DE3636762C1

DE3636762C1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE3636762C1
Application number: DE3636762A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hagemeister
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-03-03
Also published as: JPS63127083A; JPH0731031B2; EP0265725A1; US4815535A; EP0265725B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach dem Stand der Technik (DE-PS 29 07 810) werden Wärme tauscher mit zentralen Sammelbehältern oder -rohren in der Weise gefertigt, daß die lanzettförmigen Matrixprofilrohre in eine Öffnungen aufweisenden Wand des Sammelbehälters oder -rohrs gesteckt und anschließend stoffschlüssig, bei spielsweise durch Löten, verbunden werden, so daß ein flui discher Durchgang vom Sammelbehälter zum Inneren der Profil rohre geschaffen wird. Die Durchgangsöffnungen in der Sam melbehälterwand können, vor einem Einfädeln der Profilrohre, durch Bohren oder Erodieren ausgebildet werden, was eine aufwendige Belochungsprozedur ist. Die Einzelmontage der Profilrohre, insbesondere das Einfädeln, ist vergleichs weise umständlich, und zwar deshalb, weil zwischen Profil rohr und Durchgangsöffnung in der Wand ein enges Spiel (verschieblicher Paßsitz) vorhanden ist. Enge Toleranzen von Loch und Profilrohr müssen im Hinblick auf eine ein wandfreie Lötung oder eine anderweitige Verbindung einge halten werden.

In dem Bestreben, eine verhältnismäßig einfache, problem lose und schnelle Montage der Matrixprofilrohre am Sammel- oder Verteilerrohr erreichen zu wollen, sieht ein aus der DE-OS 32 42 842 bekanntes Wärmetauscherkonzept vor, daß an die Matrixprofilrohre im Bereich zumindest eines Profil rohrendes Klötzchen angebracht werden, die das Profilrohr ende umschließen, daß die Matrixprofilrohre im Bereich ihrer Klötzchen dicht aneinandergefügt angeordnet werden, so daß die Klötzchen eine wand des Sammelbehälters oder -rohres ausbilden, und daß die Verbindungsstellen der Klötzchen fluiddicht abgeschlossen werden.

Insbesondere sollen in diesem bekannten Fall die Klötzchen durch Metallsintern auf die Profilrohrenden aufgebracht werden, wobei pulverförmiges Sintergut in einer der gewünsch ten Kontur des Klötzchens weitgehend angenäherten Form um das jeweilige anschlußseitige Profilrohrende angeordnet und gasdicht gesintert wird. Dabei können ferner die äuße ren Kontaktflächen der Klötzchen vor einer Anordnung der Matrixprofilrohre maßgenau bearbeitet werden. Als Bearbei tungsverfahren können hierbei ferner Kaltschmieden, Prägen oder Profilschleifen in Frage kommen.

Ferner können im vorliegenden bekannten Fall die Profilrohr fußgeometrien im wesentlichen rhombisch oder sechseckig bzw. wabenförmig ausgebildet sein.

Der vorliegende bekannte Fall erzwingt eine vergleichsweise komplizierte und hochpräzise Profilrohrfußherstellung. Ferner muß der gesamte Matrixanschlußbereich (Wärmetauscher boden) in ebenfalls verhältnismäßig komplizierter Weise aus einer verhältnismäßig großen Anzahl extrem genau an einander angepaßter Klötzchen zusammengesetzt werden. Eine solcher Art aus Kleinstteilchen zusammengefügte Wärmetau scherboden- oder Behälterstruktur zeitigt Nachteile bezüg lich der geforderten Behälter- bzw. Bodenstrukturfestigkeit.

Bei einem anderen, aus der DE-OS 33 10 061 bekannten Wärme tauscherkonzept sollen die Matrixprofilrohre mit ihren einen länglich ovalen Profilquerschnitt enthaltenen Enden zwischen schichtweise aneinandergereiht gefügten, gegebenen falls ringförmigen Behälterwandelementen fluiddicht fest eingebunden werden; mit anderen Worten weisen dabei die Wandelemente im Bereich deren gegenseitiger Fügeflächen jeweils halbelliptisch vorgeformte gegenseitige Aussparun gen für die länglich ovalen Matrixprofilrohrenden auf. Auch dieses bekannte Konzept verlangt ein extrem genaues Bearbeiten der betreffenden Wandelemente; trotz genauester Bearbeitung sind gegenseitige Form- und Fertigungstoleranz unterschiede praktisch kaum zu überbrücken, und zwar ins besondere in den Bereichen der anschlußseitig vorderen und hinteren Profilenden; es können sich also örtlich unter schiedliche Profilrohrendquetschungen ergeben, z. B. beim schichtweisen Fügen von Wandelementen und Profilrohren, worunter wiederum das stoffschlüssige Verbinden, beispiels weise durch Löten, zwischen Profilrohrenden und Wandelemen ten beeinträchtigt werden kann (örtliche Lotverlagerungen, keine feste homogene Verlötung). Auch sind im bekannten Fall Kerbwirkungsbeeinträchtigungen im Hinblick auf die mit verhältnismäßig schlanken spitzen Enden in den Wand elementen sitzenden Profilrohre nicht auszuschließen.

