CH585887A5

CH585887A5 - Tubular heat exchanger with glass tubes - having silicone rubber jointing to form bundle end

Info

Publication number: CH585887A5
Application number: CH363175A
Authority: CH
Original assignee: Froehlich Air Ag Fuer En Rueck
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1977-03-15
Also published as: SE7603408L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers für gasförmige Medien und einen nach diesem Verfahren hergestellten Rohrwärmetauscher.

Es ist bekannt, zum Zwecke der Rückgewinnung von Energie aus einem gasförmigen Medium z. B. Abluft, durch Wärmetausch mit einem anderen gasförmigen Medium, z. B.

Frischluft, Rohr-Wärmetauscher mit einer Vielzahl paralleler
Rohre aus technischen Silikaten, z. B. Glas, zu verwenden; die
Rohre bilden dabei den Strömungsweg des einen Mediums, während der quer zu den Rohren verlaufende Strömungsweg des anderen Mediums durch die Zwischenräume zwischen den
Rohren gebildet ist.

Bekannte Wärmetauscher dieser Art besitzen ein Metallgehäuse mit zwei einander gegenüberliegenden Metallplatten, in welchen Bohrungen für den Einsatz der Rohre angebracht sind, wobei die Halterung der Rohre in den Bohrungen durch elastische Dichtungselemente erfolgt, mittels welcher die Rohre dicht und elastisch nachgiebig an den Platten fixiert sind. Das Einsetzen der Dichtungen und der Rohre bedingt ein recht umständliches Herstellungsverfahren; da die Rohre nach Anbringen der Dichtungen in den Plattenbohrungen unter Kraftaufwand eingeführt werden müssen, besteht erhebliche Bruchgefahr bei der Montage; einwandfreie Dichtheit jeder einzelnen der vielen Plattenbohrungen ist ebenfalls nicht gewährleistet.

Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren vor, das nicht nur das umständliche Einsetzen der Rohre in enge Plattenbohrungen vermeidet, sondern trotz einfacher Herstellungsschritte zu einem Wärmetauscher führt, dessen Rohre trotz fester, gegenseitiger Verbindung einwandfrei dicht und elastisch gehaltert sind.

Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei horizontalen, parallelen Stäben je ein Streifen aus zähflüssigem, zu einer elastischen Dichtung aushärtbarem Klebstoff aufgetragen wird, wonach eine Lage von im gegenseitigen Abstand gehaltenen Rohren mit ihren Endteilen in die Klebstoffstreifen eingedrückt wird, worauf über den ersten Klebstoffstreifen weitere Streifen aufgetragen und in diese weitere Lagen von Rohren eingedrückt werden, wobei auf den letzten, die Rohre der letzten Lage überdeckenden Klebstoffstreifen ein Paar von den unteren Stäben entsprechenden Stäben aufgedrückt wird, das Ganze derart, dass sich die Klebstoffstreifen jeder Seite beim Aushärten zu einer an den Stäben und den Rohren dicht haftenden elastischen Wand miteinander verbinden,

wonach die aus zwei je zwischen einem Stabpaar liegenden Wände und den darin dicht haftenden Rohren gebildete Wärmetauscheinheit in ein die Einlässe und Auslässe der Strömungswege für die beiden Medien aufweisendes Gehäuse eingesetzt wird.

Dieses Herstellungsverfahren ist nicht nur einfach durchzuführen, sondern es führt auch zwangsläufig im gleichen Arbeitsgang zu einem dichten und elastisch nachgiebigen Fixieren der Rohre in der sich fortlaufend bildenden Wand aus Klebstoff.

Ein nach diesem Verfahren hergestellter Rohrwärmetauscher besitzt erfindungsgemäss ein mit den Ein- und Auslässen für die beiden Medien versehenes Gehäuse, in welches wenigstens eine aus einer Mehrzahl von Lagen von parallelen Rohren aus einem technischen Silikat, welche Lagen beiderends in einer Wand aus erhärtetem, elastischem Klebstoff dicht haftend gehalten sind, gebildete Wärmetauschereinheit eingesetzt ist.

Da es ohne weiteres möglich ist, den Wärmetauscher mit zwei, vier oder mehr solcher unter sich gleicher Einheiten auszurüsten, kann trotz Massenfabrikation von unter sich stets gleichen Einheiten der einzelne Wärmetauscher praktisch allen vorkommenden Anforderungen bezüglich Grösse bzw.

