CH363669A - Wärmeaustauscher - Google Patents

Wärmeaustauscher

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CH363669A
CH363669A CH4829757A CH4829757A CH363669A CH 363669 A CH363669 A CH 363669A CH 4829757 A CH4829757 A CH 4829757A CH 4829757 A CH4829757 A CH 4829757A CH 363669 A CH363669 A CH 363669A
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CH4829757A
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Techn Heller Laszlo Dr Sc
Laszlo Dipl Ing Forgo
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Licencia Talalmanyokat
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements

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Description


      Wärmeaustauscher       Die Erfindung betrifft einen     Wärmeaustauscher,     der aus mit Rippen versehenen Reihen von Rohren  besteht, wobei jede Rippe aus einem Stück gepresst  mehrere Rohre zusammenfasst.  



  Wenn zwischen zwei Medien mit wesentlich ver  schiedenen     Wärmeübergangszahlen    ein Wärmeaus  tausch stattfinden soll, sind bekanntlich zweck  mässigerweise     Wärmeaustauscher    zu verwenden, deren  Oberflächen mit Rippen versehen sind. Die gerippte       Oberfläche    wird dabei auf der Seite des Mediums mit  geringerer     Wärmeübergangszahl    verwendet.  



  Der erfindungsgemässe     Wärmeaustauscher    ist da  durch gekennzeichnet, dass zwecks Unterbrechung der  Wärmeleitung zwischen je zwei Rohren, in welchen  das eine innere Medium gegensinnig strömt, jede  Rippe zwischen diesen zwei Rohren mit einem Ein  schnitt versehen ist und/oder jede Rippe, die senk  recht zur Strömungsrichtung des anderen aussen um  die Rohre strömenden Mediums in in verschiedenen  Ebenen liegende Streifen     aufgespalten    ist, mit min  destens einem Paar mit Abstand nah aneinander  grenzender Aufspaltungen versehen ist oder je zwei  Rohrreihen mit gegensinniger Strömungsrichtung des       erstgenannten,    inneren Mediums gegenseitig um einen  halben Rohrabstand versetzt angeordnet sind.  



  Im folgenden werden anhand der Zeichnung Aus  führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.  



  Es zeigen:       Fig.    1 schematisch den Längsschnitt eines be  kannten     Wärmeaustauschers;          Fig.2/A    bis C die Wärmeströmungen an drei  verschiedenen Stellen des     Wärmeaustauschers        gemäss          Fig.    l;       Fig.    3 schematisch einen     Wärmeaustauscher    mit       Querstrom-Gegenstromschaltung;          Fig.4    eine Draufsicht einer Rippe des     Wärme-          austauschers    gemäss     Fig.    3;

           Fig.5    einen     Wärmeaustauscher,    bei dem die  Strömungsrichtung des einen Mediums zweimal  ändert;       Fig.    6 die Draufsicht einer Rippe, welche senk  recht zur Strömungsrichtung des äusseren Mediums  zonenweise geschlitzt ist;       Fig.    7 einen Schnitt     gemäss    der Linie     VII-VII     in der     Fig.    6 und       Fig.    8 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach       Fig.    6, wobei die     Rohre    gegenseitig versetzt ange  ordnet sind.  



  Mit 1 sind die Rohre mit     flachem    oder rundem  Querschnitt eines bekannten     Wärmeaustauschers    be  zeichnet, die das Medium mit höherer     Wärrneüber-          gangszahl    enthalten. Diese Rohre werden mittels  Rippen 2 zusammengefasst. Die Rippen können z. B.  aus Teilen hergestellt werden, deren Anzahl der Zahl  der den     Wärmeaustauscher    bildenden Rohre ent  spricht. Zwecks Verringerung der Gestehungskosten  werden die Rippen 2 je aus einem Stück gepresst.  



  Die im folgenden beschriebenen, aus einem Stück  gepressten Rippen fassen je mehrere Rohre zusammen  und     können    wirtschaftlich hergestellt werden.  



  Bei einem bekannten     Wärmeaustauscher    mit  reiner Querströmung gemäss     Fig.    1 strömt das Me  dium mit geringerer     Wärmeübergangszahl    (äusseres  Medium) in Richtung der Pfeile k, wogegen die  Strömung des Mediums mit höherer     Wärmeüber-          gangszahl    (inneres Medium) in der Richtung der  Pfeile b erfolgt. Infolge des Wärmeaustausches ent  sprechend dem Strömungsbild gemäss     Fig.    1     ändert     sich in Richtung der Pfeile<I>k</I> bzw.<I>b</I> die Temperatur  der beiden Strömungsmedien.

   Die Temperaturände  rung des inneren Mediums geht in jedem der Rohre 1  in der gleichen Richtung (entweder Erwärmung oder  Abkühlung) vor sich, das Mass der Temperatur  änderung ist aber verschieden (selbst dann, wenn in      den     einzelnen    Rohren gleiche Mengen strömen). Bei       Prüfung    der Temperaturverteilung innerhalb der ein  zelnen Rippen kann festgestellt werden, dass die  Temperatur des Rippenmaterials bei der Eintritts  stelle des inneren Mediums in die Rohre 1 (in     Fig.    1  bei b) in der Nähe eines jeden Rohres gleich ist, da an  dieser Stelle auch die Temperatur des eintretenden  inneren Mediums in jedem Rohr gleich ist.

