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Querrippe für Wärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf Querrippen,
die auf ein Rohrsystem eines Wärmeaustauschers aus in zueinander parallelen Zeilen
und in dazu quer, vorzugsweise senkrecht, verlaufenden, zueinander parallelen Spaten
fluchtenden Rohren preßfest aufziehbar sind und dazu dienen, die von den Rohren
beheizte oder gekühlte wärmeaustauschende Fläche zu vergrößern und die Rohre zu
verbinden, wobei sie zur Vergrößerung ihrer Oberfläche und zur Verbesserung ihrer
Elastizitätseigenschaften mit Wellungen versehen sind. Die bekannten Querrippen
der vorstehenden Bauart sind entweder mit nebeneinanderliegenden, unter sich parallel
verlaufenden Wellen oder mit unterbrochenen Wellen und/oder mit sternförmig radial
zur Mitte der Rohrdurchgangsöffnungen angeordneten, sich zu den Rändern hin allmählich
ebnenden Wellen ausgestattet, die alle eine im Verhältnis zur Länge und Breite der
Querrippenfelder kleine Wellenlänge aufweisen.
Die Herstellung der
bekannten Querrippen erfordert komplizierte Werkzeuge. `.rotz des damit verbundenen
erheblichen Aufwandes werden ihre Elastizitätseigenschaften mit den bisherigen Wellenformen
aber nur unge";"tgend verbessert, weil die bei einem Wärmeaustauscher unvermeidbare
Materialausdehnung bei ihnen in der Hauptsache nur zweidimensional aufgefangen wird.
Außerdem wird bei ihnen die das Rohrsystem des Wärmeaustauschers durchsetzende,
an ihnen entlangströmende Luft nicht vollständig, sondern nur teilweise um die Rohre
herumgeführt, oder. sogar von diesen weg abgelenkt, so daß verhältnismäßig große
Windschatten vorhanden sind und Strömungstoträume auftreten, die die Übertragungsleistung
erheblich herabsetzen. Günstige Wärmeübergangszahlen bzw. Übertragungsleistungen
sind nur mit Hilfe einer Zwangsluftführung zu erreichen. Die Zwangsluftführung ist
aber baulich aufwendig und hat einen hohen Energieverbrauch, so daß im ganzen gesehen
hiermit kaum ein Gewinn erzielbar ist. Die bisherigen Wellenformen erfüllen somit
ihren Zweck, nämlich die gewünschte Vergrößerung der Übertragungsleistung und Verbesserung
der Elastizitätseigenschaften der Querrippen, nur sehr mangelhaft. Das Ziel der
Erfindung besteht darin, die Übertragungsleistung und die Elastizitätseigenschaf
ten der Querrippen wirklich erheblich zu verbessern. Dies wird mit einer neuartigen
Ausbildung der Wellung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zwischen den Rohren
befindlichen oder die Rohre umgebenden,
vorzugsweise rechteckigen
oder quadratischen Querrippenfelder in Richtung der Rohrachse in Form einer einzigen
Welle mit in der Mitte des Feldes befindlichem Scheitel im wesentlichen bis zu ihren
Rändern hin haubenartig gewölbt sind. Der wesentlich. Vorteil der erfindungsgemäß
ausgebildeten Querrippen besteht darin, daß durch die besondere Form der Wölbung
cTb-, Luft beim Durchtritt zwischen zwei benachbarten i@uerrippen an jedem der Querrippenfelder,
an denen sie nacheinander vorbeiströmt, eine periodische Umlenkung erfährt, wodurch
eine Durchmischung der Luft quer zur Strömungsrichtung erzielt wird. Außerdem sind
die schädlichen Windschatten und Strömungstoträume der bekannten Querrippen vermieden,
denn der Ablösepunkt des Luftstromes ist nunmehr von der Stelle, an der er sich
bei den bekannten Querrippen befindet und die kurz hinter dem am weitesten seitlich
in die Luftströmung vorragenden Rohrscheitel liegt, in der Luftströmungsrichtung
nach hinten zu zur Rohrrückseite hin verlagert. Die Rohre werden demzufolge auch
auf ihren abströmseitigen Wandungsteilen weitgehend umflutet, und die Luftströmung
ist von Wirbelbewegungen und Wirbelschlenpen weitgehend befreit. Es wird neben dem
ganzen Querrippenfeld nahezu auch die gesamte Rohroberfläche von der Hauptströmung
berührt, so daß die Rohre weitaus umfangreicher als bisher bei den bekannten Querrippen
an dem Wärmeaustausch teilnehmen. Der bei den bekannten (Auer-
Querrippen
üblicherweise vorhandene isolierende Luftfilm entlang der Querrippenoberfläche wird
durch die Durchmischung der.Luft quer zur Strömungsrichtung ebenfalls beseitigt.
