Mit Rippen versehenes Wärmetauscherrohr Beim Betrieb von aus Rohren gebildeten Wärme tauschern, insbesondere bei solchen, die zum Wärme tausch zwischen einem ausserhalb des Rohres befind lichen gasförmigen Medium und innerhalb des Rohres geführten Flüssigkeiten oder Dämpfe dienen, ergeben sich dadurch Schwierigkeiten, dass die Wärmeüber- gangszahl des das Rohr umgebenden Gases erheblich kleiner ist als die Wärmeübergangszahl der bzw. des im Rohr befindlichen Flüssigkeit bzw. Dampfes. Es ist deshalb z. B. nicht möglich, dass das Rohr die Wärme einer in ihm befindlichen Flüssigkeit an das umgebende Gas so schnell abgibt, wie es sie aus der Flüssigkeit aufnehmen kann.
Es ist bereits bekannt, die auf die Flächeneinheit bezogene unterschiedliche Übertragung der Wärme zwischen dem das Rohr umgebenden Gas und dem Metall des Rohres einerseits und dem Metall des Rohres und der in ihm befindlichen Flüssigkeit ander seits dadurch zu berücksichtigen, dass die äussere Oberfläche des Rohres durch Aufsetzen von Rippen vergrössert wird. Derartige Rippen können sowohl aus auf die äussere Umfangsfläche des Rohres schrau- benlinienförmig aufgewickelten Metallbändern als auch aus einzelnen Metallblechen bestehen, die in Abständen voneinander auf das Rohr aufgeschoben und an diesem befestigt sind.
Da im Querschnitt kreisförmige Rohre - sofern sie aussenseitig von einem insbesondere zwangläufig bewegten Gas- bzw. Luftstrom beaufschlagt werden - diesem einen verhältnismässig starken Strömungs widerstand entgegensetzen und ausserdem zu einer zwar stark verwirbelten, jedoch ungleichmässigen Beaufschlagung des Rohrumfanges führen, ist - da derartige Rohre ausserdem eine im Verhältnis zu ihrem Querschnitt kleine Umfangslänge aufweisen - der Wärmeübergang vom Rohr auf das dieses aussenseitig beaufschlagende gasförmige Medium relativ schlecht.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits versucht, dem Rohrquerschnitt eine strömungstechnisch und wärmeübergangsmässig gün stigere, langgestreckte Form zu geben. Hierzu wurden Rohrquerschnitte von langgezogener bikonvexer Ge stalt gewählt, wobei die Rohre im wesentlichen aus zwei Zylindermantelabschnitten bestehen, deren längs des Rohres verlaufende Verbindungsstellen durch Kreisabschnitte von sehr kleinem Krümmungsradius geringfügig abgerundet sind. Derartig ausgebildete Rohre werden im Betrieb so angeordnet, dass eine der beiden geringfügig abgerundeten Kanten der von dem auf das Rohr gerichteten Gas- bzw.
Luftstrom zuerst beaufschlagte Teil des Rohrumfangs ist. Aus diesem Grunde bezeichnet man diese abgerundeten Kanten auch als Anströmkuppen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung dieser Rohre mit langgezogenem bikonvexem Querschnitt und nur wenig abgerundeten Anströmkuppen bei Wärmeaustauschern Schwierigkeiten auftreten.
Bei der Herstellung dieser Rohre, die in der Regel durch Kaltziehen oder Kaltwalzen runder Rohre erfolgt, treten an den beiden Anströmkuppen des Rohres sehr hohe Materialbeanspruchungen auf, die entweder schon während der Verformung zur Bildung von Rissen führen oder zumindest aber Spannungen in dem fertigen Rohr zurücklassen, durch die dessen Festigkeitseigenschaften nachteilig beeinflusst werden, so dass die Lebensdauer der so hergestellten Rohre nur gering ist.
Bei der Verwendung dieser Rohre für den Wärmeaustausch zwischen einem diese innen- seitig durchströmenden flüssigen und einem diese aussenseitig beaufschlagenden gasförmigen Medium hat es sich als besonders nachteilig erwiesen, dass infolge des relativ geringen hydraulischen Durch messers dieser Rohre - das ist der vierfache Flächen- querschnitt dividiert durch die Umfangslänge - der Strömungswiderstand für das das Rohr durch fliessende flüssige oder dampfförmige Medium ver hältnismässig gross ist.
