Wärmerohr-Wärmetauscher

Abstract

 Beschrieben wird ein Wärmetauscher mit mehreren über- und nebeneinander in einem Rahmen mit gegenseitigem Abstand gelagerten Wärmerohren, durch welchen sich quer zu den Wärmerohren eine Trennwand zur gegenseitigen Trennung der den Wärmetauscher im Gegenstrom und quer zu den Wärmerohren durchströmenden Medien erstreckt. Um eine Reinigung des in Betrieb befindlichen Wärmetauschers zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass in dem Rahmen mehrere Register nebeneinander seitlich herausziehbar angeordnet sind, wobei in jedem Register jeweils die im Rahmen in einer Reihe übereinander angeordneten Wärmerohre gelagert sind und ein Trennwandabschnitt vorgesehen ist. Ein Spreizrahmen an einem der Register ermöglicht das Zusammenspannen der Register quer zu den Wärmerohren innerhalb des Rahmens.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren über- und nebeneinander in einem Rahmen mit gegenseitigem Abstand gelagerten Wärmerohren, durch welchen sich quer zu den Wärmerohren eine Trennwand zur gegenseitigen Trennung der den Wärmetauscher im Gegenstrom und quer zu den Wärmerohren durchströmenden Medien erstreckt.

[0002] Die Wärmerohre dieses etwa aus der US-Patentschrift 3 788 388 bekannten Wärmetauschers sind mit zahlreichen radial abstehenden Finnen zur Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen einem der strömenden Medien und dem im Wärmerohr eingeschlossenen Wärmeträger versehen, welche üblicherweise nur sehr geringen axialen Abstand voneinander haben.

[0003] Häufig führt eines der beiden Medien, meist die wärmeabgebende Fortluft Fremdpartikel mit, welche zwischen den Finnen eingefangen werden und sich dort als Staub und Dreck abscheiden. Dadurch wird nicht nur der wirksame Strömungsquerschnitt durch den Wärmetauscher vermindert und die zum Wärmeübergang benötigte Verweildauer des den Wärmetauscher durchströmenden Mediums (bei konstanter Förderleistung der Gebläse) reduziert, sondern die Verschmutzung der Finnen setzt auch die Wärmeaufnahmekapazität der Wärmerohre merkbar herab.

[0004] Da eine vollständige Stillsetzung des Wärmetauschers zu Reinigungszwecken mit einem Dauerbetrieb unverträglich ist, soll mit der Erfindung ein Wärmetauscher geschaffen werden, der sich im Betrieb reinigen läßt.

[0005] Für einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art sieht die Erfindung dazu vor, daß in dem Rahmen mehrere Register nebeneinander enthalten sind, wobei in jedem Register jeweils die im Rahmen in einer Reihe angeordneten Wärmerohre gelagert und ein Trennwandabschnitt vorgesehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher können während des Betriebs die einzelnen Register aus dem Rahmen herausgezogen und gereinigt werden, wodurch der Betrieb und die Funktion des Wärmetauschers erhalten bleiben; die durch Fehlen des gerade in der Reinigung befindlichen Registers bedingte Minderung der Effektivität des Wärmetauschers ist kaum feststellbar.

[0006] Wenn in Weiterbildung der Erfindung in jedem Register die sich quer zur Strömungsrichtung der Medien erstreckenden Wärmerohre befestigt sind, können die Register stehend in den Wärmetauscher-Rahmen eingeschoben und herausgezogen werden.

[0007] Der Trennwandabschnitt in jedem Register kann in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung entweder umgebördelte oder schwach abgekantete Längsränder haben. Dabei empfiehlt es sich, auf die Außenfläche der umgebördelten oder abgekanteten Trennwandabschnitt-Ränder eine nachgiebige Dichtungsmasse aufzubringen, mit der eine Vermischung der Medien, zwischen denen die Wärme durch den Wärmetauscher übergehen soll, zuverlässig verhindert wird.

