Rippenrohr-Wärmeaustauseher mit speichenradförmig ausgebildeten Blechrippen. Wärmeaustauscher, wie sie beispielsweise in der Kältetechnik verwendet werden, werden im allgemeinen aus Rohren, Rohrschlangen oder Rohrbündeln aufgebaut. Insbesondere bei Wärmeaustauschern, bei denen ein Wärme austausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen bezw. zwischen zwei gas förmigen Medien stattfindet, ist es bekannt, die Rohre auf ihrer Aussenseite zur Ver besserung des Wärmeüberganges mit Rippen zu versehen.
Derartige als Rippenrohre in der Technik allgemein bekannte Konstruktionen werden beispielsweise so aufgebaut, dass ein Blech band in Form einer Wendel um das Rohr herumgelegt und mit diesem verlötet oder verschweisst wird, und zwar in der Weise, dass die auf diese Weise gebildeten Rohrrip pen senkrecht zur Rohrachse verlaufen. Wei terhin ist es auch bekannt, derartige Rippen rohre für Wärmeaustauscher in der Weise herzustellen, dass kreisringförmige Bleche in bestimmten Abständen auf das Rohr auf- geschoben und mit diesem verlötet, ver schweisst oder durch Eintauchen in ein flüssi ges Metallbad verbunden werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Rippen durch Blechtafeln gebildet werden, die eine der Zahl der Wärmeaustauschrohre entspre- ehende Anzahl Bohrungen besitzen. Diese so vorbereiteten Blechtafeln werden ebenfalls in bestimmten Abständen voneinander auf das Rohrpaket bezw. Rohrbändel aufgeschoben und in der zuvor beschriebenen Weise be festigt. Die zuletzt genannten Konstruktionen sind in der Technik allgemein als Lamellen rohre bekannt.
Diese Rippen- bezw. Lamellenrohre be kannter Bauart haben nun den Nachteil, dass es nicht gelingt, die Rippen bezw. Lamellen in vollem Umfange für die Wärmeübertra gung auszunützen, d. h. aber, dass der für den Aufbau der Rippen- bezw. Lamellenrohre notwendige Materialaufwand in keinem Ver hältnis - zu der damit erzielten Wärmeüber tragung steht.
Die Folge davon ist, dass der- artige Wärmeaustauscher verhältnismässig viel Platz benötigen, ein grosses Gewicht auf weisen und einen verhältnismässig grossen Materialaufwand bedingen.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass man den Wärmeübergang durch Wahl geringer Querschnitte bezw. geringer Radien der Rip pen erheblich in die Höhe treiben kann, hat man auch schon Wärmeaustauscher gebaut, bei denen die Rohrrippen durch Drahtkon struktionen ersetzt werden. Die Ausbildung dieser Drahtkonstruktionen, die mit den Wärmeaustauschrohren in gut leitende Ver bindung gebracht werden, ist in der mannig faltigsten Weise bekannt.
Bei Herstellung der Rohrrippen aus Drähten wird der Wärme übergang noch dadurch wesentlich erhöht, dass dem aussen an den Wärmeaustauschrohren vorbeiströmenden Medium viele relativ scharfe Kanten entgegenstehen, die zu einer Aufspal tung der Grenzschichten des strömenden Mediums führen. Ferner ist die Erhöhung des Wärmeüberganges bei derartigen Konstruk tionen noch dadurch bedingt, dass bei Drähten das Verhältnis zwischen Oberfläche und Querschnitt besonders gross ist.
Eine Erhöhung des Wärmeüberganges führt nur zu einer Verringerung der Abmessungen des Wärme- austauschers und anderseits kann durch Ver- wendung von Drähten das Gewicht des Wärmeaustauschers wesentlich herabgesetzt werden. Derartige aus Drähten bezw. Draht konstruktionen zusammen mit Rohren auf gebaute Wärmenustauscher weisen aber den Nachteil auf, dass ihr Aufbau ziemlich ver wickelt ist und sie damit verhältnismässig teuer in der Ausführung werden.
Einer Er sparnis an Material steht also auf der andern Seite ein erhöhter Arbeitsaufwand entgegen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun, einen aus Rippenrohren aufgebauten Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem einer seits die Vorteile des aus Drähten in Verbin dung mit Rohren aufgebauten Wärmeaus tausehers ausgenützt, anderseits aber dessen Nachteile hinsichtlich der Herstellun; besei tigt werden.
Der Wärmeaustausclier nach der Erfindung besteht darin, dass die Wärmeaus ta,uschrohre mit Blechrippen ausgerüstet sind, die nach Art eines Speichenrades aus-, gebildet sind, wobei die einzelnen Speichen in radialer Richtung fortlaufend durch Stege miteinander verbunden sind.
