DE1501682A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-lng.W.Meissner

Difrl.-Ing. H. Tischer 29; Maß 1965

1 Berlin 33 (Grunewald) e8n2

Waagner-Bir6 Aktiengesellschaft In Wien Wärmetauscher

e64 Bi

Sie Erfindung betrifft einen Wärmetauscher von vorwiegend zylindrischer Gestalt, insbesondere für Gase von höherem als atmosphärischem Druck als Heizmedium, welcher daduroh gekennzeichnet ist, daß wärmeübertragende, gleiohartiggekrümmte Rohrabschnitte in Ebenen etwa winkelrecht zur Hauptachse des Wärmetauschers von innen nach außen verlaufen und daß Rohrabschnitte verschiedener Rohrfeldebenen mittels Yerfiindungsbogen verbunden sind, deren Krümmungsradien größer sind als die Hälfte des Abstandes, .vorzugsweise des kleinsten Abstandes aufeinanderfolgender Rohrjebenen·

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen

Ausführungsformen beispielsweise dargestellt· Die Figuren,1 und zeigen eine Ausfuhrungsvariante de· Srfindungsgegenstandee. Die Figuren 3 bis 6 veranschaulichen weitere AuafUhrungevarianten

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der Erfindung. Sie Figuren 7 und 8 .zeigen Schnitte durch einen Wärmetauscher, bei welchem die erfindungsgomäße Rohranordnung verwirklicht ist. In den figuren 9 bis 12 Bind weitere Ausführungsmöglichkeiten einfacher !Rohrschlangen dargestellt. Die Fig. 13 bis 24 zeigen erfindungsgemäße Heisflächenanordnungen, welche aus Mehrfachschlagen gebildet sind. Die Figuren 25 bis 39 » zeigen Einzelheiten, sowie Gesamtansichten von gitter- oder netzartig aufgebauten Heizflächen.

In den Fig. 1 und 2 sind mit 1 Wärmetauschrohre

^ bezeichnet, welche überwiegend nach Evolventen gebogen sind. Sie Verbindung zwischen zwei evolventenförmigen Rohrabschnitten 2 erfolgt mittels inneren Verbindungebögen 3 und äußeren Verbindungsbögen 4. Sie Krümmungsradien dieser Verbindungsbögen sind größer als die Hälfte des kleinsten Abstandes aufeinanderfolgender Rohrebenen· Es werden jeweils solche Paare von Rohrabschnitten 2 miteinander verbunden, die sowohl in verschiedenen Ebenen, als auch in verschiedenen achsparallelen Wärmetauscherabschnitten 5 liegen. In Fig· 1 verbinden die Verbindungsbögen 3 und 4 solche Rohrabschnitte 2, die in unmittelbar benachbarten Wärmetauscherabschnitten 5 liegen. Für einen Rohrstrang ergibt sich für die Folge der Rohrabschnitte 2 und der Verbindungsbögen 3 und 4 eine mäanderförmige Wicklung. Die ebenen, halbkreisförmigen Verbindungsbögen 4 bsv. 3 liegen daher schräg, d. h. in Ebenen, die die Hauptachse 14 des Wärmetauschers schneiden. Die ATerbindungsbögen 3 und 4 schließen bei 6 an die Rohrabschnitt e 2 an. Vorzugsweise ist dort jeweils ein gerades Rohrstüok mit einer Länge von etwa einem oder einigen Rohrdurchmessern dazwischengeaohaltet. Dies erleichtert den Biegevorgang

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bei der Herstellung der Rohre. Die Verbindung^bögen weisen beispielsweise denselben Rohrqueraohnitt auf und bestehen aus desselben Rohmaterial wie die Abschnitte 2 der Bohre. Vorteilhafterweise werden entweder die äußeren Rohrbügen 4 oder die inneren Rohrbogen 3 oder beide Rohrbogen mit den Rohrabaohnitten 2 in einem Stück hergestellt. Zwischen den Rohrabschnitten 2 liegen Verblndungsrohre 7, die über Tragpratzen 8, gegebenen* falle auch ösen oder dergleichen, die Heizflachenrohre 1 tragen. Sowohl die Verbindungabögen 3 und 4 als auch die Tragrohre 7 werden von dem sie umgebenen Medium beheizt oder gekühlt. Sie % nehmen daher an der Wärmeübertragung teil und ihre Oberfläche ist ein Teil der Gesamtheizflache des Wärmetauschers· Wie man der Figur 1 ferner entnimmt, sind die Heizflachenrohre 1 von einem Druckmantel 9 umgeben. Einbauten 10 aa äußeren Rande des Rohr» feldes 11, sowie Innere Einbauten 12, dienen dazu, das im Druck-

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mantel 9 strömende, die Rohre umspülende Medium nur im Bereich des Rohrfeldes 11 zu führen.

Fig. 2 zeigt insbesondere von der Wärmetauscherrohre aus gesehen, eine Projektion des Rohrpaketes nach Fig. 1 auf ä einen äußeren, umhüllenden und zur Wärmetßuscheraehse konzentrischen Zylinder. Die inneren Verbindungsbogen 3 erscheinen hier schräg liegend und annähernd gerade, die äußeren Vorbindungsbogen 4 hingegen annähernd als Teile von Ellipsen. Die evolventenformig gebogenen äohrabschnitte 2 liegen alle in zueinander parallelen Ebenen 1-5. Die inneren bzw. äußeren Verbindungabogen 3 bzw. 4 verbinden jeweils in benachbarten Ebenen liegende Rohrabschnitte 2, und zwar so, daß die miteinander verbundenen Rohrabschnitte 2 in

