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(11) | EP 0 218 104 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Röhrenwärmetauscher |
| (57) Der Wärmetauscher WT ist ein Glattrohrwärmetauscher, dessen dünnwandige Rohre an
beiden Stirnseiten direkt miteinander und mit dem Gehäuse gasdicht verschweißt sind.
Er ist als Modulbaukasten aufgebaut. Der Wärmetauscher WT arbeitet im Niederdruckbereich nach dem Kreuzgegenstromprinzip und wird sowohl bei Gas/ Gas- und Flüssig-Systemen eingesetzt. Beachtliche Vorteile bietet er bei zu Ablagerungen neigenden, aggressiven und schmutzhaitigen Medien. Der Wärmetauscher wird in verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt, in denen Wärmeenergie ausgetauscht oder zurückgewonnen werden soll. Das gilt in besonderem Maße für Verbrennungsprozesse, die mit großen Gasmengen und hohen Abgastemperaturen arbeiten sowie für Prozesse, in denen Lösungsmittel zirkulieren. |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Apparat zum intensiven Austausch von Wärme zwischen zwei hermetisch voneinander getrennten Medien, wobei eine große Oberfläche dadurch erreicht wird, daß eine Vielzahl dünnwandiger Rohre parallel miteinander dicht verbunden werden und zwar ohne Einsatz von Rohrböden.
[0002] Die gegenwärtig bekannten Röhrenwärmetauscher haben alle miteinander gemeinsam, daß die Rohre an ihren beiden Enden in Lochplatten eingesetzt sind, wobei das Verbinden der Rohre mit dem Boden und der Abdichtung durch Einwalzen, Einlöten, Einkleben oder Einschweißen in den Lochboden erfolgen kann.
[0003] Diese Ausführung birgt eine Reihe von Nachteilen:
- Aufwendige Herstellung von Lochböden
- Lochböden benötigen meist sehr große Wandstärken, um ein Verziehen bei der Bearbeitung und im Betrieb zu vermeiden, damit werden die Apparate sehr schwer.
- Lochabstand und damit engster Rohrabstand sind begrenzt durch die Bearbeitbarkeit beim Lochen (Bohren, Stanzen) sowie die Stabilität des Bodens
- Spaltkorrosion kann meistens, insbesondere bei preiswerten Ausführungen, nicht vermieden werden.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen möglichst leichten und preisgünstigen Röhrenwärmetauscher aus korrosionsbeständigem Material zu schaffen, bei welchem die beiden am Wärmetausch beteiligten Medien hermetisch dicht voneinander getrennt sind, und bei welchem zumindest die medienberührten Oberflächen einer Seite so glatt gestaltet sind, daß weder die so gefürchtete Spaltkorrosion auftreten kann, noch im Medium mitgeführter Schmutz in schwer zu reinigenden Hinkein anhaften kann.
[0005] Diese Forderungen müssen insbesondere bei Wärmerückgewinnanlagen der chemischen Industrie z.B. der Trocknerabluft erfüllt sein.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Rohre an ihren beiden Enden jeweils zu einem gleichseitigen Sechseck aufgeweitet werden, dessen Schlüsselweite gerade knapp größer ist, als der Rohrdurchmesser. Dadurch lassen sich diese Rohre so parallel aneinanderlegen, daß stirnseitig ein Bienenwabenmuster entsteht, wobei sich die einzelnen Rohre nur an den Stirnseiten längs gerader Linien berühren, während die zylindrischen Rohrmittelteile einen kleinen Abstand voneinander halten und so ein allseitiges Umspülen der Rohrwandung außen durch das eine Medium erlauben, während durch die Rohre innen das andere Medium strömt. Die Rohrenden sind dabei so ausgeführt, daß der Sechskant-Querschnitt über mehrere Millimeter Rohrtiefe eingehalten wird, sodaß die Rohre an diesen Sechskant Prismen flächig aneinander liegen.
[0007] Die Abdichtung zwischen den beiden Medien ist nun sehr leicht herzustellen, z.B. durch Kleben, Löten oder insbesondere Verschweißen der Rohrenden längs der Sechskantberührungsflächen.
[0008] Beim Elektroschweißen kann praktisch ohne Drahtzusatz gearbeitet werden und es können sehr dünnwandige Rohre verwendet werden.
[0009] Für den Wärmetausch zwischen zwei Gasströmen können die Rohre im Mittelteil statt eines zylindrischen auch einen elliptischen Querschnitt haben, sodaß sich für das durch das Rohr strömende Medium ein relativ zum Umfang und damit zur Austauschfläche ein sehr sehr günstiger sogenannter hydraulischer Durchmesser ergibt.und für das außen um die Rohre strömende Medium ein sehr kleiner Strömungswiderstand bezogen auf den spezifischen Volumenstrom.
[0010] Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende wichtige Vorteile erzielen :
- Aufbau eines hermetisch dichten Röhrenbündelwärmetauscher nur aus Ruhren ohne vorgelochte Endböden.
- Verwendung sehr dünnwandiger Rohre
- Sehr leichte Apparate zur Verwendung in Lufttechnischen Anlagen.
- Sehr steifer Aufbau eines Bündels
- Einfache Schweißtechnik beim Schweißen der Rohre.
- Auf der Stirnfläche und den Rohrinnenseiten sind äußerst glatte Oberflächen erzielbar
dadurch : - keine Spaltkorrosion
- geringe Verschmutzungsgefahr
- leichte Abreinigung auch während des Betriebes durch Wasser- oder Dampfstrahl
- Auf den Rohraußenseiten hat man bei elliptischem Rohrquerschnitt :
- geringe Strömungswiderstände
- wirbelarme Strömung und damit geringe Verschmutzungsanfälligkeit
- Der Sechskant-Querschnitt der Rohre erlauben ein Verdrehen der Rohre beim Zusammensetzen jeweils um 60°. D.h. bei elliptischen Rohrmittelteil können die außenliegenden Strömungskanäle beliebig gelenkt werden.
- Bei rundem Rohrmittelquerschnitt lassen sich große Röhreninnenvolumina bei kleinen Rohraußenvolumina eines Rohrbündels verifizieren; das ist wichtig bei Wärmetausch zwischen sehr unterschiedlichen Medien.