Die Herstellung derartiger Rippen für Wärmeaustauschrohre kann beispielsweise so erfolgen, dass die spei- clienradförmiben Blechrippen durch einzelne kreisringförmige Blechscheiben gebildet wer den, die durch Stanzen so bearbeitet werden, dass von der vollen Blechscheibe lediglich die Speichen und deren Verbindungsstege übrig bleiben.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es auch möglich, die Rippen für mehrere, z. B. vier, Wärmeaustauschrohre aus einem Stück herzustellen, wobei die Speichen bezw. deren Verbindungsstege für mehrere Wärme- austauschrolire ineinander übergehen.
Eine weitere Möglichkeit der Herstellung derarti ger Rippenkonstruktionen besteht darin, dass ein mit Ausstanzungen versehener Blech streifen verwendet wird, der in Form einer Wendel auf die Wärmeaustauschrohre auf- bewiekelt und mit diesen in bekannter MT eise verbunden wird.
In den Fib. 1 bis 15 sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes dar gestellt. Die Fib. 1 und 2 zeigen. ein Aus führungsbeispiel in zwei Ansichten. Hierbei sind mit ra das Wä rmeaustauschrohr, mit h Speichen und mit c die Verbindungsstege der Rohrrippen bezeichnet.
Die einzelnen Rohr rippen bestehen aus kreisrunden Blechschei ben, die durch Ausstanzungen ein System von dünnen Speichen b und Drahtkränzen c bilden. Auf diese Weise wird für die Blech rippen ein Maximum an Oberfläche im Ver hältnis zu dem Gewicht der Rippen erzielt.
Im übrigen sind die Rippen in regelmässigen Abständen auf die Rohre a aufgeschoben und mit den Rohren durch Verlöten, Verschwei ssen oder durch Eintauchen in ein flüssiges Metallbad verbunden. Um eine z-,s-eckmässige :%-usiiiitzung der Kantenwirkung auf das strömende Medium zu erzielen, werden die Speichen und deren Verbindungsstege mit einem möglichst geringen Querschnitt aus gebildet.
Der Querschnitt der Speichen b und ihrer Verbindungsstege c wird beispielsweise quadratisch gewählt, was in einfacher Weise dadurch erzielt werden kann, dass die Breite der Speichen und deren Verbindungsstege etwa gleich der Blechdicke der Rippen ge wählt wird. Sind andere Querschnitte der Speichen und ihrer Verbindungsstege er wünscht, wie beispielsweise ein runder Quer schnitt oder der für den Wärmeübergang be sonders günstige sternförmige Querschnitt, so müssen die Scheiben in einem besonderen Gesenk nachgearbeitet werden.
Solche dazu erforderliche Gesenke bestehen aus zwei auf einanderpassenden Platten mit den endgülti gen Profilen entsprechenden Aussparungen, wobei in jeder Platte ein halbes Profil für jede Speiche und jeden Verbindungssteg ein gegraben ist. So ist beispielsweise in Fig. 16 ein Ausschnitt aus einem Gesenk nach der Linie A-A in Fig. 13 in grösserem Massstab für die Herstellung eines Sternprofils dar gestellt. Dabei sind die beiden Gesenkplatten mit e und f bezeichnet.
Die Speichen werden zweckmässig so ausgebildet, dass ihr Quer schnitt gegen die Rohroberfläche hin entspre chend der zunehmenden, zu übertragenden Wärmemenge zunimmt. Da der Wärmeaus tausch in radialer Richtung vor sich geht, wird man, statt eine sehr grosse Anzahl Ver bindungsstege in radialer Richtung anzuord nen, vorzugsweise eine grössere Anzahl neben einanderliegenden Rohrrippen anordnen, also in achsialer Richtung möglichst viele solche Elemente vorsehen. Anderseits ist der Ab stand der Verbindungsstege, die bei den Fig.1 und 2 konzentrische Ringstücke bilden, da nach zu bemessen, für welche Temperatur verhältnisse der Wärmeaustauscher ausgelegt ist.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Rippenrohr soll beispielsweise für einen Temperaturbereich unter<B>O' C</B> angewendet werden, wobei der Abstand der Verbindungs stege mit Rücksicht auf die von Zeit zu Zeit erforderliche Enteisung verhältnismässig gross gewählt ist. Eine Ausbildung des Rippen rohres für Temperaturen über 0 C zeigt da- gegen die Fig. 3. Bei dieser sind sehr eng nebeneinanderliegende Verbindungsstege der Speichen vorgesehen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, bei dem die speichenradförmigen Blechrippen für mehrere Wärmeaustauschrohre, in diesem Falle vier, aus einem Stück bestehen. Die diagonal ge genüberliegenden Speichen sind zusammen geführt und mittels Stegen c mit andern Speichen verbunden. Die Fig. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- dung für Temperaturen über 0"C, während Fig. 8 eine entsprechende Ausführung für Temperaturen unter<B>O' C</B> zeigt.
