DE8021152U1

DE8021152U1 - Rohr-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE8021152U1
Application number: DE8021152U
Authority: DE
Original assignee: BECKMANN KARL-HEINZ ING (GRAD) 4715 ASCHEBERG; Schulze-Berge Otto Dipl-Ing 4700 Hamm
Current assignee: BECKMANN KARL-HEINZ ING (GRAD) 4715 ASCHEBERG; Schulze-Berge Otto Dipl-Ing 4700 Hamm
Publication date: 1980-11-13

Description

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Beschreibung

Die Neuerung betrifft einen Rohr-Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Solche Rohr-Wärmetauscher können beispielsweise für die Be- und/oder Entlüftung von Ställen oder Betrieben eingesetzt werden, wobei die kalte Zuluft durch das Innere der Rohre strömt und die warme Abluft von unten nach oben um die Rohre herumgeführt wird und dabei bis zu 70 % ihrer Wärme auf die Zuluft überträgt. Für den Betrieb eines solchen Rohr-Wärmetauschers werden zwei Ventilatoren bentötigt, um den Luftwiderstand zu überwinden .

Die wesentlichen Vorteile eines Rohr-Wärmetauschers liegen in der Einsparung von Energie- und Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung, in den geringen Investitionskosten bei kurzer Amortisationszeit, in der langen Lebensdauer bei gleichbleibendem Wirkungsgrad, in dem einfachen Aufbau ohne bewegliche und damit verschleißende Teile und in der einfachen, nur Reinigungsarbeiten erfordernde Wartung.

Durch Auswahl von geeigneten Materialien für die Rohrböden und/oder die Rohre wird Korrosionsbeständigkeit auch bei Betrieb mit aggressiven Medien gewährleistet.

Und schließlich sind die Zuluft- und die Abluftströmung getrennt, so daß keine Übertragung von Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeit möglich ist.

Ein bisher noch nicht befriedigend gelöstes Problem bei solchen Rohr-Wärmetauschern stellt aie Fixierung der Rohre in den Rohrböden dar, wobei auch berücksichtigt werden muß, daß sehr oft Glasrohre verwendet werden,

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die entsprechend bruchempfindlich sind, und deshalb nur so gelagert werden dürfen, daß ihre Beanspruchung relativ gering ist.

Aus dem DE-GM 8 001 956 ist ein Rohr-Wärmetauscher der angegebenen Gattung bekannt, der mindestens zwei als Rohrböden dienende Lochplatten aus einem formbaren Material und in die Löcher der Rohrböden eingeschobene Rohre aufweist, die durch Verformung der Innenränder der Löcher fixiert werden. Dabei besteht jeder Rohrboden aus einem Blech und einer auf das Blech aufgeklebten Lochplatte aus elastisch verformbaren Material, so daß beim Einschieben der Rohre die Innenränder des elastischen Materials umgebogen und zwischen den Innenrändern der Löcher des Blechs und der Außenfläche der Rohre eingeklemmt werden.

Nachteilig ist bei dem bekannten Rohr-Wärmetauscher, daß die Herstellung der Rohrböden sehr aufwendig ist. Denn zunächst müssen in getrennten Arbeitsgängen das Blech mit den Löchern, deren Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Rohre ist, und die eigentliche Lochplatte aus dem elastisch verformbaren Material hergestellt werden, deren Löcher einen etwas kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Rohre haben. Dann werden diese beiden getrennt hergestellten Platten, beispielsweise durch Verkleben, miteinander verbunden, bevor schließlich die Rohre eingeschoben werden können.

Außerdem gewährleistet die kraftschlüssige Anlage der Innenränder der Lochplatte aus elastisch verformbaren Material an der Außenfläche der Rohre nicht die für viele Anwendungsfälle angestrebte hohe Dichtigkeit, beispielsweise bei der Be- und Entlüftung von Schweißereien, wo mit Schweißdämpfen gemischte warme

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Luft abgesaugt und gewährleistet werden muß, daß die beiden sich im Wärmetauscher kreuzenden Luftströme nicht mischen können. Ein weiteres Beispiel für eine Anwendung, bei der großer Wert auf die Dichtigkeit gelegt wird, wäre der Wärmetausch Luft/Wasser, wie er bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung ebenfalls mit einem solchen Rohr-Wärmetauscher möglich ist.

Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Rohr-Wärmetauscher der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll ein Rohr-Wärmetauscher vorgeschlagen werden, der trotz fertigungstechnisch einfachen Aufbaus auch die für bestimmte Anwendungsfälle benötigte hohe Dichtigkeit gewährleistet.

Dies wird neuerungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß jeder Rohrboden nicht mehr aus verschiedenen Platten mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht, sondern nur mehr eine einzige Platte aus einem relativ steifen und damit starren Kunststoff verwendet wird. Um die für die Fixierung der Rohre erforderliche Verformung der Kunststoffplatte zu erreichen, nimmt die Dicke der Platte im Bereich jedes Lochs bis zum Inr.enrand des Lochs hin ab, wodurch sich ein konisch -,ritz nach innen laufender Randbereich jedes Loches argibt. In diesem Bereich wird also die Platte durch da υ eingeschobene Rohr verformt, wobei das Rohr aufgrund der Steifigkeit der Platte so fest in dem Loch

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sitzt, daß sich eine ausreichend hohe Dichtigkeit ergibt.

Als Material für den Rohrboden werden nach einer bevorzugten Ausführungsform Kunststoffe mit einer Shore A Härte von 70 bis 90, insbesondere 80, verwendet.

Als geeignete Kunststoffe haben sich HD-Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polypropylen herausgestellt, wobei insbesondere mit Polypropylen sehr gute Ergebnisse erhalten wurden.

Bei Bedarf können die verwendeten Kunststoffe noch glasfaserverstärkt werden.

Die erwähnten Materialien erfüllen in bezug auf Kälte- und Wärmebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Wasser-, Säure- und Laugenbeständigkeit sowie auf Bruchbeständigkeit alle gestellten Anforderungen, so daß sie für die verschiedenen, in Frage kommenden Anwendungsfälle eingesetzt werden können.

In Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungszweck wird auch das Material für die Rohre ausgewählt, wobei neben Glas- und Metallrohren auch Rohre aus Kunststoff, insbesondere aus Polymethacrylat in Frage kommen.

Die Kunststoff-Rohrböden werden zweckmäßigerweise in einem einzigen Arbeitsgang durch Spritzgießen hergestellt, da mit diesem sehr wirtschaftlichen Fertigungsverfahren auch die angestrebten engen Herstellungstoleranzen eingehalten werden können. Dies gilt insbesondere für den Innendurchmesser der Löcher, der etwa 0,3 mm kleiner als der Außendurchmesser der Rohre sein sollte.

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Zweckmäßigerweise wird ein solcher Rohr-Wärmetauscher in Modul-Bauweise hergestellt, indem zunächst mehrere Sätze von Rohrböden mit genau definierten Abmessungen auf die oben erläuterte Weise mit den Rohren versehen werden. Mehrere solcher Moduln werden in einem Rahmen zu größeren Einheiten zusammengefaßt, wobei durch entsprechende Auslegung der Größe der Rahmen, jedoch bei gleichbleibender Größe der Moduln, die Abmessungen der gesamten Rohr-Wärmetauschereinheit den jeweils gestellten Anforderungen angepaßt werden können.

Um auch an den Berührungsstellen der verschiedenen Rohrböden der einzelnen Moduln die angestrebte Dichtigkeit zu gewährleisten, sollten die Kanten der Rohrböden, · d.h. also, der Platten aus dem steifen Kunststoff, so ausgebildet sein, daß sich eine Art "Labyrinthdichtung" ergibt. Die Kanten der Rohrboden sollten also eine solche Form haben, daß jeweils benachbarte Kanten ineinandergreifen und dadurch den Luftdurchtritt verringern oder verhindern.

Zu diesem Zweck kann jede Kante eines Rohrbodens T-förmig ausgebildet sein, d.h., an jeder Kante befinden sich im rechten Winkel zur Richtung des Rohrbodens verlaufende Stege. An einem Ende eines Stegs ist wiederum ein im rechten Winkel nach außen ragender, kurzer Vorsprung vorgesehen, der also in der gleichen Richtung wie der Rohrboden verläuft.

