DE2330076C3 - Rippenrohr-Wärmetauscher - Google Patents
Rippenrohr-WärmetauscherInfo
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rippenrohrwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Um den Wärmeübergang an Rippenrohr-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 geringen Wirkungsgrad ist die Ausbildung einer Grenzschicht im Wärmeaustauschfluid.
Diese Grenzschicht ist eine im wesentlichen stationäre, sehr dünne Fluidschicht, 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 allgemein waren die bisherigen
Versuche darauf gerichtet, eine Turbulenz in dem 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 Wärmeaustauschfluids 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 clüsenförmige 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 sines etwa auf sie gerichteten Luftstrahls liegen würden.
Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE-PS 6 18450) sind in den Rippen Schlitze mit möglichst großem Querschnitt angeordnet, wobei die Schlitze in aufeinanderfolgenden Rippen gegeneinander versetzt sind Dadurch soll eine intensive Verwirbelung
Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE-PS 6 18450) sind in den Rippen Schlitze mit möglichst großem Querschnitt angeordnet, wobei die Schlitze in aufeinanderfolgenden Rippen gegeneinander versetzt sind Dadurch soll eine intensive Verwirbelung
ίο der durchströmenden Luft erzielt werden. Eine Zerstörung
der Grenzschichten ist dabei weder beabsichtigt noch überhaupt möglich.
Bei einem weiteren bekannten Wärmetauscher (GB-PS 11 49 974) soll das Wärmeaustauschfluid in
is 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
Auch bei einem weiter noch bekannten Rippenrohr-Wärmetauscher
(US-PS 3033 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 anströmende^· Fluid ein Optimum
zu erreichen, und zwar unter Verwendung der Grundprinzipien der Strahlprallflächen bei dem Wärmeaustausch
mit Rippenrohren. Dabei 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 1 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.
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.
ho Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen rippenförmigen Wärmetauscher mit den angebauten besonderen Rippen,
hend glatten Rippen,
Fig. 3 einen Wärmetauscher mit gerade verlaufenden
Rippen, die wechselweise an den Enden verbunden sind, und
F i g. 4 eine Teilansicht eines Systems, in dem Rohr
und Rippendüsen vereinigt sind.
In F i g. 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, aufgelötet, mechanisch aufgezogen oder in anderer
Weise so befestigt sind, daß ein guter Wärmeübergang vorhanden ist Wie duriA die unterhalb der Figur
eingezeichneten Pfeile dargestellt ist, strömt die umgebende Luft über die Rippen entsprechend deren
Ausbildung in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zum dargestellten Grundriß liegt, entlang der
gefalteten Rippen 14, und muß so entlang einer Bahn strömen, die sie zwingt, zu wesentlichen Teilen durch
Düsenöffnungen 18 zu dringen, die in den Rippen 14 angeordnet sind. Die Gesamtanordnung karr, darm an
den Seiten und Enden, wie das in Fig.4 gezeigt ist,
geschlossen sein, um so den größeren Teil des 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 032 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 gebi'det 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. 1 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 F i g. 2 ist ein Wärmetauscher dargestellt, welcher
dem nach F i g. 1 sehr ähwüch 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 Auslaßssite miteinander verbunden, z. B. bei
24 und 26. Die Verbindung kann durch Zusammenpres-%en,
Kleben, Abkanten oder Schweißen der anliegenden Enden oder durch Aufbringen angepaßter Kappen
geschehen, welche die Rippenenden 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 Ausführungsfonn 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 gedrückt 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 Bereich 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
Claims (1)
1. Rippenrohr-Wärmetauscher, dessen quer zur
Rohrachse von einem Wärmeaustauschfluid angeströmte
Rippen paarweise und abwechselnd an den gegenüberliegenden Enden miteinander verbunden
sind und Düsenöffnungen zur Erzielung einer Strahlwirkung aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß in jeder Rippe (14; 22; 34) Düsenöffnungen (18; 38) von 0,75—3,2 mm Durchmesser
zur Ausbildung von scharfen, die Grenzschicht an der benachbarten Rippe zerstörenden
Düsenstrahlen sowie Prallflächen für die Düsenstrahlen dieser benachbarten Rippen nebeneinander
angeordnet sind und daß die Düsenöffnungen (18; 38) insgesamt zwischen 2,0 und 15,0 der gesamten
Rippenfläche einnehmen.
Z Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (14; 34) aus einer
fortlaufend gefalteten Materialbahn gebildet sind.
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