DE2119872A1 - Leitplatte für Mantel und Rohr wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Rohrwärmeaustauscher ' ä

Die Erfindung "betrifft eine Leitplatte für Mantel- und Bohrwärmeaustauseher mit Wärmeaustauscherrohren und einem hohlen Mantel, in den die Leitplatte einsetzhar ist, welche einen Plattenkörper mit axial gegenüberliegenden vorder- und rückseitigen Oberflächen und eine Mehrzahl von öffnungen zwischen der vorder— und rückseitigen Oberfläche aufweist.

Solche Leitplatten werden in Mantel- und Rohrwärmeaus— tauschern aus folgenden zwei Hauptgründen "benutzt, einmal als Halterung für die Wärmeaustauscherrohre, welche sich der Länge nach durch den Wärmeaustauscher erstrekken, zum anderen als Mittel, um einewärmeaustauschende

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!Flüssigkeit auf einen gewundenen Weg durch die Bohre zu schicken, damit aie einem maximalen Wärmeaustausch ausgesetzt wird.

Ss ist allgemein "bekannt, daß in Mantel- und Eohrwäraeaustauschern die Wirksamkeit im großen Maße von der Fähigkeit der Leitplatten abhängt, die ^Lässigkeit in einen turbulenten und gekrümmten Weg zu zwingen. An Stellen, wo die Leitplatten nicht eng mit den Wärmeaus— tauscherrohren abdichten, tritt ein beträchtlicher Nebenschluß und damit verbunden eine Verminderung der Wirksamkeit des Wärmetauschere auf. Diese Dinge sind ausführlich in den US-Patenten Hr.: 2.873*098, 3.045.981, 3*240.267 beschrieben.

Es wurden bereits mehrere Versuche gemacht, die Leitplatten frei von solchen Problemen zu machen. Einige Hersteller haben die Kanten der Löscher in den Leitplatten abgeschrägt, um scharfe Kanten zu entfernen und um das Bin— führen der Bohre beim Zusammenbau zu erleichtern. Andere haben Dichtmuffen mit nach außen erweiterten Enden als Zusätze für die Leitplatten vorgesehen. Solch eine Anordnung ist in dem US-Patent 2.873*098 aufgezeigt, in

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welchem eine Leitplatte dargestellt ist, die eine Mehrzahl von öffnungen mit rundherumgehenden kontinuierlichen Umburdelungen aufweist» Biese TTmbördelungen umfassen und leontaktieren die färmeaustauscherrohre außerhalb der Leitplatte·

Alle diese vorher erwähnten "bekannten Anordnungen weisen aber noch "bestimmte Nachteile auf. !«wesentlichen schaffen sie einen Kontakt zwischen Leitplatte und Wärmeaustauseherrohr, der sich über die gesamte Dicke der Leitplatte erstreckt. Dieser Teil des Bohreβ kann nicht in eine Wärmeaustauschfunktion treten, da er für die wärmeaustauschende flüssigkeit abdichtend ist. Wird so ein Teil des Rohres vom Wärmeaustausch ausgeschlossen, so ist dies nicht kritisch., wenn die Leitplatten aus relativ dünnem Metallblech gefertigt sind, z.B. aus Messing, Kupfer, nichtrostendem Stahl oder pus Stahl·

Sind aber die Leitplatten aus nichtmetallischen! Material % geformt, z. B. aus organischer Masse, so müssen die Leitplatten eine größere Dicke aufweisen. Außerdem sind diese Materialien im allgemeinen schlechte Wärmeleiter. In einer solchen Situation wird es kritischer, den vom Wärme-

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au» taua cii ausgeschlossenen Teil der Wärmeaustauscherrohre zu verringern, während immer noch eine geringe, für die Flüssigkeit isolierte Fläche zwischen Leitplatte und Wärmeaustauscherrohr übrig

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leitplatte für Mantel- und Hohrwärmeauetauscher zu schaffen, welche die Nachteile der "bekannten Anordnungen nicht aufweist und einen möglichst grossen Wärmeaustausch zwischen den Wärmeaustauscherrohren und der wärmeaustauschenden flüssigkeit ermöglicht.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß bei einer Leitplatte, welche aus einem P^attenürper mit azial gegenüberliegenden vorder- und rückseitigen Oberflächen besteht, eine Mehrzahl von Öffnungen mit nicht gleichförmigem Querschnitt, eine ringförmige Kontaktflache zwischen Wärmeaustauscherrohr und Leitplatte und mindestens eine konische Oberfläche, die einen gleichmäßig ansteigenden Durchmesser aufweist und sich von der Eontaktfläche divergierend zu mindestens einer der vorder- oder rückseitigen Oberflächen des PlatteBkörpers erstreckt, vorgesehen sind·