[0008] Eine besonders dichte Trennung der von der Fortluft und der Zuluft durchströmten Medienräume gelingt in Weiterbildung der Erfindung durch einen Spreizrahmen eines Registers,der beim Einschieben und Verankern im Rahmen des Wärmetauschers die Trennwände der einzelnen Register quer zu den Wärmerohren gegeneinander drückt. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Trennwand eines Registers aus wenigstens zwei gleichartigen, von gegenüberliegenden Seiten eingeschobenen Teilen besteht, von denen jedes das Wärmerohr halb umfaßt und die sich zusammen teilweise kammartig um die Wärmerohre herum überdecken. Die Verwendung von Dichtmassen kam dabei entfallen.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Wärmetauscher und den zugehörigen Gebläsen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Vertikalschnitts durch ein Wärmerohr-Register, wobei die Finnen zur Verdeutlichung der Darstellung nur teilweise eingezeichnet sind;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 mit zwei aneinander angrenzenden Trennwandabschnitten;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Trennwandabschnitte; und

Fig. 5 einen stark stark vergrößerten Ausschnitt aus dem Wärmetauscher-Rahmen zur Erläuterung der Verankerung der Register im Rahmen;

Fig. 6 die Seitenansicht des unteren Teils eines Vertikalschnitts durch einen Spreizrahmen eines Registers;

Fig. 7 eine Stirnansicht des Schnittes A-B durch den Spreizrahmen-Ausschnitt aus Fig. 6;

Fig. 8 eine Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Spreizrahmens nach Fig. 6 und 7; und

Fig. 9 einen Aussicht aus einer Schnittansicht C-D des Spreizrahmens nach Fig. 7.

[0010] Der im ganzen mit 100 bezeichnete Wärmetauscher ist in eine größere Kammer 101 und eine kleinere Kammer 102 gegliedert, welche durch eine den rechtwinkligen Wärmetauscher 100 quer durchsetzende Trennwand 50 verbunden sind. Durch einen ersten Ventilator 103 wird kalte Fortluft über Einlaßöffnungen 104, 105 gemäß Pfeilen a, b, c durch die Kammer 101 des Wärmetauschers 100 gesaugt und etwa in Richtung d entlassen. Ein weiteres Gebläse 106 drückt kalte Außenluft AL aus Richtung e durch die zweite Kammer 102 des Wärmetauschers 100 und aus diesem durch die Auslaßöffnungen 107, 108 gemäß Pfeilen f, g in eine nachgeschaltete, nicht dargestellte Behandlungsstation. In dem Rahmen 1 des Wärmetauschers sind mehrere auswechselbare Register 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 nebeneinander stehend angeordnet.

[0011] Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Schnittansicht längs der Linie II-II aus Fig. 1 enthält das Register 2 sechs übereinander angeordnete Wärmerohre 20-25, von denen das oberste Wärmerohr 20 im Schnitt dargestellt ist. Bekanntlich enthält jedes Wärmerohr ein strömungsfähiges Medium, im ganzen mit 26 bezeichnet, welches auf der im dargestellten Beispiel linken Seite Wärme aus der zwischen den Wärmerohren hindurchstreichenden, warmen Fortluft aufnimmt und an die an der rechten Seite zwischen den Wärmerohren hindurchstreichenden, kalten Außenluft abgibt. Zur besseren Wärmeaufnahme und -abgabe ist auf die Peripherie jedes Wärmerohres 20-25 eine Vielzahl von Finnen 27 aufgeschweißt, welche nur geringen Abstand voneinander haben. An den gegenüberliegenden Endabschnitten 28, 29 sind die Wärmerohre 20-25 in je einer Stirnwand 60, 61 fest gelagert, welche an den beiden Vertikalseiten sowie oben und unten zur Versteifung nach jeweils außen zur Bildung von Seitenplatten 62, 63 sowie Deckplatten 64, 65 und Bodenplatten 66, 67 abgekantet sind. Die beiden Bodenplatten 66, 67 sind mit dem Verbindungsstück 69 eines umgekehrten U-Trägers 70 fest verbunden.

