DE1551455C - Rohrboden für Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrboden für Wärmeaustauscher mit einem Rohrbündel aus eng angeordneten parallelen Rohren, welcher aus einzelnen rohrförmigen Bodenstücken zusammengesetzt ist, die jeweils einen bodenbildenden Bereich mit ebenen äußeren Mantelteilflächen und einen an diesen Bereich anschließenden Stutzenteil aufweisen, welcher kleinere äußere Querschnittsabmessungen als der bodenbildende Bereich hat, wobei jeweils ein Bündelrohrende stirnseitig mit dem Stutzenteil eines Bodenstücks verschweißt ist und die bodenbildenden Bereiche der Bodenstücke mit ihren an benachbarten Bodenstücken anliegenden Mantelteilflächen durch elektrische Widerstandsschweißung verbunden sind.

Ein derartiger Rohrboden ist aus der österreichischen Patentschrift 187 125 bekannt. Bei dieser Ausführungsform bestehen die rohrförmigen Bodenstücke aus relativ dünnwandigen Muffen konstanter Wandstärke mit einem im Querschnitt kreisförmigen Stutzenteil und einem in den Außenabmessungen größeren, sechskantförmigen bodenbildenden Bereich. Die Bündelrohrenden sind durch diese Muffen durchgesteckt, so daß die nebeneinanderliegenden Stirnseiten von Rohrende und Stutzenteil durch eine diese überdeckende Schweißnaht verbunden werden müssen. Die die Rohraußenwand in einem Abstand umgebenden bodenbildenden Bereiche können an den Mantelteilflächen durch elektrische Widerstandsschweißung verbunden werden, was aber dadurch erschwert ist, daß diese Mantelteilflächen schwer zugänglich sind. Für hohe Beanspruchungen ist ein derartiger relativ dünnwandiger Rohrboden mit wabenförmigem Aufbau nicht geeignet.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Rohrbodens nach der britischen Patentschrift 984 719 sind die Bündelrohrenden stirnseitig an Rohrstutzen mit einem Innendurchmesser gleich dem der Bündelrohre angeschweißt, die zur Ausbildung des Rohrbodens mit einem Flansch versehen sind, der in einer entsprechenden Bohrung einer Bodenplatte mittels einer Schweißnaht längs des Umfanges des Flansches eingeschweißt ist. Durch die zwischen zwei Rohrenden erforderlichen zwei Schweißnähte einschließlich des dazwischenliegenden Abschnittes der Bodenplatte ist eine enge Rohrteilung nicht möglich.

Ähnlich der erstgenannten bekannten Ausführungsform ist ein Rohrboden nach der britischen Patentschrift 763 274 aufgebaut. Die Bündelrohrenden sind hierbei in die Stutzenteile von Muffen eingesteckt, während die ebenen Mantelteilflächen der bodenbildenden Bereiche durch Eintauchen in ein Metallbad miteinander verbunden werden. Die Bündelrohre erhalten dadurch einen relativ großen Abstand voneinander und der Rohrboden selbst ist gleichfalls aus dünnwandigen Waben aufgebaut, deren Öffnungen im Durchmesser größer sind als der Außendurchmesser der Bündelrohre. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bekannt, diese Bodenstücke mit einer ringförmigen Ausnehmung in Form einer Einschnürung zwischen dem im Querschnitt kreisförmigen Stutzenteil und dem hexagonalen Abschnitt zu versehen, damit auf der Innenseite ein Anschlag für das Bündelrohrende ausgebildet wird.

Schließlich ist es aus der deutschen Patentschrift 684 736 bekannt, im Innern eines aus zwei Platten zusammengesetzten Rohrbodens, in den die Bündelrohre in Bohrungen eingesteckt sind, durch Erweitern dieser Bohrungen einen Hohlraum vorzusehen, um ein Undichtwerden der Einwalzstellen der Bündelrohre im Rohrboden überprüfen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber Rohrböden der eingangs bezeichneten bekannten Art — um einen möglichst festen Rohrboden zu erhalten — auch bei der vorgesehenen engen Rohrteilung eine möglichst große Wanddicke an den mit benachbarten ■■ Bodenstücken zu verschweißenden

ίο .Mantelteilflächen der rohrförmigen Bodenstücke zu erreichen, dabei diese Mantelteilflächen für die Widerstandsschweißung gut zugänglich zu machen, jedoch im übrigen die Wanddicke der Bodenstücke zum Erhöhen ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschocks zu verringern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise der Durchmesser der Bohrung eines jeden Bodenstücks gleich dem Innendurchmesser der Bündelrohre ist und die äußere Mantelfläche eines jeden Bodenstücks wenigstens eine ringförmige Ausnehmung aufweist, welche in bekannter Weise einen Hohlraum im Innern des Rohrbodens bildet.