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WärmetauaeheraOsehn.itten 5 liegen, die Im gleichen Drehsinn aufeinasiderfolgen* Es 1st bei dieser Ausführung ferner zu bemerken, da.0 die zu einem Rohrstrang durch die Verbindungsbogen 3 bzw. 4 zueaBuaengeachaltöten Rohrabsohnitte 2 in den aufeinanderfolgenden -'.-.bonen 15 ,löweils um gleich große Drehwinkel um die Hauptachse des V/äSMaetauechers als Drehachse verdreht liegen. Dadurch wird bewi?kt, daß die Rohrabschnitte eines Rohretrangea in den aufeinanderfolgenden Ebenen bei ihrem Durchgang duroh das Rohrfeld von ii-snen nach außen odor umgekehrt, jeweils mit einem anderen 2eileis?om des aie umgebenen Mediums in Berührung treten. Dies bewirkt ©ins relativ gleichmäßige Veränderung der Temperatur des in des, Rohren strömenden Mediums, auch bei ungleichmäßiger 'SeBperatur des die Rohre umströmenden Mediums oder Ausfall einer oder mehrerer Bohrstränge. Durch diese Aufeinanderfolge der Rohraboenaitte 2 ergibt eich im ganzen für einen Rohretrang eine

ei'flSrmige Wicklung, wie bereite erwähnt. Die Schnittebene für 1 1st durch die äußeren Verbindungsbolzen 4 geführt. Die inneren Terbindunosbogen 3 sind nicht geschnitten.

k In Fig. 3 gelten die gleichen Bezeichnungen wie

in dem vorhergehenden Figuren. Die Verbindungabogen 3 bzw. 4 .sind hler mit üen Rohrabschnitten 2 so zusammengeschaltet, daß die dadurch gebildeten Rohrstrange stets in den gleichen V/üroetauscherabschnitten 5 verlaufen; und zwar pendelt jeder einzelne Rohrstrang zwischen zwei benachbarten Abschnitten 5 des Wärmetauschers. Die hlnter^inandergeach&lteten Rohrabschnitte 2 erscheinen daher in aufeinanderfolgenden Ebenen 13 jeweils ßegen»innig um gleiche Winkel verdreht, und zwar mit der Hauptachse als Drehachse· Diese Ausführung ist ζ·Β· dann von Vorteil, wenn der Strom dee die

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Rohre umspülenden Mediums aus irgendwelchen Gründen unterteilt werden sollt etwa um Undichtheiten der Rohre leicht feststellen zu lassen, oder wenn der Wärmetauscher in getrennt regelbare Einheiten unterteilt werden soll.

Ir. den Fig. 4 und 5 gelten ebenfalls die früheren Bezeichnungen. Insbesondere 1st in Flg. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Rohranordnung in einen Schnitt normal sur Wärmetauacheracäss 14 dargestellt* Auch hier eind die Rohrabochnltte 2 durch die äußeren bzw. inneren Verbindungabogen 4 bzw. 3 hintereinanderge-3Chalteti jedoch verbinden die inneren und die äußeren Verbindungebogen 3 bzw. 4 jeweils solche Rohrabechnitte 2, die in den gleichen Paaren von benachbarten Wärmetauscherabaehnittön 5 liegen. Ea entstehen daher Rohrgruppon 15» welche durch achsparallele Flächen von evolventenftfrraiger Krümmung begrenzt sind. Zwischen den Rohrabschnitten 2 jeweils einer Rohrgruppe 15 befinden sich l'ragrohre 7, welche aittelä Tragpratzen 8 die Rohre stützen und su ßinora stabilen Teilpaket Äuaajaaenfaasen· Dioee TeilpaJcete können in Serienfertigung einsein hergestellt und geprüft werden. Sie v/orden hernach au dos gaeaaten Wärae taue ehe rpaket zusammengebaut, und zwar am Heratellungeort oder &m Aufstellungsort. Hierbei wird vorzugaweiae die letzte Rohrgruppe 15 iß Hichtung der v/ärsiGt.machernchso 14 eingeschoben.

Dia Flg. 5 seigt einen Schnitt lan^a eines

kanzentrischßn Zylinders ua die Wärmetauscherachse, deaaen Hantel' ■ ctvfa durch die uborsimgsatellon δ zwischen den inneren VerbindungsbUscn 5 und den Hohrribsohnitten 2 geht. Han erkennt, daß durch c.±ß YcrbinduniiOboäen 3 und die Eohraböchnitte 2 nur achoparallele 15 gebildet werden.

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Fig. 6 seigt in einem wie in FIg* 5 Schnitt eine weitere Möglichkeit dor Zusammenschaltung von Bonrabsehnitten 2 duroh Verbindungsbogen 3» bei welcher jewella eine Eohrebene von diesem Yerbindungsbogen Übersprungen wird« Hindurch können engere Seilungen» bzw. größere Verbindungβ-bogenr&dlen verwirklicht werden.

Sie Pig· 7 und 8 veranschaulichen die erfindungegßaäß ausgebildeten Heizfläohenrohre 1 in einem Wärmetauscher mit Doppelmantöldruckgefiiß. Bei 17 strümt ein wärmeUbertraijendes Keaiua ein, wird bei 18 umgelenkt und verläßt den Wärmetauscher bei 19. Sin weiteres Medium wird bei 20 in den V/ärmetauoeher eingeleitet und über Eberan 13 von gebogenen Wärmetauechrohren 1, sowie über Yerbip angarohro 22 durch den WärmetAuecher hindurchgefühlt«, Bei 21 wird dieses auletzt gen?mnte Medium au3 dem ViiirmetcusuÄör abgüieitat· Die v/ürmetauschrohre 1 sind beispielsweise über

aßu"l,eaentö 1<S an einea ^:rrüger3tem 23 befestigt, aioh über zentrale Einbauten 12 auf den Innenmantel 24

uöchürs abstutzt. Zwischen dem Innenmantel 24- und dem AußezuBsntel 25 befindet eich ein ringförmiger Gaekanal 26. Wie insbesondere X'ig. 8 geigt_t ist ein Teil der Verbimtungsrohre 22. am Eanae 27 cee U.ihrXeldes 11 und ein anderer Teil der Verbindun^erohre £2 innerhalb der zentralen Einbauten 12 untergebrucht. Das Rofcrfeld 11 ist ebenoo, wie schon in Fig. 4 gezeigt wurde j i;y.s eiasjelnc-n ^ Gruppen 15 gebildet, welche ziuaüchst aus don ''schon früher erwühnten Verbindungsbogen 5 bzw. 4 und den F.ohrabschnitten 2 aufgebaut wurden, die eodonn z.B. εα AuT-stollun^sorte c^s '»Urmetauschers zu der gesamten Heizfläche zu-Eiiiiiüsftgeeteilt wö?den_P wobei vorzugsweise die letzte \

