WO2001013047A2 - Wärmetauscher - Google Patents

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WO2001013047A2
WO2001013047A2 PCT/EP2000/008005 EP0008005W WO0113047A2 WO 2001013047 A2 WO2001013047 A2 WO 2001013047A2 EP 0008005 W EP0008005 W EP 0008005W WO 0113047 A2 WO0113047 A2 WO 0113047A2
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WO
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flat chamber
heat exchanger
modules
flat
pipe socket
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PCT/EP2000/008005
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WO2001013047A3 (de
Inventor
Walter Kroll
Original Assignee
Kroll Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/10—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by plates
    • F24H3/105—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by plates using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for hot-air generators operated with oil or gas, with a plurality of flat-chamber-shaped modules through which flue or hot gases flow, which are arranged in stacks and are mechanically and fluidly connected to one another via at least one flow opening and surrounding pipe socket ,
  • a heat exchanger of the type specified is known, for example, from EP-0 239 672 B1, in which a number of flat-chamber modules adapted to the desired output are connected to one another.
  • the individual flat chamber modules are coupled to one another via pipe sockets, which consist of first and second pipe socket sections belonging to adjacent flat chamber modules, which are provided with connecting flanges at their free ends and are connected to one another by clamping rings.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger, the production costs of which are reduced and which can be assembled, replaced and is easy to clean with less effort.
  • a heat exchanger with a plurality of modules in the form of a flat chamber, which are stacked are arranged and mechanically and fluidly connected to one another via at least one flow opening and pipe socket surrounding them, the flat chamber modules being composed of shell halves with straight edge sections and corner areas, which are connected to one another in a smoke-tight manner at their straight edge sections and at their beveled and open corner areas by seals are sealed, which are held in position by means of a clamp.
  • a heat exchanger according to the present invention with such specially designed flat chamber modules offers the advantage that the shell halves of the flat chamber modules can be connected to one another in a simpler manner in a smoke-tight manner at their straight edge sections, in particular welded than would be the case with curved edge regions. Edge areas in particular can be connected to one another with little effort, for example by roller welding, without the need for complex and therefore expensive welding tools with a curved guide.
  • the inventive design of the shell halves with straight edge sections and corner areas also has the advantage that the beveled and open corner areas of the shell halves are sealed in a simple manner by seals which are each pressed from the outside against the corner area to be sealed by means of a clamp.
  • a particularly favorable construction results when the clamping bracket engages on the flat chamber module itself, so that its clamping force presses the seal onto the corner area of the flat chamber module.
  • the seals can be plate-shaped or strip-shaped, so that their sealing surfaces are perpendicular to the plane of the flat chamber module.
  • the seal is preferably made of heat-resistant and fire-resistant material that can withstand the temperatures occurring in the heat exchanger, such as a graphite seal. It is particularly advantageous if the seal is made of an elastically deformable material, since such a sealing material adapts optimally to the opening edge of the chamfered and open corner areas and thus seals them without gaps.
  • the seal which is pressed by means of spring force, can also be used to reduce a sudden pressure increase within the flat chamber module, as occurs, for example, in the event of deflagrations, in that gas escapes via the seal which yields under the excess pressure, which is advantageous for the maintenance and operational reliability of the heat exchanger ,
  • the clamping bracket and the seal can be easily removed in order in this way to make the interior of the flat chamber module accessible via the corner area, for example for inspection or cleaning.
  • the manufacturing costs of the heat exchanger according to the invention can be reduced if the flat chamber modules are composed of two identical shell halves, which preferably have a substantially square basic shape, so that they have straight edge areas and corner areas.
  • the shell halves are preferably continuously welded to one another at their straight edge sections via outwardly directed connecting flanges. Since the straight edge areas of the shell halves have no bends or curvatures have, they can be connected to each other by a simple welding process, in particular by roller welding. The roller welding process requires less effort than other welding processes suitable for curved sections and is therefore less expensive.
  • the connection at the straight edge regions of the flat chamber modules can, however, also be achieved by other suitable flanging, adhesive, soldering or welding processes, such as, for example, spot welding.
  • a heat exchanger in particular for hot air generators operated with oil or gas, is proposed with a plurality of modules in the form of a flat chamber, which are arranged in stacks and mechanically and in terms of flow via at least one flow opening and the surrounding area
  • Pipe sockets are connected to one another, each pipe socket comprising first and second pipe socket sections belonging to adjacent flat chamber modules, the free end of the pipe socket sections projecting from the respective flat chamber module tapering conically towards the flow opening in order to receive a clamping ring and to fix it in a clamped manner.
  • the heat exchanger according to the present invention has the advantage that, by using simple clamping rings, the assembly of a desired number of flat chamber modules can be carried out particularly easily, quickly and inexpensively.
  • a further advantage results from the interaction of the clamping ring with the cone-shaped pipe socket sections when the flat chamber modules are stacked, ie one above the other or next to one another, in the direction their central axis are pressed against one another, the clamping rings previously arranged between the flat chamber modules sliding onto the cone-shaped pipe socket sections until they wedge in a clamping manner and connect the flat chamber modules to one another in a smoke-tight manner through the resulting metallic seal.
  • the effect of this metallic seal is increased by the thermal expansion of the pipe socket during operation.
