DE19531383A1

DE19531383A1 - Heat exchanger with axially spaced external plates fitted to tubes

Info

Publication number: DE19531383A1
Application number: DE1995131383
Authority: DE
Inventors: Martin Prof Dr Ing Fiebig; Wolfgang Prof Dr Ing Leiner; Martin Dipl Ing Behle; Karsten Dipl Phys Schulz; Christian Thulfaut
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-26
Filing date: 1995-08-26
Publication date: 1997-02-27

Abstract

The heat exchanger has tubes (2) with axially spaced external perpendicular plates (1). Triangular wedge-shaped projections (3) are stamped out of the plates with their length axes parallel to the external medium flow (SR) direction. The projections allow a partial deflection of the external flow through the plates to create pairs of vortices. Preferably the projections are arranged in pairs with their openings facing and pressed out of opposite sides of the plate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit mehreren, außenseitig berippten Rohren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger with a plurality of fins on the outside Pipes according to the preamble of claim 1.

In Verbindung mit Rippen- bzw. Lamellenrohrwärmeübertragern wurden schon mannigfaltige konstruktive Maßnahmen zur Optimierung von Wärmeaustausch bedingungen entwickelt, zu denen verschiedenste Wirbelerzeuger und Strömungs führungselemente gehören, die gegenüber vorsprunglosen Querrippen bzw. Lamellen eine deutliche Erhöhung des Wärmeübergangs bringen, aber immer einen meist überproportionalen Druckverlust zur Folge haben.In connection with finned or finned tube heat exchangers have already been diverse design measures to optimize heat exchange conditions developed for which a wide variety of vortex generators and flow include guide elements compared to non-protruding cross ribs or slats bring a significant increase in heat transfer, but usually one result in disproportionate pressure loss.

Im Rahmen der DE-PS 5 96 871 sind zur Verbesserung des Wärmeübergangs in solchen Wärmeübertragern rechtwinklig von den Rohrquerrippen abstehende, im Querschnitt rechteckige Wirbelerzeuger, die in das anströmende Medium ragen, beschrieben. Diese werden so aus dem Rippenmaterial gestanzt und nachfolgend umgebogen, daß ihre Erstreckungsrichtung parallel zur Strömungsrichtung verläuft. Die nachweislich dadurch wesentlich verbesserten Wärmeaustauschbedingungen werden allerdings durch einen noch gravierenderen Druckverlust relativiert.Within the framework of DE-PS 5 96 871 are in order to improve the heat transfer such heat exchangers protruding at right angles from the pipe cross fins, in Cross section of rectangular vortex generators that protrude into the inflowing medium, described. These are punched out of the rib material and subsequently bent that their direction of extension runs parallel to the direction of flow. The proven to be significantly improved heat exchange conditions however relativized by an even more serious pressure loss.

Ähnliche Maßnahmen sind in der DE-PS 37 37 217 beschrieben, die sich mit der Ausgestaltung von im wesentlichen dreieckförmig ungleichschenkligen Längswirbel erzeugern und deren Anordnung relativ zum Rohr befaßt.Similar measures are described in DE-PS 37 37 217, which deals with the Design of essentially triangular, unequal leg longitudinal vertebrae generate and deals with their arrangement relative to the tube.

In beiden oben beschriebenen Fällen lag der Gedanke zugrunde, durch in die Strömung ragende Konstruktionen, aufgrund von daraus jeweils entstehender Druck- und Saugseite, im Strömungsmedium Längswirbel zur besseren Durchmischung wandnaher und wandferner Bereiche des Strömungsmediums, teilweise auch mit Störung der Wandgrenzschicht, hervorzurufen, um den Wärmeübergang zu verbessern.In both of the cases described above, the idea was based, in the Flow protruding constructions, due to the resulting pressure and suction side, in the flow medium longitudinal vortices for better mixing Areas of the flow medium near and far from the wall, sometimes also with Disturbance of the wall boundary layer, to cause the heat transfer improve.