Bei diesen Ausführungen nach Fig. 6 bis 8 sind die je weils zwei Speichen b verbindenden Stege c aus zwei nach aussen hin zusammenlaufen den, einen spitzen Winkel einschliessenden Teilen zusammengesetzt. Diese Ausführung zeichnet sich gegenüber den Konstruktionen nach Fig. 1 bis 5 dadurch vorteilhaft aus, dass der Wärmeübergang durch Vergrösse rung der Oberfläche der Verbindungsstege c und anderseits durch erhöhte Kantenwirkung vergrössert wird.
Bei diesen Ausführungen %verden zweckmässig mit Rücksicht auf die in Richtung auf die Rohroberfläche zunehmende zu übertragende Wärmemenge sowohl die Speichen b als auch deren Verbindungsstege c nach aussen hin sich verjüngend ausgebildet.
Eine besonders zweckmässige Ausführung der Rippenrohre ist in Fig. 9 dargestellt, die sieh insbesondere für eine Strömungs- richtung des ausserhalb der Rohre a strömen den gasförmigen Mediums in senkrechter Richtung zur Rohrachse eignet.
Bei dieser Ausführung sind die Verbindungsstege c von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Speichen b abwechselnd nach der einen oderandern Seite zickzackförmig aus der Blechebene tieraus gebogen, wodurch der Wärmeübergang und damit der Wirkungsgrad des Wärmeaus- tauschers noch besonders erhöht wird.
Im Gegensatz hierzu zeigen die Fig. 10 und 11 eine Ausführung des Rippenrohres, bei dem die Strömungsrichtung des die Rip pen beaufschlagenden Mediums parallel zu den Rohrachsen verläuft. Bei dieser Ausfüh rung bestehen die Verbindungsstege der Spei chen aus durch Ausstanzunben gebildeten schmalen Blechstreifen, die durch Verdrehen um ihre Mittelachsen um 90 aus der Blech ebene herausgedreht sind, so dass sie in der Richtung des sie beaufschlagenden strömen den Mediums verlaufen.
Beim Verdrehen dieser Blechstreifen muss dabei besonders darauf geachtet werden, dass das Material an seinen Drehpunkten nicht einreisst, damit der gesamte lUaterialquerschnitt an den Über gangsstellen zwischen den Verbindungsstegen und Speichen für den _N\Tärmedurchgatig zur Verfügung steht.
Während alle Ausführungen nach Fig. 1 bis 11 sich auf Rippenrohre beziehen, bei denen die Blechrippen aus runden Blech scheiben bestehen, die durch entsprechende Ausstanzungen in die Speichenradform über geführt sind, zeigen die Fig. 12 bis 15 Aus führungsbeispiele der Erfindung, bei denen die Blechrippen durch mit Ausstanzungen versehene Blechstreifen gebildet sind, die in Form einer Wendel auf die Wärmeaustausch rohre aufgewickelt und in bekannter Weise auf diesen durch Löten, Schweissen oder durch Eintauchen in ein Metallbad befestigt werden.
In den Fig. 12 und 13 sind derartige Blechstreifen dargestellt, wie sie für die Herstellung der Blechrippen verwendet wer den. Diese Blechstreifen sind wiederum ent sprechend den runden Blechscheiben so aus gestanzt, da.ss Speichen b und zugehörige Verbindungsstege c stehenbleiben. Bei der Ausführung nach Fig. 12 sind die Verbin dungsstege zwischen je zwei Speichen ab gewinkelt, während die Verbindungsstege bei Fig. 13 gerade verlaufen.
Die untern Enden d der Speichen sind rechtwinklig abgebogen (vergl. Fig. 15) und dienen zur Befestigung der Rippen auf den Wärmeaustauschrohren. Diese Blechstreifen nach Fig. 12 und 13 wer den, wie in Fig. 14 gezeigt ist, in Form einer Wendel auf das Wärmeaustauschrohr auf gewickelt und mit diesem in bekannter Weise befestigt.
Hierbei ergibt sieh zwangs läufig, dass die Enden<I>d</I> der Speichen b sich unmittelbar aneinanderlegen, während die Verbindungsstege c beim Aufwickeln des Blechbandes nach der einen oder andern Seite aus der Blechebene herausgebogen bezw. zwangsläufig herausgedrückt werden, wie dies in der zugehörigen Fig. 15 dargestellt ist.