  • connection of the flat chamber modules of the heat exchanger according to the invention by means of clamping rings consequently makes it possible in a simple manner to build up a heat exchanger, which is required for the respective hot air generator and has a specific output, from modules of the same type. Since the connection between the individual modules can easily be released again, optimal accessibility of the individual flat chamber modules is also guaranteed, for example for the purpose of exchanging or expanding the heat exchanger.
  • the clamping rings are simple to manufacture, easy to assemble and disassemble and at the same time they support the required stability in the connection of the individual modules.
  • the flat chamber modules arranged one above the other or next to one another are pressed against one another with the aid of a tensioning device, so that the clamping rings arranged between the flat chamber modules are clamped onto the cone-shaped pipe socket sections and the flat chamber modules are thus connected to one another in a smoke-tight manner. It has proven to be particularly advantageous if the free end of the pipe socket sections with respect to the central axis of the pipe Neck section is inclined at an angle of 1 ° to 2 ° to the flow opening.
  • the clamping device can be designed such that it has at least one clamping bolt, which engages in each case on the first and the last of the stacked flat chamber modules, so as to compress the entire stack of flat chamber modules in the direction of their central axis. It is particularly advantageous if spring tension is applied to at least one tensioning bolt of the tensioning device via a tension spring, so that the flat chamber modules are elastically clamped together by the spring force.
  • Support elements can be provided between adjacent flat chamber modules in order to ensure the parallel alignment of the flat chamber modules to one another.
  • at least one additional support element can be provided within each flat chamber module, which is supported in each case on the opposite walls of the flat chamber module in order to stabilize the shape of the flat chamber module. In this way, the shell halves of the flat chamber module are supported against the pressure generated by the clamping device and protected from deformation, so that the passage cross section of the flat chamber module and the sealability of the pipe socket sections is retained.
  • the pipe socket sections of the flat chamber module essentially have the shape of a conically tapering cylinder with a circular cross section.
  • the pipe socket sections are preferably made of stainless steel sheet with a wall thickness of 0.6 mm.
  • the pipe socket of the flat chamber modules can be arranged eccentrically, so that the flow openings of the flat chamber module are offset from one another.
  • FIG. 1 shows a side view of a heat exchanger constructed on a hot air generator according to the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic side view of two flat chamber modules from FIG. 1,
  • Fig. 3 is a plan view of a flat chamber module designed according to the present invention
  • Fig. 4 is a plan view of a detail showing a corner area of the in
  • FIG. 1 shows the symmetrical structure of the heat exchanger 3 consisting of four flat chamber modules 5, which is connected on the one hand to a hot air generator 1 and on the other hand to an exhaust gas device 4 via a suitable flange connection 2.
  • These flange connections 2 consist of flanged edges 1 1 of the passages, which are surrounded by clamping rings and are fixed smoke-tight.
  • the flat chamber modules 5 of the heat exchanger 3 are flowed through by hot gas which is produced by the hot air generator 1. is reduced and is discharged via the exhaust gas device 4 after passing through the heat exchanger 3.
  • the flat chamber modules 5 are stacked on top of one another and mechanically and fluidly connected to one another by means of pipe connections via medium passages.
  • the pipe sockets of the central passages consist of first and second pipe socket sections 11, 12 belonging to adjacent flat chamber modules 5, each of which surrounds a flow opening 13 and are surrounded by a clamping ring 14.
  • the free ends of the pipe socket sections 11, 12 protruding from the respective flat chamber module 5 are tapered towards the flow opening 13.
  • the flat chamber modules 5 are pressed against one another in the direction of the central axis 15 of the heat exchanger 3 by means of a clamping device 20, 21.
  • the tensioning device acts on the first and last module of the heat exchanger 3 by means of tensioning bolts 20, a tension spring 21 acting on the tensioning device with spring force in order to press the flat chamber modules 5 against one another.
  • the clamping rings 14 wedge on the cone-like pipe socket sections 11, 12, so that the flat chamber modules 5 are connected to one another in a smoke-tight manner, which is explained in more detail below with reference to FIG. 2.
  • the pipe socket at the inlet and outlet of the heat exchanger package 3 are fixed at their flanged edge 1 1 by means of clamping rings 2.
  • the flat chamber modules 5 are each composed of two shell halves 6, which are connected to one another via a connecting flange 7.
  • Support elements 22 stabilize the overall arrangement in order to prevent the heat exchanger 3 from tipping over or from undesirable vibrations.
  • These support elements 22 can consist, for example, of hexagon screws, but other suitable embodiments of support elements 22 can also be used.
  • Each flat chamber module 5 consisting of a sheet metal construction, which are composed of two shape-identical shell halves 6 which are connected to one another via connecting flanges 7 projecting outwards.
  • Each flat chamber module 5 has two flow openings 13 which are bordered by the pipe socket sections 11, 12.
  • the free ends of the pipe socket sections 11, 12 are tapered towards the flow opening 13 in that they are inclined at an angle 16 of preferably 1 ° to 2 ° to the flow opening 13 with respect to the central axis 15 of the modules 5.
  • the pipe socket sections 11, 12 take up the clamping ring 14 and are connected to one another by this.
