Wärmetauscher

Abstract

 Es liegt ein Wärmetauscher mit einer heißgasumströmten Kreuz-Gegenstrom-Matrix (3) vor, die aus räumlich verschachtelt ineinandergreifenden, lanzettförmigen Profilrohren (4) besteht, welche an mindestens ein Druckluftsammel (2)- oder -verteilerrohr (1) angeschlossen sind, das zumindest im Matrixanschlußbereich aus schichtartig fluiddicht aneinandergefügten Elementen besteht; dabei sollen die dem Matrixanschlußbereich zugehörige Profilrohrfußenden (10) rechteckig oder quadratisch verformt sein. Damit soll ein einfach erstellbarer Wärmetauscherboden geschaffen werden, der bei vergleichsweise hoher Festigkeit eine optimale Profilrohrfußumschließung gewährleistet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Nach dem Stand der Technik (DE-PS 2907810) werden Wärmetauscher mit zentralen Sammelbehältern oder -rohren in der Weise gefertigt, daß die lanzettförmigen Matrixprofilrohre in eine Öffnungen aufweisenden Wand des Sammelbehälters oder -rohrs gesteckt und anschließend stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, verbunden werden, so daß ein fluidischer Durchgang vom Sammelbehälter zum Inneren der Profilrohre geschaffen wird. Die Durchgangsöffnungen in der Sammelbehälterwand können, vor einem Einfädeln der Profilrohre, durch Bohren oder Erodieren ausgebildet werden, was eine aufwendige Belochungsprozedur ist. Die Einzelmontage der Profilrohre, insbesondere das Einfädeln, ist vergleichsweise umständlich, und zwar deshalb, weil zwischen Profilrohr und Durchgangsöffnung in der Wand ein enges Spiel (verschieblicher Paßsitz) vorhanden ist. Enge Toleranzen von Loch und Profilrohr müssen im Hinblick auf eine einwandfreie Lötung oder eine anderweitige Verbindung eingehalten werden.

[0003] In dem Bestreben, eine verhältnismäßig einfache, problemlose und schnelle Montage der Matrixprofilrohres am Sammel-oder Verteilerrohr erreichen zu wollen, sieht ein aus der DE-OS 32 42 842 bekanntes Wärmetauscherkonzept vor, daß an die Matrixprofilrohre im Bereich zumindest eines Profilrohrendes Klötzchen angebracht werden, die das Profilrohr ende umschließen, daß die Matrixprofilrohre im Bereich ihrer Klötzchen dicht aneinandergefügt angeordnet werden, so daß die Klötzchen eine Wand des Sammelbehälters oder -rohres ausbilden, und daß die Verbindungsstellen der Klötzchen fluiddicht abgeschlossen werden.

[0004] Insbesondere sollen in diesem bekannten Fall die Klötzchen durch Metallsintern auf die Profilrohrenden aufgebracht werden, wobei pulverförmiges Sintergut in einer der gewünschten Kontur des Klötzchens weitgehend angenäherten Form um das jeweilige anschlußseitige Profilrohrende angeordnet und gasdicht gesintert wird. Dabei können ferner die äußeren Kontaktflächen der Klötzchen vor einer Anordnung der Matrixprofilrohre maßgenau bearbeitet werden. Als Bearbeitungsverfahren können hierbei ferner Kaltschmieden, Prägen oder Profilschleifen in Frage kommen.

[0005] Ferner können im vorliegenden bekannten Fall die Profilrohrfußgeometrien im wesentlichen rhombisch oder sechseckig bzw. wabenförmig ausgebildet sein.

[0006] Der vorliegende bekannte Fall erzwingt eine vergleichsweise komplizierte und hochpräzise Profilrohrfußherstellung. Ferner muß der gesamte Matrixanschlußbereich (Wärmetauscherboden) in ebenfalls verhältnismäßig komplizierter Weise aus einer verhältnismäßig großen Anzahl extrem genau aneinander angepaßter Klötzchen zusammengesetzt werden. Eine solcher Art aus Kleinstteilchen zusammengefügte Wärmetauscherboden- oder Behälterstruktur zeitigt Nachteile bezüglich der geforderten Behälter- bzw. Bodenstrukturfestigkeit.

