DE3840460A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der DE-PS 36 35 549 bekannt.

Bei einem derartigen bekannten Wärmetauscher bereitet es Schwierigkei­ ten, extrem unterschiedliche thermische Dehnungen der zusammenwirken­ den Bauteile und Baugruppen zu beherrschen bzw. so zu kompensieren, daß der angestrebte Wärmeaustauschgrad nicht durch unzulässig hohe Leckflüsse beeinträchtigt wird; dabei sollen unter anderem unzulässig hohe Differenzdehnungen zwischen korrespondierenden Bauelementen (Gehäuse, Matrix, Sammelrohre), die zu verhältnismäßig frühzeitigen Materialanrissen an den betreffenden Verbindungsstellen oder Verbin­ dungsmitteln zwischen den Bauelementen oder Baugruppen führen kön­ nen, möglichst vermieden werden.

Die Problematik hinsichtlich der Bauteildehnungen und der Dehnungsdif­ ferenzen zwischen den Bauteilen ist besonders in Kombination eines derartigen Wärmetauschers mit einer Gasturbinenanlage gravierend, wenn es also darum geht, einen Teil der im Abgas der Anlage enthaltenen Wärme für den Kreisprozeß wieder nutzbar machen zu wollen, z. B. zum Zwecke einer Vorwärmung der Brennkammer der Gasturbinenanlage zuzufüh­ render Verbrennungsluft; extrem schroffe Lastwechsel bzw. instationäre Betriebszustände erzwingen dabei oftmals extrem starke Temperaturdif­ ferenzen und damit Dehnungsdifferenzen betreffender kooperierender Bauteile bzw. Baugruppen.

Ferner stellt insbesondere die Matrix des Wärmetauschers eine hin­ sichtlich der Beherrschung der thermischen Dehnungen bzw. Dehnungsdif­ ferenzen einzelner Profilrohre sowie aber auch hinsichtlich örtli­ cher in vertikaler oder horizontaler Richtung, z. B. aus Stößen, re­ sultierenden dynamischen Belastungen ein vergleichsweise "sensibles" und schwingungsempfindliches Gebilde dar. Genannte Stöße bzw. Stoßbe­ lastungen, insbesondere in horizontalen Richtungen, können z. B. auf den Einsatz eines derartigen Wärmetauschers bei Fahrzeugen, z. B. bei Panzern, zurückzuführen sein, also Fahrzeuggattungen, die im prakti­ schen Einsatz ausgeprägten Bodenunebenheiten ausgesetzt sind.

Zudem bereitet es Schwierigkeiten, die genannten thermischen sowie dynamischen Belastungsanforderungen so zu beherrschen, daß ein monta­ gefreundliches Wärmetauscherkonzept unter gleichzeitger Bereitstellung eines vergleichsweise geringen Eigengewichts ermöglicht wird.

Im Hinblick auf die vorstehend umrissene Problematik liefert der ein­ gangs genannte bekannte Wärmetauscher (DE-PS 36 35 549) keinerlei greifbaren Lösungsansatz, zumal der bekannte Fall eine örtliche spitzenseitige Profilrohrblockzusammendrückung vorsieht, um eine gleichförmige Heißgasmassenstromverteilung an der Gesamtmatrix (Bogenbereich und gerade Schenkel der U-Matrix) bereitstellen zu kön­ nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher nach der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Rahmen der eingangs behan­ delten Problematik bei vergleichsweise geringem Bauaufwand einerseits hinsichtlich der verschiedenen Bauteile und Baugruppen (Matrix, Gehäu­ se, Sammelrohre) die erforderliche thermische wie aber auch horizonta­ le und vertikale Belastungskompatibilität bereitstellt. Im Rahmen der Aufgabe soll der Wärmetauscher in Erfüllung der genannten Anforderun­ gen vergleichsweise einfach, gewichtlich leicht und montagefreundlich aufgebaut sein.

Die gestellte Aufgabe ist mit den im Kennzeichnungsteil des Patent­ anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen erfindungsgemäß gelöst.

Im Wege der beschriebenen Trägeranordnung können also horizontale und vertikale dynamische Belastungen, z. B. als Ursache von Fahrbahnstößen oder dergleichen, überwiegend nach außen übertragen werden; ausgehend von einer punktuell "starren" Aufhängung in einer Sammelrohrquerebene an einem entsprechend zugeordneten äußeren bzw. oberen Träger, ergeben sich ferner im Betrieb nur verhältnismäßig geringe thermisch bedingte Längenänderungen der übrigen Sammelrohrsektionen, wobei diese Längenä­ nderungen über die gegenseitige direkte oder indirekte, in Sammelrohr­ längsrichtung punktuell bewegliche Aufhängung an mindestens einem weiteren äußeren Träger aufgefangen und in eine gehäuseseitige Axial­ verschiebung der Sammelrohre nebst zugeordneten Profilrohrblöcken der Matrix umgesetzt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird also kein besonderes, kostenaufwendiges und das Eigengewicht des Wärmetauschers nicht unbeträchtlich erhöhendes "Rohrrückgrat" im jeweiligen Sammelrohr benötigt. Vielmehr begnügt sich die Erfindung bei z. B. sektionsweise zusammengesetzten Sammel­ rohrabschnitten mit örtlichen inneren Rohrversteifungs- und Verbin­ dungsmitteln (klammerartige Rohrverklemmung entlang örtlicher Flanschenden), und zwar in den jeweiligen, den betreffenden starren bzw. beweglichen Aufhängungszonen bzw. in den betreffenden, den Trä­ gern zugeordneten Querebenen, die die Sammelrohre im wesentlichen unter einem rechten Winkel schneiden sollen.