  • the dimensions of the clamping ring 14 are selected such that it wedges on the cone-like pipe socket sections 11, 12 when the flat chamber modules 5 of the heat exchanger 3 are pressed against one another via the tensioning device 20, 21. This creates a metallic seal between the clamping ring 14 and the pipe socket sections 11, 12, so that the flat chamber modules 5 are connected to one another in a smoke-tight manner.
  • At least one further support element 23 can be provided within the flat chamber module 5, each of which is located on the opposite walls, in particular on the shell halves 6 of the flat chamber Module 5 supports to support its shape against the pressure generated by the clamping device so that the passage cross section of the flat chamber module 5 and the sealability of the pipe socket sections 1 1, 12 is preserved.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of a flat chamber module 5 for a heat exchanger 3 according to the present invention.
  • the flat chamber module 5 shown has an essentially quadrangular basic shape, so that it has straight edge regions 9 and corner regions 10.
  • the flat chamber module 5 is assembled from two half-shells 6, which are connected to one another at the straight edge regions 9 via connecting flanges 7 projecting outwards. Due to the perspective of the top view, only one shell half 6 can be seen in FIG. 3. In the illustrated case, the shell halves 6 are welded to one another, which is indicated by the weld seam 8 shown as a dash-dotted line.
  • the corner areas 10 of the flat chamber module 5 are chamfered, so that there is also a straight edge section in the corner area 10, which is sealed in a special way, which is explained in more detail below with reference to FIG. 4.
  • Two flow openings 13 are provided on each middle flat chamber module 5, each of which is surrounded by the pipe socket sections 11, 12.
  • the flow openings 13 and the pipe socket sections 11, 12 are preferably arranged diametrically offset on the mutually opposite shell halves 6 of the module 5, so that overall there is a mirror-symmetrical construction which results in the assembly of arbitrarily extensive heat exchangers 3 by putting together the individual in a mirror-symmetrically interchanged manner Module 5 enables.
  • the Pipe socket sections 11, 12 can be inserted into the shell halves 6 of the module 5 and welded to the respective module wall 5 or flanged using a flanging tool.
  • only one diametrically offset flow opening 13 and one inlet and one outlet opening are provided for connection to the hot air generator 1 and to the exhaust gas device 4.
  • FIG. 4 shows a detail of FIG. 3, which shows the corner region 10 of the flat chamber module 5.
  • a seal 17 rests on the beveled flank of the corner region 10. Since the two shell halves 6 of the flat chamber module 5 are not welded to one another in the corner region 10, the seal 17 is required in order to seal the remaining gap between the shell halves 6 in the corner region in a smoke-tight manner.
  • the seal 17 is preferably made of a heat-resistant material, such as e.g. a graphite seal in order to withstand the temperatures occurring in the flat chamber module 5.
  • the seal 17 is pressed onto the beveled flank of the corner region 10 with the aid of a tensioning bracket 18.
  • the clamping bracket 18 preferably engages itself via fastening mandrels 19 on the flat chamber module 5 in order to press the seal 17 with its spring force onto the flat chamber module 5 or onto the gap between the shell halves 6.
  • the fastening mandrels 19 are each arranged on the straight edge sections 9 in the immediate vicinity of the corner regions 10, in order to enable easy manual assembly and disassembly of the tensioning bracket 18 and the seal 17. This is a simple exchange of the seal 17 and easy access to the interior of the flat chamber motor duls 5 guaranteed for inspection or cleaning, for example.
  • the resilient sealing of the gap between the shell halves 6 in the corner region 10 of the flat chamber module 5 also makes it possible for an overpressure, such as occurs in the case of deflagrations, to escape in a controlled manner from the flat chamber module 5.
  • the individual flat chamber modules 5 of the heat exchanger 3 are of a particularly simple design according to the invention, economical production can be achieved using conventional sheet metal working methods. Furthermore, since the connection of the individual modules 5 via the clamping rings 14 is particularly simple to manufacture and detachable, the modules 5 can be easily removed or replaced individually or in groups and therefore also cleaned particularly easily. In addition, the resilient sealing of the corner region 10 of the flat chamber module 5 is not only favorable with regard to the accessibility of the heat exchanger 3, but it also has an advantageous effect on the operational reliability of the overall arrangement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (3), insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Warmluft-Erzeuger (1) mit mehreren flachkammerförmig ausgebildeten Modulen (5), die stapelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmässig über mindestens eine Strömungsöffnung (13) und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbunden sind, wobei die Flachkammermodule (5) aus Schalenhälften (6) mit geraden Randabschnitten (9) und Eckbereichen (10) zusammengesetzt sind und wobei die Schalenhälften (6) an ihren geraden Randabschnitten (9) rauchdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweisst sind und an ihren abgeschrägt und offen ausgebildeten Eckbereichen (10) durch Dichtungen (17) abgedichtet sind, die mittels Spannbügel (18) in ihrer Position gehalten werden. Die Erfindung betrifft ferner eine besondere mechanische sowie strömungsmässige Verbindung der Flachkammermodule (5) über Rohrstutzenabschnitte (11, 12), wobei sich an den mittleren Durchgängen das vom jeweiligen Flachkammermodul (5) abstehende, freie Ende der Rohrstutzenabschnitte (11, 12) konusartig zur Strömungsöffnung (13) hin verjüngt, um einen Klemmring (14) aufzunehmen und klemmend zu fixieren. Die Einlassöffnung des ersten Flachkammermoduls (5) sowie die Auslassöffnung des letzten Flachkammermoduls (5) des Wärmetauschers (3) werden mittels Spannringen (2) fixiert.

