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Wärmetauscherrohr mit vielen U-förmig ausgebildeten Innen-Längsrippen,
die an ihrer Basis an der Rohrinnenfläche befestigt sind Die Erfindung betrifft
ein Wärmetauscherrohr mit einer Vielzahl von getrennt hergestellten, in Längsrichtung
des Rohrers verlaufenden, profilförmigen, an der Innenfläche des Rohres befestigten,
z. B. angelöteten Rippen, die U-förmig ausgebildet sind, wobei der eine Schenkel
länger als der andere Schenkel ist.
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Derartige Wärmetauscherrohre sind bekannt. Bei einer bekannten Konstruktionsart
derartiger Rohre sind die einzelnen Rippen V-förmig ausgebildet, wobei einer der
Schenkel dieses V mit einem Vorsprung versehen ist, der beispielsweise ausgestanzt
sein kann und welcher an dem anderen Schenkel des anderen V bei Zusammenbau der
Rippen in dem Rohr anliegt. Weiterhin sind bei dieser bekannten Vorrichtung die
Enden der Schenkel des V im wesentlichen rechtwinklig abgewinkelt und liegen mit
diesen Flächen an der Innenseite des Rohres an. Dadurch, daß die Ausstanzung für
die an dem anderen Schenkel des anderen V anliegende Nase im wesentlichen rechtwinklig
von der Schenkelebene vorsteht, sind die derart in das Wärmetauscherrohr eingesetzten
Rippen relativ starr und können auf diese Weise den üblichen Rohrtoleranzen kaum
nachgeben. Außerdem weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, d'aß mit Rücksicht
auf die Anlage der Rippenfüße an der Rohrwand sämtliche Rippen im Zentrum des Rohres
zusammenstoßen. Bei Einbau derartiger Konstruktionen, und zwar insbesondere dann,
wenn eine Vielzahl von Rippen vorgesehen sein soll, um derart die Austauscherleistung
zu erhöhen, stoßen auch diese Vielzahl von Rippen im Zentrum zusammen, wobei die
Versuche des Erfinders ergaben, daß diese Zusammenstoßstelle ein ausgeprägtes Geschwindigkeitstal
ergibt, das nach Möglichkeit vermieden werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscherrohr mit
in diesem Rohr eingebauten Rippen zu schaffen, wobei sich die Rippen elastisch an
die Innenfläche des Rohres anlegen, um derart die Rohrtoleranzen auszugleichen,
wobei weiterhin aber ein Geschwindigkeitstal im Zentrum des Rohres. vermieden werden
soll. Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die
Enden der längeren Schenkel einen den gleichen Mittelpunkt wie das Rohr, jedoch
einen kleineren Radius wie diesen aufweisenden gedachten Mittelkreis tangieren und
einander berühren und die Enden der kürzeren Schenkel um etwa 45° nach außen abgebogen
sind und mit diesen ihren Enden an der Außenseite der ; längeren Schenkel federnd
anliegen.
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Hierdurch wird erreicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohr
die Schenkel der Rippen sich tatsächlich federnd radial bewegen können und damit
erhebliche Toleranzen des Rohrdurchmessers ausgleichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß die Größe des Mittelkreises entsprechend den gewünschten Strömungsquerschnitten
gewählt wird und daß die Rippen an ihrer Basis linienförmig mit der Innenfläche
des Wärmetauscherrohres in Kontakt stehen. Die Verkürzung des kurzen Schenkels beträgt
bei der erfindungsgemäßen Konstruktion etwa ein Drittel der Länge des längeren Schenkels,
wobei die Basisfläche der Rippen nach innen gewölbt ausgebildet sein kann, so daß
die Rippe im Querschnitt in zwei Linien an der Innenseite des Rohres anliegt und
zwischen der Basisfläche und der Innenseite ein freier Raum verbleibt.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Wärmetauscherrohres, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem
freien Raum an der Basisfläche der Rippe ein Hartlot eingeführt wird und das Rohr
auf eine oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegende Temperatur erhitzt wird.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion wird vorzugsweise für Hochtemperaturmedien
verwendet, wobei als Hartlot
beispielsweise ein sogenanntes Silberlot
eingeführt werden kann. Durch das Flüssigwerden des Lotes dringt dieses auf Grund
der Kapillarhaftung und Adhäsionskraft in die zwischen dem Rohr und der Rippe vorhandenen
Räume ein und füllt diese bei ihrem Abkühlen fest aus. Hierdurch wird ein gut wärmeleitender
Kontakt zwischen der Rippe und dem Rohr erreicht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Konstruktion gehen
aus- der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung hervor.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 ein Wärmetauscherrohr gemäß der Erfindung,
welches sich für die Feuerverzinkung besonders eignet, in Fig. 2 in größerem Maßstab
eine für den Einbau in das Rohr geeignete Rippe und in Fig.3 ein Wärmetauscherrohr,
bei welchem die Basisfläche der Rippe nach innen gewölbt ist.
