AT527850A4 - Rohrbündelwärmetauscher - Google Patents

Abstract

Wärmetauscher (1) aufweisend: - ein Gehäuse (2) welches zumindest ein Gehäusesegment (7) mit einem umlaufenden Segmentmantel (8) aufweist, wobei an dem Segmentmantel (8) ein Segmenteinlass (9) und ein Segmentauslass (10) für ein erstes Fluid (F1) vorgesehen ist, - zumindest ein in einem Innenraum (11) des Gehäuses (2) angeordnetes Fluidrohr (3), mit einem Rohreinlass (12) und einem Rohrauslass (13) für ein zweites Fluid (F2), und - zwei an den Stirnseiten des Gehäuses (2) angeordnete Kopfteile (5, 5a, 5b), von welchen ein erstes Kopfteil (5a) einen mit dem Rohreinlass (12) verbundenen Kopfeinlass (14) und das erste Kopfteil (5a) oder ein zweites Kopfteil (5b) einen mit dem Rohrauslass (13) verbundenen Kopfauslass (15) aufweist, wobei - das zumindest eine Gehäusesegment (7) ein um das Fluidrohr (3) herum angeordnetes Hüllrohr (22) und zwei an den Stirnseiten (23, 24) des Hüllrohrs (22), um das Fluidrohr (3) herum angeordnete Anschlussteile (25, 26) aufweist, von welchen eines den Segmenteinlass (9) und das andere den Segmentauslass (10) aufweist, und - alle Anschlussteile (25, 26) und alle Hüllrohre (22) über zumindest eine Spannvorrichtung (27) in Richtung zueinander verspannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Rohrbündelwärmetauscher, aufweisend:

—- ein Gehäuse mit einem umlaufenden Gehäusemantel, welches Gehäuse zumindest ein Gehäusesegment mit einem umlaufenden Segmentmantel aufweist, wobei an dem Segmentmantel ein Segmenteinlass und ein Segmentauslass für ein erstes Fluid vorgesehen ist,

- zumindest ein in einem von dem Gehäusemantel umgebenen Innenraum des Gehäuses angeordnetes Fluidrohr, welches einen Rohreinlass und einen Rohrauslass für ein zweites Fluid aufweist, und

- zwei an voneinander abgewandten Stirnseiten des Gehäuses angeordnete Kopfteile, von welchen ein erstes Kopfteil einen mit dem Rohreinlass verbundenen Kopfeinlass und das erste Kopfteil oder ein zweites Kopfteil einen mit dem Rohrauslass verbundenen

Kopfauslass aufweist.

Wärmetauscher mit einem Gehäuse, in welchem ein Fluidrohr oder ein Bündel von Fluidrohren aufgenommen ist, sind bekannt. Zum Wärmetausch zwischen einem ersten und einem zweiten Fluid wird das erste Fluid in den Innenraum des Gehäuses, außerhalb des Fluidrohrs eingebracht und das zweite Fluid wird durch das Fluidrohr hindurch geführt. Wärmetauscher mit einem rohrförmigen Gehäuse, in welchem ein Bündel von Fluidrohren aufgenommen ist,

werden Rohrbündelwärmetauscher oder „shell tube“ genannt.

Die bekannten rohrförmigen Wärmetauscher weisen im Allgemeinen an den Stirnseiten einen Flansch mit Durchgangsöffnungen in Fluidverbindung mit den Fluidrohren auf. Die Flansche sind häufig mit dem rohrförmigen Mantel des Wärmetauschers verschweißt, um ein Auslaufen des ersten Fluids zu verhindern, wodurch nachteiliger Weise eine Reinigung des Wärmetauschers erschwert wird. Es sind auch Wärmetauscher mit an den Stirnseiten verschraubten Flanschen bekannt. Die Wärmetauscher werden, angepasst an den ]Jeweiligen Anwendungsfall, in unterschiedlichen Größen hergestellt. Geringfügige Änderungen an den Wärmetauschern sind somit

nur mit relativ hohem Aufwand realisierbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wärmetauschers, insbesondere Rohrbündelwärmetauschers, der eingangs

genannten Art, welcher die aus dem Stand der Technik bekannten

Nachteile vermeidet oder zumindest verringert. Der Wärmetauscher soll möglichst einfach und kostengünstig herstellbar und umweltfreundlich auch wieder zu entsorgen sein. Weiters soll der Wärmetauscher einfach zu warten und zu reparieren sein. Zudem soll der Wärmetauscher rasch an Jeweilige Anforderungen und an den

jeweiligen Einbauraum anpassbar sein.

Hierfür sieht die Erfindung einen Wärmetauscher wie in Anspruch 1l definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbil-

dungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

- das zumindest eine zwischen den Kopfteilen angeordnete Gehäusesegment ein um das Fluidrohr herum angeordnetes Hüllrohr und zwei an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten des Hüllrohrs, um das Fluidrohr herum angeordnete Anschlussteile aufweist, wobei eines der Anschlussteile den Segmenteinlass und das andere der Anschlussteile den Segmentauslass aufweist, und

- alle Anschlussteile und alle Hüllrohre über zumindest eine

Spannvorrichtung in Richtung zueinander verspannt sind.