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Alle diese Faktoren führen zusammen zu der mit der Erfindung verbundenen
erheblichen Steigerung der Wärmeübergangszahl bei relativ geringem Energieverlust
durch Luftstauung. Die erfindungsgemäßen Querrippen lassen sich auch infolge der
verhältnismäßig einfachen Wellenform ohne großen Aufwand herstellen, wobei es insbesondere
möglich ist, sie kontinuierlich hintereinander zu stanzen und dabei gleichzeitig
sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung.zu trennen. Dies ist für die rationelle
Fertigung von Seriengeräten und auch von Sonderanfertigungen von wesentlicher Bedeutung.«
Die in den Querrippen unvermeidbar auftretenden thermisch bedingten Materialspannungen
werden bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wegen der langgestreckten, verhältnismäßig
tiefen Wellenform mehr dreidimensional (bezogen auf die Querrippe als Ganzes) und
damit weitaus elastischer als bei den bekannten Querrippen aufgefangen. .Auch die
Steifigkeit der erfindungsgemäßen Querrippen ist wegen der großen Wellenlänge der
Wölbung erheblich besser als bei allen bekannten gewellten Querrippen. Die erfindungsgemäßen
Querrippen können demzufolge aus dünnerem Material hergestellt werden oder sie erhalten,
wenn aus irgendeinem
Grunde zu ihrer Fertigung weicheres Material
benötigt wird, bei gleicher Materialdicke wie bisher trotz der grösseren Weichheit
!die für ihren Verwendungszweck nötige Steifheit. Natürlich wird bei den erfindungsgemässen
Querrippen durch die langgezogene Wellenform auch die Querrippenoberfläche beträchtlich
vergrössert. Die erfindungsgemässen Querrippen eignen sich für die Verwendung bei
Verdampfern, Luftkühlern, Kondensatoren, Konvektoren und Luftheizgeräten und können
für alle diese Zwecke mit ein und demselben Werkzeug hergesbllt werden. Die Anordnung
kann so getroffen werden, daß die Ränder, mit denen die Querrippenfelder aneinandergrenzen
auf Fluchtlinien in der Querrippen-Hauptebene liegen. Dies hat den Vorteil, dass
große Querrippen entlang dieser Linien sehr gut verkleinert oder gar in kleinere
Querrippen aufgeteilt werden können wobei sich, von der Seite gesehen, eine gerade
Schnittlinie ergibt. Die Rohrdurchgangsöffnungen können in der Mitte der Querrippenfelder
und/oder an den zusammenstossenden Ecken der querrippenfelder angeordnet sein. Die
Elastizität der erfindungsgemässen Querrippen läßt sich noch dadurch steigern, dass
der Hauptwölbung mit der Rohrteilung
entsprechender Wellenlänge
eine zur Mitte des jeweiligen Querrippenfeldes symmetrische, vorzugsweise konzentrische
Wellung kleinerer Wellenlänge überlagert wird. Diese Formgebung wirkt sich auch
noch günstig auf die'Wärmeübergangszahl aus, weil sie eine noch inniEpreDurchmischung
der den Wärmeaustauscher durchsetzenden Luft quer zur Strömungsrichtung ergibt,
die infolge der vorstehend erläuterten erfindungsgemässen Hauptwölbung bereits sehr
zufriedenstellend ist. Die Wellung kleinerer Wellenlänge wird abhängig von dem Querrippenmaterial
und dem sonstigen Aufbau des Wärmeaustauschers entweder in Umfangsrichtung um die
Querrippenfeldmitte herum in sich geschlossen oder aber in dieser Richtung unterbrochen
ausgeführt. Es empfiehlt sich, die erfindungsgemässen Querrippen entlang eines ihrer
Aussenränder derart mit kleiner Wellenlänge zu wellen, daß die Wellentäler und die
Wellenkämme zueinander parallel verlaufen, sich vom Rippenrand aus im wesentlichen
senkrecht in die Querrippe hinein erstrecken und allmählich in die Wölbung der an
diesem Rand befindlichen äusseren Querrippenfelder übergehen. Wenn solche Querrippen
beim Zusammenbau derart angeordnet werden, daß sich der gewellte Rand af der Luftabströmseite
des Wärmeaustauschers befindet, führt diese Maßnahme ebenfalls zu einer weiteren
Vergrösserung der Übertragungsleistung.