[0007] Bei einem anderen, aus der DE-OS 33 10 061 bekannten Wärmetauscherkonzept sollen die Matrixprofilrohre mit ihren einen länglich ovalen Profilquerschnitt enthaltenen Enden zwischen schichtweise aneinandergereiht gefügten, gegebenen falls ringförmigen Behälterwandelementen fluiddicht fest eingebunden werden; mit anderen Worten weisen dabei die Wandelemente im Bereich deren gegenseitiger Fügeflächen jeweils halbelliptisch vorgeformte gegenseitige Aussparungen für die länglich ovalen Matrixprofilrohrenden auf. Auch dieses bekannte Konzept verlangt ein extrem genaues Bearbeiten der betreffenden Wandelemente; trotz genauester Bearbeitung sind gegenseitige Form- und Fertigungstoleranzunterschiede praktisch kaum zu überbrücken, und zwar insbesondere in den Bereichen der anschlußseitig vorderen und hinteren Profilenden; es können sich also örtlich unterschiedliche Profilrohrendquetschungen ergeben, z. B. beim schichtwe isen Fügen von Wandelementen und Profilrohren, worunter wiederum das stoffschlüssige Verbinden, beispielsweise durch Löten, zwischen Profilrohrenden und Wandelementen beeinträchtigt werden kann (örtliche Lotverlagerungen, keine feste homogene Verlötung). Auch sind im bekannten Fall Kerbwirkungsbeeinträchtigungen im Hinblick auf die mit verhältnismäßig schlanken spitzen Enden in den Wandelementen sitzenden Profilrohre nicht auszuschließen.

[0008] Ferner bilden sich im bekannten Fall Matrixprofilrohrfelder und damit entsprechend zugeordnete Felder der ovalen oder elliptischen Ausnehmungen zwischen den Wandelementen aus; dies in dem Sinne, daß die betreffenden Matrixprofilrohre im wesentlichen unter gleichmäßigen gegenseitigen Abständen im Rahmen einer möglichst optimalen Heißgasumströmung sowie unter Gewährleistung der erforderlichen Heißgasversperrung räumlich verschachtelt ineinandergreifen. Unter Erfüllung dieser Bedingung (optimal vom Heißgas durchströmte Kompaktmatrix) führen die länglich ovalen Profilquerschnitte und damit die zugehörigen Öffnungen im Sammelrohr bzw. Wärmetauscherboden, und zwar in Schichtrichtung aufeinanderfolgend, zu einer festigkeitsmäßigen Schwächung des Sammel- oder Verteilerrohres im Matrixanschlußbereich; dies gilt sinngemäß auch für das eingangs schon erwähnte, aus der DE-PS 29 07 810 bekannte Wärmetauscherkonzept.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu bekannten vorgetragenen Nachteile zu beseitigen; aufgabengemäß soll ein mit verhältnismäßig geringem Aufwand erstellbarer Sammel-oder Verteilerrohrboden geschaffen werden, der bei zugleich optimaler Festigkeit einwandfreie Voraussetzungen für eine fluiddicht fest gefügte Matrixprofilverbindung schafft.

[0010] Bei einem Wärmetauscher nach der eingangs genannten Art ist die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

[0011] Erfindungsgemäß können die jeweiligen Profilrohre der Matrix vor dem Einsetzen oder Einfügen in die betreffende Bodenstrukter eines Verteiler- oder Sammelrohres fußseitig in eine quadratische oder rechteckige Form umgeformt werden; dies kann z. B. rationell auf Rundhämmermaschinen erfolgen, wobei je nach dem Grad der Umformung Innendorne verwendet werden können. Als Folge der rechteckigen oder quadratischen Formgebung der Profilrohrfußenden lassen sich die Bauteile bei der Montage miteinander "verzahnen" und in einer vorgegebenen Lage fixieren; es können dabei rechteckige oder quadratische Taschen in dem betreffenden Sammelrohr oder Verteilerrohr bzw. den Wärmetauscherboden ausbildenden Wandelementen vorgesehen sein, um die betreffenden Profilrohrfußenden darin formschlüssig und fest zu integrieren. Als Folge der geradlinigen glatten Seitenwandungen der Profilrohrfußenden - also geradlinig glattwandig dem betreffenden Schichtverlauf folgend - können einseitig offene Taschen leicht formschlüssig bündig durch streifenförmige, ebenfalls geradlinig verlaufende Verbindungselemente abgedeckt werden.

[0012] Alternativ besteht erfindungsgemäß z. B. die Möglichkeit, überhaupt keine Einzeltaschen oder -ausnehmungen für die Profilrohfußenden vorsehen zu müssen; hierzu können die Bodenstrukturen bzw. Sammel- oder Verteilerrohre im Matrixanschlußbereich mit Umfangsschlitzen versehen werden, in welche die Profilrohrfußenden übereinandergereiht von außen eingeschoben werden können, z. B. einzeln, der Reihe nach, hintereinander.

[0013] Die Erfindung schafft ferner wesentliche Gestaltungsvorteile hinsichtlich des sogenannten "modularen" Baukonzepts, indem sich auf vergleichsweise einfache Weise vormontierte Einzelbaugruppen erstellen lassen (Elemente, Verbindungselemente, Profilrohrfußenden nebst Rohrprofilen), die mit gleichrangig erstellten und vormontierten Baugruppen zu einer Rohr- oder Bodenstruktur zusammengefügt werden können.