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-So wird erreicht, durch eine ringförmige Kontaktfläche zwischen leitplatte und Wärmeaustauscherrohr in einem minimalen ringförmigen Bereich ein Kontakt herzustellen, wobei aber der Teil des Wärmeaustauscherrohres, der zum Wärmeaustausch beiträgt, maximal wird. Auf der ganzen Länge des Wärmeaustauscherrohres kann somit, ausgenommen an den begrenzten ringförmigen Kontaktflächen, ein Flüssigkeitskontakt stattfinden. Außerdem können bei einer solchen Anordnung die Wärmeaustauscherrohre beim Zusam— ' A menbau sehr leicht eingeführt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist dann gegeben, wenn die Leitplatten aus Plastik gepreßt oder gespritzt werden, wodurch eine ausreichende Maßhaltigkeit gegeben ist und ein Abstreichen beim Guß oder Spritzguß vermieden wird. Außerdem kann so dar Durchmesser der öffnung sehr leicht festgelegt werden. Gemäß der Unsicherheit beim Schrumpfverhältnis bestimmter organischer Zusammen— * Setzungen ist es schwierig, den Durchmesser der öffnung präzise einzuhalten. Dadurch, daß eine konische öffnung verwendet wird, kann ein minimaler Durchmesser der öffnung leicht eingehalten werden, indem die Stirnfläche des Gußstückes etwas abgeschliffen wird.

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G-emäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Leitplatten aus nachgiebigem, formbarem organisehem Werkstoff hergestellt, der billiger und dauerhafter ist als Leitbleche, die bisher aus Messing oder Kupfer hergestellt wurden.

Diese und weitere Merkaale der Erfindung gehen aus den im folgenden beschriebenen und in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor. Es zeigen:

flg. 1 einen zentralen Längsschnitt durch einen Wärme— austauscher,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Leitplatte eines Wärmeaus t«. schere,

fig. 3 eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 3—3 der Figur 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungs— form einer Leitplatte*

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In Figur 1 ist ein Wärmeaustauscher 10 dargestellt. Der Wärmeaustauscher besteht aus zwei Kopfstücken 11 und 12, zwei Rohraalteplatten 15 und 16, τοη denen jede alt einem Kopfstück verbunden ist, sowie einem Mantel 17, der zwischen den Bohrhalteplatten 15 und 16 gehalten wird» Die Hohrhalteplatte 16 weist einen Flüssigkeitseinlaß 20 für eine erste wärmeaustauschende Flüssigkeit auf· Zu dem Einlaß 20 führt eine Leitung 21. An der Rohrhalteplatte 15 ist ein Flüssigkeitsauslaß 22 für die erste wärmeaustauschende Flüssigkeit vorgesehen, der in eine ™ Leitung 25 mündet. Für eine zweite wärmeauetauschende Flüssigkeit sind in dem Kopfstück 12 ein weiterer Einlaß 26 und ein Auslaß 27 vorgesehen. Bei dem Einlaß 26 liegt im Kopfstück 12 eine Einlaß kammer 30, neben dem Auslaß 27 eine Auslasskammer 31. In dem Kopfstück 12 trennt ein zentrales, diametral angeordnetes Teil 32 die Einlasskammer 30 von d*r Auslasskammer 31· Durch das Kopfstück 11 wird eine Flüssigkeitskammer 33 gebildet.

Zwischen einer Reihe von öffnungen 36 der Rohrhalteplatten 15 und 16 erstrecken eich eine Mehrzahl paralleler Wärmeaustauscherrohre 34 und 35, deren Anzahl und Anordnung gemäß den Anforderungen der Praxis ausgesucht

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wird· Die Rohre 34 stehen mit der Einlasskammer 30, die Bohre 35 mit der Auslasskammer 31 in Verbindung, mit der !Flüssigkeitskammer 33 sind sowohl die Bohre 34 als auch die Bohre 35 verbunden» Die Abdichtung der Rohre mit den Rohrhalteplatten kann auf viele Arten erfolgen, beispielsweise durch Hartlöten.