[0012] Mit der Peripherie der einzelnen Wärmerohre 20-25 ist ferner ein von oben nach unten durchgehender Seitenwandabschnitt 51 verschweißt, durch dessen Öffnungen sich die Wärmerohre wie am Wärmerohr 20 in Fig. 2 dargestellt erstrecken. Die Lage des Trennwandabschnittes 51 an der Länge der Wärmerohre bestimmt sich nach den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher: In Fig. 2 ist der Trennwandabschnitt 51, der Teil der Trennwand 50 ist, etwa in der Mitte der Wärmerohre angeordnet, während gemäß Fig. 1 eine außermittige Lage der Trennwand 50 vorgesehen ist.

[0013] Erfindungsgemäß ist jedes Register 2 aus dem Rahmen 1 seitlich in Richtung des Pfeiles h herausziehbar. Um eine genaue Führung jedes Registers 2 im Rahmen 1 zu gewährleisten, sind die vertikal stehenden Flansche 71-75 der jeweiligen U-Träger 70, 70', 70" in geeignet beabstandeten Nuten 80, 81 im Boden 82 des Rahmens 1 geführt, wie Fig. 5 zeigt.

[0014] Die den Wärmetauscher quer zu den Registern 2...10 durchsetzende Trennwand 50 ist in mehrere Trennwandabschnitte 51, 52 unterteilt, wobei jeder Trennwandabschnitt zu einem der Register gehört. So zeigen Fig. 3 und 4 Ansichten des Schnittes III-III aus Fig. 2 für die benachbarten Register 2 und 3 mit deren Wärmerohrabschnitten 22.2 und 22.3 bzw. 22.2a und 22.3a. Der Seitenwandabschnitt 51 des Registers 2 besteht aus einem mit den erwähnten Öffnungen für die Wärmerohre 20...25 versehenen Blechstreifen, der an beiden gegenüberliegenden vertikalen Längskanten zu Flanschen 54, 55 rechtwinklig umgebogen ist. Der gleichartige Trennwandabschnitt 52 des Registers 3 weist.entsprechende Flansche 56 und 57 an den gegenüberliegenden vertikalen Längsrändern auf. Wenn die Register 2 und 3 in den Wärmetauschrahmen in ihre Betriebsstellung eingeschoben sind, liegen die benachbarten Flansche 55 und 56 der Trennwandabschnitte 51 und 52 mit ihren Außenflächen aneinander an und trennen damit den von der Fortluft durchströmten Raum des Wärmetauschers von dem von der Zuluft durchströmten Raum, so daß eine Vermischung der beiden beiderseits der Trennwandabschnitte 51, 52 im Gegenstrom fließenden Medien nicht eintreten kann. Um die Dichtwirkung zu verbessern, kann jede der Außenflächen der Flansche 54, 55, 56, 57 mit einer Dichtmasse 58 belegt werden, die etwaige Toleranzen im Verlauf der gegenüberliegenden Flansche der Trennwandabschnitte ausgleicht.

[0015] Bei weniger kritischen Anforderungen an die zuverlässige Trennung der beiden Medien kann es in einfachen Fällen genügen, wenn, wie in Figur 4 dargestellt, die Trennwandabschnitte 51', 52' benachbarter Register an den Rändern schwach abgekantet sind und sich gegenseitig geringfügig wie bei 53 angedeutet überdecken. Bei dieser Ausführungsform können benachbarte Register abwechselnd zu verschiedenen Seiten des Wärmetauschers aus dem Rahmen 1 herausgezogen werden.

[0016] Um die Dichtwirkung der einzelnen Trennwandabschnitte der verschiedenen Register 2...9 zu verbessern ist eines der Register, zweckmäßig das letzte Register 10, mit einem Spreizrahmen gemäß Figuren 6..bis 9 ausgerüstet, der nachfolgend beschrieben wird.