Der Wärmetauscher, insbesondere Rohrwärmetauscher, dient somit dem Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden, beispielsweise Flüssigkeiten. Eine der beiden Flüssigkeiten kann ein durch einen Teil einer Maschine geleitetes Öl sein. Der Wärmetauscher weist ein Gehäuse mit einem umlaufenden Gehäusemantel, insbesondere einem rohrförmigen Gehäusemantel auf. Die Form des Gehäusemantels kann von einer Zylinderform abweichen. An den beiden Stirnseiten ist der Gehäusemantel offen ausgebildet. Das Gehäuse weist zumindest ein Gehäusesegment mit einem umlaufenden Segmentmantel auf, wobei an dem Segmentmantel ein Segmenteinlass und ein Segmentauslass für ein erstes Fluid vorgesehen ist. Das Gehäusesegment kann somit ein Längsabschnitt des Gehäuses sein oder das Gehäuse bilden. Der Wärmetauscher weist zudem zumindest ein Fluidrohr auf, welches in einem von dem Gehäusemantel umgebenen Innenraum des Gehäuses angeordnet ist. Über den Segmenteinlass des Segmentmantels kann das erste Fluid in den Innenraum des Gehäuses, insbesondere in den das Fluidrohr umgebenden Innenraum des Gehäuses, eingeleitet werden. Zudem kann

über den Segmentauslass des Segmentmantels das erste Fluid aus

dem Innenraum des Gehäuses, insbesondere aus dem das Fluidrohr umgebenden Innenraum des Gehäuses, ausgeleitet werden. Das Fluidrohr weist einen Rohreinlass und einen Rohrauslass für ein zweites Fluid auf. Wenn das zumindest eine Fluidrohr mehrere Fluidrohe, insbesondere ein Bündel von Fluidrohren ist, kann der Rohrwärmetauscher als Rohrbündelwärmetauscher bezeichnet werden. Der Wärmetauscher weist zudem zwei an voneinander abgewandten Stirnseiten des Gehäuses angeordnete Kopfteile auf, von welchen ein erstes Kopfteil einen mit dem Rohreinlass verbundenen Kopfeinlass und das erste Kopfteil oder ein zweites Kopfteil einen mit dem Rohrauslass verbundenen Kopfauslass aufweist. Die Kopfteile verschließen somit beidseitig das Gehäuse, insbesondere den Innenraum für das erste Fluid, wobei der Kopfeinlass und/oder der Kopfauslass Durchgangsöffnungen im Kopfteil sind. Somit kann durch die Kopfteile hindurch das zweite Fluid in das Fluidrohr eingeleitet und daraus wieder ausgeleitet werden, während das erste Fluid durch die Kopfteile an einem unerwünschten Austreten aus dem Innenraum des Gehäuses gehindert wird. Die Kopfteile sind somit Verschlusskappen, vorzugsweise mit sechseckigem Querschnitt welcher die Montage der Verschlusskappen bzw. Kopfteile erleichtert. Die Kopfteile sind bevorzugt lösbar mit dem dazwischen angeordneten Gehäuse, insbesondere mit dem zumindest einen zwischen den Kopfteilen angeordneten Gehäuseseg-

ment, verbunden.

Um den Wärmetauscher nun flexibel und modular aufbauen zu können, weist das zumindest eine zwischen den Kopfteilen angeordnete Gehäusesegment ein um das Fluidrohr herum angeordnetes Hüllrohr und zwei an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten des Hüllrohrs, um das Fluidrohr herum angeordnete Anschlussteile auf, wobei eines der Anschlussteile den Segmenteinlass und das andere der Anschlussteile den Segmentauslass aufweist. Somit umgeben das Hüllrohr und die Anschlussteile zumindest einen Teil des Fluidrohrs. Dabei bilden die Außenwände der Anschlussteile und das Hüllrohr, gegebenenfalls unter Zwischenlage weitere Komponenten, wie Dichtungen, den Segmentmantel und im Fall eines einzigen Segments den Gehäusemantel. Das Hüllrohr kann in einem Stranggussverfahren hergestellt werden und als Profilrohr ausgebildet sein. Der flexible und modulare Aufbau des Wärmetauschers

wird zudem dadurch erzielt, dass alle Anschlussteile und alle

Hüllrohre über zumindest eine Spannvorrichtung in Richtung zueinander verspannt sind. Über die Verspannung werden alle das Gehäuse bildenden Komponenten fluiddicht miteinander verbunden. Bevorzugt ist die Spannvorrichtung für eine lösbare Verbindung der Anschlussteile mit dem zumindest einen Hüllrohr ausgebildet, um die Anschlussteile und das zumindest eine Hüllrohr zerstörungsfrei wieder voneinander trennen zu können. Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter einer fluiddichten Verbindung eine Verbindung verstanden, welche einen unerwünschten Austritt von Flu-

id in einem Betriebszustand des Wärmetauschers verhindert.

Der modulare Aufbau vereinfacht somit die Herstellung unterschiedlich geformter Wärmetauscher. So muss für die Herstellung unterschiedliche langer Wärmetauscher nicht in jedem Einzelfall ein vollständig neuer Wärmetauscher konstruiert werden, sondern es können einzelne, gleich konstruierte Teile, wie die Anschlussteile, für unterschiedlich lange Wärmetauscher verwendet werden. Die unterschiedliche Länge der Wärmetauscher kann durch unterschiedlich lange Hüllrohre erzielt werden, welche mit den Anschlussteilen verbunden werden und welche im Vergleich zu einem neuen Wärmetauscher sehr rasch und kostengünstig herstellbar sind. Der modulare Aufbau ermöglicht auch einen einfachen Austausch beschädigter Komponenten. Während bei bekannten Wärmetauschern ein schadhafter Segmenteinlass oder Segmentauslass wegen der einteiligen Ausbildung mit dem Rest des Gehäuses nicht ausgetauscht, sondern bestenfalls aufwändig repariert werden kann, kann beim Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung der den schadhaften Segmenteinlass oder Segmentauslass aufweisende Anschlussteil auf einfache Weise ausgetauscht werden. Der modulare Aufbau ermöglicht auch eine Verbindung der Hüllrohre mit Anschlussteilen welche unterschiedlich konstruierte Segmenteinlässe oder Segmentauslässe aufweisen. Wegen des modularen Aufbaus können zumindest das Hüllrohr und die Anschlussteile getrennt entsorgt oder wiederverwendet werden. Auch die Wartung des Wärmetauschers, insbesondere des Fluidrohrs, wird durch den modula-

ren Aufbau vereinfacht.

