DE7419669U

DE7419669U - Waermeaustauscher mit einem buendel aus parallelen rohren und mit diesen zusammengebauten abstrahlplatten

Info

Publication number: DE7419669U
Application number: DE7419669U
Authority: DE
Original assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Current assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1977-06-16
Also published as: SE408536B; NL167888B; US3962766A; IT1014090B; CH586103A5; GB1462815A; JPS5033264A; JPS5222707B2; NL7405665A; SE7407444L; LU69842A1; DE2427580A1; DE2427580B2; FR2232423A1; NL167888C; BE813564A; FR2232423B1

Description

Pont-ä-Mousson S.A., 91, Avenue de la Liberation, F-54000 Nancy /Frankreich

\ Wärmeaustauscher mit einem Bündel aus parallelen Rohren und mit diesen zusammengebauten Abstrahlplatten N

Die Neuerung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einem Bündel aus parallelen Rohren und mit diesen zusammengebauten Abstrahlplatten.

Der neuerungsgemäße Wärmeaustauscher ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus thermoplastischem Material mit elastischem Gedächtnis bestehen.

Damit ist es möglich, den Wärmeaustauscher in besonders einfacher Weise dadurch herzustellen, daß mehrere parallel in einer Ebene liegende Rohre aus Kunststoff gleichzeitig extrudiert werden, anschließend der Durchmesser der Rohre in koaxial am Ausgang des Extruders liegenden Ziehdüsen verringert wird, wobei die Temperatur der Rohre beim Eintritt in die Ziehdüse nahe dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials liegt, daß die Rohre nach dem Verlassen der Ziehdüse abgeschreckt, danach zwei Metall-Abstrahlplatten von entgegengesetzten Seiten an die Rohre angelegt warden, die derart geformt werden, daß sie die Rohre jeweils halbseitig umschließen und zwischen den Rohren aneinanderliegen, daß die Abstrahlplatten zwischen den

741966S 18.06.77

Rohren verbunden und anschließend der Wärmeaustauscher auf eine Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des Rohrmaterials erwärmt wird.

Diese Maßnahmen sind durch die Verwendung von thermoplastischem Material für die Rohre möglich, weil ein solches Material im Warmen mechanisch verformt und dann unter Aufrechterhaltung der Verformungskraft abgekühlt werden kann. Es hat dann die Neigung, die ursprüngliche Form und die ursprünglichen Abmessungen wieder einzunehmen, wenn es erneut einer Temperaturerhöhung unterworfen,wird, da dann die während der Verformung aufgebauten Spannungen freigesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich ohne äußere Befestigungselemente sehr stabile Konstruktionen herstellen.

In weiterer Ausbildung der Neuerung stehen die Abstrahlplatten senkrecht zu den Achsen der Rohre und sind von Löchern durchbrochen, in denen die Rohre befestigt sind.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Wärmeaustauscher zwei Abstrahlplatten umfasst, die im wesentlichen parallel zu den Achsen der Rohre verlaufen, zwischen sich in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen für die Rohre bilden und zwischen den Rohren miteinander verbunden sind.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht eines neuerungsgemäßen Wärmeaustauschers;

Fig. 2 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines neuerungsgemäßen Wärmeaustauschers;

Fig. 3 eine ausschnittsweise Seitenansicht des Wärmetauschers nach Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung, die erläutert, wie der neuerungsgemäße Wärmeaustauscher zweckmäßig aufgebaut wird;

7419669 16.06.77

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Einzelheit aus Fig. 4 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Art und Weise,, wie der

neuerungsgemäße Wärmeaustauscher zusammengebaut werden kann;

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Rohren beim Neuerungsgegenstand; und in

Fig. 8 einen Schnitt durch eine weitere Verbindung zwischen zwei Rohren beim Neuerungsgegenstand.

