DE1077410B - Konvektor - Google Patents

Description

• Konvektor Die Erfindung betrifft einen Konvektor, dessen im unteren Teil eines senkrechten Luftschachtes angeordneter Wärmetauscher aus einem oder mehreren Kernrohren mit zueinander gleichlaufenden Rippen besteht. Die Erfindung besteht in der gemeinsamen Anwendung folgender Merkmale: a) Die Rippen sind in bekannter Weise als Kurzrippen in mehreren Reihen versetzt hintereinander angeordnet und derart bemessen, daß ihre Ausdehnung in Strömungsrichtung der Luft ebenfalls in bekannter Weise weniger als 40 mm, vorzugsweise weniger als 20 mm beträgt; b) die Kurzrippen verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und machen den überwiegenden Teil der gesamten Heizfläche des Wärmetauschers aus, und c) das Verhältnis des Abstandes nebeneinanderliegender Rippen zur Summe der Ausdehnung der Einzelrippen in Strömungsrichtung der Luft ist größer als 1 :8,5.
• Kurzrippen sind in der Heizungstechnik beispielsweise bei Rekuperatoren und Kesseln bekannt. Die Anwendung von Kurzrippen bei Konvektoren gemäß der Erfindung führt zu einer überraschend großen Verbesserung der Leistung derartiger Heizkörper, insbesondere des spezifischen Wärmeübergangs: Die Wärmetauscher bekannter Konvektoren besitzen teilweise ebenfalls Rippen; diese sind jedoch als durchgehende Langrippen ausgebildet, beispielsweise in Form von Blechlamellen, die auf ein Rohr aufgeschoben sind, oder in Form eines schraubenlinienartig über ein Rohr gewickelten Bleches. Es gibt auch Bauarten, bei denen die Lamellen oder Rippen mit Durchbrechungen oder Ausbiegungen versehen sind. Die hierdurch entstehenden Rippenabschnitte sind länger als 60 mm und/oder machen nur einen kleinen Teil der gesamten Rippenheizfläche aus.
• Der Wärmeübergang der bekannten Heizkörper setzt sich zusammen aus der Konvektion durch freie Auftriebsströmung und zu einem nicht unerheblichen Teil aus Wärmestrahlung. Bei den Konvektoren dagegen ist der Strahlungsanteil nahezu ausgeschaltet. Bei den bisher bekannten Konvektoren ist die Vergrößerung des konvektiven Wärmeüberganges im all-'e.meinen nicht so groß, daß dadurch der Verlust an Strahlungswärme ausgeglichen wird. Die Konvektoren erreichen daher nur selten die Wärmedurchgangszahlen der üblichen Heizkörper.
• Der Wärineübergangswert durch Konvektion ist für den thermischen und aerodynamischen Anlaufbereich durch folgende Formel bestimmt: Hierin ist u die Luftgeschwindigkeit zwischen den Rippen, b die in Strömungsrichtung der Luft gemessene Tiefe der Rippen und c eine Konstante.
• Da die Heizmitteltemperatur und die Schachthöhe für einen bestimmten Konvektor festliegen, ist auch die Luftgeschwindigkeit u im wesentlichen unveränderlich. Der Wärmeübergang läßt sich also in einem nennenswerten Umfang nur durch Verringerung der Rippentiefe b gemäß vorstehender Formel vergrößern. Die in Strömungsrichtung der Luft gemessene Tiefe b der Rippen wird daher nach der Erfindung bis an die Grenze des technisch möglichen und wirtschaftlich tragbaren verringert.
• Da für den Wärmeübergang a im Hinblick auf die bekannten Heizkörper und Konvektoren die absolute Größe interessiert, muß auch die absolute Größe der Rippentiefe beachtet werden. Die eindeutige Bestimmung von kurzen Rippen erfolgt daher durch Zahlenangabe. Wie die Formel zeigt, steigt der spezifische Wärmeübergang mit der reziproken Wurzel aus der Rippentiefe, die Heizfläche dagegen vermindert sich proportional mit der Tiefe der Rippen. Insgesamt wird also die Verkürzung der Rippen immer eine Verringerung der Gesarntheizleistung mit sich bringen; daher wird nach der Eifindung durch Anordnung von mehreren Kurzrippenreihen hintereinander die Gesamtheizleistung erhöht.
