DE4411745C1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die verschärften Bestimmungen des Umweltschutzes verlan­ gen einen absolut leckagefreien Wärmeaustausch zwischen den z. B. in Kraftwerks- und Müllverbrennungsanlagen ent­ stehenden Rohgasen einerseits und den nach einem Reini­ gungsprozeß vorhandenen Reingasen andererseits. Der Wär­ meaustausch zur Erhöhung der Temperatur der Reingase wird deshalb durchgeführt, um in den die Reingase in die Umge­ bung abführenden Kaminen ausreichend hohe Temperaturen zu schaffen, die Korrosionen und das Ausfällen von Schadstoffen verhindern. Der Wärmeaustausch wird unter anderem mit sogenannten Kreuzströmern bzw. Gas/Gas-Wärme­ tauschern durchgeführt, bei denen die notwendige Energie zur Temperierung der Reingase den Rohgasen durch direkten Wärmeaustausch entnommen wird.

Derartige Wärmetauscher besitzen Kunststoffrohre, welche mit ihren Enden in Rohrböden aus Kunststoff eingesetzt sind. Die Rohgase durchströmen in aller Regel die Kunst­ stoffrohre, wohingegen die Reingase die Kunststoffrohre zwischen den Rohrböden quer umströmen. Zur Festlegung der Wärmetauscherrohre weisen die Rohrböden den Reingasräumen abgewandte Aushalsungen auf, die von umgebördelten Enden der Wärmetauscherrohre umgriffen sind. Die Festlegung der umgebördelten Enden an den Aushalsungen erfolgt mecha­ nisch, indem die Enden mit den Aushalsungen zusammenge­ preßt werden.

Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei dieser Verbindung bei gewissen Bedingungen wie erhöhten Temperaturen und Drücken Probleme mit der Formbeständigkeit und Dichtig­ keit auftreten.

Es ist deshalb im Umfang des DE-GM′s 93 05 497 vorge­ schlagen worden, in Höhe der Umbördelungen steife, insbe­ sondere aus Metall bestehende, zylindrische Stützringe anzuordnen. Durch die Einbringung solcher Stützringe, die auch hohen Temperaturen und Drücken standhalten sollen, wird die Formbeständigkeit der gesamten Verbindung ange­ strebt.

Abgesehen davon, daß die Anordnung von zusätzlichen Stützringen mit einem merklich erhöhten Aufwand verbunden ist, kann aber auch hierdurch nicht die geforderte Lecka­ gefreiheit zwischen den Rohgasen und den Reingasen im Hinblick auf die hohen Schadstoffanteile in den Rohgasen, wie z. B. SO₂, SO₃, HCl, HF usw., mit der notwendigen Si­ cherheit gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit Kunststoffroh­ ren und Kunststoffböden zu schaffen, bei dem die Verbin­ dung der Kunststoffrohre mit den Kunststoffböden absolut gasdicht ist und nur ein geringer Aufwand zur Herstellung der gasdichten Verbindung erforderlich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Durch die Verschweißung der Innenflächen der umgebördel­ ten Enden der Wärmetauscherrohre mit den Außenflächen der Aushalsungen wird zunächst eine absolut leckagedichte Verbindung geschaffen, welche diese Eigenschaft auch bei wechselnden thermischen Belastungen behält. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die gezielte Material­ wahl für die Kunststoffrohre einerseits und die Rohrböden andererseits nunmehr unter Umständen beschädigte Wärme­ tauscherrohre leicht ausgewechselt und ersetzt werden können. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, die Umbördelradien der betreffenden Wärmetauscherrohre an den Stirnseiten der Aushalsungen abzuarbeiten, beispiels­ weise abzuschleifen, anschließend neue Wärmetauscherrohre einzusetzen, diese endseitig umzubördeln und erneut zu verschweißen. Hierbei werden die Aushalsungen nicht be­ schädigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen nach Anspruch 2 die Aushalsungen einen sich zu den Stirnseiten hin verschmälernden Querschnitt auf. Auf diese Weise wird sowohl einer einfachen Neuverschweißung und Wiederverschweißung der Wärmetauscherrohre mit den Aushalsungen als auch der geforderten gasdichten Verbin­ dung Rechnung getragen.

Zur Erhöhung der Leckagedichtheit sind entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 die umgebördelten Enden der Wärmetauscherrohre bis zu den einander abgewandten Außen­ seiten der Rohrböden geführt. Hierdurch ergeben sich großflächige kreisförmige Dichtbereiche.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert.

Mit 1 ist in der Zeichnung ein Abschnitt eines Rohrbodens aus Perfluoralkyl (PFA) eines ansonsten nicht näher ver­ anschaulichten Gas/Gas-Wärmetauschers bezeichnet. Der Rohrboden 1 weist eine Vielzahl von sich senkrecht zu seiner Ebene erstreckenden Aushalsungen 2 auf. Diese Aus­ halsungen 2 besitzen einen sich zu den Stirnseiten 3 hin verschmälernden keilförmigen Querschnitt.

In die Aushalsungen 3 sind Kunststoffrohre 4 aus Polyte­ trafluorethylen (PTFE) eingesetzt und mit ihren Enden 5 um die Stirnseiten 3 der Aushalsungen 2 gebördelt. Die Enden 5 sind bis zur Außenseite 6 des Rohrbodens 1 ge­ führt.

Die Festlegung der Enden 5 an den Aushalsungen 2 erfolgt durch ein Verschweißen der Innenflächen 7 der Enden 5 mit den Außenflächen 8 der Aushalsungen 2.

Beim Ausführungsbeispiel durchströmt schadstoffbeladenes heißes Rohgas ROG die Kunststoffrohre 4, während Reingas REG die Kunststoffrohre 4 im Reingasraum 9 quer anströmt.

Bezugszeichenliste

1 - Rohrboden
2 - Aushalsungen
3 - Stirnseiten v. 2
4 - Kunststoffrohre
5 - Enden v. 4
6 - Außenseite v. 1
7 - Innenflächen v. 5
8 - Außenflächen v. 2
9 - Reingasraum
REG - Reingas
ROG - Rohgas

Claims (3)

1. Wärmetauscher, der eine Vielzahl von ein Rohgas (ROG) führenden Wärmetauscherrohren (4) aus Kunststoff auf­ weist, die endseitig in Rohrböden (1) aus Kunststoff eingesetzt und zwischen den Rohrböden (1) von einem Reingas (REG) quer umströmt sind, wobei die Wärmetau­ scherrohre (4) dem Reingasraum (9) abgewandte Aushal­ sungen (2) der Rohrböden (1) durchfassen und mit ih­ ren Enden (5) um die Stirnseiten (3) der Aushalsungen (2) gebördelt sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - die Kunststoffrohre (4) bestehen aus Poly­ tetrafluorethylen (PTFE),
• - die Rohrböden (1) bestehen aus Perfluoralkyl (PFA),
• - die Innenflächen (7) der umgebördelten Enden (5) der Wärmetauscherrohre (4) sind mit den Außenflä­ chen (8) der Aushalsungen (2) verschweißt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushalsungen (2) einen sich zu den Stirnseiten (3) hin verschmälernden Querschnitt aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die umgebördel­ ten Enden (5) der Wärmetauscherrohre (4) bis zu den Rohrböden (1) erstrecken.