Eine ausführliche Darstellung solcher Wirbelerzeuger ist in der Ausarbeitung "Wing Type Vortex Generators for Heat Transfer Enhancement", Proc. 8th IHTC, San Francisco, Vol. 5, pp. 2909-2913, 1986, gegeben, die sich gezielt mit dem Vergleich von Rechteckflügeln, Deltaflügeln und Dreieckflügelpaaren (winglet pairs) in Bezug auf die Wirkung der Flügelform und des Anstellwinkels befaßt.A detailed description of such vortex generators can be found in the "Wing Type Vortex Generators for Heat Transfer Enhancement ", Proc. 8th IHTC, San Francisco, Vol. 5, pp. 2909-2913, 1986, which specifically targeted the comparison of rectangular wings, delta wings and winglet pairs with respect to deals with the effect of the wing shape and the angle of attack.

In der DE-PS 34 06 682 ist ein Wärmeübertrager beschrieben, bei dem neben den Rohren radial angeordnete Sicken mit Eintritts- und Austrittsöffnungen als Führungskanäle in Strömungsrichtung versetzt ausgebildet sind. Dadurch wird das die Sicken passierende Strömungsmedium mehrfach aufgeteilt und innerhalb einer Ebene umgelenkt ohne eine kontrollierte Längswirbelbildung hervorzurufen, wobei die daraus resultierende Durchmischung einen erhöhten Wärmeübergang zur Folge haben soll. Gleichzeitig soll dieser Effekt durch die aus der Umlenkung resultierenden, besseren Umströmung der Rohrkörper, der Neubildung von Anlaufgrenzschichten, sowie der ebenfalls daraus resultierenden Verringerung der Totwassergebiete hinter den Rohren noch verstärkt werden.In DE-PS 34 06 682 a heat exchanger is described in which in addition to the Tubes with radially arranged beads with inlet and outlet openings as Guide channels are formed offset in the direction of flow. This will make it the Beading flowing medium divided several times and within one level deflected without causing a controlled longitudinal vortex formation, the resulting resulting mixing should result in increased heat transfer. At the same time, this effect should result from the better ones resulting from the deflection Flow around the pipe body, the formation of tarnishing boundary layers, and the likewise resulting reduction in the dead water areas behind the pipes to be reinforced.

Weiterhin sind in der Technik Wärmeübertrager mit Kiemenschnittrippen (sog. louvered fins) bekannt, die eine Umlenkung des Strömungsmediums in benachbarte Kanäle bewirken. Ein verbesserter Wärmeübergang wird hier aufgrund der Verlängerung des Strömungsweges durch den Wärmeübertrager, sowie der wiederholten Zerstörung und Neubildung von Grenzschichten an den Kiemenschnitten bewirkt, nicht aber durch Ausbildung von Längswirbeln. Desweiteren entsteht bei höheren Reynoldszahlen eine erhöhte Durchmischung des Fluides durch oszillierende Querwirbel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kiemenschnitten. Solche louvered-fin- Geometrien sind beispielsweise in dem Artikel "Flow Structure in the Louvered Fin Heat Exchanger Geometry", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 4, pp. 205- 217, 1991, beschrieben.Furthermore, heat exchangers with gill cut fins (so-called. louvered fins) known, which redirects the flow medium into neighboring Cause channels. An improved heat transfer is due to the Extension of the flow path through the heat exchanger, as well as the repeated destruction and new formation of boundary layers on the gill sections caused, but not by the formation of longitudinal vertebrae. Furthermore arises with higher Reynolds numbers an increased mixing of the fluid by oscillating Cross vertebrae between two successive gill cuts. Such louvered-fin- Geometries are described, for example, in the article "Flow Structure in the Louvered Fin Heat Exchanger Geometry ", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 4, pp. 205- 217, 1991.

In der DE-AS 25 27 147 ist ein Blechplatten-Rohrwärmetauscher beschrieben, der durch Haubenausschnitte (Kiemenschnitte) unterschiedlicher Größe in den Blech platten gekennzeichnet ist, die im Prinzip louvered fins sind und eine Umlenkung der Strömung, gekoppelt mit der Bildung neuer Anlaufgrenzschichten, jedoch ebenfalls keine Längswirbel erzeugen.DE-AS 25 27 147 describes a sheet metal tube heat exchanger which through hood cutouts (gill cuts) of different sizes in the sheet plates is marked, which are in principle louvered fins and a redirection of the Current, coupled with the formation of new tarnishing boundary layers, however, also do not produce longitudinal vortices.