Wenn im Verlauf der Beschreibung auf Orts- und Richtungsangaben wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ oder „seitlich“ Bezug ge-

nommen wird, so beziehen sich diese Angaben auf einen bestim-

mungsgemäßen Verwendungszustand des Wärmetauschers. Der Begriff „vertikal“ bedeutet in Richtung der Schwerkraft, von „oben“ nach „unten“, oder umgekehrt. Wenn der Wärmetauscher in einer abweichenden Lage verwendet werden soll, sind die Orts- und Rich-

tungsangaben entsprechend zu übertragen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Spannvorrichtung einen Längskörper, vorzugsweise eine Stange, mit einem Gewinde an zumindest einem seiner Enden, vorzugsweise an beiden Enden, aufweisen. Das Gewinde kann beispielsweise ein Außengewinde sein. Der Längskörper kann beispielsweise ein entlang seiner Längserstreckung durchgehendes Gewinde aufweisen und somit als Gewindestange ausgebildet sein. Die Spannvorrichtung kann weiters zumindest einen Befestigungskörper mit einem in das Gewinde des Längskörpers eingreifenden komplementären Gewinde, insbesondere einem Innengewinde, aufweisen. Beispielsweise ist der Befestigungskörper eine Schraubenmutter. Durch Drehen des Befestigungskörpers können die Anschlussteile und das zumindest

eine Hüllrohr gegeneinander gezogen werden.

Der Wärmetauscher kann besonders einfach konstruiert werden, wenn die Spannvorrichtung außerhalb des zumindest einen Hüllrohrs angeordnet ist. Somit kann auf eine Aufnahmevorrichtung

für die Spannvorrichtung im Hüllrohr verzichtet werden.

Eine besonders zuverlässige Verspannung der Anschlussteile mit dem zumindest einen Hüllrohr wird erhalten, wenn alle Anschlussteile zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung aufweisen und die Spannvorrichtung durch die Anschlussteil-Durchgangsöffnung in jedem der Anschlussteile hindurchgeführt ist. Hierfür sind die Anschlussteil-Durchgangsöffnungen der mehreren Anschlussteile entlang einer geraden Linie ausgerichtet. Wenn jedes der Anschlussteile mehrere AnschlussteilDurchgangsöffnungen, beispielsweise 2, 3, 4, 5 oder 6 Anschlussteil-Durchgangsöffnungen aufweist, kann durch alle in einer geraden Linie angeordneten Anschlussteil-Durchgangsöffnungen der mehreren Anschlussteile genau eine Spannvorrichtung hindurchgeführt sein. Alternativ kann die Spannvorrichtung ausgebildet sein, zugleich durch zumindest zwei Gruppen von Anschlussteil-

Durchgangsöffnungen die jeweils in einer geraden Linie angeord-

net sind, hindurchgeführt zu werden. In diesem Fall weist die Spannvorrichtung zumindest zwei Längskörper, vorzugsweise parallele Stangen auf, die an einem Ende oder an beiden Enden ein Ge-

winde aufweisen.

Für eine einfache Konstruktion des Wärmetauschers kann weiters vorgesehen sein, dass zumindest eines der Kopfteile über die Spannvorrichtung gegen das nächstliegende Anschlussteil gespannt ist. Auf diese Weise kann auf eine zur Spannvorrichtung gesonderte Schraubverbindung zwischen dem Kopfteil und dem nächstlie-

genden Anschlussteil verzichtet werden.

Besonders günstig ist hierbei, wenn das zumindest eine der Kopfteile zumindest eine Kopfteil-Durchgangsöffnung aufweist und die Spannvorrichtung durch die Kopfteil-Durchgangsöffnung hindurchgeführt ist. Auf diese Weise werden über die Spannvorrichtung die Anschlussteile, das zumindest ein Hüllrohr und das zumindest

eine Kopfteil zusammengespannt.

Von Vorteil ist weiterhin, wenn die Anschlussteile in einem Querschnitt des Gehäuses eine runde, insbesondere kreisrunde, Innenfläche und eine mehreckige Außenfläche aufweisen und zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung zwischen einer Ecke der Außenfläche und der Innenfläche angeordnet ist. Die runde Innenfläche ermöglicht eine passgenaue Aufnahme eines Endabschnitts des Hüllrohrs. Die mehreckige Außenfläche der Anschlussteile kann im Querschnitt 3, 4, 5, 6 oder mehr Ecken aufweisen. Bevorzugt ist die Außenfläche im Querschnitt als gleichmäßiges Vieleck ausgebildet. Zwischen den mit den Ecken zusammenfallenden Kanten der Anschlussteile sind bevorzugt ebene und somit stabile Auflageflächen der Anschlussteile vorgesehen, mit welchen der Wärmetauscher auf einer Unterlage stabil aufliegen kann. Auf Grund der mehreckigen Außenfläche kann der Wärmetauscher je nach Bedarf in mehreren um eine Längsachse des Wärmetauschers gedrehten Positionen stabil positioniert werden. Die zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung kann in radial abstehenden Vorsprüngen an den Anschlussteilen vorgesehen sein. Für eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion wird Jedoch bevorzugt, dass die zumindest eine Anschlussteil-

Durchgangsöffnung zwischen einer ohnehin vorhandenen Ecke der

Außenfläche und der Innenfläche angeordnet ist.

