oder ausgewechselt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Rohrbündelwärme­ tauscher derart weiterzubilden, daß sie nicht nur wesentlich einfacher aufgebaut werden können, sondern daß sie auch einen späteren Austausch einzelner Rohre bzw. auch des ganzen Rohr­ bündels ohne große Probleme ermöglichen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Abdichteinrichtungen aus dem sandwichartigen Aufbau von zwei Druckplatten mit dazwischenliegender elastischer Platte bestehen, wobei die Platten fluchtende Durchbrüche zur Aufnahme der einzelnen Rohrenden des Rohrbündels sowie einen an den Innendurchmesser des Zylinders angepaßten Außendurchmesser aufweisen, und dadurch, daß Quetscheinrichtungen zum Zusammendrücken der Druckplatten des Aufbaus und zum abdichtenden Andrücken der Durchbruch- und Umfangsrandbereiche der elastischen Platte an die Umfangsflächen der Rohrenden und an die Innenfläche des Zylinders.

Diese Maßnahmen ermöglichen nicht nur einen sehr einfachen und damit preiswerten Aufbau eines Rohrbündelwärmetauschers, wegen der Elastizität der elastischen Platte kann auch nach Lösen der Quetscheinrichtungen sowohl das Rohrbündel aus dem Zylinder wieder entfernt werden, wie auch die einzelnen Rohrenden aus dem sandwichartigen Aufbau aus Druckplatten und elastischer Platte.

Die Quetscheinrichtungen können dabei von einer oder auch von mehreren, den Plattenaufbau durchdringenden Schraubbolzen gebildet werden, wobei die für die Schraubbolzen vorgesehenen Durchbrüche gleichfalls durch abdichtendes Andrücken der Durchbruchrandbereiche der elastischen Platte abgedichtet sind.

Die Quetscheinrichtungen können aber alternativ auch aus Abstandsstücken zwischen zwei zueinanderliegenden Druck­ platten sowie einem oder auch mehreren, die jeweiligen Gegendruckplatten in Eingriff nehmenden Zugankern bestehen. Vorteilhafterweise können dabei die Abstandsstücke Durch­ gangsbohrungen zur Aufnahme der Zuganker aufweisen, wodurch eine Biegebelastung der Druckplatten verringert wird. Die Abstandsstücke können auch mehrteilig ausgebildet sein und zwischen ihren einzelnen Teilen Umlenkbleche oder ähnliches halten, so daß sich eine noch weitere Vereinfachung der Montage ergibt.

Die Abstandsstücke können auch Gewindebohrungen zur Aufnahme von quetschenden Schraubbolzen aufweisen, was bedeutet, daß sie die Aufgabe der Zuganker mit übernehmen.

Das Material für die elastische Platte ist vorzugsweise Gummi oder auch Elastomer, je nach dem Gas oder der Flüssigkeit, das dem Wärmeaustauscher zugeführt werden soll.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufbau eines Rohrbündelwärmetauschers für zylindrische Drucklufttrockner o. dgl., gekennzeichnet dadurch, daß über die Enden der Rohre des Rohrbündels jeweils ein sandwichartiger Aufbau aus starrer Druckplatte, elastischer Abdichtplatte und starrer Druckplatte aufgeschoben wird, wobei die Platten einen Kreisumfang, der geringfügig kleiner ist als der Innen­ durchmesser des Zylinders, und Bohrungen für die Rohre bzw. Quetscheinrichtungen aufweisen, die geringfügig größer als die Außendurchmesser der Rohre bzw. Quetscheinrichtungen sind, Einschieben des Rohrbündels mit den Aufbauten in den Zylinder, und Verquetschen der elastischen Platte durch Zusammendrücken der Druckplatten.

Vorteilhafterweise kann das Verquetschen mittels einer oder auch mehrerer Durchgangsschrauben erfolgen, oder aber mittels eines oder mehreren, zwischen den beiden inneren, sich gegen­ überliegenden Druckplatten angeordneten Distanzstücken und einer oder mehreren Durchgangsschrauben. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Rohrbündelwärmeaustauschers gemäß der Erfindung für einen kompakten Drucklufttrockner, dessen Gehäuse zylindrisch ist und die Zylinderinnenfläche für den Wärmetauscher bildet. Dabei kann das zylindrische Gehäuse neben dem Wärmetauscher zumindest eine weitere Einrichtung enthalten, wie einen Kondensatabscheider oder einen oder auch mehrere weitere Wärmetauscher, die hinter­ einander geschaltet sind.