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In Fig: 1 ist mit 1 das eigentliche Rohr bezeichnet, welches innen
und außen von einem Medium durchströmt wird, wobei zwischen dem innen fließenden
und dem außen fließenden Medium ein Wärmeaustausch herbeigeführt werden soll. In
dem Rohr sind Rippen 2 eingesetzt, die einen langen Schenkel 3, einen kurzen Schenkel
4 mit einer Abbiegung 5 und eine Basisfläche 6 aufweisen. Die langen Schenkel der
Rippen 2 haben etwa die gleiche Länge wie .der Radius des Rohres 1, tangieren aber
an einen um den Mittelpunkt des Rohres gezogenen gedachten Mittelkreis A. Die Größe
dieses Mittelkreises A hängt von der Größe des Rohres, von der Größe der Rippen
und von den dadurch bedingten Strömungsquerschnitten ab, wobei man bestrebt ist,
die Größe des in diesem Mittelkreis gewonnenen freien Strömungsquerschnittes etwa
genau so groß wie die durch die Rippen gebildeten Querschnitte zu halten. Der Teil
5 der Rippe 2 ist um etwa 45° nach außen gebogen und liegt dadurch auf der Rückseite
der langen Rippe 3 an. Die Enden der langen Rippen berühren sich bei der Anlage
an den gedachten Mittelkreis ebenfalls jeweils in einem Punkt, so daß hierdurch
eine Verspannung der gesamten Rippen innerhalb des Rohres durch die zusätzliche
Anlage des Basisteiles 6 an der Innenfläche des Rohres 1 erreicht wird.
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Wie aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, bestehen die Rippen aus federndem
Material, beispielsweise federndem Stahlblech, wodurch die Anlage und Verspannung
der Rippen untereinander noch verbessert wird. Die Stärke des Rippenmaterials, die
Größe der Rippen und die Größe des Rohres 1 sowie des Mittelteils A richtet sich
jeweils nach den Betriebsbedingungen und hängt im wesentlichen von der Menge, der
Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit der zur Verfügung stehenden Medien ab.
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Nachdem die Rippen vorzugsweise maschinell in das Rohr eingebaut und
verspannt sind, wird das gesamte Rohr feuerverzinkt, so daß hierdurch eine gute
Verbindung zwischen der Rippe und dem Rohr 1 erreicht wird, wobei Zink als Lötmittel
ein guter Wärmeleiter, d. h. ein besserer Wärmeleiter als Stahl ist.
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Soll das Wärmetauscherrohr für Hochtemperaturen geeignet sein, so
ist jedoch eine andere Verbindung zwischen dem Rippenbasisteil und dem Rohr erforderlich.
Diese Verbindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Konstruktion ist das Basisteil
der Rippe mit 7 bezeichnet und nach innen aufgewölbt, so daß hierdurch der Hohlraum
8 gebildet wird. Bei dieser Konstruktion liegt nunmehr die Rippe nicht mehr linienförmig
wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 1 auf der Innenfläche des Rohres 1 an, sondern
es sind zwei Anlagelinien B und C vorhanden, wobei in den Hohlraum 8 das Hartlot
9 eingeführt werden kann. Ist dieses Hartlot eingeführt, wird das gesamte Rohr auf
eine oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegende Temperatur erhitzt, wobei
dann infolge der Adhäsionskraft und der Kapillarwirkung das Lotmaterial in die zwischen
den Anlageflächen und dem Rohr gebildeten Spalten eindringt und hier nach Abkühlen
des Rohres erhärtet. Hierdurch wird eine einwandfreie und sichere Wärmeleitung von
der Rippe auf die Rohrwandung gewährleistet. Im übrigen ist das Rohr gemäß Fig.
3 gleich dem wie in Fig. 1 ausgebildet, wobei jedoch ersichtlich ist, daß der Mittelkreis
beliebig groß, und zwar entsprechnd den geforderten Betriebsbedingungen gewählt
werden kann.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern es sind demgegenüber Abänderungen möglich. So können beispielsweise
die Rippen auch anders geformt sein, die Abwinklung zwischen dem Teil 4 und dem
Teil s einen etwas anderen Winkel aufweisen und die erfindungsgemäße Konstruktion
auch bei dem in einer anderen Erfindung beschriebenen Flachovalrohr in den sogenannten
Schalen verwendet werden.