DE3823195C2

DE3823195C2 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE3823195C2
Application number: DE19883823195
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schulenberg; Wolfgang Dietrich
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH; GEA Luftkuehlergesellschaft Happel GmbH and Co KG
Current assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2008-07-09
Also published as: DE3823195A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit in einer Trennwand dicht gelagerten berippten Wärmerohren gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger in one Partition of tightly supported finned heat pipes the features in the preamble of claim 1.

Ein derartiger Wärmetauscher ist durch die JP 60-194289 bekannt. Die Trennwand weist hierbei zwei mit Abstand zu einander angeordnete Einzelwände mit auf den Außendurch messer der Rippen der Wärmerohre abgestimmten Ausnehmun gen auf. Der Raum zwischen den Einzelwänden ist mit einem aushärtenden Füllstoff dicht vergossen. Die Viskosität des Füllstoffs einerseits und die Spaltbreite zwischen den Außenkanten der Rippen und den jeweiligen Ausnehmun gen in den einzelnen Wänden andererseits sind gezielt so aufeinander abgestimmt, daß der Füllstoff beim Gießen im Raum zwischen den Einzelwänden verharrt. Bei einer derar tigen Verfüllung kann jedoch ein gewisses Leckproblem nicht beseitigt werden in dem Sinne, daß die Füllung des Spalts verschlechtert wird. Um diesen Nachteil zu besei tigen, sieht der Stand der Technik Gießöffnungen in der oberen Deckplatte des Gehäuses, in der Bodenplatte sowie in den Seitenplatten vor, damit die Füllung mit dem Füll stoff vollständig durchgeführt werden kann.Such a heat exchanger is known from JP 60-194289 known. The partition assigns two at a distance individual walls arranged on each other with on the outside Knife of the ribs of the heat pipes coordinated recess towards. The space between the individual walls is one tightly pour the hardening filler. The viscosity of the filler on the one hand and the gap width between the outer edges of the ribs and the respective recess conditions in the individual walls, on the other hand, are deliberately so coordinated that the filler when pouring in Space between the individual walls remains. At a derar However, backfilling can cause a certain leak problem not be eliminated in the sense that the filling of the Gap worsens. To overcome this disadvantage state of the art sees pouring openings in the upper cover plate of the housing, in the base plate as well in the side panels so that the filling with the filling fabric can be carried out completely.

Im Umfang der JP 55-152389 wird zur Abdichtung des Spalts zwischen den Außenkanten der Rippen und den Ausnehmungen in den Einzelwänden eine Schweißnaht vorgeschlagen.The scope of JP 55-152389 is used to seal the gap between the outer edges of the ribs and the recesses a weld seam is proposed in the individual walls.

Aus der JP 52-65348 ist es bekannt, nach dem Einziehen des berippten Wärmerohrs durch die Ausnehmungen in den Einzelwänden einer Trennwand den Raum zwischen den Rippen mit einem erhärtbaren fließfähigen Mittel auszufüllen.From JP 52-65348 it is known after drawing in of the finned heat pipe through the recesses in the Individual walls of a partition wall the space between the ribs to be filled with a curable, flowable agent.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmetauscher so weiterzubilden, daß auf einfache und fertigungstechnisch günstige Weise die Wärmerohre dicht in die Trennwand ein gegliedert werden können.The invention is based on the prior art Task based on the generic heat exchanger to train that on simple and manufacturing technology convenient way the heat pipes tightly into the partition can be structured.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.According to the invention, this object is achieved in those listed in the characterizing part of claim 1 Characteristics.

Bei Wärmerohren mit in deren Längsrichtung in parallelem Abstand zueinander angeordneten Rippen wird der Abstand benachbarter Rippen so bemessen, daß er im Bereich der Trennwand kleiner als die Dicke einer Einzelwand bemessen ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, daß mindestens eine Rippe innerhalb der Ausnehmung liegt und diese bis auf den Spalt zwischen der Außenkante der Rippe und der Innenwand der Ausnehmung vollständig gefüllt ist.With heat pipes in the longitudinal direction in parallel The spacing between the ribs becomes the distance adjacent ribs dimensioned so that it in the area of Partition dimensioned smaller than the thickness of a single wall is. This can ensure that at least a rib lies within the recess and this up on the gap between the outer edge of the rib and the Inner wall of the recess is completely filled.

