DE2123722C3 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit Rohren und damit verbundenen, senkrecht zu den Rohren angeordneten Rippen, die von einem Kragen aus Rippenmaterial umgebene Öffnungen aufweisen und mit den Kragen, insbeLjndere durch einen Preßvorgang, an die Rohrv. angeschlossen sind, wobei die Rippen aus dem Rippenm terial aufgebogene M Turbulenzerzeuger für das zwischen den Rippen strömende Wärmetauschermedium aufweisen.

Derartige Wärmetauscher werden in vielen technischen Gebieten, z. B. in der Lufttechnik. Kältetechnik, bei Trockenkühltürmen usw. verwendet. Folglich ■"> bestehen sie aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, das sith einerseits wegen seiner guten Wä-meleitfähigkeit und andererseits wegen seines geringen spezihschen Gewichtes sowie seiner günstigen Korrosionseigenschaften als wirtschaftlich erwiesen hat. Bei ♦■> Verwendung von Aluminium können jedoch die üblichen Lot- und .Schweißverfahren /um Verbinden von Rohren und Rippen aus technologischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht angewendet werden. Deshalb ist man da/.u übergegangen, Rohre und Rippen >'' durch einen Preßvorgang /u verbinden.

Die aus Aluminium bestehenden Rippen sollen aus einem sehr dünnen Blech bestehen, um den Strömungswiderstand der /wischen den Rippen strömenden Luft gering fu halten Um den Wärmeübergang /wischen ■>' der Rippen und der daran vorbeiströmenden I.lift /u verbessern, ordnet man Turbulenzer/euger an. die den Austausch der an den Rippen vorbeiströmenden Luft verbessern und insbesondere bei laminarer Strömung den I inm'hliig /u turbulenter Strömung herbeiführen ^h" sollen. Diese Tufbulenzerzeuger müssen so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie die Festigkeit der sehr dütineiT Rippen nicht beeinträchtigen und keine wesentlichen Slrömüngskräfte erzeugen, die die Rippen verformen können. "''

üei einem bekannten Wärmetauscher (US 34 37 134) sind die Turbulenzerzeugcr als Blechstreifen gebildet, die t|uer zur Strömungsrichtung aus der Rippenebene

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herausgebogen und zu Schlaufen oder ösen geformt sind, deren Achse sich in Strömungsrichtung oder unter einem Winkel dazu erstreckt. Abgesehen davon, daß die Herstellung derartiger Rippen wegen der schlaufenartigen Form der Turbulenzerzeuger aufwendig ist, haben die Turbulenzerzeuger, wenn sich die Achsen der Schlaufen in Strömungsrichtung erstreckt, nur eine verhältnismäßig geringe Wirkung, während eine Anordnung, bei der die Achsen der Schlaufen untt,- einem Winkel zur Strömungsrichtung stehen, zwangsläufig erhebliche Strömungskräfte ergibt, die bei Rippen aus einem sehr dünnen Material unerwünscht sind.

Ferner kennt man Wärmetauscher, bei denen die Ein- und Austrittskanten der Rippen zu einem profilartigen Querschnitt umgebördelt sind (US 17 52 879). Damit soll der Lufteintritt bzw. Luftaustritt in den bzw. aus dem Wärmetauscher vergleichmäßigt und verbessert werden. Die Erzeugung von Turbulenzen soll damit verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Wärmetauscher der eingangs angegebenen Gattung die Herstellung der Rippen mit Turbulenzerzeugern zu vereinfachen und die Wirkung der Turbulenzerzeuger zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Turbulenzerzeuger als im wesentlichen in Strömungsrichtung aus der Ri-j pe rückgebördelte Lappen sind, die wenigstens an ihren Enden bis auf die Rippe zurückgebogen sind.

Das ermöglicht zunächst eine wirtschaftlichere Herstellung, weil im einfachsten Fall die Lappen um 180° zurückgebördelt sind, parallel zur Rippe verlaufen und auf dieser aufliegen. Darüber hinaus wird aber auch die Wirkung der Turbulen/erzeuger verbessert, weil diese, in Strömungsrichtung gesehen. Ein- und Austrittskanten aufweisen, die sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken und damit einen verhältnismäßig großen Strömungsbereich erfassen. Durch /. B. versetzte Anordnung der Turbulenzerzeuger kann die Strömung praktisch im gesamten Bereich der Rippe beeinflußt werden. Diese Beeinflussung der Strömung findet hauptsächlich und insbesondere im Bereich der Grenzschicht statt, so daß mit Sicherheit ein Umschlag von laminarer /u turbulenter Strömung herbeigeführt wird. Damit vr'bunden ist immer cm Austausch zumindest in gren/schichtnahen Strömungsschichten.

Eine weitere Beeinflussung der Strömung laßt sich dadurch erreichen, daß die Lappen zusammen mit den von ihnen überdeckten Teilen der Rippe einen in Strömungsrithtung profilförmigen Querschnitt bilden Da die Lappen icweils aus dem Material der Rippe gebildet sind, befinden sich vor und hinter den I urbiilen/er/eugein Ausnehmungen in der Rippe.durch die die Luft ebenfalls strömen kann. Auch das fordert den Austausch /wischen benachbarten Slromungs schuhten.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausfiihrungsbeispiele der ί rfindiing erläutert. es /eigen

I ig I bis i in aufeinander folgenden Herstellungs phasen d.is llmbordeln der als Iiirbuli-n/er/eiiger dienenden Lappen an Rippen fur einen Wärmetauscher, F i g. 4 weitere Ausführungsformen fertiger Rippen,

F i g. 5 teilweise einen Schnitt durch einen Wärmetauscher mit auf Rohre aufgesetzten Rippen,

Fi g. 6 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 5.

