Beschreibung
Wärmeübertrager mit elastischem Element
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 sowie dessen Verwendung.
Ein derartiger Wärmeübertrager weist einen drucktragenden Mantel auf, der einen Mantelraum zur Aufnahme eines ersten Fluids begrenzt. In dem Mantelraum ist ein Rohrbündel mit einer Mehrzahl an Rohren zur Aufnahme eines zweiten Fluids angeordnet, wobei die Rohre in mehreren Rohrlagen angeordnet sind, so dass das zweite Fluid in einen indirekten Wärmetausch mit dem im Mantelraum geführten ersten Fluid treten kann. Weiterhin weist ein derartiger Wärmeübertrager ein im Mantelraum angeordnetes und das Rohrbündel umgebendes Hemd auf, so dass zwischen dem Rohrbündel und dem Hemd ein möglichst kleiner, das Rohrbündel umgebender Zwischenraum gebildet wird. Die Anordnung eines solchen Hemdes um das
Rohrbündel herum soll eine übermäßige Bypassströmung des ersten Fluids am Rohrbündel vorbei unterdrücken, die sich negativ auf die Effektivität des
Wärmeübertragers auswirken würde. In gewissen Fällen kann es jedoch erforderlich sein, dass das Hemd aufgrund betriebstechnischer Temperaturverhältnisse einen größeren Abstand zum Rohrbündel des Wärmeübertragers benötigt. Dieser vergrößerte Zwischenraum dient dazu, temperaturbedingte Bewegungen des
Rohrbündels und des Hemdes zu kompensieren.
Aus der EP 1 790 932 A1 ist ein gewickelter Wärmetauscher der eingangs
beschriebenen Art bekannt, der ein elastisches Bauelement aufweist, welches zwischen dem Hemd und der äußeren Rohrlage angeordnet ist, wobei das elastische Bauelement auf die äußersten Rohrlage aufgebracht ist. Das elastische Bauelement ermöglicht es, eine thermisch induzierte Spannung durch eine Entkopplung der thermischen Durchmesseränderung der Rohre und des Hemdes abzubauen. Aufgrund der Anordnung der vorbekannten elastischen Bauelemente auf der äußersten Rohrlage ist ein entsprechender Zwischenraum zwischen dem Hemd und der äußersten
Rohrlage vorhanden, der durch die Abmessungen des elastischen Bauelements in der radialen Richtung des Rohrbündels bedingt ist.
Problematisch ist hierbei jedoch, dass der Zwischenraum zwischen dem Hemd und der äußersten Rohrlage eine unerwünschte Bypassströmung des mantelseitigen ersten Fluids am Rohrbündel vorbei ermöglicht, wobei dieser Teil nicht oder nur in einem geringen Umfang am Wärmeaustausch mit dem zweiten Fluid, welches im Rohrbündel geführt wird, teilnimmt. Dies kann zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Wärmeübertragers führen.
Beispielsweise kann im Falle eines Fallfilmverdampfers eine zu große Bypassströmung zu einem erhöhten Flüssigkeitsanfall im Sumpf des Wärmeübertragers führen. Steigt der Flüssigkeitsspiegel dabei zu hoch, muss die Leistung eines solchen
Wärmeübertragers reduziert oder die Flüssigkeit (erstes Fluid) dem System entzogen werden, um insbesondere eine Anlagenabschaltung zu verhindern.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile gemindert werden.
Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass zumindest ein elastisches Element abschnittsweise, d.h. mit einem ersten Bereich, zwischen benachbarten Rohrabschnitten in der äußersten Rohrlage angeordnet ist, wobei das mindestens eine elastische Element einen entlang der radialen Richtung des Rohrbündels in Richtung auf das Hemd aus der äußersten Rohrlage heraus stehenden zweiten Bereich aufweist, und wobei das mindestens eine elastische Element mit seinem aus der äußersten Rohrlage heraus stehenden zweiten Bereich an der dem Rohrbündel bzw. der äußersten Rohrlage zugewandten Innenseite des Hemdes anliegt bzw. dazu ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend dient jener Bereich zur Verbindung des elastischen Elementes mit dem Hemd.
