WO2008037309A1 - Wärmetauscher - Google Patents

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Publication number
WO2008037309A1
WO2008037309A1 PCT/EP2007/006272 EP2007006272W WO2008037309A1 WO 2008037309 A1 WO2008037309 A1 WO 2008037309A1 EP 2007006272 W EP2007006272 W EP 2007006272W WO 2008037309 A1 WO2008037309 A1 WO 2008037309A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
tubes
tube
rows
modules
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/006272
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Landmann
Original Assignee
Grenzebach Bsh Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grenzebach Bsh Gmbh filed Critical Grenzebach Bsh Gmbh
Priority to AT07786074T priority Critical patent/ATE456779T1/de
Priority to EP07786074A priority patent/EP2069703B1/de
Priority to DE502007002768T priority patent/DE502007002768D1/de
Publication of WO2008037309A1 publication Critical patent/WO2008037309A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger with a tube bundle heat exchanger unit according to the preamble of claim 1, which is used for the thermal treatment of a substance.
  • the substance to be treated may be a fluid, i. H. a gas or a liquid, or a fluidized or free-flowing solid.
  • a shell-and-tube heat exchanger for bulk goods is, for example, a shaft cooler, which is also called a return cooler or contact cooler.
  • a heat exchanger has devices for supplying and / or removing the heating or cooling medium, referred to below as working medium.
  • a generic heat exchanger specifically a shaft cooler, is known from EP 0 934 498 B.
  • the horizontally extending tubes of his shell and tube heat exchanger unit, d. H. his cooling unit, are in several, superimposed rows of tubes, in successive rows of tubes offset from each other, arranged.
  • the tubes are aligned through the rows of tubes obliquely to the vertical and thus obliquely to the rows of tubes themselves.
  • the tubes are provided with a device for supplying working fluid and at the other end with a device for its removal. In operation, the bulk material flows along the cooling surfaces formed by the tubes from top to bottom through the heat exchanger unit.
  • the tubes are subdivided into a plurality of tube bundles lying one above the other, each tube bundle being connected to a device for feeding and a device for removing working medium.
  • Heat exchangers with an arrangement of the tubes in tube bundles can be used in a variety of industrial processes.
  • the area of the volumetric flow of the substance to be treated is determined by the total, free flow surface of a row of pipes, which depends on the cross section and the number of their tubes.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger according to the preamble of the claim
  • a heat exchanger unit of a heat exchanger according to the invention is provided with one or more heat exchanger modules each having an equal number N of tubes.
  • the devices for the supply and / or removal of working fluid at both ends of the tubes of a heat exchanger module each have a connecting device with a tube plate.
  • the tube plate is formed at its edge in a waveform which is predetermined by the outer tubes.
  • the waveform on the side surfaces of a heat exchanger module results from the pipes arranged offset in rows of tubes.
  • the wave form of the tube plate is designed in such a way that, when joining two heat exchanger modules, at least the tubesheets of the two heat exchanger modules mesh tooth-shaped.
  • the waveform may be characterized by more linear rises and drops, e.g. Tooth-shaped with pointed or rounded teeth, and / or by more asymptotic increases and decreases, e.g. B. sinusoidal, and / or those with different radii, be formed.
  • the tubes of adjacent rows of tubes protrude into the interstices of the rows of tubes.
  • This particularly dense arrangement of the tubes improves the intensive heat exchange and leads to an even more compact design.
  • a heat exchanger unit composed of a plurality of heat exchanger modules therefore has an arrangement of the tubes extending uniformly over the heat exchanger modules. That both the arrangement of the tubes in successive rows of tubes offset from each other and the alignment of the tubes through the rows of tubes obliquely to the rows of tubes continues from one heat exchanger module to the next. There are no lanes formed in the flow due to different pipe distances. At the transition between the heat exchanger modules no solid walls are needed.
  • the common alignment lines allow easy cleaning of the pipes. Possible cleaning directions are indicated by the arrows D in FIG.
  • the heat exchanger modules can also be connected in series via their connecting devices.
  • the connecting devices can form deflections for the working medium, so that the heat exchanger modules can be flowed through depending on the number of deflections with a different amount of working fluid.
  • the connecting devices may be box-shaped according to claim 2 and each in addition to the tube plate have a frame and possibly a lid.
  • a lid may be provided with one or more nozzles for the supply and / or removal of working fluid.
  • Connecting devices on outer sides of a heat exchanger unit may have covers. Connected in series connecting devices can be connected without a lid on their frames.
  • a frame may be formed wave-shaped at least in an adjoining the tube plate area. For this purpose, the frame may be divided according to claim 3 in a subsequent to the tube plate wave-shaped frame and a flange frame with a small cross-sectional area and smooth walls.
  • a transverse frame may be provided, on the outer edge of the wavy frame and on the inner edge of the flange frame may be attached.
  • the reduction in cross-section of the frame in the region of the flange frame has the advantage that straight side edges can be provided for the flange frame itself and a cover.
  • the reduction in cross-section provides space for fasteners for connecting the heat exchanger modules.
  • To attach the lid of the flange frame may have a running at the top, the straight side edges forming cover flange to which the lid can be attached. In an arrangement of heat exchanger modules in a row, they can be connected to each other without covers on the cover flanges of their connecting devices.
  • the wave-shaped frame may be formed, for example, as a corrugated sheet metal frame. This is a simple component for generating the desired waveform.
  • the connecting devices according to claim 4 pipe elbow and optionally have pipe socket.
  • the pipe elbows and pipe sockets are attached to the tube plates in such a way that the tubes open into the elbows and into the pipe sockets.
  • outer, possibly also middle, pipes are connected to pipe sockets. All the tubes of one of the connecting devices of a heat exchanger module can be connected by means of elbows.
  • a connecting device can according to claim 5 have at least one extending between two rows of tubes, wavy bulkhead plate.
  • partition plates chambers can be formed in the connecting devices and the tubes of a heat exchanger module are supplied differently with working fluid. Ie. Through the baffle plates multiple internal deflections of the working fluid can be formed in the heat exchanger module, thereby adjusting the flow rate of the working fluid.
  • the tubes may be arranged according to claim 6 such that they are aligned through the rows of tubes at an angle of 45 ° to the rows of tubes.
  • a heat exchanger module can also be tilted by 90 ° with this arrangement of the tubes connected to other heat exchanger modules. This increases the versatility of the heat exchanger.
  • the heat exchanger modules may according to claim 7 have an aspect ratio of 1: 2. This allows a heat exchanger z. B. to provide with three heat exchanger modules, wherein two are joined together at their longer sides of the cross section and the third, tilted at 90 °, is joined to the shorter sides of the cross section of the first two heat exchanger modules.
  • a erfi ⁇ dungswasher heat exchanger can according to claim 8 additionally comprise a heat exchanger module with a number N / 2 of tubes and / or a heat exchanger module with a number N / 4 of tubes.
  • the heat exchanger module with N tubes can be provided as a cuboid standard module, which can be aligned in two directions rotated by 90 ° to each other. In this case, according to claim 7, preferably the short side of the cross section is half as long as the longer side of the cross section.
  • One or more standard modules which may be arranged in a heat exchanger unit in any orientation next to each other, one above the other and / or behind each other, may be supplemented by such special modules with N / 2 tubes and / or N / 4 tubes.
  • the number N of tubes may be, for example, 50 to 1000 tubes.
  • the heat exchanger modules may according to claim 9 alternatively have an aspect ratio of 1: 3.
  • the heat exchanger modules may also be used as standard modules with other aspect ratios, e.g. be of 1: 2.5, be formed and possibly be composed with appropriate special modules to a heat exchanger unit.
  • the tubes of the heat exchanger modules according to claim 11 can extend horizontally.
  • the cross-section of the tubes may be of any desired design, e.g. round, polygonal, oval or rectangular, possibly existing horizontally extending curves or edges are aligned upward.
  • the corresponding devices can have, in addition to the connecting devices according to claim 12, one or more outer tube arrangements.
  • the outer pipe arrangements can be constructed as tubular columns, the pipe columns having pipe elements and compensators connected to the connecting apparatuses.
  • the tubular elements may be formed as T-pieces, for example.
  • the tube columns are each supported as a whole by a respective compensator at their ends.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger unit of the first example with three heat exchanger modules
  • FIG. 2 shows a heat exchanger module of this heat exchanger unit
  • 3 shows a heat exchanger unit of the second example with three heat exchanger modules with bulkhead plates
  • FIG. 4 shows a heat exchanger unit of the third example with a heat exchanger module and without cover of the connecting device
  • FIG. 5 shows the heat exchanger module of FIG. 4 with cover
  • FIG. 6 shows a heat exchanger module of the fourth example with pipe manifolds
  • FIG. 7 shows a heat exchanger unit of the fifth example with five tube modules
  • 8 shows a heat exchanger unit of the sixth example with five tube modules
  • FIG. 9 shows a heat exchanger unit of the seventh example with five tube modules.
  • An inventive heat exchanger of a first example is designed as a heat exchanger for bulk material. It has a tube bundle heat exchanger unit whose tubes 2 are arranged in three heat exchanger modules 1. Two of the heat exchanger modules 1 are vertically aligned, i. the longer sides of their cross-section are vertical, and arranged side by side. The third horizontally oriented heat exchanger module 1 is arranged transversely above the other two. Its longer sides are horizontal.
  • Each heat exchanger module 1 has a certain number N of horizontally extending tubes 2.
  • the cross section of the tubes 2 is round.
  • the tubes 2 are in several, superimposed rows of tubes 3, in successive rows of tubes 3 offset from each other, arranged. They are arranged through the rows of tubes 3 obliquely to the vertical aligned. In this example, the tubes are arranged so close that the tubes 2 adjacent rows of tubes 3 protrude into the interstices of the tube rows 3.