Gemäss einem weiteren Merkmal
der Erfindung ist es auch sehr vorteilhaft, für die einzelnen Wärmeaustauscher erfindungsgemässe
Querrippen zu verwenden, die so beschaffen sind, daß entweder die Querrippenfelder
innerhalb der einzelnen Querrippen verschiedene Wölbungshöhen aufweisen oder, sofern
sie innerhalb der einzelnen Querrippen gleiche Wölbungshöhe besitzen, die Wclbungshöhe
wenigstens von Querrippe zu Quer-rippe verschieden ist. Im ersteren Falle
empfiehlt es sich, die Querrippen so zu gestalten, daß in den Fluchtlinien der Rohre
gesehen einem Feld von bestimmter Wölbungshöhe ein Feld von bestimmter anderer Wölbungshöhe
folgt. Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig.l eine erfindungsgemässe Wärmeaustauscherquerrippe
in Draufsicht, Fig.2 die Querrippe gemäss Fig.l im Schnitt entlang der Linie II-II
in Fig.l, Fig.3 die Querrippe gemäss Fig.l im Schnitt entlang der Linie III-III
in Fig.l, Fig.4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Querrippe in
Drauf sich ,
Fig.5 ein querrippenfeld mit einer weiteren, abgewandelten
Wellenform, Fig.6 den Schnitt durch die erfindungsgemässe Querrippe gemäss Fig.4
und 5 entlang der Linie YI-YI in Fig.4 bzw.5, Fig.7 eine weitere abgewandelte Wellenform
für eine erfindungsgemässe Querrippe mit der einwelligen querrippenfeld-Hauptwölbung
überlagerter Wellung kleinerer Wellenlänge und .
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Fig.8 - 10 Darstellungen ähnlich wie in Fig.l bis 3 mit dem Unterschied,,
daß hier die Rohrdurchgangsöffnungen an den zusammenstossenden Ecken der querrippenfelder
angeordnet sind. Die querrippe gemäss Fig.l ist mit Rohrdurchgangsöffnungen 2 ausgestattet,
die einen dem Rohrabstand des Wärmeaustauscher-Rohrsystems entsprechenden gegenseitigen
Abstand haben und-durch die die das Heiz- bzw. Kühlmittel führenden oder z.B. auch
einen stabförmigen, elektrischen.Heizkörper umschliessenden Rohre 1 hindurchgeführt
sind. Bei der AusfUhrungsform gemäss Fig.l sind die Rohrdurchgangsöffnuneen 2 jeweils
in der Mitte der sie umgebenden, hier im wesentlichen quadratischen Querrippenfelder
2a angeordnet. Die Querrippenfelder sind von ihrer Mitte weg zum Feldrand hin
rund
herum gewölbt und ebnen sich mit einem allmählichen Übergang am Feldrand in die
Hauptebene der Querrippe. Dies hat zur Folge, daß in vertikaler oder horizontaler
Richtung gesehen, die Rohrdurchgangsöffnungen 2 gegenüber dem Randbezirk des jeweiligen
Querrippenfelles seitlich versetz L sind. Die Wölbung und der Übergang sind so gewähl
f,, daß sich bei einem geraden, durch die Mitten der benachbarten Querrippenfelder
hindurchgehenden Schnitt eine langgestreckte Wellenlinie mit einer der Querrippenfeldbreite
entsprechenden Wellenlänge, und bei einem zwischen den Querrippenfeldern hindurchgehenden
Schnitt eine gerade Schni t t:1 i_ riie in der Seitenansicht ergibt.(Siehe Fig.2
und 3).