Unter einer„äußersten Rohrlage des Rohrbündels" ist dabei insbesondere diejenige Rohrlage zu verstehen, die dem Hemd benachbart ist und in radialer Richtung des
Rohrbündels den geringsten Abstand - im Vergleich zu den weiteren Rohrlagen des Rohrbündels - zu dem Hemd aufweist.
Die Temperaturen des ersten und zweiten Fluids bedingen - z.B. aufgrund von thermischen Durchmesseränderungen der Rohre und des Hemdes - thermisch induzierte Spannungen zwischen dem Rohrbündel, insbesondere der äußersten
Rohrlage, und dem Hemd. Das mindestens eine elastische Element ermöglicht dabei eine Entkopplung dieser thermischen Durchmesseränderungen der Rohre und des Hemdes, so dass diese Spannungen reduziert bzw. verhindert werden können. Durch die erfindungsgemäße Integration des mindestens einen elastischen Elements in die äußerste Rohrlage des Wärmeübertragers, kann der Zwischenraum zwischen der äußersten Rohrlage und der Innenseite des Hemdes, der durch das mindestens eine elastische Element entsteht, wesentlich kleiner ausgeführt werden als im Stand der Technik und trotzdem die erforderliche Wegstrecke zur Temperaturdehnung bereitstellen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Montage nicht mehr auf der äußersten Läge des Wärmeüberträgers erfolgt, sondern in der äußersten Lage des Wärmeüberträgers, wodurch der für die Montage erforderliche Weg bzw. Bauraum, der ja nicht an der elastischen Verformung teilnimmt, nicht mehr als toter Spalt auf der äußersten Rohrlage verbleibt.
Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen elastischen Element um ein sogenanntes nicht-wärmeübertragendes Element in dem Sinne, dass das mindestens eine elastische Element nicht mit beiden Fluiden im direkten Kontakt steht (wie z.B. die Rohre des Rohrbündels).
Weist beispielsweise das erste Fluid, welches unter anderem mit dem Hemd in Kontakt steht, eine tiefe Temperatur auf, zieht sich das Hemd zusammen und tritt in
Wechselwirkung mit dem mindestens einen elastischen Element. Das mindestens eine elastische Element ist dabei so ausgebildet, dass es sich - aufgrund der durch das Zusammenziehen des Hemdes auf das mindestens eine elastische Element einwirkenden Kraft - elastisch verformt, wobei im Gegenzug das Hemd nur eine geringe oder keine Verformung an den Stellen aufweist, an denen es in
Wechselwirkung mit dem mindestens einen elastischen Element tritt (Analoges gilt für das Rohrbündel bzw. dessen Rohre). Dadurch wird eine thermisch bedingte
Kraftübertragung (aufgrund der beschriebenen thermischen Durchmesseränderung)
zwischen den Rohren und dem Hemd verhindert bzw. verringert, da das Hemd gar nicht oder nur in vergleichsweise geringem Maße mit den Rohren der äußersten Rohrlage in Wechselwirkung tritt. Somit wird eine Beschädigung des
Wärmeübertragers, wie beispielsweise ein Reißen des Hemdes, verhindert.