[0017] Das Register 10 enthält zunächst mehrere Wärmerohre in der Form wie die übrigen Register 2...9. In Figur 6 ist das unterste Wärmerohr 10.25 und in Figur 7 sind die beiden untersten Wärmerohre 10.24 und 10.25 angedeutet. Unterhalb der Bodenplatte 10.30 des Registers 10 ist eine im ganzen mit 200 bezeichnete Spreizvorrichtung in einem sich über die ganze Länge des Registers 10 erstreckenden Kanal 210 untergebracht. Oberhalb des obersten Wärmerohres des Registers 10 ist ein.gleichartiger Kanal mit einer gleichartigen Spreizvorrichtung angeordnet. Zur Vereinfachung wird nur die untere Spreizvorrichtung 200 näher beschrieben.

[0018] Zu der Spreizvorrichtung 200 gehört ein sich im wesentlichen über die ganze Länge des Registers erstreckender Längsträger 220, der auf Winkeln 222, 224 ruht, welche paarweise an gegenüberliegenden, den Kanal 210 umschließenden Seitenwangen 228, 230 befestigt sind. Der auf den Winkeln 222, 224, 226 längsverschieblich ruhende Längsträger 220 trägt an aus seiner Unterseite vorstehenden Zapfen 232, 234, 236 je eine Spannrolle 242, 244, 246, von denen jede in einer zum Längsträger 220 parallelen Ebene drehbar ist.

[0019] An einem Ende mündet der Längsträger 220 in eine Mutter 250, in deren Innengewinde ein Gewindebolzen 252 eingreifen kann. Der Gewindebolzen 252 ist an seinem kopfnahen gewindelosen Abschnitt in einem Auge eines mit der Bodenplatte 10.30 fest verbundenen Ansatzes 254 drehbar gelagert. An der dem Bolzenkopf 256 gegenüberliegenden Seite des Ansatzes 254 ist auf den Gewindebolzen 252 ein Blockierelement 258 in Form eines Splintes oder einer gegen eine Schulter des Gewindebolzens 252 anliegende Scheibe aufgebracht, welches eine Bewegung des Gewindebolzens 252 nach außen blockiert.

[0020] Ein im ganzen mit 260 bezeichneter Spreizrahmen ist von einer Längsseite des Registers 10 in das Register eingeschoben. Der Spreizrahmen 260 besteht aus einer L-förmigen Bodenschiene 262, einer entsprechenden, nicht dargestellten oberen L-Schiene für den oberen Kanal der oberen Spreizvorrichtung sowie einem beide Winkelschienen verbindenden Trennwandabschnitt 264. Die untere Winkelschiene 262 umfasst die Grundplatte 10.30 des Registerrahmens und die äußere Seitenplatte 230 des Kanals 210 und liegt an diesem im Ruhezustand flächig an, wie in Fig. 8 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Der Trennwandabsbhnitt 264 greift mit mehreren Fingern 266, 268, 270 zwischen die Wärmerohre 10.24, 10.25 und die übrigen Wärmerohre. Die Finger, von denen der unterste Finger 266 auf der Oberseite der L-Schiene 262 befestigt ist, sind mit einer der Außenperipherie der Wärmerohre entsprechenden halbkreisförmigen Auskehlung 272, 274 versehen und laufen in den Zwischenbereichen zwischen den Wärmerohren in einem steifen Lappen aus. Wie Fig. 9 zeigt, ist der Trennwandabschnitt 264 in Form von zwei Winkeln 280, 284 ausgeführt, deren jeweils langer Schenkel 284, 286 die erwähnten Finger bilden und mit ihren Auskehlungen im Ruhezustand gegen die Außenwand der Wärmerohre anliegen. Die paralellen Finger 284, 286 sind in Richtung der Wärmerohrlängsachse derart beabstandet, daß zwischen sie kammartig Gegen-Finger 292, 296 von Winkeln 290, 294 eingreifen, welche den auf den Trennwandabschnitt des benachbarten Registers zuweisenden Teil des zusammengesetzten Trennwandabschnittes des Registers 10 bilden. Der Trennwandabschnitt des Registers 10 besteht also aus mehreren Teilen, nämlich vier Winkeln 280, 284, 290, 294 die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmerohre angeordnet sind und mit ihren Fingern die . Wärmerohre von beiden Seiten je halbseitig umfassen und sich in den Zwischenräumen zwischen den übereinanderliegenden Wärmerohren nach Art eines Kammes gegenseitig überdecken, wie Fig. 9 zeigt.

