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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbe-
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sondere für landwirtschaftliche Betriebe, in einer Ausbildung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wärmetauscher dieser Art, die als Kreuzstromtauscher zum Einsatz kommen,
sind in zahlreichen Ausführungen lange bekannt. Sie finden insbesondere in industriellen
Betrieben Anwendung, um aus Proeßgasen, Abluft od.dgl.
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Wärme rückzugewinnen.
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Bei bekannten Wärmetauschern dieser Art bestehen die Rohre überwiegend
aus Metall, das eine hohe Wärmeleitzahl besitzt, andererseits jedoch Korrosionsgefahren
besonders ausgesetzt ist. Andere bekannte Wärmetauscher verwenden Rohre aus Glas,
das bei zwar niedrigerer Wärmeleitzahl besonders hohen Korrosionswiderstand darbietet.Ein
Hauptproblem bei der Verwendung von Rohren aus Glas liegt neben den Kosten für die
Rohre, deren Gewicht und deren Empfindlichkeit gegen Stoßbeanspruchungen in der
Art der Festlegung der Rohre in Endplatten begründet, für die. in der Regel Lochplatten
Anwendung finden, deren Lochungsmuster die Anordnung und Zuordnung der Rohre innerhalb
einer Wärmetauschereinheit festlegt. Um die mit ihren Enden die Lochungen in den
Endplatten durchgreifenden Rohre mit den Endplatten unter Abdichtung zu verbinden,
ist es bekannt, etwa wannenförmige Endplatten aus Metall einzusetzen,
auf
die eine Schicht aus einem Gießharz aufgebracht wird, welche die Enden der Rohre
abdichtend umgibt, einbettet und mit der Endplatte verbindet.
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Derartige Wärmetauscher sind zwar für zahlreiche industrielle Einsatzzwecke
gut geeignet, jedoch außerordentlich teuer und arbeitsaufwending in der Herstellung,empfindlich
auf Transporten und im Betrieb und schwierig instandzusetzen, wenn aufgrund von
Stoßeinflüssen einmal Rohre Beschädigungen erfahren.
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Für Anwendungszwecke, bei denen die Rohre von Luft-bzw. Gasgemischen
durchströmt-oder umströmt werden, die aggressive Bestandteile enthalten, wie dies
z.B. bei der Abluft von Stallungen in landwirtschaftlichen Betrieben der Fall ist,
eignen sich zwar Glasrohre wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit, während sich Rohre
aus Metall verbieten, es se-i denn, daß besondere, aufwendige Maßnahmen zum Korrosionsschuz
getroffen werden.- Wärmetauscher aus Metall in hinreichend korrosionsgeschützter
Ausführung sind aber ihrerseits außerordentlich teuer, da nicht nur ebenfalls hohe
Materialkosten entstehen, sondern auch die Herstellung der-Wärmetauscher mit an
Endplatten angesChweißten oder angelöteten Rohren zeitraubend und aufwendig ist.
Auch etwaige Instandsetzungsarbeiten erfordern bei solchen Wärmetauscher zumindest
geschultes Fachpersonal.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rureiswerten, in der
Herstellung einfachen, leichten und robusten Wärmetauscher mit gutem Tauscherwirkungsgrad
zu schaffen, der bei hoher Korrosionsbeständigkeit insbesondere für Anwendungsfälle
geeignet ist, in denen er unter rauhen Betriebsbedingungen lange Zeit störungsfrei
arbeiten- muß.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Wärmetauscher int den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen
wird auf die Unteransprüche verwiesen.
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Der Wärmetauscher nach der Erfindung ist außerordentlich leicht, robust,
einfach in der Herstellung, der Wartung und der Instandsetzung, bietet ein hohes
Maß an Korrosionsbeständigkeit und stellt eine Baueinheit dar, die leicht und von
ungeschulten Arbeitskräften zusainmenbaubar sowie an Orten des Einsatzes montierbar
ist. -In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung
näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigen: Fig 1 eine abgebrochene Stirnansicht
einer Wärmetauschereinheit nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie II-II in.Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.1,
und Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine Endplatte in Ver größerung.