Die Anordnung des mindestens einen elastischen Elements zwischen benachbarten Rohrabschnitten - hierbei handelt es sich insbesondere um nächstbenachbarte Rohrabschnitte eines Rohres der äußersten Rohrlage - ermöglicht die Bereitstellung eines Zwischenraums, mit einem vergleichsweise geringeren Volumen, ohne dass dabei die Anforderungen an die Ausgestaltung des mindestens einen elastischen Elements vermindert werden müssen. Die Anordnung des mindestens einen
elastischen Elements erfolgt somit - in anderen Worten - zumindest abschnittsweise innerhalb der äußersten Rohrlage, d.h. ein erster Bereich des mindestens einen elastischen Elementes ist in der ersten Rohrlage angeordnet während ein zweiter Bereich des mindestens einen elastischen Elements aus der äußersten Rohrlage radial heraus steht. Dies hat den Vorteil, dass eine Bypassströmung des mantelseitigen ersten Fluids am Rohrbündel vorbei (aufgrund des geringeren
Zwischenraumvolumens) verringert wird, so dass die Effizienz des Wärmeaustausche des mantelseitigen ersten Fluids mit dem zweiten Fluid, welches durch das Innere der Rohre fließt, weniger beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäß sind die Rohre des Rohrbündels in mehreren Rohrlagen um ein Kernrohr des Wärmeübertragers gewickelt, d.h., es handelt sich bei dem
Wärmeübertrager um einen sogenannten gewickelten Wärmeübertrager. Das
Kernrohr erstreckt sich in der Regel entlang einer Längsachse , die bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des Wärmeübertragers vorzugsweise entlang der Vertikalen verläuft. Bevorzugt erstreckt sich der Mantel des
Wärmeübertragers längs dieser Längsachse, die insbesondere eine Zylinderachse des Mantels bildet.
Vorzugsweise ist jeweils zwischen in radialer Richtung des Rohrbündels benachbarten Rohrlagen mindestens ein Abstandselement angeordnet. Unter„radialer Richtung" ist vorliegend diejenige Richtung zu verstehen, die entlang des Radius des Kernrohres bzw. Rohrbündels verläuft und jeweils senkrecht auf der Längsachse bzw. Vertikalen steht und von dieser weg weist.
Unter„benachbarten Rohrabschnitten der äußersten Rohrlage" sind insbesondere diejenigen Abschnitte ein und desselben Rohres oder zweier Rohre der äußersten Rohrlage zu verstehen, die entlang der Längsachse zueinander benachbart sind bzw. übereinander liegen, wobei es sich um nächste Nachbarn handelt, d.h., zwischen je zwei solchen Rohrabschnitten ist entlang der Längsachse des Wärmeübertragers bzw. Kernrohres kein weiterer Rohrabschnitt angeordnet, sondern ggf. eines der
erfindungsgemäßen elastischen Elemente (siehe oben).
Unter einem„elastischen Element" wird erfindungsgemäß ein Element bzw. Bauteil verstanden, dessen Fähigkeit zur reversiblen Verformung (Deformation) größer ist (in dem Sinne, dass eine geringere Kraft notwendig ist, um eine elastische Verformung zu erreichen) als die der benachbarten Komponenten, insbesondere der Rohre, des Hemdes oder der Abstandselemente. Es erfolgt bei einer Wechselwirkung des elastischen Elements mit dem Hemd grundsätzlich eine reversible elastische
Verformung des elastischen Elements, wobei das Hemd (oder die anderen mit dem elastischen Element wechselwirkenden Komponenten, wie z.B. die Abstandselemente und/oder die Rohre der äußersten Rohrlage) keine oder eine wesentliche geringere elastischen Verformung durch eine Wechselwirkung mit dem mindestens einen elastischen Element erfährt. Temperaturbedingte Dehnungen/Kontraktionen dieser Komponenten sind möglich, lediglich eine Wechselwirkung mit dem elastischen Element führt zu keiner oder nur zu einer geringen Deformation im Bereich der Wechselwirkung bzw. des Kontakts. Die Reversibilität ermöglicht es, dass sich das mindestens eine am Hemd anliegende elastische Element bei einer
temperaturbedingten Verformung, wie z.B. einer Kontraktion des Hemdes, elastisch deformieren kann und bei einer Aufhebung der temperarturbedingten Verformung wieder in den nicht-deformierten Ursprungszustand übergehen kann.