[0021] In der Außenwand 230 sind im Bereich der Rollen 242, 244, 246 Öffnungen ausgeschnitten, durch die Rampen 300, 302, 304 in das Innere des Kanals 210 vorstehen. Die Rampen 300, 302, 304 sind auf die Innenfläche des an der Seitenwand 230 anliegenden Schenkels der Winkelschiene 260 befestigt. Die Keilflächen der Rampen 300, 302, 304 steigen gleichmäßig und in gleicher Richtung an und liegen in Ruhestellung gegen die Außenperipherie der zugehörigen Rolle 242, 244, 246 an.

[0022] Zum Spannen der in den Rahmen 1 in ihre Betriebsstellung eingeschobenen Register 2...10 wird der Gewindebolzen 252 von außen in die Mutter 250 eingeschraubt. Der Längsträger 220 mit den in ihm befestigten Rollen 242, 244, 246 wird dadurch in Längsrichtung, bei der in Figur 6 gewählten Darstellung nach links gezogen. Die Rollen 242, 244, 246 laufen dabei auf den Keilflächen der zugehörigen Rampan 300, 302, 304 nach oben. Da der Längsträger 220 durch Anlage an die den Rampen 300, 302, 304 gegenüberliegende Seitenwand 228 nicht ausweichen kann, wird der Spreizrahmen 260 von den übrigen Teilen des Registers 10 nach außen in die in Fig. 7 gestrichelt dargestellte Stellung gezwungen. Da der Spreizrahmen 260 an seiner Außenseite gegen den unnachgiebigen Rahmen 1 des Wärmetauschers anliegt, wird das Register 10 gegen die benachbarten Register 9...2 mit der Folge gepreßt, daß diese Register eng aneinander anschließen und die zugehörigen Trennwandabschnitte, beispielsweise die Trennwandabschnitte 51, 52 der Register 2, 3 mit den gegenüberliegenden Flanschen 55, 56 gegeneinander gepreßt werden. Es versteht sich, daß die Nuten 80, 81 (Fig. 5) derart breit gehalten sind, daß das Zusammenrücken der Register unter der Spreizwirkung des Spreizrahmens 260 am Register 10 möglich wird. Auf diese Weise wird eine zuverlässige mediumdichte Trennung des von der Fortluft durchströmten Raumes 101 von dem von der Zuluft durchströmten Raum 102 des Wärmetauschers erreicht.

[0023] Fig. 8 zeigt schematisch die an der Winkelschiene 262 befestigte Rampe 306 und die auf der Keilfläche 308 aufliegende Rolle 310. Wenn die Rolle 310 durch Drehen des Gewindebolzens 252 in Richtung des Pfeiles 312 vom Längsträger 220 mitgenommen wird, wird die Rampe 306 und damit der Spreizrahmen 260 in Richtung des Pfeiles 334 nach außen gegen den Rahmen 1 gedrückt. Man sieht auch, daß die Rolle 310 die Rampe 306 beidseitig mit ihren radial vorstehenden Randflanschen 314, 316 umfaßt.