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Der maßstabsgetreu dargestellte Wärmetauscher besteht im einzelnen
aus einem Bündel von parallel zueinander in vorgegebenen gegenseitigen Abständen
angeordneten Rohren 1, die aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen bestehen, bei
hoher Eigenfestigkeit und Formhaltigkeit aber dennoch ein gewisses Maß an Elastizität
besitzen.
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Die Rohre 1 haben vorzugsweise bei einem Außendurchmesser von 12 mm
eine Wanddicke von 1 mm und bilden glatte Abschnitte entsprechend extrudierter Rohrstränge,
wobei sie bevorzugtermaßen eine Länge von etwa 70 bis 100 cm besitzen. Bei derartigen
Längen benötigen die Rohre 1 inner halb ihrer Wärmetauscher in der Regel keine Zwischenunter
stützung oder -distanzierung.
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Die Rohre 1 sind jeweils an ihren Enden gemeinsam mit je einer Endplatte
2 verbunden, die ihrerseits als Kunststofformkörper , nämlich Spritzkörper,- ausgebildet
sind und z.B. aus Niederdruckpolyäthylen bestehen. Die Endplatten 2 haben eine ebene,
von Lochungen unterbrochene, den Rohren 1 zugewandte Innenseite 3 und eine den Rohren
1 abgewandte Außenseite 4, die mit einzeln vorstehend angeformten Steckbuchsen 5
versehen ist. Diese
Steckbuchsen 5 legen die in sie eingesteckten
Rohrende klemmend fest und umschließen diese unter Selbstdichtung Wie am besten
der Fig. 4 entnehmbar ist, umgrenzt jede Steckbuchse 5 eine Durchgangsöffnung 6
für die klemmende und abdichtende Aufnahme eines Rohrendes, und diese Durchgangsöffnung
6 besitzt einen zylindrischen, im Durchmesser dem Außendurchmesser des Rohrendes
entsprechenden Hauptbereich 7, einen sich kegelig erweiternden Einführungsbereich
8 an ihrem Innenende und einen sich kegelig verengenden Abschlußberech 9 an ihrem
Außenende. Die Wandung 10 der Steckbuchse 5 nimmt in ihrer Dicke im Hauptbereich
7 und im Abschlußbereich 9 der Durchgangsöffnung 6 zu deren Außenende hin ab, was
im Hauptbereich durch eine kegelige Schrägung der Außenwandfläche der Wandung 10
und im Abschlußbereich 9 ebenfalls durch eine kegelige Schrägung der Außenwandfläche
herbeigeführt ist, die im Abschlußbereich 9 einen größeren Kegelspitzenwinkel als
im Hauptbereich 7 besitzt. Während für die AuBenwandfläche im Hauptbereich 7 ein
Kegelspitzenwinkel von etwa 6" zweckmäßig ist, beträgt dieser für die Außenwandfläche
im Abschlußbereich 9 vorteilhaft etwa 40°, und zwar bei einem Kegeispitzenwinkel
für Innenwandflächen sowohl im Erweiterungsbereich 8 als auch im Abschlußbereich
9 von etwa 300. Für die axiale Länge der Durchgangsöffnung 6 hat sich eine Gesamtlänge
von etwa 25 mm als besonders günstig erwiesen, wobei von diese-r der Erweiterungsbereich
8
und der Abschlußbereich 9 jeweils etwa 4 mm einnehmen. Am Übergang vom Hauptbereich
7- zum Abschlußbereich 9 beträgt die Wanddicke der Wandung 10 der Steckbuchse 5
vorzugsweise etwa 1 tnm.
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Die Wandung 10 der Steckbuchse 5 bildet-im Abschlußbereich 9 eine
elastisch spreizbare Ringlippe, die sich bei Einschieben eines Rohrendes, dessen
Einführen in die Durchgangsöffnung 6 der Erweiterungsbereich 8 er--leichtert, aufgeweitet
wird und sich unter Klemmspannung an die Rohraußenwandung des eingesteckten Rohrendes
anlegt. Dadurch wird nicht nur eine relativ feste Verbindung zwischen dem Rohrende
und der Endplatte 2 herbeigeführt, sondern zugleich auch eine Abdichtung erzeugt,
die in der Mehrzahl aller Fälle völlig ausreicht.