Alternativ hierzu kann bei schraubenlinienförmig um ein Wärmerohr herum geführten Rippen im Bereich jeder Einzel wand ein den Kanal zwischen den Rippen abschließender Verschlußkörper vorgesehen sein. Dieser Verschlußkörper kann beispielsweise als keilförmiger Einsatz ausgebildet sein, der bei der Montage an entsprechender Stelle in den Kanal eingelegt und nach dem Aushärten des Füllstoffs wieder entfernt wird oder dort verbleibt. Die Dicke der Einzelwand bzw. die Steigung der Rippe ist dann so zu wählen, daß die Rippe über 360° innerhalb der Ausnehmung liegt.Alternatively, with a helical shape around a Heat pipe led fins around each individual area obstructed the channel between the ribs Closure body may be provided. This closure body can for example be designed as a wedge-shaped insert be the one in the appropriate place in the assembly Channel inserted and after the filler has hardened is removed again or remains there. The thickness of the The individual wall or the slope of the rib is then too closed choose the rib over 360 ° inside the recess lies.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Danach ist bei Wärme rohren mit im Abstand parallel hintereinander angeordne ten Rippen der Abstand der Einzelwände gleich einem Viel fachen des Abstands benachbarter Rippen zuzüglich der Rippendicke bemessen. In diesem Fall ist dann lediglich beim Einschieben der Wärmerohre in die Ausnehmungen dar auf zu achten, daß eine Rippe innerhalb einer Ausnehmung liegt. Innerhalb der fluchtenden Ausnehmung in der ande ren Einzelwand liegt dann ebenfalls eine Rippe dieses Wärmerohrs.An advantageous development of the invention is in the Features of claim 2 seen. After that is warm arrange pipes with parallel and one behind the other ribs, the distance between the individual walls equals a lot times the distance between adjacent ribs plus the Measure the rib thickness. In this case it is only when inserting the heat pipes into the recesses to make sure that a rib is within a recess lies. Within the aligned recess in the other ren single wall is then also a rib of this Heat pipe.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform (Anspruch 3) sind die Wärmerohre im Bereich zwischen ihren freien En den und der Trennwand axial beweglich in einer Stützwand geführt. Eine solche Stützwand gelangt bevorzugt bei sehr langen Wärmerohren zur Anwendung. Sie dient nur als Auf lager. Eine derartige Stützwand ist insbesondere bei nicht vertikaler Lagerung der Wärmerohre zweckmäßig, um die Momentenbelastung der Trennwand zu begrenzen. Aber auch bei vertikal angeordneten Rohren kann eine solche Stützwand eingesetzt werden, um das Schwingungsverhalten der Wärmerohre, insbesondere hinsichtlich ihrer Resonanz frequenz, zu beeinflussen.According to a further embodiment (claim 3) are the heat pipes in the area between their free enes the and the partition axially movable in a support wall guided. Such a retaining wall is preferably very long heat pipes for use. It only serves as an opening camp. Such a retaining wall is in particular at not vertical storage of the heat pipes useful to limit the moment load on the partition. But Such can also be the case with vertically arranged pipes Retaining wall can be used to determine the vibration behavior the heat pipes, especially with regard to their resonance frequency to influence.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 in scheinatischer Darstellung einen Wärmetau scher in Seitenansicht; Fig. 1 in a schematic representation of a Wärmetau shear in side view;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; Figure 2 is a section along the line II-II in Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher nach Fig. 1; Fig. 3 is a plan view of the heat exchanger according to Fig. 1;

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einen Teil einer Trennwand des Wärmetauschers nach Fig. 1 und Fig. 4 in an enlarged view a section through part of a partition of the heat exchanger according to Fig. 1 and

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung die Durchführung eines schraubenlinienförmig berippten Wärme rohrs durch eine Einzelwand. Fig. 5 in an enlarged view the implementation of a helically finned heat pipe through a single wall.

