DE4445137C2 - Vorrichtung zur Halterung von Rohren eines Wärmeübertragers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung von vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohren des Rohrbündels eines Wärmeübertragers mit im Gehäuse des Wärmeüber­ tragers mittels eines Tragrahmens angeordneten, jedes Rohr zumindest auf einem Teil seines Umfanges berührenden Abstandshaltern.

Bei der Herstellung von Wärmeübertragern werden häufig für das eine an der Wärmeübertragung teilnehmende Medium Rohrbündel verwendet, die aus einer Mehrzahl von parallel und im Abstand zueinander verlaufenden Rohren bestehen. Die Rohre können hierbei geradlinig zwischen zwei Rohrböden ver­ laufen, die als Teil einer Verteil- bzw. Sammelkammer ausgebildet sind. Bei einer alternativen Ausgestaltung können für das Rohrbündel auch U-förmig gebogene Rohre Verwendung finden, deren beide Enden in einem gemein­ samen Rohrboden abgedichtet gehalten sind; in diesem Fall wird die unter Verwendung des Rohrbodens gebildete Kammer durch mindestens eine Trennwand in eine Verteil- und Sammelkammer unterteilt.

Sofern zur Herstellung des Rohrbündels Rohre mit einer größeren Länge ver­ wendet werden, ist es erforderlich, die Rohre innerhalb des Gehäuses des Wärmeübertragers durch eine Halterung abzustützen. Diese Halterung umfaßt Abstandshalter, die jedes Rohr zumindest auf einem Teil seines Umfanges be­ rühren, und eine Aufhängung, mit deren Hilfe die Abstandshalter in der jeweils gewünschten Ebene des Wärmeübertragergehäuses angeordnet werden.

Bei einem Einsatz der Wärmeübertrager in Wärmeverschiebungs- oder Wärme­ auskopplungssystemen oder innerhalb von Prozeßanlagen der chemischen In­ dustrie werden Kunststoffrohre verwendet, um den Einsatz des Wärmeüber­ tragers auch für aggressive Medien zu ermöglichen. Derartige Kunststoffrohre unterliegen einer großen Längenausdehnung, wenn bei einem An- bzw. Ab­ fahren der Anlage Temperaturänderungen zwischen der Umgebungstem­ peratur und der Betriebstemperatur stattfinden. Die aus Abstandshaltern und Aufhängung bestehenden Halterungen müssen in diesem Fall Relativbewe­ gungen zwischen den Abstandshaltern und den Kunststoffrohren ermöglichen, um einseitige Belastungen, die zu einer Verlagerung oder gar zu einem Knicken des Rohres führen können, auszuschließen. Hierbei ist zu beachten, daß durch Staubablagerungen innerhalb des Wärmeübertragergehäuses die Gleiteigenschaften zwischen den Rohren und den Abstandshaltern verändert werden können und daß derartige Ablagerungen von Staub oder anderen Ver­ unreinigungen periodisch entfernt werden müssen.

Aus der DE 42 17 923 A1 ist eine Vorrichtung zur Halterung von aus Kunst­ stoff bestehenden Rohren eines Wärmeübertragers bekannt, bei der die Ab­ standshalter aus in der Ebene eines Rahmens parallel nebeneinander angeord­ neten und miteinander verbundenen dünnwandigen Hülsen gebildet sind. Diese vorzugsweise mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführten Hülsen sind miteinander verschweißt. Sie umgeben die einzelnen Rohre des Rohrbün­ dels und stützen diese durch Anlage der Rohroberfläche an der Außenfläche von mindestens drei benachbarten Hülsen ab. Durch die Kreisform der Hülsen und ihre Verschweißung ergibt sich eine sehr große Steifigkeit der Abstands­ halter der bekannten Halterung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung der als be­ kannt vorausgesetzten Art derart weiterzubilden, daß mit einer einfachen und preiswert herzustellenden Konstruktion einerseits eine zuverlässige Abstützung der Rohre erzielt wird und andererseits notwendige Ausgleichsbewegungen der Rohre ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung wird eine Halterungsvorrichtung ge­ schaffen, die nicht nur besonders preiswert herzustellen und einfach zu montieren ist, sondern neben der notwendigen Führung der Rohre auch Aus­ gleichsbewegungen der Rohre quer zur Rohrlängsachse ermöglicht, die ein Verklemmen der Rohre an den Abstandshaltern bei temperaturbedingten Längenänderungen verhindern und hierdurch ein Knicken und damit Be­ schädigen von insbesondere aus Kunststoff hergestellten Rohren aus­ schließen.

