DE19740883C1 - Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wärmeaustauscher sind Apparate, die von zwei oder mehre­ ren gas-, dampfförmigen oder flüssigen Medien unter­ schiedlicher Temperatur durchströmt werden, von denen das wärmere Medium Wärme an das kältere Medium abgibt (Wärmeaustausch).

Rekuperatoren werden häufig als Rohrbündelwärmetauscher gebaut. Hier sind die Medien durch eine feste Wand von­ einander getrennt, durch die Wärme durch Wärmeleitungen übertragen wird (Wärmeübergang). Die Rohrbündel setzen sich aus einer Vielzahl von Rohren zusammen, die in Rohr­ böden gehalten werden. Durch die Rohre wird das heiße Me­ dium geleitet, während auf deren Außenseite ein Tauschme­ dium, meist Wasser, geführt wird.

Es ist bekannt, beispielsweise durch die DE 195 44 185 A1, in die Rohre längsgerichtete Reinigungselemente in Form von Reinigungsfedern einzugliedern, um die Wärmetau­ scherrohre von sich im Betrieb an den Innenflächen niederschlagenden Ablagerungen zu befreien.

Die Reinigungsfedern können an einem Federende lose in den Rohren geführt oder beidseitig eingespannt sein. Zur Festlegung der Reinigungsfedern sind diese endseitig aus dem Rohrboden herausgeführt und in einer dem Rohrboden zugeordneten Federplatte gehalten.

Der Einsatz von Reinigungsfedern, welche als Turbulator in den Wärmetauscherrohren wirken, hat sich grundsätzlich bewährt. Jedoch kommt es durch die Festlegung der Reini­ gungsfedern in Bohrungen der Federplatte unvermeidbar zu einer Verringerung des Querschnitts der Bohrungen. Dies macht sich insbesondere am Ein- bzw. Ausgang ungünstig bemerkbar. Es kommt hierdurch zu einer Erhöhung des Druckverlustes und nachteiligen Veränderungen der Strö­ mungsverhältnisse.

Auch die endseitige Gestaltung der Reinigungsfedern zur Festlegung ist aufwendig, wodurch sich die Fertigungs­ kosten der Reinigungsfedern erhöhen.

Durch die DE 29 52 169 A1 zählt eine Vorrichtung zum Ver­ hindern der Sediment-Ablagerungen in Steigrohren von Ver­ dampfern zum Stand der Technik, bei der in den Steigroh­ ren Schraubenfedern geführt sind, die in axialer Richtung motorisch hin und her bewegt werden. Die Schraubenfedern sind hierzu endseitig in einer Tragplatte aufgehängt, welche über einen Hubantrieb bewegt werden kann.

Bei dem aus der EP 0 219 882 B1 bekannten Vorschlag zum Reinigen der Innenflächen von Wärmetauscherrohren werden Reinigungsfedern durch Einblasen eines zusätzlichen Druckgases in Schwingung versetzt. Die oberen Federenden der Reinigungsfedern ragen aus den Wärmetauscherrohren hinaus und sind am Einblasrohr starr festgelegt.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher durch Ver­ besserung der Lagefixierung der Reinigungsfedern anlagen­ technisch weiter zu entwickeln.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, die Bohrun­ gen der Federplatte mit einem Innengewinde zu versehen, in welche die Endabschnitte der Reinigungsfedern einge­ dreht sind. Die Enden der Reinigungsfedern sind hierzu zumindest in ihren Endabschnitten schraubenlinienförmig ausgebildet und weisen eine der Gewindesteigung des Innengewindes entsprechende Steigung auf.

Besonders vorteilhaft ist das Innengewinde eingängig und selbsthemmend, wobei der Steigungswinkel klein ist. Die Tiefe des Innengewindes ist auf die Drahtstärke der Rei­ nigungsfedern abgestimmt. Der Innendurchmesser des Endab­ schnitts der Reinigungsfedern entspricht dann dem Kern­ durchmesser des Gewindes, so dass der freie Querschnitt der Bohrung durch die Reinigungsfedern nicht beeinträch­ tigt wird.

Die Festlegung der Reinigungsfedern in der Federplatte ist betriebssicher. Aufgrund ihrer Einfachheit ist sowohl der Fertigungs- als auch der Montageaufwand gering. Dies führt zu einer Reduzierung der Anlagekosten.

Die Reinigungsfedern sind einfach zu montieren und im Be­ darfsfall auch demontierbar. Besonders vorteilhaft ist, daß der Querschnitt der Bohrungen in der Federplatte frei ist. Sowohl die Anströmung als auch die Abströmung wird nicht behindert.