Der anhand der Fig. 1 bis 3 dargestellte Wärmetauscher 1 dient zum Wärmetausch zwischen einem Reingas 2 und einem Rohgas 3, die über Leitungen 4 bzw. 5 gegenläufig durch den Wärmetauscher 1 geführt werden. Die Leitungen 4 und 5 sind innerhalb des Wärmetauschers 1 fortgesetzt und durch eine Trennwand 6 gasdicht voneinander abgeteilt. Die Trenn wand 6 ist horizontal angeordnet und teilt den nach außen hin gasdicht abgeschlossenen kastenförmigen Mantel 7 des Wärmetauschers 1 etwa mittig.The heat exchanger 1 shown in FIGS. 1 to 3 is used for heat exchange between a clean gas 2 and a raw gas 3 , which are guided in opposite directions through the heat exchanger 1 via lines 4 and 5 . The lines 4 and 5 are continued within the heat exchanger 1 and separated from one another in a gas-tight manner by a partition 6 . The dividing wall 6 is arranged horizontally and divides the box-shaped jacket 7 of the heat exchanger 1, which is closed gas-tight to the outside, approximately in the middle.

Innerhalb der Trennwand 6 sind zahlreiche berippte gerad linige Wärmerohre 8 angebracht, deren freie Enden sich zum einen nach oben in den Bereich der Reingasleitung 4 und zum anderen nach unten in den Bereich der Rohgasleitung 5 erstrecken. Die Wärmerohre 8 sind in der Trennwand 6 ver ankert und werden von dieser getragen, sie können sich zu ihren freien Enden hin beliebig innerhalb des Wärmetauschers 1 ausdehnen und zusammenziehen. Zusätzlich sind zur Stützung und Führung jeweils nahe den oberen und den unteren Enden der Wärmerohre 8 ebenfalls horizontal und parallel zur Trenn wand 6 angeordnete Stützwände 9 vorgesehen, in deren Ausneh mungen die Wärmerohre 8 axial frei beweglich geführt sind. Diese Stützwände 9 dienen zur Stabilisierung und Erhöhung der Eigenresonanzfrequenz. Within the partition 6 numerous ribbed straight-line heat pipes 8 are attached, the free ends of which extend on the one hand upwards into the area of the clean gas line 4 and on the other hand downwards into the area of the raw gas line 5 . The heat pipes 8 are anchored ver in the partition 6 and are supported by this, they can expand and contract to their free ends within the heat exchanger 1 as desired. In addition, for supporting and guiding each near the upper and lower ends of the heat pipes 8 also horizontally and parallel to the partition 6 arranged support walls 9 are provided, in the Ausneh measures, the heat pipes 8 are guided axially freely movable. These support walls 9 serve to stabilize and increase the natural resonance frequency.

Anhand von Fig. 4 ist der Aufbau der Trennwand 6, insbeson dere im Bereich der Wärmerohrdurchführung, dargestellt. Die Trennwand 6 besteht aus zwei parallel zueinander ange ordneten horizontalen Einzelwänden 10, die je nach Länge der Wärmerohre und den dabei auftretenden Kräften in einem Ab stand von ca. 50 bis 200 mm zueinander verlaufen. Die Einzel wände 10 sind miteinander durch nicht dargestellte Querstre ben sowie über einen allseits umlaufenden Profilrahmen 11 verbunden. Der Profilrahmen 11 besteht aus C-förmigen Hohl profilen, die einerseits mit den Einzelwänden 10 verschweißt und andererseits mit dem Mantel 7 des Wärmetauschers 1 fest verbunden sind.Referring to Fig. 4, the construction of the partition wall 6, insbeson is wider in the region of the heat pipe penetration is illustrated. The partition 6 consists of two mutually parallel horizontal individual walls 10 which, depending on the length of the heat pipes and the forces involved, were from about 50 to 200 mm apart. The individual walls 10 are ben with each other by not shown Querstre and connected by a circumferential profile frame 11 . The profile frame 11 consists of C-shaped hollow profiles, which are welded on the one hand to the individual walls 10 and on the other hand are firmly connected to the jacket 7 of the heat exchanger 1 .