Die notwendige Verformungskraft, um eine reversible Verformung des mindestens einen elastischen Elements zu erreichen, ist somit geringer als die notwendige
Verformungskraft für eine entsprechende Verformung der Rohre, des Hemdes oder der Abstandselemente. Dies ermöglicht eine wärmebedingte Relativbewegung zwischen Rohrbündel und Hemd, bei der der Abstand zwischen dem Hemd und der äußersten Rohrlage sich ändert und somit der besagte Zwischenraum in seinem Volumen variiert.
Unter„elastisch" wird erfindungsgemäß sowohl eine lineare Elastizität als auch eine nicht-lineare Elastizität (z.B. Gummielastizität) verstanden. Insbesondere wird unter dem Begriff„elastisch" eine Elastizität verstanden, die auch bei Temperaturen von -196°C - bis 100 °C, insbesondere -165 bis 65 °C vorliegt. Das elastische Element ist somit insbesondere bei diesen Temperaturen elastisch ausgebildet und kann die oben beschriebene reversible Verformung durchführen.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Federkonstante des mindestens einen elastischen Elements bevorzugt weniger als 80 %, bevorzugt weniger als 50 %, bevorzugt weniger als 10 % oder bevorzugt weniger als 1 % als die Federkonstante der Rohre, der Abstandselemente oder des Hemdes.
Das mindestens eine elastische Element kann mit dem Hemd formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Weiterhin kann das mindestens eine elastische Element, über ein Abstandselement, das zwischen der äußersten Rohrlage und der benachbarten Rohrlage angeordnet ist, an dem Rohrbündel festgelegt sein, und zwar insbesondere formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig. So kann z.B. das mindestens eine elastische Element mit dem Hemd und dem Abstandselement verschweißt sein. Grundsätzlich ist es möglich, dass das mindestens eine elastische Element entweder mit dem Hemd oder mit dem Abstandselement lediglich gleitend verbunden ist, d.h., an diesen Bauteilen anliegt, was eine weitergehende Entkopplung des Rohrbündels vom umgebenden Hemd ermöglicht. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen der äußerten Rohrlage und der Innenseite des Hemdes (d.h. die Dicke des Zwischenraumes) in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm.
Es ist weiterhin auch denkbar, dass das mindestens eine elastische Element längs erstreckt ausgebildet ist (also entlang einer Längserstreckungsrichtung eine größere Ausdehnung aufweist als senkrecht dazu), wobei es sich zwischen zwei
Rohrabschnitten des Rohrbündels und entlang jener Rohrabschnitte in seiner
Längserstreckungsrichtung erstreckt. Hierbei kann das elastische Element
insbesondere das Kernrohr umlaufen, was den Vorteil einer weitergehenden
Unterdrückung einer Bypassströmung des ersten Fluids am Rohrbündel vorbei zur Folge hat.
Grundsätzlich kann das elastische Element als eine Schrauben-, Blatt-, oder
Tellerfeder oder als ein sonstiges Federelement ausgebildet sein bzw. derartige
Elemente aufweisen. Weiterhin kann das elastische Element kugel- oder zylinderförmig ausgebildet sein, z.B. in Form eines Voll- oder Hohlkörpers.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das mindestens eine elastische Element zwei miteinander über eine Basis verbundene Schenkel mit je einem Endbereich auf, wobei jene Endbereiche an der Innenseite des Hemdes anliegen. Vorzugsweise laufen die Schenkel ausgehend von der Basis in Richtung auf das Hemd auseinander und schließen insbesondere einen Winkel von 30° bis 50°, bevorzugt 40°, ein, wobei sich jener Winkel bei elastischer Deformierung des elastischen Elementes vergrößert, was einer Verringerung der Ausdehnung des elastischen Elementes normal zum Hemd entspricht.
