DE1116248B - Waermeaustauscher mit einem Mantelrohr und einem darin befindlichen Laengsrippenrohr - Google Patents

Waermeaustauscher mit einem Mantelrohr und einem darin befindlichen Laengsrippenrohr

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DE1116248B
DE1116248B DEB58000A DEB0058000A DE1116248B DE 1116248 B DE1116248 B DE 1116248B DE B58000 A DEB58000 A DE B58000A DE B0058000 A DEB0058000 A DE B0058000A DE 1116248 B DE1116248 B DE 1116248B
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DE
Germany
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tube
heat exchanger
ribs
jacket
finned tube
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Pending
Application number
DEB58000A
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English (en)
Inventor
John W Brown Jun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brown Fintube Co
Original Assignee
Brown Fintube Co
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Publication date
Priority to US1116248XA priority Critical
Application filed by Brown Fintube Co filed Critical Brown Fintube Co
Publication of DE1116248B publication Critical patent/DE1116248B/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F28F1/14Tubular 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 longitudinally
    • F28F1/20Tubular 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 longitudinally the means being attachable to the element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00Air heaters
    • F24H3/02Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/08Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes
    • F24H3/087Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes using fluid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements

Description

  • Wärmeaustauscher mit einem Mantelrohr und einem darin befindlichen Längsrippenrohr Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeaustauscher und richtet sich insbesondere auf mit hohen Temperaturen betriebene Wärmeaustauscher, in denen ein zu erwärmendes Medium in einem Ringraum zwischen einem Außenmantel und einem Innenrohr strömt, das in Längsrichtung verlaufende Außenrippen aufweist.
  • Wärmeaustauscher dieser Art verwendet man häufig als Heizvorrichtungen zur Aufheizung von Luft oder anderen Gasen und verschiedenen Flüssigkeiten auf vergleichsweise hohe Temperaturen. Das zu erwärmende Medium strömt in dem Ringraum zwischen dem Außenmantel und dem Rippenrohr, während die Wärme durch einen Gas- oder Ölbrenner erzeugt wird, der seine Verbrennungsgase unmittelbar in das Innere der Vorrichtung abgibt. Gegebenenfalls. kann die Beheizung auch durch eine entsprechend hohe Temperaturen liefernde elektrische Heizvorrichtung od. dgl. erfolgen. Bis jetzt war es üblich, die Rippen auf dem inneren Rippenrohr kurz vor dem Einlaß- und Auslaß enden zu lassen, um derart Ringzonen zu schaffen, in denen das eintretende bzw. austretende Medium in Umfangsrichtung um das Rippenrohr strömen kann. Am Einlaßende wird das Medium in die durch die Rippen gebildeten Längskanäle verteilt, und am Auslaßende der Heizvorrichtung strömt das aus den Kanälen kommende Medium um das Rohr und erreicht den seitlich angeordneten Auslaß.
  • Diese Anordnung der Längsrippen bringt Schwierigkeiten mit sich, da das Fehlen der Rippen an den Enden des Innenrohres zu einem verminderten Wärmeübergang der über den Umfang verlaufenden Strömung in diesen Zonen führt. Da das zu beheizende Medium in diesen Zonen weniger Wärme dem Rippenrohr abnimmt, ergibt sich ein örtlicher Temperaturanstieg im Rippenrohr. Es ist somit nicht nur der Wärmeübergang vermindert, sondern es kann in bestimmten Einrichtungen die Temperatur des Rippenrohres so hoch werden, daß die Lebensdauer des Rohres beträchtlich verkürzt wird oder das Rohr aus einer teuren wärmebeständigen Legierung statt aus gewöhnlich niedriglegiertem Stahl hergestellt werden muß. Das Problem ist von besonderer Bedeutung in Heizvorrichtungen, bei denen ein Gas- oder Flüssigkeitsbrenner an ein Ende des Austauschers angeschlossen ist, so daß das Rippenrohr selbst als Brennkammer für den Brenner dient. Bei Gegenstromwärmeaustauschern dieser Anordnung liegt der Auslaß aus dem Ringraum in der Nähe der Zone, wo der Brenner die meiste Wärme dem Rippenrohr zuführt. Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Wärmeaustauschers der oben gekennzeichneten allgemeinen Art, in dem die in Längsrichtung verlaufenden Wärmeleitrippen sich durch die Zone der Randströmung am Einlaß und/ oder Auslaßende erstrecken, so daß der Wärmeübergang in diesen Zonen über die bisher bekannten Werte gesteigert wird und die Leistung des Wärmeaustauschers sowie die Lebensdauer des Rippenrohres gesteigert werden. Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, daß die Rippen des Rippenrohres sich in den Bereich unter den Anschlüssen erstrecken und in diesem Bereich mit Löchern versehen sind, durch die das im Ringraum vorhandene Medium über den Umfang in die Anschlüsse .strömen kann. Weiter richtet sich die Erfindung auf die Herstellung eines Wärmeaustauschers der eingangs gekennzeichneten Art mit tragbaren Herstellungskosten.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen in Fig. l einen Teillängsschnitt eines beheizten Wärmeaustauschers gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig.2a einen vergrößerten Teilschnitt durch ein Rippenglied im Bereich der Randströmung, Fig. 3 in perspektivischer Darstellung ein einzelnes Rippenglied vor seiner Anbringung auf dem Rippenrohr.
  • Wie man aus der Zeichnung erkennt, enthält eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ein Mantelrohr 10 mit einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12, die an den Enden des Mantelrohres seitlich auf dessen Wandung aufgesetzt sind und mit dem Inneren des Rohres in Verbindung stehen. Das Mantelrohr ist ferner mit einer Dehnungsfalte 13 versehen und ruht auf Trägern 14, 15 und 16, wobei die Träger 15 und 16 mit Rollen versehen sind, die eine Ausdehnung des Mantelrohres ermöglichen.
  • Innerhalb des Mantelrohres 10 befindet sich ein Rohr 20, das auf seiner Außenseite eine Reihe von U-Profilrippen 21 trägt, die auf dem Rohr beispielsweise aufgeschweißt sind. Die Rippen erstrecken sich in Längsrichtung im wesentlichen über die gesamte Länge des Rohres 20 und reichen in radialer Richtung in unmittelbare Nachbarschaft der Innenfläche des Mantelrohres 10. Jedes Ende des Rippenrohres ist mit dem Mantelrohr durch Verbindungen 22 und 23 verbunden, so daß zwischen dem Rippenrohr 20 und dem Außenmantel ein Ringraum entsteht. Bei 22 ist die Verbindung durch eine übliche Packung hergestellt, während bei 23 eine Flanschverbindung angedeutet ist. Die Verbindungen können in beliebiger Weise hergestellt sein. Falls eine Reinigung des Rippenrohres nicht erforderlich ist, kann die Verbindung auch an beide Rohre geschweißt sein.
  • An einem Ende des Rippenrohres befindet sich ein Brenner 25 für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff. Beispielsweise greift der Brenner 25 durch eine Isolierplatte 26, die an einem Flansch 27 in der Nähe des Auslasses 12 am Rippenrohr befestigt ist. Die Verbrennung erfolgt innerhalb des Rippenrohres, wobei die Verbrennungsgase in der Nähe des Auslasses 12 eine sehr hohe Temperatur aufweisen und auch eine hohe Strahlungswärme auf die Innenoberfläche des Rippenrohres in diesem Bereich abgegeben wird. Da die Gase sich in Längsrichtung des Rippenrohres bewegen, ist der Wärmeübergang durch Strahlung von untergeordneter Bedeutung. Er erfolgt vielmehr durch Konvektion, wobei die Temperatur der Gase allmählich absinkt. An den in der Nähe des Einlasses 11 liegenden Enden des Rippenrohres sind geeignete Anschlüsse für einen Rauchgasabzug 29 vorgesehen. Auf diese Weise erhält man einen Gegenstromwärmeaustauscher, der besonders dann zweckmäßig ist, wenn die Austrittstemperaturen des zu erwärmenden Mediums sehr hoch sein sollen. Selbstverständlich kann die Heizvorrichtung auch als Gleichstromgerät betrieben werden.
  • Die bis jetzt beschriebenen Elemente des Wärmeaustauschers sind von üblicher Ausführungsform. Bei den bekannten Wärmeaustauschern enden die Längsrippen 21 jedoch kurz vor dem Auslaß 12, um eine Verteilerzone zu schaffen, so daß die erwärmte Luft od. dgl. über den Umfang des Rippenrohres aus den durch die Rippen gebildeten Kanälen austreten und den seitlich liegenden Auslaß erreichen kann. Bei dieser Anordnung treten jedoch, insbesondere bei einem unmittelbar beheizten Wärmeaustauscher, wie beim gewählten Ausführungsbeispiel, ernsthafte Überhitzungen des Rippenrohres in der Nähe des Auslaßbereiches des Mantels 10 auf, weil der verminderte Wärmeübergang auf der Außenseite des Rippenrohres und der hohe Wärmeeingang auf der Innenseite des Rippenrohres nicht miteinander in Einklang stehen. Das Rohr wird deshalb in dem rippenlosen Bereich heißer als in dem mit Rippen versehenen Bereich, so daß starke thermische Spannungen in das Rohr eingeleitet werden und es zusätzlich zu Korrosion und anderen Schädigungen infolge der hohen Temperaturen kommt. Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, daß man im rippenlosen Bereich auf das Rippenrohr Stifte aufschweißt. Diese Stifte haben sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen und erfordern darüber hinaus beträchtlich höhere Kosten bei der Herstellung des Wärmeaustauschers.