Ausserdem ergeben sich ge ringe Werte für den Wärmeübergang von dem im Innern des Rohres fliessenden Medium auf das Rohr sowie auch ein vergleichsweise hoher Strömungs widerstand für das das Rohr aussenseitig beauf- schlagende, in der Regel gasförmige Medium.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen be kannten Wärmeaustauscherrohr von unrundem Quer schnitt mit diametral gegenüberliegenden Anström- kuppen ein insbesondere für luftgekühlte Wärme- austauscher bestimmtes, mit Rippen versehenes Wärmeaustauscherrohr zu schaffen, das sowohl dem das Rohr aussenseitig beaufschlagenden als auch das Rohr innenseitig durchströmenden Medium einen ge ringen Strömungswiderstand entgegensetzt und be sonders günstige Wärmeübergangseigenschaften be sitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das vorstehend beschriebene Wärmeaustauscherrohr erfindungsge mäss dadurch verbessert, dass die Anströmkuppen als Zylinderabschnitte ausgebildet sind, deren Radien etwa entsprechend dem 0,3- bis 0,4fachen der kleinen Achse des im Querschnitt etwa elliptischen Rohres bemessen sind.
Durch die Ausbildung der Anströmkuppen als Zylinderabschnitte von verhältnismässig grossem Ra dius, ergibt sich eine erhebliche Erleichterung bei der Herstellung der Rohre durch Kaltverformung, so dass Überbeanspruchungen des Materials, die eine Rissbildung oder bleibende Spannungen zur Folge ha ben könnten, nicht mehr auftreten können. Ausserdem hat die Ausbildung der Anströmkuppen gemäss der Erfindung eine erhebliche Vergrösserung des hydrau lischen Durchmessers und damit eine Verminderung des Strömungswiderstandes für das das Rohr durch fliessende - meist flüssige oder dampfförmige Medium zur Folge.
Gleichzeitig ergeben sich beson ders günstige Strömungseigenschaften des Rohres in bezug auf das es von aussen beaufschlagende gas förmige Medium. Eine weitere Verbesserung dieser Eigenschaften lässt sich dadurch erreichen, dass der grosse Durchmesser des etwa ellipsenförmigen Rohres etwa entsprechend dem 2,5fachen seines kleinen Durchmessers bemessen ist.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen: Fig. 1 eine seitliche Ansicht auf ein Wärme austauscherrohr mit aufgesetzten Rippen, Fig. 2 eine teils aufgeschnittene seitliche Ansicht nach der Linie I1-11 der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch das Rohr mit Aufsicht auf eine Rippe nach der Linie III-III der Fig. 1,
Fig. 4 die Massverhältnisse anhand eines schema tischen Querschnittes durch ein Wärmeaustauscher- rohr und Fig. 5 in grösserem Massstab einen Längsschnitt durch eine Verbindungsstelle zwischen einer Rippe und dem Wärmeaustauscherrohr.
Das Wärmeaustauscherrohr 1, das aus einem beliebigen Werkstoff bestehen kann, vorzugsweise jedoch aus Stahl hergestellt ist, besitzt - wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht - einen etwa elliptischen Querschnitt. Das Rohr 1 besitzt zwei diametral gegenüberliegende Anströmkuppen la, welche durch Zylindermantelabschnitte mit einem jeweils gleich grossen Radius r gebildet sind.
Die beiden zylinder- mantelförmigen Anströmkuppen la des Wärmeaus tauscherrohres 1 werden durch diese tangierenden Zylindermantelabschnitte von einem wesentlich grö sseren Radius R miteinander verbunden, so dass sich ein ellipsenähnlicher Querschnitt mit einer kleinen Achse<I>d</I> und einer grossen Achse<I>D</I> ergibt. Der Radius r der Anströmkuppen la ist so gewählt, dass er etwa das 0,3- bis 0,4fache - vorzugsweise das 0,35fache - der kleinen Achse d des Wärmeaus tauscherrohres beträgt.
Das Verhältnis der kleinen Achse<I>d</I> zur grossen Achse<I>D</I> des Wärmeaustauscher- rohres beläuft sich auf etwa 1:2,5, wobei eine Toleranz von 1011/o zulässig ist. Der Radius R der die Langseiten des ellipsenförmigen Rohrquerschnit tes bildenden Zylindermantelabschnitte ist vorzugs weise etwa entsprechend dem 9- bis 11fachen des Radius r der Anströmkuppen la bemessen.