[0014] Einzelmodule können z. B. gemäß der Erfindung auch leicht durch entlang deren schmaler Stirnseiten vormontierte oder stoffschlüssig, z. B. durch Löten gefügte Profilrohrfußenden nebst zugehörigen Matrixprofilrohrsträngen erzeilt werden, die dann fußseitig in die entsprechend bereitgestellten und angepaßten Schlitze des Rohres oder Bodens einfügbar bzw. stoffschlüssig darin fest einbindbar wären.

[0015] Bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Patentansprüche 2 bis 16 verwiesen.

[0016] Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die schematische und perspektivische Darstellung eines Profilrohrwärmetauschers,

Fig. 2 ein in Blickrichtung B der Fig. 1 gesehenen Teilausschnitt aus einem Matrixprofilrohrfeld,

Fig. 3 ein Matrixprofilrohr mit einem rechteckig verformten Profilrohrfußende, von der Fußinnenseite aus gesehen,

Fig. 4 die äußere Ansicht einer Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion mit rechteckigen Profilrohrfußenden zwischen schichtweise aneinandergefügten Elementen,

Fig. 5 eine perspektivisch dargestellte obere Matrixprofilrohransicht, in der die im wesentlichen konzentrische Profilrohrfußverdrehung gegenüber dem zugehörigen Matrixprofilrohrstrang verdeutlicht ist,

Fig. 6 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel-oder Verteilerrohrbodensektion für die kombinierte Anwendung der Matrixprofilrohrkonfiguration nach Fig. 5,

Fig. 7 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel-oder Verteilerrohrbodensektion für die kombinierte Anwendung der Matrixprofilrohrkonfiguration nach Fig. 5,

Fig. 8 eine beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 ausgewählte Sammel- oder Verteilerrohrboden-Querschnittssektion unter Einschluß einer ersten gegenseitigen Elementausbildungs-und Befestigungsweise,

Fig. 9 eine beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 ausgewählte Sammel- oder Verteilerrohrboden-Querschnittssektion unter Einschluß einer zweiten, die Ausführung nach Fig. 8 weiter ausgetaltenden gegenseitigen Elementausbildungs-und Befestigungsweise,

Fig. 10 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel-oder Verteilerrohrbodensektion für die kombinierte Anwendung der Matrixprofilrohrkonfiguration nach Fig. 5,

Fig. 11 eine von der Fußinnenseite aus gesehene Ansicht des Profilrohrfußendes in konzentrisch abgewinkelter Verdrehstellung zum übrigen Matrixprofilrohrstrang, hier jedoch - in Abweichung von Fig. 5 - eine schlankere und längere rechteckige Profilrohrfußgeometrie verdeutlichend,

Fig. 12 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel-oder Verteilerrohrbodensektion für die kombinierte Anwendung der Matrixprofilrohrkonfiguration nach Fig. 11 und

Fig. 13 die äußere Ansicht einer weiteren Sammel-oder Verteilerrohrbodensektion für die kombinierte Anwendung der Matrixprofilrohrkonfiguration nach Fig. 11.

[0017] Die Erfindung geht von einem Wärmetauscher nach Fig. 1 aus, der aus zwei im wesentlichen parallel nebeneinander angeordneten Druckluftführungen 1, 2 besteht, die hier z. B. als separate Verteiler- bzw. Sammelrohre ausgebildet sind. Gemäß abgedunkelter Kontur sind die Druckluftführun gen 1, 2 am jeweils hinteren Ende verschlossen ausgebildet. Die seitlich von beiden Druckluftführungen 1, 2 quer gegen die Heißgasströmung H U-förmig auskragende Profilrohrmatrix 3 besteht aus zunächst geraden, parallel zueinander veralufenden Profilrohrsträngen 4, 5, die in eine gemeinsame bogenförmige Profilrohrumlenksektion 6 übergehen. Im Betrieb wird aufzuheizende Durckluft in die obere Druckluftführung 1 eingespeist (D₁), durchströmt dann die geraden Profilrohrstränge 4 (D₂), worauf sie über die Umlenksektion 6 umgelenkt wird (D₃), sodann in umgekehrter Strömungsrichtung die geraden Profilrohrstränge 5 durchströmt (D₄), aus denen sie über die untere Druckluftführung 2 im aufgeheizten Zustand abströmt (D₅), um einem geeigneten Verbraucher, z. B. der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, zugeführt zu werden.

[0018] Abweichend von Fig. 1 wäre die Erfindung auch bei einem Wärmetauscher praktikabel, bei dem die zuvor genannten Druckluftführungen in ein gemeinsames Sammelrohr oder Verteilerrohr integriert sind, von dem die Matrix beidseitig U-förmig auskragt.