  • the number N of tubes 2 of each heat exchanger module 1 is 144. These 144 tubes 2 are split parallel to the longer side of the cross section of the heat exchanger module 1 on twelve superimposed rows of tubes 3, each with twelve tubes 2. At the same time, the tubes 2 are divided parallel to the shorter side in twenty-four rows of tubes 3, each with six tubes 2.
  • the distance of the rows of tubes 3 is chosen so that the tubes 2 are aligned through the rows of tubes 3 at an angle of 45 ° to the horizontal and also to the vertical. They are arranged in superimposed vertically extending rows of tubes 3 in the same way offset from each other as in superimposed, horizontal 3. That is, the distances between the next tubes 2 different pipe rows 3 are the same in all directions.
  • the heat exchanger modules 1 can be arranged arbitrarily vertically and horizontally, with the alignment of the tubes 2 continues from a heat exchanger module 1 to the next.
  • the same arrangement of the tubes 2 and the described division of the tubes 2 on the rows of tubes 3 results in that the shorter side of the cross section is half as long as the longer side. That the aspect ratio is 1: 2.
  • a horizontally arranged heat exchanger module 1 as can be seen in FIG. 1, fits exactly onto two vertically arranged heat exchanger modules 1.
  • Devices of the heat exchanger unit for supplying and / or removing working fluid have connecting devices 4, which are in each case at both ends of the heat exchangers - Modules 1 are arranged.
  • the connecting devices 4 are in this example box-shaped, in particular cuboid, formed.
  • Each connecting device 4 has a tube plate 5, a frame and a cover 6.
  • the tube plate 5 is provided with openings 5a for the tubes 2.
  • the waveform is such that when joining two heat exchanger modules 1, the outer tubes 2, the tube plate 5 and the wavy frame 7 of the two heat exchanger modules 1 mesh tooth-shaped.
  • the waveform is formed by a common zig-zag shape of the edge of the tube plate 5 and the wave-shaped frame 7. In this case, there are outwardly projecting prongs at the ends of the outer tubes 2, which thus predetermine the zig-zag course.
  • the frame is divided into the undulating frame 7 and a flange frame 8 having a smaller cross-sectional area.
  • the wave-shaped frame 7 is connected to the
  • Flange frame 8 is connected via a cross-section reducing transverse frame 9, wherein the wave-shaped frame 7 are fixed to the outside and the flange frame 8 inside the transverse frame 9.
  • the wave-shaped frame 7 is formed as a frame with zigzag-shaped walls and the flange frame 8 as a frame with smooth walls.
  • the flange frame 8 has a circumferential at its upper edge outer flange 10 to which the lid 6 is attached.
  • the lid 6 has two nozzles 11 for the supply and / or discharge of working fluid, which are arranged along a center line parallel to the longer side of the lid 6 centrally in the respective half.
  • the heat exchanger unit in each case has an outer wall 12 which, at least in the region of Pipe plates 5 is formed to match the waveform.
  • the waveform is such that the outer wall 12 engages tooth-shaped in the tube plates 5.
  • the outer walls 12 of this example are in total, d. H. in the region of the tube plates 5 and in the region of the outer tubes 2, wavy.
  • the outer walls 12 in the region of the tube plates 5 a wave-shaped portion, for. B. in the form of a collar, and in the region of the outer tubes 2 a flat portion, z. B. have a smooth sheet.
  • the outer walls 12 may be formed as double walls with an insulating layer between the two walls of the double wall. They can be hinged and hinged. You can also have doors.
  • the tubes may have a square cross section and be aligned with their edges upwards.
  • An arrangement of tubes with upwardly directed edges is described in already cited EP 0 934 498 B1. It can, for example, in these cases, as an alternative to the outer walls 12, the lateral outer tubes 2 of the heat exchanger modules 1 with removable
  • side plates Such side panels are also described in EP 0 934 498 B1.
  • the side panels are arranged on the upper curves or edges or outer lateral surfaces and extend over the entire length of the tubes 2 between the connecting devices 4.
  • the side plates extend the alignment lines outwards or run parallel to them. They have a height which is 1, 2 to 5 times, in particular 1.5 to 4 times, the average distance of the tubes along the alignment lines.
  • heat exchanger modules 1 can be arranged one behind the other.
  • three further heat exchanger modules 1 can be connected behind that of this example by connecting the cover flanges 10 of the corresponding connecting devices 4 to one another. In this case, the cover 6 are omitted for these connecting devices 4.
  • the heat exchanger in addition to a plurality of the heat exchanger modules 1 used in Example 1, the heat exchanger may comprise a heat exchanger module 1 with a number of N / 2 tubes.
  • a half upper heat exchanger module ie a Heat exchanger module with a number of N / 2, ie 72, pipes 2 needed.
  • a heat exchanger module with a number of N / 4, ie 36, tubes 2 could be used.
  • the supply of a substance to be treated from above and the removal of the treated substance downwards are indicated by arrows A and B.
  • As a work tool z. As water, steam or thermal oil can be used.
  • the supply and possibly the removal of working fluid are indicated by arrows C.
  • a heat exchanger according to the invention such as the shaft cooler described in EP 0 934 498 B1 can be constructed with a feed unit and a take-off unit.
  • This shaft cooler is hereby incorporated by reference.
  • Example 2 corresponds to Example 1 except for the following features:
  • each extending between two rows of tubes 3 bulkhead plates 13 are provided.
  • FIG 3 shows possible arrangements of bulkheads 13 in front and / or rear connecting devices 4.
  • connecting devices 4 of the upper, horizontally arranged heat exchanger module 1 bulkheads 13 may be arranged, which are parallel to the longer side of the cross section and thus horizontally in the middle extend.
  • three bulkheads 13 may be arranged, which extend parallel to the shorter sides of the cross section, and thus also horizontally.
  • the bulkhead plates 13 each extend from the tube plate 5 to the lid 6 of the connecting device 4 and terminate at the sides with the frame. For this purpose, the sides have a step at the transition from the wave-shaped frame 7 to the flange frame 8.
  • the partition plates 13 extend undulating between the openings 5a, into which the tubes 2 of two adjacent rows of tubes 3 open, d. H. its waveform is given by the tubes 2 of these rows of tubes 3.
  • the connecting devices 4 are divided into chambers 14 and thereby formed deflections for the working fluid.
  • Example 3 corresponds to Example 2 except for the following features:
  • the heat exchanger unit comprises a heat exchanger module 1 for operation, in which the working fluid is deflected in three ways.
  • the front connecting device 4 two partition plates 13a are arranged for this purpose, and a partition plate 13b is arranged in the rear connection device 4.
  • the front connecting device 4 is divided by the two partition plates 13a into a chamber 14 in the lower quarter, a middle chamber 14 and a chamber 14 in the upper quarter of the connecting device 4.
  • the rear connecting device 4 is divided by the bulkhead plate 13b into a lower and an equal upper chamber 14.
  • cover 6 of the front connection device 4 of this heat exchanger module 1 is provided with two nozzles 11 for the supply and / or discharge of
  • a rear cover 6 is formed as a cover 6 without nozzle 11.
  • nozzle 11 of a rear cover 6 may be provided with blind flanges.
  • working means are introduced through the lower nozzle 11 into the front, lower chamber 14, through which tubes 2 of the lower quarter of all the tubes 2 flow, in the rear, lower chamber 14 be deflected to flow back through the next higher quarter of the tubes 2, are deflected in the front, middle chamber 14, flow through the next higher quarter, are deflected in the rear, upper chamber 14, back flow through the upper quarter of the tubes 2 and through the upper nozzle 11 are discharged from the front, upper chamber 14.
  • This heat exchanger unit according to the invention corresponds to that of Example 1 except for the following features:
  • the heat exchanger modules 1 are provided with connecting devices 4, which in addition to the tube plates 5 pipe elbow 15 and pipe socket 16.
  • the pipe elbows 15 and the pipe sockets 16 are fastened to the pipes 2 protruding somewhat from the pipe plates 5, namely welded, so that the pipes 2 open through the openings 5a into the pipe elbows 15 and into the pipe sockets 16.
  • the six tubes 2 of the remaining rows of tubes 3 are connected in each case via elbows 15 with those of a next row 3.
  • In this example are in the rear kausvo ⁇ chtung 4 all tubes 2 in rows connected by elbows 15.
  • Working means ie half of the volume flow of the working fluid, flows through the lower and the upper part of the heat exchanger module 1, wherein the working fluid is zigzag-shaped passed through the row of tubes 3 from bottom to top.
  • the pipe socket 16 of the lower of the two middle rows of tubes 3 may be connected to those of the upper of the middle rows of tubes 3.
  • the working fluid can flow through the entire heat exchanger module 1 in rows, in comparison to the o. G.
  • Alternative half of the work equipment is used.
  • Example 5 ( Figure 7) - The heat exchanger unit of Example 5 is similar to that of Example 1 except for the following features: It has five heat exchanger modules 1, with two vertically aligned heat exchanger modules 1 side by side, the pairs one above the other and the fifth heat exchanger Module 1 are arranged horizontally aligned above it.
  • the devices for the supply and / or removal of working fluid have, in addition to the heat exchanger modules 1 associated connection devices 4, outer
  • Pipe arrangements which are designed as two each extending on both sides of the heat exchanger modules 1 tube columns.
  • the tube columns comprise tube elements and compensators 17 connected to the connection devices 4.
  • the tube elements are designed as double T-pieces 18 and double T-pieces 19, with the two connections of the double T-pieces 18 in series one behind the other and the two connections of the double tee 19 are arranged parallel to each other.
  • the tube columns have at their lower and at their upper end and in the region between the heat exchanger modules 1 compensators 17.
  • the tube columns are each supported as a whole via a respective compensator 17 at their ends. This arrangement of the tube columns with compensators 17 relieve the nozzle 11 of shear forces generated by the internal pressure of the working fluid.