Der in Fig. 1 dargestellte Wärmeaustauscher umfaßt ein Bündel aus parallelen, zylindrischen Rohren 1 mit kreisförmigem Querschnitt aus vernetztem Polyäthylen sowie metallische Abstrahlplatten 2, die senkrecht zu den Achsen der Rohre 1 angeordnet sind. Die Platten 2 weisen so viele kreisförmige Löcher 3 auf, wie es Rohre 1 gibt. Jedes Rohr 1 geht durch die entsprechenden Löcher 3 aller Platten 2 hindurch und berührt sie dabei mit seinem Umfang. Die Löcher 3 sind von ringförmigen Vorsprüngen 4 aus dem gleichen Material wie die Platten 2 umgeben, wobei die Vorsprünge für regelmäßigen Abstand der Platten sorgen.

Auch der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Wärmeaustauscher umfaßt ein Bündel aus parallelen Rohren 1, wobei diese Rohre sämtlich in der gleichen Ebene angeordnet sind. Zwei metallische Abstrahlplatten 5^a und 5 sind von der einen und der anderen Seite auf die Rohre 1 aufgebracht, wobei sie deren Form folgen, und sind in Zonen 6, die die Rohre 1 trennen, miteinander verbunden. Um den Wirkungsgrad bzw. die Wirksamkeit des Wärmeaustauschers zu verbessern, sind in regelmäßigen Abständen in den Zonen gezogene bzw. gedrückte Reliefs 7 vorgesehen. Dieser Wärmeaustauscher wird nach einem Verfahren hergestellt, das im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 erläutert wird.

Wie aus Fig.. 4 ersichtlich ist, verlassen die Rohre 1 einmExtruder E, — wie er in der FR-PS 1 538 988 beschrieben ist, im vernetzten Zustand mit einem Durchmesser d und einer Temperatur in der Größenordnung von

7419669 16.0e.77

180 bis 230⁰C. Die Rohre treten dann waagrecht in Ziehdüsen 8 ein, die koaxial zur Austrittsöffnung des Extruders E angeordnet sind, wonach sie in eine Kühlwanne 9 gelangen. Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung des Extruders E und der Eintrittsöffnung der Ziehdüsen 8 ist so bemessen, daß jedes Rohr 1 beim Eintritt in die entsprechende Ziehdüse eine Temperatur zwischen 120 und 150⁰C hat, die nahe beim Schmelzpunkt der Kristallite des die Rohre 1 bildenden vernetzten Polyäthylens liegt. Dies ist die Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des Materials, bei der das Material von seiner transparenten Erscheinungsform bei höheren Temperaturen zu seiner milchigen Erscheinungsform bei niedrigen Temperaturen übergeht. Wie deutlicher aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist die Ziehdüse 8 eine konische Schrägfläche 8a auf, deren größter Durchmesser größer als der Durchmesser d ist und die in einen zylindrischen Ab-

2 1

schnitt 10 mit einem Durchmesser d übergeht, der kleiner als d ist. Auf diese Weise werden die Rohre 1 eingeschnürt und ihr Durchmesser wird

1 2
von d auf d

zeugt werden.

1 2
von d auf d gebracht, wodurch Spannungen in der Polyäthylenmasse er-

Die Kühlwanne 9 weist für jedes Rohr eine Eintrittsöffnung, die von der entsprechenden Ziehdüse 8 gebildet wird, und eine Austrittsöffnung 11 auf, über der eine elastische Membran 12 befestigt ist, die in der Achse der Ziehdüse 8 eine Öffnung 13 aufweist, die einen kleine-

ren Durchmesser als d hat. Femer ist die Kühlwanne mit einer Wasser zufuhr leitung 14, die nahe einer Austrittsöffnung 11 der Kühlwanne 9 angeordnet ist, und einem überlaufrohr 15 versehen, das in der Nähe einer Ziehdüse 8 angeordnet ist. Auf diese Weise kann in der Kühlwanne ein kontinuierlicher Wasserstrom mit Umgebungstemperatur, beispielsweise in der Größenordnung von 15 bis 2O⁰C, entgegen zur Verschiebungseinrichtung der Rohre 1 umlaufen. Somit wird jedes Rohr beim Austritt aus

2 der entsprechenden Ziehdüse 8 mit einem Durchmesser d abgekühlt, wodurch die zuvor in der Polyäthylenmasse erzeugten Spannungen "ein-

2 gefroren" werden. Dadurch behält jedes Rohr den Durchmesser d und tritt aus der Kühlwanne 9 durch die Öffnung 13 der entsprechenden elastischen Membran 12 aus, die aufgrund der Tatsache, daß der Durchmesser der Öffnung kleiner als der Durchmesser des Rohres ist, für Dichtheit sorgt.