Die Einzelwände 10 weisen fluchtend zueinander angeordnete Ausnehmungen 12 auf, durch die die Wärmerohre 8 hindurchge führt sind. Die Ausnehmungen 12 sind so bemessen, daß die fertig berippten Wärmerohre 8 durch die Ausnehmungen 12 in die Einzelwände 10 in ihre bestimmungsgemäße Position einschiebbar sind. Der Raum zwischen den Einzelwänden 10 ist nach Einsetzen der Wärmerohre 8 mit einem aushärtenden Füll stoff 13 ausgegossen, so daß nach dem Aushärten des Füll stoffs 13 ein inniger Verbund zwischen den Wärmerohren 8, dem Füllstoff 13, den Einzelwänden 10 und dem Profilrahmen 11 gebildet ist. Die im Profilrahmen 11 gehaltene Trennwand 6, bestehend aus den beiden Einzelwänden 10 mit dem da zwischen befindlichen Füllstoff 13 trägt die Wärmerohre 8 und dichtet zugleich die Leitungen 4 und 5 im Bereich des Wärmetauschers 1 gasdicht zueinander ab.The individual walls 10 have recesses 12 arranged in alignment with one another, through which the heat pipes 8 are guided. The recesses 12 are dimensioned such that the finely finned heat pipes 8 can be inserted into their intended position through the recesses 12 in the individual walls 10 . The space between the individual walls 10 is poured with a curing filler 13 after insertion of the heat pipes 8 , so that after curing of the filler 13 an intimate bond between the heat pipes 8 , the filler 13 , the individual walls 10 and the profile frame 11 is formed . The partition 6 held in the profile frame 11 , consisting of the two individual walls 10 with the filler 13 between them, carries the heat pipes 8 and at the same time seals the lines 4 and 5 in the region of the heat exchanger 1 in a gas-tight manner.

Aufgrund der bei dieser Ausführungsform verhältnismäßig hohen Reingastemperatur ist der Füllstoff 13 so gewählt, daß er bis ca. 500°C wärmebeständig ist. Er besteht aus einem Basalt-Verguß-Mörtel. Je nach Temperatur und Konsistenz der in den Leitungen 4 und 5 strömenden Medien kann auch ein anderer geeigneter Füllstoff, beispielsweise Kunststoff, eingesetzt werden. Bei der Herstellung dieses Verbunds ist es wichtig, daß die Viskosität des Füllstoffs 13 und die Spaltbreite C zwischen den Ausnehmungen 12 und den darin liegenden Wärmerohren 8 so aufeinander abgestimmt sind, daß ein Austreten des Füllstoffs durch den verbleibenden Spalt C zwischen einem Wärmerohr 8 und einer Ausnehmung 12 wirksam verhindert wird. Ggf. kann bei zu großem Spalt C dieser mit geeigneten Mitteln zugestopft werden. Der Füll stoff 13 sollte bei der Verarbeitung jedoch so flüssig sein, daß er in den Rippenzwischenraum der Wärmerohre 8 eindringt.Because of the relatively high clean gas temperature in this embodiment, the filler 13 is selected such that it is heat-resistant up to approximately 500.degree. It consists of a basalt grout. Depending on the temperature and consistency of the media flowing in lines 4 and 5, another suitable filler, for example plastic, can also be used. In the production of this composite, it is important that the viscosity of the filler 13 and the gap width C between the recesses 12 and the heat pipes 8 therein are coordinated with one another in such a way that an escape of the filler through the remaining gap C between a heat pipe 8 and a Recess 12 is effectively prevented. Possibly. If the gap C is too large, it can be plugged with suitable means. The filler 13 should, however, be so liquid during processing that it penetrates into the space between the ribs of the heat pipes 8 .

Um insbesondere bei berippten Wärmerohren 8 sicherzustellen, daß die Ausnehmungen 12 nahezu vollständig durch die Wärme rohre 8 und die Berippung abgeschlossen werden, sind je nach Art der Berippung unterschiedliche Lösungen vorzusehen:
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform weisen die Wärmerohre 8 zahlreiche mit Abstand B über die Länge der Wärmerohre 8 hintereinander angeordnete kreisringförmige Rippen 14 auf. Bei einer solchen Ausführung ist es erforder lich, daß mindestens eine Rippe 14 innerhalb einer Ausneh mung 12 liegt, um ein Austreten des Füllstoffs 13 vor seinem Aushärten zu verhindern. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die Dicke D jeder Einzelwand größer als der Abstand B be nachbarter Rippen 14 bemessen, wodurch diese Bedingung er füllt wird.In order to ensure, in particular in the case of finned heat pipes 8 , that the recesses 12 are almost completely closed by the heat pipes 8 and the fins, different solutions must be provided depending on the type of fins:
In the embodiment shown in FIG. 4, the heat pipes 8 have numerous annular ribs 14 arranged one behind the other at a distance B over the length of the heat pipes 8 . In such an embodiment, it is required that at least one rib 14 lies within a recess 12 in order to prevent the filler 13 from escaping before it cures. In the embodiment according to FIG. 4, the thickness D of each individual wall is larger than the distance B between adjacent ribs 14 , whereby this condition is fulfilled.