  • the tube column in Fig. 7, in front view, comprises from bottom to top a compensator 17 and a double tee 18 in front of the lower left heat exchanger module 1, a compensator 17 and a double tee Piece 18 with a further connection 18a in front of the middle, left heat exchanger module 1, a Compensator 17, one half of a double tee 19 in front of the upper heat exchanger module 1 and a compensator 17.
  • the double T-pieces 18 and the two-piece tee 19 are to the nozzle 11 of the cover 6 of the corresponding heat exchanger modules 1 connected.
  • a bulkhead plate 20 is installed, which shuts off the flow path of the working fluid, if necessary, except for a small opening for venting.
  • a bulkhead plate 20 is also installed.
  • Another bulkhead 20 is installed at the lower left end of the dual T-piece 19.
  • the right front tubular column is constructed the same except that it has a second double tee 18 without further connection 18a and the dual tee 19 has no bulkhead 20 at its lower right end.
  • the rear tube columns which can be seen in the right side view in Figure 7, correspond to the right, front tube column except for the arrangement of the bulkhead plates 20 located at an upper end and at the two lower ends of the double tee 19 and at the lower ends of the lower double tees 18 are located.
  • the two front pipe columns are open at their lower ends, so that can be connected to these supplies for work equipment. They are closed at the top.
  • the rear tube columns are closed at their lower ends by the bulkhead plates 20.
  • One of the rear pipe columns is open at its top end, so that except for the connection 18a also to a rear pipe column, a discharge for work equipment can be connected.
  • the working fluid is supplied from below through the front tubular columns and passed through the lower double tees 18 of the front tubular columns to the nozzle 11 and the connecting devices 4 from the front through the tubes 2 of the lower two ' heat exchanger modules 1.
  • the working fluid from the tubes 2 is guided into the rear tubular columns via the connecting devices 4.
  • the working fluid is deflected via the first and second double T-pieces 18 and over the rear Connecting devices 4 are led into the front tubular columns through the two middle heat exchanger modules 1 and their front connecting devices 4.
  • One partial flow of the working fluid is discharged through the connection 18a of the double T-piece 18 of the right front tubular column Heat exchanger module 1 and its connecting devices 4 out un D discharged through the open upper end of the double tee 19 of the rear pillars.
  • the working medium without internal deflection is guided in total through the heat exchanger modules 1, with two parallel-connected heat exchanger modules 1 are connected in series.
  • Half of the working fluid is then led out of the heat exchanger unit, the other half of the working fluid is passed through the upper, transverse heat exchanger module 1.
  • the heat exchanger unit of Example 6 corresponds to that of Example 5 except for the following features: It is designed for half of the working medium that can be used in Example 5. For this purpose, one-time internal deflections are provided for the working fluid as it flows through the lower and middle heat exchanger modules 1.
  • the heat exchanger unit has two similarly constructed front tubular columns.
  • the tubular columns are each provided with two superimposed double T-pieces 18, which are each divided by a bulkhead plate 20, and each a simple T-piece 21 provided at the upper ends of the two tubular columns.
  • the arrangement of the compensator 17 corresponds to that of Example 5.
  • the front connecting devices 4 of the lower four heat exchanger modules 1 comprise centrally arranged, horizontally extending partition plates 13.
  • the corresponding rear connecting devices 4 are provided with lids 6 without connecting pieces 11.
  • the rear connecting device 4 of the upper, transverse heat exchanger module 1 has, like that of Example 5, a lid 6 with two nozzles 11.
  • the heat exchanger unit of Example 7 corresponds to that of Example 6 except for the following features: It is designed for a quarter of the working medium used in Example 5. For this purpose, three internal deflections for the working fluid in flowing through the lower and middle heat exchanger modules 1 are provided.
  • the heat exchanger unit has two front tubular columns whose tube elements and compensators 17 have smaller diameters than those of Examples 5 and 6.
  • the front tubular columns have from bottom to top each a double tee 22, a double tee 22 with cross connections 22a for a horizontal connection of the two tubular columns and a simple tee 23.
  • the double tees 22 are each subdivided between the T-terminals by a bulkhead plate 20, wherein the bulkhead plates 20 of the upper double T-pieces 22 are arranged below the crossing terminals 22a.
  • Another bulkhead 20 closes the connection between the double tee 22 and the simple tee 23 of the left column tube.
  • further compensators 24 are provided for the compensation of forces in the horizontal direction at the horizontal connection of the two tubular columns.
  • a compensator 24 is arranged as a connection between the intersection connections 22a of the double tees 22 of the two pipe columns and two further at the free intersection connections 22a, ie at supported ends of the horizontal connection.
  • the front connecting devices 4 of the lower and middle heat exchanger modules 1 are provided with two horizontally extending partition plates 13 and lids 6 with two stubs 11.
  • the rear connecting devices 4 are provided with a horizontally extending bulkhead plate 13 and with lids 6 without nozzle 11.
  • the bulkhead plates 13 of the front connecting devices 4 extend in the wavy frame 7 and go within the connecting device 4 at the transition to the flange frame 8 in rectangular, to the ceiling 6 abutting distribution plates 25 on. They form with these a stepped guide of the working fluid from the nozzle 11 to the tubes 2 or from the tubes 2 to the nozzle 11, so that only the corresponding quarter of the tubes 2 is connected to the nozzle 11.
  • This arrangement with distribution plates 25 allows an arrangement of the nozzle 11 in the middle of the respective upper or lower half of the heat exchanger modules. 1
  • the front connecting device 4 of the upper, fifth heat exchanger module 1 has a centrally arranged, horizontally extending bulkhead plate 13, a distribution plate 26 and a lid with two nozzles 27 of larger diameter.
  • the two nozzles 27 are also each arranged in the middle of the respective half of the heat exchanger module 1 and connected to the right and the left column tube.
  • the distribution plate 26 has a horizontally extending in the flange frame 8 and diagonal section which abuts the ceiling 6. This section is followed by two vertical triangular cover sections. These cover sections connect the horizontal section with the bulkhead plate 13, which extends in the wavy frame 7. The cover sections abut the transverse frame 9.
  • the distribution plate 26 and the bulkhead plate 13 form a guide for the working medium to or from the tubes 2 of the corresponding half of the upper heat exchanger module 1.
  • the arrangement of the Verteilbleche 25, 26 allows the use of sufficiently large nozzle 11, in particular larger nozzle 27, as well as an aligned arrangement of the nozzle 11, 27 for the two tubular columns.
  • one half of the working fluid is performed.
  • the two halves of the working fluid are brought together, in which the working fluid from the left tubular column via the connection between the two tubular columns, d. H. via the cross-connections 22b and the compensator 24, is guided in the right column tube.
  • the entire working fluid is supplied to the upper heat exchanger module 1 through the corresponding thicker, right nozzle 27 and passed through the distribution plate 26 in the lower chamber 14 formed by the partition plate 13.
  • the working medium flows through the tubes 2 of the lower half is deflected in the rear connecting device 4, flows through the tubes 2 of the upper half, is passed through the partition plate 26 and the distribution plate 26 in the front connecting device 4 to the nozzle 27 and leaves the upper heat exchanger module 1.
  • the distribution plate 26 may have a horizontal portion which extends in steps through the flange frame 8 and which abuts the ceiling 6.
  • This horizontal section consists of two side panels and a central section.
  • the middle part extends parallel to the shorter sides of the cross section through the middle.
  • At the middle part close to the two side parts, which extend along the longer sides of the cross section.
  • lower side part extends over the lower half to the middle part and an upper side part from the middle part of the upper half.
  • the side parts may be formed by the flange frame 8.
  • the horizontal section is followed by two vertically extending square cover sections.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der eine Rohrbündel-Wärmetauschereinheit mit Rohren (2) aufweist, die in mehreren, übereinander liegenden Rohrreihen (3), und zwar in aufeinander folgenden Rohrreihen (3) versetzt zueinander, angeordnet sind. Die Rohre (2) fluchten durch die Rohrreihen (3) hindurch schräg zu den Rohrreihen (3). An einem Ende sind die Rohre (2) mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von Heiz- oder Kühlmittel, im folgenden Arbeitsmittel genannt, und am anderen Ende eine Vorrichtung zu dessen Abfuhr versehen. Die Wärmetauschereinheit ist mit einem oder mehreren Wärmetauscher-Modulen (1) versehen, die jeweils eine gleiche Anzahl N von Rohren (2) und an beiden Enden der Rohre (2) als Verbindungsvorrichtungen (4) ausgebildete Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel aufweisen. Die Verbindungsvorrichtungen (4) umfassen jeweils eine Rohrplatte (5), die in einer durch die äußeren Rohre (2) vorgegebene Wellenform derart ausgebildet ist, dass beim Aneinanderfügen zweier Wärmetauscher-Module (1) die Rohrplatten (5) der beiden Wärmetauscher-Module (1) zahnförmig ineinandergreifen.

Description

Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einer Rohrbündel-Wärmetauschereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , der zur thermischen Behandlung eines Stoffes eingesetzt wird. Bei dem zu behandelnden Stoff kann es sich um ein Fluid, d. h. ein Gas oder eine Flüssigkeit, oder um einen fluidisierten oder rieselfähigen Feststoff handeln. Ein Rohrbündel-Wärmetauscher für Schüttgüter ist zum Beispiel ein Schachtkühler, der auch Rückstaukühler oder Kontaktstaukühler genannt wird. Neben der Rohrbündel- Wärmetauschereinheit weist ein Wärmetauscher Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr des Heiz- oder Kühlmittels, im folgenden Arbeitsmittel genannt, auf.
Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher, und zwar ein Schachtkühler, ist aus der EP 0 934 498 B bekannt. Die horizontal verlaufenden Rohre seiner Rohrbündel- Wärmetauschereinheit, d. h. seiner Kühleinheit, sind in mehreren, übereinander liegenden Rohrreihen, und zwar in aufeinander folgenden Rohrreihen versetzt zueinander, angeordnet. Die Rohre fluchten durch die Rohrreihen hindurch schräg zur Vertikalen und damit schräg zu den Rohrreihen selbst. An einem Ende sind die Rohre mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von Arbeitsmittel und am anderen Ende mit einer Vorrichtung zu dessen Abfuhr versehen. Im Betrieb fließt das Schüttgut entlang der durch die Rohre gebildeten Kühlflächen von oben nach unten durch die Wärmetauschereinheit.
Dabei sind die Rohre in mehrere übereinander liegende Rohrbündel unterteilt, wobei jedes Rohrbündel an eine Vorrichtung zur Zufuhr und eine Vorrichtung zur Abfuhr von Arbeitsmittel angeschlossen ist. Wärmetauscher mit einer Anordnung der Rohre in Rohrbündeln sind in vielfältigen industriellen Prozessen einsetzbar.
Der Anmelderin ist es bekannt, dass unterschiedliche Anforderungen an die Leistung eines Wärmetauschers durch mehrere Baugrößen mit unterschiedlichen Konstruktionen erfüllt werden. Die Ersetzbarkeit und die Flexibilität solcher Wärmetauscher ist aus folgenden Gründen begrenzt: Durch die Anzahl und den Querschnitt der Rohre einer spezifischen Baugröße ist der Strömungsquerschnitt für das Arbeitsmittel festgelegt, und damit seine Strömungsgeschwindigkeit in einem engen Bereich bestimmt. Zu geringe Strömungsgeschwindigkeiten würden den Wärmeübergang verschlechtern. Zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen zu hohe Druckverluste und sind problematisch z. B. hinsichtlich Schallemissionen.
In ähnlicher Weise ist durch die gesamte, freie Anströmfläche einer Rohrreihe, die vom Querschnitt und der Anzahl ihrer Rohre abhängt, der Bereich des Volumenstroms des zu behandelnden Stoffes festgelegt. Durch ein Aneinanderfügen mehrerer Rohrbündel lässt sich die Wärmeübertragungsleistung erhöhen, nicht aber gleichzeitig sowohl die Durchsatzleistung des Arbeitsmittels als auch die Durchsatzleistung des zu behandelnden Stoffes. Beim Hintereinanderfügen von Rohrbündeln, bei dem mehrere Rohrbündel in Richtung des Arbeitsmittels in Reihe geschaltet werden, lässt sich die Durchsatzleistung des zu behandelnden Stoffes erhöhen. Die Durchsatzleistung des Arbeitsmittels ändert sich nicht. Sie ist auf die Leistung des einfachen Rohrbündels beschränkt.
Beim parallelen Aneinanderfügen von Rohrbündeln, bei dem mehrere Rohrbündel in Richtung des Arbeitsmittels parallel geschaltet werden, lässt sich die Durchsatzleistung des Arbeitsmittels, nicht jedoch die Durchsatzleistung des zu behandelnden Stoffes, erhöhen.
Von mehreren Rohrbündeln einige in Richtung des Arbeitsmittels in Reihe und einige parallel zu schalten, ist aus konstruktiven Gründen bei bekannten Bauarten herkömmlicher
Rohrbündelwärmetauscher praktisch ausgeschlossen, da wesentliche Bauteile, wie
Außenwände und Anschlüsse, ein lückenloses Zusammenfügen der Rohrbündel verhindern.
Etwaige Lücken und/oder Unterbrechungen in der Rohranordnung sowie auch störende
Zwischenwände sind jedoch aus diversen Verfahrens- und betriebstechnischen Gründen zu vermeiden. Sollen beide Durchsatzleistungen erhöht werden, kann nur eine andere
Baugröße eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruch
1 zu entwickeln, der einfach an verschiedenste Leistungen angepasst werden kann.
*
Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine Wärmetauschereinheit eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist mit einem oder mehreren Wärmetauscher-Modulen mit jeweils einer gleichen Anzahl N von Rohren versehen. Die Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel weisen an beiden Enden der Rohre eines Wärmetauscher-Moduls jeweils eine Verbindungsvorrichtung mit einer Rohrplatte auf. Bei jeder Verbindungsvorrichtung ist die Rohrplatte an ihrem Rand in einer Wellenform ausgebildet, die durch die äußeren Rohre vorgegeben ist. Die Wellenform an den Seitenflächen eines Wärmetauscher-Moduls ergibt sich durch die in Rohrreihen versetzt zueinander angeordneten Rohre. Die Wellenform der Rohrplatte ist derart ausgebildet, dass beim Aneinanderfügen zweier Wärmetauscher-Module zumindest die Rohrplatten der beiden Wärmetauscher-Module zahnförmig ineinandergreifen. Die Wellenform kann durch eher lineare Anstiege und Abfälle, z. B. zahnförmig mit spitzen oder mit abgerundeten Zähnen, und/oder durch eher asymptotische Anstiege und Abfälle, z. B. sinusförmig, und/oder solche mit unterschiedlichen Radien, ausgebildet sein.
Bei einer besonders dichten Anordnung der Rohre ragen die Rohre benachbarter Rohrreihen in die Zwischenräume der Rohrreihen. In diesem Fall greifen beim Aneinanderfügen zweier Wärmetauscher-Module auch die äußeren Rohre zahnförmig ineinander. Diese besonders dichte Anordnung der Rohre verbessert den intensiven Wärmeaustausch und führt zu einer noch kompakteren Bauweise.
Das Ineinandergreifen der Rohrplatten aneinander gefügter Wärmetauscher-Module ermöglicht eine lückenlose Anordnung der Wärmetauscher-Module über- und nebeneinander, bei der die Anordnung der Rohre von einem Wärmetauscher-Modul zum nächsten ohne Zwischenraum fortgesetzt ist. Eine aus mehreren Wärmetauscher-Modulen zusammengesetzte Wärmetauschereinheit weist daher eine sich über die Wärmetauscher- Module gleichförmig erstreckenden Anordnung der Rohre auf. D.h. sowohl die Anordnung der Rohre in aufeinander folgenden Rohrreihen versetzt zueinander als auch das Fluchten der Rohre durch die Rohrreihen hindurch schräg zu den Rohrreihen setzt sich von einem Wärmetauscher-Modul zum nächsten fort. Es werden keine Gassen im Stoffstrom aufgrund unterschiedlicher Rohrabstände gebildet. Am Übergang zwischen den Wärmetauscher- Modulen werden keine festen Wände benötigt. Dies ermöglicht auch einen Einsatz bei hohen Temperaturen, der mit solchen Wänden aufgrund von Wärmespannungen und/oder Haltbarkeit praktisch verfügbarer Werkstoffe nicht oder nur mit großem Aufwand möglich wäre. Die gemeinsamen Fluchtlinien ermöglichen eine einfache Reinigung der Rohre. Mögliche Reinigungsrichtungen sind durch die Pfeile D in Figur 1 angedeutet. Die Wärmetauscher-Module können über ihre Verbindungsvorrichtungen auch hintereinander angeschlossen sein.
Die Verbindungsvorrichtungen können Umlenkungen für das Arbeitsmittel bilden, so dass die Wärmetauscher-Module je nach Anzahl der Umlenkungen mit einer unterschiedlichen Menge an Arbeitsmittel durchströmt werden können. Durch derartige Umlenkungen in den Verbindungsvorrichtungen sowie durch die Möglichkeit einer lückenlosen Anordnung von Wärmetauscher-Modulen in alle Richtungen aneinander kann eine erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit aus erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Modulen auf einfache Weise an verschiedenste Leistungen angepasst werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Verbindungsvorrichtungen können gemäß Anspruch 2 kastenförmig ausgebildet sein und jeweils zusätzlich zur Rohrplatte einen Rahmen und ggf. einen Deckel aufweisen. Ein Deckel kann mit einem oder mehreren Stutzen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel versehen sein. Verbindungsvorrichtungen an äußeren Seiten einer Wärmetauschereinheit können Deckel aufweisen. Hintereinander angeschlossene Verbindungsvorrichtungen können ohne Deckel über ihre Rahmen verbunden sein. Ein Rahmen kann zumindest in einem an die Rohrplatte anschließenden Bereich wellenförmig ausgebildet sein. Dazu kann der Rahmen gemäß Anspruch 3 in einen an die Rohrplatte anschließenden wellenförmigen Rahmen und einen Flanschrahmen mit einer geringen Querschnittsfläche und mit glatten Wänden unterteilt sein. Zur Verbindung des wellenförmigen Rahmens und des Flanschrahmens mit unterschiedlichen Querschnitten kann ein Querrahmen vorgesehen sein, an dessen äußeren Rand der wellenförmige Rahmen und an dessen innerem Rand der Flanschrahmen befestigt sein kann. Die Querschnittsverringerung des Rahmens im Bereich des Flanschrahmens hat den Vorteil, dass für den Flanschrahmen selbst und einen Deckel gerade Seitenkanten vorgesehen werden können. Außerdem bietet die Querschnittsverringerung Platz für Befestigungsvorrichtungen zum Verbinden der Wärmetauscher-Module. Zur Befestigung des Deckels kann der Flanschrahmen einen am oberen Rand verlaufenden, die geraden Seitenkanten bildenden Deckelflansch aufweisen, an dem der Deckel befestigt werden kann. Bei einer Anordnung von Wärmetauscher- Modulen hintereinander, können diese ohne Deckel an den Deckelflanschen ihrer Verbindungsvorrichtungen miteinander verbunden sein. Der wellenförmige Rahmen kann z.B. als Wellblechrahmen ausgebildet sein. Dies ist ein einfaches Bauteil zur Erzeugung der gewünschten Wellenform.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Verbindungsvorrichtungen gemäß Anspruch 4 Rohrkrümmer und ggf. Rohrstutzen aufweisen. Dabei sind die Rohrkrümmer und die Rohrstutzen so an den Rohrplatten befestigt, dass die Rohre in die Rohrkrümmer und in die Rohrstutzen münden. Bevorzugt sind äußere, ggf. auch mittlere, Rohre mit Rohrstutzen verbunden. Es können alle Rohre einer der Verbindungsvorrichtungen eines Wärmetauscher-Moduls durch Rohrkrümmer verbunden sein.