Description

Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Warmluft-Erzeuger mit mehreren von Rauch- bzw. Heißgasen durchströmten flachkammerförmig ausgebildeten Modulen, die sta- pelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmäßig über mindestens eine Strömungsöffnung und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbundenen sind.
Ein Wärmetauscher der angegeben Art ist beispielsweise aus der EP- 0 239 672 B l bekannt, bei dem eine an die gewünschte Leistung angepaßte Anzahl von Flachkammermodulen miteinander verbunden werden. Dabei sind die einzelnen Flachkammermodule über Rohrstutzen aneinander gekoppelt, die aus zu benachbarten Flachkammermodulen gehörenden ersten und zweiten Rohrstutzenabschnitten bestehen, welche an ihren frei- en Enden mit Verbindungsflanschen versehen und durch Spannringe miteinander verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, dessen Herstellungskosten reduziert sind und der mit geringerem Aufwand zu montieren, austauschbar und leicht zu reinigen ist.
Erfϊndungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Wärmetauscher mit mehreren flachkammerförmig ausgebildeten Modulen, die stapelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmäßig über mindestens eine Strömungsöffnung und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbundenen sind, wobei die Flachkammermodule aus Schalenhälften mit geraden Randabschnitten und Eckbereichen zusammengesetzt sind, die an ihren geraden Randabschnitten rauchdicht miteinander verbunden sind und an ihren abgeschrägt und offen ausgebildeten Eckbereichen durch Dichtungen abgedichtet sind, die mittels Spannbügel in ihrer Position gehalten werden.
Ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung mit solchen besonders ausgestalteten Flachkammermodulen bietet den Vorteil, daß die Schalenhälften der Flachkammermodule an ihren geraden Randabschnitten auf einfachere Weise rauchdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden können als dies bei gekrümmten Randbereichen der Fall wäre. Gerade Randbereiche können mit geringem Aufwand beispielsweise durch Rollenschweißen miteinander verbunden werden, ohne daß aufwendige und damit teure Schweißwerkzeuge mit einer Kurvenführung erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Schalenhälften mit geraden Randabschnitten und Eckbereichen bringt ferner den Vorteil mit sich, daß die abgeschrägt und offen ausgebildeten Eckbereiche der Schalenhälften auf einfache Weise durch Dichtungen rauchdicht abgedichtet werden, die jeweils mittels Spannbügel von außen gegen den abzudichtenden Eckbereich gedrückt werden. Eine besonders günstige Konstruktion ergibt sich, wenn der Spannbügel am Flachkammermodul selbst angreift, um so mit seiner Spannkraft die Dichtung an den Eckbereich des Flachkammermoduls anzudrücken. Die Dichtungen können platten- oder streifenförmig ausgebildet sein, so daß ihre abdichtenden Flächen senkrecht zur Ebene des Flachkammermoduls liegen. Die Dichtung besteht vorzugsweise aus hitzebeständigem und feuerfestem Material, das den im Wärmetauscher auftretenden Temperaturen standhält, wie z.B. eine Graphitdichtung. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Dichtung aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt ist, da ein solches Dichtungsmaterial sich optimal an den Öffnungsrand der abgeschrägt und offen ausgebildeten Eckbereiche anpaßt und diese damit lückenlos abdichtet.
Durch die mittels Federkraft angedrückte Dichtung kann ferner ein plötzlicher Druckanstieg innerhalb des Flachkammermoduls, wie er beispielsweise bei Verpuffungen auftritt, abgebaut werden, indem Gas über die unter dem Überdruck nachgebende Dichtung entweicht, was für den Er- halt und die Betriebssicherheit des Wärmetauschers von Vorteil ist. Da- rüberhinaus kann der Spannbügel und die Dichtung leicht entfernt werden, um auf diese einfache Weise den Innenraum des Flachkammermoduls über den Eckbereich beispielsweise zur Inspektion oder zur Reinigung zugänglich zu machen.
Darüber hinaus können die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gesenkt werden, wenn die Flachkammermodule aus zwei identischen Schalenhälften zusammengesetzt sind, die vorzugsweise eine im wesentlichen viereckige Grundform haben, so daß sie gerade Randbe- reiche und Eckbereiche aufweisen. Die Schalenhälften sind an ihren geraden Randabschnitten über nach außen gerichtete Verbindungsflansche vorzugsweise durchgehend miteinander verschweißt. Da die geraden Randbereiche der Schalenhälften keine Biegungen oder Krümmungen aufweisen, können diese durch ein einfaches Schweißverfahren, insbesondere durch Rollenschweißen miteinander verbunden werden. Das Rollenschweißverfahren ist gegenüber anderen für gekrümmte Strecken geeignete Schweißverfahren mit einem geringeren Aufwand verbunden und daher kostengünstiger. Die Verbindung an den geraden Randbereichen der Flachkammermodule kann jedoch auch durch andere geeignete Bör- del-, Klebe-, Löt- oder Schweißverfahren, wie z.B. durch Punktschweißen, bewerkstelligt werden.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauscher, insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Warmluft-Erzeuger mit mehreren flachkammerförmig ausgebildeten Modulen vorgeschlagen, die stapelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmäßig über mindestens eine Strö- mungsöffnung und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbundenen sind, wobei jeder Rohrstutzen zu benachbarten Flachkammermodulen gehörende erste und zweite Rohrstutzenabschnitte umfaßt, wobei sich das vom jeweiligen Flachkammermodul abstehende, freie Ende der Rohrstutzenabschnitte konusartig zur Strömungsöffnung hin verjüngt, um ei- nen Klemmring aufzunehmen und klemmend zu fixieren.
Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Verwendung einfacher Klemmringe das Zusammenfügen einer gewπlinschten Anzahl von Flachkammermodulen besonders einfach, schnell und kostengünstig vorgenommen werden kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Zusammenwirken des Klemmrings mit den konusartig ausgestalteten Rohrstutzenabschnitten, wenn die stapelweise, d.h. über- oder nebeneinander angeordneten Flachkammermodule in Richtung ihrer Mittelachse aneinander gedrückt werden, wobei die zuvor zwischen den Flachkammermodulen angeordneten Klemmringe auf die konusartig ausgestalteten Rohrstutzenabschnitte rutschen, bis sie mit ihnen klemmend verkeilen und durch die dabei entstehende metallische Dichtung die Flachkammermodule rauchdicht miteinander verbinden. Durch die beim Betrieb auftretende Wärmeausdehnung des Rohrstutzens wird diese metallische Dichtung in ihrer Wirkung noch gesteigert.
Die Verbindung der Flachkammermodule des Wärmetauschers gemäß der Erfindung mittels Klemmringen ermöglicht es folglich, einen für den jeweiligen Warmluft-Erzeuger benötigten, eine bestimmte Leistung aufweisenden Wärmetauscher auf einfache Weise aus gleichartigen Modulen aufzubauen. Da die Verbindung zwischen den einzelnen Modulen leicht wieder gelöst werden kann, ist auch eine optimale Zugänglichkeit der ein- zelnen Flachkammermodule beispielsweise zum Zwecke des Austauschs oder der Erweiterung des Wärmetauschers gewährleistet. Die Klemmringe sind einfach herzustellen, leicht zu montieren und zu demontieren und sie unterstützen gleichzeitig die erforderliche Stabilität in der Verbindung der einzelnen Module.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die über- oder nebeneinander angeordneten Flachkammermodule mit Hilfe einer Spannvorrichtung aneinander gedrückt, so daß die zwischen den Flachkammermodulen angeordneten Klemmringe auf den konusartig ausgebildeten Rohrstutzenabschnitten festgeklemmt und damit die Flachkammermodule rauchdicht miteinander verbunden werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das freie Ende der Rohrstutzenabschnitte bezüglich der Mittelachse des Rohr- Stutzenabschnitts um einem Winkel von 1° bis 2° zur Strömungsöffnung hin geneigt ist.
Die Spannvorrichtung kann so ausgeführt sein, daß sie mindestens einen Spannbolzen aufweist, der jeweils am ersten und am letzten der stapelweise angeordneten Flachkammermodule angreift, um so den gesamten Stapel von Flachkammermodulen in Richtung ihrer Mittelachse zusammenzudrücken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Spannbolzen der Spannvorrichtung über eine Spannfeder mit Federkraft beauf- schlagt ist, so daß die Flachkammermodule elastisch durch die Federkraft miteinander verspannt sind.
Zwischen benachbarten Flachkammermodulen können Stützelemente vorgesehen sein, um die parallele Ausrichtung der Flachkammermodule zueinander sicherzustellen. Ferner kann innerhalb jedes Flachkammermoduls zumindest ein weiteres Stützelement vorgesehen sein, das sich jeweils an den sich gegenüberliegenden Wänden des Flachkammermoduls abstützt, um die Form des Flachkammermoduls zu stabilisieren. Auf diese Weise werden die Schalenhälften des Flachkammermoduls gegen den durch die Spannvorrichtung erzeugten Druck abgestützt und vor Verformungen bewahrt, so daß der Durchgangsquerschnitt des Flachkammermoduls und die Dichtfähigkeit der Rohrstutzenabschnitte erhalten bleibt.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung haben die Rohrstutzen- abschnitte des Flachkammermoduls im wesentlichen die Form eines sich konusartig verjüngenden Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt. Dabei sind die Rohrstutzenabschnitte vorzugsweise aus Edelstahlblech mit einer Wandstärke von 0,6 mm gefertigt. Um den Wirkungsgrad des Wärmetau- schers zu erhöhen, können die Rohr stutzen der Flachkammermodulen exzentrisch angeordnet sein, so daß die Strömungsöffnungen des Flachkammermoduls zueinander versetzt sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines auf einem Warmluft-Erzeuger aufgebauten Wärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine schematische Seitenansicht zweier Flachkammermodule von Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltetes Flachkammermodul, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Detail, das einen Eckbereich des in
Fig. 3 gezeigten Flachkammermoduls darstellt.
