Wärmeaustauschelement Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärme austauschelement mit flüssigkeitsdurchflossenen Roh ren, welche mit quer zu den Rohren von Gas be strichenen Rippen versehen sind.
Es ist bekannt, für den Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten entsprechend den geringeren Wärmeübergangszahlen auf der Gasseite, Rippen rohre für den Bau von Wärmetauschern zu verwen den. Es liegen verschiedene Vorschläge über die Aus gestaltung der Rippen und deren Anordnung sowie der die Flüssigkeit führenden Rohre vor. Es sind z. B kreisförmige Rippen mit einer gegen die Peri pherie abnehmbare Materialstärke bekannt.
Es ist ferner bekannt, rechteckförmige Rippen zu verwen den, wobei die Rippenfläche senkrecht zur Gas strömungsrichtung gewellt ist oder verschiedenför- mige Ausbuchtungen aufweist. Es wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen, Lappen aus der Rippenfläche heraus in den Gasstrom aufzubiegen, um dadurch erhöhte Turbulenz und damit besseren Wärmeüber gang auf der Gasseite zu erzielen.
All die vorgeschlagenen und heute gebräuchli chen Lösungen haben den Nachteil, dass sie entweder unwirtschaftlich sind, was zum Teil für die kreis runden Rippen zutrifft, oder dass sie im Verhältnis zum erzielten Wärmeübergang zu hohen Druckver lust aufweisen. Dies gilt insbesondere, wenn quer zur Gasströmung Rippenflächenteile ausgebuchtet oder aufgebogen werden. Zudem können die so de- formierten Anlass zu Verschmutzun- gen und damit Verschlechterung des Wärmeüber ganges geben. Schmutzablagerungen können auch er hebliche Korrosionszerstörungen von Rippenflächen bewirken.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nach teile zu vermeiden. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass Rippenflächen mit Ausnehmungen versehen sind. Auf diese Weise entstehen keine Verengungen des gasseitigen Strömungsquerschnittes oder eine starke Ablenkung der Gasströmung. Es ergibt sich ein kleinstmöglicher Druckverlust.
Durch die Unter brechung der Rippenfläche durch Ausnehmungen wird die an der Rippenoberfläche sich bildende Grenzschicht des strömenden Gases unterbrochen und llediglich in der Grenzschicht eine erhöhte Turbulenz erzeugt. Dadurch wird der Wärmeübergang entspre chend erhöht.
Eine Verbesserung dieses Effektes kann dadurch erreicht werden, dass die Rippe leicht aus ihrer senk rechten Stellung gegenüber der Rohrachse abgedreht wird, so dass ein spitzer Winkel zwischen der An strömungsrichtung des Gases und der durchlöcher ten Rippenfläche entsteht.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Rippenrohr, Fig. 2-4 verschiedene Ausführungen von Rippen.. Ein die Flüssigkeit führendes Rohr 1 ist mit parallel zueinander angeordneten Rippen 2 versehen In den Fig. 2-4 sind, mögliche Anordnungen und Formen von Ausnehmungen 3 und Löchern angege ben, z. B. kreisrunde Öffnungen 4, welche in der Rippenfläche gleichmässig über diese verteilt sind.
Diese Anordnung ergibt auf der ganzen Rippen fläche Erhöhung der Turbulenz, hat aber den Nach teil, dass die Wärmeleitung in der Rippe durch relativ viele Öffnungen 4 in der Nähe des Rohres 1 etwas beeinträchtigt wird.
In Fig. 3 sind quadratische Löcher 5 derart auf der Rippenfläche verteilt, dass die Anzahl Löcher pro Flächeneinheit von der Peripherie der Rippe 2 gegen das Rohr 1 hin abnimmt. Auf diese Weise wird die Wärmeleitung in der Rippe 2 gegen das Rohr 1 hin verbessert.
In Fig. 4 ist eine Möglichkeit der Ausbildung schlitzförmiger Ausnehmungen 3 von der Rippenperi pherie gegen das Rohr 1 hin. dargestellt, wobei die Querabmessung der Schlitze 3 gegen das Rohr 1 hin abnimmt, wodurch der wärmeleitende Quer schnitt der Rippe 2 gegen das Rohr 1 hin wesentlich verbessert werden kann.
Für die Erzeugung einer genügenden Turbulenz sollen die Abmessungen der Ausnehmungen und Löcher in Richtung 7 der Gas strömung mindestens zehnmal der Wandstärke der Rippe 2 entsprechen. Die Flächen der Rippen können bezüglich der Axe des Rohres 1 einen Winkel ein schliessen, welcher kleiner ist als 90 .
Heat exchange element The present invention relates to a heat exchange element with fluid-flowed pipes, which are provided with ribs coated with gas across the pipes.
It is known to use for the heat exchange between gases and liquids according to the lower heat transfer coefficients on the gas side, finned tubes for the construction of heat exchangers. There are various proposals on the design of the ribs and their arrangement and the pipes carrying the liquid. There are z. B circular ribs with a removable material thickness against the periphery known.
It is also known to use rectangular ribs, the rib surface being corrugated perpendicular to the gas flow direction or having differently shaped bulges. It has also already been proposed to bend flaps out of the rib surface into the gas flow in order to achieve increased turbulence and thus better heat transfer on the gas side.
All of the proposed and now common solutions have the disadvantage that they are either uneconomical, which is partly true for the circular ribs, or that they have too high pressure loss in relation to the heat transfer achieved. This applies in particular when parts of the rib surface are bulged or bent up transversely to the gas flow. In addition, the deformed ones can give rise to soiling and thus worsen the heat transfer. Dirt deposits can also cause considerable corrosion damage to rib surfaces.
The present invention aims to avoid these parts after. It is characterized by the fact that rib surfaces are provided with recesses. In this way, there are no constrictions in the gas-side flow cross section or a strong deflection of the gas flow. The result is the smallest possible pressure loss.
As a result of the interruption of the rib surface by recesses, the boundary layer of the flowing gas that is forming on the rib surface is interrupted and increased turbulence is only generated in the boundary layer. This increases the heat transfer accordingly.
This effect can be improved by slightly turning the rib from its perpendicular position relative to the pipe axis, so that an acute angle is created between the direction of flow of the gas and the perforated surface of the rib.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are then explained with reference to figures. 1 shows a longitudinal section through a ribbed tube, FIGS. 2-4 various designs of ribs. A tube 1 carrying the liquid is provided with ribs 2 arranged parallel to one another. FIGS. 2-4 show possible arrangements and shapes of recesses 3 and holes indicated, z. B. circular openings 4, which are evenly distributed over this in the rib surface.
This arrangement results in an increase in the turbulence over the entire rib area, but has the disadvantage that the heat conduction in the rib is somewhat impaired by a relatively large number of openings 4 in the vicinity of the tube 1.
In FIG. 3, square holes 5 are distributed on the rib surface in such a way that the number of holes per unit area decreases from the periphery of the rib 2 towards the tube 1. In this way, the heat conduction in the rib 2 towards the tube 1 is improved.
In Fig. 4 is a possibility of forming slot-shaped recesses 3 of the Rippenperi pherie against the tube 1 out. shown, wherein the transverse dimension of the slots 3 decreases towards the tube 1, whereby the heat-conductive cross-section of the rib 2 against the tube 1 can be significantly improved.
For the generation of sufficient turbulence, the dimensions of the recesses and holes in the direction 7 of the gas flow should correspond to at least ten times the wall thickness of the rib 2. The surfaces of the ribs can form an angle with respect to the axis of the tube 1 which is smaller than 90.