Die Formgebung der Reinigungsfedern im Längenbereich außerhalb der Endabschnitte ist variabel. Unter Verände­ rung der Parameter, Anzahl, Winkel, Radius, Steigung der Spiralgänge entstehen optimal angepaßte Reinigungsfedern. Für die Praxis bietet sich neben einer durchgehend schraubenlinienförmig bzw. gedrallt ausgeführten Reini­ gungsfeder eine kreuzgedrallte Reinigungsfeder an. Die Reinigungsfedern sorgen für turbulente Innen- und Außen­ strömungen mit einer Erhöhung der Wärmeübertragungs­ leistung.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 sind die freien Drahtenden der Reinigungsfedern auf der dem Rohrboden ab­ gewandten Außenseite der Federplatte aus den Bohrungen herausgeführt und unter radialer Erstreckung an der Außenseite zur Anlage gebracht.

Hierdurch wird eine zuverlässige axiale Sicherung der Reinigungsfedern in der Federplatte gewährleistet. Auch unter dynamischen Pulsations- und Schwingungsbewegungen der Reinigungsfedern wird ein Lösen der Schraubverbindung vermieden.

Im einfachsten Falle genügt es, die letzte Windung der Reinigungsfeder bzw. deren freies Ende aufzubiegen.

Die Reinigungsfedern sorgen für eine zuverlässige Abreinigung der Wärmetauscherrohre im Betrieb. Unter der Einwirkung der durch das umströmende Medium wirkenden äußeren Kräfte oder einer Fremderregung verformen sich die Reinigungsfedern elastisch und geben die dabei aufgenommene Arbeit bei der Entlastung durch Rückfederung wieder ab. Es kommt dann zu Längs- und Querschwingungen der Reinigungsfedern, wobei die Innenwände der Wärmetauscherrohre von Ablagerungen und Schmutz befreit werden. Die Reinigungswirkung besteht sowohl in einer Schab- als auch in einer Pulsations- oder Schlagwirkung.

Um die Reinigungswirkung zu unterstützen, kann nach dem Merkmal des Anspruchs 3 eine elastische Abstützung der Federplatte am Rohrboden vorgesehen sein. Diese kann bei­ spielsweise durch Zwischenschaltung von Federelementen mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art reali­ siert werden.

Bei einer Bewegung der Federplatte werden die Bewegungen der Reinigungsfedern dann zusätzlich durch eine Longitu­ dinalbewegung überlagert, so dass es zu einer intensiven Bewegung der Reinigungsfedern und damit zur Reinigung kommt.

Die gelösten Partikel werden mit dem strömenden Medium ausgetragen. Stillstandszeiten bzw. Betriebsunterbrechun­ gen für Reinigungsarbeiten werden minimiert. Eine Überdi­ mensionierung von Wärmeaustauschern, um hierdurch den sich während des Betriebs einstellenden Leistungsrückgang infolge der Verschmutzung zu kompensieren, ist nicht er­ forderlich.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 im vertikalen Querschnitt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt II der Fig. 1 und

Fig. 3 ebenfalls in vergrößerter Darstellung den Auschnitt III der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Rohrbündel­ wärmetauscher 1. Heißes Abgas wird von der hier nicht dargestellten Eintrittsseite durch ein von einer Vielzahl von Tauscherrohren 2 gebildetes Rohrbündel geleitet. Der Übersicht halber ist hier nur ein Tauscherrohr 2 gezeigt. Über eine Austrittskammer 3 des Wärmetauschergehäuses 4 wird das Abgas der weiteren Entsorgung zugeführt.

Beidseitig sind die Tauscherrohre 2 mit ihren Enden in Rohrböden gelagert, von denen hier der abgasaustrittssei­ tige Rohrboden 5 dargestellt ist. Durch einen Gehäuseman­ tel 6 wird ein Mantelweg für das auf der Außenseite der Tauscherrohre 2 geführte Tauschermedium gebildet. Mit 7 ist ein Leitblech für das die Tauscherrohre 2 im Betrieb umspülende Tauschermedium bezeichnet. Ferner erkennt man einen Abgangsstutzen 8 für das Tauschermedium.

Jedes Tauscherrohr 2 ist in Längsrichtung mindestens zum überwiegenden Teil seiner Länge von einer Reinigungsfeder 9 durchsetzt. An einem Rohrende 10 ist die Reinigungsfe­ der 9 aus dem Tauscherrohr 2 herausgeführt und mit ihrem Endabschnitt 11 an einer im Wärmetauschergehäuse 4 ange­ ordneten Federplatte 12 festgelegt. Das andere Ende der Reinigungsfeder 10 ist lose im Tauscherrohr 2 geführt.

Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, stützt sich die Federplatte 12 mit Abstand zum Rohrboden 5 an diesem über Federelemente 13 elastisch ab.

Hierzu ist die Federplatte 12 an Bolzen 14 lageverschieb­ lich gehalten. Die Bolzen 14 sind mit einem Ende 15 an der Rohrplatte 5 festgelegt. In der Praxis sind vorzugs­ weise drei Bolzen 14 vorgesehen. Die Federplatte weist mit den Bolzen 14 korrespondierende Durchbrechungen 16 auf, so dass sie auf die Bolzen 14 geschoben werden kann. Zwischen Rohrboden 5 und Federplatte 12 ist eine erste Feder 17 eingegliedert. Auf der dem Rohrboden 5 abgewand­ ten Außenseite 18 der Federplatte 12 ist eine zweite Feder 19 vorgesehen, welche an einer Stützscheibe 20 ihren hinteren Anschlag findet. Mit Hilfe einer auf einen Gewindeabschnitt der Bolzen 14 verlagerbaren Schrauben­ mutter 21 wird die Anordnung lagefixiert und vorgespannt.

Die Reinigungsfedern 9 sind mit ihren Endabschnitten 11 in Bohrungen 22 der Federplatte 12 gehalten (siehe hierzu insbesondere Fig. 2). Die Bohrungen 22 weisen jeweils ein Innengewinde 23 auf, in welche die schraubenlinien­ förmig ausgebildeten Endabschnitte 11 der Reinigungsfe­ dern 9 eingedreht sind. Die Federwindungen entsprechen hierzu zumindest im Endabschnitt 11 der Gewindesteigung der Innengewinde 23. Die Gewindetiefe entspricht der Drahtstärke der Reinigungsfedern 9, so dass der Innen­ durchmesser bzw. der freie Durchtrittsquerschnitt der Bohrung 22 frei bleibt und durch die Reinigungsfeder 9 nicht beeinträchtigt wird.

Zur axialen Lagefixierung einer Reinigungsfeder 9 ist das freie Drahtende 24 auf der dem Rohrboden 5 abgewandten Aussenseite 18 der Federplatte 12 aus der Bohrung 22 her­ ausgeführt und umgebogen, so dass es unter radialer Er­ streckung an der Aussenseite 18 zur Anlage kommt. Hier­ durch wird ein Lösen oder Durchdrehen des Endabschnittes 11 der Reinigungsfeder 9 zuverlässig vermieden.

Die kraft- und formschlüssige Schraubverbindung gewähr­ leistet eine zuverlässige Festlegung und Führung des Endabschnitts 11 in der Federplatte 12. Hierdurch wird auch ein Verhaken bzw. Verkanten der Endabschnitte 11 in der Federplatte 12 vermieden, wie dies teilweise bei der bislang üblichen ösen- oder hakenartigen Festlegung fest­ gestellt wurde.

Bezugszeichenliste

1

- Rohrbündelwärmetauscher

2

- Tauscherrohr

3

- Austrittskammer

4

- Wärmetauschergehäuse

5

- Rohrboden

6

- Gehäusemantel

7

- Leitblech

8

- Abgangsstutzen

9

- Reinigungsfeder

10

- Ende von

2

11

- Endabschnitt von

9

12

- Federplatte

13

- Federelemente

14

- Bolzen

15

- Ende von

14

16

- Durchbrechung

17

- Feder

18

- Aussenseite von

12

19

- Feder

20

- Stützscheibe

21

- Schraubenmutter

22

- Bohrung in

12

23

- Innengewinde

24

- Drahtende von

9

Claims (3)

1. Wärmeaustauscher mit bündelartig zusammengefassten, mit ihren Enden in Rohrböden (5) gelagerten Rohren (2), in denen sich in Längsrichtung erstreckende Rei­ nigungsfedern (9) angeordnet sind, die an einem Rohr­ ende (10) herausgeführt und an einer im Wärmetau­ schergehäuse (4) angeordneten Federplatte (12) fest­ gelegt sind, welche Bohrungen (22) zur Durchführung der Endabschnitte (11) der Reinigungsfedern (9) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (22) Innengewinde (23) aufweisen, in welche die schraubenlinienförmigen Endabschnitte (11) der Reinigungsfedern (9) eingedreht sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Drahten­ den (24) der Reinigungsfedern (9) auf der dem Rohrbo­ den (5) abgewandten Außenseite (18) der Federplatte (12) aus den Bohrungen (22) herausgeführt und unter radialer Erstreckung an der Außenseite (18) zur An­ lage gebracht sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federplatte (12) am Rohrboden (5) elastisch abge­ stützt ist.