Eine Verbindungsvorrichtung kann gemäß Anspruch 5 mindestens ein zwischen zwei Rohrreihen verlaufendes, wellenförmiges Schottblech aufweisen. Durch die Anordnung derartiger Schottbleche können in den Verbindungsvorrichtungen Kammern gebildet und die Rohre eines Wärmetauscher-Moduls unterschiedlich mit Arbeitsmittel versorgt werden. D. h. durch die Schottbleche können mehrfache interne Umlenkungen des Arbeitsmittels im Wärmetauscher-Modul gebildet werden und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels angepasst werden. Die Rohre können gemäß Anspruch 6 derart angeordnet sein, das sie durch die Rohrreihen hindurch in einem Winkel von 45° zu den Rohrreihen, fluchten. Ein Wärmetauscher-Modul kann bei dieser Anordnung der Rohre auch um 90° gekippt mit weiteren Wärmetauscher- Modulen verbunden werden. Dies erhöht die Vielseitigkeit des Wärmetauschers.
Die Wärmetauscher-Module können gemäß Anspruch 7 ein Seitenverhältnis von 1:2 aufweisen. Dies ermöglicht einen Wärmetauscher z. B. mit drei Wärmetauscher-Modulen vorzusehen, wobei zwei an ihren längeren Seiten des Querschnitts aneinander gefügt sind und das dritte, um 90° gekippt an die kürzeren Seiten des Querschnitts der ersten beiden Wärmetauscher-Module gefügt ist.
Ein erfiηdungsgemäßer Wärmetauscher kann gemäß Anspruch 8 zusätzlich ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl N/2 von Rohren und/oder ein Wärmetauscher- Modul mit einer Anzahl N/4 von Rohren aufweisen. Das Wärmetauscher-Modul mit N Rohren kann dabei als ein quaderförmiges Standardmodul vorgesehen sein, das in zwei, um 90° zueinander gedrehte Richtungen ausgerichtet sein kann. Dabei ist gemäß Anspruch 7 bevorzugt die kurze Seite des Querschnitts halb so lang wie die längere Seite des Querschnitts. Ein oder mehrere Standardmodule, die in einer Wärmetauschereinheit in beliebiger Ausrichtung nebeneinander, übereinander und/oder hintereinander angeordnet sein können, können durch solche Sondermodule mit N/2 Rohren und/oder N/4 Rohren ergänzt sein. Die Anzahl N der Rohre kann zum Beispiel 50 bis 1000 Rohre betragen.
Die Wärmetauscher-Module können gemäß Anspruch 9 alternativ ein Seitenverhältnis von 1:3 aufweisen. Bei z. B. vier Wärmetauscher-Modulen können dabei drei an ihren längeren Seiten aneinander gefügt sein und das vierte, um 90° gekippt, an die kürzeren Seiten der drei Wärmetauscher-Module gefügt sein.
Ein Wärmetauscher mit Wärmetauscher-Modulen mit einem Seitenverhältnis von 1:3, gemäß Anspruch 9 kann gemäß Anspruch 10 zusätzlich mindestens ein Wärmetauscher- Modul mit einer Anzahl von 2/3N und/oder mindestens ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl von N/3 Rohren aufweisen.
Die Wärmetauscher-Module können auch als Standardmodule mit anderen Seitenverhältnissen, z.B. von 1 :2,5, ausgebildet sein und ggf. mit entsprechenden Sondermodulen zu einer Wärmetauschereinheit zusammengesetzt sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher können die Rohre der Wärmetauscher- Module gemäß Anspruch 11 horizontal verlaufen. Diese Wärmetauscher sind zur
Wärmebehandlung von Schüttgut einsetzbar. Der Querschnitt der Rohre kann beliebig gestaltet sein, z.B. rund, polygonförmig, oval oder rechteckig, wobei ggf. vorhandene horizontal verlaufenden Rundungen oder Kanten nach oben ausgerichtet sind.
Zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel können die entsprechenden Vorrichtungen neben den Verbindungsvorrichtungen gemäß Anspruch 12 eine oder mehrere äußere Rohranordnungen aufweisen. Die äußeren Rohranordnungen können als Rohrsäulen ausgebildet sind, wobei die Rohrsäulen an die Verbindungsvorrichtungen angeschlossene Rohrelemente und Kompensatoren aufweisen. Die Rohrelemente können z.B. als T-Stücke ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Rohrsäulen jeweils als Ganzes über je einen Kompensator an ihren Enden abgestützt. Die Erfindung wird anhand von sieben in der Zeichnung schematisch dargestellter Beispiele weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Wärmetauschereinheit des ersten Beispiels mit drei Wärmetauscher-Modulen; Figur 2 ein Wärmetauscher-Modul dieser Wärmetauschereinheit; Figur 3 eine Wärmetauschereinheit des zweiten Beispiels mit drei Wärmetauscher-Modulen mit Schottblechen;
Figur 4 eine Wärmetauschereinheit des dritten Beispiels mit einem Wärmetauscher-Modul und ohne Deckel der Verbindungsvorrichtung; Figur 5 das Wärmetauscher-Modul der Figur 4 mit Deckel; Figur 6 ein Wärmetauscher-Modul des vierten Beispiels mit Rohr-Krümmern; Figur 7 eine Wärmetauschereinheit des fünften Beispiels mit fünf Rohrmodulen; Figur 8 eine Wärmetauschereinheit des sechsten Beispiels mit fünf Rohrmodulen und Figur 9 eine Wärmetauschereinheit des siebten Beispiels mit fünf Rohrmodulen.
Beispiel 1 (Figuren 1 und 2)
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eines ersten Beispiels ist als Wärmetauscher für Schüttgut ausgebildet. Er weist eine Rohrbündel-Wärmetauschereinheit auf, deren Rohre 2 in drei Wärmetauscher-Modulen 1 angeordnet sind. Zwei der Wärmetauscher-Module 1 sind vertikal ausgerichtet, d.h. die längeren Seiten ihres Querschnitts verlaufen vertikal, und nebeneinander angeordnet. Das dritte horizontal ausgerichtete Wärmetauscher-Modul 1 ist quer oberhalb der beiden anderen angeordnet. Seine längeren Seiten verlaufen horizontal.
Jedes Wärmetauscher-Modul 1 weist eine bestimmte Anzahl N horizontal verlaufender Rohre 2 auf. Der Querschnitt der Rohre 2 ist rund. Die Rohre 2 sind in mehreren, übereinander liegenden Rohrreihen 3, und zwar in aufeinander folgenden Rohrreihen 3 versetzt zueinander, angeordnet. Sie sind durch die Rohrreihen 3 hindurch schräg zur Vertikalen fluchtend angeordnet. In diesem Beispiel sind die Rohre so dicht angeordnet, dass die Rohre 2 benachbarter Rohrreihen 3 in die Zwischenräume der Rohrreihen 3 ragen.
Die Anzahl N der Rohre 2 jedes Wärmetauscher-Moduls 1 ist 144. Diese 144 Rohre 2 sind parallel zur längeren Seite des Querschnitts des Wärmetauscher-Moduls 1 auf zwölf übereinander liegende Rohrreihen 3 mit je zwölf Rohren 2 aufgeteilt. Gleichzeitig sind die Rohre 2 parallel zur kürzeren Seite in vierundzwanzig Rohrreihen 3 mit je sechs Rohren 2 unterteilt. Der Abstand der Rohrreihen 3 ist so gewählt, dass die Rohre 2 durch die Rohrreihen 3 hindurch in einem Winkel von 45° zur Horizontalen und auch zur Vertikalen fluchten. Sie sind in übereinander liegenden, vertikal verlaufenden Rohrreihen 3 in gleicher Weise versetzt zueinander angeordnet wie in übereinander liegenden, horizontal verlaufenden Rohrreihen 3. D.h. die Abstände zwischen den nächsten Rohren 2 verschiedener Rohrreihen 3 sind in alle Richtungen gleich.
Durch diese Anordnung der Rohre 2 in den Rohrreihen 3 können die Wärmetauscher- Module 1 beliebig vertikal und horizontal angeordnet werden, wobei sich das Fluchten der Rohre 2 von einem Wärmetauscher-Modul 1 zum nächsten fortsetzt. Die gleiche Anordnung der Rohre 2 und die beschriebene Aufteilung der Rohre 2 auf die Rohrreihen 3 führt dazu, dass die kürzere Seite des Querschnitts halb so lang ist wie die längere Seite. D.h. das Seitenverhältnis ist 1 :2. Dadurch passt ein horizontal angeordnetes Wärmetauscher-Modul 1 , wie in Figur 1 zu sehen, genau auf zwei vertikal angeordnete Wärmetauscher-Module 1. Vorrichtungen der Wärmetauschereinheit zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel weisen Verbindungsvorrichtungen 4 auf, die jeweils an beiden Enden der Wärmetauscher- Module 1 angeordnet sind. Die Verbindungsvorrichtungen 4 sind in diesem Beispiel kastenförmig, insbesondere quaderförmig, ausgebildet. Jede Verbindungsvorrichtung 4 weist eine Rohrplatte 5, einen Rahmen und einen Deckel 6 auf. Die Rohrplatte 5 ist mit Öffnungen 5a für die Rohre 2 versehen. Es sind die Rohrplatte 5 an ihrem Rand und zumindest ein sich an die Rohrplatte 5 anschließender, wellenförmiger Rahmen 7 in einer durch die äußeren Rohre 2 vorgegebenen Wellenform ausgebildet. Die Wellenform ist derart, dass beim Aneinanderfügen zweier Wärmetauscher-Module 1 die äußeren Rohre 2, die Rohrplatte 5 und der wellenförmige Rahmen 7 der beiden Wärmetauscher-Module 1 zahnförmig ineinandergreifen. In diesem Beispiel ist die Wellenform durch einen gemeinsamen zick-zack-förmigen Verlauf des Randes der Rohrplatte 5 und des wellenförmigen Rahmens 7 gebildet. Dabei befinden sich nach außen ragende Zacken an den Enden der äußeren Rohre 2, die damit den zick-zack-förmigen Verlauf vorgeben.