Zwei mit solchen Innenkanten versehene Rohrböden können nun so aufeinandergelegt werden, daß die Außenflächen der beiden Stege äneinanderliegen, während auf jeweils

einer Seite die Seitenkante eines Stegs an der Innen- $

kante des weiteren Vorsprungs anliegt. Der dadurch ent- l| stehende, S-förmige Kontaktbereich zwischen den beiden fi

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Rohrböden gewährleistet die angestrebte, hohe Dichtigkeit.

Außerdem muß jeweils nur ein Typ von Rohrboden gefertigt werden, da sich durch einfaches Umdrehen jeweils eines Rohrbodens die oben erläuterte Symmetrie mit der Anlage der entsprechenden Kanten ergibt.

Die Neuerung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Einheit aus vier Glasrohr-Wärmetauscher-Moduln,

Fig. 2 eine Seitansicht eines Moduls mit drei Rohrböden,

Fig. 3 eine Detailansicht eines Rohrbodens mit den Glasrohren,

Fig. 4 eine Detailansicht eines Lochs des Rohrbodens vor dem Einschieben des Glasrohrs,

Fig. 5 eine Detailansicht eines Lochs des Rohrbodens nach dem Einschieben des Glasrohrs, und

Fig. 6 die Stoßkante zwischen zwei Rohrböden von zwei Moduln.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer aus vier Glasrohr-Wärmetauscher-Moduln bestehenden Einheit Diese Einheit weist zwei Seitenwände 12 auf, die über einen Rahmen 14 miteinander verbunden sind. Die Abmessungen des Rahmens 14 können so variiert werden, daß dieser Rahmen die jeweils gewünschte Zahl von Moduln 16, die jeweils gleiche Abmessungen haben, aufnehmen kann.

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Wie man aus den Flg. 1 und 2 erkennt, weist ein solcher Modul 16 zwei Rohrboden 18 und 20 sowie einen weiteren, zwischen diesen beiden Rohrböden 18 und 20 angeordneten und als Zwischenstütze dienenden Rohrboden 22 auf. Bei Bedarf, d.h., bei größerer Länge der Rohre, können auch weitere Rohrboden zur Stützung der Rohre verwendet werden.

Durch die Rohrböden 18, 20 und 22 verlaufen Glasrohre 30, die auf noch zu erläuternde Weise in den' Rohrboden 18, 20, 22 fixiert werden.

Die Zahl der verwendeten Glasrohre 30 hängt von den Abmessungen der Glasrohre und des Moduls 16 sowie von der zu verarbeitenden Strömungsmenge ab.

Die Rohrboden 13, 20 und 22 haben den gleichen Aufbau, so daß im folgenden nur noch ein Rohrboden erläutert werden soll.

Fig. 3 zeigt den Rohrboden 20, der aus einer einzigen Platte aus einem relativ steifen Kunststoff besteht. Die Platte sollte eine Shore A Härte von 70 bis 90, insbesondere 80 haben. Geeignete Materialien für die Platte 20 sind HD-Polyethylen, Polyvinylchlorid und insbesondere Polypropylen.

Die den Rohrboden 20 bildende Kunststoffplatte weist Löcher 24 auf, durch die die Glasrohre 30 eingeschoben werden können.

Wie man insbesondere in Fig. 4 erkennt, laufen die Innenkanten der Löcher 24 konisch zu, d.h., im Bereich jedes Loches 24 verringert sich die Dicke der Kunststoffplatte gleichmäßig und läuft schließlich in einer Spitze 24a

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aus, die den Innendurchmesser des Loches 24 bildet. Die ser Innendurchmesser des Loches 24 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Glasrohrs 30, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, wobei das Untermaß etwa 0,3 mm beträgt.

Wenn nun die Glasrohre 30 in die Löcher 24 der Rohrboden 18, 20, 22 eingeschoben werden, werden die Spitzen 24a der Innenränder der Löcher 24 verformt, wie in Fig. 5 schematisch angedeutet ist. Aufgrund der dabei auftretenden Verformungskräfte werden die Glasrohre 30 kraftschlüssig in den Löchern gehalten. Diese Verformungskräfte sind so groß, d.h. der Druck zwischen den Innenkanten der Löcher 24 und der Außenfläche der Glasrohre 30 ist so groß, daß die Dichtigkeit in diesem Bereich sehr hoch ist.