Wenn zumindest ein Anschlussteil zumindest eine Aufnahmeschiene, insbesondere zumindest eine hinterschnittene Nut aufweist, können zusätzliche Komponenten durch einen Eingriff in die Aufnahmeschiene am Gehäuse montiert werden. Im Falle der hinterschnittenen Nut können die zusätzlichen Komponenten durch Einschieben in die Nut zuverlässig positioniert und mit einem Feststellelement, beispielsweise einer Schraube, fixiert werden. Beispielsweise weist die hinterschnittene Nut im Querschnitt ei-

ne T-Form auf.

Für eine zuverlässige und rasche Verbindung mit dem Segmenteinlass oder Segmentauslass kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Anschlussteil zwei Aufnahmeschienen, insbesondere zwei hinterschnittene Nuten aufweist, zwischen welchen der Segmenteinlass oder der Segmentauslass angeordnet ist. Somit kann eine zusätzliche Komponente besonders stabil durch Einschieben in die beiden Aufnahmeschienen, insbesondere Nuten, über dem Segmen-

teinlass oder Segmentauslass positioniert werden.

Wenn in die zumindest eine Aufnahmeschiene ein Verbindungskörper mit zumindest einem Fluidkanal eingesetzt ist, welcher Fluidkanal mit dem Segmenteinlass und/oder dem Segmentauslass verbunden ist, kann der Verbindungskörper als Anpassungsteil zwischen dem Segmenteinlass oder Segmentauslass und einer hierzu anders geformten Anschlussleitung dienen. Der Fluidkanal ist insbesondere in Verlängerung, d.h. in Strömungsverbindung, des Segmenteinlasses oder Segmentauslasses angeordnet. Beispielsweise sind der Segmenteinlass und der Segmentauslass als Durchgangsöffnungen ohne Gewinde ausgebildet, während der damit verbindbare oder verbundene Verbindungskörper ein Gewinde für einen Anschluss der Anschlussleitung aufweist. Zudem können mehrere unterschiedlich konstruierte Verbindungskörper für den Einsatz in die selbe Aufnahmeschiene vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Set von Verbindungskörpern vorgesehen sein. Der Verbindungskörper, insbesondere der Fluidkanal, ist im eingesetzten Zustand des Verbindungskörpers fluiddicht mit dem Segmenteinlass und/oder dem Segmentauslass verbunden. Hierfür kann eine Dichtung zwi-

schen dem Anschlussteil und dem Verbindungskörper vorgesehen

sein. Der Verbindungskörper kann eine Fluidpumpe gegebenenfalls mit einer Steuerung für die Fluidpumpe und/oder eine Steuerung für eine externe Fluidpumpe aufweisen, um das erste Fluid durch

das Gehäusesegment zu pumpen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse zumindest zwei hintereinander angeordnete Gehäusesegmente aufweist, welche über die Spannvorrichtung in Richtung zueinander verspannt sind. Somit kann der Wärmetauscher, insbesondere die Form des Gehäuses, durch Zusammensetzen mehrerer Gehäusesegmente an den jeweiligen Verwendungszweck des Wärmetauschers angepasst werden. Wenn das Gehäuse aus mehreren Gehäusesegmenten zusammengesetzt ist, ist auch der Gehäusemantel aus den Segmentmänteln der mehreren Gehäusesegmente zusammengesetzt. Zwischen benachbarten Gehäusesegmenten können weitere Komponenten aufgenommen sein. Daher können die Anschlussteile benachbarter Gehäusesegmente beim Zusammensetzen von Gehäusesegmenten direkt oder über eine Zwischenlage miteinander verbunden sein. Das Fluidrohr kann sich durch mehrere, beispielsweise alle Gehäusesegmente hindurch erstrecken. Die hintereinander angeordneten Gehäusesegmente, welche jeweils einen Segmenteinlass und ein Segmentauslass für das erste Fluid aufweisen, können vom gleichen ersten Fluid oder von unterschiedlichen ersten Fluiden durchströmt werden. Somit kann der Wärmetauscher mit unterschiedlichen ersten Fluiden und einem zweiten Fluid betrieben

werden.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der Verbindungskörper in die Aufnahmeschienen von zwei benachbarten Anschlussteilen von zwei hintereinander angeordneten Gehäusesegmenten eingesetzt ist. Im Vergleich zu Jeweils einem eigenen Verbindungskörper pro Anschlussteil kann der für die benachbarten Anschlussteile gemeinsame Verbindungskörper eine für beide Gehäusesegmente gemeinsame Fluidpumpe und/oder Steuerung für das erste Fluid aufweisen. Somit können mit dem gemeinsamen Verbindungskörper zwei serielle oder parallele Fluidkreisläufe, einer pro Gehäusesegment, auf-

rechterhalten werden.

Wenn der Verbindungskörper zwei Fluidkanäle aufweist, welche voneinander getrennt sind, kann ein erster der Fluidkanäle mit einem der beiden benachbarten Anschlussteile und ein zweiter der Fluidkanäle mit dem anderen der beiden benachbarten Anschlussteile in Fluidverbindung stehen. Somit bleiben die ersten Fluide in den beiden Gehäusesegmenten, beispielsweise durch eine £fluid-

dichte Trennwand im Verbindungskörper, voneinander getrennt.