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--oos-c lz der iieizilächen^ruppon 15 in Richtung der v/ärmetauacherachse 14 eingeschoben wird. Dia aua den einzelnen Gruppen herauoführenden „'.nschl^rohre werden nach ihrem IXirchtritt durch den inneren Ijzw, äußeren Druckaantol 24 bzw. 25 mit den Ancchlußntellen 20, 21 verbunden. Tbcnoo wer len die TrügeleruGnte 16 jeder Rohr-Gruppe 15 ca. ihre Aufhangepunkte 20 an Trüge rotem 23 rmgecchlonccn. rurch diesen erf indung3geciü.Öo Verfahren kann dor 3γλι celbat größter V/äractauschereinheiten äuSerct wirtcchaftlich erfolgen.

I?ie ?i5. 9» 10, 11 zeigen eine Rohranordnung i^bnlich viü in Pi^. 1_r jedoch sind durch die Vcrbindiuassbögon 3 und 4 Rohrabschnitto 2 mitoinander verbunden, die nicht in unmittelbar benachbarten tfürnestuus eherabschnitt cn 5 liegen, nondern gs wird jeweils ein '/ürisetauscherabschnitt 5 überi^run^cn. Γ-.ohro und 3ö.26n ain-i durch Striche dargcct ' It. Deiters sind in der Pi^. 9 Yorbindungärohre 22 ein^etragen, die in der Uähc der äußeren. Begrcnaung dee Rohrpakete." verlaufen. 9 bo-.zeichnet einen Druckaantcl,

^r'i^; 10 zci^t einen Gciinitt durch das. Hohrpaket eines- l/äraetr.ucclier.a r*vch Fig. 9> wobei die Gchnittführuns cnnlOi" int su den Fig. 5 und 6. Auch die Bezeichnungen entsprechen den ?ig. 5 und 6. Die Anordnung d<»r Heisflachcnrohre 2 ißt in Richtung ßcr ',Uraet.^uccheracnse fluchtend. 29 bezeichnet die Querteilung wnd 30 die Längstellung, die nit dem Abotfinä der Rohrfeld ebenen 1? identisch ist.

Pig» 11 zeigt im Detail die inneron Yerbindunge-

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einor Anordnung ähnlich wie in Pig. 9 in Projektion parallel zut Wärmetauscherach3e. Die halbkreisförmigen Verbinäungsbösen 3 sind mit don gekrümmten Rohrabschnitten 2 über gerade Hohretüoke 6 verbunden, die eine Länge entsprechend etwa einem oder einigen Rohrdurchmessera aufweisen. Der übergang si.iaehöa den Eohraböchnitten 2 und den geraden Rohrstiieken 6 sowie letzteren und den Verbindungsbögen 3 erfolgt ohne Knick.

In ?ig. 12 iot in einer zur Fig. 10 analogen

Parateirungsweise eine ioiordnung von Rohx'absohnitten 2 und Verbindungsbogen 3 dargestellt» wobei die Rohrabochnitte in Richtung der 'v/ärastauscherschse versetzt angeordnet sind. 29 bezeichnet wieder die Qusrteilung und 30 die Längsteilung, die mit dem Abstand der Rohrfeldebenen 13 identisch ist. Die Verbinduns3bogen 3 verbinden Rohräbsohnitte 2, die in Wärmetausoherlüngerichtung um zwei LSngsteilungen 30 und in den Rohrfeldebenen 13 .und zv/ei Verteilungen 29 voneinander entfernt sind. Selbstverständlich können im Rahmon der geometrischen Möglichkeiten auch andere Vielfache der Quer- und Längoteilung bzw. deren Kombinationen gewählt werden. Allgemein gesprochen, ist der Tnirchmesser der Verbindung3bogen gleich der Wurzel aus der der Quadrate ganzzäHiger Vielfacher der halben Querteilung

29 und der LängstGilung 30, entspricht also der Beziehung α β vTnt } + (mt,/) , worin η und m ganze Zahlen sind und tg die Querteilung, t2 die Längsteilung bedeuten.

Die X¹Ig. 13 und U zeilen eine Ausführung des erfindun^ßgecjäßen i/änaetausohere mit V/arme tau sehrohr on, die in Schären von Mehrfachschliüigen angeordnet sind« In rig_# 13 wurde nur eine aus drei Bohrsträngen bestehende Sohar gezeichnet,

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all© anderen Scharen sind abgehoben. Eine Schar besteht in dieeeza P^Il aus drei evolventenförcigen Rohrabcchnitten 2, dio durch innera Verbindungsbogcn 33, 34, und 35 und durch analoge äußere Verbindungsbogen 36, 37 und 30 verbunden sind·· Die Vcrbindungsbogen haben von innen nach außen abgeetufte Biegen dien und sind ^eweilß in einer Ebene und vorzugsweise konzentrisch angeordnet· 33 und 36 weisen die kleinsten Biegeradien r.uf, 35 und 38 die größten, vUhrend 34 und 37 mittlere Radien besitzen. Die Bohrcbschnitte 2 liefen in Ebenen winkelrocht zur Hauptachse, die Verbindungsbogen 3 und 4 vorbinden jcv/eile zwei in verschiedenen Ebenen gelegene Rohrebschnitte 2. f Die Vcrbindungrohro 22 sind hier in litygs des Drucbmantels schraubenförmig verlaufenden Taschen 31 geführt und dadurch der direkten BehsLzung entzogen. Die "eaohen bestehen vorzugsweise aus einer oder ashreren Blechverkleidungen nit dazwischen befindlichen Schichten von stagnierenden^Medium. Ihrer Porm nach beatshen deren Querschnittaprofilo auo Bogenabßchnitten und/odor Geraden, und zwar derart, daß οich der Bcgrcnsungsquerochnitt des Ksnalea, in welclioa dao die Rohre Tiaispülende Kedlua ströat, der von den Rohrabschnitt cn und den ä Verbindungbogen gebildsten Kontur snschmiegt.