7419669 16.06.77

Fig. 6 zeigt schematisch die folgenden Verfahrensschritte, die zu dem Wäremaustauscher gemäß Fig. 2 und 3 führen. Die Jtohre 1 laufen nacheinander durch eine Zufuhrstation A für die Abstrahlplatten 5 und 5 , die eine Dicke von einigen Zehntelmilliinetern haben, nähern sich der Zufuhrstation A parallel zu den Rohren 1 im gleichen Abstand oberhalb und unterhalb der Rohre. Jede Platte läuft über zwei Folgen von Rollen 16^a, 17^a bzw. 16^b, 17^b, die die Platten in Kontakt mit den oberen bzw. unteren Mantellinien der Rohre 1 bringen. In der unmittelbar folgenden Formstation B werden die Abstrahlplatten 5^a und 5 von beiden Seiten in Kontakt mit den Fohren 1 und in den die Rohre trennenden Zonen 6 in Kontakt miteinander gebracht. Die Abstrahlplatten werden in den Zonen beispielsweise durch eine Schweißung oder durch Verkleben miteinander verbunden. Auf diese Weise werden die Rohre 1 leicht in Ausnehmungen eingeklemmt, die von zwei Halbzylindern gebildet werden, deren Durchmesser ungefähr

2
gleich d ist. Werkzeuge 18 und 19 mit geeigneter Form bilden dann die Reliefs 7 der Platten aus. Die Anordnung der Rohre und Platten entspricht dann der in den Fig. 2 und 3 gezeigten.

Die auf diese Weise zusammengesetzte Baugruppe aus den. Rohren und den Platten läuft dann durch die Heizstation C, wo sie auf die genannte Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Kristallite gebracht wird, die gleichzeitig die ?J<tivierungstemperatur für das "elascische Gedächtnis" des die Rohre bildenden vernetzten Polyäthylens ist. Bei dieser Temperatur neigen die Rohre dazu, durch Freisetzung der während des Durchgangs der Rohre durch die Ziehdüsen. 8 erzeugten Spannung ihren ursprünglichen Durchmesser wieder anzunehmen. Auf diese Weise wird eine radiale Ausdehnung der Rohre 1 erzeugt, die um so stärker ist, je langer die Verweilzeit in der Heizstation C

a b ist. Da die zwei Abstrahlplatten 5 und 5 aneinander befestigt sind, erzeugt diese Ausdehnung eine Presswirkung der Rohre zwischen den zwei Platten. Wenn die Baugruppe die Heizstation C verläßt und abkühlt, behalten die Rohre 1 den in der Heizstation C angenanmener. Durchmesser; die Baugruppe ist fest und dauerhaft.

Der Zusammenbau des in Fig. 1 gezeigten Wärmeaustauschers erfolgt in

7419C69 16.0&77

(Ill It

• *

folqender Waise: Nachdem die Rohre 1 wie Im vorstehend beschriebenen Fall warm gezogen und abgekühlt worden sind, werden sie auf eine Lange zugeschnitten, die etwas größer als die gewünschte Länge ist. Dann werden sie in die Löcher 3 eines Stapels aus Abstrahlplatten 2 eingesetzt. Diese Locher 3 haben einen Durchmesser der etwas kleiner als der ursprüngliche Durchmesser der Rohre 1 ist. Durch Erwärmung auf die genannte Temperatur werden die Rohre dazu gebracht, zu versuchen, ihren ursprunglichen Durchmesser wieder anzunehmen. Daher pressen sie sich kräftig gegen die Wände der Löcher 3.