Aus der DE 43 05 519 A1 sind Abstandshalter für die Rohre einer Rohrreihe von Wärmeübertragern bekannt, die jeweils aus einer U-förmigen Klammer bestehen, welche die Rohre an gegenüberliegenden Seiten berührt und mittels Metallverbindern an den Rohren befestigt wird. Hierdurch erfolgt eine Fest­ legung der Rohre einer Rohrreihe relativ zueinander; eine Verbindung der Ab­ standshalter über einen Tragrahmen mit dem Gehäuse des Wärmeübertragers ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 36 15 032 C2 ist weiterhin ein Verfahren zum Verbinden eines Bündels paralleler Rohre mittels eines Schlauches aus Polyamid bekannt, bei dem der durch Evakuieren abgeflachte Schlauch zwischen die Rohre benach­ barter Rohrreihen eingeführt und anschließend durch Aufheben des Vakuums in seine ursprüngliche Form zurückzukehren versucht, so daß er aufgrund seines gegenüber dem Abstand benachbarter Rohrreihenebenen größeren Außendurchmessers die Rohre formschlüssig auf mehr als ¼ ihres Umfanges umgibt. Auch hier ist keine Verbindung der als Abstandshalter anzusehenden Schläuche über einen Tragrahmen mit dem Gehäuse des Wärmeübertragers vorgesehen.

Schließlich waren aus der US 3 068 163 Rohrhalterungen in Form von Metall­ bändern bekannt, die die Rohre eines Rohrbündels eines Kernreaktors relativ zueinander festlegen, indem mehrere endlose Bänder die Rohre jeweils einer oder mehrerer kompletter Rohrreihen umgeben, wobei einander kreuzende Metallbänder mittels jeweils der halben Bandbreite entsprechender Schlitze in­ einandergreifen. Auch diese bekannte Ausführung besitzt keinen Tragrahmen zur Verbindung der Bänder mit einem das Rohrbündel umgebenden Gehäuse.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Halterungsvor­ richtung werden die Rohre jeder Rohrreihe durch ein zwischen zwei einander gegenüberliegenden Tragbolzen verlaufendes Band gehalten, das sich zwischen benachbarten Rohren kreuzend die Rohre auf einer Teillänge ihres Umfanges umschlingt. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden die Rohre zweier benachbarter Rohrreihen durch ein zwischen zwei einander gegenüberliegenden Tragbolzen verlaufendes Band gehalten, das sich im Zwischenraum zwischen zwei Paaren benachbarter Rohre kreuzend die Rohre der beiden Rohrreihen abwechselnd auf einer Teillänge ihres Umfanges umschlingt. In beiden Fällen ergibt sich eine ausreichende Führung der Rohre unter Aufrechterhaltung von Ausgleichsbewegungen quer zur Rohrlängsachse.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Rohrhalterung nach der Erfindung besteht darin, daß sämtliche Rohre des Rohrbündels durch mindestens ein Band gehalten werden, das zwischen den Rohren benachbarter Rohrreihen verläuft und nacheinander jeweils einen Tragbolzen auf einander gegen­ überliegenden oder benachbarten Schenkeln des Tragrahmens umschlingt. Auch diese Ausführungsform ergibt eine zuverlässige Führung der Rohre bei gleichzeitig einfacher und preiswerter Herstellung und unter Aufrechterhaltung von Relativbewegungen quer zur Rohrlängsachse.

Um die Halterung der Rohre des Rohrbündels in ihrer Sollposition zu ver­ bessern, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung jedes Rohr des Rohrbündels in der jeweiligen Halterungsebene durch zwei Bänder gehalten werden, die in Rohrlängsrichtung versetzt und in Umfangsrichtung um 90° verdreht an den einzelnen Rohren angreifen. In der Praxis bedeutet dies, daß in jeder Halterungsebene zwei in Rohrlängsrichtung nebeneinanderliegende Bänder Anwendung finden, die jeweils derart an den Tragbolzen des Trag­ rahmens angeordnet werden, daß sich die Bänder im wesentlichen kreuzen. Diese Möglichkeit besteht sowohl bei der Verwendung eines einzigen Bandes für sämtliche Rohre des Rohrbündels als auch bei der Verwendung einzelner Bänder für jeweils eine bzw. zwei nebeneinanderliegende Rohrreihen.