l^?i£· 14 stellt einen Schnitt nornal zu den Rohren gcaüB Linienzug 32-«»4-32 der Fig. 13 der. Die VerbinduR£3bC£en 33 verbinden Rohrabachnitto, die ic den Rohrfeldebenen 41 und 42 liegen, die Verbindungsbolzen 34 verbinden Kohrab'sthnitte, die in den Ebenen 40 und 43 liefen, w^ihrend die VerbittUungabogeh 35 Rohrabschnitte der Ebenen 39 und 44 miteinander verbinden.

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Dadurch, daß sich an die Verbindungsbogen 33

mit den kleinsten Biegeradion nach Durchlaufen der betreffenden Rohrabschnitt© im gleichen Rohrstrftng die Verbindungsbolzen 38 mit den größten Bieseradien anschließen, wird erreicht, daß die kuanenlängen der ^eweile in einen Rohrstrsng aufeinanderfolgenden Yorbindungsbogen für olle Rohrotränse etwa gleich gro<3 sind·

Die 2?is· 15, 16 und 13 zei^e» eine andere Auaführungsfora sit Hehrfachaehlnngen. Insbesondere zeigt Fig» 15 eino Jmaioht, gaaehen in Richtung der Wärraetauaeherachae· l£s bezeichnen 45 und 46 äußere Yerbindunßobogen und 47 und 46 innere Verbindungsbosen, wobei die Bößon 45 und, 47 in Eboni: par.llsl zur Wärmetnusoherachse 14 liegen und die Gchnittebeno durch die Mitte der iiuüeren Bo₍-;en 45 und 46 gef.lhrt iot, ?ig. 16 aei^t einen Schnitt nach dem Linienzug 49-49 der Pig- 15. sieht daraus, daß die Bösen 47 JaCRohrabachnitte zwe^/^erashiedener Hohrfeldebenen 50 und 53 nitoinander verbinden und selbst in einer Zbene parallel zur VfUrnietauscherachsö 14 liegen, während dicr Eö^jen 48 zwei unmittelbar übereinander-

h liegende Rohrfeldebenen verbinden, v/obei die ■ Ebenen^in deren VerbindungsbögöR 48 liefen, schrüs zur V-'arnotiiueoheraohse liegen«

ähnlich vis in ?ig. 16 ist die Anordnung der PiC» 17. Me nicht in Ebenen parallel zur V/ärnetf.un eher achse 14

dGii Rohrbogen 54 führen in dieser Pi£ur unter liberi£Un.; dc-κ ••a'insetc.UKchert'.bschnittes 56 von l/ärae tauscher abschnitt 55 ZUI2 VMiraetau£3cherabi>oimitt 57, d.h. sie schreiten in

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iibenenrichtung um swoi Quer teilung en. 29 fort· Selbstverständlich können euch mehr als ein i»arm3titti.3Cherab0chnitt übersprungen werden und ca können auoh die nicht unmittelbar benachbarten Rohrfeldebencn mittels scärü&liogonder Verbindungebeten verbunden werden· aeaentuch ist, daß did Biogcrudien aller &ohre ein gewisses Mindestmaß nicht unterschreiten» was die Herstellung wesentlich vereinfacht und verbilligt und die mit uXnQen Biegerüdien verbundenen bedeutenden Druckvcriuute der Strömung in den Bohren vermeidet.

Pig· 18 zeigt einen Seitenriö der Mekfach-

schlungen nach ?ig· 15_# 16 oder 17. Me Bezeichnung entspricht difeÄen Figuren· Die Anzahl der Rohre Je riehrfachschlan^e beträgt hier beispielsweise vier, oelbstvoratundlich können beliebige Zahlen je nach den Jlrfordörniseen gewählt warden.

Die Flg. 19, 20 und 21 zeilen eino etwas

and ο ro AuafUhrungBJfora von üehriachachiäüjen. In ?i&. 19 i^t nur eine einzige Schar als Ansicht in ftiohtung der v/äraetauscherachee dargestellt; wobei wiederum die äußeren Verbindungsbo^en 53 bis 61 In der Kitte geschnitten aind. 2ie Rühre vernchludener Boiirfeidebenen weisen ia überwiegenden Bert»ich 02 ihrer L--nga identischen KrUauaungaverlauf auf, Jedoch ist in dor iiähe der Verbiz»dangebogen der KrüausungsverluuX ^ruppenweiee veraohieden· ίο sind in Fig„ 19 die Verbindungbojen 58 und 39 mittels aor&der Verbindungestucke an die Ivohrabachnitte 2 tangential a: göachloesen, während die Verbindungsbahn 60 und 61 uxiu die su den Hohrabsohnitten führenden Anschluuutaoke aus der übeno der Rohrbogen 58 und 59 ausgelenkc eind·

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In Fig· 20 ist eine Seifenansicht gemäß

Pfoil 63 in Pig· 19 dargestellt, aus der der beschriebene Rohrver lauf klar erkennbar ist. Man. eieht daraus, daß die Verbindungen bögen 58 und 59 halbkreisförmig aind, während die Verbindungobüö'en 60 und 61 sich über einen Biegewinkol von mehr als 180 Grad erntrecken. In Fig. 21 1st schließlich nach ein Schnitt mit Linienzug 64-64 der Fig. 20 dargestellt. Die Bezeichnungen aind dieselben wie in Fig. 19 und 20.