Finned tube heat exchanger with sheet metal fins designed in the shape of a spoke wheel. Heat exchangers, such as those used in refrigeration technology, are generally constructed from tubes, tube coils or tube bundles. Especially with heat exchangers, where a heat exchange between a liquid and a gaseous BEZW. takes place between two gaseous media, it is known to provide the tubes with ribs on their outside to improve the heat transfer.
Such constructions generally known as finned tubes in the art are constructed, for example, in such a way that a sheet metal band in the form of a helix is placed around the tube and soldered or welded to it, in such a way that the tube ribs formed in this way are perpendicular to the tube Pipe axis run. Wei terhin it is also known to produce such finned tubes for heat exchangers in such a way that circular sheets are pushed onto the tube at certain intervals and soldered, welded or connected by immersion in a liquid metal bath.
Another possibility is that the ribs are formed by metal sheets that have a number of holes corresponding to the number of heat exchange tubes. These so prepared metal sheets are also BEZW at certain distances from each other on the pipe package. Pipe straps pushed on and fastened in the manner described above. The latter constructions are generally known in the art as lamellar tubes.
These ribs respectively. Fin tubes of known design now have the disadvantage that it is not possible to BEZW the ribs. To use the fins to the full for the heat transfer, d. H. but that the one for the structure of the ribs respectively. Lamellar tubes required material expenditure in no relation - to the heat transfer achieved with it.
The consequence of this is that such heat exchangers require a relatively large amount of space, are very heavy and require a relatively large amount of material.
Based on the knowledge that the heat transfer by choosing small cross-sections or. Smaller radii of the ribs can significantly increase the height, heat exchangers have also been built in which the tube ribs are replaced by wire structures. The formation of these wire structures, which are brought into good conductive connection with the heat exchange tubes, is known in the most varied of ways.
When the tube fins are made from wires, the heat transfer is increased significantly by the fact that the medium flowing past the heat exchange tubes is opposed by many relatively sharp edges, which lead to the boundary layers of the flowing medium splitting up. Furthermore, the increase in heat transfer in such constructions is also due to the fact that the ratio between surface and cross section is particularly large in the case of wires.
An increase in the heat transfer only leads to a reduction in the dimensions of the heat exchanger and, on the other hand, the use of wires can significantly reduce the weight of the heat exchanger. Such from wires respectively. Wire structures together with tubes built on heat exchangers but have the disadvantage that their structure is quite wrapped ver and they are therefore relatively expensive to run.
On the other hand, a saving in material is countered by an increased amount of work.
The present invention now makes it possible to create a heat exchanger constructed from finned tubes in which, on the one hand, the advantages of the heat exchanger built up from wires in connec tion with tubes are exploited, but on the other hand, its disadvantages in terms of manufacture; be eliminated.
The heat exchanger according to the invention consists in the fact that the heat exchangers are equipped with sheet metal ribs, which are formed in the manner of a spoke wheel, the individual spokes being continuously connected to one another in the radial direction by webs.
The production of such ribs for heat exchange tubes can for example be done in such a way that the spei- clienradförmiben sheet metal ribs are formed by individual circular sheet metal disks, which are processed by punching so that only the spokes and their connecting webs remain of the full sheet metal disk.
In a further embodiment of the invention, it is also possible to use the ribs for several, for. B. four to produce heat exchange tubes in one piece, the spokes BEZW. whose connecting webs merge into one another for several heat exchange roller blinds.
Another possibility of producing such rib constructions consists in using a sheet metal strip provided with cutouts, which is wound onto the heat exchange tubes in the form of a helix and connected to them in a known MT iron.
In the fib. 1 to 15 are execution examples of the subject matter is presented. The fib. 1 and 2 show. an exemplary embodiment in two views. Here, ra denotes the heat exchange tube, h spokes and c denotes the connecting webs of the tube ribs.
The individual tube ribs consist of circular sheet metal discs, which are punched to form a system of thin spokes b and wire rings c. In this way, a maximum of surface is achieved in relation to the weight of the ribs for the sheet metal ribs.
In addition, the ribs are pushed onto the tubes a at regular intervals and connected to the tubes by soldering, welding or by immersion in a liquid metal bath. In order to achieve a z-, s-corner use of the edge effect on the flowing medium, the spokes and their connecting webs are formed with the smallest possible cross-section.