Ferner bilden sich im bekannten Fall Matrixprofilrohrfelder und damit entsprechend zugeordnete Felder der ovalen oder elliptischen Ausnehmungen zwischen den Wandelementen aus; dies in dem Sinne, daß die betreffenden Matrixprofilrohre im wesentlichen unter gleichmäßigen gegenseitigen Abstän den im Rahmen einer möglichst optimalen Heißgasumströmung sowie unter Gewährleistung der erforderlichen Heißgasver sperrung räumlich verschachtelt ineinandergreifen.

Unter Erfüllung dieser Bedigung (optimal vom Heißgas durch strömte Kompaktmatrix) führen die länglich ovalen Profil querschnitte und damit die zugehörigen Öffnungen im Sammel rohr bzw. Wärmetauscherboden, und zwar in Schichtrichtung aufeinanderfolgend, zu einer festigkeitsmäßigen Schwächung des Sammel- oder Verteilerrohres im Matrixanschlußbereich; dies gilt sinngemäß auch für das eingangs schon erwähnte, aus der DE-PS 29 07 810 bekannte Wärmetauscherkonzept.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit verhältnismäßig geringem Aufwand erstellbaren Sam mel- oder Verteilerrohrboden anzugeben, der bei zugleich optimaler Festigkeit einwandfreie Voraussetzungen für eine fluiddicht fest gefügte Matrixprofilverbindung schafft.

Bei einem Wärmetauscher nach der eingangs genannten Art ist die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeich nungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Die jeweiligen Profilrohre der Matrix können vor dem Einsetzen oder Einfügen in die betreffende Boden struktur eines Verteiler- oder Sammelrohres fußseitig in eine quadratische oder rechteckige Form umgeformt werden; dies kann z. B. rationell auf Rundhämmermaschinen erfolgen, wobei je nach dem Grad der Umformung Innendorne verwendet werden können. Als Folge der rechteckigen oder quadrati schen Formgebung der Profilrohrfußenden lassen sich die Bauteile bei der Montage miteinander "verzahnen" und in einer vorgegebenen Lage fixieren; es können dabei recht eckige oder quadratische Taschen in dem betreffenden Sam melrohr oder Verteilerrohr bzw. den Wärmetauscherboden ausbildenden Wandelementen vorgesehen sein, um die betref fenden Profilrohrfußenden darin formschlüssig und fest zu integrieren. Als Folge der geradlinigen glatten Seitenwan dungen der Profilrohrfußenden - also geradlinig glattwandig dem betreffenden Schichtverlauf folgend - können einseitig offene Taschen leicht formschlüssig bündig durch streifen förmige, ebenfalls geradlinig verlaufende Verbindungsele mente abgedeckt werden.

Alternativ besteht die Möglichkeit, überhaupt keine Einzeltaschen oder -ausnehmungen für die Profilrohrfußenden vorsehen zu müssen; hierzu können die Bodenstrukturen bzw. Sammel- oder Verteilerrohre im Matrix anschlußbereich mit Umfangsschlitzen versehen werden, in welche die Profilrohrfußenden übereinandergereiht von außen eingeschoben werden können, z. B. einzeln, der Reihe nach, hintereinander.

Es bestehen ferner wesentliche Gestaltungsvor teile hinsichtlich des sogenannten "modularen" Baukonzepts, indem sich auf vergleichsweise einfache Weise vormontierte Einzelbaugruppen erstellen lassen (Elemente, Verbindungs elemente, Profilrohrfußenden nebst Rohrprofilen), die mit gleichrangig erstellten und vormontierten Baugruppen zu einer Rohr- oder Bodenstruktur zusammengefügt werden können.

Einzelmodule können auch leicht durch entlang deren schmaler Stirnseiten vormontierte oder stoffschlüssig, z. B. durch Löten gefügte Profilrohrfuß enden nebst zugehörigen Matrixprofilrohrsträngen erzielt werden, die dann fußseitig in die entsprechend bereitge stellten und angepaßten Schlitze des Rohres oder Bodens einfügbar bzw. stoffschlüssig darin fest einbindbar wären.

Bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Patentansprüche 2 bis 16 verwiesen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

Fig. 1 die schematische und perspektivische Dar stellung eines Profilrohrwärmetauschers,

Fig. 2 ein in Blickrichtung B der Fig. 1 gesehenen Teilausschnitt aus einem Matrixprofilrohr feld,

Fig. 3 ein Matrixprofilrohr mit einem rechteckig verformten Profilrohrfußende, von der Fuß innenseite aus gesehen,

Fig. 4 die äußere Ansicht einer Sammel- oder Ver teilerrohrbodensektion mit rechteckigen Profilrohrfußenden zwischen schichtweise an einandergefügten Elementen,

Fig. 5 eine perspektivisch dargestellte obere Ma trixprofilrohransicht, in der die im wesent lichen konzentrische Profilrohrfußverdrehung gegenüber dem zugehörigen Matrixprofil rohrstrang verdeutlicht ist,

Fig. 6 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion für die kom binierte Anwendung der Matrixprofilrohrkon figuration nach Fig. 5,

Fig. 7 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion für die kom binierte Anwendung der Matrixprofilrohrkon figuration nach Fig. 5,

Fig. 8 eine beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 ausgewählte Sammel- oder Verteilerrohrboden- Querschnittssektion unter Einschluß einer ersten gegenseitigen Elemenausbildungs- und Befestigungsweise,

Fig. 9 eine beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 ausgewählte Sammel- oder Verteilerrohrboden- Querschnittssektion unter Einschluß einer zweiten, die Ausführung nach Fig. 8 weiter ausgestaltenden gegenseitigen Elementausbil dungs- und Befestigungsweise,

Fig. 10 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion für die kom binierte Anwendung der Matrixprofilrohrkon figuration nach Fig. 5,

Fig. 11 eine von der Fußinnenseite aus gesehene Ansicht des Profilrohrfußendes in konzen trisch abgewinkelter Verdrehstellung zum übrigen Matrixprofilrohrstrang, hier jedoch - in Abweichung von Fig. 5 - eine schlanke re und längere rechteckige Profilrohrfuß geometrie verdeutlichend,

Fig. 12 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion für die kom binierte Anwendung der Matrixprofilrohrkon figuration nach Fig. 11 und

Fig. 13 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion für die kom binierte Anwendung der Matrixprofilrohrkon figuration nach Fig. 11.

Der Wärmetauscher nach Fig. 1 besteht aus zwei im wesentlichen parallel nebeneinander angeordneten Druckluftführungen 1, 2, die hier z. B. als separate Verteiler- bzw. Sammelrohre ausgebildet sind. Gemäß abgedunkelter Kontur sind die Druckluftführun gen 1, 2 am jweils hinteren Ende verschlossen ausgebildet. Die seitlich von beiden Druckluftführungen 1, 2 quer gegen die Heißgasströmung H U-förmig auskragende Profilrohrma trix 3 besteht aus zunächst geraden, parallel zueinander verlaufenden Profilrohrsträngen 4, 5, die in eine gemein same bogenförmige Profilrohrumlenksektion 6 übergehen. Im Betrieb wird aufzuheizende Druckluft in die obere Druck luftführung 1 eingespeist (D ₁), durchströmt dann die ge raden Profilrohrstränge 4 (D ₂), worauf sie über die Um lenksektion 6 umgelenkt wird (D ₃), sodann in umgekehrter Strömungsrichtung die geraden Profilrohrstränge 5 durch strömt (D ₄), aus denen sie über die untere Druckluftfüh rung 2 im aufgeheizten Zustand abströmt (D ₅), um einem geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer eines Gas turbinentriebwerks, zugeführt zu werden.

Abweichend von Fig. 1 wäre auch ein Wärmetauscher praktikabel, bei dem die zuvor genannten Druckluftführungen in ein gemeinsames Sammelrohr oder Ver teilerrohr integriert sind, von dem die Matrix beidseitig U-förmig auskragt.