Die Fig. 22 und 23 zeigen eine Auaführungs-

Variante, bei welcher die Verbindungobugen in einer Rohrschar in drei verschiedene Ebenen aufgefächert eind. Erhandelt sich um eine Dreifachschlange, bei welcher der Bogen 65 halbkreisförmig ist, während die anderen beiden Bögen 66 und 67 ähnlich wie in den vorhergehenden Figuren mehr alε 180 Grad Biegewinkel aufweisen und mittels je eines Kreisbogens von geringem Biegewinkel en die Rohrabschnitte 2 angeschlossen ainü· Die Biegeradien der Bögen 65, 66 und 67 sind gleich groß· Fig. 24 zei£t in einer Ansicht in Richtung der Wärmetauscherr-chse .14 eine Ausführungsform des Srfindungagedcnkens, bei welcher die Rohre in rufeinnnderfolgenden Ebenen nach entgegengesetzter Richtung gekrümmt 3ind. I>ie Rohrabschnitte und 69 liegen in benachbarten Ebenen und ihre Projektionen in Eichtuns der Wärmetauscherachoe 14 liegen au Ebenen durch die Achse 14 spiegelbildlich. Die Projektion einer solchen Eber«* ist durch die linie 70 dargestellt. Die Rohre 68 und des rfoizflächenpaketes bilden also ein Gitter oder einen

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lias tor. Die inneren Verb indungebö gen 71 lind 72 oowi'e dio Süßeren Verbindungsbolzen 73 und 74 liefen in Kb on en parallel zur ''äriBetiiuscheriichae 14. Enbei ist vorzugsv/eirse der Abstand der Rohrfcldobenen gleich dem F.ohr<|£fujlchnesner. Λη den Kreuzungsstellen liegen dann die ftohre aufeinander· Die Pig· 25 und 26 zeigen die Verbindungsbösen 71 bis 74 in Zylinderprojektion, wobei Pig. 25 von der Achse H her gesehen ist, während die Pi*. 26 von außerhalb dea Rohrpaketes in Richtung zur n'iirraetftuscherachso 14 genchen darge- * stellt iat. λβ selten die /gleichen Beaftichnunccn wie in ?i£. 24. In Fig. 25 3ind die öußeren Vorbindunsebo^on 73 und 74 nid* dargestellt, aondorn lodislich innere Verbindunjnboscn und 72, und ebenoo nind in Pi;7. 26 die innenliecendcn Verbindungebö.sen nicht dargestellt. Der Linienzug 75-75 in Fi£j. 25 und stellt die Schnittebene für Pig. 24 dar· In der VIr,. 26 ist kucn klar ereichtlich, wie durch die Kbenen^erinzelnen Verbindung«boi;en bennchbnrte Verbinclungnbogen ort er P.ohre ciurohtroten. Dan Durchtreten kann durch die Flüchen der HaIbkreioe der Verbindungsbo^on oder außerhalb dieser IlaBcreisflachen erfolgen. Jindlich nei noch gesagt, daß sich bei dieser Ausführung die Röhre einer Rohrfeldebcne aittelo eingelegter oder an den Rohren befestigter, vorzugsweise cteg- oder eattelförmi^ ausgebildeter Dintrjuii^Lter auf den Kohren der darunterliegenden Rohrfeldebene abstützen. ?ig..>37 ζ ei.-rt einen uchnitt nen'rrecht sur ^'firmotr.ur.chcracliso für «ine Aur-.führun^ßforci Mlmlich der ?ig. 24, jedoch ^it öchrägliegenden Verbindun^sbosen iihnlich wie z.B. ?i£. 9· Die

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ev&lve&tenartig gekrümmten Linien 76 und 77 versinnbildliche» Rohrs wie in Pig. 9 oder ßohracharen wie in ITig· 13. Das wesentliche ist die !Combination der in den ?ig· 24» 25 und 26 dargestellten erfindungsgeiaäßen Maßnahmen ait don Ausführunge- iovmen, dia z.B. in dor Tig. 9 und den zugehörigen figuren dargestellt sind, d.h., daß die Verbindungbogen in Ebenen schräg zur Wärmetauscherachse liegen.

Die möglichen Lagon der Verbindungsbogen ssv/ischen don einzelnen Kohrfeldebenen sind aus den Jiig· 28 und 29 eruichtlich. Ls handelt sich um -Schnitte güuaß dem Liiiienaug 78-70 in Pig. 27, in der dargestellten Pfeilrlöhtung betrachtet.

In IiQ, 23 oind beiapiulsweise die vier

Eohrfeidebenen 79 bis 82 gezeigt, vobei die Verbindungsbögen 85 bsiia Übergang von der Ubene 79 in die Ebene 81 in die Sichtung des Pfeiles 85 geneigt sind, während die Verbindungsbolzen 84 beim Ubergang von der Zilbene 60 in die übene 82 entgegc-nge3otzt der Pfeilrichtung 35 geneigt 3ind.