Leistung angepasst werden.

Anhand der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung im folgenden beispielsweise näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1-3 schaubildlich je eine Phase des Verfahrens zur Herstellung einer Rohrbündeleinheit,
Fig. 4 schaubildlich ein Beispiel eines erfindungsgemässen Rohrwärmetauschers mit sechs Rohrbündeleinheiten und
Fig. 5 beispielsweise das Arbeitsschema eines Wärmetauschers nach Fig. 4.

Gemäss den Fig. 1-3 wird beim Herstellen eines Rohrwärmetauschers wie folgt vorgegangen:
Auf einer ebenen Montageplatte 1 sind Fixierblöcke 2 angeordnet, welche zwei parallele, mit Abstand voneinander auf die Platte 1 aufgelegte Metallprofile 3 in ihrer Relativlage sichern.

Zwischen den beiden Profilen 3 sind auf der Platte 1 zwei Reihen von dem gewünschten horizontalen Abstand der Rohre entsprechenden vertikalen Distanzelementen 5 mit je einem Endbegrenzungselement 5a sowie zwei dem gewünschten (zweckmässig gleichen) vertikalen Rohrabstand entsprechende horizontale Distanzstäbe 4 angeordnet. Nun wird auf jedes der beiden Profile 3 eine Schicht 6 aus zähflüssigem klebstoffartigem Material aufgetragen; das z. B. durch einen geeigneten Kunststoff gebildete Material besitzt die Eigenschaft, nach einer gewissen Zeit an der Luft zu einem gummielastischen Körper zu erhärten und dabei an den mit ihm in Berührung kommenden, anschliessend erwähnten Rohren luftdicht fest zu haften.

Sofort nach dem Auftragen dieser beiden Schichten 6 (d. h. im noch zähflüssigen Zustand derselben) wird eine erste Lage von Wärmetauscherrohren 7 zwischen die Distanzelemente 5, 5a gelegt und bis zur Berührung mit den Distanzstäben 4 mit ihren Endteilen in die Materialschichten 6 eingedrückt. Nach dem Auflegen eines weiteren Paares von Distanzstäben 4 wird auf die Rohrenden bzw. die zwischen ihnen liegende Materialschicht eine weitere Materialschicht 8 (Fig. 2) aufgetragen und in diese dann eine zweite Lage von Rohren 9 eingedrückt.

Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Zahl von Rohrlagen erreicht ist. Auf die letzte Materialschicht, die auf die Rohre der letzen Lage aufgetragen ist, werden anschliessend zwei den unteren Profilen 3 entsprechende Profile 3 aufgedrückt (Fig. 3). Damit ist auf der Montageplatte 1 ein zusammenhängendes Gebilde aus Profilen 3, Klebstoffmaterial 6, 8, 10 und Rohren 7, 9 geschaffen, das nach dem Aushärten des Materials 6, 8 und nach Entfernen der Distanzstäbe 4) als fertige Wärmetauschereinheit 11 von der Montageplatte 1 abgehoben werden kann.

Die Zahl der Rohrlagen der Einheit ist zweckmässig kleiner als die Rohrzahl jeder Lage. Dabei sind Zahl und Länge der Rohre so gewählt, dass der kleinste in der Praxis denkbare Wärmetauscher mit einer einzigen solchen Einheit 11 auskommt. Durch Aneinanderfügen von solchen Einheiten 11 lassen sich praktisch alle vorkommenden Wärmeaustauschergrössen herstellen.

Ein Beispiel eines solchen Wärmetauschers ist in Fig. 4 gezeigt. Beim Aufbau dieses Rohrwärmetauschers werden zwei aus je drei Einheiten 11 zusammengesetzte Wärmetauscherblöcke gebildet. Das Zusammenfügen der Einheiten erfolgt durch dichtes Verbinden der aneinanderstossenden Profile 3 benachbarter Einheiten. Die so gebildeten Wärmetauscherblöcke sind in ein Gehäuse eingesetzt, das aus durch Querprofile 13 miteinander verbundenen Seitenwänden 12 und einer Umlenkhaube 14 gebildet ist. Damit ist ein Kreuz-Gegenstrombetrieb des Wärmetauschers möglich, wie dies durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet ist. Das beispielsweise Anlageschema eines solchen Wärmetauschers nach Fig. 4 ist in Fig. 5 in Anwendung in einer luftbetriebenen Trocknungsanlage.