Bezüglich des Standes der Technik stellt man fest, daß bis jetzt noch keine Überlegungen dahingehend gemacht wurden, die bessere Fluiddurchmischung aufgrund von erzeugten Längswirbeln und diejenige aufgrund von Strömungsumlenkung durch Rippen oder Lamellen hindurch miteinander zu kombinieren.Regarding the state of the art, it is found that so far none Considerations have been made to better fluid mixing due to generated longitudinal vortices and that due to Flow deflection through ribs or fins to each other combine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmeübertrager wie eingangs formuliert derart zu optimieren, daß der Druckverlust im Vergleich zu bekannten Wärmeübertragern bei verbessertem Wärmeübergang minimal gehalten wird.The invention has for its object a heat exchanger as in the beginning formulated to optimize so that the pressure drop compared to known Heat exchangers is kept to a minimum with improved heat transfer.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is accomplished in a heat exchanger of the type mentioned solved the features specified in the characterizing part of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager sind in den an den Rohren angebrachten Querrippen oder Lamellen hutzenförmige Ausprägungen vorgesehen. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen louvered fins, deren Haupteffekte in der Verlängerung des Strömungsweges und der Bildung neuer Anlaufgrenzschichten liegen, sind die Hutzen durch ihre typische Form bewußt zur Längswirbelerzeugung konzipiert. Diese soll aber nicht wie bei bekannten Längswirbelgeneratoren durch die infolge von Wandreibung verursachte Strömungsablösung an den in die Strömung gestellten Seitenkanten und die damit induzierte Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite realisiert werden, sondern vielmehr direkt aus der Strömungsumlenkung resultieren.In the heat exchanger according to the invention are in the on the tubes attached cross ribs or lamellar shaped features provided. in the Contrary to the louvered fins described above, whose main effects in the Extension of the flow path and the formation of new tarnishing boundary layers because of their typical shape, the scoops are deliberately designed to produce longitudinal vortices designed. However, this should not be the case with known longitudinal vortex generators flow separation caused by wall friction in the flow posed side edges and the thus induced pressure difference between pressure and Suction side can be realized, but rather directly from the flow deflection result.

Wird eine Hutze, bzw. ein Hutzenpaar gemäß Anspruch 2, von einem Fluid angeströmt, so resultiert daraus eine Umlenkung eines Teilfluidstroms durch die Rippenebene hindurch. In Strömungsrichtung gesehen entstehen vor und hinter den zulaufenden, innerhalb der Rippenebene liegenden Hutzenkanten Gebiete unterschiedlichen Drucks. An der Innenseite der hinteren Hutze folgt aus ihrer Durchströmung ein Überdruckbereich, aus dem der Fluidstrom in ein Gebiet niedrigeren Drucks dreht und aufgrund seiner longitudinalen Komponente in einen Längswirbel überführt wird. Ähnlich den bekannten Längswirbelerzeugern ergibt sich also an diesen Kanten eine Druck- und Saugseite, die, gekoppelt mit einer Strömungsablösung, die Längswirbel in der Strömung induzieren. Entscheidend ist dabei, daß sich die Kanten im Gegensatz zu anderen Wirbelgeneratoren innerhalb der Rippenebene befinden, so daß der Druckverlust gering gehalten werden kann. Dabei kann der Einfluß der von jeder Hutze, bzw. jedem Hutzenpaar gemäß Anspruch 2, paarweise induzierten, gegensinnig rotierenden Längswirbel in einem sehr weiten Bereich der Fluidströmung nachgewiesen werden, was auf eine erstaunlich hohe Stabilität schließen läßt.Becomes a scoop, or a pair of scoops according to claim 2, of a fluid flowed towards, this results in a deflection of a partial fluid flow through the Rib plane through. Seen in the direction of flow arise before and after tapered areas lying within the rib plane different pressure. On the inside of the rear scoop follows from her Flow through an overpressure area from which the fluid flow into an area lower pressure and turns into one due to its longitudinal component Longitudinal vertebra is transferred. Similar to the known longitudinal vortex generators So on these edges a pressure and suction side, which, coupled with a Flow separation, which induce longitudinal vortices in the flow. Is crucial that the edges are in contrast to other vortex generators within the Rib level are so that the pressure loss can be kept low. Here can the influence of each scoop or pair of scoops according to claim 2, Longitudinal vertebrae induced in pairs and rotating in opposite directions in a very wide Range of fluid flow can be detected, indicating an astonishingly high level Stability suggests.