?ig. 29 zeigt das in ITig. 28 dargestellte

Prinzip für Doppelbögen, welche Echt Iiohrfeidebenen 86 bis miteinander verketten. Uic Verbindungabogen 94 und 95 liegen vorzugsweise lconzentriech zueinander. Der innere Verbindungsbogen 94 liegt beiia 'Jburgang von der Kuhrfeldebene 8S zur Hohrfeldebcno 90 in einer in Pfeilrichtung 85 geneigten Richtung. In dor gleichen Sbenο liegt der größere Rohrbogen 95, welcher xiie Ebenen 36 und 92 verbindet. Die Voeneri, in

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denen die Hohrbogen. 94 und 95 liegen, werden von den Ebenen der Rohrbogen 96 und 97 durchdrungen. Der Rohrbogen 96 liegt bei Übergang von der Rohrfeldebene 89 in die Ebene 91» in einer Ebene, welche entgegengesetzt geneigt ist. In der gleichen Ebene liegt der größere Sohrbogen 97» welcher die Rohrfeldebenen 87 alt der Rohrfeldebenc 93 verbindet. Allgenein kann gesagt werden, daß die Yerbindungsbögen, welche geradzahlige Rohrfeldebenen (86, 88 ;?tc.) verbinden, in nach einer Seite genügten Ebenen liegen, und daß Verbindungsbögen, welche ungoradzahlige Rohrfeldobenen (87, etc.) verbinden, in nach der entgegengesetzten Seite gendgten " Ebenen liegen. Eine analoge Verflechtung der Rohrfeldebenen gilt für die äußeren Verbindungsbögen. Selbstverständlich könnon auch Anordnungen mit mehr als zwei vorzugsweise konzentrischen Verbindungsbb'gen vorgesehen werden·

Die Pig. 30 und 31 zeigen eine zu der Ausführung nach Fig. 27» 28 und 29 ähnliche Anordnung. Es gelten auch dieselben Bezeichnungen. Der Unterschied der Ausführungen nach Pig. 30 und 31 gegenüber den Ausführungen nach Pig. 27, 28 bzw. 29 besteht darin, daß an der Übergangsstelle von den evolventenförmig j gekrümmten Rohren zu den Yerbindungsbögen, die in der Fig. 27 den?/ Schnittkreis 78 entspricht, die Tangente nicht in die ungefähre Richtung der Wä^o/tauscherachse zeigt. Die Evolventen sind also nicht bis zu ihrem Grundkreis geführt. Die halbkreisförmigen Verbindungsbögen 94 bis 97 sowie 83 und 84 erscheinen also in der Projektion in Richtung zur Wäriaetauscherachse 14 als Teile von Ellipsen.

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Fig. 32 zeigt aohematiech einen Mehrfachbogen mit anschließenden Rohrabschnitten 2 in Ansicht·

Pig. 33 zeigt eine alternative Aueführung, wobei die äußeren Verbindungabögen durch zwei Bogonstücke 98 und dazwischenliegende gorado Rohrstücke 99 ersetzt sind. Alle Biegeradien oind auo Beratellungsgründen gleich groß. Diese Altcrnativauoführung oowie ähnliche an eich bekannte Ausführungen können r. selbstverständlich für die Mehrfachbögen aller erfindungogea&ßen Ausführungen verwendet werden.

Pig. 34 zeigt eine Rohranordnung, wobei die Rohrabschnitte 2 mittels innerer Verbindungsbögen 100 verbunden oind, die einen größeren P.adiuo haben, als in Fig. 27· Die. äußere Verbindung der Rohrabochnitte 2 erfolgt durch vorzugsweise schraubenförmig gekrümmte äußere Verbindungsbögen 101. Diese könnten auch durds zwei Kreisbogen und 'ein dazwischenliegendes, gerades Rohrotück ersetzt werden« Entscheidend ist hiebeiV daß der Biegewinkel der Verbindungsbogen 1o1 kleiner als 180° ist, und die Bieger&dien relativ sroß geholten wereen. Ti« VerbindungabÖgen 101 verbinden somit beim übergang von der einen in die benachbarte Rohrfeld-, ebene Rohrabschnitte 2, deren Projektion in Richtung der Wärmetauseherhaptaohsο 14 zu Bbenen durch diese Achse spiegelbildlich sind. Die Projektion einer solchen Ebene ist in Fig. 34 mit 102 bezeichnet. Hiedurch ergeben die Projektionen zweier aneinander schließender Rohrabschnittβ 2 mit ihren inneren Verbindungsbogen 100 und deren äußeren Verbindungsbogen 101 ein herzförmiges Bild.

Pig. 35 zoigt,.daß für die in Fig. 34 dargestellte

Anordnung die inneren Verbindungsbogen 100 auch durch h&lbkreis-

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förmige Bögen 103 mit anschließenden geraden Rohrstücken 104 ersetzt werden können, die tangential an die zugehörigen Rohrabachnitte 2 anach3^j/ßen. Hiedurch ist es möglich, die inneren Verbindungsbögen näher an die Wärmetauschorachoe 14 heranzuführen und die Begronzungoflache der Gesamtheit der inneren Verbindungsbögen möglichst klein zu halten.

Fig. 36 zeigt die bereits in Pig. 34 angedeutete Möglichkeit, die äußeren Verbindungabögen 101 durch ein gerades RohrDtück 105 und zwei anschließende Kreisbogenotücke 106 zu ersetzen. Fig. 37 zeigt diese Ausführungsvariante in einer Ansicht gemäß der Pfeilrichtung 107 in Fig. 36.

Fig. 38 zeigt eine aus Fig. 34 entwickelte z^Liache Rohranordnung, wobei die äußeren Verbindungsbögen 101 gleich wie in Fig. 34 ausgebildet sind, während im Gegensatz hiezu, die inneren Verbindungobögen 107 ebenfalls weniger als 180° Biegowinkel haben, oic werden daher entweder schraubenförmig ausgebildet oder durch Kreisbogenstücke mit zwischenliegenden Geraden ersetzt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der Vermeidung enger, innerer Rohr3:rüm:aungen, die bei dieser Anordnung sowohl innen als außen vermieden werden. Die Projektionen zweier anoinanderschlie· Bender Rohrabschnitte 2. mit ihren äußeren Verbindungsbolzen 101 liegen wieder zu Ebenen 102 durch die Wärmetauscheraohse H spiegelbildlich, während zv/oi benachbarte Rohrabschnitte 2 mit ihren inneren Yerblndungabögen 107 zu Ebenen 108 durch die ./äracitauöchora-chae 14 spiegelbildlich sind. Die Projektionen eines Rohr-3trnii£3o In Richtung der v/Jirdetausoherachse 14 ergeben daher ein