Auch das zylindrische Gehäuse kann mehrteilig gestaltet werden, wobei die einzelnen Teile untereinander verflanscht sein können. In diesem Falle kann jedes Teil jeweils einen Wärmetauscher und/oder einen Kondensatabscheider o. dgl. umfassen.

Eine besonders günstige Ausgestaltung wird gebildet, wenn in dem senkrecht stehenden zylindrischen Gehäuse eine Kondensat­ abscheidereinrichtung und darüber eine Einheit aus vor­ montierten Wärmetauscherelementen für Luft/Luft-, Luft/Kälte­ mittel- und wiederum Luft/Luft-Wärmetausch angeordnet sind. Dabei kann die Kondensatabscheidereinrichtung zweckmäßiger­ weise von dem unteren Ende der Einheit gehalten sein, so daß wiederum durch einfaches Einschieben der Gesamtkonstruktion in den Zylinder die Montage ermöglicht wird.

Aus alledem folgt, daß die erfindungsgemäße Anordnung nicht nur eine wesentlich einfachere Montage bei ausreichender Dichtung gegenüber Differenzdrücken liefert, sondern auch eine schnelle Demontage bei Reparaturarbeiten und Wieder­ verwendung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer schematisierten Axialteilschnittansicht das eine Ende eines Rohrbündelwärmetauschers in einem zylindrischen Gehäuse, bei dem herkömmliche Abdichtmaßnahmen angewendet sind;

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch mit der erfindungsgemäßen Abdichtung;

Fig. 3 in einer ähnlichen Ansicht wie Fig. 2 beide Enden eines Rohrbündelwärmetauschers zur Darstellung einer Quetscheinrichtung in Form eines ein Distanz­ stück durchdringenden Zugankers; und

Fig. 4 in einer axialen schematisierten Querschnitts­ ansicht eine Anwendungsmöglichkeit des erfindungs­ gemäßen Rohrbündelwärmetauschers bei einem Teil eines Drucklufttrockners.

In Fig. 1 ist das eine Ende eines Rohrbündelwärmetauschers 10 zu erkennen, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse 12, in das ein Rohrbündel 14 mit die Rohrenden 16 umgreifenden Abdichteinrichtungen 18 eingeschoben ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion besteht die Abdichteinrichtung aus einer Metallplatte 20, in die die Enden 16 der einzelnen Rohre 22 des Rohrbündels 14 gelötet, verschweißt oder "versponnen" sind, siehe Bezugszahl 24. In ähnlicher Weise kann die Metallplatte 20 mit dem zylindrischen Gehäuse 12 mit Hilfe von Lötung oder Verschweißung, siehe Bezugszahl 26, abdichtend verbunden sein. Diese Abdichtung ist notwendig, damit nicht (falls es sich beispielsweise um einen Luft­ trockner handelt) die bei 28 eintretende Luft sich mit dem im Raum 30 befindlichen Luft anderer Temperatur bzw. auch Kühlmittel vermischen kann, was den Wärmetauscheffekt durch Bypasswirkung verringern oder zu schädlichem Eintritt von Kühlflüssigkeit in den Luftkreislauf führen könnte.