[0024] Zum Herausnehmen der Register 2...10 aus dem Rahmen 1 wird der Gewindebolzen 252 aus der Mutter 250 herausgeschraubt, wodurch der Längsträger 220 bei der in Fig. 6 dargestellten Betrachtungsweise nach rechts bewegt und die Rollen 242, 244, 246 von den Keilflächen herabbewegt werden. Die Register lassen sich dann leicht aus dem Rahmen an ihren Stirnseiten herausziehen.

[0025] Statt der Rollen 242, 244, 246 können an dem Längsträger 220 auch Keile befestigt sein, die bei Anziehen des Gewindebolzens 252 auf die Rampen 300, 302, 304 aufgezogen werden. Ferner kann der Spreizrahmen 260 selbst Teil des Rahmens 1 sein. Auch kann die Spreizvorrichtung nicht nur am letzten Register 10 sondern auch an einem beliebigen anderen der Register 2...10 vorgesehen sein.

[0026] Wie Figur 6 weiter zeigt, ist das Register 10 an seinem hinteren unteren Ende mit einem Laufrad 350 ausgerüstet, das über die untere Begrenzung des Registers 10 nur wenig vorsteht. Das Laufrad erleichtert das Herausfahren und Hineinfahren des Registers 10 in den Rahmen 1. Auch die übrigen Register 2...9 können an einem Ende mit einem Laufrad ausgerüstet sein. Auch kann eines oder mehrere Register am gegenüberliegenden Ende ein weiteres, nicht dargestelltes Laufrad aufweisen. Ferner kann eine für alle Register gemeinsame Arretierung vorgesehen sein, die die mit Laufrädern ausgerüsteten Register in einer definierten Funktionsstellung festlegt.

[0027] Die Erfindung ist auf Einzelheiten des dargestellten Ausführungsbeispiels nicht beschränkt.

Ansprüche

1. Wärmetauscher mit mehreren über- und nebeneinander in einem Rahmen mit gegenseitigem Abstand gelagerten Wärmerohren, durch welchen sich quer zu den Wärmerohren eine Trennwand zur gegenseitigen Trennung der den Wärmetauscher im Gegenstrom und quer zu den Wärmerohren durchströmenden Medien erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rahmen (1) mehrere Register (2-10) nebeneinander enthalten sind, wobei in jedes Register (2-10) jeweils die im Rahmen (1) in einer Reihe angeordneten Wärmerohre (20-25) gelagert und ein Trennwandabschnitt (50, 51, 52, 51', 52', 150) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Register (2-10) die sich quer zur Strömungsrichtung (a, b, c, e, f, g) der Medien erstreckenden Wärmerohre (20_-25) befestigt sind.

3. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Trennwandabschnitt umgebördelte Längsränder (54, 55, 56, 57) aufweist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche der umgebördelten Ränder eine nachgiebige Dichtungsmasse (58, 59) aufgebracht ist.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Trennwandabschnitt in Längsrichtung der Wärmerohre (20-25) schwach abgekantet ist (Fig. 4).

6. Wärmetauscher nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Register (10) mit einem Spreizrahmen (260) ausgerüstet ist, der mittels einer Spreizvorrichtung (200) ein seitliches Zusammenspannen der Register (2...10) innerhalb des Rahmens (1) gestattet.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizrahmen (260) unterhalb und oberhalb der Wärmerohre mit Keilflächen versehene Rampen aufweist, gegen die Spreizelemente (Rollen 242, 244, 246) mittels einer von außen zugänglichen Spannvorrichtung (Gewindebolzen 252, Mutter 250) aufkeilbar sind.

8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennwandabschnitt wenigstens eines Registers (10) mehrere Finger (266, 268, 270) aufweist, die sich in Längsrichtung der Wärmerohre überlappen und die Wärmerohre von beiden Seiten halbkreisförmig umfassen.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizelemente an einem längsverschieblichen Längsträger (220) befestigte Rollen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Register an der Unterseite mit einem Laufrad (350) ausgerüstet sind.

Zeichnung