Gemäß der Erfindung werden also vertikale dynamische Belastungen der Matrix als Ursache beispielsweise aus Fahrbahnstößen überwiegend von den Trägern zu einem wesentlich geringeren Teil von den betreffenden, z. B. plattenartigen Aufhängungs- bzw. Verbindungsmitteln dämpfend übernommen; horizontale dynamische Belastungen in Richtung der Sammel­ rohrlängsachsen werden dabei vom die starre Aufhängung gewährleisten­ den Träger aufgenommen. Horizontale dynamische Belastungen in Läng­ srichtung der Profilrohrblöcke bzw. in Längsrichtung der speziell später noch erörterten Leit- oder Zwischenwände können über geeignete Dämpfungsglieder (kissenartig) in das Wärmetauschergehäuse eingeleitet werden, und zwar in den betreffenden äußeren Bogenbereichen der Ma­ trix.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Patentansprüche 2 bis 22.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beipielsweise weiter erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Profilrohrwärmetauschers, der in Rede stehenden Art, in schematischer Darstellung, ohne Ge­ häuse,

Fig. 2 eine gemäß Schnitt D-D der Fig. 4 gesehene Aufbauweise des erfindungsgemäßen Wärmetauschers unter Zuordnung von jewei­ ligen Profilrohrblockhälften am hier unteren Sammelrohr, sowie unter Verdeutlichung der äußeren Träger nebst Aufhän­ gemitteln der Sammelrohre in Kombination mit weiteren, die Sammelrohrverschieblichkeit beidseitig im Gehäuse verdeut­ lichenden Mitteln,

Fig. 2a darstellungsmäßig vergrößert wiedergegebene Einzelheiten aus Fig. 2, betreffend die bewegliche Aufhängung der Sammelrohre am hier rechts außen befindlichen Träger nebst Details be­ züglich der axialen Verschiebbarkeit der Sammelrohre auf der rechten Seite im Gehäuse,

Fig. 3 die Draufsicht gemäß Blickrichtung A des Wärmetauschers nach Fig. 2, woraus unter anderem die örtlich beabstandete Träger- und Profilrohrblockausbildung in Verbindung mit relevanten Gehäuseumrißkonturen ersichtlich sind,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß B-B der Fig. 2, woraus unter anderem die freie Dehnbarkeit der betreffenden dortigen Profilrohrblöcke gegenüber angrenzenden äußeren Gehäuse­ abschnitten ersichtlich ist,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung gemäß C-C der Fig. 2, wonach unter anderem der betreffende mittlere Träger nebst dessen endsei­ tiger Gehäusebefestigung sowie in dieser betreffenden Quer­ ebene zu den Sammelrohren, die örtlichen, hier festen bzw. starren gegenseitigen Aufhängungsmittel sowie ferner sammel­ rohrinnenseitige Klemm- und Verspannmittel zwischen Sammel­ rohrsektionen aufgezeigt sind,

Fig. 6 perspektivisch dargestellte Sektionen des Wärmetauschers nach Fig. 2 bis 5 unter Verdeutlichung eines von den Sammel­ rohren nach einer Seite auskragenden Profilrohrblocks nebst Halterungs- und Aufhängemitteln für die Profilrohre, sowie ferner unter Verdeutlichung eines Leitwandblockes nebst zugehörigen kissenartigen Dämpfungsgliedern, und zwar gehäu­ seseitig am hier nach oben außen versetzt dargestellten zugehörigen Träger,

Fig. 7 ein Beispiel für starre Aufhängungsmittel als Platten- Bolzen-Kombination zwischen gabelkopfartigen Gliedern, etwa parallel zu den betreffenden Sammelrohrlängsrichtungen geschnitten dargestellt,

Fig. 8 eine örtliche Schnittdarstellung gemäß H-H aus Fig. 5 unter Verdeutlichung in Sammelrohrlängsrichtung beweglicher Auf­ hänge- und Verbindungsmittel als zwischen gegenseitigen gabelkopfartigen Enden durch Bolzen gesicherten beweglichen Platten zwischen einem äußeren Träger und betreffendem Pro­ filrohrblock auf der anderen Seite, sowie örtlich zwischen gegenseitigen, geradschenkeligen Profilrohrsektionen,