Die Querrippe gemäss Fig.l ist ausser mit den RohrdurchgangsÖffnungen
2 noch mit weiteren durchgerienden Öffnungen 4 ausgestattet, die auf Fluchtlinien
liegen, welche sich genau in der Mitte zwischen den Fluchtlinien der Rohrdurchgangs-Öffnungen
2 befinden und zu diesen parallel verlaufen, so daß die Durchgangsöffnungen 2 und
die durchgehenden Öffnungen 4 eine gegeneinander versetzte Anordnung bilden. Die
durchgeheüen Öffnungen 4 dienen vorwiegend dem Trennen der Querrippen beim Folgestanzen,
sie können aber auch,-soweit sie sich innerhalb der Querrippe befinden, zusätzlich
mit Rohren 3 bestückt werden. Man könnte natürlich auch diesen durchgehenden Öffnungen
4 Querrippenfelder zuordnen, so
daß dann die aneinander angrenzenden
Querrippenfelder für den Betrachter der Fig.1 sich als auf der Spitze stehende Quadrate
darstellen würden. Bei der ansonsten mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 übereinstimmenden
Querrippe gemäß r-ig.4 sind entlang des linken Außenrandes dicht nebeneinander liegende
parallele Wellen 6 angeordnet, die vom Rand her in die Wölbung der Querrippenaußenfelder
übergehen. Beim Zusammenbau mit dem Wärmeaustauscher werden die Querrippen dieser
Art so angeordnet, daß der mit den Wellen 6 versehene Rand auf die LuftabstrÖmseite
des wärmeaustauschers zu liegen kommt. uadurch wird eine weitere Verbesserung der
Wärmeübergangszahl erreicht. Bei den bisher besprochenen Ausführungsformen gemäß
Fig.1 bis 4 verlaufen die Hauptwölbungen der Querrippenfelder zur Querrippenfeldmitte
konzentrisch. Die AusfÜhrungsform gemäß Fig.5 zeigt hiervon abweichend eine Wellenform,
die zwar zur Mitte des Querfeldes symmetrisch, aber nicht kreisrund, sondern quadratisch
ist. In der Seitenansicht gesehen kann die WeIenform, wie dies bei den Fig. 1 bis
3 der Fall ist, einen gekrÜmmten, mehr oder minder sinusförmigen Verlauf haben,
oder, wie dies bei den Ausführungen gemäß fig. 4 bis 6 der Fall
ist,
aus geradlinigen Streckenzügen zusammengesetzt sein. Besonders vorteilhaft im Hinblick
auf die Luftumlenkung und die gewünschte Erhöhung der Elastizitätseigenschaften
der Querrippe ist es auch, der Querrippenfeld-Hauptwölbung deren Wellenlänge der
Querrippenfeldbreite oder, anders ausgedrückt, der Rohrteilung entspricht, eine
Wellung mit demgegenüber kleinerer Wellenlänge zu überlagern (Fig.7). Bei den in
Fig. 1 bis 7 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen befinden sich
die RohrdurchgangsÖffnungen 2 jeweils in der Mitte der einzelnen Querrippenfelder
2a. Dies hat den Vorteil, daß große Querrippen in der Mitte zwischen den Fluchtlinien
der RohrdurchgangsÖffnungen 2 unter Bildung einer in Seitenansicht (Fig. 3) geraden
Schnittlinie in kleinere Querrippen zerschnitten oder, falls nötig, etwas verkleinert
werden können. Eine solche Ausbildung ist aber zur Erzielung der im Vorhergehenden
erläuterten weiteren Vorteile der Erfindung nicht nötig, es können vielmehr die
Rohrdurchgangsöffnungen 2' auch an den zusammenstoßenden Ecken der Querrippenfelder
2a' angeordnet werden, wie dies bei der in Fig.8 bis 1o dargestellten Ausführungsform
der Fall ist.