• Es ist hervorzuheben, daß für die Heizleistung eines Konvektors nach der Erfindung der Wärmeübergang an den Kurzrippen entscheidend ist. Der Wärmeübergang an den anderen Heizflächen, wie an den Kernrohren, Naben, Sammelgefäßen, ist von untergeordneter Bedeutung. Es ist daher von größter Wichtigkeit, daß die Kurzrippenheizfläche den überwiegenden Anteil an der Gesamtheizfläche hat.
• An einem Konvektor nach den Merkmalen der Erfindung wurden Wärmedurchgangszahlen, d. h., k-Werte von mehr als 15 kcal/m=h °C gemessen, und zwar bezogen auf die Heizfläche des gesamten Konvektors. Diese Wärmedurchgangszahlen liegen bei etwa dem Doppelten der bisher üblichen Werte. Ein derartiger Konvektor kommt für eine bestimmte Heizleistung mit einem Bruchteil an Heizfläche aus, wodurch sich ein erheblich verringertes Gewicht und Bauumfang sowie größere Spaltweiten ergeben. Die geringeren Heizflächen und größeren Spaltweiten vermindern die Neigung zur Staubablagerung und verbessern die Reinigungsmöglichkeit.
• An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele ist die Erfindung erläutert. Fig. 1 stellt einen Konvektor schematisch im senkrechten Querschnitt dar. Der Wärmetauscher 1 liegt am unteren Ende des Auftriebschachtes 1, welcher durch die Wände 3 gebildet wird. Die zu erwärmende Luft tritt bei 4 in den Schacht ein, wird durch den Wärmetauscher 1 erwärmt, durchströmt den Auftrieb-Schacht 2 und tritt am oberen Ende des Schachtes bei 5 aus dem Konvektor in den zu beheizenden Raum. Die Höhe des Wärmetauschers braucht nur einen Bruchteil der Gesamthöhe des Schachtes auszumachen, und zwar infolge der verbesserten Wärmeübergänge, der Baustoffersparnis und der verbesserten Reinigungsmöglichkeit. Die Fig. 2 bis 16 zeigen Bauarten des Wärmetauschers 1 mit verschiedenen Kurzrippenanordnungen aus Blech, die Fig. 17 bis 23 Wärmeaustauscher aus Gußeisen.
• Im grundsätzlichen besteht der Wärmetauscher nach der Erfindung aus den Kernrohren 6, den Blechlamellen 7 oder den Blechrippen 8 und gegebenenfalls den Sammelkästen 9 (Fig. 5) und den Naben 10 (Fig. 14). Bei Bußeisernen Wärmetauschern treten an die Stelle der Blechrippen Bußeiserne Rippen. Die Kernrohre, durch welche das wärmeabgebende Mittel strömt, haben in erster Linie die Aufgabe, den Blech-oder Gußrippen die Wärme zuzuführen- Für den Wärmeübergang selbst sind sie von untergeordneter Bedeutung.
• Die Fig. 2 bis 4 zeigen einen Wärmetauscher ähnlich den bisher üblichen Bauarten im Querschnitt, im Seitenschnitt und in der Draufsicht mit kreisrunden Kernrohren. Zwischen den Kernrohren 6 sind die Blechlamellen 7 in gleichen. Abständen quer zur Strömung geschlitzt. jede zweite der so gebildeten Streifen ist gemäß Fig. 3 und 4 herausgebogen, wodurch sich die Anordnung mit den Kurzrippen 8 ergibt.
• Die Fig.5 bis 7 zeigen einen ähnlichen Wärmetauscher, jedoch mit ovalen Kernrohren 6, wobei die Rippen 8 so entstehen, daß die Blechstreifen wechselseitig versetzt abgebogen sind. In Fig. 5 sind die seitlichen Sammelgefäße 9 sichtbar. Durch eine Unterteilung der Blechlamellen 7 in mehrere hintereinandergestaffelte Reihen von Kurzrippen 8 wird der Wärmeübergang der bisherigen Wärmetauscher mit glatten und durchgehenden Blechlamellen bei gleicher Heizfläche wesentlich verbessert.
