DE2330076B2 - Rippenrohr-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rippenrohr-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Um den Wärmeübergang an Bippenrohr-Wärmetauschern zu vergrößern, ist es bekannt, die von dem Wärmeaustauschfluid angeströmten Rippen zu vergrößern. Trotz der verschiedensten Ausführungen zur Vergrößerung der Oberfläche, auch unter erhöhtem Druck, ist der Wirkungsgrad überraschend gering. Ein Grund für diesen relativ geringe«, Wirkungsgrad ist die Ausbildung einer Grenzschicht im Wärmeaustauschfluid. Diese Grenzschicht ist e«--e im wesentlichen stationäre, sehr dünne Fluidscnicht, die an der Wärmeübertragungsfläche anliegt und wie eine Isolierschicht wirkt. Das Vorhandensein einer solchen Grenzschicht ist nicht unbekannt, und es sind schon Versuche unternommen worden, sie zu entfernen oder sie zu zerreißen, um so den Wärmeübergang zu verbessern. Ganz alfgemein waren die bisherigen Versuche darauf gerichtet, eine Turbulenz in den Medium zu erzeugen, das über der Wärmeübergangsfläche liegt

Es wurde nun gefunden, daß eine besondere Möglichkeit für die Erreichung einer Turbulenz in der Verwendung von Rippen besteht, in die Schlitze eingeformt sind. Die durch diese Schlitze verstärkte Durchwirbelung des Fluids schwächt zunächst zwar die Grenzschicht entlang der Rippen, die diese Schlitze aufweisen. Das reicht aber noch nicht aus, um ein Maximum an Wärmeübergang zu erzielen.

So sind bei einem Rippenrohr-Wärmetauscher der eingangs erwähnten Gattung (DE-PS 6 74 629) in den Rippen öffnungen für die Luftströmung vorgesehen,«die als verhältnismäßig große Löcher ausgebildet sind. Es soll dann zwar durch diese Löcher eine Strahlwirkung der durchströmenden Luft und dabei eine Kühlwirkung < durch Durchwirbelung des Wärmeaustauschfluidis im Bereich des Raumes zwischen den benachbarten Rippen erzielt werden. Da es sich dabei aber nur um eine intensivere Luftbewegung handeln kann, kann eine Grenzschichtzerstörung nicht eintreten. Soweit durch * düsenförmige Ansätze oder Leitformen an den öffnungen eine weitere Verbesserung der Luftverwirbelung erreicht werden soll, kann auch dadurch keine Zerstörung der Grenzschichten eintreten, weil nämlich nur sehr kleine Bereiche der gegenüberliegenden Rippenflächen unmittelbar in den Einflußbereich eines etwa auf sie gerichteten Luftstrahls liegen würden.

Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE-PS 6 18 450) sind in den Rippen Schlitze mit möglichst großem Querschnitt angeordnet, wobei die Schlitze in aufeinanderfolgenden Rippen gegeneinander versetzt sind. Dadurch soll eine intensive Verwirbelung der durchströmenden Luft erzielt werden. Ein?. Zerstörung der Grenzschichten ist dabei weder beabsichtigt noch überhaupt möglich.

Bei einem weiteren bekannten Wärmetauscher (GB-PS 1149 974) soll das Wärmeaustauschfluid in einer Zickzackbahn parallel zur Wärmetauscherlängsachse geführt werden, wobei auch eine schraubenförmige Strömung eintreten kann. Auch eine derartige Fluidführung kann eine intensive Verwirbelung erreichen, ohne daß aber dabei eine Beeinflussung der Grenzschichten eintreten kann.