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sierenförmiges Bild, wobei der Rohratr&ng über den gesamten Warmetauseherquerschnitt zyklisch'fortsohreitet,

Fig. 39 schließlich zeigt eine Ansicht der inneren vt?X:lidmigsöögen, gesehen von dor wärmetau3cherachse 14 in Pfeilrichtung 109 gemäß 3?ig. 38. Die schraubenförmigen inneren Verbindung® bögen 107 sind hiebei durch ein gerades Stück 110 und ?.vei anschließende Bogenstücke 111 ersetzt·

Die Erfindung ist auf die in der Beschreibung und iii. dea Figuren dargestellten Ausführungsformen nicht beschränktl " i>o küanen s,B, in den !'ig. 34 und 38 statt der einfachen auch muhri&she Holire angeordnet werden. Ferner können in diesen Figuren selbstverständlich auch die Verbindungsrohre 12 und die Tragrohra 17 in der in den vorhergehenden Figuren dargestellten oder ausliehen Weiss vorgesehen sein.

Si© Erfindung erlaubt es, nöglichat viele Heizflächen olnis nachteilige Er":"ihung des iJtröcungavji^d er Standes iß» gegebenen Warnetuuscherz'auia unterzubringen, was insbesondere für Gase von höhereia- als atmosphärisch^ Druck, z.B. bei Dampferzeugern für ) Kemancrgieanlagcn, wegen der hohen Kosten des äußeren druckgefäßes bedeutende wirtschaftliche Vortoile bringt. Die Längsteilung der iiohrc, d. i. der Abstand der einzelnen Rohrfeldebenen, soll aus Gründen gleichciäüiger Beheizung annähernd konstant sein und ist in allgemeinen durch den kleinsten Biegeradius der Verbindungsbogcn zv/iüchcn zwei benachbarten Rohrfeldebenen be3timut. Kleine Biegerudien bedingen aber wegen der beim Biegen auftretenden Verachvächung der liohrwand große HohlwandatUrken und/oder besondere Maßnahmen beim Biegen oder geschmiedete Formstücke. Alle ciese

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Maßnahmen iiind konstapielig. Gocchniedöte Porn3tücko vorlangen überdies zusätzliche Schweißnaht ο und uind Bit Hateri/:lanhäufungon u und hohen »äriae spannungen verbunden. Kleine Bießcradien bedingen auSerdcr: einen hohen Druckvorlust für das in den Rohren strös-znde Hodius. Ivrfindungygenäß v/erden daher z.B. durch die Cchrü£lc.£3 der Verbindungsbogen und day hiedurch ermöglichte regelmäßige ^be-springen von Kohrfeidebenen, große Biegeradion der Verbindungsbogen bei möglichst kleinen Abständen der Rohrfeldebenen erzielt. Selbstverständlich können die Yerbindungs- λ bogen, ohne an Prinzip der Erfindung etwas zu ändern, auch solche Kb en cn miteinander verbinden, zwischen denen sichrere weitere Eohrfeidebenen liegen.

Schließlich sei noch allgemein erwähnt, daß die Rohrab3Chnitte einer .Hohrfeidebene entweder in Evolventen-, Zykloiden- oder Spiralfora alt. nach außen hin abnehmender Krümcung ausgebildet sein können, oder abor in einer, dieaen geonetriochen Poraon angenäherten Xrüraiaung. Sie können z.3. aus Kreisbogen mit nach außen hin zunehaenden Radius bestehen, allenfalls unter Zwischenschaltung kurser, gerader Rohrstücke· £ine weitere Möglichkeit sind Kreisbogen reit untereinander gleichen Radius und dazwischen angeordneten geraden Rohrstücken, deren Längen mit den .Abstand von der Väriaetauschorachse zunehmen. Die Erfindung löst grundsätzlich die Aufgabe, auf kleinsten Raua eine nögl-ichst groUo v.'crmetauachflache zu erhalten, wobei die ntröoungswiderstünde für alle aa warnetuusch beteiligten Medien möglichst klein sind. Dabei entspricht die Konstruktion- des erfindungsgemlißen V.'&raetauschers den hohen wirtschaftlichen An&rderungen, wie sie die moderne !'.'ärEotauscherbautechnik verlangt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   / T.JWärmetauscher von vorwiegend zylinddscher Gestalt, insbesondere für Gase von höherem als atmosphärischem Druck als Heizmedium, dadurch gekennzeichnet, daß wärmeübertragende gleichartig gekrümmte Rohrabschnitte in Ebenen etwa winkelrecht zur Hauptachse des Wärmetauschers von innen nach außen verlaufen und daß Rohrabschnitte verschiedener Rohrfeldebenen mittels Verbindungsbolzen verbunden sind, deren Krümmung sr ad ien " größer sind als die Hälfte des Abstandes, vorzugsweise des kleinsten Abstandes zweier aufeinanderfolgender Rohrfeldebenen·

   2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbogen eben gekrümmt sind.

   3. Wärmetauscher naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der miteinander verbundenen Rohrabschnitte zueinander windschief stehen und mittels räumlioh, insbesondere schraubenfämig gekrümmten Verbindungsbogen miteinander verbunden sind.

   k 4. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Verbindungsbogen ohne Knick an die Rohrabschnitte anschließen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung ie eines geraden RohrStückes mit einer Länge von etwa einem oder einigen Rohrdurchmessern· .

   5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Yerbindungsbogen vom strömenden Medium umspült sind und daher am Wärmetausch beteiligt sind.

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   6., Y/ärrae tauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verbindungsbogen verbundene Rohrabschnitte^ die verschiedenen Rohrfeldebenen angehören, gegeneinander um vorzugsweise gleich große V/i nice 1 um die Hauptochse als Drehachse verdreht angeordnet sind, so daß die Verbindungsbogen schräg zur Hauptachse des Wärmetauschers liegen.

