DE2305056A1 - FIBER TUBE HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
U. S.. A.UNITED STATES.
Die Erfindung betrifft einen Ri ppenrohr-Wii rmeaustauscher mit fIüssigkeits- oder gasführenden Rohren, die sich durch in engem Abstand parallel zueinander verlaufende Rippen aus MetalIblechmatorial erstrecken, wobei zur Verbesserung der Wa* rmeübertragung ein zweites Strömungsmedium über die Oberflächen der Rippen und im allgemeinen rechtwinklig zu den Achsen der durch die Rippen hindurchgehenden Rohre geleitet wird.The invention relates to a Ri ppenrohr-Wii heat exchanger with Pipes carrying liquid or gas that extend through narrow Ribs made of sheet metal extending at a distance from one another and extending parallel to one another, a second flow medium over the surfaces of the Ribs and generally perpendicular to the axes of the through pipes passing through the fins.
Wärmeaustauscher aus Rippenrohren bestehen im wesentlichen aus einer Anzahl von Meta I IbIechrippen in dichtem Abstand, die vonFinned tube heat exchangers essentially consist of a number of closely spaced meta-iliac ribs, ranging from
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einer Vielzahl das Kühlmittel enthaltenden Rohren im allgemeinen rechtwinklig durchzogen werden. Zwischen dem Außennedium beispielsweise Luft, das jip al !gemeinen in kräftigem Fluß über die Oüerflachen der Rippen und rechtwinklig zu den Rohrachsen streicht, und der sich in den Rohron befindlichen Flüssigkeit findet über die Rippen ein hochgradiger Wärmeaustausch statt. Bei solchen Wärmeaustauschern werden verschiedene Rofiranordnungen und Ri ppen f orncn mit denr Ziel einer maximalen Wärmeübertragung verwendet. Grundsätzlich sind die RippenoborfIächen so ausgelegt, daß sie die sich auf der Oberfläche der Rippen bildende Grenzschicht durchbrechen, um eine Luftturbulenz zu erzeugen und so den Wärmeaustausch zwischen den Rohren und dorr üüer die KippenfIächen streichenden Außenstrom zu vergrößern. Unglücklicherweise wächst die Wärmeaustauschfähigkeit des Wärmeaustauschers mit der Größe des Luftdruckfalls zurr Wärmeaustauscher. Es ist bekannt, die Wärmeaustauschfähigkeit dadurch zu vergrößern, daß innerhalb der Rippenöffnungen durch Abklappen einer Anzahl von Lappen, die sich von der einen Seite einer Rippe zur benachbarten Rippe erstrecken, vorgesehen werden, woDei die Lappen in den Luftstrom ragen und ihm die gewünschte TurDulenz rechtwinklig zu den das Kühlmittel enthaltenden Rohren erteilen. Die Lappen stellen ein Hindernis dar und beschleunigen die Verschmutzung tier Anordnung. Weiterhin verhindern die Lappen oder Vorsprünge, daß Luft durch die durch Abklappen der Lappen entstandenen Öffnungen hindurchfließt, und vergrößern die Turbulenz des Luftstroms für eine bessere Wärmeaustauschfähigkeit sowie den Druckabfall des Luftstrorrs üoer derr Wärmeaustauscher. a plurality of tubes containing the coolant in general be pulled through at right angles. Between the outside medium, for example Air, the jip al! Mean in a powerful flow over the Oüerflachen the ribs and perpendicular to the pipe axes strokes, and the liquid in the tube A high degree of heat exchange takes place via the ribs. Various Rofir arrangements are used in such heat exchangers and rip shapes with the aim of maximum heat transfer used. Basically, this is how the rib top surfaces are designed to break through the boundary layer forming on the surface of the ribs to create air turbulence and so the heat exchange between the tubes and dorr to increase the external current that crosses the tilting surfaces. Unfortunately, the heat exchanging ability of the heat exchanger increases with the size of the air pressure drop to the heat exchanger. It is known to increase the heat exchange capacity enlarge that within the rib openings by folding down a number of lobes extending from one side of a Rib to extend to the adjacent rib, provided whereDei the lobes protrude into the air stream and give it the desired Apply TurDulenz at right angles to the pipes containing the coolant. The lobes are an obstacle and accelerate the pollution tier arrangement. Furthermore, the tabs or projections prevent air from flowing through the Through the openings created by the rag, and enlarge the turbulence of the air flow for a better heat exchange capacity as well as the pressure drop of the air flow over the heat exchanger.