Das Merkmal, daß der Durchmesser der Bohrung eines jeden Bodenstücks gleich dem Innendurchmesser der Bündelrohre ist, liefert bei gegebener Rohrteilung die größtmögliche Wanddicke der rohrförmigen Bodenstücke. Dieses Merkmal erzwingt ferner, daß die Bündelrohre nicht durch die Bodenstücke durchgesteckt sind, sondern stumpf an die Stutzenteile der Bodenstücke anschließen, was bedeutet, daß im Vergleich zur Bauweise gemäß der österreichischen Patentschrift 187 125 die mit benachbarten Bodenstücken zu verschweißenden Mantelteilflächen der Bodenstücke für die Widerstandsschweißung relativ gut zugänglich sind. Das weitere Lösungsmerkmal, daß die äußere Mantelfläche eines jeden rohrförmigen Bodenstücks wenigstens eine ringförmige Ausnehmung aufweist, welche in bekannter Weise einen Hohlraum im Innern des Rohrbodens bildet, dient zur Verringerung der Wanddicken in den statisch weniger wichtigen Bereichen der Bodenstücke und macht diese so gegenüber Temperaturschocks weniger empfindlich. Überdies kann man durch diese Maßnahme die Schweißfläche für die Widerstandsschweißung auf das zum Erzielen der nötigen Rohrbodenfestigkeit erforderliche Maß verringern und kommt so mit kleineren Stromstärken für die Widerstandsschweißung aus.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 in einer Draufsicht einen aus einzelnen Bodenstücken zusammengesetzten Rohrboden darstellt;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit an die einzelnen Bodenstücke angeschweißten Bündelrohrenden;

Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt ein einzelnes Bodenstück nach Fig. 2;

Fig. 4 stellt in einer Querschnittsansicht einen durch Ergänzungsteile vervollständigten Rohrboden nach Fig. 1 dar;

Fig. 5 zeigt in einer Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Rohrboden dargestellt, der aus einer Anzahl von rohrförmigen Bodenstükken 1 zusammengesetzt ist, von denen ein einzelnes

die Fig. 3 im Längsschnitt zeigt. Ein solches Bodenstück 1 weist einen bodenbildenden Bereich 3 mit polygonaler, z. B. quadratischer Querschnittsform auf, an den sich ein im Querschnitt kreisförmiger Stutzenteil 4 mit kleineren Außenabmessungen anschließt. An diesen Stutzenteil 4 ist stirnseitig ein Bündelrohr 2 angeschweißt. Zur Ausbildung des Rohrbodens sind die einzelnen Bodenstücke 1 mit den aneinanderliegenden Mantelteilflächen der bodenbildenden Bereiche 3 durch elektrische Widerstandsschweißung verbunden.

Jedes Bodenstück 1 weist eine Bohrung 7 mit konstantem Innendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des Bündelrohres 2 ist, wobei die Wandstärke des Stutzenteils 4 dem des Bündelrohrendes entspricht. Auf dem Abschnitt des dickwandigen bodenbildenden Bereiches 3 sind an dem Bodenstück 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei beabstandete und verschieden breite, ringförmige Ausnehmungen 5 auf dem Außenumfang vorgesehen, die bei zusammengesetzten Bodenstükken im Innern des Rohrbodens Hohlräume 6 bilden, wie Fig. 2 zeigt.