Der Rahmen ist in den wellenförmigeh Rahmen 7 und einen Flanschrahmen 8 mit einer geringeren Querschnittsfläche unterteilt. Der wellenförmige Rahmen 7 ist mit dem
Flanschrahmen 8 über einen den Querschnitt verringernden Querrahmen 9 verbunden, wobei der wellenförmige Rahmen 7 außen und der Flanschrahmen 8 innen am Querrahmen 9 befestigt sind. Der wellenförmige Rahmen 7 ist als ein Rahmen mit zick-zack-förmigen Wänden und der Flanschrahmen 8 als ein Rahmen mit glatten Wänden ausgebildet. Der Flanschrahmen 8 weist einen an seinem oberen Rand umlaufenden Außenflansch 10 auf, an dem der Deckel 6 befestigt ist. Der Deckel 6 weist zwei Stutzen 11 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel auf, die entlang einer Mittellinie parallel zur längeren Seite des Deckels 6 mittig in der jeweiligen Hälfte angeordnet sind.
An den beiden Außenseiten, die sich parallel zu den Rohren 2 erstrecken, weist die Wärmetauschereinheit jeweils eine Außenwand 12 auf, die zumindest im Bereich der Rohrplatten 5 passend zu deren Wellenform ausgebildet ist. Die Wellenform ist derart, dass die Außenwand 12 zahnförmig in die Rohrplatten 5 greift.
Die Außenwände 12 dieses Beispiels sind insgesamt, d. h. im Bereich der Rohrplatten 5 und im Bereich der äußeren Rohre 2, wellenförmig ausgebildet. Alternativ können die Außenwände 12 im Bereich der Rohrplatten 5 einen wellenförmigen Abschnitt, z. B. in Form eines Kragens, und im Bereich der äußeren Rohre 2 einen ebenen Abschnitt, z. B. ein glattes Blech, aufweisen.
Die Außenwände 12 können als Doppelwände mit einer isolierenden Schicht zwischen den beiden Wänden der Doppelwand ausgebildet sein. Sie können mit Scharnieren versehen sein und aufklappbar sein. Sie können auch Türen aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform können die Rohre einen quadratischen Querschnitt aufweisen und mit ihren Kanten nach oben ausgerichtet sein. Eine Anordnung von Rohren mit nach oben ausgerichteten Kanten ist in der bereits zitierten EP 0 934 498 B1 beschrieben. Es können, beispielsweise in diesen Fällen, alternativ zu den Außenwänden 12 die seitlichen äußeren Rohre 2 der Wärmetauscher-Module 1 mit abnehmbaren
Seitenblechen versehen sein. Derartige Seitenbleche sind ebenfalls in der EP 0 934 498 B1 beschrieben. Die Seitenbleche sind auf den oberen Rundungen oder Kanten oder äußeren seitlichen Flächen angeordnet und verlaufen über die gesamte Länge der Rohre 2 zwischen den Verbindungsvorrichtungen 4. Die Seitenbleche verlängern die Fluchtlinien nach außen oder verlaufen parallel zu ihnen. Sie weisen eine Höhe auf, die das 1 ,2 bis 5-fache, insbesondere das 1,5 bis 4-fache, der mittleren Distanz der Rohre entlang der Fluchtlinien beträgt.
Bei der Verwendung von Außenwänden 12 mit ebenen Abschnitten im Bereich der äußeren Rohre 2 können alternativ diese Seitenbleche zusätzlich eingesetzt werden. Alternativ können Wärmetauscher-Module 1 hintereinander angeordnet sein. Beispielsweise können drei weitere Wärmetauscher-Module 1 hinter denen dieses Beispiels angeschlossen sein, indem die Deckelflansche 10 der entsprechenden Verbindungsvorrichtungen 4 miteinander verbunden sind. Dabei werden für diese Verbindungsvorrichtungen 4 die Deckel 6 weggelassen. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Wärmetauscher zusätzlich zu mehreren der im Beispiel 1 eingesetzten Wärmetauscher-Module 1 , ein Wärmetauscher- Modul 1 mit einer Anzahl von N/2 Rohren umfassen. Beispielsweise wird zur Erweiterung des Wärmetauschers des Beispiels 1 um ein weiteres vertikal angeordnetes Wärmetauscher-Moduls 1 neben den beiden unteren Wärmetauscher-Modulen 1 zusätzlich zu den oberen Wärmetauscher-Modulen 1 ein halbes oberes Wärmetauscher-Modul, d. h. ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl von N/2, d. h. 72, Rohren 2 benötigt. In ähnlicher Weise könnte ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl von N/4, d. h. 36, Rohren 2 eingesetzt werden.
Die Zufuhr eines zu behandelnden Stoffes von oben und die Abfuhr des behandelten Stoffes nach unten sind durch Pfeile A und B gekennzeichnet. Als Arbeitsmittel kann z. B. Wasser, Wasserdampf oder Thermoöl eingesetzt werden. Die Zufuhr und ggf. die Abfuhr von Arbeitsmittel sind durch Pfeile C gekennzeichnet.
Im Übrigen kann ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher wie der in der EP 0 934 498 B1 beschriebene Schachtkühler mit einer Zufuhreinheit und einer Abzugseinheit aufgebaut sein. Auf diesen Schachtkühler wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Beispiel 2 (Figur 3)
Das Beispiel 2 entspricht dem Beispiel 1 bis auf die folgenden Merkmale:
In den Verbindungsvorrichtungen 4 sind wellenförmige, jeweils zwischen zwei Rohrreihen 3 verlaufende Schottbleche 13 vorgesehen.
Figur 3 zeigt mögliche Anordnungen von Schottblechen 13 in vorderen und/oder hinteren Verbindungsvorrichtungen 4. In den Verbindungsvorrichtungen 4 des oberen, horizontal angeordneten Wärmetauscher-Moduls 1 können Schottbleche 13 angeordnet sein, die sich in der Mitte parallel zur längeren Seite des Querschnitts und damit horizontal erstrecken. In den Verbindungsvorrichtungen 4 der unteren, vertikal angeordneten Wärmetauscher-Module 1 können z. B. drei Schottbleche 13 angeordnet sein, die sich parallel zu den kürzeren Seiten des Querschnitts, und damit ebenfalls horizontal erstrecken.
Die Schottbleche 13 erstrecken sich jeweils von der Rohrplatte 5 zum Deckel 6 der Verbindungsvorrichtung 4 und schließen an den Seiten mit dem Rahmen ab. Dazu weisen die Seiten eine Stufe am Übergang vom wellenförmigen Rahmen 7 zum Flanschrahmen 8 auf. Die Schottbleche 13 verlaufen wellenförmig zwischen den Öffnungen 5a, in die die Rohre 2 zweier benachbarter Rohrreihen 3 münden, d. h. ihre Wellenform ist durch die Rohre 2 dieser Rohrreihen 3 vorgegeben. Durch die Schottbleche 13 sind die Verbindungsvorrichtungen 4 in Kammern 14 unterteilt und dadurch Umlenkungen für das Arbeitsmittel gebildet.
Beispiel 3 (Figuren 4 und 5)
Das Beispiel 3 entspricht dem Beispiel 2 bis auf die folgenden Merkmale: Die Wärmetauschereinheit umfasst ein Wärmetauscher-Modul 1 für einen Betrieb, bei dem das Arbeitmittel dreifach umgelenkt wird. In der vorderen Verbindungsvorrichtung 4 sind dazu zwei Schottbleche 13a und in der hinteren Verbindungsvorrichtung 4 ein Schottblech 13b angeordnet. Die vordere Verbindungsvorrichtung 4 ist durch die beiden Schottbleche 13a in eine Kammer 14 im untere Viertel, eine mittlere Kammer 14 und in eine Kammer 14 im oberen Viertel der Verbindungsvorrichtung 4 unterteilt. Die hintere Verbindungsvorrichtung 4 ist durch das Schottblech 13b in eine untere und eine gleich große obere Kammer 14 unterteilt.
Ein in Figur 5 zu sehender Deckel 6 der vorderen Verbindungsvorrichtung 4 dieses Wärmetauscher-Moduls 1 ist mit zwei Stutzen 11 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von
Arbeitsmittel versehen, die jeweils in den äußeren Vierteln des Deckels 6 angeordnet sind. Ein hinterer Deckel 6 ist als Deckel 6 ohne Stutzen 11 ausgebildet. Alternativ können Stutzen 11 eines hinteren Deckels 6 mit Blindflanschen versehen sein.
Im Betrieb kann, wie anhand der in Figur 4 eingezeichneten Pfeile zu sehen, Arbeitsmittel durch den unteren Stutzen 11 in die vordere, untere Kammer 14 eingeführt werden, durch die Rohre 2 des unteren Viertels aller Rohre 2 strömen, in der hinteren, unteren Kammer 14 umgelenkt werden, durch das nächst höhere Viertel der Rohre 2 zurückströmen, in der vorderen, mittleren Kammer 14 umgelenkt werden, durch das nächst höhere Viertel strömen, in der hinteren, oberen Kammer 14 umgelenkt werden, durch das obere Viertel der Rohre 2 zurückströmen und durch den oberen Stutzen 11 aus der vorderen, oberen Kammer 14 abgeführt werden.
