Wärmeaustausehapparat. Die Erfindung betrifft einen Wärmeaus- tausehapparat, der wenigstens ein rohrartiges Bauelement aus Metall besitzt, welches Ele ment wenigstens einen mit dem Rohr aus einem Stüek bestehenden, in Längsriehtung des Rohres verlaufenden Flügel mit Durehbre- chungen aufweist, durch welche eines der am Wärmeaustausch teilnehmenden Mittel quer zur Flügelfläche strömt.
Das rollrartige Bauelement wird nach stehend auch als Flügelrohr bezeichnet. Der Ausdr-iiek Flügel soll Rippen jeglichen Pro fils umfassen.
Das Bauelement kann z. B. mittels in der Rohr- bzw. Metallstreifenfabrikation üblichen Verfahren durch Pressen, Walzen, Ziehen oder der gemeinschaftlichen Anwendung die ser Verfahren, zweckmässig aus einer Kokille, in einem Arbeitsgang hergestellt werden, was deshalb möglich ist, weil die Flügel in der Längsriehtung des Rohres verlaufen. Ein Arbeitsgang bedeutet, dass das Rohr mit den Flügeln gleichzeitig hergestellt wird.
Bei Bauelementen mit mehreren Flügeln ist zumindest ein Flügel mit Durehbreehun- gen, z. B. Schlitzen, versehen.
Bei einer zweekmässigen Ausführungsform liegen die Flügel in radialer Richtung, wäh rend bei einer zweiten, gleichfalls zahlreiche Vorteile aufweisenden Ausführungsform die Flügel in tangentialer Richtung verlaufen.
Die durchbrochenen bzw. geschlitzten Flü gelteile des Flügelrohres bilden zweckmässig ein jalousienartiges, ebenes Gebilde. Dieses entsteht vorteilhaft dadurch, dass man die Flügel unter Belassung <B>je</B> eines schmalen Seitenstreifens in Querstreifen spal tet und diese aus der Flügelebene herausbiegt.
Der Vorteil der jalousienartig durehbro- ehenen Flügel gegenüber perforierten, glatten Flügeln besteht einerseits darin, dass er gegen mechanische Beanspruehungen, z. B. gegen Durehbiegen, widerstandsfähiger ist, ander seits steht, wenn der jalousienartige Teil ohne Materialentfernung hergestellt wurde, nicht bloss die Fläche des ganzen Flügelmaterials, sondern die durch das Aufspalten vergrösserte Fläche für die Wärmeübertragung zur Verfü gung.
An den freien Flügellängsrändern können Wülste ausgebildet sein, die beim Zusammen stellen der Bauelemente eine wiehtioe Rolle spielen.
Die verschiedenen Wärmeaustauschappa- rate gemäss der Erfindung, z. B. Ileiz-, Kon- densations- und Troekenapparate, können aus Flügelrohren mit relativ einfachen Mitteln hergestellt werden.
Die wärmeteehnisehen Vorteile von Wärme- austausehapparaten gemäss der Erfindung, die sich daraus ergeben, dass die Flügel der Rohre Durehbrechungen aufweisen, sind die folgenden: <B>1.</B> Es ist bekannt, dass das längs Flächen strömende Mittel zufolge der Reibung und Adhäsion abgebremst wird, wodure h eine iso lierend wirkende Schicht, die sogenannte Prantlsche Grenzschicht, gebildet wird.
Bei dem Wärmeaustauschapparat gemäss der Erfindung stellt das strömende Mittel beim Durchströmen des oder der Flügel längs eines relativ kurzen Weges mit der wärine- übertragenden Fläche in Berührung, so dass sich dort keine Grenzschicht bilden kann, weshalb die 'Wärmeübertragang sprunghaft verbessert werden kann.
2. Die wirksame Wärmeübertragungsfläche der Rohrflügel kann durch jalolisienartige Ausbildung derselben beträchtlich vergrössert werden. Die Flächenvergrösserung beträgt z. B. beim Zerlegen eines<B>1</B> mm starken Flü gels in Streifen mit einer Teilung von 2 mm und Ausbiegen der Streifen aus der Flügel ebene<B>50</B> /col'.
<B>3.</B> Die Wärmeübertragung zwischen Flü gelfläche und strömendem Mittel erfolgt nicht bloss durch Leitung, sondern auch durch Strahlung. Während jedoch bei den bekann ten quergerippten Röhren infolge der gegen seitigen Anstrahlung der Rippen deren durch Strahlung abgegebene Wärme verschwindend ist, kann die durch die in Längsrichtung des Rohres verlaufenden Rohrflügel ausgestellte Strahlungswärme in vollem Masse zur Geltung gebracht werden.
