热交换器的管和管底之间的连接机构和用于制作该连接机构的方法
【专利摘要】本发明涉及热交换器的管(1)和管底(8)之间的连接机构和用于制作该连接机构的方法。其中，该管(1)具有端部区段(3)，该端部区段插入管底(8)中的开口(9)中，并且所述连接机构包括套筒(16)，该套筒设置在管(1)中并将所述端部区段(3)径向向外密封地压靠到开口(9)的壁(10)上，从而所述管(1)夹紧地保持在所述开口(9)中。所述端部区段(3)通过将所述管(1)翻卷而构成为双壁的并且在端侧具有回环(6)，其中，所述连接机构包括阻塞体(4)，该阻塞体设置在所述回环(6)中，使得该回环(6)构成具有外径(AD)的凸缘(7)，该外径至少局部大于所述开口(9)。所述连接机构是气密的。
【专利说明】
热交换器的管和管底之间的连接机构和用于制作该连接机构的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种热交换器的管和管底之间的连接机构和用于制作这种连接机构的方法。
【背景技术】
[0002]已知以交叉流动方法运行的气体-气体-热交换器。这样的热交换器例如用于烟气系统中的热回收。输送给烟气脱硫设备的原料气体离开该烟气脱硫设备成为具有较低温度的净气体。所述净气体在热交换器中通过原料气体的热能重新被加热，以便所述净气体在进入烟道之前保持规定要求的温度。因为净气体在温度降至露点以下时可能引起污染物的冷凝，所以该热交换器可以以由氟塑料制成的管和衬层制成。由氟塑料制成的管悬挂地装配在管底(Rohrboden，管板)中。在此，所述管在焊接技术上与由氟塑料制成的薄膜连接，该薄膜覆盖管底。因为待焊接的管和薄膜安放在金属的管底上，所以在焊接时排出许多热量，从而热影响区在焊接过程中是相对较大的，在与真正焊接部位有较大间距的位置处也可能会引起结构组织变化。在所使用的氟聚合物塑料中的结构组织变化可能在最不利的情况下导致有害的裂缝。
[0003]氟塑料的焊接连接的完成需要极其精细谨慎地执行。因此，该焊接是相对来说耗费时间的并且需要受过训练的和专业的人员，以便焊接连接可以满足质量要求。特别是要考虑所述焊接连接经受很强的机械负荷。氟聚合物塑料的热膨胀系数大约是钢的热膨胀系数的十倍。在数米的管长度中会引起管的显著的长度变化，该长度变化必须得到补偿。然而，因为热交换器包括大量的管、例如数百个管，所以在冷却不均匀时也会引起不均匀的长度变化，其中，最快冷却的管比邻近的管更快地缩短。因为各邻近的管都固定在一个共同的管底上，这便导致最快冷却的管遭受沿纵向的最高负荷，从而相对较大的拉力便作用到管和薄膜之间的焊缝上。而相邻的管则承负沿纵向的压力。
[0004]因此已经有人提出，将一套筒作为防拉出保险机构插入管的管端部中，从而该管端部不会从管底中的开口被拉出或挤出。利用该套筒，一方面是保护了焊缝。但另一方面仍存在着在管和覆盖管底的薄膜之间昂贵而麻烦的焊接的问题。
【发明内容】
[0005]由此出发，本发明的任务在于，阐明一种热交换器的管和管底之间的连接机构，该连接机构可以较简单地、较快速地并且以较高的始终不变的质量建立完成。此外，应该阐明一种用于制作这种连接机构的方法。
[0006]为此，本发明提供一种热交换器的管和管底之间的连接机构，其中，该管具有端部区段，该端部区段插入管底中的开口中并且所述连接机构包括套筒，该套筒设置在管中并将所述端部区段径向向外密封地压靠到开口的壁上，从而所述管夹紧地保持在所述开口中，其特征在于，所述端部区段通过将所述管翻卷而构成为双壁的并且在端侧具有回环，其中，所述连接机构包括阻塞体，该阻塞体设置在所述回环中，使得该回环构成具有外径的凸缘，该外径至少局部大于所述管底中的开口。
[0007]相应地，本发明还提供一种用于制作这种连接机构的方法，其具有如下步骤:
[0008]a.提供管的端部区段，该管的端部区段处于能实现塑性变形的状态下；
[0009]b.将能塑性变形的端部区段翻卷180度，从而构成回环，该回环包围阻塞体并且与该阻塞体一起构成凸缘和双壁的端部区段；
