DE3310061C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung behandelt einen Wärmetauscher, bei dem eine Vielzahl von parallel angeordneten Profilrohren endseitig an einem Rohrboden eines Sammelbehälters angeschlossen sind.

Wärmetauscher dieser und gemäß z.B. der DE-PS 29 07 810 bekannten Art erfordern eine fluiddichte und betriebsfeste Verbindung der Pro­ filrohre mit mindestens einem zentralen Sammel- oder Verteilerrohr. Im aus der DE-PS 29 07 110 speziell bekannten Fall besteht die Rohrmatrix aus einer Vielzahl an räumlich verschachtelt ineinandergreifenden, U-förmigen gekrümmt in eine Heißgasströmung hineinragenden Pro­ filrohren, die ein- und austrittsseitig mit voneinander getrennten Druckluftführungen innerhalb des gemeinsamen Sammelrohrs in Verbindung stehen; dabei bilden die Profilrohre also eine im "Kreuz-Gegenstrom-Prinzip" aufgebaute Matrix aus, in die eintritts­ seitig verhältnismäßig "kalte" Druckluft einströmt und unter Umkehrung der Strömungsrichtung "heiß" in den betreffenden Führungs- und Ver­ teilerstrang des Sammelrohrs abströmt. Betriebsbedingte örtliche Tem­ peratur- ("heiß"/"kalt") und Druckgradienten am Sammel- oder Vertei­ lerrohr müssen beherrscht werden, ohne die Gesamtbauteilfestigkeit zu beeinträchtigen.

Nach allgemein bekanntem Stand der Technik sind bei Wärmetauschern der eingangs erwähnten Art die in eine Durchgangsöffnungen aufweisende Wand des Sammelbehälters oder Verteilerrohrs gesteckten Profilrohre stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, mit der Wand verbunden. Die Durchgangsöffnungen in der Behälterwand werden durch Bohren oder Erodieren ausgebildet, woraus eine aufwendige Belochungsprozedur res­ ultiert. Die Einzelmontage der Profilrohre, insbesondere das Einfädeln in die Durchgangsbohrungen ist vergleichsweise umständlich, insbe­ sondere deshalb, weil zwischen Profilrohr- und Durchgangsöffnung in der Wand ein enges Spiel (verschieblicher Paßsitz) vorhanden ist. Enge Toleranzen von Loch und Rohr müssen im Hinblick auf eine einwandfreie Lötung eingehalten werden.

Ein aus der DE-OS 27 00 182 bekannter Wärmetauscher sieht eine Wärme­ tauschermatrix in der Kombination aus geraden Profilrohren und well­ blechartigen Abstrahlern vor; insbesondere bezüglich einer Vielzahl von Profilrohrreihen soll eine erleichterte Zentrierung und Verbindung der betreffenden Profilrohrenden mit dicken Rohrplatten geschaffen werden; die Rohrplatten sollen durch jeweilige Stapel von miteinander hartverlöteten Metalleisten gebildet werden, die zwischen einander gegenüberliegenden Anlage- bzw. Fügeflächen Nuten zur jeweils halb­ seitigen Profilrohrumschließung ausbilden; selbsttätig wirkende Zen­ trierungsmittel können dabei ferner ober- bzw. fügeflächenseitig an den Leisten angeordnet sein; im bekannten Fall ist es erforderlich, die dicken Leisten - nach Zusammenfügung zu einer Rohrplatte- in be­ sonderer Weise (Nutausfräsungen, Verlötungen) mit separaten "Wasserkästen" als Behälter zu verbinden; eine derartige Behälterbau­ weise dürfte -neben schon erwähntem besonderen-Herstell und Verbin­ dungsaufwand durch vergleichsweise geringe festigkeitsmäßige Stabili­ tät gekennzeichnet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscher anzuge­ ben, bei dem eine Vielzahl von parallel angeordneten Profilrohren auf verhältnismäßig einfache Weise betriebsfest und - sicher am Rohrboden eines Behälters verankerbar sind, der zugleich festigkeitsmäßig in sich stabil sowie örtlich thermisch kompatibel ausgebildet ist.

Die gestellte Aufgabe ist durch Patentanspruch 1 erfindungsgemäß ge­ löst.

Der wesentliche Vorteil ist es, daß in verhältnismäßig einfacher Schaffung eines Rohrbodens mit darin fest und wandseitig fluiddicht eingebundenen Profilrohrenden zugleich ein festigkeitsmäßig in sich stabiler Sammelbehälter des Wärmetauschers gebaut werden kann. Die zusätzlichen Ausnehmungen bilden beim aus Elementen zusammengesetzten Behälter Regionen betrieblich angepaßter Steifigkeit und/oder ther­ mischer Dehnungen aus.