In Fig. 2 ist in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 1 eine erfindungsgemäß verbesserte Konstruktion zu erkennen, bei der die Abdichteinrichtungen 18 aus einem sandwichartigem Aufbau von zwei Druckplatten 32, 34 und einer dazwischenliegend angeordneten elastischen Platte 36 bestehen, wobei die Platten 32, 34 und 36 Durchbrüche 38 zur Aufnahme der einzelnen Rohrenden 16 besitzen, wobei die Durchbrüche 38 in den beiden Druckplatten 32 und 34 sowie der elastischen Abdichtplatte 36 für jeweils ein Rohr derartig zueinander fluchtende Durchmesser aufweisen, daß im nichtgequetschten Zustand der elastischen Platte 34 sich die Rohrenden 16 leichtgängig ein- und hindurchschieben lassen. Zur Erhöhung der Abdichtsicherheit sind die Durchbrüche kreisförmig, wie auch der Zylinder 12 aus dem gleichen Grunde zweckmäßiger­ weise kreisförmig ist und die Druckplatten 34, 32 sowie die Abdichtplatte 36 jeweils einen Außendurchmesser besitzen, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Zy­ linders 12 und daher ein leichtes Einschieben der Abdicht­ einrichtung 18 in den Zylinder 12 ermöglicht wird, gleich­ zeitig aber bei Verquetschung der aus relativ dünnem aber ausreichend festem Metall, wie Stahl oder starrem Kunststoff bestehenden Druckplatten durch Verquetschung der Druckplatten gegeneinander, beispielsweise mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Durchgangsschraube, eine das inkompressible Elastomer verformende Pressung sich ergibt, so daß das Elastomer sowohl dicht an die durchgesteckten Rohrenden sich anfügt, wie auch ein Ausquellen des Elastomers über den Scheibenradius hinaus auftritt, so daß auch eine Abdichtung gegenüber der Innenwandung des zylindrischen Gehäuses 12 erzielt wird.

Die Höhe des auszuübenden Quetschdruckes ist dabei so gewählt, daß die im Betrieb auftretenden Differenzdrücke zwischen den abzudichtenden Räumen mit Sicherheit zu keinen Undichtigkeiten führen.

Da mit der Quetscheinrichtung gleichzeitig auch eine Fest­ legung des Plattenaufbaus innerhalb des Zylinders 12 zweck­ mäßigerweise erfolgt, hat es sich als günstig erwiesen, der Quetscheinrichtung die Form der Fig. 3 zu geben, bei der sie aus einem (oder mehreren) Abstandsstück 40 besteht, das zwischen zwei zueinander liegenden Druckplatten 32, 34 gemäß Fig. 3 angeordnet ist, wobei gemäß der Darstellung das Abstandsstück aus einer Hülse besteht, durch die ein Schraub­ bolzen oder Zuganker 42 hindurchreicht, der die jeweiligen Gegendruckplatten 134, 132 der beiden Plattenaufbauten 44, 46 in Eingriff nimmt und durch Anziehen einer der beiden Muttern 48 eine gleichzeitige Verquetschung des Plattenaufbaus 44 sowohl mit den einzelnen Rohren 22 als auch mit dem Zylinder 12 wie auch des Plattenaufbaus 46 mit den Rohren 22 und der Zylinderwand des Zylinders 12 ermöglicht. Dabei wird man die Mutter 48 an der Stelle wählen, die am leichtesten zugänglich ist, bei dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau wäre es die am oberen Ende liegende Mutter 48. Selbstverständlich können mehr als zwei derartige Plattenaufbauten 44, 46 hinter­ einandergeschaltet und durch einen gemeinsamen Zuganker 42 verquetscht werden, je nachdem, wieviel einzelne Wärme­ tauscherabteilungen vorgesehen werden. Die einzelnen Ab­ standsstücke 40 können auch mehrstückig sein und dadurch ermöglichen, zwischen den einzelnen Stücken Prallbleche oder Umlenkbleche oder ähnliches anzuordnen, beispielsweise zu dem Zweck, das Wärmetauschmedium (z. B. Flüssigkeit oder Gas) einen gewundenen Weg aufzudrücken und dadurch die Wärme­ tauscheigenschaften zu verbessern. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Wärmetauscheinheit als ganzes vor­ montiert, in den Zylinder 12 eingeschoben und dann durch einfaches Festdrehen der Mutter 48 verquetscht und damit festgelegt werden kann. Fig. 4 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauschers 10 bei einem Drucklufttrockner, der aus einem langgestreckten zylin­ drischen Gehäuse 12 besteht, das an seinem unteren Ende geschlossen ist, abgesehen von einer Kondensatableitein­ richtung 50. Der Drucklufttrockner umfaßt einen unteren Teil 52 und einen oberen Teil 54, wobei im unteren Teil Kühl­ schlangen 56 zu erkennen sind, durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchgeführt wird. In diesem Raum erreicht ein zu behan­ delndes Gas seine tiefste Temperatur und gibt dabei Feuchtig­ keit in Form eines Kondensats ab, das sich auf den Rohr­ schlangen 56 niederschlägt und nach untenhin abtropft und dort über die bereits erwähnte Kondensatableiteinrichtung 50 abgezogen werden kann. Das insoweit von Kondensat und Feuchtigkeit befreite Gas gelangt dann über eine trichter­ förmige Öffnung 58 in ein nach oben führendes Rohr 60, wo es dann in den Raum 30 des Rohrbündelwärmetauschers 10 eindringt und dort, serpentinenartig mit Hilfe von Prallplatten 64 geführt, zwischen den Rohren 22 nach oben strömt und dort an einer hier nicht dargestellten Stelle als entfeuchtetes, wieder angewärmtes Druckgas ausströmt. Die Erwärmung erfolgt durch das am oberen Ende 62 in die Röhren 22 eingeführte, durch den Kompressionsvorgang angewärmte zu behandelnde Gas, siehe auch Bezugszahl 28 der Fig. 1, das in entgegengesetzte Richtung, also nach unten, durch die Röhren strömt und in den unteren Teil 52 an der Stelle 66 austritt und hier bereits vorgekühlt ist.