Die Seitenansicht nach Fig. 1 läßt den symmetrischen Aufbau des Wärmetauschers 3 bestehend aus vier Flachkammermodulen 5 erkennen, der einerseits mit einem Warmluft-Erzeuger 1 und andererseits mit einer Abgasvorrichtung 4 jeweils über eine geeignete Flanschverbindung 2 ver- bunden ist. Diese Flanschverbindungen 2 bestehen aus gebördelten Rändern 1 1 der Durchgänge, die von Spannringen umfaßt und rauchdicht fixiert werden. Im Betrieb werden die Flachkammermodule 5 des Wärmetauschers 3 von Heißgas durchströmt, das vom Warmluft-Erzeuger 1 pro- duziert wird und nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers 3 über die Abgasvorrichtung 4 abgeführt wird.
Die Flachkammermodule 5 sind stapelweise aufeinandergesetzt und durch Rohrstutzen mechanisch sowie strömungsmäßig über mittlere Durchgänge miteinander verbundenen. Die Rohrstutzen der mittleren Durchgänge bestehen aus zu benachbarten Flachkammermodulen 5 gehörenden ersten und zweiten Rohrstutzenabschnitten 1 1 , 12, die jeweils eine Strömungsöffnung 13 umgeben und von einem Klemmring 14 umfaßt sind. Die vom jeweiligen Flachkammermodul 5 abstehenden, freien Enden der Rohrstutzenabschnitte 1 1 , 12 sind konusartig zur Strömungsöffnung 13 hin verjüngt.
Über eine Spannvorrichtung 20, 21 werden die Flachkammermodule 5 in Richtung der Mittelachse 15 des Wärmetauschers 3 aneinander gedrückt. Dazu greift die Spannvorrichtung mittels Spannbolzen 20 jeweils am ersten und am letzten Modul des Wärmetauschers 3 an, wobei eine Spannfeder 21 die Spannvorrichtung mit Federkraft beaufschlagt, um die Flachkammermodule 5 aneinander zu drücken. Dadurch verkeilen sich die Klemmringe 14 auf den konusartigen Rohrstutzenabschnitten 1 1 , 12, so daß die Flachkammermodule 5 rauchdicht miteinander verbunden werden, was weiter unten anhand von Fig. 2 noch näher erläutert wird. Die Rohrstutzen am Ein- und Auslaß des Wärmetauscherpakets 3 sind an ihrem ausgebördelten Rand 1 1 mittels Spannringen 2 fixiert.
Weiterhin ist Fig. 1 zu entnehmen, daß die Flachkammermodule 5 jeweils aus zwei Schalenhälften 6 zusammengesetzt sind, die über einen Verbindungsflansch 7 miteinander verbunden sind. Symmetrisch angeordnete Stützelemente 22 stabilisieren die Gesamtanordnung, um ein Abkippen oder unerwünschte Schwingungen des Wärmetauschers 3 zu verhindern. Diese Stützelemente 22 können beispielsweise aus Sechskantschrauben bestehen, aber es können auch andere geeignete Ausführungsformen von Stützelementen 22 verwendet werden.
Fig. 2 zeigt zwei aus einer Blechkonstruktion bestehende Flachkammermodule 5, die aus zwei formidentischen Schalenhälften 6 zusammengesetzt sind, die über nach außen abstehenden Verbindungsflansche 7 mit- einander verbunden sind. Jedes Flachkammermodul 5 hat zwei Strömungsöffnungen 13, die von den Rohrstutzenabschnitten 1 1 , 12 umrandet sind. Die freien Enden der Rohrstutzenabschnitte 11 , 12 sind konusartig zur Strömungsöffnung 13 hin verjüngt, indem sie bezüglich der Mittelachse 15 der Module 5 mit einem Winkel 16 von vorzugsweise 1° bis 2° zur Strömungsöffnung 13 hin geneigt sind.
Die Rohrstutzenabschnitte 11 , 12 nehmen den Klemmring 14 auf und sind durch diesen miteinander verbunden. Dabei sind die Abmessungen des Klemmrings 14 so gewählt, daß er sich auf den konusartigen Rohr- stutzenabschnitten 1 1 , 12 verkeilt, wenn die Flachkammermodule 5 des Wärmetauschers 3 über die Spannvorrichtung 20, 21 aneinander gedrückt werden. Dadurch entsteht zwischen dem Klemmring 14 und den Rohrstutzenabschnitten 1 1 , 12 eine metallische Dichtung, so daß die Flachkammermodule 5 rauchdicht miteinander verbunden sind.