• Die Fig. 8 bis 10 zeigen in der Seitenansicht, im senkrechten Querschnitt und in der Draufsicht einen Wärmetauscher aus einem flachen Kernrohr 6 mit aufgesetzten U-förmigen Blechlamellen. Die Schenkel dieser U-förmigen Lamellen sind quergeschlitzt, wodurch sich mehrere einzelne kurze Streifen ergeben. jeder einzelne U-Streifen, dessen Schenkel die Rippen 8 ergeben, ist gegenüber dem vorhergehenden und nachfolgenden Streifen versetzt aufgebog°n.
• Die Fig. 11 bis 13 zeigen einen ähnlichen Wärmetauscher wie die Fig. 8 bis 10, nur daß hier die Rippenanordnungen durch quer zur Strömungsrichtung der Luft angeordnete, wellenförmig gebogene Streifen 11 gebildet sind. Es handelt sich um mehrere getrennte Einzelstreifen 11, deren Stege = Rippen 8 jeweils versetzt zu jenen der benachbarten Streifen angeordnet sind.
• Die Fig. 14 bis 16 zeigen einen Wärmetauscher in Gliederbauweise. Jedes Glied besteht aus den beiden Blechwänden 12, die durch Falzen zu dem Kernrohr 6 verbunden sind. Zwischen den benachbarten Kernrohren befinden sich die Kurzrippen 8, die, ähnlich wie in Fig. 11 bis 13 gezeigt, aus mehreren einzelnen und wellenförmig gebogenen Blechstreifen 11 gebildet sind. Heizmittelseitig werden die Kernrohre 6 durch die Naben 10 verbunden.
• Die Fig. 17 und 18 zeigen einen Wärmetauscher aus Gußeisen in der Seitenansicht und im senkrechten Querschnitt. Auf dem Kernrohr 6 sind flache Kurzrippen 8 angeordnet.
• Die Fig. 19 bis 21 zeigen einen Bußeisernen Wärmetauscher in Gliederhauweise im Längsschnitt und im Querschnitt. Fig. 19 stellt den Einbau dieses Wärmetauschers in einen Konvektorschacht dar. Die Kurzrippen 8 sind auf dem Kernrohr 6 angeordnet, das in die Nahe 10 einmündet. Die so gebildeten Einzelglieder können in bekannter Weise an den Naben 10 zu Wärmetauschern von beliebiger Gliederzahl verbunden werden. Bei der in Fig. 20 gezeigten Bauart des Wärmetauschers ist der Rippenabstand so bemessen, daß die Spaltweite 13 in der Nähe der unteren Nabe kleiner ist als jene, 14, in der Nähe der oberen Nabe. Hierdurch ergibt sich bei den verschiedenen wirksamen Auftriebshöhen über dem Wärmetauscher eine gleichmäßige Erwärmung der eintretenden Luft.
• Neben dem Wärmetauscher und dem Auftriebschacht 2 besteht der in Fig. 19- gezeigte Konvektor aus der Vorderwand 15, der schwenkbaren Luftklappe 16, die zugleich als Reinigungsöffnung dient, und der Rückwand 17. Die Luft tritt durch die vordere, untere Öffnung 4 in den Konvektorschacht ein und bei 5 am oberen Schachtende aus. Die Leitvorrichtungen 18 am oberen Schachtende lenken die Luft nach vorn oben in den zu beheizenden Raum.