[0019] Fig. 2 verkörpert die herkömmliche Anordnung eines hier stark vergrößert aufgezeichneten Profilrohrfeldes, z. B. als Ausschnitt aus den geradschenkeligen Profilrohrsträngen 4 nach Fig. 1. Es sind beispielsweise in Fig. 2 die jeweiligen Matrixprofilrohre von drei in Rohrführungslängsrichtung sich erstreckenden Profilrohrreihen - der Reihe nach, von oben nach unten - mit 4₁, 4₂ und 4₃ bezeichnet. In Rohrführungslängs- und querrichtung sind die Matrixprofilrohre 4₁, 4₂, 4₃ in gleichmäßig Abständen zueinander angeordnet; aus Fig. 2 ist ferner zu erkennen, daß die Matrixprofilrohre, z. B. 4₂, mit ihren jeweils heißgasan-und -abströmseitigen Enden in die jeweils endseitig quer belassenen Zwischenräume benachbarter übriger Profilrohre, z. B. 4₁, 4₃ eingreifen. Auf diese Weise entsteht das für Wärmetauscher im Sinne der Fig. 1 charackteristische, hochkompakte Feld von Matrixrohrprofilen. Die Anordnung des Profilrohrfeldes nach Fig. 2 ließe sich z. B. auch durch jeweils unter gleichen Neigungswinkeln α gegenüber den betreffenden großen Achsen A (bzw. Profilrohrlängsmittenebenen) der Profilrohre angestellte Schrägebenen M defnieren, welche durch jeweils mit M1, M2 und M3 bezeichnete Profilmitten hindurchgeführt ist. Bezüglich ihrer jeweils großen Achsen A sind die Profilrohre 4₁, 4₂ und 4₃ in Fig. 2 unter einem rechten Winkel R gegenüber einer Sammel-oder Verteilerrohrquermittelebene E angestellt, wobei sich der Anstellwinkel β der Schrägebenen M zur Ebene E aus der Winkeldifferenz R-α errechnet.

[0020] Wie aus Fig. 2 ferner erkennbar, weisen die Matrixprofilrohre 4₁, 4₂ und 4₃ einen länglich ovalen, aerodynamisch optimierten Profilquerschnitt auf, wobei jedes Profilrohr zwei durch einen mittleren Quersteg 7 voneinander getrennte, die Druckluft, z. B. D₂ (Fig. 1) führende Innenkanäle 8, 9 aufweist.

[0021] Gemäß Fig. 3 und 4 kann jedes Profilrohr, z. B. 4₁, mit einem hier rechteckigen profilsymmetrisch zugeordneten Profilrohrfußende 10 ausgestattet sein; das betreffende Profilrohrfußende 10 weist dabei mit anderen Worten eine in der Ebene der großen Achse A (Fig. 2) liegende Fußlängsmittelebene L auf.

[0022] Mit Rücksicht auf die in Fig. 2 angegebene Profilausbildung und -geometrie verkörperte Fig. 4 eine vorteilhafte Erfindungsvariante, bei der jeweils zwei den Matrixanschlußbereich ausbildende Elemente 11, 12 eines Sammel- oder Verteilerrohres 1 bzw. 2 (Fig. 1) zwischen den jeweils gegenseitigen, sich hier profilrohrfußmittig erstreckenden Verbindungs- und Fügeflächen 13, 14 Ausnehmungen 15 einschließen, die eine zur Aufnahme und Umschließung des betreffenden Fußendes 10 angepaßte rechteckige Form aufweisen.

[0023] Aus Fig. 3 und 4 ist ferner erkennbar, daß der im Betrieb heißgasumströmte (H - Fig. 3) Abschnitt des Profilrohres, z. B. 4₁, das zugehörige Profilrohrfußende 10 mit der anund abströmseitigen Profilendkante überkragt; Fußende 10 und zugehöriges Profilrohr, z. B. 4₁, bilden dabei eine jeweils fluidisch kommunizierende, in sich geschlossene Baueinheit aus, wobei die Profilüberlänge in Fig. 3 und 4 durch gestrichelte Konturen verdeutlicht ist. Gemäß Fig. 3 oder 4 können also verhältnismäßig große Fuß- oder Ausnehmungsabstände entlang der gemeinsamen Fügeflächen 13, 14 eingehalten werden bei einer Profilausbildung und -anordnung im Sinne der Fig. 2.