Fig. 8a eine örtlich bewegliche Aufhängungs- und Befestigungsalter­ native mit beweglicher Lasche zwischen gabelkopfartigen Gliedern,

Fig. 9 eine örtliche Darstellung der Rohranfänge- und Verbindungs­ mittels Blickrichtung K Fig. 8,

Fig. 10 eine vergrößert wiedergegebene Darstellung örtlicher Rohr­ klemm- und Verspannmittel als Ausschnitt L aus Fig. 5,

Fig. 11 einen Schnitt gemäß M-M der Fig. 10,

Fig. 12 einen vergrößert wiedergegebenen Ausschnitt E aus Fig. 2, unter Verdeutlichung gegenseitiger in Rohrlängsrichtung abdichtend bewegungskompensatorisch ausgebildeter, örtlich offener Enden, (Zufluß- bzw. Sammelrohrende, oben; Abfluß­ bzw. Sammelrohrende, unten),

Fig. 13 eine thermisch kompatible Exzenter- Schraub- Verbindung eines Trägers am Gehäuse, hier im Bezug auf die in Fig. 3 unten abgebrochen dargestellte Seite befindlich zu verste­ hen, und zwar gemäß Schnitt G-G der Fig. 14 und

Fig. 14 eine Draufsicht auf Einzelheiten der Verbindungsanordnung nach Fig. 13.

Fig. 1 veranschaulicht das Grundprinzip eines Eingangs schon behandel­ ten Hochtemperaturwärmetauschers in Kreuz-Gegenstrom-Bauweise. Er be­ steht hier aus zwei im wesentlichen parallel übereinander angeordneten Druckluftsammelrohren 1,2 , die mit einer jeweils beidseitig gegen eine Heißgasströmung H auskragenden Profilrohrmatrix 3,3′ kommuni­ zieren.

Über die hier obere Druckluftsammelleitung 1 wird z. B. verhältnismä­ ßig kalte Druckluft (D) der Matrix 3 bzw. 3′ beiseitig zugeführt, wobei die Druckluft unter jeweiliger Umkehrung der Strömungsrichtung, im Wege der jeweils äußeren U-förmig gebogenen Abschnitte der Matrix 3, 3′ in stark erhitztem Zustande in die betreffende untere Sammellei­ tung 2 gelangt; aus dieser Sammelleitung kann dann die aufgeheizte Druckluft gemäß Pfeilrichtung D′ z. B. der Brennkammer eines Gasturbi­ nentriebwerkes zugeführt werden; die Heißgasströmung H kann aus dem Abgasstrom des betreffenden Gasturbinentriebwerks bereitgestellt wer­ den.

Pos. 4 in Fig. 1 verkörpert einen kreisförmigen Ausschnitt aus einem unteren, geradschenkligen Teil der U-förmigen Matrixprofilrohre unter Verdeutlichung der Heißgaszirkulation A′ durch das betreffende Profil­ rohrfeld.

Mit 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 sind in Fig. 1 schematische Abstandshalter für die Profilrohre 13 der Matrix 3, 3′ angedeutet; bei diesen Ab­ standshalterungen, z. B. 6 - Fig. 1, kann es sich um Packungselemente handeln, die aus einem elastischen, schwingungsdämpfenden Werkstoff gefertigt sind, worin die hier beispielsweise im Querschnitt ellipti­ schen oder lanzettförmigen Rohre 13 der Matrix 3, 3′ (Fig. 1), insbe­ sondere in Rohrlängsrichtung, relativ zueinander beweglich geführt sind. Die die Abstandshalter, z. B. 6 - Fig. 1, ausbildenden Packungs­ elemente können aus Streifen (Einzelstreifen - längs) bzw. aus einem praktisch endlos durch das Rohrbündel geführten bzw. gezogenen Strei­ fen aufgebaut bzw. zusammengesetzt sein.

Das jeweilige Profilrohrfeld der Matrix 3,3′ kann aus parallel zu­ einander angeordneten Reihen solcher Profilrohre 13 bestehen, wobei die Rohrreihen jeweils räumlich so zueinander versetzt sind, daß die Profile benachbarter Rohrereihen unter Gewährleistung der geforderten Heißgasversperrung bzw. der gewünschten Durchströmquerschnitte, inein­ andergreifen. In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, kann jedes elliptische Rohr zwei voneinander durch einen mittleren Quersteg ge­ trennte Innenkanäle für die Druckluftführung aufweisen.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, soll der erfindungs­ gemäße Wärmetauscher also eine in Blöcke 14, 15, 16, 17 bzw. 14′, 15′, 16′, 17′ zergliederte, bogenförmige Umlenkzonen enthaltene Profilrohr­ matrix 3, 3′ zergliedert sein. Dabei sind die einzelnen Profilrohrblöc­ ke in Längsrichtung der Profilrohre von Leitwänden L 1, L 2 umgeben.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung sollen die Profilrohrmatix 3, 3′ sowie die Sammelrohre 1, 2 in Blocklängsrichtung überspannende Träger 18, 19,20 (Fig. 2 und 3) im Bereich der Umlenkzonen endseitig mit dem Gehäuse G verbunden sein.

