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Wärmeaustausch-vorrichtung.
Bei als Rippenkörper ausgebildeten Wärmeaustauschvorrichtungen ist es bekannt, die Gesamtrippenfläche in einzelne, in Richtung des zwischen den Rippen strömenden Mittels aufeinanderfolgende Gruppen aufzuteilen.
Zweck der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit derartiger Wärmeaustauschvorrichtungen mit Rippen, die in der Strömungsrichtung des sie bespülenden Mittels in Gruppen unterteilt sind, besonders in ihrer Anwendung auf Flüssigkeitserhitzer dadurch zu verbessern, dass die Wärmeübergangszahl in jeder Rippengruppe derart der Temperaturdifferenz zwischen den wärmeaustauschenden Mitteln angepasst wird, dass sie mit sinkender Temperaturdifferenz steigt.
Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, dass bei abnehmender Temperaturdifferenz zwischen den wärmeaustauschenden Mitteln die auf die Längeneinheit des Weges des zwischen den Rippen fliessenden Mittels bezogene Rippenfläche in jeder längs dieses Weges aufeinanderfolgenden Rippengruppe grösser ist als in der vorhergehenden Rippengruppe. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn neben dieser Vergrösserung der Rippenflächen in den aufeinanderfolgenden Rippengruppen auch die Wandstärke der Rippen in jeder dieser Gruppen geringer ist als in der vorhergehenden Gruppe, oder auch der Abstand der Rippen voneinander in den aufeinanderfolgenden Gruppen abnimmt. Eine Verkleinerung des Rippenabstandes hat an sich eine Vergrösserung der Wärmeübergangszahl zur Folge.
Die Abnahme des Rippenabstandes von Gruppe zu Gruppe bewirkt aber weiterhin, dass das zwischen den Rippen strömende Mittel bis zu seinem Austritt aus dem Rippenkörper eine grosse Geschwindigkeit beibehält, was ebenfalls zur Vergrösserung der Wärmeübergangszahl beiträgt.
Die Zeichnung zeigt als beispielsweise Ausführungen der Erfindung zwei Flüssigkeitserhitzer in ihrem grundsätzlichen Aufbau im senkrechten Schnitt. Auf dem in beliebiger Richtung von dem zu erwärmenden Wasser durchflossenen Rohr 1 sind längs des in Richtung der Pfeile a verlaufenden Heizgasweges mehrere, in dem dargestellten Beispiel vier Rippengruppen vorgesehen. Dabei zeigt Fig. 1 ein Beispiel, wie die Vergrösserung der Heizfläche in den längs des Heizgasweges aufeinanderfolgenden Rippengruppen verwirklicht werden kann.
In Fig. 2 ist die Vergrösserung der Heizfläche von Gruppe zu Gruppe bei gleichbleibendem Gaswegquerschnitt erreicht. indem die Anzahl der Rippen (2) in den einzelnen Rippengruppen von Gruppe zu Gruppe entsprechend der sinkenden Temperaturdifferenz immer grösser, die Stärke der Rippen und ihr gegenseitiger Abstand voneinander dagegen immer kleiner werden.
Eine solche Bauweise zeitigt für Flüssigkeitserhitzer noch besondere Vorteile. Durch die weiten Rippenabstände in der den heissesten Gasen ausgesetzten Rippengruppe werden nämlich einerseits ein Absetzen von Abgasrückständen, anderseits in Verbindung mit der an dieser Stelle grossen Rippenwandstärke ein Abschmelzen der Rippenverzinnung oder eine Zerstörung der Rippen durch zu starke Erhitzung, wie sie bisher an diesen Stellen häufig vorkamen, vermieden.
Die in die erste Rippengruppe mit der höchsten Temperatur eintretenden Heizgase geben infolge der verhältnismässig kleinen Gruppenheizfläche und der bei dem weiten Rippenabstand geringeren Wärmeübergangszahl an die Rippen in dieser Gruppe nur den durch den gewünschten Temperaturverlauf bedingten Wärmebetrag ab, finden in der nächsten Gruppe eine ihrem Temperaturabfall entsprechend vergrösserte Heizfläche bei infolge des kleineren Rippenabstandes besserer Wärmeübergangszahl usw. Dabei kann trotz der Vervielfachung
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der Heizflächengrösse in den letzten Gruppen gegenüber der ersten Gruppe ein über den ganzen Heizgasweg gleichbleibender Gaswegquersehnitt verwirklicht werden,
so dass auch in den äussersten Gruppen noch eine hohe Gasgeschwindigkeit und entsprechend intensive Wärmeübertragung vorhanden sind. Auch die Verstopfungsgefahr ist bei einem derartigen Heizkörper trotz der Verringerung der Rippenabstände in den äusseren Gruppen geringer als bei den bekannten Anordnungen, da Kondenswasserbildung an den dem Heizgasaustritt zugelegenen Rippen wegen des bei dieser Bauart auch an dieser Stelle noch intensiven Wärmestromes in den Rippen und der damit verknüpften höheren Heizflächentemperatur nicht auftritt.
Ein weiterer Vorteil infolge Material-, Gewichts-und Raumersparnis ergibt sich daraus, dass wegen der nunmehr an allen Stellen sehr intensiven Wärmeübertragung die Rippenfläche in entsprechendem Verhältnis kleiner sein kann, und überdies gerade der überwiegende, mit den geringeren Temperaturdifferenzen arbeitende Anteil der Gesamtrippenfläche von dieser Vergünstigung getroffen wird.
Um bei den dünnen und in kleinem gegenseitigemAbstand angeordneten Rippen der letzten, am Heizgasaustritt gelegenen Gruppe Einbeulungen zu vermeiden, werden diese Rippen zweckmässig (beispielsweise durch Umschlagen ihres oberen Randes) versteift.
PATENT-ANSPRÜCHE
1. Wärmeaustauschvorrichtung mit Rippen, die in der Strömungsrichtung des sie bespülenden Mittels in Gruppen unterteilt sind, insbesondere zur Übertragung der Wärme heisser Verbrennungsgase an Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Längeneinheit des Weges des zwischen den Rippen fliessenden Mittels bezogene Rippenfläche in jeder der in seiner Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Rippengruppen grösser ist als in der vorhergehenden Rippengruppe.