[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Derartige Wärmetauscher, die besonders für hohe Gastemperaturen und hohe thermische,
zyklische Belastungen geeignet sind, werden bisher dadurch hergestellt, daß die einzelnen
Bauteile, d. h. die Profilrohre und Sammmelrohrabschnitte mittels Löten oder Schweißen
fest miteinander verbunden werden. Dabei sind Lösungen bekannt, bei denen die Sammelrohre
aus zwei zusammengefügten Halbschalen bestehen. Alternativ können sie Sammelrohre
auch aus einzelnen kürzeren Rohrabschnitten bestehen, die hintereinander angeordnet
miteinander verlötet werden.
[0003] Die feste Verbindung der Bauteile mittels Löten oder Schweißen wurde bisher als erforderlich
angesehen, um zu verhindern, daß im Betrieb Leckströme zwischen den wärmetauschenden
Medien auftreten. Dies ist vor allem wegen der erheblichen Thermobeanspruchungen,
insbesondere bei instationärem Betrieb oder wegen äußerer oder durch den Gasstrom
hervorgerufenen Schwingungen problematisch.
[0004] Nachteilig bei den beschriebenen Ausführungen wirkt sich aus, daß bei Undichtheiten,
die entweder durch fehlerhafte Herstellung oder durch Werkstoffermüdung auftreten
können, vielfach eine aufwendige Reparatur oder sogar ein Austausch des gesamten Wärmetauschers
erforderlich ist.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art derart
zu verbessern, daß bei auftretenden Leckstellen eine einfache und somit kostengünstige
Reparatur möglich ist.
[0006] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichenden Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0007] Durch die Ausbildung der Sammelrohre als einer Anzahl hintereinander angeordneter
und lösbar miteinander verspannter Sammelrohrabschnitte ist es möglich, im Fall einer
Leckstelle im Wärmetauscher diesen zu demontieren und das fehlerhafte Element zu ersetzen.
Dadurch ist eine erheblich wirtschaftlichere Herstellung und Wartung des Wärmetauschers
möglich. Es ergeben sich durch die erfindungsgemäße Lösung technische Vereinfachungen
und somit Kostenreduzierungen bei Neufertigung, sowie bei der Reparatur von bereits
in Betrieb gewesenen Wärmetauschern, bei denen einwandfreie Elemente wiederverwendet
werden können.
[0008] Auch ist die Inspektion einzelner Wärmetauscherelemente wesentlich einfacher, als
die Inspektion eines kompletten Wärmetauschers. Dadurch das die Zugstäbe im Inneren
der Sammelrohre angeordnet sind, wird sichergestellt, daß gegenüber herkömmlichen
Ausführungen unveränderte Einbaumaße erzielbar sind. Weiterhin wird hierdurch verhindert,
daß durch Thermodehnungen aufgrund des außen befindlichen Heißgasstromes eine Verminderung
der Spannkraft auftritt.
[0009] In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung besitzen die Zugstäbe eine der Sammelrohrkrümmung
angepaßte ringabschnittartige Querschnittsform und liegen an den Innenwänden der
Sammelrohre an. Hierdurch ist eine symmetrische Vorspannung des Sammelrohres erreichbar,
wobei die Zugstäbe etwa die Temperatur der Sammelrohrinnenwand annehmen und somit
Thermospannungen niedrig bleiben. Weiterhin werden Strömungsverluste durch im Rohrinneren
angeordnete Bauteile verhindert. Es können dabei zwei oder auch mehrere Zugstäbe am
inneren Umfang des Sammelrohres verteilt sein.
[0010] In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind die Zugstäbe gegenüber dem Innenraum
der Sammelrohre isoliert. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß Schirmbleche und/oder
auf dem Zuganker angebrachte Isolierschichten vorzusehen sind. Dadurch wird der erwünschte
Effekt gleicher Temperatur von Sammelrohr und Zugstäben weiter unterstützt. Eine weitere
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Zugstäbe mit mindestens
einem der Sammelrohrendabschnitte von außen verschraubt sind. Dadurch ist eine einfache
und lösbare Verspannung der Sammelrohre möglich. Vorzugsweise sind Mittel zur Einstellung
einer definierten Vorspannung an den Zugstäben vorgesehen, die als Paßstücke ausgebildet
sein können und inzwischen den Sammelrohrendabschnitten und den Enden der Zugstäbe
eingelegt sind. Hierdurch ist eine unkomplizierte und reproduzierbar einstellbare
definierte Verspannung des Wärmetauschers erzielbar.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schrägansicht des demontierten Wärmetauschers,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Sammelrohr,
Fig. 3 eine Teilansicht eines Zugstabes,
Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein Sammelrohr.
[0012] In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 gezeigt, dessen Sammelrohre 2 und 3 aus mehreren
hintereinander angeordneten Sammelrohrabschnitten 5,6 bestehen. Die Sammelrohre 2
und 3 sind über eine Vielzahl U-förmig gebogener Profilröhrchen 21 miteinander verbunden.
Die Wirkungsweise des Wärmetauschers ist folgende: Ein kühler Gasstrom tritt über
Öffnungen in Sammelrohrabschnitt 12 in das Sammelrohr 3 ein. Der Gasstrom teilt sich
auf und durchfließt die Vielzahl der in dem Sammelrohr 3 eingelassenen U-förmig gekrümmten
Profilröhrchen zum Sammelrohr 2.
[0013] Dabei erhitzt sich das Gas aufgrund des außen in der mit 36 angedeuteten Richtung
im Kreuz-Gegenstrom anfließenden Heißgases. Der erwärmte innere Gasstrom vereinigt
sich wieder im Sammelrohr 2 und fließt ab.