Beispiel 4 (Figur 6)
Diese erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit entspricht der des Beispiels 1 bis auf die folgenden Merkmale: Die Wärmetauscher-Module 1 sind mit Verbindungsvorrichtungen 4 versehen, die neben den Rohrplatten 5 Rohrkrümmer 15 und Rohrstutzen 16 aufweisen. Die Rohrkrümmer 15 und die Rohrstutzen 16 sind an den etwas aus den Rohrplatten 5 ragenden Rohren 2 befestigt, und zwar verschweißt, so dass die Rohre 2 durch die Öffnungen 5a in die Rohrkrümmer 15 und in die Rohrstutzen 16 münden. Wie bei dem in Figur 6 dargestellten Wärmetauscher-Modul 1 zu sehen, sind in der vorderen Verbindungsvorrichtung 4 von den vierundzwanzig übereinander angeordneten Rohrreihen 3 aus sechs Rohren 2 die unterste, zwei mittlere und die oberste Rohrreihe 3 mit Rohrstutzen 16 versehen. Die sechs Rohre 2 der übrigen Rohrreihen 3 sind jeweils über Rohrkrümmer 15 mit denen einer nächstliegenden Reihe 3 verbunden. In diesem Beispiel sind in der hinteren Verbindungsvoπϊchtung 4 alle Rohre 2 reihenweise durch Rohrkrümmer 15 verbunden.
Im Betrieb kann z. B. Arbeitsmittel durch die Rohrstutzen 16 der untersten und der oberen der beiden mittleren Rohrreihen 3 zugeführt und durch die Rohrstutzen 16 der unteren der mittleren und der obersten Rohrreihe 3 abgeführt werden. Jeweils eine Hälfte des
' Arbeitsmittels, d. h. die Hälfte des Volumen-Stroms des Arbeitsmittels, durchströmt den unteren und den oberen Teil des Wärmetauscher-Moduls 1 , wobei das Arbeitsmittel zick- zack-förmig durch die Rohrreihe 3 von unten nach oben geführt ist.
Bei einer Alternative können die Rohrstutzen 16 der unteren der beiden mittleren Rohrreihen 3 mit denen der oberen der mittleren Rohrreihen 3 verbunden sein. Im Betrieb kann das Arbeitsmittel das gesamte Wärmetauscher-Modul 1 reihenweise durchströmen, wobei im Vergleich zur o. g. Alternative die Hälfte des Arbeitsmittels eingesetzt wird.
Beispiel 5 (Figur 7) - Die Wärmetauschereinheit des Beispiels 5 entspricht der des Beispiels 1 bis auf die folgenden Merkmale: Sie weist fünf Wärmetauscher-Module 1 auf, wobei je zwei vertikal ausgerichtete Wärmetauscher-Module 1 nebeneinander, die Paare übereinander und das fünfte Wärmetauscher-Modul 1 horizontal ausgerichtet darüber angeordnet sind.
Die Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel weisen, neben den den Wärmetauscher-Modulen 1 zugeordneten Verbindungsvorrichtungen 4, äußere
Rohranordnungen auf, die als jeweils zwei sich auf beiden Seiten der Wärmetauscher- Module 1 erstreckende Rohrsäulen ausgebildet sind. Die Rohrsäulen umfassen an die Verbindungsvorrichtungen 4 angeschlossene Rohrelemente und Kompensatoren 17. Die Rohrelemente sind als Doppel-T-Stücke 18 und zweifaches T-Stück 19 ausgebildet, wobei die beiden Anschlüsse der Doppel-T-Stücke 18 in Reihe hintereinander und die beiden Anschlüsse des zweifachen T-Stücks 19 parallel zueinander angeordnet sind. Die Rohrsäulen weisen an ihrem unteren und an ihrem oberen Ende sowie im Bereich zwischen den Wärmetauscher-Modulen 1 Kompensatoren 17 auf. Die Rohrsäulen sind jeweils als Ganzes über je einen Kompensator 17 an ihren Enden abgestützt. Diese Anordnung der Rohrsäulen mit Kompensatoren 17 entlasten die Stutzen 11 von Querkräften, die durch den Innendruck des Arbeitsmittels erzeugt werden.
Die in der Figur 7, und zwar in der Vorderansicht, linke Rohrsäule umfasst von unten nach oben aneinander angeschlossen einen Kompensator 17 und ein Doppel-T-Stück 18 vor dem unteren, linken Wärmetauscher-Modul 1 , einen Kompensator 17 und ein Doppel-T-Stück 18 mit einem weiteren Anschluss 18a vor dem mittleren, linken Wärmetauscher-Modul 1 , einen Kompensator 17, eine Hälfte eines zweifachen T-Stückes 19 vor dem oberen Wärmetauscher-Modul 1 sowie einen Kompensator 17. Die Doppel-T-Stücke 18 und das zweifache T-Stück 19 sind an die Stutzen 11 der Deckel 6 der entsprechenden Wärmetauscher-Module 1 angeschlossen. Am unteren Ende des zweiten Doppel-T-Stücks 18 ist eine Schottplatte 20 eingebaut, die den Strömungsweg des Arbeitsmittels, ggf. bis auf eine kleine Öffnung zur Entlüftung, absperrt. Am oberen Ende der Rohrsäule ist ebenfalls eine Schottplatte 20 eingebaut. Eine weitere Schottplatte 20 ist am linken unteren Ende des zweifachen T-Stücks 19 eingebaut.
Die rechte vordere Rohrsäule ist gleich aufgebaut, außer dass sie ein zweites Doppel-T- Stück 18 ohne weiteren Anschluss 18a aufweist und das zweifache T-Stück 19 keine Schottplatte 20 an seinem rechten unteren Ende hat.
Die hinteren Rohrsäulen, die in Figur 7 in der Seitenansicht rechts zu sehen sind, entsprechen der rechten, vorderen Rohrsäule bis auf die Anordnung der Schottplatten 20, die sich an einem oberen Ende und an den beiden unteren Enden des zweifachen T-Stücks 19 und an den unteren Enden der unteren Doppel-T-Stücke 18 befinden.
Die beiden vorderen Rohrsäulen sind an ihren unteren Enden offen, so dass an diese Zuführungen für Arbeitsmittel angeschlossen werden können. Sie sind nach oben verschlossen. Die hinteren Rohrsäulen sind an ihren unteren Enden durch die Schottplatten 20 verschlossen. Eine der hinteren Rohrsäulen ist an ihrem oben Ende offen, so dass außer an den Anschluss 18a auch an eine hintere Rohrsäule eine Abführung für Arbeitsmittel angeschlossen werden kann.
Im Betrieb wird das Arbeitsmittel von unten durch die vorderen Rohrsäulen zugeführt und über die unteren Doppel-T-Stücke 18 der vorderen Rohrsäulen zu den Stutzen 11 und über die Verbindungsvorrichtungen 4 von vorne durch die Rohre 2 der unteren beiden " Wärmetauscher-Module 1 geführt. Hinten, in der Seitenansicht auf der rechten Seite, wird das Arbeitsmittel aus den Rohren 2 über die Verbindungsvorrichtungen 4 in die hinteren Rohrsäulen geführt. In den hinteren Rohrsäulen wird das Arbeitsmittel über die ersten und zweiten Doppel-T-Stücke 18 umgelenkt und über die hinteren Verbindungsvorrichtungen 4 durch die beiden mittleren Wärmetauscher-Module 1 und deren vorderen Verbindungsvorrichtungen 4 in die vorderen Rohrsäulen geführt. Ein Teilstrom des Arbeitsmittels wird durch den Anschluss 18a des Doppel-T-Stücks 18 der rechten vorderen Rohrsäule abgeführt. Der andere Teilstrom wird durch das obere Wärmetauscher-Modul 1 und seine Verbindungsvorrichtungen 4 geführt und durch das offene obere Ende des zweifachen T-Stücks 19 der hinteren Rohrsäulen abgeführt. Bei diesem Beispiel wird im Betrieb das Arbeitsmittel ohne interne Umlenkung insgesamt durch die Wärmetauscher-Module 1 geführt, wobei je zwei parallel geschaltete Wärmetauscher-Module 1 hintereinander angeschlossen sind. Die Hälfte des Arbeitsmittels wird danach aus der Wärmetauschereinheit herausgeführt, die andere Hälfte des Arbeitsmittels wird durch das obere, quer liegende Wärmetauscher-Modul 1 geführt.
Beispiel 6 (Figur 8)
Die Wärmetauschereinheit des Beispiels 6 entspricht der des Beispiels 5 bis auf die folgenden Merkmale: Sie ist für die Hälfte des im Beispiel 5 einsetzbaren Arbeitsmittels ausgelegt. Dazu sind einmalige- interne Umlenkungen für das Arbeitsmittel beim Durchströmen der unteren und mittleren Wärmetauscher-Module 1 vorgesehen.
Die Wärmetauschereinheit weist zwei gleichartig aufgebaute vordere Rohrsäulen auf. Die Rohrsäulen sind jeweils mit zwei übereinander angeordneten Doppel-T-Stücken 18, die jeweils durch eine Schottplatte 20 unterteilt sind, sowie je einem einfachen T-Stück 21 an den oberen Enden der beiden Rohrsäulen versehen. Die Anordnung des Kompensatoren 17 entspricht der des Beispiels 5.
Die vorderen Verbindungsvorrichtungen 4 der unteren vier Wärmetauscher-Module 1 umfassen mittig angeordnete, horizontal verlaufende Schottbleche 13. Die entsprechenden hinteren Verbindungsvorrichtungen 4 sind mit Deckeln 6 ohne Stutzen 11 versehen. Die hintere Verbindungsvorrichtung 4 des oberen, quer liegenden Wärmetauscher-Moduls 1 weist, wie die des Beispiels 5, einen Deckeln 6 mit zwei Stutzen 11 auf.