Gemäß F i g. I werden aus einem dünnen Aluminiumblech mehrere Lappen, von denen nur einer dargestellt

ist, ausgeschnitten. Die Lappen werden dann aufgebogen bzw. aufgebördelt (F i g. 2) und anschließend auf das Aluminiumblech zurückgebogen (Fig.3), so daß im Bereich der zurückgebördelien Lappen eine Materialverstärkung entsteht Dadurch bilden die zurückgebördelten Lappen mit dem Rippenblech einen Turbulenzverstärker.

Bei den in Fig.4 dargestellten Ausführungsformen sind die Lappen lediglich mit ihren Enden auf das Rippenblech zurückgebogen, wobei eine Profilform entstanden ist. Die so gebildeten Turbulenzerzeuger a in Fig.4 besit?en eine zu der durch Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung parallele Mittellinie. Die von dem rückgebogenen Lappen und dem Aluminiumblech gebildeten Profilwandungen sind beidseits aus der Ebene des Aluminiumbleches herausgebogen.

Der Turbulenzerzeuger b in Fig.4 besitzt eine ähnliche Form wie der Turbulenzerzeuger a, wobei sich der rückgebördslte Lappen jedoch im wesentlichen parallel zur Ebene des Aluminiumbleches erstreckt.

Der Turbulenzerzeuger c weist eine zur Strömungsrichtung geneigte Mittellinie auf, die dadurch entstanden ist, daß die vom Aluminiumblech gebildete Wandung des Profils nicht verformt ist, wänrend der Lappen profilförmig auf die Oberseite des Aluminiumblechs zurückgebogen ist.

Der untere Teil der F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der Turbulenzerzeuger b und c in Strömungsrichtung aufeinander folgend im Wechsel angeordnet sind. Da die Mittellinien der aufeinander folgenden profilförmigen Turbulenzerzeuger unter wechselnden Winkeln angeordnet sind, ermöglicht das eine wellenlinienförmige Strömung, die die Ausbildung von Turbulenzen begünstigt.

In allen Fällen sind die Turbulenzerzeuger als im wesentlichen in Strömungsrichtung aus der Rippe rückgebördelte Lappen ausgebildet, die einen ver

gleichsweise geringen Strömungswiderstand besitzen. Die Turbulenzerzeuger sind an besonders günstigen Stellen, nämlich jeweils an den in Strömungsrichtm.g vorderen Kanten der bei der Herstellung gebildeten Durchbrechungen angeordnet, wo sie insbesondere die grenzschichtnahe Strömung im Hinblick auf konvektiven Wärmeaustausch vorteilhaft beeinflussen.

Wie die Fi g. 5 und 6 zeigen, werden jeweils mehrere zueinander parallele, mit Turbulenzerzeugern versehene Rippen auf Rohren des Wärmetauschers angeordnet. Dazu werden von der Herstellung der Turbulenzerzeuger flanschartige Ringe aus den Rippen herausgeschnitten bzw. gepreßt, so daß Durchgangsöffnungen für die Rohre entstehen. Die Rippen werden dann auf die Rohre aufgereiht, im entsprechenden Abstand angeordnet und schließlich durch Aufweiten der Rohre fixiert. Als Abstandshalter können die aus den Rippen herausgepreßten flanschartigen Ringe dienen.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausfühmngsform sind identische Rippenbleche so auf die Rohre des Wärmetauschers aufgereiht, daß die. * drbulenzerzeuger sich in einer Projektion senkrecht zur üirömungsrichtung überdecken.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausfühmngsform sind einerseits Rippen a und andererseits Rippen b im WechSv.·. auf die Rohre des Wärmetauschers aufgesetzt. Die Rippen b sind identisch mit der Ausfühmngsform der Rippen nach Fig. 5. Bei den Rippen a sind die flanschartigen Ringe an anderen Stellen herausgepreßt, so daß die Turbulenzerzeuger der Rippen a bzw. b in einer Projektion senkrecht zur Strömungsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

Bei Verwendung von Rippen in den Ausführungsformen der F i g. 4 können quer zur Strömungsrichtung aus der Rippe herausgebogep.e Lappen bzw. Teile der Turbulenzerzeuger auch als Abstandshalter zur nächsten Rippe dienen

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit Rohren und damit verbundenen, senkrecht zu den Rohren angeordneten Rippen, die von einem Kragen aus Rippenmaterial ϊ umgebene Öffnungen aufweisen und mit den Kragen, insbesondere durch einen Preßvorgang, an die Rohre angeschlossen sind, wobei die Rippen aus dem Rippenmaterial aufgebogene Turbulenzerzeuger für das zwischen den Rippen strömende Wärmetauschermedium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeuger als im wesentlichen in Strömungsrichtung aus der Rippe rückgebördelte Lappen sind, die wenigstens an ihren Enden bis auf die Rippe zurückgebogen sind. ι^s

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen um 180° rückgebördeit sind, parallel zur Rippe verlaufen und auf dieser aufliegen.

3. Wär.vetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen zusammen mit den von ihnen überdeckten Teilen der Rippe einen in Strömungsrichtung profilförmigen Querschnitt bilden.