[0014] In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Sammelrohrabschnitt 5 zu sehen, bei dem
die Zugstäbe 7 und 8 an gegenüberliegenden Seiten der Rohrwand 22 angeordnet sind.
Der Zugstab 7 ist in der Schnittebene dargestellt, während der Zugstab 8 mit den an
den Enden vorgesehenen Befestigungsgewindebohrungen 23 gezeigt ist. In der Rohrwand
22 sind eine Anzahl Profilröhrchen 21 angebracht, die mittels Schweißung oder Lötung
mit der Rohrwand 22 dichtend verbunden sind. In Umfangsrichtung beidseitig der Zugstäbe
7,8 sind nahe den Rohrenden Führungsschultern 24,25 vorgesehen, die ein seitliches
verrutschen der Zugstäbe 7,8 bzw. ein verdrehen der Sammelrohrabschnitte gegeneinander
verhindern. Die Zugstäbe 7,8 sind zwecks Abschirmung vom Innenraum 9 des Sammelrohrabschnittes
5 mit einer Isolierschicht 10 und einem Schirmblech 28 versehen.
[0015] Fig. 3 zeigt einen Zugstab 7, der innen an der Rohrwand 22 anliegt. In der Nähe der
Stoßstellen hintereinander angeordneter Sammelrohrabschnitte 5,6 sind Führungsschultern
24 vorgesehen, die ein seitliches verrutschen der Zugstäbe bzw. der Sammelrohrabschnitte
5,6 verhindern. In Teilabschnitten 26 sind die Zugstäbe 7 und 8 zur Bildung paraleller
Seitenflächen 27 bearbeitet, wodurch ein einfaches Montieren der Zugstäbe ermöglicht
wird. Dazu werden die Zugstäbe 7 und 8 so eingepaßt, daß die Parallelseitenflächen
27 in Höhe der Führungsschultern 27 liegen; anschließend läßt sich durch Verschieben
der Zugstäbe 7,8 in Längsrichtung die Zone der Kreissegmente 30 in Eingriff mit den
Führungsschultern 24 bringen.
[0016] Der Endbereich 31 des Zugstabes 7 ist verbreitet, so daß eine Abstützung des Zugstabes
7 bei Aufbringung einer Zugspannung über die Schultern 32 erfolgt und die Sammelrohrabschitte
5,6 dichtend aufeinander gedrückt werden.
[0017] In dem in Fig. 4 gezeigten Axialschnitt durch ein Sammelrohr 2 sind zwei Sammelrohrabschnitte
5 und 6 hintereinander angeordnet, wobei der Abschluß der Sammelrohre durch den Sammelrohrendabschnitt
11 gebildet wird. Zwei gegenüberliegende Zugstäbe 7 und 8 verlaufen entlang der Innenwand
des Sammelrohres 2, wodurch diese an ihrem den Sammelrohrendabschnitt 11 gegenüberliegenden
Enden mit Befestigungsflanschen und darin angebrachten Gewindebohrungen 23 versehen
sind, mittels dessen die Zugstäbe 7 und 8 mit dem Sammelrohrendabschnitt 11 über Schrauben
34 verspannt sind.
[0018] Zwecks Einstellung einer definierten Vorspannung sind Paßstücke 13 zwischen den Zugstäben
7, 8 und den Sammelrohrendabschnitt 11 vorgesehen. Die zur Einführung der Profilröhrchen
21 in den Sammenrohrabschnitten 5 und 6 vorgesehenen ovalen Bohrungen 35 sind in
Fig. 4 bereichsweise angedeutet.
[0019] Vorzugsweise ist ein Aufbau der Sammelrohre 2 und 3 vorzusehen, bei dem die beiden
Enden jedes Zugstabes 7,8 gemäß den Fig. 3 und 4 ausgebildet sind, das heißt sich
an ihrem einen Ende an den Schultern 32 abstützen und am anderen Ende mit dem Sammelrohrendabschnitten
11 und 12 verspannt sind.
1. Wärmetauscher mit zwei im wesentlichen parallel angeordneten Sammelrohren, die
über eine Vielzahl von bündelförmig angeordneten Profilrohren miteinander in Verbindung
stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (2,3) aus einer Anzahl Sammelrohrabschnitten
(5,6) bestehen, die axial hintereinander dichtend und lösbar angeordnet sind und mittels
an Sammelrohrendabschnitten (11,12) abgestützter, im Inneren der Sammelrohre (2,3)
angeordneter Zugstäbe (7,8) zusammengehalten werden.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstäbe (7,8)
eine der Sammelrohrkrümmung angepaßte ringabschnittartige Querschnittsform aufweisen
und an den nicht von Profilrohren (21) durchbohrten Innenwandabschnitten der Sammelrohre
(2,3) anliegen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich gegenüberliegende
Zugstäbe (7,8) in jedem Sammelrohr (2,3) vorgesehen sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstäbe (7,8) gegenüber
dem Innenraum (9) der Sammelrohre (2,3) isoliert sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung als
Schirmblech (28) und/oder als auf dem Zuganker (7,8) aufgebrachte Isolierschicht (10)
ausgeführt ist.
6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugstäbe (7,8) mit mindestens einem der Sammelrohrendabschnitte (11,12) von
außen verschraubt sind.
7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur Einstellung einer definierten Vorspannung an den Zugstäben (7,8) vorgesehen
sind.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Vorspannungseinstellung
Paßstücke (13) sind, die an mindestens einem der Sammelrohrendabschnitte (11,12)
zwischen diesen und den Enden der Zugstäbe (7,8) eingelegt sind.
9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelrohrabschnitte (5,6) an beiden Enden Führungsschultern (14,15) aufweisen,
die beidseitig der Zugstäbe (7,8) vorgesehen sind.