Bevorzugt ist das mindestens eine elastische Element über die Basis an jenem mindestens einen Abstandselement festgelegt, insbesondere über eine
Schweißverbindung, wobei eine Verbindung mit dem Hemd mittels Klemmung erfolgen kann. Die Schenkel stehen abschnittsweise aus der äußersten Rohrlage heraus, wobei jene Abschnitte der Schenkel den aus der Rohrlage herausstehenden Bereich des elastischen Elementes bilden. Des Weiteren können die Schenkel über die Basis einstückig aneinander angeformt sein. Ferner sind die Endbereiche vorzugsweise zum Hemd hin konvex gekrümmt, so dass sie jeweils eine konvex gekrümmte Anlagefläche für das Hemd bilden.
Beide Schenkel des elastischen Elementes können wiederum längs erstreckt entlang jener oben definierten Längserstreckungsrichtung ausgebildet sein, um eine Bypassströmung zu unterdrücken.
Vorzugsweise weist das mindestens eine elastische Element ein Metall und/oder einen Kunststoff auf, insbesondere weist das mindestens eine elastische Element einen nichtrostenden Edelstahl, z.B. gemäß der Norm EN 10020, insbesondere einen
nichtrostenden Federstahl der Werkstoffnummer 1.4310, und/oder PTFE (Polytetrafluorethylen), z.B. Teflon, auf.
Vorzugsweise weist der Wärmeübertrager eine Mehrzahl an elastischen Elementen auf, die jeweils abschnittsweise zwischen benachbarten Rohrabschnitten der äußersten Rohrlage angeordnet sind, also in die äußerste Rohrlage integriert sind, wobei das jeweilige elastische Element einen in radialer Richtung des Rohrbündels aus der äußersten Rohrlage heraus stehenden Bereich zur Anlage an der dem Rohrbündel zugewandten Innenseite des Hemdes des Wärmeübertragers aufweist, wobei jener Bereich alternativ oder zusätzlich auch zum Verbinden des jeweiligen elastischen
Elementes mit dem Hemd ausgebildet sein kann. Die einzelnen elastischen Elemente können wiederum wie oben beschrieben ausgeführt sein.
Vorzugsweise sind entlang des Umfangs des Rohrbündels bzw. entlang der
Längserstreckungsrichtung eines Rohres des Rohrbündels jeweils mehrere
erfindungsgemäße elastische Elemente nebeneinander angeordnet. Weiterhin sind vorzugsweise entlang der Längsachse des Wärmeübertragers jeweils mehrere erfindungsgemäße elastische Elemente übereinander angeordnet, so dass die elastischen Elemente insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig über die äußerste Rohrlage verteilt sind.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager wird vorzugsweise zur Durchführung eines indirekten Wärmeaustauschs zwischen einem Kältemittelstrom als erstem Fluid und einem kohlenwasserstoffhaltigem Strom als zweitem Fluid verwendet, wobei insbesondere der kohlenwasserstoffhaltige Strom durch Erdgas gebildet wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende
Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine ausschnitthafte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Wärmeübertragers;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines gewickelten Wärmeübertragers mit erfindungsgemäßen elastischen Elementen; und
Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elastischen Elements.
Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 2 einen erfindungsgemäßen
Wärmeübertrager 1 mit einer Mehrzahl an elastischen Elementen 5.
Der Wärmeübertrager 1 ist zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid ausgebildet und weist einen Mantel 10 auf, der einen
Mantelraum M zur Aufnahme des ersten Fluids umgibt, das über einen Einlassstutzen 101 am Mantel 10 in den Mantelraum M einleitbar und über einen entsprechenden Auslassstutzen 102 am Mantel 10 wieder aus dem Mantelraum M abziehbar ist.
