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Wärmetauscher zum Kühlen einer Flüssigkeit mit einer in Rohren geführten
Kühlflüssigkeit Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen einer Flüssigkeit
mit einer in Rohren geführten Kühlflüssigkeit.
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Es ist eine große Anzahl von nach diesem Prinzip arbeitenden Wärmetauschern
bekannt, deren die Kühlflüssigkeit führende Rohre auf der äußeren Oberfläche Erhöhungen
in Form von Drahtwendeln, Blechwendeln, Lamellen oder Rippen aufweisen und die Wärmeübergangsfläche
vergrößernd in den Raum hineinragen, durch den die zu kühlende Flüssigkeit strömt.
Bedingt durch ihre Formen und Anordnung zueinander leiten sie zur Erhöhung des Kühleffekts
die zu kühlende Flüssigkeit in meist wechselnder Strömungsrichtung durch den Wärmetauscher.
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So sind Wärmetauscher bekannt, deren um die Kühlrohre dicht hintereinander
angeordnete radiale Rippen bis an die Außenwand des Wärmetauschers reichen und den
von der zu kühlenden Flüssigkeit durchflossenen Raum in viele flache Zellen teilen,
die durch auf zentrisch vorgesehenen Lochkreisen liegenden Öffnungen in den Rippen
miteinander in Verbindung stehen, wobei die Öffnungen einer Rippe gegenüber den
Öffnungen der folgenden Rippe versetzt sind. Diese in der Kühlleistung an sich befriedigende
Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die zu kühlende Flüssigkeit beim Durchlauf durch
den Wärmetauscher infolge des wiederholten vollen Anströmens der Rippen einen beträchtlichen
Strömungswiderstand bzw. Druckabfall erfährt, der um so größer wird, je mehr Rippen
hintereinander angeordnet werden. Es ist demzufolge nicht möglich, die Kühlleistung
eines Wärmetauschers über ein zweckmäßiges Maximum hinaus zu erhöhen, indem die
Anzahl der Rippen vergrößert wird, ohne dabei den statischen Druck der zu kühlenden
Flüssigkeit und damit ihre Strömungsgeschwindigkeit zu verringern.
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Eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit würde aber wiederum
einen Leistungsabfall des Wärmetauschers ergeben. Ein weiterer Nachteil dieser Maßnahme
wäre eine unerwünschte Vermehrung des Gewichtes des Wärmetauschers.
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Bei einer anderen Ausführung des Wärmetauschers sind jeweils zwischen
den mit Öffnungen versehenen ringdüsenähnlichen Einsätzen noch Prallflächen angeordnet,
die beide gut leitend durch Schweißung oder Schrumpfung mit ihren Halterungen verbunden
sind. Abgesehen davon, daß die Öffnungen der Einsätze miteinander fluchten und somit
die zu kühlende Flüssigkeit zwischen zwei benachbarten Einsätzen außer der Umleitung
an den Prallflächen lediglich eine geradlinige, den optimal möglichen Leiteffekt
nicht ausnutzende Durchführung durch den Wärmetauscher erfährt, werden auch hierbei
die Prallflächen voll angeströmt, was bei dieser speziellen Ausbildung nicht nur
eine merkliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, sondern auch eine unerwünschte
Beeinträchtigung der Kühlleistung nach sich zieht.
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Bei Kenntnis dieser bekannten Ausführungen in ihrer Gesamtheit kommt
man selbst unter Berücksichtigung der Kombinationsmöglichkeiten zu dem Ergebnis,
daß die bekannterweise vorgesehenen Rippen mit ihren zueinander versetzten Öffnungen
Zonen aufweisen, die für den Wärmeübergang infolge ihres großen Abstandes bis zur
Kühlrohroberfläche praktisch unwirksam sind und das Gewicht eines Wärmetauschers,
abgesehen von dem bereits erwähnten Verlust an Strömungsgeschwindigkeit, nur ungerechtfertigt
vergrößern. Dieser Nachteil macht sich um so stärker bemerkbar, wenn unter Beibehaltung
eines solchen Aufbaus des Wärmetauschers die Anzahl der Rippen erhöht werden sollte.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kühlleistung eines Wärmetauschers
bei nahezu gleichbleibender Größe desselben unter Berücksichtigung der sich als
vorteilhaft erwiesenen Anordnung von Großrippen mit zueinander versetzt liegenden
öffnungen sowie von dazwischenliegenden Kleinrippen noch zu erhöhen, ohne daß sich
aber sein innerer Strömungswiderstand und sein Gewicht nennenswert vergrößern. Zu
diesem Zweck soll der Außendurchmesser der Kühllamellen ein bestimmtes, das Optimum
des Wärmeübergangs und zugleich der Kühlleistung gewährleistendes Abhängigkeitsverhältnis
zum Durchmesser der Lochkreise oder auch umgekehrt aufweisen.
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Erfindungsgemäß erfährt der Wärmetauscher eine solche Ausbildung,
daß die Öffnungen der Großrippen auf zentrisch zu den Rohrachsen liegenden Lochkreisen
angeordnet sind und der Durchmesser
der Lochkreise gleich oder wenig
größer als der Außendurchmesser der Kleinrippe ist. Der besondere Vorteil dieser
Maßnahme besteht darin, daß einerseits die zu kühlende Flüssigkeit jeweils von den
Öffnungen der vorgeordneten Großrippe aus in einem bestimmten, den Kühlweg verlängernden
Winkel zu den versetzt dazu vorgesehenen Öffnungen der nachgeordneten Großrippe
unter gleichzeitigem teilweisem Anströmen der Kleinrippe geführt wird und andererseits
der Wärmeweg vom Rande der Kleinrippen zu den Wandungen der Kühlrohre den günstigsten
Wirkungsgrad des Wärmeüberganges ergibt. Auf diese Weise kann die Kühlleistung eines
Wärmetauschers bis fast auf das Doppelte gegenüber bekannter Ausführungen gesteigert
werden, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit der zu kühlenden Flüssigkeit merklich
verringert wird, wobei im Vergleich zu mit gleich großer Kühlleistung ausgelegten
Wärmetauschern bekannter Ausführungen noch eine große Volumen- und Gewichtsersparnis
zu verzeichnen ist.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. Dazu zeigt die F i g. 1 einen Längsschnitt des Wärmetauschers,
F i g. 2 einen Querschnitt desselben in zwei verschiedenen Ebenen.
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Die die Kühlflüssigkeit führenden Rohre 1 des Wärmetauschers sind
parallel an den Stirnwänden des Gehäuses befestigt und außen mit Großrippen 2 und
3 sowie mit Kleinrippen 4 versehen. Die Großrippen 2 und 3 weisen einen Außendurchmesser
auf, der dem Innendurchmesser des Wärmetauschergehäuses entspricht und unterteilen
den Innenraum in eine Vielzahl von Zellen, in deren Mitte sich auf jedem durch die
Zellen ragenden Rohr 1 eine Kleinrippe 4 befindet. Die Großrippen 2 und 3 weisen
um den Außendurchmesser der Rohre 1 Öffnungen 5 auf, die auf einem Lochkreis angeordnet
sind, der gleich oder nur wenig größer als der Außendurchmesser der Kleinrippe 4
ist. Dabei sind die Öffnungen der Großrippen 2 zu denen der Großrippen 3 auf Lücke
versetzt, so daß eine Verbindung zweier benachbarter Großrippen 2 und 3 in einem
bestimmten Winkel zur Oberfläche der Rippen über die Randflächen der Kleinrippen
4 hinweg besteht.