Als charakteristische Größen für den Wärmeübergang und den Druckverlust werden einerseits die global gemittelte Nusseltzahl Nu und andererseits der scheinbare Reibungsbeiwert f definiert, die beide für die in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungen der Erfindung anhand von bekannten Meßtechniken ermittelt wurden. Abhängig von der Reynoldszahl Re ergibt sich gegenüber dem ebenen Spalt eine zunehmende Steigerung des globalen Nusseltzahlverhältnisses Nu/Nu_{ebener Spalt}, bei gleichzeitigem, überraschenderweise wesentlich geringerem Anstieg des Reibungsbeiwert-Verhältnisses f/f_{ebener Spalt}. Diese unerwartete Relation zwischen Nu/Nu_{ebener Spalt} und f/f_{ebener Spalt} konnte mit bisher bekannten Längswirbelgeneratoren nicht realisiert werden, da diese Geometrien besonders bei zunehmender Reynoldszahl Re eine im Vergleich zu Nu/Nu_{ebener Spalt} überproportionale Zunahme von f/f_{ebener Spalt} zur Folge haben.The globally averaged Nusselt number Nu and the apparent coefficient of friction f are defined as characteristic quantities for the heat transfer and the pressure loss, both of which were determined for the embodiments of the invention described in the claims using known measurement techniques. Depending on the Reynolds number Re, there is an increasing increase in the global Nusselt number ratio Nu / Nu _{plane gap} compared to the plane gap, with a surprisingly much smaller increase in the coefficient of friction ratio f / f _{plane gap} . This unexpected relation between Nu / Nu _{plane gap} and f / f _{plane gap} could not be realized with previously known longitudinal vortex generators, since these geometries, especially with increasing Reynolds number Re, cause a disproportionate increase in f / f _{plane gap} compared to Nu / Nu _{plane gap} Have consequence.

Diesen oben geschilderten, gewünschten Effekt, des gesteigerten Wärmeübergangs bei unterproportionalem Druckverlustanstieg, kann man in gewissem Umfang bereits durch die in Anspruch 1 formulierten Ausprägungen erzielen. Vorteilhafter hingegen ist es, die in Anspruch 2 dargelegte Ausführung der Hutzengeometrie, die einen größeren, umgelenkten Fluidanteil zusammen mit gesteigerter Längswirbelbildung bewirkt, insbesondere in der in Anspruch 3 beschriebenen Anordnung zu verwenden.This desired effect described above, the increased heat transfer with a disproportionate increase in pressure loss, you can to a certain extent already achieve by the expressions formulated in claim 1. However, it is more advantageous es, the embodiment of the nozzle geometry set out in claim 2, which has a larger, diverted fluid portion together with increased longitudinal vortex formation, to be used in particular in the arrangement described in claim 3.

Durch die aufgrund der Hutzen gemäß Anspruch 1 und 2 in der Rippenebene entstehenden Schnitte wird eine Behinderung der tangential zur Strömungsrichtung verlaufenden Wärmeströme (Längsleitung) bewirkt. Die vorwiegende Wärmeleitung quer zur Strömung, in Lamellenrohrwärmeübertragern in Richtung der Oberflächen normalen der äußeren Rohrwand, wird jedoch nahezu nicht beeinflußt, wodurch der Wirkungsgrad eines Wärmeübertragers kaum reduziert wird.By due to the scoops according to claim 1 and 2 in the rib plane resulting cuts become a hindrance to the tangential to the flow direction running heat flows (longitudinal line) causes. The predominant heat conduction across the flow, in finned tube heat exchangers in the direction of the surfaces normal the outer tube wall, but is almost unaffected, causing the Efficiency of a heat exchanger is hardly reduced.