Dort ist angenommen, dass die Zuluft mit durch den zwischen den Wärmetauscherrohren gebildeten Strömungsweg des Wärmetauschers gefördert wird, und dort durch Abluft aus dem Trockner B, welche im Gegenstrom durch die Rohre der beiden Wärmetauscherblöcke strömt, vorgewärmt wird. Die so vorgewärmte Zuluft wird in der anschliessenden Heizvorrichtung C auf die gewünschte Arbeitstemperatur erhitzt, bevor sie in den Trockner B gelangt, den sie dann als immer noch warme, die Wärmetauscherrohre durchströmende Abluft verlässt. Die in Fig. 5 angegebenen Werte für Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt zeigen, dass mit einem Rohrwärmetauscher der bei schriebenen Art ganz erhebliche Energieeinsparungen möglich sind.

Kenndaten eines weiteren Rohrwärmetauschers der beschriebenen Art sind wie folgend: Höhe x Länge > < x breit Breite 800 x 1700 x 500 Wärmetauschflächenmaterial: Glasrohre Länge X Durchmesser: 720 x 11,5/12,7 Anzahl Rohre: 1886 Stück Wärmetauschfläche effektiv: 50,18 m2 Wirkungsgrad: 56% in einer Trocknungsanlage mit folgenden Betriebsdaten benützt: Aussenluftmenge 3 200 Nm3/h Fortluftmenge 3 200 Nm3/h Mittl.

Aussenlufttemperatur + +10"C Fortlufttemperatur 150"C Fortluftfeuchtegehalt 40 gr/kg Zuluftwärmung auf 1900 C so wird im Wärmetauscher erreicht, dass die kalte Aussenluft von 10 C auf 88,4 C erwärmt wird, und zwar wird diese Energie aus dem Abluftstrom entnommen, der sich in der Folge vor dem Ausblasen ins Freie von 1500 auf 71,6" C im Wärmetauscher abkühlt.

Der wirtschaftliche Nutzen dieses Glasrohrwärmetauschers liegt besonders darin, dass dadurch der Zuluftstrom von nur 88,4 auf 1900 C erwärmt zu werden braucht, was gegenüber der Anlage ohne Wärmetauscher eine Einsparung installierter Leistung und effektiven Betriebskosten für die Lufterwärmung von 43,5 % ergibt.

Dank dem beschriebenen Herstellungsverfahren des Wärmetauschers können Glasrohre verwendet werden, da ihre mechanische Beanspruchung sowohl während der Montage (nur leichtes Eindrücken und eine zähflüssige Masse) als auch während des Betriebs (elastische Fixierung der Rohre in der Masse) keine unzulässigen Werte annehmen kann. Rohre aus technischen Silikaten, wie Glas, die ausschliesslich in elastisch bleibender Klebemasse fixiert sind, gestatten: hohe Mediengeschwindigkeit entlang der Wärmetauschflächen (und damit grossen Wärmedurchgang), da sie eine besonders glatte, feine Oberfläche besitzen und äusserst korrosionsfest und wenig anfällig für Ablagerungen sind.

Sie lassen sich ohne Weiteres in einem Temperaturbereich zwischen 400 C und 300" C verwenden, wobei die bei hohen Temperaturen auftretenden Wärmedehnungen von der die Rohre allseitig umschliessenden elastischen Masse einwandfrei aufgenommen werden können.

PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers für gasförmige Medien, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei horizontalen, parallelen Stäben (3) je ein Streifen (6) aus zähflüssigem, zu einer elastischen Dichtung aushärtbarem Klebstoff aufgetragen wird, wonach eine erste Lage von im Abstand gehaltenen Rohren (7) mit ihren Endteilen in die Klebstoffstreifen (6) eingedrückt wird, worauf über den ersten Klebstoffstreifen (6) weitere Stufen (8, 10) aufgetragen und in diese weitere Lage von Rohren (9) eingedrückt werden, wobei auf den letzten,die Rohre der letzten Lage überdeckenden Klebstoffstreifen (10) ein Paar von den unteren Stäben entsprechenden Stäben (3) aufgedrückt wird, das Ganze derart, dass sich der Klebstoffstreifen jeder Seite beim Aushärten zu einer an den Stäben und den Rohren dicht haftenden elastischen Wand miteinander verbinden,

wonach die aus zwei je zwischen einem Stabpaar liegenden Wänden und den darin dicht haftenden Rohren gebildete Wärmetauscheinheit (11) in ein die Einlässe und Auslässe der Strömungswege für die beiden Medien aufweisendes Gehäuse eingesetzt wird.

UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannten Stäbe (3) auf einer Basisplatte (1) mittels Fixierblöcken (2) lagerichtig gehalten werden, welche Basisplatte (1) stehende Distanzelemente (5, 5a) aufweist, zwischen welche die Rohre (7, 9) jeder Lage gelegt werden, wobei auf die Basisplatte (1) sowie mit fortschreitender Arbeit zwischen die Rohrlagen horizontale Distanzstäbe (4) eingelegt werden, wobei nach dem Aushärten der Klebstoffwände die Wärmetauschereinheit (11) von der Basisplatte (1) nach oben aus den vertikalen Distanzelementen (5a) herausgehoben wird.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wärmetauschereinheiten (11) parallel aneinander gelegt und die aneinanderstossenden Stabpaare (3) beider Wärmetauschereinheiten (11) unter Bildung eines Wärmetauscherblocks fest miteinander verbunden werden.

PATENTANSPRUCH II
Rohrwärmetauscher, hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein mit den Ein- und Auslässen für die beiden Medien versehenes Gehäuse (12, 13, 14), in welches wenigstens eine aus einer Mehrzahl Lagen von parallelen Rohren aus einem technischen Silikat, welche Lagen je beiderends in einer Wand (6, 8, 10) aus erhärtetem, elastischem Klebstoff dicht haftend gehalten sind, gebildete Wärmetauschereinheit (11) eingesetzt ist.

UNTERANSPRÜCHE
3. Rohrwärmetauscher nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten der die Rohre (7, 9) haltenden elastischen Wände (6, 8, 10) ein Stabprofil (3) haftet.

4. Rohrwärmetauscher nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (12, 13, 14) wenigstens ein aus mindestens zwei mittels aneinanderliegender Stabprofile (3) miteinander verbundenen Wärmetauschereinheiten (11) gebildeter Wärmetauscherblock eingesetzt ist.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. gewünschte Arbeitstemperatur erhitzt, bevor sie in den Trockner B gelangt, den sie dann als immer noch warme, die Wärmetauscherrohre durchströmende Abluft verlässt. Die in Fig. 5 angegebenen Werte für Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt zeigen, dass mit einem Rohrwärmetauscher der bei schriebenen Art ganz erhebliche Energieeinsparungen möglich sind.

Kenndaten eines weiteren Rohrwärmetauschers der beschriebenen Art sind wie folgend: Höhe x Länge > < x breit Breite 800 x 1700 x 500 Wärmetauschflächenmaterial: Glasrohre Länge X Durchmesser: 720 x 11,5/12,7 Anzahl Rohre: 1886 Stück Wärmetauschfläche effektiv: 50,18 m2 Wirkungsgrad: 56% in einer Trocknungsanlage mit folgenden Betriebsdaten benützt: Aussenluftmenge 3 200 Nm3/h Fortluftmenge 3 200 Nm3/h Mittl.

Aussenlufttemperatur + +10"C Fortlufttemperatur 150"C Fortluftfeuchtegehalt 40 gr/kg Zuluftwärmung auf 1900 C so wird im Wärmetauscher erreicht, dass die kalte Aussenluft von 10 C auf 88,4 C erwärmt wird, und zwar wird diese Energie aus dem Abluftstrom entnommen, der sich in der Folge vor dem Ausblasen ins Freie von 1500 auf 71,6" C im Wärmetauscher abkühlt.

Der wirtschaftliche Nutzen dieses Glasrohrwärmetauschers liegt besonders darin, dass dadurch der Zuluftstrom von nur 88,4 auf 1900 C erwärmt zu werden braucht, was gegenüber der Anlage ohne Wärmetauscher eine Einsparung installierter Leistung und effektiven Betriebskosten für die Lufterwärmung von 43,5 % ergibt.