Es ist Ziel der Rippenstruktur und der Ausbildung der Rippen "und Rohre am Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, daß eine Rippenoberfläche geschaffen wird, d.ie bei einem geringfügig stärkeren Luftdruckabfall Dein Durchgang durcn denIt is the goal of the rib structure and the formation of the ribs "and tubes on the heat exchanger according to the present invention, that a rib surface is created, i.e. that of a slight greater drop in air pressure through your passage
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Wärmeaustauscher, wobei die durch den Wärmeaustauscher hindurchfließende Luft diffundiert und gemischt wird, einen höheren AußenfiIm-Koeffiζienten aufweist. Die Rippe soll dabei so ausgelegt sein, daß die durch den Wärmeaustauscher fließende Luft die Strömungsrichtung ändert, um mehr Hitze von der Rippenoberfläche abzuführen. Der Strömungsweg der durch den Wärmeaustauscher fließenden Luft soll verlängert werden, um die Wärmeübertragung zwischen den Strömungsmedien zu vergrößern. Es sollen dadurcfh höhere Flächengeschwindigkeiten ermöglicht, ohne daß bei Benutzung des Wärmeaustauschers zum Entziehen von Feuchtigkeit Probleme mit dem Abblasen und Entfernen des Kondensats entstehen. Ferner soll die Rippe leichter sein und dazu beitragen, das Gesamtgewicht des Wärmeaustauschers zu reduzieren.Heat exchanger, wherein the flowing through the heat exchanger Air is diffused and mixed, has a higher external fiim coefficient. The rib should be laid out like this be that the air flowing through the heat exchanger the flow direction changes to get more heat from the fin surface to dissipate. The flow path of the air flowing through the heat exchanger should be lengthened in order to facilitate the transfer of heat to enlarge between the flow media. It should therefore allow higher surface velocities without when using the heat exchanger to remove moisture Problems arise with blowing off and removing the condensate. Furthermore, the rib should be lighter and contribute to to reduce the overall weight of the heat exchanger.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einerr Wärmeaustauscher der genannten Art dadurch erreicht, daß die Rippen in Strönungsrichtung des äußeren Mediums gewinkelt oder gewellt sind und eine Anzahl von Löchern aufweisen, die derart zwischen den Rohren liegen, daß das äußere Medium zur Verbesserung des Wärmeaustausches von einer Seite der Winkel oder Wellen durch die Löcher zur anderen Seite und umgekehrt und somit längs entgegengesetzter Flächen der Rippen strönt.The object of the invention is achieved in a heat exchanger mentioned type achieved in that the ribs in the direction of flow of the outer medium are angled or corrugated and have a number of holes so between the Pipes lie that the external medium to improve the heat exchange from one side of the angle or waves through the holes to the other side and vice versa and thus flows along opposite faces of the ribs.