Die kleinen Strukturen der hutzenförmigen Ausprägungen beinhalten eine große Freiheit hinsichtlich ihrer Positionierung auf den Rippen bzw. Lamellen, wodurch sich zusammen mit der Kontrollierbarkeit der Längswirbelinduzierung die Möglichkeit einer Erhöhung des Wärmeüberganges an exponierten Stellen der Rippen zur gezielten Verbesserung des Rippenwirkungsgrades ergibt.The small structures of the hat-shaped forms contain a large one Freedom with regard to their positioning on the ribs or slats, which means together with the controllability of longitudinal vertebral induction, the possibility of a Increasing the heat transfer at exposed areas of the ribs for targeted Improvement of the rib efficiency results.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenIn the following, some embodiments of the invention are described with reference to Drawings explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine schematische Drei-Tafel-Projektion, sowie eine perspektivische Ansicht der Hutzengeometrie gemäß Anspruch 1, Fig. 1 is a schematic three-panel projection, and a perspective view of the Hutzengeometrie according to claim 1,

Fig. 2 eine schematische Drei-Tafel-Projektion, sowie eine perspektivische Ansicht der Hutzengeometrie gemäß Anspruch 2, Fig. 2 is a schematic three-panel projection, and a perspective view of the Hutzengeometrie according to claim 2,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Anordnung der Hutzen gemäß Anspruch 2 und 3, Fig. 3 is a perspective view of the arrangement of the fairings according to claim 2 and 3,

Fig. 4 eine Darstellung des Verhältnisses Nu/Nu_{ebener Spalt} und f/f_{ebener Spalt} in Abhängigkeit von der Reynoldszahl Re bei einer Hutzengeometrie gemäß Anspruch 2 und 3, Fig. 4 is a representation of the ratio Nu / Nu _{planar gap} and f / f _{planar gap} as a function of the Reynolds number Re at a Hutzengeometrie according to claim 2 and 3,

Fig. 5 eine perspektivische, schematische Ausschnittsbetrachtung eines Wärme übertragers gemäß Anspruch 4, Fig. 5 is a perspective, schematic cut-view of a heat transformer according to claim 4,

Fig. 6 eine perspektivische, schematische Ausschnittsbetrachtung eines Wärme übertragers gemäß Anspruch 5. Fig. 6 is a perspective, schematic cut-view of a heat transformer according to claim 5.

Fig. 1 zeigt eine Einzelhutze 4 gemäß Anspruch 1. Sie wirkt bezüglich eines anströmenden Fluids als Führungskanal und führt zu einer teilweisen Umlenkung der Strömung durch die Blechebene 5 hindurch. Dabei entstehen, in Richtung des umgelenkten Fluidstroms gesehen, vor und hinter den in der Blechebene liegenden Kanten 6 der Hutzen unterschiedliche Druckniveaus, die zusammen mit der Ablösung der Strömung an diesen Kanten 6 Längswirbel hervorrufen. Die geometrischen Größen wie die Breite b, die Länge l, die Höhe h und der Öffnungswinkel α sind dabei in weiten Grenzen variabel. Die Höhe h wird allerdings bei Wärmeübertragern gemäß Anspruch 1 bis 4 durch den Lamellen- bzw. Rippenabstand H begrenzt. Generell sollten die geometrischen Größen in sinnvoller Relation zu H gewählt werden. Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung mit l = 1H, b = 1H und h = 0,25H (α ≅ 20°) erwiesen. Fig. 1 shows a Einzelhutze 4 according to claim 1. It operates with respect to an oncoming fluid as a guide channel and leads to a partial deflection of the flow through the plane of the sheet 5 passes. As seen in the direction of the deflected fluid flow, different pressure levels arise in front of and behind the edges 6 of the scoops lying in the sheet metal plane, which together with the separation of the flow cause 6 longitudinal vortices at these edges. The geometric sizes such as the width b, the length l, the height h and the opening angle α are variable within wide limits. However, the height h is limited in heat exchangers according to claims 1 to 4 by the fin or rib spacing H. In general, the geometric sizes should be chosen in a reasonable relation to H. An embodiment with l = 1H, b = 1H and h = 0.25H (α ≅ 20 °) has proven to be advantageous.