Wenn hingegen der Verbindungskörper einen Fluidkanal aufweist, welcher den Segmentauslass eines der Gehäusesegmente mit dem Segmenteinlass des benachbarten Gehäusesegments verbindet, kann das erste Fluid über den einen Fluidkanal von einem der beiden benachbarten Gehäusesegmente zum anderen der beiden benachbarten

Gehäusesegmente geleitet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Gehäusesegmente aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn unterschiedliche erste Fluide in die Gehäusesegmente eingebracht werden, da unterschiedliche Fluide auch unterschiedlich mit den Materialien der Gehäusesegmente reagieren. Beispielsweise kann Meerwasser in eines der Gehäusesegmente und eine chemische Kühlflüssigkeit in ein anderes der Gehäusesegmente eingebracht wer-

den.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung mit einem einzigen Gehäusesegment mit Blick auf

einen Rohreinlass und einen Rohrauslass für ein zweites Fluid;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers aus Fig.

1l aus einer entgegengesetzten Blickrichtung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher aus Fig. 1;

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung der Komponenten des

Wärmetauschers aus Fig. 1;

Fig. 5 ein Anschlussteil des Wärmetauschers aus Fig. 1 in ver-

größerter Darstellung:

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung mit zwei Gehäusesegmenten, in einem noch nicht zu-

sammengebauten Zustand;

Fig. 7 den Wärmeaustauscher aus Fig. 6 in einem zusammengebauten

Zustand;

Fig. 8 einen Wärmeaustauscher mit zwei Gehäusesegmenten, welcher einen Verbindungskörper mit zwei voneinander getrennten Fluidka-

nälen aufweist;

Fig. 9 einen Wärmeaustauscher mit zwei Gehäusesegmenten, welcher einen Verbindungskörper mit einem Fluidkanal aufweist, welcher den Segmentauslass eines der Gehäusesegmente mit dem Segmentein-

lass des benachbarten Gehäusesegments verbindet;

Fig. 10 einen Schnitt durch ein Bündel von Fluidrohren des Wär-

metauschers aus Fig. 1; und

Fig. 11 ein Fluidrohr mit einem Leitelement.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren 1 bis 11 nicht not-

wendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Wärmetauscher 1, insbesondere einen Rohrbündelwärmetauscher, mit einem mehrteiligen Gehäuse 2, zumindest einem Fluidrohr 3, siehe Fig. 3 und 4, insbesondere einem Bündel 4 von Fluidrohren 3, und zwei Kopfteilen 5. Der Wärmeaustauscher 1 weist eine Längsrichtung L und eine radiale Richtung R auf, siehe beispielsweise Fig. 3. Das Gehäuse 2 weist einen umlaufenden, mehrteiligen Gehäusemantel 6 und zumindest ein mehrteiliges Gehäusesegment 7, in den Figuren 1 bis 4 ein einziges mehrteiliges Gehäusesegment 7 auf. Somit ist in den Figuren 1 bis 4 das Gehäuse 2 aus einem einzigen Gehäusesegment 7 gebildet. Das Gehäusesegment 7 weist einen mehrteiligen umlaufenden Segmentmantel 8 auf, der in den Figuren 1 bis 4 zugleich

der Gehäusemantel 6 ist. An oder in dem Segmentmantel 8 sind ein

Segmenteinlass 9 für einen Einlass eines ersten Fluids Fl und ein Segmentauslass 10 für einen Auslass des ersten Fluids Fl vorgesehen. Der Segmenteinlass 9 und der Segmentauslass 10 sind im Wesentlichen als Durchgangsöffnungen ausgebildet. Das zumindest eine Fluidrohr 3, insbesondere das Bündel 4 von Fluidrohren 3, ist in einem von dem Gehäusemantel 6 umgebenen Innenraum 11 des Gehäuses 2 angeordnet und weist einen Rohreinlass 12 für einen Einlass eines zweiten Fluids F2 und einen Rohrauslass 13 für einen Auslass des zweiten Fluids F2 auf. Die zwei Kopfteile 5 sind an voneinander abgewandten Stirnseiten des Gehäuses 2 angeordnet. Das erste Kopfteil 5a weist einen mit dem Rohreinlass 12 verbundenen Kopfeinlass 14 auf. Zudem weist das erste Kopfteil 5a oder das zweite Kopfteil 5b einen mit dem Rohrauslass 13 verbundenen Kopfauslass 15 auf. In den dargestellten Beispielen sind der Kopfeinlass 14 und der Kopfauslass 15 im ersten Kopfteil 5a vorgesehen, welches an einem ersten Ende 16 des Bündels 4, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer nicht dargestellten Dichtung anliegt. Das zweite Kopfteil 5b liegt in den dargestellten Beispielen, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer nicht dargestellten Dichtung, an einem zweiten Ende 17 des Bündels 4 an, welches zweite Ende 17 vom Kopfeinlass 14 und Kopfauslass 15 abgewandt ist. Das zweite Kopfteil 5b dichtet dabei das zweite Ende 17 gegen das erste Fluid Fl ab und lenkt die Strömungsrichtung des vom Kopfeinlass 14 kommenden zweiten Fluids F2 zum Kopfauslass 15 zurück. Hierfür verbleibt zwischen den Fluidrohren 3 und dem zweiten Kopfteil 5b ein Hohlraum 18. Um die Fluidverbindung des Kopfeinlasses 14 mit dem Rohreinlass 12 von der Fluidverbindung des Rohrauslasses 13 mit dem Kopfauslass 15 zu trennen, weist das erste Kopfteil 5a bevorzugt zwei Kammern 19, 20 auf, welche über einen Steg 21 voneinander getrennt sind. Dabei bildet die erste Kammer 19 die Fluidverbindung des Kopfeinlasses 14 mit dem Rohreinlass 12 und die zweite Kammer 20 bildet die Fluidverbindung des Rohrauslasses 13 mit dem Kopfauslass 15.