[0010]C.将所述双壁的端部区段插入管底的开口中，其中，所述凸缘至少局部具有阻止滑动穿过所述开口的外径；
[0011]d.将套筒插入所述端部区段中并使其通过塑性变形径向向外扩大，从而所述端部区段在其双壁的区域中贴靠在所述开口的壁上。
[0012]本发明涉及这样一种连接机构，该连接机构不是通过热接合而制成，而是一种纯机械的连接机构。管以已知方式具有端部区段，该端部区段插入管底中的开口中。此外，所述连接机构包括套筒，该套筒设置在管中。所述套筒嵌入管的端部区段中并将该端部区段径向向外压靠到所述开口的壁上。由此，所述管夹紧地保持在所述开口中。
[0013]现在本发明规定:所述端部区段通过将管翻卷而构成为双壁的。此外，通过翻卷构成回环。该端侧的回环在其中容纳有阻塞体。由此，所述回环连同内置的阻塞体便构成了形式上为凸缘的加厚部。该凸缘具有至少局部大于开口的外径。由此，所述管不能从开口或者说套筒滑出。根据本发明的连接机构是形锁合的连接机构。该连接机构以下述事实为决定性基础:管在端侧具有较大的外径。附加地，使管变厚。
[0014]所述凸缘的构成通过管的端部区段的塑性变形而实现。为此，可以在能实现塑性变形的状态下提供管。视管的材料而定涉及提高温度的状态，其中，该温度与材料有关。
[0015]本发明并不局限于确定的材料、特别是确定的塑料。然而重要的是，管和管底之间的连接机构是介质密封的、特别是气密的。特别是结合塑料、特别是氟聚合物塑料、特别是聚四氟乙烯(PTFE)或者全氟烷氧基聚合物(PFA)，本发明显示出其优点。
[0016]所述凸缘的与所述开口的内径的相比更大的外径导致形锁合地反扣(从后嵌接)该开口并且阻止管滑动穿过开口。随此，也有助于实现凸缘的形状稳定性，以及特别是有助于实现所插入的阻塞体的形状稳定性。由此，针对由塑料制成的管，也可以可靠地阻止在拉负荷时的滑动。附加地，所述阻塞体本身应该具有阻止在插入的套筒和开口的壁之间发生滑动的厚度。出于这个原因，根据本发明也应尽可能地杜绝套筒的变形，而至少是杜绝阻塞体的变形。在没有阻塞体的情况下存在如下危险，即，在将套筒不充分地压紧到管上时，双壁的端部区段可能从套筒滑出。有了回环中的阻塞体，这种情况是不可能出现的，因为凸缘的外径大于开口的内径并且因为凸缘具有阻止在套筒和开口的壁之间滑动穿过的厚度。因此，具有三重保险:
[0017]1.通过凸缘和开口之间不同的直径关系而实现的形锁合。
[0018]2.通过加厚的凸缘而实现的形锁合，该凸缘不能在套筒和开口之间滑动穿过。
[0019]3.通过将套筒在内侧压紧到管的端部区段上而实现的力锁合连接，从而管的端部区段密封地贴靠在开口上。
[0020]对于形锁合的连接机构，甚至并不需要阻塞体在回环的整个周边区域上延伸。然而优选地，所述阻塞体是环绕的环，该环包围管的整个周边区域。然而，当所述阻塞体由多个仅在周边的部分区域上延伸的部分区段构成时，也可实现根据本发明的优点。
[0021]优选地，所述阻塞体在其周向延伸上具有始终不变的横截面。理论上，该横截面也可以有所变化。另外，阻塞体具有阻止端部区段在开口的壁和套筒之间滑动的功能。由不可压缩的材料制成的所有阻塞体均满足该功能。阻塞体由于端部区段的双层壁结构之故，不与热交换器中的介质接触。该阻塞体可以由金属制成。该金属不必是抗腐蚀的。阻塞体也可以由管的材料制成、特别是由塑料制成。理论上，阻塞体也可以由可流动的或自由流动的材料或者材料组合制成。阻塞体与回环一起构成凸缘的功能是决定性的，该凸缘基于其几何结构/尺寸而阻止滑动。
[0022]优选地，所述凸缘构造在管的径向外侧。因此，管的内径不变窄。此外，向外突伸的凸缘可以支撑在管底的上侧上，从而管形锁合地保持在管底上。
[0023]套筒具有一个特别的任务。所述套筒优选在横截面方面构成为L形的并且具有嵌入端部区段中的内翼边和径向向外指向的且搭接回环的外翼边。该外翼边支撑在管底的上侧上。L形状阻止套筒滑动穿过管底。作用在端部区段上的拉力一方面由夹紧力吸收，该夹紧力由套筒沿径向施加到端部区段上(密封功能)。附加地，所述力可以通过凸缘传递到管底上，但也可以传递到内翼边上。该内翼边阻止凸缘在拉力负荷时径向向内移位。内翼边在一定程度上用作凸缘的内侧支撑。在此，为了阻止内翼边变形，存在凸缘并且因此在附近并且特别是在朝向外翼边的过渡区域中存在径向向内作用的力的作用点，该外翼边抵抗这个径向作用的力。