Auch bei einem weiter noch bekannten Rippenrohr-Wärmetauscher (US-PS 30 33 536) soll durch eine Vielzahl und die Größe der schlitzförmigen Öffnungen in den Rippen, die sich jeweils über deren gesamte radiale Breite erstrecken, eine Umlenkung des quer anströmenden Wärmeaustauschfluids und damit eine intensive Verwirbelung erreicht werden. Die Ausbildung scharfer Düsenstrahlen ist auch bei diesem Wärmetauscher nicht möglich, weil der Gesamtbereich der öffnungen bezogen auf die Größe der Prallflächen zu groß ist, so daß das von einer »Rippentasche« in die andere strömende Fluid zu geringe Strömungsenergie hat Weiter können sich scharfe Düsenstrahlen wegen der jalousieartigen Form der öffnungen nicht ausbilden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Rippenrohr-Wärmetauscher der eingangs erwähnten Gattung für den Wärmeübergang zwischen dem Rippenrohr und dem anströmenden Fluid ein Optimum zu erreichen, und zwar unter Verwendung der Grundprinzipien der Strahlprallflächen bei dem Wärmeaustausch mit Rippenroitren. "Lfabei soll auch die Raumform des Rippenrohr-Wärmetauschers vereinfacht und dessen Größe und Gewicht verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst

Eine bevorzugte Weiterbildung ist im Unteranspruch festgelegt

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Rippenrohr-Wärmetauschern wird beim Gegenstand der Erfindung eine weitgehende Zerstörung von Grenzschichten an möglichst den gesamten Oberflächen der Rippen erreicht Dabei wurde durch eine strikte Begrenzung des gesamten Öffnungsbereichs auf einen gegenüber den bisherigen Ausführungen vergleichsweise kleinen Wert eine wärmetechnische Wirkung erreicht, die zu einem intensiveren Wärmeaustausch an den aktiven Flächen und damit zu einer Erhöhung der gesamten Wärmetauscherleistung führt.

Ausführungsbeispicle gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g, 1 einen rippenförmigen Wärmetauscher mit den angebauten besonderen Rippen,

F ί g. 2 eine Vereinigung dieser Rippen mit durchgehend glatten Rippen,

Fig.3 einen Wärmetauscher mit gerade verlaufenden Rippen, die wechselweise an den Enden verbunden sind, und

Fig,4 eine Teilansicht eines Systems, in dem Rohr und Rippendüsen vereinigt sind.

In Fig. 1 ist ein Rohr 12 gezeigt, das vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und das ein Teil einer Rohrschlange oder Rohrbatterie sein kann, '-> die sich durch die Windungen einer Rippenanordnung erstrecken, die ihrerseits eine Serie von Wärmeübertragungsflächen aufweisen. Die Rippen haben mit Flanschen 16 eine gut wärmeleitende Verbindung, wobei die Flansche 16 rund um das Rohr aufgeschweißt, in aufgelötet, mechanisch aufgezogen oder in anderer Weise so befestigt sind, daß ein guter Wärmeübergang vorhanden ist Wie durch die unterhalb der Figur eingezeichneten Pfeile dargestellt ist, strömt die umgebende Luft Ober di-a Rippen entsprechend deren ι · Ausbildung in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zum dargestellten Grundriß liegt, entlang der gefalteten Rippen 14, und muß so entlang einer Bahn strömer, die sie zwingt, zu wesentlichen Teilen durch Düsenöffnungen 18 zu dringen, die in den Rippen 14 J» angeordnet sind. Die Gesamtanordnung kann dann an den Seiten und Enden, wie das in Fig.4 gezeigt ist, geschlossen sein, um so den größeren Teil den Fluids zu zwingen, durch die Düsenöffnungen 18 zu strömen.

Die Düsenöffnungen 18 sind im wesentlichen gleichmäßig auf allen Oberflächen der Rippen verteilt Die Düsenöffnungen 18 in einer Rippe sind gegenüber denen in der nachfolgenden Rippe so gestaffelt, daß das Fluid, das durch die öffnung dringt, direkt auf eine glatte durchgehende Aufprallwand der nachfolgenden Rippe «· trifft Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind weniger als 20% der Rippenfläche offen. Das Optimum liegt bei den üblichen Verwendungszwecken bei 2 bis 15%. Die günstigste Größe der Düsenöffnung liegt zwischen 0,075 cm und 0,32 cm. ' >

Die ankommende Luft wird also von einer der Falzecken oder -kanten 17 der Rippen 14 in dem Durchlaß, der durch die aneinander angrenzenden Rippen gebildet wird, abgelenkt und folgt dann entlang der abgebogenen Bahn durch die Düsenöffnungen 18. ■> <' Die öffnungen 18 bilden Düsen, die gegen durchgehende Teile der angrenzenden Rippe gerichtet sind. Die Wirkungsweise ist in F i g. I durch Pfeile dargestellt Schließlich verläßt die aus dem Rippenrohr ausgeblasene Luft den Wärmetauscher in der durch die oberhalb ■<> der Abbildung dargestellten senkrechten Pfeile angegebenen Richtung.