Für eine Ausführung als Hutzenpaar 3 gemäß Anspruch 2, wie sie Fig. 2 zeigt, gelten dieselben Wirkungsprinzipien. Der umgelenkte Fluidstrom ist hier jedoch größer und es ergibt sich somit eine Verstärkung der oben genannten Effekte.For an embodiment as a pair of hats 3 according to claim 2, as shown in FIG. 2, the same principles of operation apply. However, the deflected fluid flow is greater here, and the effects mentioned above are thus enhanced.

Die Gestaltung der Hutzengeometrie gemäß Anspruch 2 in der vorteilhaften Anordnung gemäß Anspruch 3 gibt Fig. 3 wieder. Diese Anordnung bewirkt eine alternierende Umlenkung der Strömung durch die Drehung der in Strömungsrichtung gesehen versetzt aufeinanderfolgenden Hutzenpaare 3 um 180°. Der Abstand B nebeneinander befindlicher Hutzenpaare 3 und der Abstand L zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hutzenpaarreihen 7 bestimmen maßgeblich die Verbesserung des Wärmeübergangs. Die Werte für diese beiden Größen sind nahezu beliebig, werden jedoch sinnvollerweise so gewählt, daß man eine möglichst große Flächendichte der Hutzenpaare auf der Rippe bzw. Lamelle erhält. Eine sehr günstige Anordnung hat sich bei einem Verhältnis von B/b = 1,5 und L/l = 1,5 ergeben, die man vorzugsweise anstreben sollte.The design of the hat geometry according to claim 2 in the advantageous arrangement according to claim 3 is shown in FIG. 3. This arrangement causes an alternating deflection of the flow through the rotation of the pairs of scoops 3, which are viewed in the direction of flow, offset by 180 °. The spacing B of pairs of scoops 3 located next to one another and the spacing L between two successive pairs of scoops 7 decisively determine the improvement in the heat transfer. The values for these two sizes are almost arbitrary, but are sensibly chosen so that the greatest possible surface density of the pairs of hats on the rib or lamella is obtained. A very favorable arrangement has emerged at a ratio of B / b = 1.5 and L / l = 1.5, which should preferably be sought.

Die in Fig. 4 dargestellten Verläufe für Nu/Nu_{ebener Spalt} und f/f_{ebener Spalt} basieren auf der in Fig. 3 dargestellten Anordnung von Hutzenpaaren 3 bei B/b = 1,5 und L/l = 1,5. Der Abstand zur Vorderkante der Lamellen x_v beträgt 2H und die Länge L_aus, über welche die Meßwerte bestimmt werden, beträgt 30H. Hier erkennt man deutlich die Verbesserung des Wärmeübergangs bei einem unterproportionalem Druckverlust über dem gesamten Reynoldszahlbereich (Re_H = u H/ν) von 750 bis 3000.The curves shown in FIG. 4 for Nu / Nu _{flat gap} and f / f _{flat gap} are based on the arrangement of pairs of hatches 3 shown in FIG. 3 at B / b = 1.5 and L / l = 1.5. The distance from the front edge of the slats x _v is 2H and the length L _from , over which the measured values are determined, is 30H. Here you can clearly see the improvement in heat transfer with a disproportionate pressure loss over the entire Reynolds number range (Re _H = u H / ν) from 750 to 3000.