Dank dem beschriebenen Herstellungsverfahren des Wärmetauschers können Glasrohre verwendet werden, da ihre mechanische Beanspruchung sowohl während der Montage (nur leichtes Eindrücken und eine zähflüssige Masse) als auch während des Betriebs (elastische Fixierung der Rohre in der Masse) keine unzulässigen Werte annehmen kann. Rohre aus technischen Silikaten, wie Glas, die ausschliesslich in elastisch bleibender Klebemasse fixiert sind, gestatten: hohe Mediengeschwindigkeit entlang der Wärmetauschflächen (und damit grossen Wärmedurchgang), da sie eine besonders glatte, feine Oberfläche besitzen und äusserst korrosionsfest und wenig anfällig für Ablagerungen sind.

Sie lassen sich ohne Weiteres in einem Temperaturbereich zwischen 400 C und 300" C verwenden, wobei die bei hohen Temperaturen auftretenden Wärmedehnungen von der die Rohre allseitig umschliessenden elastischen Masse einwandfrei aufgenommen werden können.

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers für gasförmige Medien, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei horizontalen, parallelen Stäben (3) je ein Streifen (6) aus zähflüssigem, zu einer elastischen Dichtung aushärtbarem Klebstoff aufgetragen wird, wonach eine erste Lage von im Abstand gehaltenen Rohren (7) mit ihren Endteilen in die Klebstoffstreifen (6) eingedrückt wird, worauf über den ersten Klebstoffstreifen (6) weitere Stufen (8, 10) aufgetragen und in diese weitere Lage von Rohren (9) eingedrückt werden, wobei auf den letzten,die Rohre der letzten Lage überdeckenden Klebstoffstreifen (10) ein Paar von den unteren Stäben entsprechenden Stäben (3) aufgedrückt wird, das Ganze derart, dass sich der Klebstoffstreifen jeder Seite beim Aushärten zu einer an den Stäben und den Rohren dicht haftenden elastischen Wand miteinander verbinden,

wonach die aus zwei je zwischen einem Stabpaar liegenden Wänden und den darin dicht haftenden Rohren gebildete Wärmetauscheinheit (11) in ein die Einlässe und Auslässe der Strömungswege für die beiden Medien aufweisendes Gehäuse eingesetzt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannten Stäbe (3) auf einer Basisplatte (1) mittels Fixierblöcken (2) lagerichtig gehalten werden, welche Basisplatte (1) stehende Distanzelemente (5, 5a) aufweist, zwischen welche die Rohre (7, 9) jeder Lage gelegt werden, wobei auf die Basisplatte (1) sowie mit fortschreitender Arbeit zwischen die Rohrlagen horizontale Distanzstäbe (4) eingelegt werden, wobei nach dem Aushärten der Klebstoffwände die Wärmetauschereinheit (11) von der Basisplatte (1) nach oben aus den vertikalen Distanzelementen (5a) herausgehoben wird.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wärmetauschereinheiten (11) parallel aneinander gelegt und die aneinanderstossenden Stabpaare (3) beider Wärmetauschereinheiten (11) unter Bildung eines Wärmetauscherblocks fest miteinander verbunden werden.

PATENTANSPRUCH II Rohrwärmetauscher, hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein mit den Ein- und Auslässen für die beiden Medien versehenes Gehäuse (12, 13, 14), in welches wenigstens eine aus einer Mehrzahl Lagen von parallelen Rohren aus einem technischen Silikat, welche Lagen je beiderends in einer Wand (6, 8, 10) aus erhärtetem, elastischem Klebstoff dicht haftend gehalten sind, gebildete Wärmetauschereinheit (11) eingesetzt ist.

UNTERANSPRÜCHE 3. Rohrwärmetauscher nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten der die Rohre (7, 9) haltenden elastischen Wände (6, 8, 10) ein Stabprofil (3) haftet.

4. Rohrwärmetauscher nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (12, 13, 14) wenigstens ein aus mindestens zwei mittels aneinanderliegender Stabprofile (3) miteinander verbundenen Wärmetauschereinheiten (11) gebildeter Wärmetauscherblock eingesetzt ist.