Fig. 2 verkörpert die herkömmliche Anordnung eines hier stark vergrößert aufgezeichneten Profilrohrfeldes, z. B. als Ausschnitt aus den geradschenkeligen Profilrohrsträn gen 4 nach Fig. 1. Es sind beispielsweise in Fig. 2 die jeweiligen Matrixprofilrohre von drei in Rohrführungslängs richtung sich erstreckenden Profilrohrreihen - der Reihe nach, von oben nach unten - mit 4 ₁, 4 ₂ und 4 ₃ bezeichnet. In Rohrführungslängs- und -querrichtung sind die Matrixpro filrohre 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃ in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet; aus Fig. 2 ist ferner zu erkennen, daß die Matrixprofilrohre, z. B. 4 ₂, mit ihren jeweils heißgasan- und abströmseitigen Enden in die jeweils endseitig quer belassenen Zwischenräume benachbarter übriger Profilrohre, z. B. 4 ₁, 4 ₃ eingreifen. Auf diese Weise entsteht das für Wärmetauscher im Sinne der Fig. 1 charakteristische, hoch kompakte Feld von Matrixrohrprofilen. Die Anordnung des Profilrohrfeldes nach Fig. 2 ließe sich z. B. auch durch jeweils unter gleichen Neigungswinkeln α gegenüber den betreffenden großen Achsen A (bzw. Profilrohrlängsmitten ebenen) der Profilrohre angestellte Schrägebenen M defi nieren, welche durch jeweils mit M 1, M 2 und M 3 bezeichnete Profilmitten hindurchgeführt ist. Bezüglich ihrer jeweils großen Achsen A sind die Profilrohre 4 ₁, 4 ₂ und 4 ₃ in Fig. 2 unter einem rechten Winkel R gegenüber einer Sammel- oder Verteilerrohrquermittelebene E angestellt, wobei sich der Anstellwinkel β der Schrägebenen M zur Ebene E aus der Winkeldifferenz R - α errechnet.

Wie aus Fig. 2 ferner erkennbar, weisen die Matrixprofil rohre 4 ₁, 4 ₂ und 4 ₃ einen länglichen ovalen, aerodynamisch optimierten Profilquerschnitt auf, wobei jedes Profilrohr zwei durch einen mittleren Quersteg 7 voneinander getrenn te, die Druckluft, z. B. D ₂ (Fig. 1) führende Innenka näle 8, 9 aufweist.

Gemäß Fig. 3 und 4 kann jedes Profilrohr, z. B. 4 ₁, mit einem hier rechteckigen profilsymmetrisch zugeordneten Profilrohrfußende 10 ausgestattet sein; das betreffende Profilrohrfußende 10 weist dabei mit anderen Worten eine in der Ebene der großen Achse A (Fig. 2) liegende Längs mittelebene L auf.

Mit Rücksicht auf die in Fig. 2 angegebene Profilausbil dung und -geometrie verkörpert Fig. 4 eine vorteilhafte Variante, bei der jeweils zwei den Matrixanschluß bereich ausbildende Elemente 11, 12 eines Sammel- oder Verteilerrohres 1 bzw. 2 (Fig. 1) zwischen den jeweils gegenseitigen, sich hier profilrohrfußmittig erstreckenden Verbindungs- und Fügeflächen 13, 14 Ausnehmungen 15 ein schließen, die eine zur Aufnahme und Umschließung des be treffenden Fußendes 10 angepaßte rechteckige Form aufwei sen.

Aus Fig. 3 und 4 ist ferner erkennbar, daß der im Betrieb heißgasumströmte (H - Fig. 3) Abschnitt des Profilrohres, z. B. 4 ₁, das zugehörige Profilrohrfußende 10 mit der an- und abströmseitigen Profilendkante überkragt; Fußende 10 und zugehöriges Profilrohr, z. B. 4 ₁, bilden dabei eine jeweils fluidisch kommunizierende, in sich geschlossene Baueinheit aus, wobei die Profilüberlänge in Fig. 3 und 4 durch gestrichelte Konturen verdeutlicht ist. Gemäß Fig. 3 oder 4 können also verhältnismäßig große Fuß- oder Ausneh mungsabstände entlang der gemeinsamen Fügeflächen 13, 14 eingehalten werden bei einer Profilausbildung und -anord nung im Sinne der Fig. 2.