Wie später noch ausführlicher u. a. in den Fig. 2, 2a und 12 verdeut­ licht, sollen ferner gemäß dem Grundgedanken der Erfindung die Sammel­ rohre 1, 2 an beiden Enden im Gehäuse G axial verschiebbar angeord­ net und an einem Träger, 19 starr, an mindestens einem weiteren Trä­ ger 18,20 axial beweglich aufgehängt sein.

Wie ferner insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sollen die betreffenden Träger 18, 19, 20, in bezug auf die hier z. B. zwei parallel übereinander angeordneten Sammelrohre 1, 2, in gleichförmig beabstandeten Querebenen E 1, E 2, E 3 am Gehäuse G befestigt sein, wobei die betreffenden Querebenen die Längsachsen der Sammelrohre 1, 2 unter einem rechten Winkel schneiden. Dabei sind die Sammelrohre 1, 2 nebst zugehörigen Profilrohrblöcken an dem hier beispielsweise mittle­ ren Träger 19 in der Ebene E 2 starr und an den zwei äußeren Trägern 18, 20 axial beweglich aufgehängt.

Wie insbesondere aus Fig. 2a ersichtlich ist, können die Sammelrohre 1, 2 mittels achszylindrischer Endteile 21, 22, die hier zugleich ends­ eitige Rohr-Verschlußdeckel ausbilden oder, mittels Zapfen, in gehäu­ seseitig thermisch isolierten Hülsen, z. B. 23 oder Buchsen bzw. in einer gehäuseseitigen Aussparung 24 axial verschiebbar gelagert sein. Dabei sind ferner Sektionen des Gehäuses G, also die Sektionen G 1, G 2, G 3 auf der den Sammelrohren 1, 2 zugewandten Seite, mit einem Isolierwerkstoff i, z. B. in Form von Metallfilzmatten, ausgekleidet; dabei ist besonders aus Fig. 2a ersichtlich, daß der betreffende Iso­ lierwerkstoff i bis zur Hülse 23 bzw. zur Aussparung 24 geführt ist. Ferner ist aus Fig. 2a ersichtlich, daß deckelartige Teile D 1, D 2 des Gehäuses G nebst inneren zugehörigen Isolierungen i′ bzw. i′′ gegen­ über der Hülse 21 bzw. der buchsenartigen Aussparung 24 angeordnet sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung sollen die gehäuseseitig thermisch isolierten Hülsen, z. B. 23, oder Buchsen bzw. die zuvor schon ge­ nannte Aussparung 24 einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten als die inneren zylindrischen Teile, z. B. 21, 22 oder Zapfen aufweisen.

Vorteilhaft sollen beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher die aufgezeig­ ten Profilrohrblöcke, z. B. 14, 15, 16, 17 aus U-förmigen, quer gegen die Heißgasströmung H im Gehäuse G auskragenden, mit elliptischen Quer­ schnitten räumlich verschachtelt ineinandergreifenden Profilrohren 13 zusammengesetzt sein, die entlang der geradschenkeligen Abschnitte über Profilabstandshalter 6-12 ausbildende bzw. aufnehmende Trag­ glieder S, P (siehe auch Fig. 6) an einem Träger 19 starr, an mindest­ ens einem weiteren Träger 18 bzw. 20 in Sammrohrlängsrichtung beweg­ lich angekoppelt sind.

Wie insbesondere aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, können die Leitwän­ de, z. B. L 2, jeweils aus zwei in Block- bzw. in Profilrohrlängsrich­ tung symmetrisch geteilten Hälften zusammengesetzt sein.

Besonders aus Fig. 6 ergibt sich, daß jeweils zwei in Blocklängsrich­ tung deckungsgleich einander gegenüberliegende, auf die äußerste U-förmige Profilrohrumrißstruktur der Matrix 3; 3′ abgestimmt dimensio­ nierte und symmetrisch geteilte Leitwände L 2, L 1 in Form eines blockar­ tigen Hohlkörpers H′ eine Heißgasversperrung ausbilden, wobei der jeweilige Hohlkörper H′ zwischen jeweils zwei Profilrohrblöcken 14 bzw. 15 im Sinne der Fig. 2 angeordnet ist.