Die Radien<I>r</I> und R sowie die Achsen<I>d</I> und<I>D</I> sind jeweils auf die Aussenabmessungen des Wärme austauscherrohres 1 bezogen.
Die auf das Rohr aufgesetzten rechteckigen Rip pen 2 sind mit einem Kragen 3 versehen, der das Rohr im Klemmsitz umschliesst. Der Kragen 3 be sitzt einen konischen Anzug, wodurch das Auf schieben der Rippe auf das Rohr erleichtert wird, anderseits aber die auf das Rohr aufgeschobene Rippe auf diesem einen festen Halt besitzt, so dass ein unbeabsichtigtes Verschieben ausgeschlossen ist. Ausserdem wird hierdurch ein im Querschnitt keil förmiger Hohlraum zwischen Rohrwandung und Rip penfuss für die Aufnahme des die Rippe mit dem Rohr verbindenden Lotes bzw. Klebstoffes gebildet.
Die endgültige Verbindung der auf das Rohr auf geschobenen Rippen mit diesem kann auf verschie dene Weise erfolgen. Einerseits ist es möglich, das Rohr mit den aufgeschobenen Rippen in ein Tauch- lötbad einzutauchen, wobei das Metall des Tauch- lötbades eine dauerhafte Verbindung zwischen der durch den Kragen 3 gebildeten Sitzfläche der Rippen und der Aussenfläche des Rohres herstellt. Der zwischen dem Kragen 3 und dem Rohr befindliche Raum wird hierbei völlig von dem Lötmetall aus gefüllt, so dass ein hervorragender Wärmeübergang zwischen Rohr und Rippe erzielt wird.
Durch ge eignete Oberflächenbehandlung der Rippen und gegebenenfalls auch der zwischen den Sitzflächen der Rippen befindlichen Teile des Rohres ist es sowohl möglich, diese Flächen von dem Metall des Lötbades freizuhalten als auch sie mit diesem zu überziehen, um dadurch zugleich mit der Lötung auf das Rohr und die Rippen eine Schicht aus dem Lötmetall auf zubringen, die einen wirksamen Schutz gegen Korro sion darstellt. Anderseits kann die Verbindung der Rippen mit dem Rohr auch derart erfolgen, dass das Rohr mit den aufgesetzten Rippen in eine stark ver dünnte Kunststofflösung eingetaucht wird. Nach dem Herausnehmen des Rohres aus der Lösung wird der am Rohr und an den Rippen haftende Kunststoff lösung das Lösungsmittel entzogen.
Hierbei bildet sich bereits auf den freien Oberflächen des Rohres und der Rippen eine dünne Kunststoffschicht, die einen wirksamen Schutz gegen Korrosion darstellt. Der zwischen dem Kragen 3 der Rippen und der Rohroberfläche befindliche Teil der Kunststofflösung, dem ebenfalls das Lösungsmittel entzogen wurde, vermindert hierbei sein Volumen so weit, dass es zur Ausfüllung des Zwischenraumes zwischen Kragen und Rohr nicht mehr ausreicht. Hiernach wird das Rohr, etwa durch Einpressen einer Druckflüssigkeit oder durch Durchziehen eines Dornes, aufgeweitet und hierbei der zwischen dem Kragen 3 der Rippen und der Oberfläche des Rohres befindliche Kunst stoff raumfüllend verformt, so dass er zwischen der Sitzfläche der Rippe und der Rohroberfläche einen dünnen, sämtliche Hohlräume ausfüllenden Film bildet.
Infolge seiner geringen Dicke behindert dieser Film den Wärmeübergang zwischen Rohr und Rippe nur so wenig, dass trotz dieser Zwischenlage wegen des völligen Fehlens von Hohlräumen zwischen Rohr und Rippe die Wärmeleitung besser ist, als dies der Fall wäre, wenn die Rippen durch einfaches Ruf weiten des Rohres ohne vorheriges Tauchen in die Kunststofflösung mit dem Rohr verbunden worden wäre. Darüber hinaus verhindert die zwischen den Kragen der Rippen und der Oberfläche des Rohres befindliche Kunststoffschicht das Eindringen irgend welcher korrodierend wirkender Medien in diesen Raum, so dass die gute Wärmeleitung zwischen Rohr und Rippen auf sehr lange Zeit erhalten bleibt.