Die Fig. 5 und 6 verkörpern eine Variante, bei der das jeweilige Profilrohrfußende 10 unter einem jeweils gleichen Neigungswinkel α gegenüber dem im Betrieb heiß gasumströmten zugehörigen Profilrohrabschnitt 4 ₁ konzen trisch verdreht verformt ist. Gemäß Fig. 5 kann diese Ver drehverformung derart sein, daß die jeweilige große Achse A bzw. die Profilrohrlängsmittelebene das zugehörige Fuß ende 10 diagonal schneidet. In Fig. 6 erstrecken sich also die jeweiligen Profilrohrfußenden 10 längsmittig in den in Fig. 2 schon näher definierten schrägen Teilungsebenen M, während die relativ dazu um den jeweiligen Neigungswinkel α (siehe auch Fig. 5) verdreht verformten zugehörigen Profil rohre, z. B. 4 ₁, mit ihrer großen Achse A unter einem rechten Winkel R (Fig. 2) zur Sammel- oder Verteilerrohr quermittelebene E angestellt sind. Gemäß Fig. 6 verlaufen also auch die gegenseitigen Fügeflächen, z. B. 17, 18 der Elemente 19, 20 in den schrägen Teilungsschema M. Beim Vergleich mit Fig. 4 ergibt sich, daß in Fig. 6 die Anzahl erforderlicher, gegebenenfalls ringförmiger Elemente 19, 20 halb so groß ist, so jedes Element 19 bzw. 20 vergleichs weise fest und stabil ist, was sich wiederum günstig auf die gesamte Festigkeitsstruktur des Sammel- oder Verteiler rohrbodens auswirkt. In gleichem Maße nimmt die Anzahl erforderlicher Trennfugen bzw. gegenseitiger Fügeflächen ab.

Es ermöglicht die Ausführung nach Fig. 5, ein Sammel- oder Verteilerrohr auf verschiedene Weise in eine Anzahl in zur Teilungsebene M parallelen Schnitten in z. B. ringförmige Elemente aufzuteilen. Eine weitere Variante ergibt sich hierzu aus Fig. 7.

Hierbei sind jeweils zwei Elemente 21, 22 so ausgebildet, daß sie entlang der in den schrägen Teilungsebenen M lie genden gegenseitigen Fügeflächen - innen - mit den ent sprechenden quadratischen Ausnehmungen die rechteckigen Profilrohrfußenden 10 dicht zangenartig umschließen; ent lang der parallel zu den Teilungsebenen M verlaufenden äußeren Fügeflächen, z. B. 23, 24 sind die Elemente 21, 22 glattwandig. Vorteilhafterweise können dabei zwei Elemente 21, 22 jeweils eigenständige, für sich mit den zugehörigen Fußenden 10 und den zugehörigen umströmten Profilrohren, z. B. 4 ₁- Fig. 5 -, ausrüstbare Montageeinheiten aus bilden. Es ergeben sich in Fig. 7 gegenüber Fig. 6 zwar zusätzliche Elementaufteilungen, jedoch sind in Fig. 7, gegenüber Fig. 3 und 6, ununterbrochene äußere Fügeflächen, z. B. 23, 24 vorgesehen, was wiederum dem Fertigungsvor gang zugute kommt.

Beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 wäre es z. B. mög lich, zwei ringförmige Elemente 21, 22 und die darin ein geschlossenen Profilrohrfußenden 10 nebst zugehörigen um strömten Profilsektionen 4 ₁, 4 ₂, 4 ₃ (Fig. 2) von den Flan ken her unter Druck zu setzen und bei gleichzeitiger Wärme zufuhr (z. B. durch eine elektrische Widerstandserhitzung) eine stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen.

Die dazu erforderlichen Arbeitsschritte der Teilezuordnung, -zusammenführung und -fügung sowie die anschließende Quali tätskontrolle können weitestgehend automatisiert erfolg en; es entsteht so als Zwischenprodukt ein Element, aus dem sich durch Hinzufügen der benötigten Anzahl gleicher Elemente der komplette Wärmetauscherboden bzw. Wärmetau scher zusammensetzen läßt, wobei die Fugen der komplett vormontierten Baugruppen auf planaren Flächen liegen und ihre Ränder einfache Formen, z. B. Kreise oer Ellipsen darstellen. Das stoffschlüssige Fügen der Elemente kann flächig, z. B. durch Löten oder - längs der gegenseitigen Elementränder - durch Laser- oder EB-Schweißen erfolgen.

Hierfür kann es u. a. gemäß Fig. 8 vorteilhaft sein, wenn lippenartige Vorsprünge 25, 26 der Elemente die gegensei tigen Fügeflächen bereitstellen, und zwar vorzugsweise im fußseitigen Bereich dieser Elemente; oberhalb der lippen artigen Vorsprünge 25, 26 können nach oben offene Fugen 27 zwischen den Elementen 21, 22 verbleiben. Entlang der lippen artigen Vorsprünge 25, 26 kann dann die Schweißung erfol gen; die Vorsprünge 25, 26 können für eventuelle Reparatur zwecke später abgearbeitet werden, um den Verband an dieser Stelle wieder lösen zu können.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung von Fig. 8 dergestalt, daß jeweils zwei benachbarte Elemente 21, 22 mittels sammel- oder verteilerrohrinnenseitig einander untergreifender Stege 28 aneinandergefügt und zentriert sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist jeweils ein Element 29 entlang beidendseitiger Fügeflächen 30, 31 mit nach außen offenen, rechteckigen Ausnehmungen 32 für die betreffenden Profil rohrfußenden 10 ausgebildet, deren jeweils eine offene Fußendseite von leistenförmigen Verbindungselementen 33, 34 entlang der beidendseitigen Fügeflächen abgedeckt ist, wobei das Element 29 die Verbindungselemente 33, 34 sowie die Fußenden 10 nebst zugehörigen Profilrohrabschnitten jeweils eine eigenständige Montageeinheit ausbilden können.