Im Betrieb wird je eine Hälfte des Arbeitmittels mit jeweils einer Umlenkung durch die parallel geschalteten, unteren und mittleren Wärmetauscher-Module 1 und anschließend „ durch eine Hälfte des oberen Wärmetauscher-Moduls 1 geführt. Beispiel 7 (Figur 9)
Die Wärmetauschereinheit des Beispiels 7 entspricht der des Beispiels 6 bis auf die folgenden Merkmale: Sie ist für ein Viertel des im Beispiel 5 einsetzbaren Arbeitsmittels ausgelegt. Dazu sind dreimalige interne Umlenkungen für das Arbeitsmittel beim Durchströmen der unteren und mittleren Wärmetauscher-Module 1 vorgesehen. Die Wärmetauschereinheit weist zwei vordere Rohrsäulen auf, deren Rohrelemente und Kompensatoren 17 kleinere Durchmesser als die der Beispiele 5 und 6 haben.
Die vorderen Rohrsäulen haben von unten nach oben jeweils ein Doppel-T-Stück 22, ein Doppel-T-Stück 22 mit Kreuzungsanschlüssen 22a für eine horizontale Verbindung der beiden Rohrsäulen und ein einfaches T-Stück 23. Die Doppel-T-Stücke 22 sind jeweils zwischen den T-Anschlüssen durch eine Schottplatte 20 unterteilt, wobei die Schottplatten 20 der oberen Doppel-T-Stücke 22 unterhalb der Kreuzungsanschlüsse 22a angeordnet sind. Eine weitere Schottplatte 20 verschließt die Verbindung zwischen dem Doppel-T-Stück 22 und dem einfachen T-Stück 23 der linken Rohrsäule. Zusätzlich zu den Kompensatoren 17, deren Anordnung der des Beispiels 5 entspricht, sind weiteren Kompensatoren 24 zur Kompensation von Kräften in horizontaler Richtung an der horizontalen Verbindung der beiden Rohrsäulen vorgesehen. Ein Kompensator 24 ist als Verbindung zwischen den Kreuzungsanschlüssen 22a der Doppel-T-Stücke 22 der beiden Rohrsäulen und zwei weitere an den freien Kreuzungsanschlüssen 22a, d. h. an abgestützten Enden der horizontalen Verbindung, angeordnet.
Die vorderen Verbindungsvorrichtungen 4 der unteren und mittleren Wärmetauscher-Module 1 sind mit jeweils zwei horizontal verlaufenden Schottblechen 13 und Deckeln 6 mit zwei Stutzen 11 versehen. Die hinteren Verbindungsvorrichtungen 4 sind mit einem horizontal verlaufenden Schottblech 13 und mit Deckeln 6 ohne Stutzen 11 versehen. Die Schottbleche 13 der vorderen Verbindungsvorrichtungen 4 erstrecken sich im wellenförmigen Rahmen 7 und gehen innerhalb der Verbindungsvorrichtung 4 am Übergang zum Flanschrahmen 8 in rechtwinklige, an die Decken 6 stoßende Verteilbleche 25 über. Sie bilden mit diesen eine stufenförmige Führung des Arbeitsmittels von den Stutzen 11 zu den Rohren 2 oder von den Rohren 2 zu den Stutzen 11 , so dass nur das entsprechende Viertel der Rohre 2 an den Stutzen 11 angeschlossen ist. Diese Anordnung mit Verteilblechen 25 ermöglicht eine Anordnung der Stutzen 11 in der Mitte der jeweiligen oberen oder unteren Hälfte der Wärmetauscher-Module 1.
Die vordere Verbindungsvorrichtung 4 des oberen, fünften Wärmetauscher-Moduls 1 weist ein mittig angeordnetes, horizontal verlaufendes Schottblech 13, ein Verteilblech 26 und einen Deckel mit zwei Stutzen 27 größeren Durchmessers auf. Die beiden Stutzen 27 sind jeweils ebenfalls in der Mitte der jeweiligen Hälfte des Wärmetauscher-Moduls 1 angeordnet und an die rechte und die linke Rohrsäule angeschlossen.
Das Verteilblech 26 weist einen sich horizontal im Flanschrahmen 8 erstreckenden und diagonal verlaufenden Abschnitt auf, der an die Decke 6 stößt. An diesen Abschnitt schließen sich zwei vertikal verlaufende dreieckige Abdeckabschnitte an. Diese Abdeckabschnitte verbinden den horizontalen Abschnitt mit dem Schottblech 13, das sich im wellenförmigen Rahmen 7 erstreckt. Die Abdeckabschnitte stoßen an den Querrahmen 9. Das Verteilblech 26 und das Schottblech 13 bilden eine Führung des Arbeitsmittels zu oder aus den Rohren 2 der entsprechenden Hälfte des oberen Wärmetauscher-Moduls 1. Die Anordnung der Verteilbleche 25, 26 ermöglicht den Einsatz ausreichend großer Stutzen 11 , insbesondere größere Stutzen 27, sowie eine fluchtende Anordnung der Stutzen 11 , 27 für die beiden Rohrsäulen.
Im Betrieb wird je eine Hälfte des Arbeitmittels mit jeweils drei Umlenkungen durch die parallel geschalteten, unteren und mittleren Wärmetauscher-Module 1 geführt. Die beiden Hälften des Arbeitsmittels werden zusammengeführt, in dem das Arbeitsmittel aus der linken Rohrsäule über die Verbindung zwischen den beiden Rohrsäulen, d. h. über die Kreuzungsanschlüsse 22b und den Kompensator 24, in die rechte Rohrsäule geführt wird. Das gesamte Arbeitsmittel wird dem oberen Wärmetauscher-Modul 1 durch den entsprechend dickeren, rechten Stutzen 27 zugeführt und durch das Verteilblech 26 in die untere durch das Schottblech 13 gebildete Kammer 14 geleitet. Das Arbeitsmittel durchströmt die Rohre 2 der unteren Hälfte wird in der hinteren Verbindungsvorrichtung 4 umgelenkt, durchströmt die Rohre 2 der oberen Hälfte, wird durch das Schottblech 13 und das Verteilblech 26 in der vorderen Verbindungsvorrichtung 4 zum Stutzen 27 geleitet und verlässt das obere Wärmetauscher-Modul 1.
In einer Alternative kann das Verteilblech 26 einen horizontalen Abschnitt aufweisen, der sich stufenförmig durch den Flanschrahmen 8 erstreckt und der an die Decke 6 stößt. Dieser horizontale Abschnitt besteht aus zwei Seitenteilen und einem Mittelteil. Das Mittelteil erstreckt sich parallel zu den kürzeren Seiten des Querschnitts durch die Mitte. An das Mittelteil schließen sich die beiden Seitenteile an, die entlang der längeren Seiten des Querschnitts verlaufen. Dabei erstreckt sich ein, bezogen auf Figur 9, linke Darstellung, unteres Seitenteil über die untere Hälfte bis zum Mittelteil und ein oberes Seitenteil vom Mittelteil aus über die obere Hälfte. Die Seitenteile können durch den Flanschrahmen 8 gebildet sein. An den horizontalen Abschnitt schließen sich zwei vertikal verlaufende quadratische Abdeckabschnitte an.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher mit einer Rohrbündel-Wärmetauschereinheit mit Rohren (2), die in aufeinander folgenden Rohrreihen (3) versetzt zueinander angeordnet sind und durch die Rohrreihen (3) hindurch schräg zu den Rohrreihen (3) fluchten und Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel an den Enden der Rohre (2), gekennzeichnet, durch ein oder mehrere Wärmetauscher-Module (1) mit jeweils einer gleichen Anzahl N von Rohren (2), wobei die Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel an beiden Enden der Rohre (2) eines Wärmetauscher-Moduls (1) jeweils eine Verbindungsvorrichtung (4) mit einer Rohrplatte (5) aufweisen und wobei die Rohrplatte (5) an ihrem Rand in einer durch die äußeren Rohre (2) vorgegebene Wellenform derart ausgebildet ist, dass beim Aneinanderfügen zweier Wärmetauscher-Module (1) die Rohrplatten (5) der beiden Wärmetauscher-Module (1) zahnförmig ineinander greifen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtungen (4) kastenförmig ausgebildet sind und jeweils zusätzlich zu der Rohrplatte (5) einen Rahmen und ggf. einen Deckel (6) aufweisen, wobei der Rahmen zumindest in einem an die Rohrplatte (5) anschließenden Bereich wellenförmig ausgebildet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen in einen wellenförmigen Rahmen (7) und einen Flanschrahmen (8) mit einer geringeren Querschnittsfläche und mit glatten Wänden unterteilt ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbindungsvorrichtungen (4) Rohrkrümmer (15) und ggf. Rohrstutzen (16) aufweisen.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsvorrichtung (4) jeweils mindestens ein zwischen zwei Rohrreihen (3) verlaufendes, wellenförmiges Schottblech (13) vorgesehen ist.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) durch die Reihen (3) hindurch in einem Winkel von 45° zu den Rohrreihen (3) fluchten.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Module (1) ein Seitenverhältnis von 1 : 2 aufweisen.
8. Wärmetauscher nach Ansprüche 7, gekennzeichnet durch zusätzlich mindestens ein Wärmetauscher-Modul mit eine Anzahl N/2 von Rohren (2) und/oder mindestens ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl N/4 von Rohren (2).
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Module (1) ein Seitenverhältnis von 1: 3 aufweisen.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zusätzlich mindestens ein Wärmetauscher-Modul mit eine Anzahl 2 N/3 von Rohren (2) und/oder mindestens ein Wärmetauscher-Modul mit einer Anzahl N/3 von Rohren (2).
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2) der Wärmetauscher-Module (1) horizontal verlaufen, wobei ggf. ihre horizontal verlaufenden Rundungen oder Kanten nach oben ausgerichtet sind.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem die Vorrichtungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Arbeitsmittel äußere Rohranordnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Rohranordnungen als Rohrsäulen ausgebildet sind, wobei die Rohrsäulen an die Verbindungsvorrichtungen (4) angeschlossene
Rohrelemente und Kompensatoren (17) aufweisen.
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