   7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenB-zeichnet, daß mittels der Verbindungsbogen hintereinandergeschaltete Rohrabschnitte Jeweils so gleichsinnig verdreht sind, deß sie den Querschnitt des^'iirmetauschers macnderförmlg durchsetzen.

   8. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Verbindungsbogen mit verschiedenen Biegeradien in einer Ebene vorzugsweise konzentrisch angeordnet sind, und die Sunmenlängen der jeweils, in einen bohrstrang aufeinanderfolgenden Verbindungsbogen für alle Rohrsträge etwa gleich groß sind". ■

   9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnittβ eine veränderliche, insbesondere eine mit dem Abstand von der Wärmeteuscharathsa abnehmende Krümmung aufweisen, wobei sie vorzugsweise in Evolenten- " oder Spiralenform ausgebildet sind.

   . 10. härmetεuscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da .^; die Rohr abschnitte aus mehreren Kreisbogen zusammengesetzt sind, wobei beispielsweise die Krümmungsradien mit dem Abstand, von der Wärmetcuscherachse zunehmen.

   11. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte aus mehreren Kreisbogen mit untereinander gleichem Eicgeradius und jeweils dazwischen aage-

   ordneten geraden Rohrstücken bestehen, wobei die Längen der geraden Eohrstüeke mit dem Abstand von der Y/är me tauscher achse zunehmen.

   12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennaaisimet, daß die äußere und/oder innere Begrenzung des Querschnittes des Kanäles, in dem das die Rohre umspulende Medium strömt, aus 2ogenab3chnitten und/oder Geraden besteht und sich der von den Rohrabschnitten und Verbindungswegen gebildeten Kontur des Rohrpakskes anschmiegt.

   13· Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekann-" zeichnet, dai3 in dem zwischen den Rohren und der vorzugsweise icöiazylindrischen Begrenzung des Strömungskanales frei bleiboaden Querschnitten "verbindungsrohre, wie z.B. Fallrohre, Verteilrohre, EiK,- oder Austrittsrohre, Sammlerrohre etc. angeordnet sind.

   14, Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennaeieimet, daö die Verbindungsbogen aus Kreisbogen von mehr als 180 Wiakelgradeä !^stehen, an die an beiden Enden gegensinnige Bogen von geringerem Bisgswinicel anschließen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung von geraden Rohrstücken.

   15. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbogen RohrfeIdebenen verbinden, zwischen denen eine oder mehrere weitere Rohrfeldebenen liegen.

   16. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte benachbarter Rohrfeldebenen in ihrer Projektion in Richtung der Wärmetauseherachse zu Ebenen durch diese spiegelbildlich liegen, wobei die Rohre ein Gitter oder einen Easter bilden.

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   17. Wärmetauscher noch Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronrabschnitte durch Verbindungsbogen zu einem herzförmigen Rohrverlauf aneinandergeschloasen 3ind.

   18. Wärmetauscher nach Anspruch 2 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbogen in Bbenen ließen, die zur Y/äriaetauscherachse parallel sind und deß die ßiegeradien der Verbindungsbogen gleich sind dem Zwei- oder Mehrfachen des halben Abstandes benachbarter RohrfeIdebenen.

   19« Wärmetauscher nach Anspruch 1oder 1ö, dadurch Gekennzeichnet, daß durch die von den Verbindungsbogen eingeschlossenen Flächen benachbarte Rohre oder Verbindungsbogen hindurchgeführt sind.

   20. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre verschiedener Rohrfeldebenen im überwiegenden Teil ihrer, zwischen innerer und äußerer Rohrfeldbegrenzung liegenden Länge identischen KrÜsn-ungsverlauf, in der Nahe der inneren und/oder äußeren Sohrfeld begrenzung aber gruppenweise verschiedenen Krünx«ungsverlauf aufweisen.

   21. Wärmetauscher nach einen der Ansprüche 1,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Verbindungsbogen vom ISerhfachbogen in Ebenen parallel zur Hauptachse liegen und die inneren Verbindungswegen aus diesen Ebenen herausgeführt sind.

   22. Wärmetauscher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, deß die inneren Verbindungsbogen in Ebenen schräg zur Wärmetau scher achse liegen und um vorzugsv/else gleichen Winkel gegeneinander verdrehte Rohrabschnitte verschiedener Rohrfeldebenen miteinander verbinden.

   2p. 7/ärne tauscher nach Anspruch 1 oder 20, dadurch

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   gekennzeichnet» daß die Radien aller Verbindungsbogen gleich groß sind«

   24. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 36, dadurch · gekennzeichnet, daß der Abstand der Rohrfeldebenen gleich ist dem Rohrdurehmesser.

   25. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohre einer Rohrfeldebene mittels eingelegter oder an den Rohren befestigter, vorzugsweise steg- oder sattelförmig ausgebildeter Distanzhalter auf den Rohren der darunterliegenden Rohrfeldebene abstützen.

   " 26. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Rohrabschnitte mit ihren inneren und äußeren Verbindungsbögen in der Projektion in Richtung der Wärmetauscherachse einen geschlossenen Linienzug ergeben, wodurch einzelne, für sich unabhängige Rohrgruppen gebildet sind, die von Flächen mit Erzeugenden parallel zur Wärmetauscherachse ■ begrenzt sind.

   2?· Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte

   ) mit den Verbindungsbolzen einschließlich ihrer Tragkonstruktionen zu einzelnen Gruppen mit zur Wärmetauscherachse parallelen Begrenzungsflächen zusammengebaut werden und sodann aus mehreren dieser Gruppe das gesamte Rohrpaicet des Wärmetauschers gebildet wird, wobei vorzugsweise die letzte Gruppe des. Paketes in Richtung der Wärmetauscher Hauptachse eingeschoben wird.

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