Jede Montageeinheit kann dann mit einer relevanten Montage einheit flächenhomogen stoffschlüssig gefügt werden. Für die gegenseitige Verbindung der jeweils fertig vormontier ten Montageeinheiten wie auch für die Einzelbauteilverbin dung jeder eigenständigen Montageeinheit kann ein geeigne tes Löt-, Schweiß- oder Diffusionsverbindungsverfahren gewählt werden. Die in Fig. 10 mit Z gekennzeichneten Zwi schenräume können durch Zusatzmaterial beim Löten oder z. B. durch einseitiges Dichtschweißen verschlossen werden.

Unter Zugrundelegung einer unveränderten Matrixprofilrohr form und -größe weicht Fig. 11 hauptsächlich von Fig. 5 dadurch ab, daß das betreffende Profilrohrfußende 10 schma ler und länger ausgebildet ist; ansonsten gelten die glei chen geometrischen Gesichtspunkte und Nomenklaturen wie in Fig. 5. Im Hinblick auf eine Sammel- oder Verteilerrohrbo densektion nach Fig. 12 ergibt sich, daß die sich jeweils längsmittig in den schrägen Teilungsebenen M erstreckenden Profilrohrfußenden 10 jeweils eine Baulänge U ausweisen, die dem gegenseitigen Profilmittenabstand Ma in den betref fenden Teilungsebenen M entspricht. Gemäß Fig. 12 ergibt sich eine Anordnung, bei der der Matrixanschlußbereich des Sammel- oder Verteilerrohres in wechselnder Folge aus mit ihren schmalen Endseiten unmittelbar hintereinander aufge reihten rechteckigen Profilrohrfußenden 10′ und deren je weilige Längsseiten abdeckenden, leistenförmigen Elemente 35, 36 besteht; die Elemente 35, 36 bilden untereinander sowie in bezug auf die angrenzenden Längsseiten der Profil rohrfußenden 10′ glattwandige Fügeflächen aus, die sich wiederum parallel zu den schrägen Teilungsebenen M er strecken.

Gemäß Fig. 12 können ferner jeweils zwei Elemente 35, 36 nebst darin verankerten Profilrohrfußenden 10′ nebst zuge höriger Rohrprofile, z. B. 4 ₁ - Fig. 11, eigenständige vormontierte Baueinheiten ausbilden, die in zuvor schon geschilderter Weise mit relevanten Baueinheiten baukasten artig zusammengefügt bzw. stoffschlüssig zu verbinden wä ren.

Fig. 13 ist eine gegenüber Fig. 12 abgewandelte Sammel- oder Verteilerrohrbodenvariante, bei der die Elemente 37, 38 feste Bestandteile des Sammel- oder Verteilerrohrs sind und unter Belassung gegenseitiger Parallelausnehmungen oder Schlitze 39 für die Aufnahme und spätere feste und fluiddichte Teilumschließung der mit ihren schmalen End flächen übereinander gestapelten Profilrohrfußenden 10′ nebst Profilen, z. B. 4 ₁ - Fig. 11, ausgebildet sind. Auch in Fig. 13 erstrecken sich die Profilrohrfußenden 10′ längs mittig in den schrägen Teilungsebenen M, wobei die an die Längsseiten der Profilrohrfußenden 10′ angrenzenden End- oder Fügeflächen wiederum parallel zu den Teilungsebenen M verlaufen. Die Profilrohrfußenden 10′ nebst Profilen 4 kön nen einzeln in die Schlitze 39 eingeschoben und nach Er reichen der Betriebsendstellung stoffschlüssig, z. B. durch Lötung, fluiddicht in die Schlitze 39 eingebunden werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die Profilrohrbügel nebst Fußenden einer Montageeinheit bereits in einer Vorrichtung zusammen zu positionieren und die sich berührenden Schmal seiten der rechteckigen Profilrohrfußenden miteinander stoffschlüssig zu verbinden, z. B. durch Schweißen oder Löten. Die derart entstandenen Profilrohrgruppen können noch einer Kalibrierung unterworfen werden, bei der die gemeinsame Breite der Fußprofile der Schlitzbreite des Zentralrohres exakt angepaßt wird (Pressen, Schleifen oder ähnliches). Diese Profilrohrbaugruppen werden anschließend mit ihrem Fußverband in die Schlitze 39 des Zentralrohres eingeführt und durch stoffschlüssige Verfahren (Löten, Schweißen) fest und dicht mit dem Zentralrohrboden verbun den. Die einzelnen Arbeitsschritte dieser Montagefolge sind automatisierbar und somit für rationelle Massenproduk tion geeignet.