  • Nach der vorliegenden Erfindung hören die Rippen 21 an der Innenkante der Öffnung 30 für den Auslaß 12 nicht auf, sondern erstrecken sich wenigstens über die gesamte Öffnung und vorzugsweise etwas darüber hinaus, wie man aus den Zeichnungen erkennt. In dieser Zone sind jedoch die Rippenglieder 21 mit Löchern 31 versehen, die, wie man insbesondere aus Fig. 2 und 3 erkennt, eine über den Umfang des Rippenrohres verlaufende Bahn für das zu beheizende Medium in der Verteilerzone schaffen, die in den Auslaß 12 ausmündet. Vorzugsweise nehmen die Öffnungen etwa die Hälfte der Gesamtfläche der Rippen ein, jedoch kann dieses Verhältnis beträchtlich schwanken. Die in der Zeichnung wiedergegebenen Öffnungen sind rund, jedoch kann man selbstverständlich auch- -ovale, rechteckige oder andere Formen für die Öffnungen vorsehen. Die Öffnungen liefern einen angemessenen Durchlaß für das um das Rippenrohr strömende Medium und dabei eine ausreichend große Oberfläche, so daß zwischen den Rippen und dem um die Rippen und durch die Rippen strömenden Medium ein ausreichender Wärmeaustausch stattfinden kann. Wegen der Zunahme der Turbulenz in der Verteilerzone ist die Wärmeaustauschgeschwindigkeit in diesem Bereich des Rippenrohres ungefähr genau so groß wie in den Bereichen, in denen sich keine Löcher befinden. Auf diese Weise wird die Leistung und Wärmetauschfähigkeit des Wärmeaustauschers wesentlich gesteigert, und gleichzeitig verhindert der intensive Wärmeübergang auf das zu erwärmende Medium durch die gelochten Teile der Rippen eine Überhitzung der Rippenrohre in dieser Zone. Die Temperatur des Rippenrohres ist in diesem Bereich im Vergleich. zur Temperatur des Rohres in einer ähnlichen Heizvorrichtung, wo die Rippen kurz vor dem Auslaß aufhören, wesentlich vermindert, so daß sich auch eine entsprechende Herabsetzung der Korrosion und der thermischen Beanspruchungen im Rippenrohr ergeben.
  • Vorzugsweise haben die Rippen die Form von U-Profilen, wie man aus Fig. 3 erkennt, und setzen sich aus einem Paar von Rippenteilen 33 und einem Bodenteil 34 zusammen. Bei 31 sind die Rippen mit Löchern versehen, während der Bodenteil 34 ungelocht bleibt. Die Löcher sind vorzugsweise aus dem Metall herausgestanzt, aus dem die Rippen hergestellt werden, und zwar solange das Rippenmetall noch in Form eines flachen Bandes vorliegt. Dann werden die Rippen in die Profilform gebogen und in bekannter Weise auf die Außenwand des Rippenrohres aufgeschweißt. Die Löcher in den Rippen beeinträchtigen den Schweißvorgang nicht, daher lassen sich die erfindungsgemäßen Verbesserungen bei Wärmeaustauschern mit geringen zusätzlichen Kosten und ohne zusätzliche Ausrüstung für den Schweißvorgang erzielen.
  • Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes enden die Rippen 31 kurz vor dem Einlaß. Selbstverständlich kann man für bestimmte Verwendungszwecke auch in der Nähe des Einlasses gelochte Rippen vorsehen. Je nach den Gegebenheiten, beispielsweise hinsichtlich der Art der Beheizung und der Natur des zu erwärmenden Mediums, kann es auch erforderlich werden, gelochte Rippen nur in der Nähe des Einlasses anzuordnen, in der Nähe des Auslasses die Rippen aber vorher enden zu lassen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmeaustauscher mit einem Mantelrohr, mit einem innerhalb des Mantelrohres angeordneten Rippenrohr, das mit dem Mantelrohr einen Ringraum bildet und in Längsrichtung verlaufende Außenrippen aufweist, die sich beinahe bis zum Mantelrohr erstrecken, und mit wenigstens einer seitlich in das Mantelrohr einmündenden und mit dem Ringraum in Verbindung stehenden Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (21) bis in den Ringraum unter dieser Leitung (12) erstrecken und in diesem Bereich mit Löchern (31) versehen sind.
  2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Zuführung von Wärme ins Innere des Rippenrohres in dem Bereich, wo die Rippen (21) mit Löchern (31) versehen sind.
  3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit gasförmigem öder flüssigem Brennstoff betriebenen Brenner (25), der an einem Ende des Rippenrohres (20) angeordnet ist, wobei die Leitung (12) in der Nähe dieses Endes des Rippenrohres (20) seitlich in das Mantelrohr (10) einmündet.
  4. 4. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (21) in an sich bekannter Weise aus in Längsrichtung verlaufenden, auf das Rohr (20) aufgeschweißten Profilen bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1054 053.
DEB58000A 1959-05-29 1960-05-27 Waermeaustauscher mit einem Mantelrohr und einem darin befindlichen Laengsrippenrohr Pending DE1116248B (de)

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WO1995023319A2 (de) * 1994-02-26 1995-08-31 Firma J. Eberspächer Mit flüssigem brennstoff betriebenes fahrzeugheizgerät

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