Beim Eintauchen des mit Rippen versehenen Rohres in Löt- oder Kunststoffbäder werden, wenn - wie es in der Regel der Fall ist - das Innere des Rohres nicht mit einem Überzug versehen werden soll, dessen Enden durch geeignete Mittel, wie z. B. Gummikappen, verschlossen.
Die Abmessungen der Rippen 2 sind so gewählt, dass ihre Breite etwa das Zweifache und ihre Länge etwa das Vierfache der kleinen Achse d des Rohres 1 beträgt. Es hat sich gezeigt, dass man bei diesem Verhältnis zwischen den Abmessungen der Rippen und denen des ellipsenförmigen Rohres einen opti malen Wärmeübergang zwischen dem aussenseitig mit Rippen versehenen Rohr und dem das Rohr beauf- schlagenden gasförmigen Medium bei einem geringst- möglichen Materialaufwand für die Herstellung der Rippen erreicht. Die Dicke der Rippen wird so gewählt, dass sie etwa 11100 ihrer Breite beträgt.
Die Rippendicke hängt hierbei im übrigen auch von dem Wärmeleitvermögen sowie bis zu einem gewissen Grade auch von den Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes ab, aus dem die Rippen hergestellt sind. Bei Verwendung von Kupferrippen können diese im allgemeinen eine etwas geringere Stärke erhalten als bei Verwendung von Rippen aus Stahlblech.
Wie insbesondere aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, sind die z. B. aus Stahl oder Kupfer bestehenden Rippen 2 mit Distanzhaltern 4 versehen, die durch Ausstanzen aus dem Blech der Rippen 2 und durch Umbiegen des ausgestanzten Teils in eine zur Rippe senkrecht verlaufende Ebene gebildet werden. Die Rippen sind an ihren Füssen 4a, das sind ihre parallel zur Rippenebene verlaufenden freien Seiten, länger als an ihren mit den Rippen verbundenen Seiten. Dies hat zur Folge, dass die Füsse einer Rippe nicht in die Löcher, die in der benachbarten Rippe durch Aus stanzen der Distanzhalter 4 entstanden sind, eindrin gen können.
Ausserdem sind die Rippen mit Wirbel flächen 5 versehen, die - ebenso wie die Distanz halter 4 - durch Ausstanzen aus dem Blech der Rippe und Umbiegen des ausgestanzten Teils in eine senkrecht zur Rippe verlaufende Ebene gebildet sind. Sowohl die Distanzhalter 4 als auch die Wirbel flächen 5 verlaufen parallel zu den langen Seiten der Rippen. Sie liegen also, da das die Aussenseite des Rohres 1 beaufschlagende gasförmige Medium eben falls parallel zu den langen Seiten der Rippen 2 strömt, in der Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums.
In dieser Richtung sind sie in Abständen hintereinander angeordnet, wobei die Abstände so gewählt sind, dass die von den Distanzhaltern 4 wie auch von den Wirbelflächen 5 verursachten Wirbel felder einander ablösen, d. h. sich aneinander an schliessen. Die Wirbelbildung wird ferner dadurch günstig beeinflusst, dass die in der Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums aufeinanderfolgenden Distanzhalter und Wirbelflächen seitlich gegenein ander versetzt angeordnet sind.
Beim Durchströmen des gasförmigen Mediums durch die zwischen den etwa parallel und in geringem Abstand zueinander angeordneten Rippen 2 befind lichen Zwischenräume werden sowohl durch die Distanzhalter 4 und Wirbelflächen 5 als auch die Kanten der durch das Ausstanzen der Wirbelflächen und Distanzhalter in den Rippen 2 gebildeten Durch brechungen etwa entstehende laminare Grenzschich- ten, die den Wärmeübergang behindern könnten, ständig abgelöst und neue Anlaufstrecken gebildet.
Durch die vorstehend beschriebene Anordnung und Ausbildung der Wirbelflächen wird erreicht, dass die von ihnen erzeugten Wirbelfelder sich aneinander anschliessen. Die hierdurch erzielte intensive Wirbe- lung hat einen erheblich besseren Wärmeübergang zwischen dem gasförmigen Medium und dem Rohr zur Folge, als dies bei laminarer Strömung der Fall wäre.