   Voraus  gesetzt, dass das innere Medium das wärmere und  das äussere Medium das kältere ist, erfolgt eine Er  wärmung des äusseren Mediums in der Richtung k.  Diesen Temperaturverhältnissen entspricht ein Wär  mestrom in den untersten Rippen in     Fig.    1, also in der  Nähe der Eintrittsstelle des inneren Mediums, welche  in der     Fig.    2/A mit Pfeilen angedeutet ist.

   Da die  Längen der     einzelnen    Pfeile<I>m</I> und<I>h</I> proportional  der Stärke des Wärmestromes     eingezeichnet    sind, lässt  die     Fig.    2/A erkennen, dass im Rippenmaterial von  jedem Rohr ausgehend     Wärmeströmungen    stattfinden,  die durch die Pfeile<I>m</I> und<I>h</I> in vereinfachter Dar  stellung nur in den Hauptrichtungen angedeutet sind.

    Da der Wärmestrom ausgehend von den     einzelnen     Rohren gleich ist mit der durch die Rippen übertra  genen Wärmemenge, welche sich     proportional    zur       Temperaturdifferenz    zwischen den beiden strömenden  Medien einstellt, müssen die Wärmeströme     infolge     der Erwärmung des äusseren Mediums in der Richtung  <I>k</I> abnehmen. Dies wird     in    der     Fig.   <I>2</I>     rA    durch die  abnehmbare Länge der Pfeile<I>m</I> und<I>h</I> angedeutet.  



  Anders stellt sich die beschriebene Wärme  strömung     in.    der Nähe der Austrittsstelle des inneren  Mediums ein, also in     Fig.    1 bei c. Hier ist die Tem  peratur des     inneren        Mediums    nicht dieselbe in den       einzelnen    Rohrreihen, sondern nimmt in der Richtung  k zu, da auch die Temperatur des äusseren Mediums  in dieser Richtung zunimmt.     Infolge        dieser    Tem  peraturverteilung überlagert sich auf die Wärme  strömung gemäss     Fig.    2/A eine zweite gemäss     Fig.    2/B.

    Diese Sekundärströmung entsteht dadurch, dass die  Rohre durch die Rippen miteinander metallisch (wär  meleitend) verbunden sind und die     Wärme    von den  Rohren höherer Temperatur gegen die Rohre nied  rigerer Temperatur (also entgegen der Richtung k)  strömt (Pfeile<I>h'</I> in     Fig.   <I>2/B).</I> Die     Fig.    2/C veran  schaulicht die     überlagerung    dieser zwei Wärmeströ  mungen und zeigt, dass in der Nähe der Austritts  stelle des inneren Mediums aus den Rohren 1 die von  den     einzelnen    Rohren ausgehende Wärmeströmung  in der Richtung k kleiner ist als in der     entgegenge-          setzten    Richtung.

   Die in     Fig.2/B        veranschaulichte     sekundäre Wärmeströmung     fördert    den     Wärmeaus-          tausch,    solange eine reine Querströmung vorhanden  ist.  



  Zwecks besserer Ausnützung des Temperatur  unterschiedes zwischen den am Wärmeaustausch teil  nehmenden Medien wird im vorliegenden Ausfüh  rungsbeispiel der Erfindung anstatt einer reinen  Querströmung eine     sogenannte        Querstrom-Gegen-          strom-Schaltung    gewählt, die schematisch in     Fig.    3  dargestellt ist. Die Pfeile<I>k</I> bzw.<I>b</I> deuten dabei    ebenfalls auf die Strömungsrichtungen des äusseren  bzw. inneren Mediums hin.

   Wie aus der     Fig.    3 her  vorgeht, befinden sich die Eintritts- und Austritts  stellen des inneren Mediums unten am     Wärme-          austauscher    und werden durch die untersten Rippen  miteinander wärmeleitend verbunden. Auch hier  tritt die in     Fig.    2/B angedeutete sekundäre Wärme  strömung in den Rippen auf, und zwar in besonders  starkem Ausmass zwischen dem zweiten und dritten  Rohr jeder Rohrreihe des in     Fig.3    beispielsweise  vierreihig gezeichneten     Wärmeaustauschers,    also in  der Mitte der Rippen.

   In der Mitte der Rippen ist       nämlich    bei     Kreuz-Gegenstromschaltung    die Tem  peraturdifferenz zwischen zwei benachbarten Roh  ren besonders gross, da sich hier die grösste Tem  peraturdifferenz einstellt, die in einem derartigen       Wärmeaustauscher    überhaupt möglich ist. In diesen  Teilen der unteren Rippen kann die oben beschrie  bene sekundäre Wärmeströmung derart intensiv  sein, dass dadurch das bereits abgekühlte innere  Medium zum Teil wieder angewärmt wird. Die  sekundäre Wärmeströmung fördert also in diesem  Falle die Wärmeübertragung in der Zone des     Wärme-          austauschers    nicht, wo benachbarte Rohre vor  handen sind, in welchen das innere Medium in  entgegengesetzter Richtung strömt.