[0024] Die Fig. 5 und 6 verkörpern eine Erfindungsvariante, bei der das jeweilige Profilrohrfußende 10 unter einem jeweils gleichen Neigungswinkel α gegenüber dem im Betrieb heißgasumströmten zugehörigen Profilrohrabschnitt 4₁ konzentrisch verdreht verformt ist. Gemäß Fig. 5 kann diese Verdrehverformung derart sein, daß die jeweilige große Achse A bzw. die Profilrohrlängsmittelebene das zugehörige Fußende 10 diagonal schn eidet. In Fig. 6 erstrecken sich also die jeweiligen Profilrohrfußenden 10 längsmittig in den in Fig. 2 schon näher definierten schrägen Teilungsbenen M, während die relativ dazu um den jeweiligen Neigungswinkel α (siehe auch Fig. 5) verdreht verformten zugehörigen Profilrohre, z. B. 4₁, mit ihrer großen Achse A unter einem rechten Winkel R (Fig. 2) zur Sammel- oder Verteilerrohrquermittelebene E angestellt sind. Gemäß Fig. 6 verlaufen also auch die gegenseitigen Fügeflächen, z. B. 17, 18 der Elemente 19, 20 in den schrägen Teilungsschema M. Beim Vergleich mit Fig. 4 ergibt sich, daß in Fig. 6 die Anzahl erforderlicher, gegebenenfalls ringförmiger Elemente 19, 20 halb so groß ist, so jedes Element 19 bzw. 20 vergleichsweise fest und stabil ist, was sich wiederum günstig auf die gesamte Festigkeitsstruktur des Sammel- oder Verteilerrohrbodens auswirkt. In gleichem Maße nimmt die Anzahl erforderlicher Trennfugen bzw. gegenseitiger Fügeflächen ab.

[0025] Es ermöglicht die Ausführung nach Fig. 5, ein Sammel- oder Verteilerrohr auf verschiedene Weise in eine Anzahl in zur Teilungsebene M parallelen Schnitten in z. B. ringförmige Elemente aufzuteilen. Eine weitere Variante der Erfindung ergibt sich heirzu aus Fig. 7.

[0026] Hierbei sind jeweils zwei Elemente 21, 22 so ausgebildet, daß sie entlang der in den schrägen Teilungsebenen M liegenden gegenseitigen Fügeflächen - innen - mit den entsprechenden quadratischen Ausnehmungen die rechteckigen Profilrohrfußenden 10 dicht zangenartig umschließen; entlang der parallel zu den Teilungsebenen M verlaufenden äußeren Fügeflächen, z. B. 23, 24 sind die Elemente 21, 22 glattwandig. Vorteilhafterweise können dabei zwei Elemente 21, 22 jeweils eigenständige, für sich mit den zugehörigen Fußenden 10 und den zugehörigen umströmten Profilrohren, z. B. 4₁ - Fig. 5 -, ausrüstbare Montageeinheiten ausbilden. Es ergeben sich in Fig. 7 gegenüber Fig. 6 zwar zusätzliche Elementaufteilungen, jedoch sind in Fig. 7, gegenüber Fig. 3 und 6, ununterbrochene äußere Fügeflächen, z. B. 23, 24 vorgesehen, was wiederum dem Fertigungsvorgang zugute kommt.

[0027] Beispielsweise im Hinblick auf Fig. 7 wäre es z. B. möglich, zwei ringförmige Elemente 21, 22 und die darin eingeschlossenen Profilrohrfußenden 10 nebst zugehörigen um strömten Profilsektionen 4₁, 4₂, 4₃ (Fig. 2) von den Flanken her unter Druck zu setzen und bei gleichzeitiger Wärmezufuhr (z. B. durch eine elektrische Widerstandserhitzung) eine stoffschlüssige Verbindung zu erzeugen.

[0028] Die dazu erforderlichen Arbeitsschritte der Teilezuordnung, -zusammenführung und -fügung sowie die anschließende Qualitätskontrolle können weitestgehend automatisiert erfolgten; es entsteht so als Zwischenprodukt ein Element, aus dem sich durch Hinzufügen der benötigten Anzahl gleicher Elemente der komplette Wärmetauscherboden bzw. Wärmetauscher zusammensetzen läßt, wobei die Fugen der komplett vormontierten Baugruppen auf planaren Flächen liegen und ihre Ränder einfache Formen, z. B. Kreise oder Ellipsen darstellen. Das stoffschlüssige Fügen der Elemente kann flächig, z. B. durch Löten oder - längs der gegeseitigen Elementränder - durch Laser- oder EB-Schweißen erfolgen.

[0029] Hierfür kann es u. a. gemäß Fig. 8 vorteilhaft sein, wenn lippenartige Vorsprünge 25, 26 der Elemente die gegenseitigen Fügeflächen bereitstellen, und zwar vorzugsweise im fußseitigen Bereich dieser Elemente; oberhalb der lippenartigen Vorsprünge 25, 26 können nach oben offene Fugen 27 zwischen den Elemente 21, 22 verbleiben. Entlang der lippenartigen Vorsprünge 25, 26 kann dann die Schweißung erfolgen; die Vorsprünge 25, 26 können für eventuelle Reparaturzwecke später abgearbeitet werden, um den Verband an dieser Stelle wieder lösen zu können.

