Wärmetauscher

Beschreibung

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

[0002] Ein solcher Wärmetauscher ist aus der GB-A-2078361 bekannt. Bei diesem vorbekannten Wärmetauscher sind die Sammelrohrabschnitte miteinander verschweißt.

[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] Aus der FR-A-669324 ist ein Wärmetauscher bekannt, bei dem ein aus mehreren Segmenten bestehendes Sammelrohr mit befestigten Austauschplatten durch ein auf Zug belastetes Innenrohr verspannt ist. Bei dem vorbekannten Wärmetauscher handelt es sich jedoch um eine stationär für Warmwasserheizungen zu verwendende Ausführung, die für besondere Belastungen durch Trägheitskräfte oder durch extreme Temperaturunterschiede nicht geeignet ist.

[0006] Aus der FR-A-2122303 ist ein Wärmetauscher mit Sammelrohren bekannt, die durch einen konzentrisch im Inneren verlaufenden Zugstab zusammengehalten sind. Auch dieser Wärmetauscher ist aufgrund seiner Bauart nur für geringe Strömungsgeschwindigkeiten des durchfließenden Mediums ― im Regelfall Wasser ― geeignet.

[0007] 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 ohne daß dies mit einer wesentlichen Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse im Sammelrohr erkauft wird.

[0008] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0009] Durch die Ausbildung und Anordnung der Zugstäbe ist eine wirtschaftliche 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.

[0010] Durch das Anliegen der Sammelrohre an den Innenwänden ist eine symmetrische Vorspannung der Sammelrohre 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 Zustäbe am inneren Umfang eines Sammelrohres verteilt sein.

[0011] 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 Zustäben weiter unterstützt

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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 paralleler 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 24 liegen; anschließend läßt sich durch Verschieben der Zugstäbe 7, 8 in Längsrichtung die Zone der Kreissegmente 30 in Eingriff mit den Führungsschultern 24 bringen.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

Ansprüche

1. Wärmetauscher mit zwei im wesentlichen parallel angeordneten Sammelrohren (2, 3), die über eine Vielzahl von bündelförmig angeordneten Profilrohren (21) miteinander in Verbindung stehen, und aus einer Anzahl Sammelrohrabschnitten (5, 6) bestehen, die axial hintereinander dichtend und lösbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (2, 3) mittels an Sammelrohrendabschnitten (11, 12) abgestützter, im Inneren der Sammelrohre (2, 3) angeordneter Zugstäbe (7, 8) zusammengehalten werden, die eine der Sammelrohrkrümmung angepaßte ringabschnittartige Querschnittsform aufweisen, und an den nicht von Profilrohren (21) durchbohrten Innenwandabschntiten der Sammelrohre (2, 3) anliegen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich gegenüberliegende Zugstäbe (7, 8) in jedem Sammelrohr (2, 3) vorgesehen sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstäbe (7, 8) gegenüber dem Innenraum (9) der Sammelrohre (2, 3) isoliert sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung als Schirmblech (28) und/ oder als auf dem Zuganker (7, 8) aufgebrachte Isolierschicht (10) ausgeführt ist.

5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstäbe (7, 8) mit mindestens einem der Sammelrohrendabschnitte (11, 12) von außen verschraubt sind.

6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung einer definierten Vorspannung an den Zugstäben (7, 8) vorgesehen sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, 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.

8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohrabschnitte (5, 6) an beiden Enden Führungsschultern (24, 25) aufweisen, die beidseitig der Zugstäße (7, 8) vorgesehn sind.

Claims

1. Heat exchanger having two substantially parallel collecting pipes (2, 3) which are in communication with each other by means of a plurality of profiled pipes (21) arranged in bundles, and comprise a number of collecting pipe sections (5, 6) which are detachably arranged axially one behind the other in sealed manner, characterised in that the collecting pipes (2, 3) are held together by means of tension members (7, 8) supported on collecting pipe end sections (11, 12) and arranged inside the collecting pipes (2, 3), these tension members having a ring-section-like cross-sectional shape which is adapted to the collecting pipe curvature, and abut those inner wall sections of the collecting pipes (2, 3) which are not penetrated by profiled pipes (21).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterised in that two oppositely disposed tension members (7, 8) are provided in each collecting pipe (2, 3).

3. Heat exchanger according to claim 1, characterised in that the tension members (7, 8) are insulated with respect to the interior (9) of the collecting pipes (2, 3).

4. Heat exchanger according to claim 3, characterised in that the insulation consists of a shield plate (28) and/or of an insulating layer (10) applied to the tie rod (7, 8).

5. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 4, characterised in that the tension members (7, 8) are screwed to at least one of the collecting pipe end sections (11, 12) from the outside.

6. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 5, characterised in that means are provided for setting a specific prestress of the tension members (7, 8).

7. Heat exchanger according to claim 6, characterised in that the means for setting the prestress are fitting pieces (13) which are inserted on at least one of the collecting pipe end sections (11, 12) between these and the ends of the tension members (7, 8).

8. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 7, characterised in that the collecting pipe sections (5, 6) have guide shoulders (24, 25) (sic) at both ends which are provided on both sides of the tension members (7, 8).

Revendications

1. Echangeur de chaleur avec deux tuyaux collecteurs (2, 3) disposés essentiellement de façon parallèle, qui sont reliés par un grand nombre de petits tuyaux profilés (21) disposés en faisceau et un certain nombre de sections tubulaires collectrices (5, 6), qui sont disposées axialement de façon étanche les unes derrière les autres et démontables, caractérisé en ce que les tuyaux collecteurs (2, 3) sont maintenus par des tirants (7, 8) disposés à l'intérieur des tuyaux collecteurs (2, 3), s'appuyant sur les sections terminales (11, 12) des tuyaux collecteurs, tirants qui présentent en coupe une forme du type d'une section annulaire adaptée à la courbure du tuyau collecteur et qui reposent sur les sections de paroi intérieures des tuyaux collecteurs (2, 3) non percées par les tuyaux profilés (21).

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu deux tirants (7, 8) se faisant face dans chaque tuyau collecteur (2, 3).

3. Echangeur de chaleur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tirants (7, 8) sont isolés par rapport à l'espace intérieur (9) des tuyaux collecteurs (2, 3).

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'isolation est réalisée sous la forme d'une tôle de protection (28) et/ou d'une couche isolante (10) disposée sur le tirant (7, 8).

5. Echangeur de chaleur selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tirants (7, 8) sont boulonnés de l'extérieur avec au moins l'une des sections terminales (11, 12) du tuyau collecteur.

6. Echangeur de chaleur selon une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen, pour établir une précontrainte déterminée sur les tirants (7, 8).

7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour établir une précontrainte sont des cales (13), qui sont fixées sur au moins l'une des sections terminales du tuyau collecteur (11, 12) entre celle-ci et les extrémités des tirants (7, 8).

8. Echangeur de chaleur selon une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les sections tubulaires collectrices (5, 6) présentent à leurs deux extrémités des épaulements de guidage (24, 25) qui sont prévus des deux côtés des tirants (7, 8).

Zeichnung