Die Montage der Profilrohrendquerschnitte im Zentralrohr boden wird erleichtert durch die Tatsache, daß die kamm artigen Stege des geschlitzten Feldes im Zentralrohrboden - insbesondere im Zenith - in Querrichtung elastisch etwas verschoben werden können.

Als weitere Montagehilfe kann eine Schwingungserregung von Zentralrohr sowie Profilrohrbaugruppen benutzt werden. Die Stellungsstreuung eines Montageroboters kann dabei über spielt werde durch die kionetische Lageunschärfe der zu paarenden Flanken. Die Schwingungserregung mindert außer dem die Reibungsreaktionen beim Ineinanderschieben der Bauteile.

Außerdem kann es vorteilhaft sein, die einzupassenden End querschnitte der Profilrohre bei Bedarf etwas zu bombieren, um das Einführung bei der Montage zu erleichtern. Dieser Bereich der durch das Bombieren verengten Querschnitte sollte nach Fertigstellung des Wärmetauschers allerdings wieder entfernt werden. Um die entsprechend betroffene Länge sollte das Rohrende deshalb tiefer in den Rohrboden eingesenkt werden. Dieser Bereich ragt sodann frei in den Innenraum des Zentralrohres bzw. Sammel- oder Verteiler rohres hinein und kann später abgearbeitet werden. Die die Zentralrohre bzw. Sammel- oder Verteilerrohre bildenden Elemente können über ihren Umfang geschlossene Ringe sein aber auch Ringabschnitte, nach deren Zusammenfügen mit der Profilrohrmatrix ein schalenartiger Teilbereich des Rohr mantels entsteht. Diese Mantelschalen werden später durch Längsnähte miteinander verbunden (z. B. durch Schweißen), um so das geschlossene Rohr zu erzeugen. Eine solche Vor gehensweise erlaubt eine einfache Prüfung und evtl. Nach arbeit der Fügungen zwischen den Profilrohren und den Man telabschnitten des Sammel- oder Verteilerrohres.

Der Wärmetauscher läßt sich auch bei einer schräg vom Heißgas durchströmten Profilrohrmatrix vorteilhaft einsetzen; dies würde z. B. bedeuten, daß bei einer im wesentlichen konzen trischen Winkelverdrehung α gemäß Fig. 11 die Profilrohr fußenden 10′ jeweils längsmittig in Ebenen angeordnet wer den könnten, die beispielsweise unter einem rechten Winkel zur Profilrohrlängsmittelebene E angestellt sind; die um strömten Profilabschnitte, z. B. 4 ₁, könnten dann mit ihren jeweils großen Achsen A in Ebenen liegen, deren Nei gungswinkel zur Profilrohrlängsmittelebene E aus dem gegen seitigen Neigungsverdrehwinkel α resultiert.

Claims

1. Wärmetauscher mit einer heißgasumströmten Kreuz-Gegen strom-Matrix, die aus räumlich verschachtelt ineinan dergreifenden, lanzettförmigen Profilrohren besteht, welche an mindestens ein Druckluftsammel- oder -ver teilerrohr angeschlossen sind, das zumindest im Matrix anschlußbereich aus schichtartig fluiddicht aneinan dergefügten Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Matrixanschlußbereich zugehörige Profilrohr fußenden (10, 10′) rechteckig oder quadratisch ver formt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heißgasumströmte Abschnitt jedes Profilrohrs (4 ₁, 4 ₂, 4 ₃) das zugehörige Profilrohrfußende (10) im wesentlichen mit einer an- und abströmseitigen Profil endkante überkragt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Profilrohrreihen mit gleichmäßigen gegenseitigen Ab ständen unter jeweils gleichem Profilneigungswinkel (R) zur betreffenden Sammel- oder Verteilerrohr-Quer mittelebene (E) angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, daß den Profilrohrfußenden (10) nebst zugehörigen heißgasumströmten Profilrohrabschnitten (4 ₁) jeweils eine gemeinsame Längsmittelebene (L bzw. A) zugeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Profilrohrreihen mit gleichmäßigen gegenseitigen Ab ständen unter jeweils gleichem Profilneigungswinkel (R) zur betreffenden Sammel- oder Verteilerrohr-Quer mittelebene (E) angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, daß die Profilrohrfußenden (10) unter einem je weils gleichen Neigungswinkel (α) (Fig. 5) gegenüber den zuge hörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4 ₁) konzen trisch verdreht verformt sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrfußenden (10) gegenüber den zuge hörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4 ₁) so ver dreht verformt sind, daß die jeweilige Profilrohrlängs mittelebene (L) bzw. große Achse (A) des umströmten Profil rohrabschnitts das zugehörige Fußende im wesentlichen diagonal schneidet (Fig. 5).