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Dies gilt jedenfalls für alle Fälle eines Einsatzes in strömenden
Gasen als Wärmetrågermedien, so lange nicht allzu hohe Druckdifferenzen zwischen
dem die Rohre durchströmenden und dem die Rohre in Querrichtung umströmenden Wärmeträgermedium
vorliegen.
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Die Steckbuchse 5 erbringen ihrer Verankerungs- und Dichtungsfunktion
gegenüber eingesteckten Rohrenden auch unter Berücksichtigung von gewissen Abmessungstoleranzen,
wie sie bei der Herstellung solcher Runststoffprodukte gegebenenfalls nicht ausgeschlossen
werden können. Während der Hauptbereich 7 auf das eingesteckte Rohrende eine Stütz-
und Richtfunktion ausübt unc
bereits eine Vordichtungsfunktion
übernimmt, legt die Ringlippe des Abschlußbereiches das Rohrende gegen axiale Bewegungen
hinreichend fest, wobei die Ringlippe und das Rohrende in einen festen dichten Umfangskontakt
gelangen, da sich die in Kontakt tretenden FlachE bereiche -infolge der elastischen
Rückwirkung der Ringlippe formgenau aufeinander anpassen.
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Die Endplatten 2 haben eine quadratische Außenabmessung und dabei
vorzugsweise eine Randkantenlänge von 25 cm.
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Auf diese Weise-bildet jeder aus seinem Rohrbündel und zwei Endplatten
2 bestehende Wärmetauscher eine Baueinheit oder einen Modul, und ein mit der jeweils
gewünschten Wärmetauscherkapazität versehener Wärmetauscher kann aus einer Mehrzahl
von solchen Einheiten zusammengesetzt werden, die in Reihen neben- bzw. übereinander
angeordnet werden können und im Bereich ihrer Endplatten unmittelbar aneinandergrenzen.
Die Endplatten 2 sind hierzu mit einem zur Seite der Steckbuchsen 5 hin um 900 von
der Plattenebene abgewinkelten umlaufenden Randflansch 11 versehen, dessen Breite
zweckmäßig etwas größer als die axiale Länge der Durchgangsöffnungen 6 in den Steckbuchsen
5 ist und vorzugsweise bei etwa 30 mm liegt. Wie am besten der Fig. 1 entnommen
werden kann, besitzt der Randflansch 11 der Endplatten 2 an jeweils zwei benachbarten
Außenseiten Schwalbenschwanz-Nuten 12 und an den beiden anderen
benachbarten
Außenseiten entsprechende Schwalbenschwanz-Federn 13. Bei dem dargestellten Beispiel
sind je Außenseite zwei Nuten 12 bzw. Federn 13 vorgesehen, die so angeordnet sind,
daß sie jeweils verriegeind in Eingriff mit Federn bzw. Nuten einer unmittelbar
neben oder darüber angeordneten Endplatte 2 einer benachbarten Wärmetauschereinheit
bringbar sind.