Nachdem die Strahlung u. a. auch von der Beschaffenheit der Strahlfläche abhängt und das Wärmestrahlvermögen einer rauhen Fläche jene der glatten Fläche wesentlich Übersteigt, ist das Wärmestrahlvermögen z. B. von jalousienartigen Flächen wesentlich grösser als das' von glatten Lamellenröhren, weil die jalousienartige Fläche einer sehr rau- hen Fläche gleichkommt.
Die Summe der Vorteile ad<B>1-3</B> kann die Wirksamkeit der durch die Flügel bedingten _Wärmeübertragung, bei gleichen Bedingun gen, häufig um das<B>10-</B> bis 20fache steigern, wozu noch andere, die Wärmeübertragung steigernde Faktoren hinzutreten können.
Die gemeinsame Wirkung der den Wärme austausch steigernden Faktoren kann jedoch nur dann zur Geltung gelangen, wenn das im Rohr strömende Mittel seine Wärme bzw. Kälte durch die Rohrwand hindurch bzw. von dieser den Flügeln mitzuteilen imstande ist. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, dass sie die Flügel für eine gute -Wärmeauf nahme geeignet macht. Die Auf gabe einer anstandslosen wärmeleitenden Verbindung zwischen den Flügeln und der Rohrwand löst die Erfindung -dadurch, dass die Flügel mit der Rohrwand aus einem Stück bestehen.
Diese Massnahme verbilligt zugleieh die Her- stell-ung der Flügelrohre, zumal sie in einem Arbeitsgang erzeugt werden können. Es er übrigt sieh also, die Rippen besonders herzu stellen, diese auf die glatten Rohre aufzu ziehen und an die Rohrwand z. B. durch An- Schweissen oder Anlöten in wärmeleitende Ver bindung zu bringen.
Eine solche kostspielige, und unzuverläs sige wärmeleitende Verbindung ist von zwei- felhaltem Wert und schliesst dabei die Ver wendung gewisser Werkstoffe, z. B. Alumi nium, aus.
Dabei erweist sich das Schweissen und Lö ten, über gewissen Temperaturen, infolge der auftretenden Dilatation, als gering%vertige wärmeleitende Verbindung.
Die Erfindung bringt verschiedene wich tige Vorteile mit sich. Sie ermöglicht: a) Apparate herzustellen, die, bei gleicher Leistung, weniger Material als bekannte,<B>Ap-</B> parate erfordern und in leichter und kom- pendiöser Ausführung erzeugt werden können, b) eine einfache -und infolge der Vermei dung von Fehlerquellen auch verlässliche Fa brikation von Wärineaustausehapparaten, c) die Verwendung von bei der Erzeugung von Wärmeaustauschapparaten bisher nicht verwendeten Baustoffen, z. B. von Aluminium.
Dieses Metall stellt infolge seiner guten *Wärmeleitfähigkeit, seines geringen spezi fischen Gewichtes und des verhältnismässig niedrigen Marktpreises einen wünschenswer ten Baustoff dar; aber dessen praktische Ver wendung wird häufig durch die Tatsache er schwert, dass es schwer lötbar und umständ lich und unzuverlässig schweissbar ist;
cl) die Anfertigung von Rohrschlangen, haarnadelförmigen Elementen und andern ähnlichen Gebilden, e) eine bessere Reinigung als Rippenrohre mit angesehweissten oder angelöteten Lamel len, weil bei diesen an den Schweiss- oder Lötstellen der Lamellen russ- und sehmutz- langende Winkel und Ecken entstehen. Die Anlagerungen in diesen hindern die Wärme abgabe beträchtlich. Winkel und Ecken kön nen bei Anwendung von Flügelrohren vermie den werden; letztere ermöglichen vielmehr die Bildung von glatten wärmeübertragenden Flä- ehen, die durch einfaches Abbürsten gereinigt werden können.
Die Zeichnung veranschaulicht einige bei spielsweise Ausführungsformen des Flügel rohres sowie von aus solchen Rohren zusam mengesetzten Wärmeaustausehapparaten. Die Beispiele erschöpfen keinesfalls alle möglichen Ausführungsformen.
Fig. <B>1</B> zeigt den Querschnitt eines Flügel rohres mit einem und Fig. 2 mit zwei in einer diametralen Ebene liegenden radialen Flü geln.
Fig. <B>3</B> zeigt ein Zweiflügelrohr im Quer schnitt, dessen Flügel winklig zueinander stehen, Fig. 4 ein Flügelrohr im Querschnitt, des sen Flügel in einer Tangentialebene liegen. Fig. <B>5</B> ein Flügelrohr im Querschnitt, des sen benachbarte Flügel einen Winkel von<B>90'</B> miteinander einschliessen, wobei zwei Flügel jalousienartig ausgebildet sind, Fig. <B>6</B> das Flügelrohr gemäss Fig. <B>5,</B> in Vorderansicht.