[0024]附加地，所述套筒可以满足另一个功能:在邻近的管加热不均匀时出现不均匀的由热引起的长度变化，该长度变化引导朝管底方向的不同的力。管的端部区段在加热不相同时可能在一定程度上被从开口挤出。为了避免这一情况，内翼边可以这样长地构造，使得该内翼边可以达到管底或者可以至少间接地作用到管底的壁中的加深部的后面。为此，所述内翼边离开所述外翼边有间距地至少在局部径向向外扩大，从而所述套筒与保持夹紧的管一起被固定以防止沿开口的轴向移动。换言之，所述开口的壁至少局部U形地被包围。这一点能够在结构上有利地实现，其方式是，开口的通入口设有倒棱。若内翼边的远离外翼边的端部这样程度地扩展，使得套筒嵌到管底中的开口处的倒棱的后面，同时包围双壁的端部区段，这样就足够了。由此，所述端部区段不能从管底被挤出并且也不能滑动穿过管底。
[0025]在这个扩展的夹紧区段和外翼边之间存在密封区段，在该密封区段中，所述双壁的端部区段压靠到所述开口的壁上。所述密封区段阻止介质溢流穿过管底或者从管旁边流出。所述连接机构特别是气密的。
[0026]所述套筒优选由可良好塑性变形的材料制成。所述套筒特别可以是金属材料。在腐蚀性的环境下可能为高品质的不锈钢合金、特别是镍基合金。在插入套筒之后，该套筒以乳制技术扩大，以便将管的端部区段固定在管底上。
[0027]本发明并不排除管底附加地设有防腐蚀保护，该防腐蚀保护利用表面涂层或者也利用形式是为特别是由塑料、优选由氟聚合物塑料制成的薄膜的表面覆盖。借助于套筒和套筒往开口中的滚压/压乳，可以可靠地固定保护管底的薄膜。为此，所述薄膜伸入直到管底中的开口中。为此，所述薄膜具有形式上为颈口的外翻部。该外翻部于是在安装位置中与套筒的端部区段一起相对于开口的壁保持夹紧。
[0028]因此，本发明规定如下用于制作这种连接机构的措施:首先管的端部区段必须在能实现塑性变形的状态下提供。对于塑料，这一点可以通过升高温度直到软化温度来实现。对于氟聚合物塑料，这一点也可以通过液态介质中的浸浴来实现，例如在具有匹配于塑料的温度的盐浴中。如果达到期望的温度范围，则存在制造回环的可能性。因为由回环产生的凸缘应向外指向，所以事先将阻塞体、特别是环引导到管上，从而所述回环可以包围所述阻塞体。所述环必然具有比管的外径大的直径。
[0029]为了能够实现对阻塞体的包围，设置用于塑性变形的端部区段例如通过将芯轴插入所述端部区段中的方式被扩大。在扩大之后，所述端部区段向外翻卷180度并且包围所述阻塞体。紧接着，所述端部区段冷却并且自动紧贴到邻接的未变形的管区段的外周上。所述阻塞体被紧密包围地处于凸缘中。
[0030]紧接着，可以将带有凸缘的双壁的端部区段插入管底的开口中。所述凸缘具有阻止穿过开口滑动的外径。
[0031]然后，将一套筒插入端部区段中并且使其通过塑性变形径向向外扩大。由此，管的端部区段在其双壁的区域中气密地贴靠在开口的壁上。所述双壁的区域具有比凸缘的区域更小的厚度，从而管底中的开口与套筒的配合作用，阻止凸缘在套筒和开口的壁之间的滑动。
[0032]视使用情况而定，套筒上的扩展部附加地至少还可以构造到周边的部分区域上，从而优选L形的套筒可以既不沿其中一个方向移位，又不沿另一个方向移位。由此，所述端部区段不可移动地并且气密地保持在管底中的开口中。
[0033]在上述解释中由此出发，S卩，提供一种具有至少一个相应的开口的管底。该管底可以在开口的区域中在一侧或在两侧倒棱，从而在凸缘的其中一个倒棱中贴靠在管底上。同时可以使用另一个倒棱来容纳套筒的阻止管移出的扩展部。
[0034]理论上充分的是，用于保持夹紧套筒的扩展部仅构造在周边的一部分上。优选地，环绕地在套筒上的扩展部是为了能实现均匀地夹紧管和套筒并且是为了避免材料中的应力集中。