• Die Fig. 22 zeigt eine Bußeiserne Bauart von Langrippen, die Fig. 23 desgleichen für Kurzrippen. Bei gleicher Gesamttiefe und gleichem gesamtem Bauumfang haben beide Rippenarten etwa die gleiche Gesamt-Heizleistung. Neben der offensichtlichen Gewichts- und Heizflächenersparnis kann der Darstellung entnommen werden, daß die lichten Luftquerschnitte 20 bei den Kurzrippen wesentlich größer sind als diej enigen,19,bei den Langrippen. Große lichteLuftquerschnitte sind aber Voraussetzung für einen Konvektor mit großer Luftumwälzung. Um den vergrößerten lichten Luftquerschnitt 20 voll ausnutzen zu können, ist es erforderlich, daß bei, der mehrreihigen Kurzrippenanordnung die einzelnen Rippenreihen sich nicht überlappen und derart mit einem Abstand 21 hintereinander angeordnet sind, daß die Durchtrittquerschnitte 22 zwischen den Rippenreihen mindestens gleich oder größer sind als die Hälfte der Querschnitte 20.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Konvektor, dessen im unteren Teil eines senkrechten Luftschachtes angeordneterWärmetauscher aus einem oder mehreren Kernrohren mit zueinander gleichlaufenden Rippen besteht, gekennzeichnet durch die Vereinigung nachstehender Merkmale: a) Die Rippen sind in bekannter Weise als Kurzrippen in mehreren Reihen versetzt hintereinander angeordnet und derart bemessen, daß ihre Ausdehnung in Luftströmrichtung ebenfalls in bekannter Weise weniger als 40 mm, vorzugsweise weniger als 20 mm, beträgt, b) die Kurzrippenflächen verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und machen den überwiegenden Teil der gesamten Heizfläche des Wärmetauschers aus, und c) das Verhältnis des Achsabstandes nebeneinanderliegender Rippen zur Summe der Ausdehnung der Einzelrippen in Luftströmrichtung ist größer als 1:8,5.
2. 2. Konvektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (8) auf dem Kernrohr (6) des Wärmetauschers aus Blech bestehen und in bekannter Weise durch gleichlaufende Einschnitte in Blechlamellen (7) und Ausbiegen der Blechstreifen zwischen diesen Einschnitten nach einer oder abwechselnd nach beiden Seiten gebildet werden (Fig. 2 bis 7).
3. 3. Konvektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (8) auf dem Kernrohr (6) des Wärmetauschers aus U-förmigen Blechstreifen bestehen, die in Luftströmrichtung gegeneinander versetzt sind (Fig. 8 bis 10).
4. 4. Konvektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dali die Rippen (8) auf die Kernrohre (6) als quer zur Luftströmrichtung wellenförmig verlaufende Blechstreifen (11) aufgesetzt und die etwa senkrecht zu den Kernrohrseitenflächen verlaufenden, als Rippen wirkenden Blechstreifen streifenweise zueinander versetzt angeordnet sind (Fig. 11 bis 13).
5. 5. Konvektor nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei oder mehr Kernrohren die wellenförmigen Blechstreifen (11) zwischen den Wänden (12) benachbarter Kernrohre angeordnet sind (Fig. 14 bis 16).
6. 6. Konvektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei verschiedenen Auftriebshöhen im Luftschacht die Rippenabstände quer zur Luftströmrichtung im Bereich der größeren Auftriebshöhe kleiner als die im Bereich der kleinerenAuftriebshöhe gehalten sind (Fig.19,20).
7. 7. Konvektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander versetzten Rippenreihen auf den Kernrohren (6) in Luftströmrichtung mit solchem Abstand (21) voneinander angeordnet sind, daß der freie Luftdurchtrittquerschnitt (20) zwischen den Rippen beim übergang von einer Rippenreihe zur nächsten erhalten bleibt (Fig. 23). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 833 163; deutsche Patentanmeldung A 2342 I b/ 7 b" 16/20 (bekanntgemacht am 5. November 1953) ; Prospekt Nr. 242 »Wirtschaftlicher Betrieb, Luftvorwärmung, Gasvorwärmung durch VEW-Rekuperator aus Gußeisen« der Vereinigten Economiser-Werke G. m. b. H., Hilden/Rhein; Zeitschrift »Die Wärme« vom 6. Februar 1937, S.83, Abb. 1; CRUR vom Juni 1928, S. 489, 490, besonders letzter Absatz, linke Spalte S. 490.