Aus den Zeichnungen ist ferner erkennbar, daß die Profilrohr­ blöcke 14, 15, 16, 17 bzw. 14′, 15′, 16′, 17′ und die jeweiligen Hälften einer Leitwand, z. B. L 2, in einer betreffenden Querebene E 1 bzw. E 2 zu den Sammelrohren 1, 2 an mehreren in jeweiliger Blocklängsrichtung verteilten Punkten P 1, P 2, P 3 und P 4 am betreffenden Träger 18 bzw. 19 in Sammelrohrlängsrichtung beweglich bzw. starr aufgehängt sein sol­ len.

An betreffenden Punkten, z. B. P 2, P 3 bzw. P 5, P 6 (Fig. 5), kann die sammelrohrseitig verankerte Aufhängung in der betreffenden Querebene entweder beweglich oder aber starr ausgebildet sein.

An relevanten Punkten, die zuvor in Verbindung mit Fig. 5 mit P 1 bis P 6 bezeichnet worden sind, ist bezüglich der Sammelrohre 1, 2 nebst angrenzenden Partien der Profilrohrblöcke 15′, 16′ eine starre Aufhän­ gung am mittleren Träger 19 in der Ebene E 2 (Fig. 2) vorgesehen. In dieser Ebene E 2 sind die betreffenden Leitwände L 2, L 1 eines Hohlkör­ pers H′ (siehe auch Fig. 6) dann mittelbar, starr über die Stangen S z. B. an das Punkten St 1, St 2, St 3 am betreffenden Träger 19 aufge­ hängt. In sinngemäßer Zuordnung zu Punkt P 1 ergibt sich aus Fig. 7 eine starre Aufhängungsalternative, z. B. am Träger 19 (siehe auch Fig. 2), in der Kombination aus zwischen benachbarten Gabelköpfen 26, 27 mittels Bolzen 28, 29 fest verankerten Platten 30.

Fig. 8 verkörpert eine bewegliche Aufhängungsalternative in der Ebene E 1 (siehe auch Fig. 2) am Träger 18 bezüglich der Punkte P 1, P 7 (siehe auch Fig. 5). Die beweglichen Aufhängungsmittel sind dabei in der Kombination aus zwischen korrespondierenden gabelförmigen Köpfen 26′, 27′ örtlich mit Spiel entlang als Bewegungsführung ausgebildeten Bolzen 28′, 29′ beweglichen Platten 30′ ausgebildet (Punkt P 1).

Eine sinngemäße Konfiguration (26′′ bis 30′′) ergibt sich bezüglich des Aufhängungspunktes P 7.

Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, weisen die Gabelköpfe 27′, 26′′, 27′′ axial über die Platten 30′, 30′′ (Fig. 8) vorspringende Enden bzw. Nasen N auf, an denen die angrenzenden Profilrohrblöcke, z. B. 14, 15 über die Querstangen S (Fig. 4) verankert sind.

Mit betreffendem gleichförmig, räumlich versetzten Bohrungen können also die Leitwände, z. B. L 2 eines Hohlkörpers H′, auf die Querstangen S aufgeschoben bzw. daran verankert werden (Fig. 5).

Gemäß Fig. 8 sind ferner die Gabelköpfe 27′, 26′′ Bestandteil eines hier mittig - quer abgebrochen - dargestellten Hohlprofilkörpers 31.

Aus Fig. 5 ist ferner erkennbar, daß die als Stangen S ausgebildeten Tragglieder an der betreffenden symmetrisch geteilten Leitwand L 2, an zwischen den Aufhängungspunkten, z. B. P 1, P 2 bzw. P 3, P 4 bzw. P 7, P 5 befindlichen Stellen ST 1 bzw. ST 2 bzw. ST 3, aufgehängt sind. Die Leit­ wände L 1, L 2 bzw. die daraus ausgebildeten Hohlkörper H′ (s. h. auch Fig. 6) sind mit den Sammelrohren 1, 2 verbunden, wobei sie (L 1, L 2 bzw. H′) u. a. zu diesem Zweck auf die Sammelrohre 1, 2 aufgeschoben werden.

Fig. 8a kennzeichnet eine z. B. im Hinblick auf den Aufhängungspunkt P 1 in Fig. 8 bewegliche Aufhängungsalternative in der Kombination aus in der betreffenden Aufhängungsebene E 1 zum Träger 18 zwischen einan­ der benachbarten Gabelköpfen 32, 33 mittels zylindrischer Endteile schwenkbar eingebetteten Laschen 34.

Gemäß der Erfindung können horizontale dynamische Belastungen der Profilrohrmatrix 3, 3′ in Sammelrohrlängsrichtung von demjenigen in einer verlängerten Querebene E 2 befindlichen Träger 19 aufgenommen werden, dem die betreffenden starren Aufhängungsmittel der Sammelrohre 1, 2 und der betreffenden Profilrohrblöcke, z. B. 15, 16 bzw. 15′, 16′ zugeordnet sind.