Innerhalb des Flachkammermoduls 5 kann zumindest ein weiteres Stützelement 23 vorgesehen sein, das sich jeweils an den sich gegenüberliegenden Wänden, insbesondere an den Schalenhälften 6 des Flachkammer- moduls 5 abstützt, um dessen Form gegen den durch die Spannvorrichtung erzeugten Druck abzustützen, damit der Durchgangsquerschnitt des Flachkammermoduls 5 und die Dichtfähigkeit der Rohrstutzenabschnitte 1 1, 12 erhalten bleibt.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Flachkammermoduls 5 für einen Wärmetauscher 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das dargestellte Flachkammermodul 5 hat eine im wesentlichen viereckige Grundform, so daß es gerade Randbereiche 9 und Eckbereiche 10 aufweist. Das Flachkammermodul 5 ist aus zwei Halbschalen 6 zusammengefügt, die an den geraden Randbereichen 9 über nach außen abstehende Verbindungsflansche 7 miteinander verbunden sind. Aufgrund der Perspektive der Draufsicht ist in Fig. 3 nur eine Schalenhälfte 6 zu sehen. Im dargestellten Fall sind die Schalenhälften 6 miteinander verschweißt, was durch die als strichpunktierte Linie dargestellte Schweißnaht 8 angedeutet ist. Wie in Fig. 3 deutlich zu erkennen, sind die Eckbereiche 10 des Flachkammermoduls 5 abgeschrägt, so daß im Eckbereich 10 ebenfalls ein gerader Randabschnitt vorhanden ist, der auf besondere Weise abgedichtet wird, was nachfolgend anhand von Fig. 4 noch näher erläutert wird.
An jedem mittleren Flachkammermodul 5 sind zwei Strömungsöffnungen 13 vorgesehen, die von den Rohrstutzenabschnitten 11, 12 jeweils umrandet sind. Die Strömungsöffnungen 13 und die Rohrstutzenabschnitte 1 1 , 12 sind vorzugsweise diametral versetzt an den einander gegenüberlie- genden Schalenhälften 6 des Moduls 5 angeordnet, so daß sich insgesamt ein spiegelsymmetrischer Aufbau ergibt, der die Zusammenstellung beliebig umfangreicher Wärmetauscher 3 durch spiegelsymmetrisch vertauscht erfolgendes Aneinandersetzen der einzelnen Module 5 ermöglicht. Die Rohrstutzenabschnitte 11, 12 können in die Schalenhälften 6 des Moduls 5 eingesetzt und mit der jeweiligen Modulwand 5 verschweißt oder mittels Bördelwerkzeug gebördelt sein. In dem ersten und letzten Flachkammermodul 5 des Wärmetauscherpakets 3 sind jeweils nur eine diametral ver- setzte Strömungsöffnung 13 und jeweils eine Einlaß- bzw. eine Auslaßöffnung zum Anschluß an den Warmluft-Erzeuger 1 bzw. an die Abgasvorrichtung 4 vorgesehen.
In Fig. 4 ist ein Detail von Fig. 3 dargestellt, das den Eckbereich 10 des Flachkammermoduls 5 zeigt. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß auf der abgeschrägte Flanke des Eckbereichs 10 eine Dichtung 17 aufliegt. Da die beiden Schalenhalften 6 des Flachkammermoduls 5 im Eckbereich 10 nicht miteinander verschweißt sind, ist die Dichtung 17 erforderlich, um den verbleibenden Spalt zwischen den Schalenhälften 6 im Eckbereich rauch- dicht abzudichten. Die Dichtung 17 besteht vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material, wie z.B. eine Graphitdichtung, um den im Flachkammermodul 5 auftretenden Temperaturen standhalten zu können.
Die Dichtung 17 wird mit Hilfe eines Spannbügels 18 auf die abgeschrägte Flanke des Eckbereichs 10 gedrückt. Der Spannbügel 18 greift dabei vorzugsweise über Befestigungsdorne 19 am Flachkammermodul 5 selbst an, um mit seiner Federkraft die Dichtung 17 an das Flachkammermodul 5 bzw. auf den Spalt zwischen den Schalenhälften 6 zu drücken. Die Befestigungsdorne 19 sind jeweils auf den geraden Randabschnitten 9 in un- mittelbarer Nähe zu den Eckbereichen 10 angeordnet, um so eine leichte manuelle Montage und Demontage des Spannbügels 18 und der Dichtung 17 zu ermöglichen. Damit ist ein einfacher Austausch der Dichtung 17 sowie eine leichte Zugänglichkeit zum Innenraum des Flachkammermo- duls 5 beispielsweise zur Inspektion oder Reinigung gewährleistet. Die federelastische Abdichtung des Spaltes zwischen den Schalenhälften 6 im Eckbereich 10 des Flachkammermoduls 5 ermöglicht es ferner, daß ein Überdruck, wie er beispielsweise bei Verpuffungen entsteht, aus dem Flachkammermodul 5 kontrolliert entweichen kann.
Aufgrund der Tatsache, daß die einzelnen Flachkammermodule 5 des Wärmetauschers 3 nach der Erfindung konstruktiv besonders einfach ausgebildet sind, läßt sich eine wirtschaftliche Fertigung unter Verwen- düng üblicher Methoden der Blechbearbeitung erzielen. Da ferner die Verbindung der einzelnen Module 5 über die Klemmringe 14 besonders einfach herstellbar und lösbar ist, lassen sich die Module 5 einzeln oder in Gruppen problemlos abnehmen oder austauschen und deshalb auch besonders einfach reinigen. Darüberhinaus ist die federelastische Abdich- tung des Eckbereichs 10 des Flachkammermoduls 5 nicht nur hinsichtlich der Zugänglichkeit des Wärmetauschers 3 günstig, sondern sie wirkt sich auch auf die Betriebssicherheit der Gesamtanordnung vorteilhaft aus.