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Neigungswinkel (α) zwischen den jeweiligen Profilrohrfußenden (10) und zugehörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4 ₁) zugleich die voneinander abweichenden Anstellwinkel (β, R) der Fußenden und der umströmten Profilrohrabschnitte so wie den Anstellwinkel (β) der gegenseitigen Element fügeflächenebenen zur Sammel- oder Verteilerrohr- Quermittelebene (E) definiert.

7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Matrixan schlußbereich ausbildenden Elemente (11, 12) eines Sammel- oder Verteilerrohres zwischen den gegenseiti gen Verbindungs- und Fügeflächen (13, 14) den Profil rohrfußenden (10) gemäß vorgeformte Ausnehmungen (15) ausbilden (Fig. 4).

8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Ele mente (21, 22) entlang der inneren gegenseitigen Füge flächen zur Aufnahme der Profilrohrfußenden (10) vor profiliert, hingegen entlang der äußeren End- bzw. Fügeflächen (23, 24) glattwandig sind (Fig. 7).

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äuße ren Endflächen zweier benachbarter Elemente (21, 22) nach oben offene Fugen (27) ausgebildet sind, wobei lippenartige Vorsprünge (25, 26) der Elemente die Fügeflächen bereitstellen (Fig. 8).

10. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Elemente (21, 22) mittels sammel- oder verteilerrohr innenseitig einander untergreifender Stege (28) an einandergefügt und zentriert sind (Fig. 9).

11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 sowie 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Element (29) entlang beidendseitiger Füge flächen (30, 31) mit nach außen offenen rechteckigen oder quadratischen Ausnehmungen (32) für die betref fenden Profilrohrfußenden (10) ausgebildet ist, deren jeweils eine offene Fußendseite von leistenförmigen Verbindungselementen (33, 34) entlang der beidendsei tigen Fügeflächen (30, 31) abgedeckt ist, wobei das Element (29), die Verbindungselemente (33, 34) sowie die Fußenden (10) nebst zugehörigen Profilrohrabschnit ten (4 ₁, 4 ₂, 4 ₃) jeweils eine eigenständige Montage einheit ausbilden (Fig. 10).

12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixanschluß bereich in wechselnder Folge aus mit ihren schmalen Endseiten unmittelbar hintereinander aufgereihten rechteckigen Profilrohrfußenden (10′) und deren je weils eine Längsseite abdeckenden, beidendseitig glatt wandige Fügeflächen ausbildenden Elementen (35, 36) besteht (Fig. 12).

13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrfußenden (10′) längsmittig in einer parallel zu den glattwandigen Fügeflächen verlaufenden Profilteilungsebene (M) angeordnet sind, deren Anstell winkel (β) zur Sammel- oder Verteilerrohr-Quermittel ebene (E) durch den Neigungsverdrehwinkel (α) des jeweiligen Fußprofilendes (10′) gegenüber den jeweils zugehörigen umströmten Profilrohrschnitt (4 ₁) defi niert ist (Fig. 12).

14. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 sowie 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elemente (21, 22 bzw. 35, 36) nebst da rin verankerten Profilrohrfußelementen (10, 10′) ein schließlich der zugehörigen umströmten Profilrohrab schnitte eine eigenständige Montageeinheit ausbilden.

15. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (37, 38) feste Bestandteile des Sammel- oder Verteilerrohrs und unter Belassung gegenseitiger Schlitze (39) für die fußseitige Aufnahme einzelner oder gegebenenfalls vorverbundener Profilrohrreihen (4 ₁, 4 ₂, 4 ₃) zueinan der beabstandet angeordnet sind (Fig. 13).

16. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Baulänge (U) der Profilrohrfußenden (10′) dem in der jeweiligen Teilungsebene (M) ausgebildeten Profilmittenabstand (Ma) entspricht (Fig. 12).