Insbesondere unter Hinweis auf Fig. 5 oder 6 können vorteilhafterweise ferner horizontale dynamische Belastungen der Profilrohrmatrix 3, 3′ in Längsrichtung der Profilrohrblöcke bzw. der Leitwände L 2, L 1 über äuße­ re Dämpfungsglieder 35,36 in das Gehäuse G des Wärmetauschers einge­ leitet werden, wobei die Dämpfungsglieder gegenüber der äußeren bogen­ förmigen Umlenkkontur U (Fig. 6) der von den Leitwänden L 2, L 1 ausge­ bildeten blockartigen Hohlkörper H′ eingewölbt sind.

Wie insbesondere aus Fig. 2 - oben - hervorgeht, sollen die Sammelroh­ re, hier z. B. am Sammelrohr 1 verdeutlicht, in einzelne, die jewei­ ligen Profilrohrblöcke, z. B. 14, 15, 16, 17, enthaltende Rohrabschnitte A 1, A 2, A 3 und A 4 zergliedert sein. Eine derartige Bauweise wirkt sich äußerst günstig auf die Montage bzw. Demontage des Wärmetau­ schers aus; es handelt sich hier um eine sogenannte "Modulbauweise".

Wie insbesondere aus Fig. 2a - oben - erkennbar, können also die Roh­ rabschnitte, z. B. A 3, A 4, entlang jeweils endseitig einander benach­ barter innerer Umfangsflansche 37,38 in einer auf die Lage des zuhöri­ gen Trägers - hier 20 - abgestimmten verlängerten Rohrquerebene E 3, in abdichtender und rohrversteifender Weise gegeneinander verklemmt sein. Sinngemäß ist dies anhand der Fig. 10, und zwar anhand des Ausschnitts L in Bezug auf das Sammelrohr 2 näher verdeutlicht, in dem also vor­ zugsweise drei über dem inneren gegenseitigen Rohrumfang gleichförmig verteilte, V-förmig die gegenseitigen Flansche umgreifende Klemmglie­ der 39, 40 vorgesehen sind, zwischen denen die Klemmkraft durch jeweils links- und rechtsgewindegängige Schraubeinheiten 41 aufgebracht wird (siehe hierzu auch Fig. 11). Gemäß Fig. 11 ist dabei eine mit Gewinde­ bolzen 43, 44 im Eingriff befindliche Verstellmutter 42 vorgesehen; die Gewindebolzen 43, 44 weisen dabei zylindrische Endteile 45, 46 auf, die in entsprechend ausgerundete Gegenflächen der Klemmglieder 39, 40 ein­ greifen.

Fig. 12 verkörpert eine Ausführungsform, bei der in bezug auf Fig. 2, links außen, für die seitlich offenen Sammelrohre 1, 2 ein axial bewe­ gungskompensatorischer Rohranschluß an ein oberes, starres Zuflußrohr (Rohrende 48) und an ein unteres starres Abflußrohr 49 ausgebildet ist. Wie anhand des oberen Sammelrohres 1 verdeutlicht, ist dabei u. a. ein mit dem Zuflußrohrende 48 verflanschter, innen stufenförmig abgesetzter, hülsenförmiger Rohrabschnitt 50 auf der anderen Seite mit Strukturen des Gehäuses G verschraubt. In einer rotationssymmetrischen Aussparung einer mit den Strukturen des Gehäuses G verschraubten wei­ teren Zylindersektionen 55 sitzt eine auf das vordere Ende des Sammel­ rohres 1 aufgeschraubte, radial außen einen Leitwandabschnitt ausbil­ dende Hülse 51. Zwischen dieser Hülse 51 und zugekehrten Endflächen der Strukturen des Gehäuses G sitzt weiter eine bewegungskompensatori­ sche Heißgasdichtung 52.

Einschließlich der Hülse 51 ist eine weitere Rohrsektion 53 mit dem oberen Sammelrohr 1 fest verschraubt. Unter Zulassung axialer Beweg­ lichkeit greift die Rohrsektion 53 in eine örtliche Abstufung des hülsenförmigen Rohrabschnitts 50 abdichtend ein; Dichtelemente der Rohrsektion 53 sind mit 54 bezeichnet, welche eine Rotationssymetri­ sche zylindrische Innenfläche des hülsenförmigen Rohrabschnittes 50 tangieren. Sinngemäß ist der axiale bewegungskompensatorische Rohran­ schluß bezüglich des unteren Sammelrohres 2 (Abflußseite/Druckluft) ausgebildet. Bezüglich Fig. 12 wäre noch zu vermerken, daß sich die hülsenförmigen Rohrabschnitte 50, 50′ beider Sammelrohre 1, 2 in einer gegenseitigen Überschneidungsquerebene E 4 zwischen den Hülsen 51, 51′ an den schon genannten Strukturen des Gehäuses G abstützen, die, unter Zwischenschaltung einer Isolation 56 (siehe auch Fig. 12 - oben), mit den in der Ebene E 4 abgeflachten Abschnitten der betreffenden Zylin­ dersektionen 55, 55′ verbunden sind, und zwar im Wege von Schrauben 57, wie sie aus Fig. 12, oben, ebenfalls ersichtlich sind.