Diese Art der Gegenstromführung bei der Trocknung von Druckgas ist Stand der Technik, siehe beispielsweise die US-PS 41 86 495.

Von Vorteil ist, daß die Montage des Rohrbündelwärmetauschers 10 außerhalb des Zylinders 12 erfolgen und erst der vor­ montierte Wärmetauscher dann in den Zylinder 12 eingeschoben und durch Anziehen einer Schraube 48 festgelegt werden kann, wobei gleichzeitig eine Abdichtung der einzelnen Räume durch die vorstehend beschriebene Abdichteinrichtung 18 ermöglicht wird. Die im unteren Teil 52 angeordnete Kühleinrichtung mit den Kühlschlangen 56 und der durch den Trichter 58 gebil­ deten, ein Mitreißen von feuchten Tropfen nach oben repro­ duzierenden Beruhigungskammer kann in ähnlicher Weise erfolgen, nämlich dadurch, daß diese Einrichtung vormontiert, vorzugsweise zu diesem Zweck an dem Rohrbündelwärmetauscher 10 mittels geeigneter Einrichtungen befestigt wird, so daß entweder die beiden Einheiten nacheinander oder gleichzeitig in den Zylinder 12 eingeschoben und festgelegt werden können.

Es ist klar, daß auch mehrere Rohrbündelwärmetauscher 10 hintereinander in ein langgestrecktes Zylinderrohr 12 einge­ schoben und nacheinander mittels entsprechender Quetsch­ einrichtungen festgelegt werden können, wie auch der Zylinder 12 seinerseits mehrteilig sein kann und diese einzelnen Teile über Flanschverbindungen, wie sie bei 68 dargestellt sind, aneinander angeschlossen werden können. Im vorliegenden Falle wird man allerdings auf den Flansch 68 eine Anschlußein­ richtung für zu behandelndes Gas, insbesondere Druckgas vorsehen, ggf. könnte dabei auch ein seitlicher Auslaß für behandeltes Gas im Zylinder 12 verzichtet und stattdessen, siehe Pfeil 70, das behandelte Gas über eine entsprechende eingequetschte Rohrleitung 72 abgeführt werden, die durch den entsprechenden aufgeflanschten Deckel geführt ist.