[0030] Fig. 9 zeigt eine Abwandlung von Fig. 8 dergestalt, daß jeweils zwei benachbarte Elemente 21, 22 mittels sammel-oder verteilerrohrinnenseitig einander untergreifender Stege 28 aneinandergefügt und zentriert sind.

[0031] Eine weit ere Ausführungsform der Erfindung (Fig. 10) ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Element 29 entlang beidendseitiger Fügeflächen 30, 31 mit nach außen offenen, rechteckigen Ausnehmungen 32 für die betreffenden Profilrohrfußenden 10 ausgebildet ist, deren jeweils eine offene Fußendseite von leistenförmigen Verbindungselementen 33, 34 entlang der beidendseitigen Fügeflächen abgedeckt ist, wobei das Element 29 die Verbindungselemente 33, 34 sowie die Fußenden 10 nebst zugehörigen Profilrohrabschnitten jeweils eine eigenständige Montageeinheit ausbilden können.

[0032] Jede Montageeinheit kann dann mit einer relevanten Montageeinheit flächenhomogen stoffschlüssig gefügt werden. Für die gegenseitige Verbindung der jeweils fertig vormontierten Montageeinheiten wie auch für die Einzelbauteilverbindung jeder eigenständigen Montageeinheit kann ein geeignetes Löt-, Schweiß- oder Diffusionsverbindungsverfahren gewählt werden. Die in Fig. 10 mit Z gekennzeichneten Zwischenräume können durch Zusatzmaterial beim Löten oder z. B. durch einseitiges Dichtschweißen verschlossen werden.

[0033] Unter Zugrundelegung einer unveränderten Matrixprofilrohrform und -größe weicht Fig. 11 hauptsächlich von Fig. 5 dadurch ab, daß das betreffende Profilrohrfußende 10 schmaler und länger ausgebildet ist; ansonsten gelten die gleichen geometrischen Gesichtspunkte und Nomenklaturen wie in Fig. 5. Im Hinblick auf eine Sammel- oder Verteilerrohrbodensektion nach Fig. 12 ergibt sich, daß die sich jeweils längsmittig in den schrägen Teilungsebenen M erstreckenden Profilrohrfußenden 10 jeweils eine Baulänge L ausweisen, die dem gegenseitigen Profilmittenabstand Ma in den betreffenden Teilungsebenen M entspricht. Gemäß Fig. 12 ergibt sich eine Anordnung, bei der der Matrixanschlußbereich des Sammel- oder Verteilerrohres in wechselnder Folge aus mit ihren schmalen Endseiten unmittelbar hintereinander aufge reihten rechteckigen Profilrohrfußenden 10ʹ und deren jeweilige Längsseiten abdeckenden, leistenförmigen Elemente 35, 36 besteht; die Elemente 35, 36 bilden untereinander sowie in bezug auf die angrenzenden Längsseiten der Profilrohrfußenden 10ʹ glattwandige Fügeflächen aus, die sich wiederum parallel zu den schrägen Teilungsebenen M erstrecken.

[0034] Gemäß Fig. 12 können ferner jeweils zwei Elemente 35, 36 nebst darin verankerten Profilrohrfußenden 10ʹ nebst zugehöriger Rohrprofile, z. B. 4₁ - Fig. 11, eigenständige vormontierte Baueinheiten ausbilden, die in zuvor schon geschilderter Weise mit relevanten Baueinheiten baukastenartig zusammengefügt bzw. stoffschlüssig zu verbinden wären.

[0035] Fig. 13 ist eine gegenüber Fig. 12 abgewandelte Sammel-oder Verteilerrohrbodenvariante, bei der die Elemente 37, 38 feste Bestandteile des Sammel- oder Verteilerrohrs sind und unter Belassung gegenseitiger Parallelausnehmungen oder Schlitze 39 für die Aufnahme und spätere feste und fluiddichte Teilumschließung der mit ihren schmalen Endflächen übereinander gestapelten Profilrohrfußenden 10ʹ nebst Profilen, z. B. 4₁ - Fig. 11, ausgebildet sind. Auch in Fig. 13 erstrecken sich die Profilrohrfußenden 10ʹ längsmittig in den schrägen Teilungsebenen M, wobei die an die Längsseiten der Profilrohrfußenden 10ʹ angrenzenden End-oder Fügeflächen wiederum parallel zu den Teilungsebenen M verlaufen. Die Profilrohrfußenden 10ʹ nebst Profilen 4 können einzeln in die Schlitze 39 eingeschloben und nach Erreichen der Betriebsendstellung stoffschlüssig, z. B. durch Lötung, fluiddicht in die Schlitze 38 eingebunden werden.

[0036] Besonders vorteilhaft ist es, die Profilrohrbügel nebst Fußenden einer Montageeinheit bereits in einer Vorrichtung zusammen zu positionieren und die sich berührenden Schmalseiten der rechteckigen Profilrohrfußenden miteinander stoffschlüssig zu verbinden, z. B. durch Schweißen oder Löten. Die derart entstandenen Profilrohrgruppen können noch einer Kalibrierung unterworfen werden, bei der die gemeinsame Breite der Fußprofile der Schlitzbreite des Zentralrohres exakt angepaßt wird (Pressen, Schleifen oder ähnliches). Diese Profilrohrbaugruppen werden anschließend mit ihrem Fußverband in die Schlitze 39 des Zentralrohres eingeführt und durch stoffschlüssige Verfahren (Löten, Schweißen) fest und dicht mit dem Zentralrohrboden verbunden. Die einzelnen Arbeitsschritte dieser Montagefolge sind automatisierbar und somit für rationelle Massenproduktion geeignet.

[0037] Die Montage der Profilrohrendquerschnitte im Zentralrohrboden wird erleichtert durch die Tatsache, daß die kammartigen Stege des geschlitzten Feldes im Zentralrohrboden - insbesondere im Zenith - in Querrichtung elastisch etwas verschoben werden können.

[0038] Als weitere Montagehilfe kann eine Schwingungserregung von Zentrahlrohr sowie Profilrohrbaugruppe benutzt werden. Die Stellungsstreuung eines Montageroboters kann dabei überspielt werden durch die kinetische Lageunschärfte der zu paarenden Flanken. Die Schwingungserregung mindert außerdem die Reibungsreaktionen beim Ineinanderschieben der Bauteile.

[0039] Außerdem kann es vorteilhaft sein, die einzupassenden Endquerschnitte der Profilrohre bei Bedarf etwas zu bombieren, um das Einführung bei der Montage zu erleichtern. Dieser Bereich der durch das Bombieren verengten Querschnitte sollte nach Fertigstellung des Wärmetauschers allerdings wieder entfernt werden. Um die entsprechend betroffene Länge sollte das Rohrende deshalb tiefer in den Rohrboden eingesenkt werden. Dieser Bereich ragt sodann frei in den Innenraum des Zentralrohres bzw. Sammel- oder Verteilerrohres hinein und kann später abgearbeitet werden. Die die Zentralrohre bzw. Sammel-oder Verteilerrohre bildenden Elemente können über ihren Umfang geschlossene Ringe sein aber auch Ringabschnitte, nach deren Zusammenfügen mit der Profilrohrmatrix ein schalenartiger Teilbereich des Rohrmantels entsteht. Diese Mantelschalen werden später durch Längsnähte miteinander verbunden (z. B. durch Schweißen), um so das geschlossene Rohr zu erzeugen. Eine solche Vorgehensweise erlaubt eine einfache Prüfung und evtl. Nacharbeit der Fügungen zwischen den Profilrohren und den Mantelabschnitten des Sammel- oder Verteilerrohres.

[0040] Die Erfindung läßt sich auch bei einer schräg vom Heißgas durchströmten Profilrohrmatrix vorteilhaft einsetzen; dies würde z. B. bedeuten, daß bei einer im wesentlichen konzentrischen Winkelverdrehung α gemäß Fig. 11 die Profilrohrfußenden 10ʹ jeweils längsmittig in Ebenen angeordnet werden könnten, die beispielsweise unter einem rechten Winkel zur Profilrohrlängsmittelebene E angestellt sind: die umströmten Profilabschnitte, z. B. 4₁, könnten dann mit ihren jeweils großen Achsen A in Ebenen liegen, deren Neigungswinkel zur Profilrohrlängsmittelebene E aus dem gegenseitigen Neigungsverdrehwinkel α resultiert.