Die Bohre sind zwischen den Bohrhalteplatten mittels einer Eeihe von Leitplatten 37 gehalten· Wie aus der Figur 2 besser ersichtlich ist, besteht jede Leitplatte aus einem Mittelteil, das an einer Seite einen tangentialen Ausschnitt aufweist, um den Durchfluß der ersten wärmetauschenden Flüssigkeit zu ermöglichen. Damit die erste wärme tauschende Flüssigkeit einen gewundenen Weg durch den Wärmeaustauscher nimmt, sind die Leitplatten so räumlich innerhalb des Mantels des Wärmeaustauschers 17 angeordnet, daß die tangentialen Ausschnitte sich abwechselnd gegenüberstehen. Dies ist in Figur 1 durch Pfeile dargestellt, damit ersichtlich wird, wie die erste wärmeaustauschende Flüssigkeit vom Einlaß 20 an dem einen Ende des Mantels zu dem Auslaß 22 am anderen Ende des Mantels gelangt. Die Leitplatten weisen eine Vielzahl von Löschern 40 auf, in welche die Wärmeaustauscherrohre 34 und 35 eingefügt werden.

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Die Leitplatte 37 besteht aus einem Plattenkörper 41 , der axial gegenüberliegende vorder- und rückseitige O"berflachen 42 und #5 aufweist. Aus der vorder— und rückseitigen Oberfläche ragen Mittel zum Positionieren hervor, die mit 46 bezeichnet sind·

Figur 2 zeigt eine erste Gruppe von Mitteln zum Positionieren der Leitplatt©, die sich, entlang der Peripherie der Leitplatte erstrecken und mit 47 "bezeichnet sind· . ^ Eine zweite Gruppe von Mitteln 30 zum Positionieren der Leitplatte ist innerhalb der Peripherie der Leitplatte angeordnet.

Sowohl die Leitplatte 37 als auch die Mittel 46 zum Positionieren der Leitplatte mögen aus nachgiebigem, formbarem, organischem Werkstoff hergestellt werden. Stoffe, die für diesen Zweck gei-gnet sind, sind Materialien wie behandeltes Nylon (Polyamide) und Hochtem— peratur-Polyester (Polyaryläther) sowie andere geeig- "

nete thermisch gehärtete und thermoplastische Materialien.

In Figur 3 sind die öffnungen 40 im Detail besser dargestellt. Die öffnung 40 hat einen nicht gleichförmigen

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Querschnitt und weist eine ringförmige Kontaktfläche 51 auf, die in einem sehr !deinen Bereich abdichtend mit dem Wärmetauscherrohr zusammenwirkt und so einen maxi— malen Wärmeaustausch zwischen dem Wärmetauscherrohr und der wärmeaustauschenden Flüssigkeit ermöglicht. Die Abdichtung ist so gut, daß jeder Nebenschluß von Flüssigkeit zwischen Leitplatte und Wärmetauscherrohr vermieden wird.

Außerdem weist die öffnung 40 eine konische Oberfläche mit gleichmäßig steigendem Durchmesser auf, die sich divergierend von der Kontaktfläche 52 gegen die vorderseitige Oberfläche 42 erstreckt. Wie in Figur 3 dargestellt, liegt die Kontaktfläche 51 neben der rückseitigen Oberfläche 45» kann aber ebenso neben de*r vordere eitigen Oberfläche 42 oder irgendwo zwischen der vorder- oder rückseitigen Oberfläche liegen.

Figur 4 zeigt ein weiteres Aueführungsbeispiel einer Leit— platte mit vorder— und rückseitigen Oberflächen 42 und Zwischen der vorderseitigen und der rückseitigen Oberfläche befindet sich in der Mitte eine Kontaktfläche 55» welche in einem sehr kleinen Bereich mit dem Wärmeaus—

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tauscherrohr abdichtet und so einen maximalen Wärmeaustausch zwischen Wärmeaustauscherrohr und Flüssigkeit erlaubt. Sie Öffnung 4-0 weist zwei konische Öffnungen 56 und 57 auf, die sich divergierend von der Kontaktfläche 55 zu der vorder se it igen Oberfläche 42 und zu der rückseitigen Oberfläche 57 erstrecken.