Dabei erstreckt sich der Mantel 10 entlang einer Längsachse L, die bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand des Wärmeübertragers 1 entlang der Vertikalen verläuft. Im Mantelraum M ist weiterhin ein Rohrbündel 2 mit einer Mehrzahl an Rohren 20 zur Aufnahme des zweiten Fluids angeordnet. Dabei sind die Rohre 20 in mehreren Rohrlagen 200, 201 helikal um ein Kernrohr 21 gewickelt (der
Übersichtlichkeit halber sind lediglich die äußerste Rohrlage 200 sowie die darunter befindliche Rohrlage 201 in Fig. 1 dargestellt), wobei sich das Kernrohr 21 ebenfalls entlang der Längsachse L erstreckt und konzentrisch im Mantelraum M angeordnet ist. Mehrere Rohre 20 sind jeweils in einem Rohrboden 104 zusammengefasst, wobei das zweite Fluid über Einlassstutzen 103 am Mantel 10 in jene Rohre 20 eingeleitet und über Ablassstutzen 105 aus den Rohren 20 abgezogen werden kann. Somit kann zwischen den beiden Fluiden indirekt Wärme übertragen werden, wobei diese vorzugsweise im Gegenstrom durch den Wärmeübertrager 1 geführt werden. Der Mantel 10 sowie das Kernrohr 21 sind zumindest abschnittsweise zylinderförmig ausgeführt, so dass die Längsachse L eine Zylinderachse des Mantels 10 und des konzentrisch darin verlaufenden Kernrohres 21 bildet. Im Mantelraum M ist des Weiteren ein Hemd 3 angeordnet, das das Rohrbündel 2 umschließt, so dass zwischen dem Rohrbündel 2 und jenem Hemd 3 ein das Rohrbündel 2 umgebender
Zwischenraum 4 ausgebildet ist. Das Hemd 3 dient dazu, eine Bypassströmung des im
Mantelraum M geführten ersten Fluids, mit dem das Rohrbündel 2 beaufschlagt wird, am Rohrbündel 2 vorbei möglichst zu unterdrücken. Das erste Fluid wird also im Mantelraum M in dem vom Hemd 3 umgebenen Bereich des Mantelraumes M geführt. Weiterhin stützen sich die einzelnen Rohrlagen 200, 201 (insbesondere bei horizontaler Lagerung des Rohrbündels 2) über entlang der Längsachse L erstreckte Abstandselemente 61 , 6 aneinander bzw. am Kernrohr 21 ab, wobei jeweils mehrere Abstandselemente 61 , 6 in radialer Richtung R des Rohrbündels 2 übereinander angeordnet sind.
Zum Entkoppeln von wärmebedingten Spannungen/Bewegungen des Hemdes 3 und der Rohre 20 bzw. des Rohrbündels 2 gegeneinander sind mehrere elastische
Elemente 5 vorgesehen (in der Fig. 2 sind exemplarisch drei solche Elemente 5 gezeigt), die jeweils in die äußerste Rohrlage 200 integriert sind, wobei die elastischen Elemente 5 vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig über die erste Rohrlage 200 verteilt sind. Dabei sind die elastischen Elemente 5 jeweils mit einem ersten Bereich 50a zwischen entlang der Längsachse L benachbarten Rohrabschnitten 200', 200" der äußersten Rohrlage 200 angeordnet, wobei jeweils ein zweiter Bereich 50b des jeweiligen elastischen Elementes 5, der zur Anlage an einer dem Rohrbündel 2 zugewandten Innenseite des Hemdes 3 dient (bzw. zur Verbindung mit dem Hemd 3), in radialer Richtung R des Rohrbündels 2 bzw. des Kernrohres 21 aus der äußersten Rohrlage 200 in Richtung auf das Hemd 3 heraus steht.
Die elastischen Elemente 5 sind dabei jeweils bevorzugt an einem in radialer Richtung R äußersten Abstandselement 61 festgelegt, insbesondere über eine
Schweißverbindung, und liegen über den jeweiligen zweiten Bereich 50b gleitend an der Innenseite des Hemdes 3 an. Andere Befestigungen am Hemd 3 und/oder am jeweiligen Abstandselement 61 sind ebenfalls möglich (siehe oben). Die äußerste Rohrlage 200 weist zur Innenseite des Hemdes 3 entlang der radialen Richtung R einen Abstand D auf (bezogen auf einen Nichtbetriebszustand), der insbesondere in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm liegt und die üblicherweise auftretenden wärmedingten Bewegungen des Hemdes 3 und des Rohrbündels 2 gegeneinander beim Betrieb des Wärmeübertragers 1 erlaubt.