Wie man in Fig. 1 erkennt, berühren sich die Rohrböden 18, 20, 22 der verschiedenen Moduln 16 längs einer in Fig. 1 vertikal dargestellten Kante, wobei die verschiedenen Rohrboden bei der Zusammenstellung der Moduln zur größeren Einheit nur einfach nebeneinander angeordnet werden. Dadurch kann es jedoch im Berührungsbereich zwischen den einzelnen , nebeneinander angeordneten Rohrboden zu Undichtigkeitkeiten kommen.

Um auch an diesen Stellen Undichtigkeiten zu vermeiden, werden die Längskanten der Rohrböden 18, 20 und so geformt, daß sich dort eine Art "Labyrinthdichtung" ergibt, wie man in Fig. 6 erkennen kann, die eine Ansicht von oben auf zwei nebeneinander angeordnete Rohrboden 18 zeigt.

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Jeder Rohrboden 18 ist im Bereich seiner Längskante T-förmig ausgebildet, d.h., der Rohrboden 18 geht in
zwei Stege 26 und 28 über, die jeweils im rechten
Winkel zu dem Rohrboden verlaufen (in der Draufsicht
nach Fig. 6 gesehen). An einem Ende eines Stegs, gemäß der Darstellung in Fig. 6 am rechten Ende des
rechten Stegs 28 , ist ein weiterer, im rechten Winkel verlaufender Vorsprung 32 vorgesehen,d.h., dieser Vorsprung 32 verläuft in der gleichen Richtung, jedoch
etwas parallel versetzt zu dem Rohrboden 18.

Wenn nun zwei Rohrböden 18 mit Kanten , die auf die erwähnte Weise ausgebildet, jedoch um 180° gedreht sind, aneinandergesetzt werden, so liegen jeweils die Außenflächen der Stege 26 und 28 aneinander, während die
beiden Vorsprünge 32 jeweils an den zugehörigen Außenkanten der Stege 26 und 28 anliegen. Die Kontaktfläche zwischen den Kanten der beiden Rohrböden hat also
S-Form, so daß sich eine ArfLabyrinth-Dichtung" ergibt, die zu einer verbesserten Dichtigkeit in diesem Bereich führt.

Claims

,·',"·! ,·'PatentanwaJt·.Dr. Lothar Marx " J : JDipl.-Phys. Am Brombeerschlag tm 8000 München 70 Telefon 089 713813 Anwaltsakte-4810 c. innn München, " 6· Aug. 1980 Dipl.-Ing. Otto Schulze-Berge Feldgarten 9 4700 Hamm 2 und Ing. (grad) Karl-Heinz Beckmann Schüttwall 34 4715 Ascheberg-Herbern Rohr-Wärmetauscher Schutzansprüche

1. Rohr-Wärmetauscher mit mindestens zwei als Rohrböden dienenden Lochplatten und mit in die Löcher der Rohrböden eingeschobenen Rohren, die durch Verformung der Innenränder der Löcher fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohrboden (18, 20, 22) aus einer Platte aus einem steifen Kunststoff besteht, und daß im Bereich jedes Lochs (24) die Dicke der Platte zum Innenrand des Lochs (24) hin abnimmt.

Deutsch· Bank München 57/41111 (BLZ 700 WO) Postscheckkonto München 154221-603

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2. Rohr-Wärmstauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus einem Kunststoff mit einer Shore A Härte von 70 bis 90, insbesondere 80, besteht.

3. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus HD-Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polypropylen besteht.

4. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff glasfaserverstärkt ist.

5. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Innenränder der Löcher (24) in einer Spitze (24a) auslaufen.

6. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Löcher (24) etwa 0,3 mm kleiner als der Außendurchmesser der Rohre (30) ist.

7. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30) aus Glas, Metall oder Kunststoff, insbesondere Polymethacrylat, bestehen.

8. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis

7, gekennzeichnet durch zwei zueinander parallele Seitenwände (12),und durch zwei an den Seitenwänden (12) angebrachte, mindestens einen Satz von Rohrboden (18, 20, 22) aufnehmende Rahmen (14).

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9. Rohr-Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden Kanten der Rohrböden (18, 20, 22) formschlüssig.aneinanderliegen.

10. Rohr-Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Rohrböden (18, 20, 22) T-förmig ausgebildet sind, und daß am Ende eines Stegs (26, 28) ein Vorsprung (32) vorgesehen ist.