Ist der Abstand B benachbarter Rippen 14 größer als die Dicke D einer Einzelwand 10, so muß der Abstand A der Ein zelwände zueinander mindestens dem Rippenabstand B oder einem Vielfachen davon zuzüglich der Rippendicke entspre chen, so daß jeweils zwei Rippen 14 in den zueinander fluch tenden Ausnehmungen 12 der Einzelwände 10 einfügbar sind. If the spacing B between adjacent ribs 14 is greater than the thickness D of a single wall 10 , then the spacing A of the individual walls must correspond to one another at least the rib spacing B or a multiple thereof plus the rib thickness, so that two ribs 14 tend to curse each other Recesses 12 of the individual walls 10 can be inserted.

Fig. 5 zeigt ein Wärmerohr 8a, das eine schraubenlinienför mig um das Rohr geführte Rippe 14a aufweist. Diese Rippe 14a ist mit dem Wärmerohr 8 verschweißt und dient zusätzlich als Stabilisierung. Beim Einsatz solcher Wärmerohre 8a ist die Dicke einer Einzelwand 10a so zu bemessen, daß die Rippe 14a über mindestens 360° ihres Umfangs innerhalb der Ausnehmung 12a liegt. Um bei dieser Ausführung ein Ausfließen des Füll stoffs vor dem Aushärten zu verhindern, ist im Bereich der Ausnehmung 12a in den durch die Rippe 14a gebildeten schrau benlinienförmigen Kanal 15 ein etwa keilförmiger Verschluß einsatz 16 aus elastischem Material eingesetzt. Fig. 5 shows a heat pipe 8 a, which has a screw-shaped rib 14 a guided around the pipe. This rib 14 a is welded to the heat pipe 8 and also serves as a stabilization. When using such heat pipes 8 a, the thickness of a single wall 10 a is to be dimensioned such that the rib 14 a lies over at least 360 ° of its circumference within the recess 12 a. In order to prevent the filler from flowing out before curing in this embodiment, an approximately wedge-shaped closure insert 16 made of elastic material is used in the region of the recess 12 a in the screw benlinie channel 15 formed by the rib 14 a.

Claims

1. Heat exchanger with in a partition ( 6 ) densely gela ripped ribbed heat pipes ( 8 , 8 a), which can be acted upon on both sides of the partition ( 6 ) with differently tempered fluid flows, the partition ( 6 ) two at a distance (A ) mutually arranged individual walls ( 10 ; 10 a) with on the outside diameter of the ribs ( 14 , 14 a) matched recesses ( 12 ; 12 a) and the space between the individual walls ( 10 ; 10 a) with a hardening filler ( 13 ) is sealed, the viscosity of the filler ( 13 ) on the one hand and the gap width (C) between the outer edges of the ribs ( 14 , 14 a) and the respective recesses ( 12 ; 12 a) in the individual walls ( 10 ; 10 a) on the other hand are specifically coordinated so that the filler ( 13 ) remains when pouring in the space between the individual walls ( 10 ; 10 a), characterized in that in heat pipes ( 8 ) with ribs arranged in parallel at a distance one behind the other ( 14 ) the distance (B) between adjacent ribs ( 14 ), at least in the area of the partition ( 6 ), is smaller than the thickness (D) of an individual wall ( 10 ), whereas heat pipes ( 8 a) each have at least one helical shape around them Heat pipes ( 8 a) guided rib ( 14 a) in the region of each individual wall ( 10 a) is arranged a sealing body ( 16 ) filling the helical rib channel ( 15 ).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that in the case of heat pipes ( 8 ) with spaced parallel ribs ( 14 ) the distance (A) of the individual walls ( 10 ) is equal to a multiple of the distance (B) of adjacent ribs ( 14 ) plus the rib thickness is measured.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the heat pipes ( 8 ; 8 a) in the region between their free ends and the partition ( 6 ) are axially movable in a support wall ( 9 ).