Fig. 7 zeigt die Ausnutzung des elastischen Gedächtnisses von vernetztem Polyäthylen zum Zusammenbau eines Rohres 20 aus diesem Material mit einem zweiten, koaxialen Rohr 21, das einen Durchmesser hat, der höchstens gleich dem ursprünglichen Durchmesser d des ersten Rohres ist. Ein Ende des ersten Rohres 20, das in zuvor unter Bezugnahme

2 auf Fig. 4 beschriebener Weise auf den Durchmesser d gebracht worden ist, wird in das Ende des zweiten Rohres 21 eingesetzt, und das auf diese Weise eingesetzte Ende wird auf die genannte Temperatur erwärmt. Dieses Ende dehnt sich dann in Radialrichtung aus und preßt sich kräftig gegen die Innenwand des zweiten Rohres.

Die in Fig. 8 dargestellte Verbindung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen darin, daß das zweite Rohr 21^a ebenfalls aus vernetztem Polyäthylen besteht, so daß es ebenfalls ein elastisches ^ Gedächtnis hat, und daß es den gleichen ursprünglichen Durchmesser wie das erste Rohr hat. Das Ende des zweiten Rohres wird zunächst bei der genannten Temperatur radial ausgedehnt und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt, wobei es diese Ausdehnung beibehält. Wenn der gemeinsame Bereich der zwei Rohre auf die genannte Temperatur erwärmt wird, dehnt sich somit das erste Rohr in Radialrichtung aus, während sich das zweite Rohr in Radialrichtung zusammenzieht, da die zwei Rohre dazu neigen, den gleichen ursprünglichen Durchmesser d anzunehmen. Daher ist die Klemmwirkung noch ausgeprägter als im Falle der Verbindung gemäß Fig. 7.

Eine besonders interessante Variante der oben beschriebenen Zusairmenbauverfahren besteht darin, eine Schweißung zwischen dem Abschnitt

7419669 16.06.77

des einzubauenden Rohres und dem diesen Abschnitt umgebenden Element durchzuführen, indem zwischen beide eine dünne Schicht aus plastischem Material gebracht wird, das bei der Erwärmungstemperatur schmelzbar ist und mit dem das Rohr bildenden vernetzten Polyäthylen sowie dem das genannte Element bildenden Material verträglich ist. Wenn dieses Material ebenfalls aus vernetzten! Polyäthylen besteht, insbesondere im Fall der Fig. 8, kann diese dünne Schicht beispielsweise aus Polyäthylen mit hoher, mittlerer oder niedriger Dichte bestehen, das nicht vernetzt oder nur leicht vernetzt ist, d.h. einen Vernetzungsgrad von weniger als 50 % hat. Der Abbau der Spannungen im erwärmten Bereich des Rohres führt zu einer wirksamen Klemmwirkung, die Im verschweißten Bereich sehr gleichmäßig verteilt ist. Diese Klemmwirkung bzw. Klemmverbindung erfordert keinen Ring oder anderen äußeren Teil.

Bei den beschriebenen Beispielen haben die betrachteten Rohre einen kreisförmigen Querschnitt. Es versteht sich, daß sie einen beliebigen Querschnitt, beispielsweise einen mehreckiqen Querschnitt haben können. In diesem Falle sollten sie mit Elementen zusammengefügt werden, die öffnungen der gleichen Form haben.

- Schutzansprüche: -

7419669 16.06.77

Claims

Schutzansprüohe

1. Wärmeaustauscher mit einem Bündel aus parallelen Fohren und mit diesen zusammengebauten Abstrahlplatten, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (1) aus thermoplastischem Material mit elastischem Gedächtnis bestehen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlplatten (2) senkrecht zu den Achsen der Rohre (1) stehen und von Löchern (3) durchbrochen sind, in denen die Rohre befestigt sind.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Abstrahlplatten (5^a, 5 ) umfasst, die im wesentlichen parallel zu den Achsen der Rohre (1) verlaufen, zwischen sich in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen für die Rohre bilden und zwischen den Rohren miteinander verbunden sind.

7419669 16.06.77