The cross-section of the spokes b and their connecting webs c is, for example, chosen to be square, which can be achieved in a simple manner that the width of the spokes and their connecting webs is selected approximately equal to the sheet metal thickness of the ribs. If other cross-sections of the spokes and their connecting webs are desired, such as a round cross-section or the star-shaped cross-section that is particularly favorable for heat transfer, the disks must be reworked in a special die.
Such dies required for this consist of two mating plates with the final profiles corresponding recesses, with half a profile being dug for each spoke and each connecting web in each plate. Thus, for example, in Fig. 16 a section of a die along the line A-A in Fig. 13 is provided on a larger scale for the production of a star profile. The two die plates are labeled e and f.
The spokes are expediently designed so that their cross-section increases towards the pipe surface in accordance with the increasing amount of heat to be transferred. Since the heat exchange takes place in the radial direction, you will, instead of a very large number of connecting webs in the radial direction to arrange a larger number of adjacent pipe ribs, so provide as many such elements as possible in the axial direction. On the other hand, the Ab was the connecting webs that form concentric ring pieces in Figures 1 and 2, since to be measured according to the temperature conditions for which the heat exchanger is designed.
The finned tube shown in FIGS. 1 and 2 is intended to be used, for example, for a temperature range below <B> O 'C </B>, the spacing of the connecting webs being selected to be relatively large with regard to the deicing required from time to time. On the other hand, FIG. 3 shows a design of the finned tube for temperatures above 0 C. In this case, connecting webs of the spokes that lie very close to one another are provided.
4 and 5 show a Ausfüh approximately example of the invention, in which the spoke-wheel-shaped sheet metal ribs for several heat exchange tubes, in this case four, consist of one piece. The diagonally opposite spokes are brought together and connected to other spokes by means of webs c. FIGS. 6 and 7 show a further exemplary embodiment of the invention for temperatures above 0 ° C., while FIG. 8 shows a corresponding embodiment for temperatures below <B> O 'C </B>.
In these embodiments according to FIGS. 6 to 8, the webs c connecting each two spokes b are composed of two outwardly converging parts that enclose an acute angle. This embodiment is distinguished from the constructions according to FIGS. 1 to 5 in that the heat transfer is increased by increasing the surface of the connecting webs c and on the other hand by increasing the edge effect.
In these designs, both the spokes b and their connecting webs c are designed to taper towards the outside, taking into account the increasing amount of heat to be transferred in the direction of the pipe surface.
A particularly expedient embodiment of the finned tubes is shown in FIG. 9, which is particularly suitable for a flow direction of the gaseous medium flowing outside the tubes a in a direction perpendicular to the tube axis.
In this embodiment, the connecting webs c of two consecutive spokes b are alternately bent zigzag to one side or the other from the sheet metal plane, whereby the heat transfer and thus the efficiency of the heat exchanger is particularly increased.
In contrast, FIGS. 10 and 11 show an embodiment of the finned tube in which the flow direction of the medium acting on the ribs runs parallel to the tube axes. In this Ausfüh tion, the connecting webs of the Spei chen made of narrow sheet metal strips formed by Ausstanzunben, which are rotated by rotating about their central axes by 90 from the sheet metal plane, so that they flow in the direction of the medium acting on them.
When twisting these sheet metal strips, particular care must be taken to ensure that the material does not tear at its pivot points so that the entire cross-section of the material is available at the transition points between the connecting webs and spokes for the heat transfer.
While all the versions of Fig. 1 to 11 relate to finned tubes in which the sheet metal ribs consist of round sheet metal disks that are passed through appropriate punchings in the spoke wheel shape, Figs. 12 to 15 show off exemplary embodiments of the invention, in which the Sheet metal ribs are formed by sheet metal strips provided with punchings, which are wound in the form of a helix on the heat exchange tubes and are fixed in a known manner on this by soldering, welding or by immersion in a metal bath.
In Figs. 12 and 13 such sheet metal strips are shown as they are used for the production of the sheet metal ribs who the. These sheet metal strips are in turn punched out in accordance with the round sheet metal disks in such a way that the spokes b and associated connecting webs c remain. In the embodiment according to FIG. 12, the connecting webs are angled between two spokes, while the connecting webs in FIG. 13 are straight.
The lower ends d of the spokes are bent at right angles (see FIG. 15) and are used to fasten the ribs on the heat exchange tubes. This sheet metal strip according to Fig. 12 and 13 who, as shown in Fig. 14, wound in the form of a coil on the heat exchange tube and attached to this in a known manner.
This inevitably results in the fact that the ends <I> d </I> of the spokes b lie directly against one another, while the connecting webs c are bent or bent out of the sheet metal plane to one side or the other when the sheet metal strip is being wound up. are inevitably pushed out, as shown in the associated FIG.