Die Fig. <B>7</B> bis<B>16</B> veranschaulichen aus Flügelrohren gemäss der Erfindung zusam mengesetzte Wärmeaustausehapparate.
Das metallene Rohr<B>1</B> weist einen in dessen Längsrichtung verlaufenden Flügel 2 auf, der mit dem Rohr aus einem Stück besteht.
Der Flügel 2 gemäss Fig. <B>1</B> und die Flü gel 2,<B>3</B> gemäss Fig. 2 und<B>5</B> verlaufen in ra dialer Richtung, während sie gemäss Fig. <B>3</B> winklig zueinander stehen und gemäss Fig. 4 in einer Tangentialebene liegen. Der Flügel 2 oder, im Falle von mehr Flügeln, zumindest ein Flügel ist geschlitzt oder sonstwie durch- broehen. Die Flügelfläehe wird z.
B. durch parallele Schlitze in Streifen zerlegt, die aus der Flügelebene herausgebogen werden, wo durch ein jalousienartiges Gebilde entsteht (Fig. <B>6).</B> Die Vorteile dieser Anordnung sind in der Einleitung zur Beschreibung ausführ lich geschildert.
4 bezeichnet die Strömungsrichtung des- jenigenWärmeübertragungsmittels, das durch die Schlitze der Flügel quer zu deren Ebene hindurehgeht. Die an den freien Flügellängs- rändern etwa ausgebildeten Wülste<B>13</B> (Fig. 4) sollen das Zusammenfügen der Flügelrohre erleichtern. Zu diesem Zwecke greifen benach barte Flügellängsränder z. B. nach Art von Nut und Feder ineinander ein.
Fig. <B>7</B> veranschaulicht eine aus einem Flü gelrohr gemäss der Erfindung gewundene Rohrschlange<B>7,</B> die zur Lufterwärmung, zur Flüssigkeitskühlung und zur Erwärmung gleich gut geeignet ist.
Wenn z. B. in dem als ringsum geschlos sener Mantel ausgebildeten Schlangenrohr warme Flüssigkeit strömt, dann wirkt der un ten geschlossene Zylinder (Mantel) als Schlot, in dem die erwärmte Luft infolge des Unter- sehiedes im spezifischen Gewicht am obern, offenen Ende des Zylinders frei ausströmt. Die frische, zu erwärmende Luft kann in das Innere des Zylinders stets nur durch die Ja- lousiensehlitze eindringen. Infolge der Schlot- wirkung wird die Strömungsgeschwindigkeit der Warmluft erhöht.
Die geschilderte Ein- riehtung stellt einen sehr wirtschaftlichen Ra diator von geringem Umfang dar.
Das in der Rohrsehlange stömende wäme- tragende Mittel kann Warmwasser oder Dampf, das zu erwärmende Mittel die Luft des zu beheizenden Raumes sein.
Versuchsdaten beweisen, dass, während ein Grusseisenradiator von<B>1</B> m# Fläche, der bei 90gradigem Heizwasser, unter Senkung der Temperatur auf<B>70' C,</B> etwa 400 Kalorien ab gibt, 28 bis<B>32 kg</B> wog, das Ge-wieht eines Rohr- sehlangenradiators gemäss Fig. <B>7,</B> bei der glei- eben Wärmeabgabe, 1,20 bis 2,00<B>kg</B> betrug.
Dabei erfordert ein solcher Radiator weder Schweissarbeit, noch Dichtungen, weshalb er betriebssicherer ist als ein Gusseisenradiator. Nachdem die strömende Luft den Radiator bloss längs eines 1/9, bis 2 ium langen Weges berührt,. wird #in Rösten der in der Luft schwebenden Schmutzteilchen an der Heiz fläche vermieden. Aus diesem Grunde sind derartige Wärmeaustauschapparate auch von hygienischem Standpunkt sehr vorteilhaft. Ihr Raumbedarf beträgt etwa die Hälfte jenes bekannter Apparate.
Der Wärmeaustauschapparat gemäss Fig. <B>7</B> kann auch als Wasser- oder Flüssigkeits- -wärmer, z. B. als Autogeyser dienen. Zu die sem Zwecke wird der Zylinder oben abge schlossen und von einem oben mit dem Schlot verb-Luidenen Bleebzylindermantel grösseren Umf anges umgeben.
Ordnet man unten einen Gasbrenner an, dann können die Verbren nungsprodukte lediglich durch die Jalousien- schlitze in den Schlot gelangen und erhitzen, unter Abgabe ihrer Wärme, das im Rohr zir kulierende Wasser.