Gemäß der Erfindung ist es ferner vorgesehen, daß die eingangs schon behandelten Träger 18, 19 und 20 über ihre äußeren Enden jeweils ther­ misch dehnungskompensatorisch mit dem Gehäuse G verschraubt sein sol­ len.

Die Fig. 13 und 14 erläutern eine derartige thermisch dehnungskompen­ satorische Verschraubung bezüglich des Trägers 18. Gemäß dieser ther­ mischen Kompensation sind dabei in Zwischenräumen von Doppelplatten 45,46 der nach außen abgewinkelten Struktur des Gehäuses G etwa Z-förmig eingreifende Glieder 47 vorgesehen, und zwar in der Kombina­ tion mit achsversetzten Exzenterbolzen nebst Muttern; demnach kann also trotz Verschraubung und örtlich fester Verbindung (Träger 18/Gehäuse G) eine thermisch kompatible Beweglichkeit (Maß c) des Trägers 18 relativ zum Gehäuse G ermöglicht werden.

Wie ferner insbesondere aus den Fig. 4 und 5 entnommen werden kann, sind bewegungskompensatorische Heißgasabsperrdichtungen 57, 58, 59 und 60 zwischen örtlichen, den Bogenbereich der Matrix 3, 3′ umgebenden Leitwänden (siehe z. B. Leitwand L 1 - Fig. 6) und angrenzenden Partien des Gehäuses G angeordnet. Gemäß Fig. 6 können wiederum die Leitwände, z. B. L 1, über örtliche weitere Bürstendichtungen 61 eine Heißgasab­ sperrung gegenüber daran angrenzenden Profilrohren im Bogenbereich der Matrix ausbilden.

Claims (22)

1. Wärmetauscher mit im wesentlichen parallel angeordneten Sammelroh­ ren (1,2) und einer in einem Gehäuse (G) gegen eine darin geführte Heißgasströmung (H) angeordneten, in Blöcke (14, 15, 16, 17) zerglie­ derten, bogenförmige Umlenkzonen enthaltenden Profilrohrmatrix (3, 3′), in die über ein Sammelrohr (I) aufzuheizende Druckluft eingespeist und unter Umkehrung der Strömungsrichtung einem weite­ ren Sammelrohr (2) zugeführt wird, wobei die Blöcke in Längsrich­ tung der Profilrohre sowie an Abschnitten der Umlenkzonen von Leitwänden umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Profilrohrmatrix (3, 3′) und die Sammelrohre (1, 2) in Block­ längsrichtung überspannende Träger (18, 19, 20) im Bereich der Umlenkzonen endseitig mit dem Gehäuse (G) verbunden sind;
• - die Sammelrohre (1, 2) an beiden Enden im Gehäuse (G) axial verschiebbar angeordnet und an einem Träger (19) starr, an mindestens einem weiteren Träger (18, 20) axial beweglich aufge­ hängt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (18, 19, 20), in gleichförmigen Abständen nebeneinander, die Sammelrohre (1, 2) nebst Matrix (3, 3′) überspannend, in die Sammel­ rohre rechtwinklig schneidenden Querebenen (E 1, E 2, E 3) angeordnet und jeweils an den äußeren Enden mit an die Bogenbereiche der Matrix angrenzenden Partien des Gehäuses (G) verbunden sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (1, 2) an einem mittleren Träger (19) starr und an zwei äußeren Trägern (18, 20) axial beweglich aufgehängt sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sammelrohre (1, 2) mittels achszylindrischer End­ teile (21, 22) oder Zapfen in gehäuseseitig thermisch isolierten Hülsen (23) oder Buchsen bzw. Aussparungen (24) von Gehäusesektio­ nen (G 2, G 3) axial verschiebbar gelagert sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäuseseitig thermisch isolierten Hülsen (23) oder Buchsen bzw. Aussparungen (24) einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die inneren zylindrischen Endteile (21, 22) oder Zapfen aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrblöcke (14, 15, 16, 17) aus U-förmigen, quer gegen die Heißgasströmung (H) im Gehäuse (G) auskragenden mit elliptischen Querschnitten räumlich verschachtelt ineinandergreifenden Profilrohren (13) zusammengesetzt sind, die entlang geradschenkeliger Abschnitte über Rohrabstandshalter (6 - 12) ausbildende bzw. aufnehmende Tragglieder (S, P) an einem Träger (19) starr, an mindestens einem weiteren Träger (18 bzw. 20) in Sammelrohrlängsrichtung beweglich angekoppelt sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils aus zwei in Block- bzw. Profilrohrlängsrichtung symmetrisch ge­ teilten Hälften bestehende Leitwände (L 2, L 1) mit den Sammelrohren (1, 2) unter Aufschiebung auf letztere, verbunden sind, wobei die einen als Stangen (S) ausgebildeten Tragglieder an den Leitwänden (L 2, L 1) aufgehängt sind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in Blockquerrichtung deckungsgleich einander gegenüberliegende, im wesentlichen auf die äußerste U-förmige Profilrohrumrißstruktur der Matrix (3, 3′) abgestimmt dimensionierte und symmetrisch ge­ teilte Leitwände (L 2, L 1) Bestandteile eines eine Heißgasversper­ rung ausbildenden, blockartigen Hohlkörpers (H′) sind.