Vorzugsweise sind die Rippen ziehharmonikaartig zu flachen, winkligen Falten geformt. Dabei kann jede Faltenwand eine Anzahl von rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Luftstroms langgestreckten Löchern aufweisen . Da wo die fIüssigkeits- oder gasenthaltenden Rohre in Reihen versetzt angeordnet sind, liegen die Löcher für den Luftdurchgang innerhalb der Rippen zwischen den Rohren jeder Reihe, um in der Linie der Rohrreihe Luftturbulenz zu erzeugen.Preferably the ribs are to be flat like an accordion, shaped angled folds. Each wall of folds can have a number of angles at right angles to the direction of flow of the air stream have elongated holes. Where the liquid or pipes containing gas are staggered in rows, the holes for air passage are inside the ribs between the tubes of each row to create air turbulence in the line of the tube row.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem zeichnerisch dargestellten und nachfolgend näher oeschriebenen Ausführungsbeispiel.Further details, features and advantages of the invention result from a graphically illustrated and below in more detail described embodiment.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Teilansicht eines Rippenrohr-Wärmeaustauschers mit der verbesserten, erfindungsgemäßen Rippenausbildung,Fig. 1 is a partial view of a finned tube heat exchanger with the improved rib design according to the invention,
Fig. 2 einen Teil einer der Rippen des Wärmeaustauschers aus Fig. 1 in Draufsicht undFigure 2 shows part of one of the fins of the heat exchanger from Fig. 1 in plan view and
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen in Fig. 2 dargestellten Rippenteil.FIG. 3 shows an enlarged cross section through a rib part shown in FIG. 2.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein senkrecht ausgerichteter Wärmeaustauscher 10 beispielsweise als eine Verdampfer- oder Kondensorschlange einer LuftkondΪtionieranI ape dargestellt, wobei längliche, das Kühlmittel enthaltende Rohre 12 durch umgebogene Rohrteile 14 schleifenartig zu einer vertikal ausgerichteten Einheit verbunden sind. Oben und unten werden sie von Rahmengliedern, beispielsweise einem Rahmenglied 16, zusammengehalten und stellen damit eine verhältnismäßig starre Anordnung dar. Es ist nur ein Teil des Wärmeaustauschers 10 dargestellt, wobei dieser über herkömmliche Vorrichtungen mit einem Vorrat an Kühlmittel verbunden ist, das durch die parallel oder in Serie geschalteten und das Kühlmittel enthaltenden Rohre fließt, um mit einem sekundären äußeren Strom, in diesem Fall Luft, die rechtwinklig zur Achse der Rohre 12 und zur Zeichenweise geraSe Fig. 1 strömt, einen Wärmeaustausch zu bewirken. In diesem Zusammenhang können die Rahmengiieder 16 mit rl ngfSrjnj gen Flanschen IS versehen sein, durch weiche die EIm-In Fig. 1 of the drawings, a vertically aligned heat exchanger 10 is shown, for example, as an evaporator or condenser coil of an LuftkondΪtionieranI ape, elongated tubes 12 containing the coolant being connected in loops by bent tube parts 14 to form a vertically oriented unit. At the top and bottom, they are held together by frame members, for example a frame member 16, and thus represent a relatively rigid arrangement or pipes connected in series and containing the coolant flows in order to effect a heat exchange with a secondary external flow, in this case air, which flows at right angles to the axis of the pipes 12 and to the drawing in FIG. 1. In this context, the frame members 16 can be provided with rl ngfSrjnj gen flanges IS, through which the EIm-
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zelrohre hindurchgeführt sind und in dargestellten Teil des Wärmeaustauschers können die F3ogenstücke 14 mit den geraden Rohren 12 aus,einem Stück bestehen oder mit ihnen etwa da verbunden sein, wo die Flansche 18 angeordnet sind.zelrohre are passed through and shown in part of the Heat exchanger, the arc pieces 14 with the straight tubes 12 can consist of one piece or with them about there be connected where the flanges 18 are arranged.