Ansprüche

1. Wärmetauscher mit einer heißgasumströmten Kreuz-Gegenstrom-Matrix, die aus räumlich verschachtelt ineinandergreifenden, lanzettförmigen Profilrohren besteht, welche an mindestens ein Durckluftsammel- oder -verteilerrohr angeschlossen sind, das zumindest im Matrixanschlußbereich aus schichtartig gluiddicht aneinandergefügten Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Matrixanschlußbereich zugehöroge Profilrohrfußenden (10, 10ʹ) rechteckig oder quadratisch verformt sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heißgasumströmte Abschnitt jedes Profilrohrs (4₁, 4₂, 4₃) das zugehörige Profilrohrfußende (10) im wesentlichen mit einer an- und abströmseitigen Profilendkante überkragt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Profilrohrreihen mit gleichmäßigen gegenseitigen Abständen unter jeweils gleichem Profilneigungswinkel (R) zur betreffenden Sammel- oder Verteilerrohr-Quermittelebene (E) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Profilrohrfußenden (10) nebst zugehörigen heißgasumströmten Profilrohrabschnitten (4₁) jeweils eine gemeinsame Profilrohrlän gsmittelebene zugeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Profilrohrreihen mit gleichmäßigen gegenseitigen Abständen unter jeweils gleichem Profilneigungswinkel (R) zur betreffenden Sammel- oder Verteilerrohr-Quermittelebene (E) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrfußenden (10) unter einem geweils gleichen Neigungswinkel (α) gegenüber den zugehörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4₁) konzentrisch verdreht verformt sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrfußenden (10) gegenüber den zugehörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4₁) so verdreht verformt sind, daß die jeweilige Profilrohrlängsmittelebene bzw. große Achse (A) des umströmten Profilrohrabschnitts das zugehörige Fußende im wesentlichen diagonal schneidet.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) zwischen den jeweiligen Profilrohrfußenden (10) und zugehörigen umströmten Profilrohrabschnitten (4₁) zugleich die voneinander abweichenden Anstellwinkel (β, R) der Fußenden und der umströmten Profilrohrabschnitte sowie den Anstellwinkel (β) der gegenseitigen Elementfügeflächenebenen zur Sammel- oder Verteilerrohr-Quermittelebene (E) definiert.

7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Matrixanschlußbereich ausbildenden Elemente (11, 12) eines Sammel- oder Verteilerrohres zwischen den gegenseitigen Verbindungs- und Fügeflächen (13, 14) den Profilrohrfußenden (10) gemäß vorgeformte Ausnehmungen (15) ausbilden.

8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elemente (21, 22) entlang der inneren gegenseitigen Fügeflächen zur Aufnahme der Profilrohrfußenden (10) vorprofiliert, hingegen entlang der äußeren End- bzw. Fügeflächen (23, 24) glattwandig sind.

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den äußeren Endflächen zweier benachbarter Elemente (21, 22) nach oben offene Fugen (27) ausgebildet sind, wobei lippenartige Vorsprünge (25, 26) der Elemente die Fügeflächen bereitstellen.

10. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Elemente (21, 22) mittels sammel- oder verteilerrohrinnenseitig einander untergreifender Stege (28) aneinandergefügt und zentriert sind.

11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 sowie 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Element (29) entlang beidendseitiger Fügeflächen (30, 31) mit nach außen offenen rechteckigen oder quadratischen Ausnehmungen (32) für die betreffenden Profilrohrfußenden (10) ausgebildet ist, deren jeweils eine offene Fußendseite von leistenförmigen Verbindungselementen (33, 34) entlang der beidendseitigen Fügeflächen (30, 31) abgedeckt ist, wobei das Element (29), die Verbindungselemente (33, 34) sowie die Fußenden (19) nebst zugehörigen Profilrohrabschnitten (4₁, 4₂, 4₃) jeweils eine eigenständige Montageeinheit ausbilden.

12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixanschlußbereich in wechselnder Folge aus mit ihren schmalen Endseiten unmittelbar hintereinander aufgereihten rechteckigen Profilrohrfußenden (10ʹ) und deren jeweils eine Längsseite abdeckenden, beidendseitig glattwandige Fügeflächen ausbildenden Elementen (35, 36) besteht.

13. Wärmtauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrfußenden (10ʹ) längsmittig in einer parallel zu den glattwandigen Fügeflächen verlaufenden Profilteilungsebene (M) angeordnet sind, deren Anstellwinkel (β) zur Sammel- oder Verteilerrohr-Quermittelebene (E) durch den Neigungsverdrehwinkel (α) des jeweiligen Fußprofilendes (10ʹ) gegenüber den jeweils zugehörigen umströmten P rofilrohrschnitt (4₁) definiert ist.

14. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 sowie 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elemente (21, 22 bzw. 35, 36) nebst darin verankerten Profilrohrfußelementen (10, 10ʹ) einschließlich der zugehörigen umströmten Profilrohrabschnitte eine eingenständige Montageeinheit ausbilden.

15. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (37, 38) feste Bestandteile des Sammel- oder Verteilerrohrs und unter Belassung gegenseitiger Schlitze (39) für die fußseitige Aufnahme einzelner oder gegebenenfalls vorverbundener Profilrohrreihen (4₁, 4₂, 4₃) zueinander beabstandet angeordnet sind.

16. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Baulänge (L) der Profilrohrfußenden (10ʹ) dem in der jeweiligen Teilungsebene (M) ausgebildeten Profilmittenabstand (Ma) entspricht.

Zeichnung