Der Apparat gemäss Fig. <B>7</B> kann auch als Kühlverdichter wirken. In diesem Falle lässt man entweder in der Rohrschlange Kühlflüs sigkeit zirkulieren, die das aussen zirku lierende Mittel verdichtet, oder aber lässt man das flüssige oder gasförmige Mittel aussen strömen, wobei das in der Rohrschlange strö mende Mittel verdichtet wird,<B>je</B> nachdem, welche Seite der Rohrsehlange die ungünsti gere wärmeübertragende Seite ist.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. <B>8</B> ist eine in einer Ebene liegende Reihe von Flügelrohren<B>1,</B> 2 mit Sammel- bzw. Verteil- rohren <B>8</B> vereinigt. Aus einer solchen Einheit kann man verschiedene, Wärmeaustauschappa- rate bauen.
Fig. <B>9</B> zeigt eine Reihe von mit Sarnmel- bz-w. Verteilrohren <B>9</B> vereinigten, haarnadel- förmigen Elementen<B>10,</B> die, in einem ge schlossenen Behälter angeordnet, einen Flüs sigkeitswärmer bilden können, der beträcht- lieh geringeren Raum 1-u-id weniger Material beansprucht als die auis glatten Rohren her- s gestellten Flüssigkeitserhitzer.
Die in Fig. <B>10</B> dargestellte, in Rohrwände <B>11</B> eingewalzte Gruppe von geraden Flügel- rohren <B>1,</B> 2 stellt entweder Rohre eines Wasserrohrkessels oder die wärmeabgebende Fläche eines Gegenstrom-Wasserwärmers dar.
Die Fig. <B>11</B> und 12 veranschaulichen die Heizfläche eines sogenannten Luftkalorifers in Vorder- bzw. Seitenansicht. Zwei Gruppen von Flügelrohren<B>1,</B> 2 bzw. <B>l',</B> 2' sind einan der gegenüber derart angeordnet, dass die un tern Flügel der einen Rohrgruppe mit den obern Flügeln der andern Gruppe in einer Ebene liegen. Die zu erhitzende Luft wird über die aus den Flügelrohren gebildete Fläche auf mechanischem Wege getrieben.. Das in den Rohren zirkulieren & Mittel ist z. B. Warmwasser oder Dampf.
Dient die Vorrichtung als Motor- oder Autoli:ühler, so wird das in den Rohren zirku lierende Wasser durch die Aussenluft gekühlt.
Fig. <B>13</B> zeigt einen die Wärme von Rauchgasen verwertenden Wasserwärmeappa- rat (Economiser), bei dem aus einer Kessel heizung stammende Rauchgase zur Vorwär- mung von Speisewasser benützt werden. In den reihenweise angeordneten Rohren<B>1</B> mit durchbrochenen Flügeln 2 zirkuliert vorzu wärmendes Speisewasser. Die Flügel von vier benachbarten Rohren laufen in einem Knoten punkt zusammen.
Einige Aussenflügel 12 der Rohrgruppe sind undurehbrochen. Auf dieseWeise entsteht eine geschlossene, wassergekühlte Wandung.
Ein Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, dass die, Mauerung der übliehen Econo- miser vermieden wird, was neben einer bedeu tenden Kostenersparnis auch eine beträcht- liehe Raumersparnis bedeutet. Die Vorrich tung kann aLich als Kreisluftkühler von elek- trisehen Generatoren dienen.
Die Fig. 14 bis<B>16</B> zeigen das Flügelrohr- element eines Dampfüberhitzers, das jedoch auch als Strahlschirm für Deckenheizungen verwendbar ist. Das Flügelrohr<B>1</B> ist in einer Ebene serpentinenartig derart gebogen, dass Flügel benachbarter Windungen sich inein ander fortsetzen. Bei der Variante gemäss Fig. <B>16</B> stehen die Flügel 2' der einzelnen Flügelrohre winklig zueinander. Aus Flügelrohren können Schlangen -und Rohrgruppen ebenso einfach und leicht her gestellt werden als ans glatten Rohren.
An einzelnen Stellen der Apparate werden die erforderlichen Dureliström- oder Ab- sehliessstellen angebracht, was sehr günstige konstruktive Lösungen ergibt. Die von Flügel teilen befreiten Rohrenden können in entspre chende Sainniel- bzw. Verteilkammern einge walzt, ein,-esehweisst oder eingelötet werden. n Durch Verlöten oder Verschweissen der Flügel von Flügelrohren kann man gesehlos- sene Gefässe herstellen.
Aus Flügelrohren kann man vorteilhaft und bei wirtschaftlicher Materialausnützung Strahlfläehen ausbilden, die zum Beheizen von Räumen sehr geeignet sind, wobei die Bildung von Staubfangeeken vermieden wer den können.
In seinen baulichen Einzelheiten kann die Erfindung vielfach abgeändert werden. Ihr <B>M</B> Anwendungsgebiet ist keinesfalls auf die an gegebenen Beispiele beschränkt.