Der in Fig. 5 dargestellte Ausschnitt eines Lamellenrohrwärmeübertragers gemäß Anspruch 4 einerseits und der in Fig. 6 gezeigte Ausschnitt eines Wärmeübertragers gemäß Anspruch 5 andererseits stellen mögliche Ausführungen eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers dar. Die Lamellen 1 sind unter gut wärmeleitender Berührung an den Rohren 2 befestigt und bei dem in Fig. 5 gezeigten Wärmeübertrager in bekannter Art durch (nicht dargestellte) Distanzhalter auf Abstand voneinander gehalten. Die Rohre werden senkrecht zu ihren Achsen in Richtung des strömungskennzeichnenden Pfeils SR von einem äußeren Fluid angeströmt, während sich im Rohrinneren ein mit dem äußeren Medium in Wärmeaustausch stehendes, inneres Fluid befindet.The section of a finned tube heat exchanger according to claim 4 shown in FIG. 5 on the one hand and the section of a heat exchanger according to claim 5 shown in FIG. 6 on the other hand represent possible embodiments of a heat exchanger according to the invention. The fins 1 are fastened to the pipes 2 with good heat-conducting contact and at the heat exchanger shown in Fig. 5 in a known manner by spacers (not shown) at a distance from each other. An external fluid flows towards the tubes perpendicular to their axes in the direction of the flow-indicating arrow SR, while an internal fluid is in heat exchange with the external medium.

Zur Verbesserung der Wärmeübergangsbedingungen sind in den Lamellen 1 Hutzenpaare 3 gemäß Anspruch 2 in der Anordnung gemäß Anspruch 3 ausgeprägt. Diese Kombination hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, sie stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Im Sinne der Erfindung sind durchaus andere Ausführungen der Hutzen und Anordnungen, insbesondere relativ zu den Rohren 2, sinnvoll.To improve the heat transfer conditions, 1 pairs of hatches 3 according to claim 2 in the arrangement according to claim 3 are pronounced in the fins. This combination has proven to be particularly advantageous, but it is only an example. In the sense of the invention, other designs of the scoops and arrangements, in particular relative to the tubes 2 , are quite useful.

Der dreieckförmige Querschnitt der Hutzenbeispiele in den Fig. 1, 2, 3, 5 und 6 ist für ihre Wirkungsweise unerheblich und willkürlich gewählt. Entsprechende Auswirkungen auf den Wärmeübergang gelten auch auf halbkreisförmige, rechteckige und andere Querschnitte, sofern sie den erfindungstypischen Merkmalen genügen.The triangular cross-section of the examples of hats in FIGS . 1, 2, 3, 5 and 6 is irrelevant and arbitrarily chosen for their mode of operation. Corresponding effects on the heat transfer also apply to semicircular, rectangular and other cross sections, provided that they meet the characteristics typical of the invention.

BezugszeichenlisteReference list

1 Lamellen
2 Rohre
3 Hutzenpaar
4 Einzelhutze
5 Blechebene
6 Kanten innerhalb der Blechebene
7 Hutzenpaarreihe
SR Pfeil in Strömungsrichtung eines äußeren Mediums
l Länge einer Einzelhutze 4
b Breite einer Einzelhutze 4 bzw. eines Hutzenpaares 3
h Höhe einer Einzelhutze 4
L Abstand zwischen Hutzenpaarreihen 7
B Abstand benachbarter Hutzenpaare 3
H Lamellen- 2 bzw. Rippenabstand
L_aus Auswertebereich bzw. Lamellenlänge in Strömungsrichtung
x_v Abstand zur Vorderkante
α Öffnungswinkel einer Einzelhutze 4
u Anströmgeschwindigkeit
ν kinematische Viskosität. 1 slats
2 tubes
3 pair of hats
4 single scoops
5 sheet level
6 edges within the sheet level
7 row of scoops
SR arrow in the flow direction of an external medium
l Length of a single hat 4
b Width of a single hat 4 or a pair of hats 3
h Height of a single hat 4
L Distance between rows of scoops 7
B Distance between adjacent pairs of scoops 3
H Slat 2 or rib spacing
L _from evaluation area or lamella length in flow direction
x _v Distance to the front edge
α Opening angle of a single hood 4
u flow velocity
ν kinematic viscosity.