[0035]本发明具有如下优点，S卩，所述管可以以高制造精密度、高制造速度、高制造质量和大可靠性与管底连接。所述连接机构也能够由没有焊接连接经验的员工来完成。总地来说消除了对于在管和管底上可选地设置的薄膜之间的连接的热致损害，从而本发明不仅具有针对与管底的连接的积极作用，而且具有针对可选地覆盖到管底上的薄膜的积极作用。
【附图说明】
[0036]以下借助在示意图中示出的实施例详细解释本发明。图中:
[0037]图1示出在盐浴中的管端部；
[0038]图2示出在扩大之前已加热的管端部；
[0039]图3示出在端部区段翻卷之前已扩大的端部区段；
[0040]图4示出具有插入的阻塞体的已翻卷的端部区段；
[0041]图5示出具有薄膜层的管底的剖视图；
[0042]图6示出具有插入的管的管底；
[0043]图7不出在插入套筒时图6的设置结构；
[0044]图8示出管和管底之间的已完成的连接机构；
[0045]图9示出图7的放大局部图，以及
[0046]图10示出图8的放大局部图。
【具体实施方式】
[0047]图1示出了由氟聚合物塑料制成的管I被浸入盐溶液浴2中的情形。管I的待加热的端部区段应加热到软化温度。如果达到该温度，则将管I从浸浴2移开。紧接着，形式上为环的阻塞体4被套到管I上。阻塞体4的直径仅稍微大于管I的直径。现时，已加热的、处于能实现塑性变形的状态下的端部区段3定位在芯轴5上，该芯轴插入端部区段3中，从而使该端部区段3沿径向扩大(图2和3)。
[0048]接着，将已径向扩大的端部区段3翻卷并在阻塞体上面引导，从而使所述阻塞体处于一个回环6之中，该回环由翻卷的端部区段所构成。之前已加热的区域冷却并且以未详细示出的方式紧贴到管I的外侧上。由此，被围入空腔的该阻塞体4受到保护以防止介质进入。仅为表示清楚之目的，在该图示中翻卷的端部离开管I有间距地延伸，但实际上是紧贴的。
[0049]根据本发明的在这样准备好的管I和管底8之间的连接机构规定，在管底8中(如它例如在图5中示出的那样)构造有用于容纳管I的开口 9。在这种情况下，该开口正如管I 一样圆形地构造。开口 9具有壁10。管底8具有上侧11和下侧12。在壁10和上侧11或者下侧12之间的过渡区域设有倒棱13、14。此外，管底8的上侧11覆以由氟塑料制成的薄膜15。该薄膜15具有颈口 20，该颈口延伸到开口 9中并且完全穿过开口 9。
[0050]图6示出了管I的管端部插入管底8中的情形。明显可看到的是，凸缘7不能滑动穿过管底8中的开口 9，因为在凸缘7的区域中的外径AD大于开口 9的内径ID。
[0051]现时，这样准备的设置结构以图7中示出的套筒16补充。该套筒16在横截面方面配置为L形的并且具有内翼边17和外翼边18。该内翼边17嵌入所述端部区段3中。该外翼边18径向向外指向并且处于上侧11上或者说处于设置在该上侧上的薄膜上。在插入套筒16之后，该套筒径向向外扩大，其方式是，将工具以未详细示出的方式插入套筒16中。由此，套筒16获得在图8中示出的轮廓。套筒16离开外翼边18有间距地在图面中处于下方的倒棱14处径向向外扩大，从而产生环绕的扩展部19。这个最后的工作步骤的细节借助图9和10的对比是特别清楚的。
[0052]图9以图7的放大图示出了在径向扩大之前的套筒16。图10示出了在径向扩大之后的套筒16。在这里重要的是，在径向扩大时构成两个区域A和B。区域A是内翼边17压靠到壁10上的区域。图10示出，在此薄膜15和双壁的端部区段3相互压紧。由此便产生气密性。阻塞体4 一方面处于壁10和上侧11之间的过渡区域中并且是处于两个翼边17、18的角部区域中。由此，该阻塞体受到保护以防止损坏并且也防止介质进入。
[0053]在开口 9的壁10的区域中，在密封区域A处连接有夹紧区段B作为防移出保险机构(图10)。在这里存在扩展部19，该扩展部嵌到在图面中处于下方的倒棱14的后面并且管I的双壁的端部区段3正如薄膜15 —样挤靠到管底8上。
[0054]因此，图10详细地示出了在热交换器(特别是气体-气体-热交换器)的管I和管底8之间的气密的并且因此介质密封的连接机构。管底8在该实施例中由金属制成，而薄膜15以及管I由氟聚合物塑料制成。
[0055]附图标记列表
[0056]1-管
[0057]2-浸浴