Die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Bänder können einen flachen rechteckigen Querschnitt haben, erfindungsgemäß aber auch mit einem rohr­ förmigen Querschnitt ausgebildet werden, so daß sich eine gewisse Elastizität der Bänder quer zu ihrer Längsrichtung ergibt, so daß anstelle einer Linienbe­ rührung zwischen den Bändern und des jeweiligen Rohres flächige Abstützbe­ reiche entstehen. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß der Außendurchmesser der rohrförmigen Bänder im Ausgangszustand größer als der quer zur Bandlängsrichtung vorhandene Abstand benachbarter Rohre ist, so daß sich Mulden in den rohrförmigen Bändern ergeben, durch die die Berührungsfläche zwischen Rohr und Band vergrößert wird.

Auf der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rohrhalterung dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeüber­ tragers mit einem U-förmigen Rohrbündel,

Fig. 2 einen um 90° gedrehten weiteren Längsschnitt durch den Wärme­ übertrager gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Rohrboden des Wärmeübertragers gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Wärmeübertrager IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Abstandshalters,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Draufsicht auf eine zweite Aus­ führungsform eines Abstandshalters,

Fig. 7 eine weitere Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung einer Teildraufsicht gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Teildraufsicht auf eine Ausführungs­ variante.

Der in den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellte Wärmeübertrager umfaßt ein in einem Traggestell 1 angeordnetes Gehäuse 2, in dem ein Rohrbündel 3 aus U-förmig gebogenen Rohren 3a angeordnet ist. Die beiden Enden der Rohre 3a sind in einem Rohrboden 4 abgedichtet befestigt, der einen Teil eines Sammlers 5 bildet.

Dieser Sammler 5 ist durch eine Trennwand 5a unterteilt und mit einem Ein­ trittstutzen 5b sowie einem Austrittstutzen 5c versehen, so daß das eine am Wärmeaustausch teilnehmende Medium über den Eintrittstutzen 5b in die eine Hälfte des Sammlers 5 gelangt. Von hier aus tritt das Medium in die U-förmig gebogenen Rohre 3a des Rohrbündels 3 ein. Nach Durchströmen der Rohre 3a gelangt das Medium in die andere Kammer des Sammlers 5 und tritt aus dem Austrittstutzen 5c aus.

Das andere am Wärmeaustausch teilnehmende Medium gelangt über einen Eintrittstutzen 2a (siehe Fig. 4) in das Gehäuse 2 und verläßt dieses über einen Austrittstutzen 2b, so daß dieses zweite Medium die Rohre 3a des Rohrbündels 3 von außen umströmt.

Innerhalb des Gehäuses 2 sind Tragrahmen 6 für Abstandshalter angeordnet, die in den Fig. 1 und 2 lediglich angedeutet sind. Diese Tragrahmen 6 sind innerhalb des Gehäuses 2 an Tragstangen 7 aufgehängt, die in Fig. 2 ange­ deutet und in den Fig. 3 und 4 im Querschnitt dargestellt sind. Ausführungs­ beispiele von Abstandshaltern 6 sind in den Fig. 5 bis 9 dargestellt.

Wie aus diesen Darstellungen hervorgeht, werden die Abstandshalter jeweils durch mindestens ein Band 8 gebildet, das die Rohre 3a mindestens einer Rohrreihe des Rohrbündels 3 zumindest tangiert und das seinerseits zwischen Tragbolzen 9 verläuft, die am Tragrahmen 6 angeordnet sind.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Rohre 3a jeder Rohrreihe durch ein zwischen zwei einander gegenüberliegenden Tragbolzen 9 ver­ laufendes Band 8 gehalten. In Fig. 5 sind zwei benachbarte Rohrreihen ge­ zeigt, die parallel zueinander und parallel zu einem Schenke des Tragrahmens 6 angeordnet sind. Die jeweils die Rohre 3a einer Rohrreihe auf einer Teillänge ihres Umfanges umschlingenden Bänder 8 kreuzen einander zwischen jeweils benachbarten Rohren 3a. Jedes Band 8 ist demzufolge nur den Rohren 3a einer Rohrreihe zugeordnet.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden die Rohre 3a von zwei benachbarten Rohrreihen durch ein gemeinsames Band 8 gehalten, das dem­ zufolge sich im Zwischenraum zwischen zwei Paaren benachbarter Rohre 3a kreuzt. Auch dieses Band 8 ist an gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 6 durch Tragbolzen 9 gehalten. Auch in Fig. 6 sind zwei nebeneinander ange­ ordnete Bänder 8 dargestellt, das heißt insgesamt vier Rohrreihen. Der Um­ schlingungswinkel des Bandes 8 bezüglich der Rohre 3a ist bei dieser in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform größer als der Umschlingungswinkel der Bänder 8 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5.

Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 wird lediglich ein einziges Band 8 zur Halterung der Rohre 3a verwendet. In diesem Fall verläuft das Band 8 zwischen den Rohren benachbarter Rohrreihen, die beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel nicht parallel zu den Schenkeln des Tragrahmens 6 verlaufen, sondern unter einem Winkel von 45° zu diesen Trag­ rahmenschenkeln. Das Band 8 ist in diesem Fall um Tragbolzen 9 herumgeführt, die auf benachbarten Schenkeln des Tragrahmens 6 angeordnet sind. Da bei dieser Ausführungsform eine Halterung der Rohre 3a lediglich in einer quer zur Längsrichtung des Bandes 8 verlaufenden Richtung erfolgt, besteht die Möglichkeit, ein zweites Band 8 auf der anderen Seite des Tragrahmens 6 anzuordnen, das bezüglich der Rohre 3a rechtwinklig zum ersten Band 8 verläuft. Auf diese Weise erfolgt eine Halterung der Rohre 3a in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen. Die beiden Bänder 8 greifen somit in Umfangsrichtung um 90° verdreht an den einzelnen Rohren 3a an.

Die vergrößerte Darstellung und Fig. 8 zeigt, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 7 das Band 8 einen Querschnitt hat, der etwa dem Abstand entspricht, der sich rechtwinklig zur Bandlängsrichtung zwischen benachbarten Rohren 3a ergibt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ergeben sich somit quasi Linienberührungen zwischen dem Band 8 und der Oberfläche der Rohre 3a.

Sofern eine flächige Berührung zwischen dem Band 8 und den Rohren 3a an­ gestrebt wird, kann der Querschnitt des Bandes 8 im Ausgangszustand größer als der quer zur Bandlängsrichtung vorhandene Abstand benachbarter Rohre 3a sein, wie dies die Fig. 9 zeigt. Auf diese Weise ergeben sich im elastischen Material des Bandes 8 schalenartige Verformungen, die zu einer flächigen An­ lage zwischen Band 8 und den Rohren 3a führt. Bei einer derartigen Ausge­ staltung kann es vorteilhaft sein, die Bänder mit einem rohrförmigen Quer­ schnitt auszuführen.

Bezugszeichenliste

1 Tragdeckel
2 Gehäuse
2a Eintrittstutzen
2b Austrittstutzen
3 Rohrbündel
3a Rohr
4 Rohrboden
5 Sammler
5a Trennwand
5b Eintrittstutzen
5c Austrittstutzen
6 Tragrahmen
7 Tragstange
8 Band
9 Tragbolzen

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Halterung von vorzugsweise aus Kunststoff herge­ stellten, parallel im Abstand zueinander verlaufenden Rohren (3a) des Rohr­ bündels (3) eines Wärmeübertragers mit im Gehäuse des Wärmeübertragers mittels eines Tragrahmens (6) angeordneten, jedes Rohr (3a) zumindest auf einem Teil seines Umfanges berührenden Abstandshaltern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter durch mindestens ein Band (8) gebildet sind, das die Rohre (3a) mindestens einer Rohrreihe zumindest tangiert und das seinerseits zwischen Tragbolzen (9) verläuft, die an dem Tragrahmen (6) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3a) jeder Rohrreihe durch ein zwischen zwei einander gegenüber­ liegenden Tragbolzen (9) verlaufendes Band (8) gehalten sind, das sich zwischen benachbarten Rohren (3a) kreuzend die Rohre (3a) auf einer Teillänge ihres Umfanges umschlingt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3a) zweier benachbarter Rohrreihen durch ein zwischen zwei einander gegenüberliegenden Tragbolzen (9) verlaufen des Band (8) gehalten sind, das sich im Zwischenraum zwischen zwei Paaren benachbarter Rohre (3a) kreuzend die Rohre (3a) der beiden Rohrreihen abwechselnd auf einer Teillänge ihres Umfanges umschlingt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Rohre (3a) des Rohrbündels durch mindestens ein Band (8) gehalten sind, das zwischen den Rohren (3a) benachbarter Rohrreihen verläuft und nacheinander jeweils einen Tragbolzen (9) auf einander gegenüberlie­ genden oder benachbarten Schenkeln des Tragrahmens (6) umschlingt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (3a) des Rohrbündels in der jeweiligen Halterungsebene durch zwei Bänder (8) gehalten ist, die in Rohrlängsrichtung versetzt und in Umfangsrichtung um 90° verdreht an den einzelnen Rohren (3a) angrei­ fen.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bänder (8) einen rohrförmigen Querschnitt haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ durchmesser der rohrförmigen Bänder (8) im Ausgangszustand größer als der quer zur Bandlängsrichtung vorhandene Abstand benachbarter Rohre (3a) ist.