Claims (16)

1. Rohrbündelwärmetauscher (10) für Lufttrockner o. dgl., bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse (12), in das ein Rohrbündel (14) mit zwei die Rohrenden (16) der einzelnen Rohre (22) des Rohrbündels (14) umgreifenden Abdichteinrichtungen (18) eingeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichteinrich­ tungen (18) aus einem sandwichartigem Aufbau (44, 46) von zwei Druckplatten (32, 34) mit dazwischenliegender elastischer Platte (36) bestehen, wobei die Platten (32, 34, 36) fluchtende Durchbrüche (38) zur Aufnahme der einzelnen Rohrenden (16) des Rohrbündels (14) sowie einen an den Innendurchmesser des Zylinders (12) angepaßten Außendurchmesser aufweisen, und daß Quetsch­ einrichtungen zum Zusammendrücken der Druckplatten (32, 34) des Aufbaus (44, 46) und zum abdichtenden Eindrücken der Durchbruch- und Umfangsrandbereiche der elastischen Platte (34) an die Umfangsflächen der Rohrenden (16) und an die Innenfläche des Zylinders (12) vorgesehen sind.

2. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetscheinrichtungen von einer oder mehreren, den Plattenaufbau (44, 46) durchdrin­ genden Schraubbolzen gebildet wird, wobei die für die Schraubbolzen vorgesehenen Durchbrüche gleichfalls durch abdichtendes Andrücken der Durchbruchrandbereiche der elastischen Platte (36) abgedichtet sind.

3. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Quetscheinrichtung aus Abstandsstücken (40) zwischen zwei zueinanderliegenden Druckplatten (34, 32) sowie einem oder mehreren, die jeweiligen Gegen­ druckplatten (132, 134) in Eingriff nehmenden Zugankern (42, 48) besteht.

4. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandsstücke (40) Durchgangsboh­ rungen zur Aufnahme der Zuganker (42) aufweisen, insbesondere Rohrhülsen sind.

5. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (40) mehrteilig sind und daß sie zwischen ihren einzelnen Teilen Umlenkbleche (64) o. dgl. halten.

6. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (40) Gewindeboh­ rungen zur Aufnahme von quetschenden Schraubbolzen auf­ weisen.

7. Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Platte (36) aus Gummi oder Elastomer besteht.

8. Verfahren zum Aufbau eines Rohrbündelwärmetauschers für zylindrische Drucklufttrockner o. dgl., dadurch gekenn­ zeichnet, daß über die Enden (16) der Rohre (22) des Rohrbündels (14) jeweils ein sandwichartiger Aufbau (44, 46) aus starrer Druckplatte (32, 34), elastischer Abdichtplatte (36), starrer Druckplatte (34, 32) auf­ geschoben wird, wobei die Platten (32, 34, 36) einen Kreisumfang, der geringfügig kleiner als der Innen­ durchmesser des Zylinders (12) ist, und Durchbrüche (38) für die Rohre (22, 60, 72) bzw. Quetscheinrichtungen (42) aufweisen, die geringfügig größer sind als die Außendurchmesser der Rohre (22, 60, 72) bzw. Quetsch­ einrichtungen (42), Einschieben des Rohrbündels (14) mit den Aufbauten in den Zylinder (12) und Verquetschen der elastischen Platte (36) durch Zusammendrücken der Druck­ platten (32, 34).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verquetschen mittels einer oder mehrerer Durch­ gangsschrauben (42) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verquetschen mittels eines oder mehrerer, zwischen den beiden inneren, sich gegenüberliegenden Druckplatten (32, 34) angeordneten Distanzstücken (40) und einer oder mehreren Durchgangsschrauben (42) erfolgt.

11. Rohrbündelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Verwendung für einen kompakten Drucklufttrockner, dessen Gehäuse (12) zylindrisch ist und die Zylinderinnenfläche für den Wärmetauscher bildet.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (12) neben dem Wärmetauscher zumindest eine weitere Einrichtung, wie Kondensatab­ scheider oder einen oder mehrere Wärmetauscher hinter­ einandergeschaltet hält.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (12) mehrteilig ist, wobei die einzelnen Teile untereinander verflanscht sind.

14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teil jeweils einen Wärmetauscher und/oder einen Kondensatabscheider o. dgl. umfaßt.

15. Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem senkrecht stehenden zylin­ drischen Gehäuse eine Kondensatabscheidereinrichtung und darüber eine Einheit aus vormontierten Tauscherelementen für Luft/Luft-, Luft/Kältemittel- und wiederum Luft/- Luft-Wärmetausch angeordnet sind.

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatabscheidereinrichtung von dem unteren Ende der Rohrbündelwärmetauschereinheit (14) gehalten ist (Fig. 4).