Die angegebene Lösung bietet die Möglichkeit, zunächst eine Gruppe von Profilrohren auf ein Element aufzusetzen, darauf dann ein nach­ folgendes Element aufzusetzen und hierauf nun eine fluiddichte stoff­ schlüssige Verbindung beider Elemente untereinander sowie mit den Pro­ filrohren dieser Gruppe vorzusehen, so daß in derart fortlaufender Weise ein Wandsektionen und Profilrohrgruppen enthaltender Zusammenbau des Wärmetauschers möglich ist.

Alternativ dazu können sämtliche Gruppen von Profilrohren nebst Ele­ menten, erst nachdem letztere zum Aufbau eines kompletten Sammelbe­ hälters schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufeinanderge­ setzt worden sind, fluiddicht statisch fest angeschlossen bzw. unter­ einander verbunden werden. Auf diese Weise sind noch Lagekorrekturen der Struktur aus Elementen und Profilrohren vor endlich fester Verbin­ dung möglich. Vorteilhaft kann dabei in einem einzigen Verbindungs­ schritt der gesamte Sammelbehälter nebst sämtlichen Gruppen an Pro­ filrohren fertig hergestellt werden.

Die Schichten können senkrecht oder auch unter einem schrägen Winkel zur Erstreckung des Sammelbehälters liegen. Die Aufnahme der Kräfte aus Innendruck und Temperatur erfolgt bevorzugterweise in Richtung der Erstreckung der Schichten. Je nach ihrer Gestalt (eben oder der Krüm­ mung einer gewölbten Mantelfläche des Sammelrohrs folgend) können die Elemente die Last über Biegung und/oder Tangentialkräfte abtragen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 6 hervor, wonach

• - die Elemente erosiv vorprofiliert sind (Anspruch 2);
• - die Elemente in an sich bekannter Weise im Sinne zentrierender oder bauteilausrichtender Oberflächenstrukturen vorprofiliert sind (Anspruch 3);
• - sämtliche Teile durch Diffusionsschweißen oder Löten fluiddicht ver­ bunden sind (Anspruch 5);
• - die Oberflächenstrukturen nasenartig an Teilfugen der Elemente her­ ausragende Führungsleisten sind, mit denen die in Ausnehmungen eines vorprofilierten Elements eingesetzten Profilrohre einer Rohrgruppe in Position gehalten sind (Anspruch 6).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht vom Innern eines Sammelbehälters auf eine den Rohrboden ausbildende Sammelbehälterwand mit Profilrohren sowie aus Elementen als Schichtaufbau,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen halbfertigen im we­ sentlichen kreisrunden Sammelbehälter mit Profilrohren einer Rohrgruppe in diametral gegenüberliegender Erstreckung,

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines halbfertigen im we­ sentlichen im Querschnitt rechteckigen, aus ringförmigen Ele­ menten schichtartig aufgebauten Sammelbehälters,

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche schematische Seitenansicht, wobei die einzelnen vorprofilierten Elemente zusätzliche Aus­ nehmungen außerhalb der Profilrohranschlußbereiche aufweisen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Element nach Fig. 4,

Fig. 6 zwei Alternativen für zentrierende und bauteilausrichtende Oberflächensturkturen an jeweiligen Elementpaarungen,

Fig. 7 zwei aufeinanderzusetzende Elemente mit einer alter­ nativen, hier leistenartigen Füge- und Zentrierverbindung zwischen Profilrohr und Element, durch die das Profilrohr einer Rohrgruppe vor einer festen fluiddichten Verbindung der Elemente in Position gehalten wird,

Fig. 8 einen Schnitt ensprechend VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 einen Schnitt ensprechend IX-IX in Fig. 7.

Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Sammelbehälterwand eines Wärmetauschers weist ein im wesentlichen horizontal sich erstreckendes ringförmiges Anschlußelement 10 auf, das, wie die Ausführung nach Fig. 2 zeigt, kreisrund oder, gemäß Fig. 3, im wesentlichen rechteckig aus­ gebildet sein kann.

Das Anschlußelement 10 ist längs seiner Oberseite mit Ausnehmungen vorprofiliert, in die die Enden der Profilrohre 1 einer ersten im we­ sentlichen horitzontal sich erstreckenden Rohrgruppe eingesetzt sind. Nach dem Einsetzen der Profilrohre 1 der ersten Rohrgruppe wird ein weiteres vorprofilierte Element 5 aufgesetzt, das ebenfalls kreisrund entsprechend dem Durchmesser des Anschlußelements 10 ist.