Die Anordnung der elastischen Elemente 5 zwischen der Innenseite des Hemdes 3 und dem jeweiligen äußersten Abstandselement 61 erlaubt eine ausreichende
Entkopplung der äußersten Rohrlage 200 bzw. des Rohrbündel 2 einerseits und dem Hemd 3 andererseits, die eine Reduktion wärmebedingter Spannungen ermöglicht und gleichzeitig die Dicke des Zwischenraumes 4 möglichst klein hält.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elastischen Elements 5', die z.B. anstelle des elastischen Elements 5 bei einem Wärmeübertrager 1 gemäß Figur 2 zum Einsatz kommen kann. Gemäß Figur 3 weist das elastische Element 5' zwei miteinander über eine gekrümmte bzw. verrundete Basis 51 einstückig aneinander angeformte Schenkel 52, 53 mit je einem Endbereich 52a, 53a auf, wobei jene Endbereiche 52a, 53a jeweils eine konvexe Anlagefläche zur Anlage an der Innenseite 3a des Hemdes 3 ausbilden. Dabei laufen die Schenkel 52, 53 ausgehend von der Basis 51 , über die sie an der Abstandslage 61 festgelegt sind (z.B. durch eine Schweißverbindung oder Klemmung zwischen Hemd 3 und Abstandselement 61 ) in Richtung auf das Hemd 3 auseinander. Hierbei können die Schenkel 51 , 52 einen Winkel W von z.B. 40° einschließen. Die Dicke der Schenkel 52, 53 kann zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, insbesondere 0,4 mm, betragen. Die Basis 51 des elastischen Elementes 5' ist also zwischen benachbarten
Rohrabschnitten 200', 200" der äußersten Rohrlage 200 bzw. in der äußersten Rohrlage 200 angeordnet und gehört zum ersten Bereich 50a des elastischen
Elements 5', während jene Endbereiche 52a, 53a der Schenkel 52, 53 zu dem herausstehenden zweiten Bereich 50b des elastischen Elementes 5' gehören. Das elastische Element 5' kann eine Höhe H in radialer Richtung R des Rohrbündels 2 von z.B. 20 mm bis 35 mm, bevorzugt 28 mm aufweisen.
Bei einer Krafteinwirkung auf das elastische Element 5' - z.B. aufgrund eines
Zusammenziehens des Hemdes 3 - erfolgt eine reversible, elastische Verformung des elastischen Elements 5', bei der sich die Schenkel 52, 53 voneinander weg bewegen, so dass die freien Endbereiche 52a, 53a in entgegen gesetzten Richtungen an der Innenseite 3a des Hemdes 3 entlang gleiten. Bei einem Rückgang der
temperarturbedingten Kontraktion des Hemdes 3 bewegt sich das elastische Element 5' wieder in Richtung seines Ursprungszustand zurück. Somit erfolgt eine Entkopplung der thermischen Bewegungen des Hemdes und der Rohre 20.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertrager
2 Rohrbündel
3 Hemd
4 Zwischenraum
5, 5' elastisches Element
6, 61 Abstandselemente
10 Mantel
20 Rohre
21 Kernrohr
50a Erster Bereich
50b Heraus stehender zweiter Bereich
51 Basis
52 Schenkel
53 Schenkel
52a Endbereich
53a Endbereich
101 Einlassstutzen
102 Auslassstutzen
103 Einlassstutzen
104 Rohrboden
105 Auslassstutzen
200, 201 Rohrlagen
200', 200" benachbarte Rohrabschnitte
D Abstand zwischen Hemd und äußerster
Rohrlage
H Höhe
R radiale Richtung
L Längsachse
M Mantelraum
W Winkel