Die Erfindung beinhaltet in einzelnen die Anwendung einer Anzahl länglicher Rippen 20 aus dünnen Metallblech, die sich längs von einen zum anderen Ende des Wärmeaustauschers 10 in engem senkrechtem Abstand erstrecken. Dadurch wird eine vertikale Anordnung gebildet, durch welche die das Kühlmittel enthaltenden Rohre 12 hindurchragen, un einen äußerst wirksamen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in den Rohren und dem rechtwinklig zu diesem durch die Abstände zwischen den Rippen 20 gezwängten Luftstrom zu bewirken. Jede Rippe besteht aus einem im allgemeinen rechtwinkligen Streifen aus stark wärmeleitendem Metall und ist beispielsweise aus Aluminium-Blechmaterial oder ähnlichem ausgestanzt. Es ist wichtig für die Erhaltung eines WSrmeIeitpfades niedriger Impedanz zwischen den Kühlmittel enthaltenden Rohren, die ebenfalls aus Aluminiun bestehen können, und den Rippen 20, daß für jedes Rohr kreisförmige Löcher 22 vorgesehen sind, üie Löcher 22 werden aus dem Material an den gewünschten Stellen herausgearbeitet, gemäß Fig. 2 eine Anzahl von Rohrreihen A, B, C und D zu bilden, die die Rippen tragen, wobei die Löcher 22 der Reihen bei der dargestellten Ausführungs form abwechselnd sowohl seitlich als auch in Längsrichtung versetzt sind, um zwischen der Luft, die in PfeiIrfchtung 24 (Fig. 2) in rechten Winkel zu den Achsen der Löcher 22 fließt, und dem Kühlmittel oder einer entsprechenden Flüssigkeit in den Rohren 12 eine maximale Wärmeübertragung zu erzielen. Un weiterhin eine Leitfähigkeit zwischen den Rippen und den von ihnen aufgenommenen Rohren zu bewirken, besteht in dargestellten Ausführungsbeispiel jedes Loch 22 vorzugsweise aus einen beim Stanzen entstehenden Ring 26. Ferner ist ein Flanschteil 28 an einem BiegepunktThe invention includes in detail the use of a Number of elongated ribs 20 made of thin sheet metal, which are along from one end to the other of the heat exchanger 10 in close perpendicular distance. This creates a vertical arrangement through which the coolant containing tubes 12 protrude, un an extremely effective Heat exchange between the coolant in the tubes and to effect the air flow forced perpendicular thereto through the spaces between the ribs 20. Every rib is made from a generally rectangular strip of strong thermally conductive metal and is for example made of aluminum sheet material or similar punched out. It is important to maintain a low impedance heat conduction path between the tubes containing coolant, which can also be made of aluminum, and the fins 20 that are circular for each tube Holes 22 are provided, holes 22 are made from the Material worked out in the desired places, according to Fig. 2 to form a number of rows of tubes A, B, C and D which support the ribs, the holes 22 of the rows at the embodiment shown alternately both laterally as are also offset lengthways in order to move between the air, those in arrow direction 24 (Fig. 2) at right angles to the Axes of the holes 22 flows, and the coolant or a corresponding liquid in the tubes 12 a maximum To achieve heat transfer. Un still have a conductivity between the ribs and the tubes they hold to effect, consists in the illustrated embodiment each hole 22 preferably consists of a ring 26 formed during the punching process. Furthermore, a flange part 28 is at a bending point
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mit dem mittleren rohrförmigen Teil 32 enthalten, der ein Rohr 12 aufnimmt und einen Wä rrre I e i tp f au niedriger Impedanz zwischen dem Ring 26 und der ihn tragenden Rippe bildet. Diese rohrförmigen Teile und Ringe werden durch Ausziehen des GrundblechmetaHs (Rippenmaterial) gebildet. Enger Kontakt wird dann zwischen der Rippe und dem Rohr durch Aufweiten des Rohrs· um etwa 0,508 mm hergestellt. Eine freie Kante 36 des roh r f örrr i gen Teils 32 des Ringes 26 ist nach außen aufgeweitet, damit"die Rippen leicht die Rohre aufnehmen und beim Zusammensetzen des Würmeaustauschers aufgesteckt werden können.with the central tubular part 32, which is a tube 12 receives and forms a Wä rrre I e i tp f au low impedance between the ring 26 and the rib supporting it. This tubular Parts and rings are made by pulling out the base metal (Rib material) is formed. Close contact will then between the rib and the tube by expanding the tube · um made about 0.508 mm. A free edge 36 of the raw material Part 32 of the ring 26 is expanded outward so that "the Ribs easily accommodate the pipes and can be attached when assembling the worm exchanger.