Im Hinblick auf die Fertigung der Hutzen ist als weiterer Vorteil deren einfache Herstellung zu nennen. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager kann in Abhängigkeit von seinem Einsatzgebiet aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Als die gebräuchlichsten seien hier nur Metalle, keramische Werkstoffe (Porzellan, Glas, etc.) und Kunststoffe (Thermoplaste, Duroplaste, etc.) erwähnt. Sicherlich sind im Hinblick auf spezielle Problemlösungen weitere denkbar. Die kleinen Erzeugerstrukturen lassen sich einfach nach bekannten Verfahren durch Umformen (Tiefziehen, Drücken, Stanzen, Prägen, Warmformen bei Kunststoffen etc.) oder Urformen (Gießen, Pressen, etc.) eines Ausgangswerkstoffes herstellen. Im Falle einer umformenden Herstellung erfahren die Rippen bzw. Lamellen durch Verfestigungsprozesse im Werkstoff eine Stabilitätssteigerung, was die Anfälligkeit gegenüber mechanischen Beschädigungen reduziert.With regard to the manufacture of the scoops, their simple advantage is another advantage To call manufacturing. The heat exchanger according to the invention can be dependent be made of different materials from its area of application. As the the most common are only metals, ceramic materials (porcelain, glass, etc.) and plastics (thermoplastics, thermosets, etc.) mentioned. Certainly are in mind further conceivable on special problem solutions. Leave the small producer structures simply by known methods by forming (deep drawing, pressing, Punching, embossing, thermoforming in plastics etc.) or master forms (casting, pressing, etc.) of a starting material. In the case of forming production the ribs or lamellas experience a hardening process in the material Stability increase, which is the susceptibility to mechanical damage reduced.

Da die erfindungsgemäßen Hutzen eine flache Umlenkung der Strömung um relativ kleine Winkel bewirken, entstehen nur kleine Totwassergebiete, woraus eine geringe Anfälligkeit gegenüber Ablagerungen ("Fouling") resultiert. Dieser Effekt wird durch die aufgrund der Längswirbel erzeugten Querdurchmischung und die Störung der Wandgrenzschicht noch verstärkt. Eine einfache Reinigung des Wärmeübertragers ist möglich, da die Hutzengeometrien aufgrund ihrer Dimension und ihres Aufbaus keine wesentlichen und insbesondere in einer Reinigungsrichtung keine scharfkantigen Vorsprünge darstellen. Dadurch ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers in einem weiten industriellen Bereich möglich.Since the scoops according to the invention a flat deflection of the flow by relative cause small angles, only small dead water areas arise, from which a small Susceptibility to deposits ("fouling") results. This effect is due to the due to the longitudinal vortex generated cross mixing and the disruption of the Wall boundary layer reinforced. The heat exchanger is easy to clean possible, because the hat geometry due to their size and structure none essential and especially in a cleaning direction no sharp-edged Show ledges. This is the use of an inventive Heat exchanger possible in a wide industrial area.

Claims

1. Heat exchanger with pipes of any cross-section, which are provided on the outside with transverse ribs arranged at a uniform axial distance (finned-tube heat exchangers), which have pressed out of their planes, in cross-sectional shape any desired, increasing over their barrel length towards the opening, characterized in that seen in the direction of flow of an external medium, with their axis preferably parallel to it, are provided in a freely selectable arrangement, the scoops causing a partial deflection of the external flow medium through the rib planes, with simultaneous pairwise formation of oppositely rotating longitudinal vortices.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pronounced Hutzen in pairs with their openings directly to each other and out of Rib plane are pushed out in the opposite direction, that the two Openings of a pair of hatches are on the same level.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the cross to the direction of flow pronounced rows of scoops in the direction of flow seen, staggered and the staggered rows Direction of expression reversed.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transverse ribs arranged on the tubes within one plane connected and designed as a single lamella (lamella tube heat exchanger).

5. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transverse fins are connected to one another as one running between the tubes, folded lamella are executed, the tube cross sections preferably a flattened shape, stretched in the direction of the medium flowing outside exhibit.