Liste der Bezugszeichen
I Warmluft- Erzeuger Flanschverbindung Wärmetauscher Abgasvorrichtung
5 Flachkammermodul Schalenhälfte 7 Verbindungsflansch
8 Schweißnaht
9 gerader Randabschnitt der Schalenhälfte
10 Eckbereich der Schalenhälfte
I I Rohrstutzenabschnitt 12 Rohrstutzenabschnitt
13 Strömungsöffnung
14 Klemmring
15 Mittelachse
16 Winkel des Rohrstutzenabschnitts bezüglich der Mittelachse 17 Dichtung
18 Spannbügel
19 Befestigungsdorn
20 Spannbolzen
21 Spannfeder 22 Stützelement außerhalb des Flachkammermoduls
23 weiteres Stützelement innerhalb des Flachkammermoduls

Claims

Ansprüche
1. Wärmetauscher, insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Warmluft-Erzeuger (1) mit mehreren flachkammerförmig ausgebildeten Modulen (5), die stapelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmäßig über mindestens eine Strömungsöffnung
(13) und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbundenen sind, wobei die Flachkammermodule (5) aus Schalenhälften (6) mit geraden Randabschnitten (9) und Eckbereichen (10) zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenhälften (6) an ihren geraden Randabschnitten (9) rauchdicht miteinander verbunden sind und an ihren abgeschrägt und offen ausgebildeten Eckbereichen (10) durch Dichtungen (17) abgedichtet sind, die mittels Spannbügel (18) in ihrer Position ge- halten werden.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (17) platten- oder streifenförmig ausgebildet sind und ihre abdichtenden Flächen senkrecht zur Ebene des
Flachkammermoduls (5) liegen.
3. Wärmetauscher einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (17) aus einem elastisch verformbaren, hitzebeständigen und feuerfesten Material gefertigt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbügel ( 18) am Flachkammermodul (5) selbst angreift, um mit seiner Spannkraft die Dichtung (17) an den Eckbereich (10) des Flachkammermoduls (5) anzudrücken.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flachkammermodul (5) zwei identische Schalenhälften (6) umfaßt, die vorzugsweise eine im wesentlichen viereckige Grund- form aufweisen.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenhälften (6) an ihren geraden Randabschnitten (9) über nach außen gerichtete Verbindungsflansche (7) zumindest teilweise miteinander verschweißt sind.
7. Wärmetauscher, insbesondere für mit Öl oder Gas betriebene Warmluft-Erzeuger (1) mit mehreren flachkammerförmig ausgebil- deten Modulen (5), die stapelweise angeordnet sind und mechanisch sowie strömungsmäßig über mindestens eine Strömungsöffnung (13) und diese umgebende Rohrstutzen miteinander verbundenen sind, wobei jeder Rohrstutzen zu benachbarten Flachkammermo- dulen (5) gehörende erste und zweite Rohrstutzenabschnitte (11, 12) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich das vom jeweiligen Flachkammermodul (5) abstehende, freie Ende der Rohrstutzenabschnitte (11, 12) konusartig zur Strömungsöffnung (13) hin verjüngt, um einen Klemmring (14) aufzunehmen und klemmend zu fixieren.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Rohrstutzenabschnitte (11, 12) bezüglich der Mittelachse (15) des Rohrstutzenabschnitts (11, 12) um einem Winkel (16) von 1° bis 2° zur Strömungsöffnung (13) hin geneigt ist.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stapelweise angeordneten Flachkammermodule (5) mit Hilfe einer Spannvorrichtung (20, 21) aneinander gedrückt werden, so daß die zwischen den Flachkammermodulen (5) angeordneten Klemmringe (14) auf den konusartig ausgebildeten Rohrstutzenabschnitten (11, 12) festgeklemmt und damit die Flachkammermodule (5) rauchdicht miteinander verbunden werden.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung mindestens einen Spannbolzen (20) aufweist, der jeweils am ersten und am letzten der stapelweise angeordneten Flachkammermodule (5) angreift.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Spannbolzen (20) der Spannvorrichtung über eine Spannfeder (21) mit Federkraft beaufschlagt ist, um die Flachkammermodule (5) aneinander zu pressen.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzenabschnitte (11, 12) des Flachkammermoduls (5) im wesentlichen die Form eines sich konusartig verjüngenden Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsöffnungen (13) in den Flachkammermodulen (5) exzentrisch angeordnet sind, so daß die Rohrstutzen des Flachkammermoduls (5) zueinander versetzt sind.
14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Flachkammermodulen (5) Stützelemente (22) vorgesehen sind, die vorzugsweise jeweils in der dem jeweiligen Rohrstutzen gegenüberliegenden Hälfte des Flachkammermoduls (5) angeordnet sind, um die parallele Ausrichtung der Flachkammermodule (5) zueinander festzulegen.
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Flachkammermoduls (5) zumindest ein weiteres Stützelement (23) vorgesehen ist, das sich jeweils an den sich gegenüberliegenden Wänden des Flachkammermoduls (5) abstützt, um die Form des Flachkammermoduls (5) zu stabilisieren.
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