    



  Dieser Nachteil kann auf zweierlei Weise be  hoben werden. Entweder werden in der Richtung  der Pfeile h die beiden einen und die beiden anderen  Rohre, in welchen das innere Medium jeweils in  gleicher Richtung strömt, mit je einer besonderen  Rippe versehen, die voneinander unabhängig sind,  oder es wird erfindungsgemäss in der auf die vier  Rohre     gemeinsam    aufgeschobenen zusammenhän  genden Rippe zwischen dem zweiten und dritten  Rohr durch Pressen ein Einschnitt 3 vorgesehen, wie  dies in der     Fig.    4, die eine Rippe des     Wärmeaus-          tauschers    nach     Fig.    3 in der Draufsicht zeigt, dar  gestellt ist.

   Im ersteren Fall, wo entsprechend den  Rohrgruppen, die das innere Medium in einer Rich  tung fördern, die Rippen aus mehreren Teilen her  gestellt werden, bedeutet die höhere     Rippen-Stückzahl     zunehmende Gestehungskosten. Beim beschriebenen  Ausführungsbeispiel der Erfindung werden jedoch die  Rippen, unabhängig von der Strömungsrichtung des  inneren Mediums, aus einem Stück und somit mit  geringen Gestehungskosten angefertigt.  



  Es kann vorkommen, dass für die Strömung des  inneren Mediums in der einen Richtung lediglich ein  Rohr oder aber mehr als zwei Rohre erforderlich  sind. In derartigen Fällen wird der Rippeneinschnitt,  der die nachteilige Wärmeleitung verhindert, zwischen  zwei Rohren vorgesehen, in denen das innere Medium  im Gegenstrom     fliesst.     



  Beim Ausführungsbeispiel gemäss     Fig.5    ändert  das innere Medium seine Strömungsrichtung im       Wärmeaustauscher    zweimal. Es ist aber auch möglich,       Wärmeaustauscher    mit drei oder noch mehr Rich  tungsänderungen auszubilden. In     derartigen    Fällen  wird der die Wärmeleitung verhindernde Einschnitt      jeweils zwischen zwei Rohren vorgesehen, in welchen  die Strömung des inneren Mediums gegensinnig ist.  Dieses Prinzip gilt auch für     Wärmeaustauscher,    deren  Rippen zwecks Förderung der     Wärmeübertragung    in  schmale Streifen aufgespalten sind, die in verschie  denen Ebenen liegen.  



  Die     Fig.    6 stellt die Draufsicht einer Rippe dar,  welche senkrecht zur Strömungsrichtung des äusseren  Mediums zonenweise solche Streifen 5 aufweist.     Fig.    7  zeigt dieselbe Rippe im Querschnitt gemäss der Linie       VII-VII    der     Fig.    6. Die nachteilige Wärmeleitung  wird bei derartigen Rippen durch einen Einschnitt 3,  wie er im oberen Teil der     Fig.6    dargestellt ist,  und/oder durch zwischen den Rohren, in welchen  das innere Medium     gegensinnig    strömt, länger ausge  bildete, mit Abstand nah aneinander grenzende Auf  spaltungen, wie dies im untern Teil der     Fig.    6 bei 4  ersichtlich ist, behoben.  



  Die     Ausführungsform    gemäss     Fig.    8 löst bei einer  mit solchen Streifen 5 versehenen Rippe die gestellte  Aufgabe, indem die Rohre, welche das innere Me  dium in     Gegenström    befördern, gegenseitig um einen  halben Rohrabstand versetzt angeordnet sind. Bei  dieser Ausführungsform können die Rippen durch  einen Wasserstrahl von beiden Seiten des Wärme-         austauschers    her gereinigt werden, ohne dass die       einzelnen    Rippenstreifen gegen den von aussen her  kommenden Wasserstrahl durch ein Rohr abgedeckt  wären.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Wärmeaustauscher, der aus mit Rippen ver- sehenen Reihen von Rohren besteht, wobei jede Rippe aus einem Stück gepresst mehrere Rohre zu sammenfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Unterbrechung der Wärmeleitung zwischen je zwei Rohren, in welchen das eine innere Medium gegen sinnig strömt, jede Rippe zwischen diesen zwei Rohren mit einem Einschnitt (3) versehen ist und/oder jede Rippe, die senkrecht zur Strömungsrichtung des anderen aussen um die Rohre strömenden Mediums in in verschiedenen Ebenen liegende Streifen auf gespalten ist,
    mit mindestens einem Paar mit Abstand nah aneinander grenzender Aufspaltungen versehen ist oder je zwei Rohrreihen mit gegensinniger Strö mungsrichtung des erstgenannten, inneren Mediums gegenseitig um einen halben Rohrabstand versetzt angeordnet sind.
CH4829757A 1956-07-13 1957-07-12 Wärmeaustauscher CH363669A (de)

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