Wichtig ist bei der vorllegenden Erfindung die Anordnung von ziehharmonikaähnlichen Falten oder gewinkelten Faltungen an den einzelnen Rippen 20, die durch Umbiegen der Rippen längs Faltlinien 33 in rechtem Winkel zum Luftstrom (PfeiIrichtung 24) entstehen. Dadurch werden flachwinklige Wellen erzielt, bei denen sich die nebeneinander! legenden WeI lenwände 40 schräg in entgegengesetzte Richtungen erstrecken (Fig. 3). Weiterhin sind die Wellenwände 40, wie in Fig. 3 dargestellt, mit Luftdurchgangsöffnungen oder Löchern 42 zwischen den Faltlinien versehen, die irr. al !gemeinen in Flußrichtung ausgerichtet sind und die es ermöglichen, daß an jeder Falte die Luft von der einen Seite der Rippe zur anderen streichen kann, un die Turbulenz und die VJa" rmeübert ragung zu vergrößern, ohne daß bei dem durch den Wärmeaustauscher 10 hindurchgehenden Luftstrom ein stärkerer Druckabfal I auftritt. Wie in Fig. 2 dargestel It, sind die Luftdurchgangsöffnungen oder Löcher 42 innerhalb der Rippen 20 flach ausgebildet und in der im rechten Winkel zum Luftstrom verlaufenden Richtung langgestreckt, wcoei selbstverständlich die Größe und Ausoildung sowie auch die Anzahl der Löcher jeder Faltenwand in Aohängiqkeit vom Aufbau und von den Momessungen des jewei Iioen Wärmeaustauschers abgeän-What is important in the present invention is the arrangement of accordion-like folds or angled folds on the individual ribs 20, which by bending the ribs along fold lines 33 at right angles to the air flow (direction of arrow 24) develop. This results in flat-angled waves, at which are next to each other! laying corrugated walls 40 obliquely in extend in opposite directions (Fig. 3). Farther are the wave walls 40, as shown in Fig. 3, with air passage openings or holes 42 provided between the fold lines that go wrong. are generally aligned in the direction of flow and which allow the air to escape from every fold can brush one side of the rib to the other, reducing the turbulence and the VJa "rmeübert ragung to increase without that at the air flow passing through the heat exchanger 10 a greater pressure drop I occurs. As shown in Fig. 2, are the air passage openings or holes 42 within the Ribs 20 formed flat and at right angles to the Airflow extending in the direction elongated, wcoei of course the size and formation as well as the number of holes in each wall of the folds depending on the structure and from the measurements of the respective heat exchanger
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dert werden können, üarüberhinaus Dilden, wie in Fig. 2 dargestellt, die Luftdurchgangsöffnungen oder Löcher 42 eine Reihe, die bei allen vier Rohrreihen A, B, C, D zwischen den Rohröffnungen 22 einer gegebenen Rohrreihe liegen. So fließt der auf ein Rohr 12 auftreffende Luftstrom längs beider Rohrseiten ab und verläuft, bevor er stromabwärts auf das nächste ausgefluchtete Rohr auftrifft, durch die vier ausgerichteten Luftdurchgangs Iöcher oder -Öffnungen 42 und ändert seine relative Richtung zu den RίppenfIächen, um dadurch die auf der Rippenoberfläche gebildete Grenzschicht aufzubrechen und in der den Wärmeaustauscher durchfließenden Luft Turbulenz zu erzeugen. Hierdurch wird die Luft für einen maximalen Wärmeaustausch mit derr in den einzelnen Rohren 20 enthaltenden Kühlmittel diffundiert und gemischt.can be changed, moreover, as shown in Fig. 2, the air passage openings or holes 42 a Row, which in all four rows of tubes A, B, C, D lie between the tube openings 22 of a given row of tubes. So flows the air flow impinging on a tube 12 decreases along both tube sides and runs before it goes downstream to the next aligned pipe meets, through the four aligned Air passage holes or openings 42 and changes its relative direction to the torso surfaces, thereby to the on the To break the boundary layer formed on the rib surface and in the air flowing through the heat exchanger causes turbulence produce. In this way, the air is for maximum heat exchange with that contained in the individual tubes 20 Coolant diffuses and mixed.
