Wärmeaustauscher mit Entlastungsanker für die Wärmeaustauscherrohre

Beschreibung

[0001] Die Übertragung von Energie aus einem wärmeren Fluid (Flüssigkeit oder Gas) durch eine feste Trennwand an ein kälteres Fluid spielt in allen Bereichen der Technik eine große Rolle. Hierfür gibt es je nach der Verwendungsart die unterschiedlichsten Wärmeaustauscher, wie Vorwärmer, Zwischenkühler, Nachwärmer, Gaskühler, Verdampfer, Kondensatoren, Ölkühler oder Dampferzeuger. Sogenannte Rippenrohrwärmeaustauscher verwendet man z. B. beim Wärmetransport zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, wenn auf der einen Seite der Trennwand der Wärmeübergang unter Aggregatszustandsänderungen auftritt, auf der anderen dagegen nicht, oder wenn die wärmeübertragenden Fluide sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. In diesen Fällen bringt man auf der Seite des schlechteren Wärmeübergangs Rippen an, die beispielsweise aus gestanzten Blechrippen mit umbördeltem Loch gebildet werden. Derartige Rippenrohrwärmeaustauscher bestehen aus einem Bündel von Rohren, die achsenparallel durch eine große Anzahl zueinander paralleler und zu den Rohrachsen senkrechten Blechrippen geführt werden. Der Abstand der Blechrippen beträgt dabei meist nur einige mm. Der aus dem Rohrbündel und den diese verbindenden Blechrippen bestehende Block wird an seinen beiden Enden an Stirnblechen gehaltert, die Bestandteil des Kondensatorgehäuses sind. Falls die Längsausdehnung des Kondensatorblocks sehr groß ist, kann eine zusätzliche Abstützung des Kondensatorblocks zwischen den Stirnblechen erforderlich sein, so daß in diesem Fall an geeigneten Stellen sogenannte Zwischenbleche eingefügt werden, die eine Abstützung des Kondensatorblocks auch zwischen den beiden Stirnblechen ermöglichen. Da der Kondensatorblock einerseits und das Kondensatorgehäuse andererseits aufgrund unterschiedlicher Temperaturschwankungen und unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten auch unterschiedlichen Abmessungsänderungen unterworfen sind, werden bei üblichen Wärmeaustauschern die Wärmeaustauscherrohre nicht starr in den Stirnblechen bzw. Zwischenblechen gehaltert, sondern können in den dort vorgesehenen Bohrungen gleiten. Diese ständige Gleitbewegung führt jedoch im Laufe der Zeit zu einer Verringerung der Wandstärke der Wärmeaustauscherrohre, da diese regelmäßig aus relativ weichem Material, wie Kupfer, bestehen. Dies führt dann zu Undichtigkeiten der Wärmeaustauscherrohre im Bereich der Stirn-und Zwischenblechen.

[0002] Die DE-A-2 842 411 zeigt einen Wärmetauscher zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, mit einer horizontalen Batterie von Rohren großer Länge, die unter gewissen Abständen durch Abstandshalter vereinigt sind, und wobei das erste Fluid durch die Rohre zirkuliert und das zweite Fluid diese Batterie querbezogen auf die Rohre durchströmt. Einige der Wärmeaustauscherrohre sind freitragend angeordnet und mit Bündeihatterungen zur Längenabstützung versehen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Wärmeaustauscher so weiterzubilden, daß ein Scheuern der Wärmeaustauscherrohre im Bereich der Abstützung des Kondensatorblocks aufgrund von Temperaturschwankungen vermieden wird.

[0004] Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, neben den eigentlichen Wärmeaustauscherrohren zusätzliche stab- oder rohrförmige Entlastungsanker parallel zu den Wärmeaustauscherrohren vorzusehen. Dadurch ist es möglich, den gesamten Wärmeaustauscherblock freitragend im Gehäuse zu halten. So genügen beispielsweise zum entsprechenden Abstützen eines Wärmeaustauscherblocks mit etwa 100 Wärmeaustauscherrohren bereits etwa 4 bis 10 Entlastungsrohre oder -stäbe, die mit den Stirn-und Zwischenblechen starr verbunden sind, während die Wärmeaustauscherrohre durch entsprechend groß bemessene Bohrungen in den Stirn- und Zwischenblechen frei geführt sind, ohne mit diesen in Reibschluß zu kommen.