Das zumindest eine zwischen den Kopfteilen 5, 5a, 5b angeordnete Gehäusesegment 7 weist ein um das Fluidrohr 3 herum angeordnetes Hüllrohr 22 und zwei an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten 23, 24 des Hüllrohrs 22, um das Fluidrohr 3 herum angeordnete

Anschlussteile 25, 26 auf. Das eine, erste Anschlussteil 25

weist den Segmenteinlass 9 und das andere, zweite Anschlussteil 26 weist den Segmentauslass 10 auf. Zudem ist zumindest eine Spannvorrichtung 27 vorgesehen, über welche alle Anschlussteile 25, 26, im Beispiel gemäß Fig. 1 bis 4 die einzigen Anschlussteile 25, 26, und alle Hüllrohre 22, im Beispiel gemäß Fig. 1 bis 4 das einzige Hüllrohr 22, im zusammengebauten Verwendungszustand in Richtung zueinander verspannt sind und somit £fluiddicht miteinander verbunden sind. In den dargestellten

Beispielen ist die Spannvorrichtung 27 1l16sbar ausgebildet.

Der Wärmetauscher 1 kann somit modular aus einem Gehäuse 2, zumindest einem vom Gehäuse 2 umgebenen Fluidrohr 3 und zwei das Gehäuse 2 abschließenden Kopfteilen 5 aufgebaut sein. Dabei kann das Gehäuse 2 aus miteinander verbundenen Gehäusesegmenten 7 gebildet sein. Die Gehäusesegmente 7 können aus miteinander verbundenen Anschlussteilen 25, 26 und Hüllrohren 22 gebildet sein. Die Verbindung dieser Komponenten erfolgt mittels der Spannvorrichtung 27. Durch Lösen der Spannvorrichtung 27 können die Kom-

ponenten zerstörungsfrei wieder voneinander getrennt werden.

Wie insbesondere in Fig. 4 erkennbar ist, kann die Spannvorrichtung 27 einen Längskörper 28, vorzugsweise eine Stange 28a, mit zwei Enden 29 aufweisen. In den dargestellten Beispielen weist die Spannvorrichtung 27 mehrere Längskörper 28 auf. An zumindest einem seiner Enden 29, vorzugsweise an beiden Enden 29, kann der Längskörper 28 ein in Fig. 4 nicht explizit dargestelltes Gewinde 30, bevorzugt ein Außengewinde, aufweisen. In das Gewinde 30 des Längskörpers 28 kann zumindest ein Befestigungskörper 31 der Spannvorrichtung 27, beispielsweise eine Schraubenmutter mit einem komplementären Gewinde, insbesondere einem Innengewinde,

eingreifen.

In den Fig. 1, 2 und 6 bis 9 ist erkennbar, dass die Spannvorrichtung 27 außerhalb des zumindest einen Hüllrohrs 22 angeordnet ist. In den Fig. 1, 2 und 4 bis 9 ist weiters erkennbar, dass alle Anschlussteile 25, 26 zumindest eine AnschlussteilDurchgangsöffnung 32 aufweisen, von welchen in den Figuren nur einige bezeichnet sind. Die Spannvorrichtung 27 ist durch die zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung 32 in jedem der Anschlussteile 25, 26 hindurchgeführt. In den dargestellten Fi-

guren weist jedes der Anschlussteile 25, 26 mehrere, insbesondere sechs Anschlussteil-Durchgangsöffnungen 32 auf. Durch die in einer Linie angeordneten Anschlussteil-Durchgangsöffnungen 32 der hintereinander angeordneten Anschlussteile 25, 26 sind die

Längskörper 28 der Spannvorrichtung 27 geführt.

Die Fig. 1 bis 4 und 6 bis 9 zeigen zudem, dass zumindest eines der Kopfteile 5, insbesondere beide Kopfteile 5a, 5b, über die Spannvorrichtung 27 gegen das nächstliegende Anschlussteil 25, 26 gespannt ist/sind. Insbesondere ist das Kopfteil 5a gegen das hierzu nächstliegende Anschlussteil 25 und das Kopfteil 5b gegen das hierzu nächstliegende Anschlussteil 26 gespannt. Hierfür weist das zumindest eine der Kopfteile 5 zumindest eine Kopfteil-Durchgangsöffnung 33 auf. Im dargestellten Beispiel weisen beide Kopfteile 5a, 5b jeweils sechs Kopfteil-Durchgangsöffnungen 33 auf. Die Spannvorrichtung 27, insbesondere die Längskörper 28, ist durch die Kopfteil-Durchgangsöffnungen 33 hindurchgeführt. Hierfür sind im dargestellten Beispiel die Anschlussteil-Durchgangsöffnungen 32 und die Kopfteil-Durchgangs-

Öffnungen 33 in einer Linie angeordnet.

Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Anschlussteil 25, 26 mit acht Anschlussteil-Durchgangsöffnungen 32 in vergrößerter Darstellung. Deutlich erkennbar ist weiterhin, dass die Anschlussteile 25, 26 in einem Querschnitt des Gehäuses 2 eine runde, insbesondere kreisrunde, Innenfläche 34 und eine mehreckige Außenfläche 35 aufweisen. Der Querschnitt des Gehäuses 2 wird durch eine Schnittebene senkrecht zur Längsrichtung L gebildet. Somit sind die Anschlussteile 25, 26 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Die Außenfläche 35 weist Ecken 36 und Jeweils zwei Ecken 36 verbindende und in Längsrichtung L verlaufende Kanten 37 auf. Zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung 32, im Beispiel gemäß Fig. 5 alle Anschlussteil-Durchgangsöffnungen 32, ist/sind zwischen einer Ecke 36 der Außenfläche 35 und der Innenfläche 34 angeordnet. Innerhalb der Innenfläche 34 sind im zusammengebauten Zustand des Wärmetauschers 1 das Bündel 4 von Fluidrohren 3 und gegebenenfalls auch eine Stirnseite 23, 24 des Hüllrohrs 22

aufgenommen.

Das in Fig. 5 dargestellte Anschlussteil 25, 26 weist zumindest eine Aufnahmeschiene 38, insbesondere zumindest eine hinterschnittene Nut 39 auf. Die Nut 39 kann im Querschnitt eine TForm aufweisen. Insbesondere weist im Beispiel gemäß Fig. 5 das zumindest eine Anschlussteil 25, 26 zwei Aufnahmeschienen 38, insbesondere zwei hinterschnittene Nuten 39 auf, zwischen welchen der Segmenteinlass 9 oder der Segmentauslass 10 angeordnet

ist.

Die beispielhaften Fig. 7 bis 9 zeigen, dass in die zumindest eine Aufnahmeschiene 38 ein Verbindungskörper 40 mit zumindest einem Fluidkanal 41 eingesetzt ist, wobei der Fluidkanal 41 mit dem Segmenteinlass 9 und/oder dem Segmentauslass 10 verbunden

ist.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen Ausführungsformen eines Wärmeaustauschers 1 mit zwei Gehäusesegmenten 7. Im Beispiel gemäß Fig. 6 sind die Gehäusesegmente 7 und ein Verbindungskörper 40 noch nicht miteinander verbunden. Erkennbar ist, dass in den Beispielen gemäß Fig. 7 bis 9 das Gehäuse 2 zumindest zwei, insbesondere genau zwei, in Längsrichtung L hintereinander angeordnete Gehäusesegmente 7 aufweist, welche über die Spannvorrichtung 27 in Richtung zueinander verspannt sind. Dabei ist der Verbindungskörper 40 in die Aufnahmeschienen 38 von zwei benachbarten Anschlussteilen 25, 26 der zwei hintereinander angeordneten Ge-

häusesegmente 7 eingesetzt.

Im Beispiel gemäß Fig. 8 weist der Verbindungskörper 40 zwei Fluidkanäle 41 auf, welche beispielsweise durch eine nicht explizit dargestellte Trennwand voneinander getrennt sind. Somit kann in jedes Gehäusesegment 7 separat ein erstes Fluid Fl, Fla eingeleitet und wieder herausgeleitet werden. Die ersten Fluide Fl, Fla können das selbe Fluid, gleiche Fluide oder unterschied-

liche Fluide sein.

Im Beispiel gemäß Fig. 9 hingegen weist der Verbindungskörper 40 einen nur angedeutet dargestellten Fluidkanal 41 auf, welcher den Segmentauslass 10 eines der Gehäusesegmente 7 mit dem Seg-

menteinlass 9 des benachbarten Gehäusesegments 7 verbindet.

Die Gehäusesegmente 7 können aus unterschiedlichen Materialien

hergestellt sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zudem eine Zwischenwand 42 im Innenraum 11 des Gehäuses 2, welche den Verlauf der Strömung des ersten Fluids Fl definiert. Der Strömungsverlauf des ersten Fluids F1 ist in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet. Die Zwischenwand 42 ist in Längsrichtung L bevorzugt in der Mitte des Bündels 4 von Fluidrohren 3 angeordnet, wobei ihre Haupterstreckungsebene senkrecht zur Längsrichtung L verläuft. Insbesondere kann die Zwischenwand 42 einen runden Umfangsabschnitt 43 aufweisen, mit welchem sie an der Innenfläche des Hüllrohrs 22 anliegt, und ein Umfangssegment 44 aufweisen, welches von der Innenfläche des Hüllrohrs 22 beabstandet ist. Zwischen dem Umfangssegment 44 und der Innenfläche des Hüllrohrs 22 kann das erste Fluid F1 strömen. Die Zwischenwand 42 kann als ein Kreissegment ausgebildet

sein.

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt, senkrecht zur Längsrichtung L, durch ein beispielhaftes Bündel 4 von Fluidrohren 3. Erkennbar sind mehrere Reihen 45 von Fluidrohren 3 jeweils zum Durchtritt des zweiten Fluids F2. Jede der Reihen 45 verläuft in Fig. 10 vertikal. Zwischen benachbarten Reihen 45 von Fluidrohren 3 ist ein Strömungskanal 46 für das erste Fluid Fl ausgebildet. In den Reihen 45, zwischen den Außenseiten benachbarter Fluidrohre 3, erstrecken sich Leitelemente 47 zum Leiten des ersten Fluids F1 entlang des Strömungskanals 46. Die Leitelemente 47 weisen im dargestellten Beispiel ein Plattenteil 48 auf, dessen Wandstärke geringer als die größte Querschnittsabmessung der Fluidrohre 3 ist. Über Verstelleinrichtungen kann die relative Lage benachbarter Leitelemente 47 in Bezug zueinander verstellt werden. Die Haupterstreckungsrichtungen von zwei benachbarten Leitelementen 47 schließen im dargestellten Beispiel in der Schnittebene der Fig. 10 einen von 180° abweichenden Winkel ein. Insbesondere können die Leitelemente 47 in der Schnittebene einen im Wesentlichen wellenförmigen Verlauf oder einen im Wesentlichen zick-

zackförmigen Verlauf des Strömungskanals 46 bilden.