[0058]3-端部区段
[0059]4-阻塞体
[0060]5-芯轴
[0061]6-回环
[0062]7-凸缘
[0063]8-管底
[0064]9-开口
[0065]10-9 的壁
[0066]11-上侧
[0067]12-下侧
[0068]13-倒棱
[0069]14-倒棱
[0070]15-薄膜
[0071]16-套筒
[0072]17-16的内翼边
[0073]18-16的外翼边
[0074]19-17上的扩展部
[0075]20-颈口
[0076]A-密封区段
[0077]B-夹紧区段
[0078]AD-外径
[0079]ID-内径
【主权项】
1.热交换器的管和管底之间的连接机构，其中，该管(I)具有端部区段(3)，该端部区段插入管底(8)中的开口(9)中，并且所述连接机构包括套筒(16)，该套筒设置在管(I)中并将所述端部区段(3)径向向外密封地压靠到开口(9)的壁(10)上，从而所述管(I)夹紧地保持在所述开口(9)中，其特征在于，所述端部区段(3)通过将所述管(I)翻卷而构成为双壁的并且在端侧具有回环(6)，其中，所述连接机构包括阻塞体(4)，该阻塞体设置在所述回环(6)中，使得该回环(6)构成具有外径(AD)的凸缘(7)，该外径至少局部大于所述管底(8)中的开口(9)。2.根据权利要求1所述的连接机构，其特征在于，所述阻塞体(4)是环绕的环。3.根据权利要求1或2所述的连接机构，其特征在于，所述套筒(16)在横截面方面构成为L形的并且具有嵌入所述端部区段(3)中的内翼边(17)和径向向外指向的且搭接所述回环(6)的外翼边(18)。4.根据权利要求3所述的连接机构，其特征在于，所述内翼边(17)离开所述外翼边(18)有间距地至少在局部径向向外扩大，从而所述套筒(16)与保持夹紧的管(I) 一起被固定以防止沿所述开口(9)的轴向移动。5.根据权利要求1至4之一所述的连接机构，其特征在于，所述连接机构具有密封区域(A)，在该密封区域中所述端部区段(3)相对于所述管底(8)气密地密封，并且，直接在所述密封区域(A)上接有夹紧区段(B)作为防移出保险机构。6.根据权利要求1至5之一所述的连接机构，其特征在于，所述管底(8)的一侧覆以薄膜(15)，该薄膜延伸直到所述管底(8)中的开口(9)中并且与所述端部区段(3)—起由套筒(16)相对于所述开口(9)的壁(10)保持夹紧。7.根据权利要求1至6之一所述的连接机构，其特征在于，所述管(I)由塑料制成。8.根据权利要求7所述的连接机构，其特征在于，所述塑料是氟聚合物塑料。9.用于制作根据上述权利要求之一的、热交换器的管(I)和管底(8)之间的连接机构的方法，其具有如下步骤: a.提供管(I)的端部区段(3)，该管的端部区段处于能实现塑性变形的状态下； b.将能塑性变形的端部区段(3)翻卷180度，从而构成回环(6)，该回环包围阻塞体(4)并且与该阻塞体(4) 一起构成凸缘(7)和双壁的端部区段(3); c.将所述双壁的端部区段(3)插入管底(8)的开口(9)中，其中，所述凸缘(7)至少局部具有阻止滑动穿过所述开口(9)的外径(AD); d.将套筒(16)插入所述端部区段(3)中并使其通过塑性变形径向向外扩大，从而所述端部区段(3)在其双壁的区域中贴靠在所述开口(9)的壁(10)上。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤c中，所述双壁的端部区段(3)被插入设置在所述管底(8 )上的薄膜(15 )的伸入所述开口( 9 )中的颈口( 20 )中。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述双壁的端部区段(3)在扩大所述套筒(16)时被挤靠到所述颈口(20)上。
【文档编号】F28F9/16GK105890429SQ201510348776
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年6月23日
【发明人】S·里德尔, W·恩格尔金
【申请人】瓦尔斯坦工程有限公司