[0005] Im einzelnen zeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher dadurch aus, daß parallel zu den Wärmeaustauscherrohren an der Stirnblechen befestigte und mit den Kühlrippen verbundene Entlastungsanker voregesehen sind. Durch diese Maßnahmen können die Wärmeaustauscherrohre nicht an den Stirn- und Zwischenblechen scheuern, so daß Undichtigkeiten in diesem Bereich vermieden werden und die Wärmeaustauscherblöcke eine sehr hohe Lebensdauer haben. Da das Scheuern der Wärmeaustauscherrohre vermieden wird, kann deren Wandstärke beispielsweise von 0,5 mm auf 0,4 mm, ohne Qualitätseinbuße vermindert werden. Dadurch ergeben sich Materialeinsparungen ohne wesentliche Mehrkosten bei der Herstellung.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnung. Es zeigen

[0007] Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Axialkondensators mit Luftkühlung,

Figur 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht des Axialkondensators gemäß Figur 1,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 111-111 in Figur 2, und

Figur 4 eine Aufsicht auf ein Stirnblech mit der Verschaltung der Wärmeaustauscherrohre im Bereich zweier Entlastungsanker.

[0008] Ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher in Form eines Axialkondensators mit Luftkühlung ist in Figur 1 dargestellt. In dem Kondensatorgehäuse 1 ist ein flacher, langgestreckter Kühlblock 2 angeordnet, der in Vertikalrichtung von Kühlluft durchströmt wird. Zu diesem Zweck sind an der Oberseite des Kondensatorgehäuses 1 beispielsweise drei Axiallüfter 3 angeordnet. Der Kühlblock 2 besteht aus einer Vielzahl in geringem Abstand aneinander geschichteter und zueinander paralleler Rippen oder Lamellen 10, die senkrecht zur Achse der Wärmeaustauscherrohre 7 angeordnet sind. Diese Wärmeaustauscherrohre sind in üblicher Weise mit den Rippen 10 verbunden und an den Kondensatorblockenden über U-förmige Umlenkrohre 12 miteinander verbunden. In üblicher Weise befinden sich eingangs- und ausgangsseitig ein Verteilerrohr 8 bzw. Sammelrohr 9.

[0009] Zusätzlich zu den Wärmeaustauscherrohren 7 oder anstelle von einigen der Wärmeaustauscherrohre 7 sind zu diesen Rohren parallele Entlastungsanker 11 in Form von Stützstäben oder Stützrohren vorgesehen, die ebenso wie die Wärmeaustauscherrohre 7 mit den Kühlrippen 10 verbunden sind und darüber hinaus direkt an den beiden Stirnblechen 4 und 5 und gegebenenfalls an eventuell vorhandenen Zwischenblechen 6 gehaltert sind. Die Wärmeaustauscherrohre 7 sind dagegen nicht mit den Stirnblechen 4 und 5 und eventuellen Zwischenblechen 6 verbunden; vielmehr sind die Bohrungen für die Wärmeaustauscherrohre 7 in den Stirnblechen und den Zwischenblechen 6 deutlich größer als die Ausendurchmesser der Wärmeaustauscherrohre, so daß diese nicht mit den Stirn- und Zwischenblechen 4 bis 6 in Berührung kommen. Die Abdichtung der Wärmeaustauscherrohre 7 gegenüber den beiden Stirnblechen kann mit Hilfe von auf die Rohre aufgesteckten Kappen erfolgen, die zusätzlich noch angelötet werden können. Diese aus dünnem Blech hergestellten Kappen gestatten eine praktisch unbehinderte Axialbewegung der Wärmeaustauscherrohre 7 gegenüber den Stirnblechen 4 und 5.