In Fig.2 ist ein Wärmetauscher dargestellt, welcher dem nach Fi g. 1 sehr ähnlich ist. Wieder ist ein Rohr 12 vorhanden, an dem Rippen 14 mittels Flanschen 16 angebracht sind. Die Rippen weisen Düsenöffnungen 18 auf. Jedoch sind bei dem Beispiel nach Fig.2 die Düsenöffnungen 18 nur auf einem Satz von Rippen in der Art angebracht, daß die Luft von diesem Satz aus gegen die ungelochten Oberflächen des anderen Satzes gestrahlt wird. So wird eine zusätzliche Fläche geschaffen, gegen die die Luft gedrückt wird, und die nicht gelochten Oberflächen verhindern eine gegenseitige Einwirkung der Luftströme.

In der F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt das auch ein Rohr in der oben erwähnten Art aufweist, an dem Rippen 22 angebracht sind. Auch hier werden, wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, Flansche zur guten Wärmeleitung zwischen Rohr und Rippen verwendet die aber im einzelnen hier nicht dargestellt sind. Wechselweise werden Paare von Rippen 22 an der Einlaß- und Auslaßseite miteinander verbunden, z. B. bei 24 und 26. Die Verbindung kann durch Zusammenpressen, Kleben, Abkanten oder Schweißen der anliegenden Enden oder durch Aufbringen angepaßter Kappen geschehen, wetche die Rippenemsfn entlang ihrer Längen miteinander verbinden. Wieder strömt die Luft, wie durch die Pfeile unten in der Figur angedeutet zu, und die Rippen weisen Düsenöffnungen auf, durch die die ankommende Luft in Form eines Strahles auf die durchgehende Oberfläche der angrenzenden Rippe gerichtet wird. Diese Ausführungsform ist von besonderem Interesse, wenn eine relativ breite Rippenform gewünscht wird.

Die Fig.4 zeigt einen kleinen Ausschnitt eines Rippenrohr-Wärmetauschers, bei dem ein Kanal 32 von irgendeiner gewünschten Länge von Rohren 12 durchdrungen wird, die einzeln oder ein Teil von Rohrschlangen bzw. einer anderen Ausbildungsart sein können. Die Rohre 12 sind entlang ihrer Länge mit einem Satz von Rippen 34 versehen. Die Rippen erstrecken sich von der einen zur anderen Seite des Kanals 32. Das zuströmende Fluid kann durch den Kanal entsprechend der dargestellten Pfeile gedruckt werden. Das Fluid wird dabei von seiner ursprünglichen Bahn in im wesentlichen quergerichtete Ströme durch die in Rippen 34 angebrachten Düsenöffnungen 38 abgelenkt Es wird darauf verwiesen, daß jede Düsenöffnung einem nicht durchbrochenen Dereich in der angrenzenden Rippe gegenüberliegt, um so zu erreichen, daß der Strahl des Fluids auf die Rippenfläche aufprallt und damit die dort gebildete Grenzschicht bricht und die Wärmeübertragung verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rippenrohr-Wärmetauscher, dessen quer zur Rohrachse von einem Wärmeaustauschfluid angeströmte Rippen paarweise und abwechselnd am den '■■ gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden sind und Düsenöffnungen zur Erzielung oiner Strahlwirkung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Rippe (14; 22; 34) Düsenöffnungen (18; 38) von 0,75—3,2 mm Durch- n messer zur Ausbildung von scharfen, die Grenzschicht an der benachbarten Rippe zerstörenden Düsenstrahlen sowie Prallflächen für die Diisenstrahlen dieser benachbarten Rippen nebeneinander angeordnet sind und daß die Düsenöffnungen (18; ι' 38) insgesamt zwischen 2,0 und 15,0 der gesamten Rippenfläche einnehmen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (14; 34) aus tuner fortlaufend gefalteten Materialbahn gebildet sind .>>