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrblöcke (14, 15, 16, 17, 14′, 15′, 16′, 17′) und die jeweiligen Hälften einer Leitwand (L 2) in einer betreffenden Querebene (E 1 bzw. E 2) zu den Sammelrohren (1, 2) an mehreren in jeweiliger Blocklängsrichtung verteilten Punkten (P 1, P 2, P 3, P 4) am betreffenden Träger (18 bzw. 19) in Sam­ melrohrlängsrichtung beweglich bzw. starr aufgehängt sind.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine sammelrohrseitige Aufhängung an Punkten P 2, P 3 bzw. P 5, P 6, die außerhalb der durch die Lage der Querstangen (S) vorgegebenen Aufhängungspunkte (P 1, ST 1; P 7, ST 3) definiert ist, in der betref­ fenden Querebene beweglich oder starr ausgebildet ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als starre oder bewegliche Aufhängungsmittel eine Kombination aus zwischen gegenseitigen Gabelköpfen (26, 27 bzw. 26′, 27′) über Bol­ zen (28, 29 bzw. 28′, 29′) fest oder beweglich verankerte Platten (30 bzw. 30′) vorgesehen ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Gabelköpfe (26 bzw. 26′) Bestandteile eines betreffenden Trägers (19 bzw. 20) sind.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß übrige Gabelköpfe (27′, 26′′) in der betreffenden Querebene (E 1) im Sinne eines Hohlprofilkörpers (31) untereinander verbunden sind.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen sowie zumindest eine weiterer Gabelkopf (27 bzw. 27′ bzw. 26′′ bzw. 27′′) über die Platten (30 bzw. 30′ bzw. 30′′) oder dergleichen axial vorspringende Enden oder Nasen (N) aufweisen, die mit einer der oberen oder unteren Querstangen (S) eines Pro­ filrohrblockes (14 bzw. 15) durch örtliches Ein- oder Aufschieben verbunden sind.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als bewegliche Aufhängungsmittel zwischen gegenseiti­ gen bzw. einander benachbarten Gabelköpfen (32, 33) beweglich ein­ gebundene Laschen (34) vorgesehen sind.

16. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß horizontale dynamische Belastungen der Profilrohrmatrix (3, 3′) in Sammelrohrlängsrichtung von demjenigen in einer Querebene befindlichen Träger (19) aufgenommen werden, dem die betreffenden starren Aufhängungsmittel zugeordnet sind.

17. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß horizontale dynamische Belastungen der Profilrohrmatrix (3, 3′) in Längsrichtung der Profilrohrblöcke bzw. der Leitwände (L 1, L 2) über Dämpfungsglieder (35, 36) in das Gehäuse (G) des Wärmetauschers eingeleitet werden, die gegenüber der äuße­ ren bogenförmigen Umlenkkontur (U) der von den Leitwänden (L 2, L 1) ausgebildeten blockartigen Hohlkörper (H′) eingewölbt sind.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsglieder (35, 36) aus einem Chrom-Nickel-Stahl gefertigte Drahtkissen sind.

19. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (1, 2) in einzelne, die jeweiligen Profilrohrblöcke (16, 17; 16′, 17′) enthaltenden bzw. ausbildende Rohrabschnitte (A 3, A 4) zergliedert sind.

20. Wärmetauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte (A 3, A 4) entlang jeweils endseitig einander benach­ barter innerer Umfangsflansche (37, 38) in einer auf die Lage des betreffenden Trägers (20) abgestimmten Querebene (E 3) in abdich­ tender und rohrversteifender Weise gegeneinander verklemmt sind.

21. Wärmetauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor­ zugsweise drei über dem inneren gegenseitigen Rohrumfang gleich­ förmig verteilte, V-förmig die gegenseitigen Flansche umgreifende Klemmglieder (39, 40) vorgesehen sind, zwischen denen die Klemm­ kraft durch jeweils links - und rechtsgewindegängige Schraubein­ heiten (41) aufgebracht wird.

22. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (18, 19, 20) an ihren äußeren Enden thermisch dehnungskompensatorisch mit dem Gehäuse (G) verschraubt sind.