[0010] Die Entlastungsanker 11 können an den Stirn-und Zwischenblechen 4 bis 6 durch Verschweißen befestigt werden; falls die Entlastungsanker in Form von Rohren, z. B. außen galvanisch verzinkten Stahlrohren, ausgebildet sind, erfolgt die entsprechende Befestigung an den Stirn- und Zwischenblechen 4 bis 6 vorzugsweise durch mechanisches Aufweiten der Rohre zu beiden Seiten der Bleche.

[0011] In Figur 4 ist die Verschaltung der Wärmeaustauscherrohre 7 im Bereich eines Stirnblechs mit Hilfe von Umlenkrohren 12 dargestellt. Im Bereich der beiden Entlastungsanker 11 ist dabei die übliche Verschaltung der Wärmeaustauscherrohre 7 erfindungsgemäß modifiziert und ein überbrückendes Umlenkrohr 12a vorgesehen, zwischen dem zwei Entlastungsanker 11 angeordnet sind. Eine ähnliche Anordnung der Entlastungsanker 11 und der Umlenkrohre 12 bzw. 12a ergibt sich aus Figur 2. Die beiden in Figur 2 stirnseitig dargestellten Entlastungsanker 11 können gemäß Figur 3 durch ein Blind-U-Rohr (oder -stab) 13 miteinander verbunden sein, um ein einheitliches Aussehen der stirnseitigen Rohrverschaltung zu erreichen.

Ansprüche

1. Wärmeaustauscher mit im Abstand voneinander angeordneten Stirnblechen (4, 5) und parallel zueinander angeordneten und mit Kühlrippen (10) versehenen, freitragend geführten Wärmeaustauscherrohren (7), die nicht mit den Stirnblechen (4, 5) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu den Wärmeaustauscherrohren (7) an den Stirnblechen (4, 5) befestigte und mit den Kühlrippen (10) verbundene Entlastungsanker (11) vorgesehen sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsanker (11) an den Stirn- und/oder Zwischenblechen (4 und 5 bzw. 6) des Rahmens befestigt sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsanker (11) mit den senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Rippen oder Lamellen (10) der Wärmeaustauscherrohre (7) verbunden sind.

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsanker (11) als Stützrohre oder Stützstäbe ausgebildet sind.

Claims

1. Heat exchanger having end plates (4, 5) spaced from one another and self-supporting heat exchanger tubes (7) disposed parallel to one another and provided with cooling vanes (10), which are not connected to the end plates (4, 5), characterized in that parallel to the heat exchanger tubes (7) there are provided relieving braces (11) attached to the end plates (4, 5) and connected to the cooling vanes (10).

2. Heat exchanger according to Claim 1, characterised in that the relieving braces (11) are attached to the end plates and/or intermediate plates (4 and 5 or 6) of the frame.

3. Heat exchanger according to Claim 1 or 2, characterised in that the relieving braces (11) are connected to the vanes or fins (10) of heat exchanger tubes (7) passing at right angles to the axis of the tubes.

4. Heat exchanger according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the relieving braces (11) are constructed as supporting tubes or rods.

Revendications

1. Echangeur de chaleur comprenant des plaques frontales (4, 5) disposées à distance l'une de l'autre et des tubes d'échange de chaleur (7) qui sont mutuellement disposés en parallèle, sont aménagés en porte-à-faux et sont pourvus d'ailettes de refroidissement (10) et qui ne sont pas reliés aux plaques frontales (4, 5) caractérisé en ce que, parallèlement aux tubes d'échange de chaleur (7) des tirants de délestage (11), fixés aux plaques frontales (4, 5) et reliés aux ailettes de refroidissement (10) sont prévus.

2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tirants de délestage (11) sont fixés aux plaques frontales et/ou à des plaques intermédiaires (4 et 5 respectivement 6) du châssis.

3. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tirants de délestage (11) sont reliés aux ailettes ou lamelles (10) des tubes d'échange de chaleur (7) qui sont perpendiculaires à l'axe des tubes.

4. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tirants de délestage (11) sont réalisés sous forme de tubes de support ou de barres de support.

Zeichnung