Fig. 11 zeigt beispielhaft ein Fluidrohr 3 mit Kühlkörpern 49 an der Außenseite. Die Kühlkörper 49 können Kühlplatten, insbesondere Kühlscheiben sein. In den Kühlkörpern 49 sind zwei Längsschlitze 50 ausgebildet, in welchen zwei Leitelemente 47 aufnehmbar sind. In Fig. 11 sind die Leitelemente 47 noch nicht

in die Längsschlitze 50 eingesetzt.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher (1), insbesondere Rohrbündelwärmetauscher, aufweisend:

- ein Gehäuse (2) mit einem umlaufenden Gehäusemantel (6), welches Gehäuse (2) zumindest ein Gehäusesegment (7) mit einem umlaufenden Segmentmantel (8) aufweist, wobei an dem Segmentmantel (8) ein Segmenteinlass (9) und ein Segmentauslass (10) für ein erstes Fluid (F1) vorgesehen ist,

- zumindest ein in einem von dem Gehäusemantel (6) umgebenen Innenraum (11) des Gehäuses (2) angeordnetes Fluidrohr (3), welches einen Rohreinlass (12) und einen Rohrauslass (13) für ein zweites Fluid (F2) aufweist, und

- zwei an voneinander abgewandten Stirnseiten des Gehäuses (2) angeordnete Kopfteile (5, 5a, 5b), von welchen ein erstes Kopfteil (5a) einen mit dem Rohreinlass (12) verbundenen Kopfeinlass (14) und das erste Kopfteil (5a) oder ein zweites Kopfteil (5b) einen mit dem Rohrauslass (13) verbundenen Kopfauslass (15) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- das zumindest eine zwischen den Kopfteilen (5) angeordnete Gehäusesegment (7) ein um das Fluidrohr (3) herum angeordnetes Hüllrohr (22) und zwei an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten (23, 24) des Hüllrohrs (22), um das Fluidrohr (3) herum angeordnete Anschlussteile (25, 26) aufweist, wobei eines der Anschlussteile (25) den Segmenteinlass (9) und das andere der Anschlussteile (26) den Segmentauslass (10) aufweist, und

- alle Anschlussteile (25, 26) und alle Hüllrohre (22) über zumindest eine Spannvorrichtung (27) in Richtung zueinander ver-

spannt sind.

2. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (27) einen Längskörper (28), vorzugsweise eine Stange (28a), mit einem Gewinde (30) an zumindest einem seiner Enden (29), vorzugsweise an beiden Enden (29),

aufweist.

3. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (27) außerhalb des zumindest

einen Hüllrohrs (22) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Anschlussteile (25, 26) zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung (32) aufweisen und die Spannvorrichtung (27) durch die Anschlussteil-Durchgangsöffnung (32) in jedem der Anschlussteile (25, 26) hindurchgeführt ist.

5. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kopfteile (5) über die Spannvorrichtung (27) gegen das nächstliegende Anschlussteil

(25, 26) gespannt ist.

6. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine der Kopfteile (5) zumindest eine Kopfteil-Durchgangsöffnung (33) aufweist und die Spannvorrichtung (27) durch die Kopfteil-Durchgangsöffnung (33) hindurchgeführt

ist.

7. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteile (25, 26) in einem Querschnitt des Gehäuses (2) eine runde, insbesondere kreisrunde, Innenfläche (34) und eine mehreckige Außenfläche (35) aufweisen und zumindest eine Anschlussteil-Durchgangsöffnung (32) zwischen einer Ecke (36)

der Außenfläche (35) und der Innenfläche (34) angeordnet ist.

8. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlussteil (25, 26) zumindest eine Aufnahmeschiene (38), insbesondere zumindest eine hin-

terschnittene Nut (39) aufweist.

9. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Anschlussteil (25, 26) zwei Aufnahmeschienen (38), insbesondere zwei hinterschnittene Nuten (39) aufweist, zwischen welchen der Segmenteinlass (9) oder der Seg-

mentauslass (10) angeordnet ist.

10. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die zumindest eine Aufnahmeschiene (38) ein Verbindungskörper (40) mit zumindest einem Fluidkanal (41) ein-

gesetzt ist, welcher Fluidkanal (41) mit dem Segmenteinlass (9)

und/oder dem Segmentauslass (10) verbunden ist.

11. Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest zwei hintereinander angeordnete Gehäusesegmente (7) aufweist, welche über die

Spannvorrichtung (27) in Richtung zueinander verspannt sind.

12. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskörper (40) in die Aufnahmeschienen (38) von zwei benachbarten Anschlussteilen (25, 26) von zwei

hintereinander angeordneten Gehäusesegmenten (7) eingesetzt ist.

13. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskörper (40) zwei Fluidkanäle (41)

aufweist, welche voneinander getrennt sind.

14. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskörper (40) einen Fluidkanal (41) aufweist, welcher den Segmentauslass (10) eines der Gehäusesegmente (7)

mit dem Segmenteinlass (9) des benachbarten Gehäusesegments (7)

verbindet.

15. Wärmetauscher (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest zwei Gehäusesegmente (7) aus unterschiedlichen

Materialien hergestellt sind.