Die von den Rippen vorzugsweise getragenen Ringe 36, welche die Rohre 12 umgeben und für einen ausgezeichneten Wärmeaustausch zwischen den Rohren 12 und den Rippen 20 sorgen, können auch weggelassen werden, wobei dann die die Öffnung 22 begrenzende Kante der Rippe 20 auf jeden FaII die Rohrwände direkt berührt, um zwischen ihnen eine hochwärmeIeitfähige Verbindung zu schaffen.The rings 36, preferably carried by the ribs, which the Tubes 12 surround and for excellent heat exchange Provide between the tubes 12 and the ribs 20 can also be omitted, in which case the opening 22 delimiting Edge of the rib 20 in any case touches the pipe walls directly, in order to create a highly heat-conductive connection between them.
Aus dem zuvor beschriebenen Aufbau ergibt sich, daß ein wesentlicher Teil der Rippenoberfläche zwischen nebeneinanderIiegenden Rohren 12 ausgestanzte Löcher 42 trägt, um der durch den Wärmeaustauscher fließenden Luft einen im Verhältnis zur Oberfläche der Rippen, über die die Luft hinwegstreicht, langen Strömungsweg zu geben, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird. Wenn der Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ei ne Entwässerungs- oder Trocknungsfunktion hat, neigt das der Luft entzogene Wasser dazu, an den Rippenoberflächen zu haften. Das, Wasser kann sich dann in den ausgestanzten Löchern 42 ansammeln. Diese verhindern, daß das Wasser ausgeblasen wird,As a result of the construction described above, a substantial part of the rib surface has holes 42 punched out between adjacent tubes 12, in order to be able to pass through the Air flowing through heat exchangers is long in relation to the surface area of the fins over which the air passes To give flow path, whereby the heat transfer improves will. When the heat exchanger according to the present invention has a drainage or drying function, that tends to be the case Water removed from the air causes it to adhere to the rib surfaces. The water can then collect in the punched holes 42. These prevent the water from being blown out,
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und so kann die hindurchgehende Luft bei hohen Flä'chengeschwiηdigkeiten betrieben werden,ohne daß Abb IasprobIeme mit dem Kondensat auftreten. Bei Benutzung des Wärmeaustauschers auf Gebieten, auf denen ein geringes Gewicht von entscheidender Bedeutung ist, entsteht durch das Ausstanzen eines wesentlichen Teils des Rippenmaterials zur Bildung der Löcher 42 gleichzeitig mit dem ziehharmonikaartigen Biegen der Rippen um Faltlinien 38 ein Wärmeaustauscher mit verringertem Gesamtgewicht, der bei hoher Wärmeaus tausch Ieistung in Fahrzeugen oder auf anderen Gebieten benutzt werden kann, bei denen kein großes Gewicht erwünscht ist.and so can the air passing through at high surface speeds be operated without Fig. problems with occur in the condensate. When using the heat exchanger in areas where light weight is critical is created by punching out a substantial one Part of the rib material to form the holes 42 simultaneously with the accordion-like bending of the ribs around fold lines 38 a heat exchanger with a reduced total weight, the exchange performance in vehicles with high heat exchange or in other areas where great weight is not desired.
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