Anschließend werden in gleicher Weise die Profilrohre 2, 2′, 3, 3′ und 4 aufgesetzt, wobei jeweils vor Aufsetzung der betreffenden Profilrohre 2, 2′, 3, 3′ bzw. 4 weiterer Rohrgruppen das jeweils zugehörige weitere vorprofilierte ringförmige Element 5, 6, 7, 8 bzw. 9 aufgesetzt wird. Ersichtlich entsteht mithin eine im wesentlichen geschlossene Sammel­ behälterwand. Die Verbindungsstellen zwischen den Profilrohren und den Elementen, die schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufein­ ander gesetzt sind, sowie zwischen den Elementen, werden in geeigneter Weise fluiddicht und statisch fest verschlossen, beispielsweise durch Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial, oder Diffusionsschweißen oder Löten.

In den Fig. 2 und 3 sind in schematischer Draufsicht halbfertige im zuvor genannten Sinne aufgebaute Sammelbehälter 21 gezeigt. Die Wand 20 des Sammelbehälters 21 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kreisrund, im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 rechteckför­ mig ausgebildet.

Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigte Sammelbehälterwand entspricht im wesentlichen der Struktur einer Wand nach Fig. 1; es sind jedoch gemäß Fig. 4 und 5 außerhalb der Profilrohranschlußbe­ reiche zusätzliche Ausnehmungen 11 vorgesehen, die Regionen angepaßter Steifigkeit und/oder thermischer Dehnungen ausbilden, wobei dennoch eine an sich geschlossene Sammelbehälter-Innenwand gegeben ist.

Die einzelnen vorprofilierten Elemente können im Querschnitt unter­ schiedlich konfiguriert sein, um günstige Fügestellen zwischen den Montageteilen zu schaffen. Wie Fig. 6 zeigt, können die Fügestellen der Elemente, z.B. 6, 7, als zentrierende oder bauteilausrichtende Oberflächenstrukturen 12, 13 vorprofiliert sein.

Die in Fig. 7 veranschaulichte Fügeverbindung an einem Profilrohr 2′ mit einem vorprofilierten Element 6 bzw. 7 sieht nasenartig über die Teilfuge 26 bzw. 26′ des Elements 6 bzw. 7 herausragende Führungs­ leisten 16 bzw. 17 vor, durch die die Profilrohre, hier z.B. 2′ einer Rohrgruppe, sicher in den vorprofilierten Ausnehmungen, z.B. des Ele­ ments 6, positioniert sind, bevor das nächstfolgende Element 7 aufge­ setzt wird. Auf diese Weise ist eine Beschädigung der Profilrohre 2′ durch Einquetschen zwischen der jeweiligen Teilfuge 26 bzw. 26′ ausge­ schlossen. Die Konturen der nasenartigen Führungsleisten 16 bzw. 17 ergeben sich aus den Querschnitten gemäß Fig. 8 und Fig. 9. Gemäß Fig. 7, unten, können die Stirnkanten 36 der nasenartigen Führungsleisten 16 ballig oder auch konisch ausgeführt sein, so daß das Profilrohr 2′ mittels einer gepaßten Schnappwirkung in die vorprofilierte Ausnehmung des Elements 6 eingesetzt werden kann.

Claims (6)

1. Wärmetauscher mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Pro­ filrohren, die endseitig an einem Rohrboden eines Sammelbehälters (21) angeschlossen sind, wobei die Wand (20) des Sammelbehälters (21)

• - aus Elementen (5 bis 10) aufgebaut ist,
  • - die zur Aufnahme der Rohrenden vorprofiliert sind,
  • - die ringförmig ausgebildet sind,
  • - die schichtartig zu einer formschlüssigen Anordnung aufeinander gesetzt sind und
  • - die mit den Profilrohrenden und untereinander fluiddicht ver­ bunden sind,
• - zusätzliche Ausnehmungen (11) außerhalb der Profilrohranschlußbe­ reiche aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ele­ mente erosiv vorprofiliert sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (6,7) in an sich bekannter Weise im Sinne zentrieren­ der oder bauteilausrichtender Oberflächenstrukturen (12, 13) vor­ profiliert sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sämtliche Teile durch Preßschweißen mit oder ohne Zusatzmaterial, fluiddicht verbunden sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sämtliche Teile durch Diffusionsschweißen oder Löten fluiddicht verbunden sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstrukturen nasenartig an Teilfugen (26) der Elemente (6, 7) herausragende Führungsleisten (16, 17) sind, mit denen die in Ausnehmungen eines vorprofilierten Elements (6), eingesetzten Profilrohre (2′) einer Rohrgruppe in Position gehalten sind.