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Die Endplatten 2 sind mit einer Vielzahl von Steckbuchsen 5-versehen,
die in Längsreihen -14 bzw. Querreihen 15 über die Fläche der Endplatten verteilt
angeordnet sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Mittelachsen 16 der
Steckbuchsen 5 jeweils auf Lücke zueinander versetzt sind. In den Längsreihen 14
beträgt dabei vorzugsweise der Abstand zwischen den Mittelachsen 16 benachbarter
Steckbuchsen 5 32 mm, während in den Querreihen 15 dieser Abstand vorzugsweise 16
mm beträgt. Der Mittelachsabstand der Steckbuchsen 5 zwischen Querreihen 5 untereinander
beträgt vorzugsweis wiederum 16 mm, während der Mittelachsabstand der Steckbuchsen
5 zwischen Längsreihen 14 untereinander vorzugsweise 8 mm beträgt. Auf diese Weise
bietet eine aus ihrem Rohrbündel und zwei Endplatten 2 bestehende Wärmetauschereinheit
einem die Rohre 1 im.Kreuzstrom.umspülenden Wärmeträgermedium bei einer Durchströmrichtung
in Fig. 1 von oben nach unten bzw. parallel zu den Längsreihen 14 einen größeren
Strömungswiderstand dar als bei einer Durchströmung in Fig. 1 von rechts nach
links
bzw. umgekehrt, d. h. parallel zu den Querreihen 15. Je nach den jeweiligen Arbeitsbedingungen
für einen Wärmetauscher kann daher die Einheit dem Außenstrom unterschiedlich zugeordnet
werden, und es besteht zudem die Möglichkeit, bei einem aus einer Mehrzahl von Wärmetauschereinheiten
zusammengebauten Wärmetauscher eine wechselseitige Zuordnung der Wärmetauschereinheiten
zueinander so vorzunehwn, daß eine bzw. einige der Einheiten parallel zur Anströmrichtung
ausgerichtete Längsreihen 14 und andere parallel zur Anströmrichtung ausgerichtete
Querreihen 15 darbieten.
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Jedoch können auch sämtliche Wärmetauschereinheiten innerhalb eines
zusammengesetzten Wärmetauschers mit zueinander gleicher Reihenausrichtung zusammengefügt
werden, und in beiden Fällen ist es möglich, benachbar te Wärmetauschereinheiten
oder Module im Bereich ihrer aneinandergrenzenden Endplatten 2 über die Nuten 12
und die Federn 13 untereinander zu verbinden.
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Zur Herstellung einer Wärmetauschereinheit wird z. B.
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eine Endplatte 2 in einer Ausrichtung wie in Fig. 2 auf eine Unterlage
gelegt, wonach die Rohre 1 mit ihren unteren Enden jeweils in die Steckbuchsen 5
eingesetzt werden, wobei die Stirnflächen der eingesetzten Rohrenden z.B. bis auf
die Ebene der Unterlage, auf de die Endplatte 2 aufliegt, herab durchgesteckt werden.
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Als-dann wird auf die oberen Enden des Rohrbündels ein entsprechende
zweite Endplatte
2 aufgesetzt, wobei die oberen Enden in den Steckbuchsen
5 dieser zweiten Endplatte 2 eine entsprechende Aufnahme und Ausrichtung finden.
Alsdann ist die Wärmtauschereinheit fertig und kann für sich allein oder zusammen
mit weiteren Einheiten in oben angeführter Zusammenfügung in entsprechende Strömungskanäle
eingebaut bzw. an diese angeschlossen werden, wobei die Randflansche 11 entsprechende
Anschlußmöglichkeiten für einen Strömungskanal bieten, der von dem die Rohre 1 axial
passierenden Wärmeträgermedium durchströmt wird. Auch die Rohrbündel können in einem
entsprechenden Strömungskanal für das zweite, das Kreuzstrom-Wärmeträgermedium Unterbringung
finden oder aber sich z.B. frei durch eine Abluftströmung vor einer Abluftöffnung
od. dgl. erstrecken.
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Wie ohne weiteres ersichtlich ist, besteht die Möglichkeit, einzelne,
gegebenenfalls beschädigte Rohre aus ihren Steckbuchsen zu lösen und durch andere
zu ersetzen. Bei auftretenden Schwingungen können die Wandungen der Steckbuchsen
5 entsprechende Schwenkbewegungen mitmachen, ohne ihre Halte- und Dichtungsfunktion
zu verlieren.
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Inmitten jeder Endplatte kann eine nicht dargestellte Mittelöffnung
für die Einführung eines Stabkörpers vorgesehen sein, der sich mehr oder weniger
weit durch die Endplatten in den Zentralraum der Wärmetauschereinheit
hineinerstreckt
und z.B. eine Spüllanze bilden kann, mit deren Hilfe die Rohre 1 außenseitig gewaschenwerden
können.