Namentlich bei Wärmeaustauschern mit einem unter hohem Druck stehenden Strömungsmedium, bei denen die Wandstärke der Bündelrohre im Verhältnis zu ihrem Durchmesser erheblich sein muß, ist es durch diese Ausgestaltung möglich, trotz des relativ großen Außendurchmessers der Bündelrohre die Abstände zwischen den Bohrungen des Rohrbodens klein zu halten, da für die Schweißverbindung zwischen den Bündelrohren am Rohrboden ein zusätzlicher Platzbedarf entällt. In Fällen, bei denen der Innendurchmesser der Bündelrohre klein sein muß, beispielsweise kleiner als 9 oder 10 mm, ist dadurch eine hinreichende Verkleinerung des Strömungsquerschnitts an den Außenflächen der Bündelrohre möglich. Trotz der engen Rohrteilung wird dabei eine große Wanddicke der Bodenstücke erreicht, wobei die Mantelteilflächen für die elektrische Widerstandsschweißung gut zugänglich sind und in diesen verschweißten Bereichen im wesentlichen die gleiche Festigkeit wie im Innern der Bodenstücke erzielt wird. Ein derartiger Rohrboden ist insbesondere für Wärmeaustauscher vorteilhaft, bei denen wenigstens eines der Strömungsmedien ein flüssiges Metall wie Natrium oder Kalium ist. Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschocks ist ohne Beeinträchtigung der Festigkeit des Rohrbodens die Wanddicke der Bodenstücke 1 durch die ringförmige Ausnehmung oder Ausnehmungen 5 verringert, wodurch zusätzlich die sorgfältige Verschweißung der Bodenstücke 1 erleichtert wird.

Falls an den Rohrboden ein zylindrischer Sammelkasten angeschlossen werden soll, können auf dem Außenumfang des Rohrbodens Ergänzungsteile 8, 9 vorzugsweise gleichfalls durch elektrische Widerstandsschweißung angeschweißt werden, die einen kreisförmigen Umfang des Rohrbodens ergeben, wie es in F i g. 4 dargestellt ist.

Nach dem Ausführungsbeispiel in F i g. 5 ist durch im Querschnitt rhombenförmige Bodenstücke 1 ein sechseckiger Rohrboden ausgebildet, wobei auf dessen Umfang zur Erzielung einer geraden Umfangsfläche im Querschnitt dreieckige Ergänzungselemente

ίο 12 eingesetzt sind. Dieser Rohrboden ist durch entsprechend gestaltete Ergänzungsteile 8,10 und 11 auf dem Außenumfang gleichfalls für den Anschluß eines üblichen zylindrischen Sammelkastens geeignet. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau eines Rohrbodens kann dieser sehr einfach und wirtschaftlich hergestellt werden. Zunächst wird an dem Stutzenteil 4 eines jeden Bodenstücks 1 stirnseitig ein Bündelrohrende in bekannter Weise angeschweißt. Danach werden die einzelnen Bodenstücke in ihrer Stellung, die sie im fertigen Rohrboden einnehmen, mit aneinanderliegenden Mantelteilflächen durch eine Klemmeinrichtung verspannt, worauf das Verschweißen durch elektrische Widerstandsschweißung zunächst längs der Linien a 1, b 1 bis α 6, δ 6 und sodann längs der Linien el, dl bis c 6, d 6 erfolgt, wobei jeweils längs einer durchgehenden geraden Fläche verschweißt wird, deren äußere Enden frei sind. Die Struktur des Werkstoffes der rohrförmigen Bodenstücke wird dabei, bis auf eine Zone geringer Dicke, beispielsweise 1 bis 2 mm, nicht beeinträchtigt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Rohrboden für Wärmeaustauscher mit einem Rohrbündel aus eng angeordneten parallelen Rohren, welcher aus einzelnen rohrförmigen Bodenstücken zusammengesetzt ist, die jeweils einen bodenbildenden Bereich mit ebenen äußeren Mantelteilflächen und einen an diesen Bereich anschließenden Stutzenteil aufweisen, welcher kleinere äußere Querschnittsabmessungen als der bodenbildende Bereich hat, wobei jeweils ein Bündelrohrende stirnseitig mit dem Stutzenteil eines Bodenstücks verschweißt ist und die bodenbildenden Bereiche der Bodenstücke mit ihren an benachbarten Bodenstücken anliegenden Mantelteilflächen durch elektrische Widerstandsschweißung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Durchmesser der Bohrung (7) eines jeden Bodenstücks (1) gleich dem Innendurchmesser der Bündelrohre (2) ist und die äußere Mantelfläche eines jeden Bodenstücks wenigstens eine ringförmige Ausnehmung (5) aufweist, welche in bekannter Weise einen Hohlraum (6) im Innern des Rohrbodens bildet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen