DE1601238A1

DE1601238A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1601238A1
Application number: DE19681601238
Authority: DE
Inventors: Pasternak Stephen F
Original assignee: Peerless of America Inc
Current assignee: Peerless of America Inc
Priority date: 1967-04-06
Filing date: 1968-01-24
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1601238B2; GB1179371A; US3443634A

Description

1 BERLIN 33 ^MONCHEN 27

Auguste-Viktoria-StraBe 65 Dl\- lug. HANS RUSCHKE Pienzenauer Straße 2

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P 670

Peerless of America, Incorporated, Chicago, Illinois, V.St.A.

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscher mit Querrippen, die Öffnungen haben, welche von Rohren durchsetzt werden.

Die bei Wärmeaustauschern zum Kühlen und zum Konditionieren von Luft verwendeten Querrippen sind entweder Aufsteckrippen oder Aufschiebrippen. Bei den plattenartigen Aufsteckrippen wird das die Kühlschlange bildende Rohr des Wärmeaustauschers in Längsrichtung durch die in den Querrippen vorhandenen und einwärts von den Randkanten der Rippen gelegenen öffnungen hindurchgeschoben. Das Rohr dieser Wärmeaustauscher bildet für gewöhnlich ein Serpentinenmuster mit geradlinigen parallelen Rohrabschnitten, die an ihren Enden durch Umkehrkrümmer verbunden sind. Gewöhnlich werden diese Krümmer an den Enden der Rohrabschnitte angeschweißt. Bei diesen Wärmeaustausehern haben die Öffnungen, in denen das

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Rohr liegt, eine in sich geschlossene Seitenwand, so daß die Rippen mit dem Rohr auf dem gesamten Außenumfang des Rohres verbunden sind oder den gesamten Außenumfang des Rohres berühren.

Bei Wärmeaustauschern mit Aufschiebrippen sind in den Randkanten der Querrippen Schlitze vorhanden, in iie das Rohr eingeschoben wird. Bei dieser Ausführung liegt das in die Schlitze eingeschobene Rohr nicht auf seinem

™ gesamten Umfang an den Querrippen an. Die Umfangsberührung ist mindestens um die Breite des Schlitzes, über den das Rohr in die Rippe eingeschoben wird, verringert. Es ist üblich, bei der Herstellung der Aufschiebrippen die Schlitze mit einem Eingangsabscnnitt zu versehen, der zu dem Mittelabschnitt führt, wobei der Eingangsabscnnitt schmaler ist als der Mittelabschnitt. Das Rohr wird durch den schmalen Eingangsabscnnitt in den Mittelabschnitt geschoben und wird dann ausgedehnt. Durch dieses Ausdehnen

₍ wird das gegenseitige Lösen der Querrippe und des Rohres verhindert und das Rohr wird mit den Seitenwänden des Mittelabschnittes in Berührung gebracht.

Bei den bekannten Wärmeaustauschern mit plattenartigen Aufsteckrippen ist es üblich, das Rohr durch Anwendung von Innendruck auszudehnen, so daß das Rohr an den Seitenwänden der in den Rippen vorhandenen Öffnungen anliegt.

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Bei der Herstellung von Wärmeaustauschern mit Aufschiebrippen, die von der Seite her auf das Rohr aufgeschoben werden, ist es üblich, Rohre eines normalen Außendurchmessers zu verwenden, die quer durch den Eingangsabschnitt der in den Randkanten der Querrippen befindlichen Schlitze bis zum Mittelabschnitt geschoben und dann ausgedehnt werden, und zwar erfolgt das Einschieben quer zur Längsmittellinie des Eingangsabschnittes in den verbreiterten Mittelabschnitt unter Anwendung von Außendruck, wie dies in den USA-Patentschriften Nr. 2 540 339 und 2 567 716 dargestellt und beschrieben ist. Es ist aber auch möglich, die geraden Rohrabschnitte der Rohre, die einen normalen Außendurchmesser haben, der größer ist als die Breite des Eingangsabschnittes der Schlitze, zuerst abzuflachen, so daß aas Bohr quer durch den Eingangs abschnitt in den Mittelabscßiüitt; u*a "chlitzes geschoben werden kann und dann durch Anwendung von Außendruck in den Mittelabschnitt des Schlitzes gedehnt wird, wie dies in der USA-Patentschrift Nr. 2 913 806 dargestellt und beschrieben ist.

Pie Drucke, die auf die Querrippen der Aufsteck- und Aufschiebbauart bei der Ausdehnung der Rohre zur Einwirkung gebracht werden, haben das Bestreben, die Abschnitte, die die Randkanten der' Öffnungen bilden, zu verziehen. Bei Wärmeaustauschern für Kühlschlangen od.dgl., in denen der Abstand benachbarter Rippen genügend groß ist, können Rip-

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pen so große'r Festigkeit verwendet werden, daß die Rippen diesen Verformungsdrucken widerstehen, so daß durch diese Drucke keine wesentlichen Schwierigkeiten und Probleme entstehen. Bei bestimmten Wärmeaustauschern jedoch, wie sie beispielsweise bei den zur Luftkonditionierung verwendeten Verdampfern benutzt werden, sind die Rippen verhältnismäßig dünn, haben oft eine Stärke von nur 1,8 mm und

fe haben einen solchen Abstand voneinander, daß 10 bis 16 Rippen auf eine Länge von 25 mm zu stehen kommen. Bei dieser Ausführung ist es von großer Wichtigkeit, die Querrippen gegen eine Verformung zu schützen, der sie durch Kräfte unterworfen werden, die beim Ausdehnen der Rohre einen starken Druck auf den Randkantenteil des Mittelabschnittes herbeiführen. Erfindungsgemäß sollen bei Wärmeaustauschern die Randkantenteile der das Rohr aufnehmenden Öffnung durch eine neuartige Ausbildung so verstärkt werden, daß die Randkantenteile gegen Verformung durch die beim Ausdehnen des Rohres auftretenden Kräfte geschützt sind.

Bei Wärmeaustauschern mit Querrippen ist es erwünscht, daß die Mittelabschnitte benachbarter Querrippen einen Abstand voneinander haben. Der genaue Abstand zwischen derartigen Mittelabschnitten wird durch Verwendung von Abstandshaltern, z.B. Ahetandskämmen, zwischen benachbarten Rippen bei der Herstellung der Wärmeaustauscher erzielt.

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Es können aber auch auf den Rippen Abstandshalter angebracht werden, die an den Flächen der Mittelabschnitte benachbarter Querrippen angebracht werden. Erfindungsgemäß werden diese Querrippen in neuer und leistungsfähiger Weise auf Abstand voneinander gesetzt.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher mit Querrippen, die einen Mittelabschnitt mit durchgehenden Öffnungen haben, und mit Rohren, die in diesen Öffnungen liegen und die Öffnungen durchsetzen, gekennzeichnet sieh ™ durch mehrere diese Öffnungen umgebende Rippen mit Planschen, die mit den Planschen benachbarter Rippen ineinandergeschshtep sind.

Mit der Erfindung wird ein Wärmeaustauscher geschaffen, der eine neuartige Rippenausführung hat, durch die benachbarte Rippen sicher und wirkungsvoll miteinander verbunden werden; ferner ein Wärmeaustauscher, der praktisch verwendbar und wirkungsvoll im Arbeiten ist und der leicht und wirtschaftlich günstig hergestellt werden kann. i

Andere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführung des Wärmeaustauschers an Hand der Zeichnung. Die Beschreibung und die Darstellung ist jedoch nur als ein Erläuterungsbeispiel zu werten, das im Rahmen der Patentansprüche geändert und abgewandelt werden kann.

In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Teilseitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers j

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Fig. 2 eine vergrößerte Teilseitenansicht eines Teiles des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers;

Fig. 3 ein Einzelschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, und

Fig. 4 ist ein Einzelschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3.

Der in der Zeichnung dargestellte Wärmeaustauscher bevorzugter Ausführung besteht aus einer einstückigen Rohrschlange 2 mit mehreren dicht beieinander stehenden Querrippen 3 (Fig.' 1, 2 und 4)» die in der Zeichnung als Aufschiebrippen dargestellt sind, die von der Seite her auf die Rohrschlange 2 aufgeschoben werden, wie Fig. 3 zeigt. Jede Rippe 3 ist rechteckig und weist mehrere in der Ausführung gleiche seitliche Schlitze 4 auf, die im Abstand voneinander in den Längsrandkanten 5 der Rippe vorhanden sind, Jeder Schlitz 4 hat einen verhältnismäßig engen Eingangsabschnitt 6, der sich von der Längsrandkante 5 der zugehörenden Rippe 3 nach innen erstreckt, und einen verbreiterten Mittelabschnitt 7, der mit dem inneren Ende des Eingangsabschnittes 6 in Verbindung steht und sich einwärts dieses Eingangsabschnittes 6 befindet. Die Schlitze 4 sind in der Rippe 3 so angeordnet, daß die in den zugehörenden Längskantenabschnitten 5 vorhandenen Eingangsabschnitte 6 parallel zueinander verlaufen.

Dfe Rohrschlange 2 kann aus einem beliebigen Material

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bestehen, z.B. aus Aluminium, und wird vorzugsweise aus einem einzigen Rohr hergestellt. Das Rohr wird zu einem Serpentinenmuster geformt, das parallele Rohrabschnitte 9 hat, von denen benachbarte Abschnitte an ihren Enden durch Umkehrkrümmer 10a verbunden sind. Ein Betriebsmittel, z.B. ein Kühlmittel, wird von einer Vorratsquelle, z.B. einem Kompresser (nicht dargestellt) in das eine Ende der Kühlschlange 2" eingeleitet, fließt dann in waagerechter Richtung nacheinander durch die Rohrabschnitte 9, kühlt die (| Rippen 3 (Fig. 1) und wird aus dem unteren Ende der Kühlschlange 2 abgeleitet.

Jede Rippe 3 hat einen Hauptteil 10, der in der dargestellten Ausführung flach ist.. Auf jeder Rippe 3 ist ein ringförmiger Plansch 11 um den K'.. ttelabschnitt 7 jedes Schlitzes 4 (Fig. 2 bis 4) vorhanden«, Die Plansche 11 ragen seitlich aus den Ebenen der Hauptteile *?O der Rippen 3 heraus und bilden gleichzeitig Abstands- und verstärkungsteile.

Jeder Flansch 11 hat einen inneren Kantenteil 12, der sich unmittelbar an den Hauptteil 10 anschließt und senkrecht zum Hauptteil verläuft, ferner einen Zwischenteil 13, der senkrecht aus dem inneren Kantenteil 12 ragt und in Radialrichtung zu dem Mittelabschnitt 7 des Schlitzes, um den der Zwischenteil 13 angeordnet ist, liegt und hat ferner einen freien Kantenteil 14, der seitlich nach außen aus dem Zwischenteil 13 herausragt (Fig. 4). Der äußere Kan-

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tenteil 15 jedes freien Kantenteils 14» der sieh unmitttl·* bar an den'Zwischenteil 13 des Plansones 11 anschließt und von dem Zwischenteil 13 senkrecht gum Hauptteil 10 heraus« ragt, endet an seiner freien Kante in eine naeh auSen §loh erweiternde Lippe 16 (Pig» 4)·

In der dargestellten bevorzugten Aueführung ist der Mittelabsehnitt 7 des Schlitzes 4 kreisförmig und der EingangsabsGhnitt β, der sieh von dem Mittelabsehnitt 7 naeh außen erstreckt, ist geradlinig und hat parallele Seitenwände 17 und 18, die sieh von den Beitenwänden 19 des Mittelabschnittes 7 nach außen erstrecken*

Beim Zusammenbauen des Wärmeaustauschers 1 werden zuerst die lippen 3 parallel zueinander angeordnet (Fig.i)f wobei die Flansche 11 der lippen miteinander vereohaehtelt werden (Fig. 4). In zusammengebauter Stellung der Rippen 3 liegt die Mppe 16 jedes der ineinander geschachtelten Flansche 11 an der Innenfläche des inneren Kantenteiles 11 an und die benachbarte Fläche des Zwischenteiles 13 dee Flansches 11 liegt unmittelbar rechts ven der Mppe 16 (Fig. 4)« Diese Berührung der Mppe 16 und des Zwischen» teiles 13 sichert die benachbarten lippen gegen eine gegen« seitige Bewegung. Me Berührung der Mppe 16 mit dem inneren Kantenteil 12 erfolgt außerdem mit einem öö großen Paßsitz, daß die Hippen 3 an einer gegenseitiges frefiflusg gehindert werden, die von den Brücken verureaeJat werden könnte, denen die lippen beim Zusammensetzen dee Wärmeaustauschers 1 unterwerfen werden.

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Sobald die Rippen 3 gegenseitig in dieser Weise angeordnet sind, werden die Rohrabschnitte 9 des Rohres duroh die Eingangsabschnitte 6 in die Mittelabschnitte der Schlitze 4 geschoben und dann werden die Rohre 2 ausgedehnt, so daß die Rohre dicht passend an den Seitenwänden 19 des Mittelabschnittes 7 der Rippen 3 anliegen, die die äußeren Randkanten der Mittelabschnitte 7 der Schlitze 4 begrenzen. Ein Verfahren zum Aufbringen der Rippen 3 auf die Rohre 2 besteht darin, die Rohrabschnitte f 9 auf eine solche Stärke abzuflachen, daß die Rohrabschnitte quer durch den Eingangsabschnitt 6 der Schlitze 4 hindurch in die Mittelabschnitte 7 geschoben werden können, und dann die Rohre 2 auf Rundform {!ig. 3) auszudehnen, indem die Rohre 2 gleichzeitig einem so hohen Innendruck und Außendruck unterworfen werden, daß sich,die Rohrabschnitte 9 von der erwähnten abgeflachten Form auf die gewünschte Rundform ausdehnen«

Durch dieses neue Herstellungsverfahren für Wärmeaustauscher werden die Rohrabschnitte 9 so fest an die Seitenwände 19 des Mittelabschnittes 7 angelegt, daß die Rippen 3 allein durch dieses Anlegen auf dem Rohr 2 gehalten werden. Ss ist daher unnötig, mit irgendwelchen zusätzlichen Befestigungsarten die Rippen 3 auf dem Rohr zu befestigen, z«B, durch Löten oder Schweißen.

Das Ausdehnen der Rohrabschnitte 9 innerhalb der Mittelabachßitte 7 der Schlitze übt auf die Seitenwände

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einen Druck aus. Dieser auf die Seitenwände 19 einwirkende, nach außen gerichtete Druck drängt die äußeren freien Kantenteile 14 der Plansche 11 nach außen, wodurch «die normale Reibungsberührung zwischen den Lippen 16 und den Innenflächen der inneren Kantenteile 12 erhöht und dadurch auch der Reibungsdruck vergrößert wird, der eine gegenseitige Trennung der Rippen 3 verhindert.

Sei ineinandergeschachtelter Stellung der Plansche 11 im zusammengesetzten Wärmeaustauscher 1 stärkt die gegenseitige Verriegelung der benachbarten Flansche 11 die Seitenwände 19 gegen Spreiz- und Verformungsdrucke, die durch Ausdehnen der Rohr abschnitte 9 iß den Mittelabschnitten 7 der Schlitze 4 auf die Seitenwände 19 zur Einwirkung gebracht werden. Diese Verstärkung durch die ineinander geschachtelten Plansche 11 wird nicht nur durch die doppelte Materialstärke des Metalles erhalten, das die Schlitze 4 Jeder Rippe 3 umgibt, die rechts von der vorhergehenden linken Rippe, gesehen in den Pig. 1 und 4, angeordnet ist, sondern wird auch durch die Ausführung der Plansche 11 und die Art und Weise unterstützt, in der die Plansche ineinandergreifen. Der im wesentlichen radial gerichtete Zwischenteil 13 und die nach außen sich erwei-

radial ternde Lippe 16 auf allen Planschen 11 ergeben elneynach außen gerichtete Struktur mit einer Steifigkeit und Festigkeit gegen Auswärtsverformung der Seitenwände 19 von Schlitzen 4 in den ineinandergeschachtelten Rippen 3. Außerdem wird durch das Anlegen der Lippen 16 an die inne-

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ren Kantenteile 12 4er unmittelbar rechts davon gelegenen Flansche 11 (gesehen in Fig. 4) ein Abschnitt der Schlitze 4- zusätzlich verstärkt, und zwar wegen der Einschließstellung der Hauptteile 10 in bezug auf die damit verschachtelten Flansche 11.

Die Flansche 11 auf den Rippen 3 des zusammengesetzten Wärmeaustauschers 1 ergeben einen wirkungsvollen Widerstand gegen Verdrehen der Rippen 3 um die Schlitze 4 und bilden auch gut arbeitende Abstandsteile, die die ä

Hauptteile 10 benachbarter Rippen 3 gegenseitig in einem richtigen Abstand halten.

Die Prinzipien des neuen Wärmeaustauschers sind zwar bei einem Wärmeaustauscher mit mit seitlichen Schlitzen versehenen Querrippen dargestellt und beschrieben, doch ist diese Darstellung nur als ein Ausführungsbeispiel zu werten. Es können auch andere Rippenausführungen und andere die Rohre aufnehmenden öffnungen gewählt werden, z.B. die erwähnten flachen Einetvokrippen, bei denen die Rohrabschnitte 9 in Längsrichtung in runde öffnungen der zugehörenden Rippen eingeschoben werden.

Mit dfer Erfindung ist also ein neuer Wärmeaustauscher mit einer neuen Rippenausführung geschaffen, der praktisch ausführbar und leistungsfähig ist und der leicht und wirtschaftlich günstig hergestellt werden kann.

Die beschriebene und dargestellte Ausführung ist nur

in
eine bevorzugte Ausführung, die^ "Rahmen der Patentansprüche

abgeändert werden kann.

- Patentansprüche 009830/0629

Claims

Patentansprüche :

Wärmeaustauscher mit Querrippen, die einen Mittelabschnitt mit durchgehenden öffnungen haben, und mit Rohren, die in diesen Öffnungen liegen und die öffnungen durchsetzen, gekennzeichnet durch mehrere diese öffnungen (6,7) umgebende Rippen (3) mit Planschen (11), die mit den Flanschen (11) benachbarter Rippen (3) ineinander- ^ geschachtelt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plansche (11) seitlich aus dem Hauptteil

(10) der Rippen (3) ragen, in der sich die Öffnung (6,7) befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Plansch (11) einen inneren Kantenteil (12), der unmittelbar am Hauptteil (10), aus dem dieser Plansch (11) ragt, angebracht ist, und einen äußeren freien Kantenteil (14) hat, der aus diesem inneren Kantenteil (12) ragt ι daß die äußeren freien Kantenteile (14) der Plansche

(11) auf bestimmten Rippen (3) radial nach innen versetzt sind und an den inneren Kantenteilen (12) benachbarter Rippen (3) anliegen, um dadurch andere die öffnungen (6,7) umgebende Rippen zu verstärken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptteile (1O) benachbarter Rippen (3) durch die Plansche (11) in einem Abstand voneinander gehalten werden,

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kantenteile (15) der Flansche (11) in bezug auf die inneren Kantenteile (12) der Flansche (11) radial nach innen versetzt sind? daß jeder Flansch (11) einen Zwischenteil (13) hat, der den inneren Kantenteil (12) mit dem äußeren Kantenteil (14) verbindet, und daß die äußeren Kantenteile (15) bestimmter Rippen (3) an den Zwischenteilen (13) anderen Rippen anliegen, um hierdurch die Hauptteile (10) benachbarter

Rippen (3) in einem Abstand voneinander zu halten. λ
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil (13) quer zu dem inneren Kantenteil (12) und dem äußeren Kantenteil (14) angeordnet ist, ferner diese Teile verbindet und im wesentlichen radial zu den Öffnungen (6,-7)» um die die Kantenteile angeordnet sind, verläuft.
7. Vorrichtung nach* Anspruch 5 oder 6, daduroh gekennzeichnet, daß die Flansche (11) mindestens einen Abschnitt der Randkanten der öffnungen (6,7)» um die diese Flansche angeordnet sind, bilden.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen Schlitze (4) sind mit Eingangsabschnitten (6), die nach außen durch die Randkantenteile (5) der Hauptabschnitte (10) hindurch offen sind, und mit Mittelabsohnitten (7), die einwärts dieser Eingangsabschnitte (6) gelegen sind, und daß die Flansche (11) Randkantenteile der Mittelabaohnitte (7)um die öffnungen» um die sie angeordnet sind, begrenzen.

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