Die Wirkungsweise des Mantel- und Rohrwärmeaustauschere 10, wie er in der Figur 1 beschrieben ist, wird im folgenden näher erläutert. Die zweite wärmeaustauschende Flüssigkeit steht mit dem Einlaß 26 in Verbindung und fließt in die Einlaßkammer 30, die mit den verschiedenen Wärmeaustauscherrohren 34 und der Kammer 30 in Verbindung steht. Die Flüssigkeit gelangt durch die Bohre 34- in die Kammer 33» von wo sie durch einen zweiten Satz von Wärmeaustauscherrohren in die Flüssigkeitskammer 31 und von dort aus in den Auslaß 27 gelangt. Die erste wärmeaustauschende Flüssigkeit fließt iron der Leitung 21 durch den Einlaß 20 über einen gewundenen Pfad um die Leitplatten, wie in Figur 1 durch die Pfeile dargestellt ist. Hierbei tritt ein Wärmeaustausch zwischen den Rohren 34 und 35 auf. Der gewundene Weg, durch den die erste wärme— austauschende Flüssigkeit fließt, trägt dazu bei, daß der Wärmeaustauschereffekt der Anordnung maTiwni. wird· Die

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zweite wärme austauschende flüssigkeit wird durch die Leitung 25 und den Auslaß 22 aus dem Wärmeaustauscher abgesaugt.

Im vorangegangenen wurde ein Mantel- und Bohrwärmeaustauscher gezeigt» der eine Mehrzahl transversal innerhalb des Mantels angeordneter Leitplatten aufweist, welche eine Mehrzahl laiischer öffnungen mit einer ringförmigen Kontaktfläche zwischen der vorder— und rückseitigen Oberfläche der Leitplatte besitzt. Diese Leitplatte ist außerdem aus nachgiebigem, formbarem, organischem Werkstoff hergestellt.

Obschon die Erfindung in Verbindung mit einigen spezifischen Aueführungebeispielen beschrieben worden ist, soll dies nur zur Erläuterung der Erfindung, nicht aber als Einschränkung dienen. Die Erfindung kann vielmehr in vorteilhafter Weise in dem gesamten, sie berührenden technischen Bereich zur Anwendung kommen.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Λ j Leitplatte für Mantel und Rohrwärmeaustauscher mit Wärmeaustauscherrohren und einem hohlen Hantel, in den die Leitplatte einsetzbar ist, welche einen Plat— tenkörper mit axial gegenüberliegenden vorder- und rückseitigen Oberflächen und eine Mehrzahl von öffnungen zwischen der vorder— und rückseitigen Oberfläche aufweist, geieimfceichnet durch einen nicht gleichförmigen Querschnitt der öffnungen innerhalb des Plattenkörpers (41), durch eine ringförmige Kontaktfläche (51 »55) zwischen Wärmetauscherrohr (34) und Leitplatte und durch mindestens eine konische Oberfläche (52,56,57), welche einen gleichmäßig ansteigenden Durchmesser aufweist und sich von der Kontaktfläche divergierend zu mindestens einer der vorder— oder rückseitigen Oberflächen des Plattenkörpers (41) erstreckt.
2. 2. Leitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberfläche (51) neben der rückseitigen Oberfläche (45) des Plattenkörpers (4 1) angeordnet ist und daß die konische Oberfläche (52) sich di-

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   vergierend von der rückseitigen Oberfläche zur vorderseitigen Oberfläche des Plattenkörpers erstreckt.
3. 3. Leitplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei konische Oberflächen (56,67) vorgesehen sind, die sich divergierend von der Kontaktfläche aus zu den entgegengesetzten Oberflächen des Plattenkörpers (41) erstrecken.
4. 4. Leitplatte nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (55) in gleichem Abstand zwischen der vorder- und rückseitigen Oberfläche des Plattenkörpers (41) angeordnet ist·
5. 5· Leitplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie raufe nachgiebigem» formbarem, organischem Material zusammengesetzt ist·
6. 6. Leitplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Mantel— und Bohrwärmeaustauscher mit einem hohlen Hantel und einer Mehrzahl von Leitplatten und Wärmeaustauscherrohren·

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