DE2441652A1

DE2441652A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2441652A1
Application number: DE2441652A
Authority: DE
Inventors: Kunio Fujie; Hajime Futawatari; Fumio Harada; Takehiko Yanagida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-04-30
Also published as: GB1471079A; JPS5049759A; DE2441652C3; US3916989A; JPS5716319B2; DE2441652B2

Description

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81-23.137Ρ(23.138H) 30. 8. 1974

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Wärm etauscher

Die Erfindung betrifft einen Rippenrohr-Wärmetauscher mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter geschlitzter Rippen und einer Vielzahl von Wärmetauschrohren, die durch jene nebeneinander angeordneten Rippen hindurchgesteckt und miteinander fest verbunden sind.

Allgemein sind bei Rippenrohr-Wärmetauschern eine Vielzahl von Rippen, die aus Aluminiumblech hergestellt sind und eine passende Oberflächengröße aufweisen, nebeneinander in einem Abstand von mehreren Millimetern angeordnet und durch diese Rippen eine Vielzahl von Wärmetauschrohren hindurchgesteckt und die miteinander verbun-

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denen Teile durch Aufweiten der Rohre oder auf andere Weise sicher aneinander befestigt. Bei Wärmetauschern der für Klimageräte oder Kälteanlagen benutzten Art sind eine passende Anzahl von Wärmetauschrohren an ihren Enden außerhalb der Rippen durch U-förmig gebogene Rohre miteinander zu mäanderähnlichen Kanälen verbunden. Durch jedes der Wärmetauschrohre ist ein Chromnickel-Draht gezogen oder wird ein wärmetauschendes Fluid wie z. B. kaltes Wasser, heißes Wasser oder ein Kältemittel geführt, während ein anderes wärmetauschendes Fluid wie z. B. Luft außerhalb der Rohre zwischen den Rippen parallel zu diesen hindurchgeführt wird, so daß ein Wärmetausch zwischen dem in den Rohren befindlichen einen und dem außerhalb der Rohre befindlichen anderen wärmetauschenden Fluid durch die Rohrwände und die Rippen hindurch stattfindet. Das innerhalb der Rohre befindliche wärmetauschende Fluid kann wärmer oder kälter als das zwischen den Rippen strömende Fluid sein, je nach den Gegebenheiten.

Nun wird der Wärmeaustausch-Vorgang kurz an einem Beispiel beschrieben, bei dem das innerhalb der Rohre befindliche wärmetauschende Fluid wärmer als das zwischen den Rippen strömende Fluid ist. Die Wärme des in den Rohren befindlichen wärmetauschenden Fluids wird an die Wärmetauschrohre abgegeben und von dort weiter in radial verstreuter Form an die Vielzahl der dicht an die Rohre angepreßten Rippen abgegeben, so daß ein Wärmetausch zwischen dem in den Rohren befindlichen Fluid und der längs der Rippen strömenden Luft vor sich geht.

Das Wärmeübertragungs-Vermögen solchen Wärmetauschers hängt sehr vom Wärmeübergang zwischen den Rippen-Flächen und der daran

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vorbeiströmenden Luft ab. Der zwischen den ebenen Rippen fließende Luftstrom bildet eine Strömungsgrenzschicht, und solche Grenzschicht wird um so dicker, je größer der Abstand von der Vorderkante der ■ Rippe wird (d- h. die Grenzschicht ist im stromunteren Bereich der Rippe dicker), während die ähnliche Grenzschicht, welche sich ander zugewandten Oberfläche der benachbarten Rippe ausbildet, sich mit dieser erstgenannten Grenzschicht an einer etwas strom unterhalb der Vorderkante befindlichen Stelle vereinigt. Der Wärmeübergang ist in dieser Grenzschicht viel kleiner als derjenige im Turbulenz-Bereich.

Ferner wird der zwischen den Rippen fließende Luftstrom, nachdem er die Wärmetauschrohre passiert hat, verwirbelt, so daß er die Grenzschicht aufbricht, und hinter jedem der Wärmetauschrohre entsteht ein Stillstandsbereich. In diesem Bereich findet infolge geringen Temperatur-Unterschiedes zwischen den Rippen-Oberflächen und der Luft nur geringer Wärmeübergang statt. Das wirksamste Mittel, den Wärmeübergang zwischen den Rippen einerseits und dem zwischen ihnen fließenden Luftstrom andererseits zu verbessern, ist, die Entstehung solcher Grenzschichten zu verhindern. Angesichts dieser Tatsache ist diese Erfindung erdacht, um einen verbesserten Rippenrohr-Wärmetauscher zu schaffen, in welchem die Bildung solcher Grenzschichten aufs äußerste vermindert ist, um den Wärmeübergang zu verbessern.

Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, eine Verbesserung des Wärmeübergangs in Wärmetauschern der besprochenen Art dadurch zu erzielen, daß in jeder Rippe eine Vielzahl rechteckiger Schlitze quer zu den Stromlinien der zwischen den Rippen fließenden Luft angeordnet ist und diese Schlitze mit hochgezogenen Teilen von solcher Form versehen sind, daß sie in einem weiteren Bereich die Luft-Stromfäden ab-

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fangen und so das Entstehen der Grenzschichten verhindern.

Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, den Widerstand gegen den zwischen den Rippen fließenden Luftstrom dadurch zu verringern, daß die hochgezogenen Wände der genannten Schlitze parallel zu den Luft-Strom linien angeordnet sind.

Ein Gegenstand der Erfindung ist ferner, eine Anordnung zu schaffen, bei der die genannten Schlitze zu den Wärmeflußlinien, auf denen die Wärme von den Wärmetauschrohren zu den Rippen fließt, parallel angeordnet sind, so daß sie den Wärmefluß von den Rohren zu den Rippen nicht behindern.

Ein noch anderer Gegenstand der Erfindung ist, die Schlitze durch Stanzen zu formen, um die Herstellung des Wärmetauschers zu erleichtern.

Die Erfindung liefert also einen Rippenrohr-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Rippen, deren jede eine passende Oberflächen-Größe hat, und mit einer Vielzahl von Wärmetauschrohren, die durch die Rippen hindurchgesteckt und mit ihnen fest verbunden sind, so daß das in den Wärmetauschrohren enthaltene wärmetauschende Fluid und ein zwischen den Rippen hindurchfließendes anderes wärmetauschendes Fluid (z. B. Luft) Wärme durch die Wärmetauschrohre und die Rippen hindurch austauschen. Jede der Rippen weist eine Anzahl rechteckiger Schlitze mit längs ihrer Schnittkanten hochgezogenen Wandteilen auf, die quer zu dem zwischen den Rippen in Wellenlinien längs des Außenumfangs der Wärmetauschrohre fließenden !luftstrom angeordnet sind, derart, daß der hochgezogene Wand-

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teil jedes Schlitzes zu einer Leiste geformt ist, deren Wand eine Fortsetzung der hochgezogenen Kanten der beiden Schlitzenden bildet und parallel an den Rippen ist.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen herkömmlichen Rippenrohr-Wärmetauscher in Vorderansicht,

Fig. 2 eine ebene Rippe in einem Wärmetauscher der Fig. 1 in Ansicht,

Fig. 3 einen Teil-Querschnitt durch einen Wärmetauscher der Fig. 1 mit ebenen Rippen, geschnitten längs der linie III-III der Fig. 2 und gesehen in Richtung der Pfeile der Fig. 2,

Fig. 4 eine herkömmliche gewellte Rippe eines Wärmetauschers in Ansicht,

Fig. 5 einen Teil-Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit solchen gewellten Rippen, geschnitten längs der linie V-V der Fig. 4 und gesehen in Richtung der Pfeile der Fig. 4,

Fig. 6 eine herkömmliche geschlitzte Rippe in Ansicht,

Fig. 7 einen Teil-Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit' solchen geschlitzten Rippen, geschnitten längs der linie VII-VII der Fig. 6 und gesehen in Richtung der Pfeile der Fig. 6,

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Fig. 8 eine in einem Rippenrohr-Wärmetauscher gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung benutzte geschlitzte Rippe in Ansicht,

Fig. 9 einen Teil-Querschnitt durch einen solche η erfindungsgemäßen Wärmetauscher, geschnitten längs der Linie IX-IX der Fig. 8,

Fig. 10 einen Teil-Querschnitt durch denselben Wärmetauscher, geschnitten längs der Luft-Stromlinie X-X der Fig. 8,

Fig. 11 eine Ansicht einer Rippe mit den Wärmefluß-Linien und den Linien gleicher Temperaturen,

Fig. 12 bis Fig. 15 weitere Ausführungsformen von Rippen gemäß der Erfindung in Ansicht,

Fig. 16 in perspektivischer Ansicht, teilweise weggeschnitten, einen erfindungsgemäßen Rippenrohr-Wärmetauscher mit Rippen gemäß. Fig. 8.

Ehe nun die Ausführungsformen der Erfindung näher behandelt werden, seien einige typische bekannte Arten von Rippenrohr-Wärmetauschern kurz beschrieben.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine wesentliche Anordnung einer jener bekannten Arten von Rippenrohr-Wärmetauschern. In ihnen bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Vielzahl von Rippen, die aus Aluminiumblech o. dgl. hergestellt sind und deren jede eine passende Oberflächen-

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Größe und eine Vielzahl von Löchern 2 zum Einstecken der wärmezuführenden Rohre hat. Diese Rippen sind nebeneinander mit mehreren Millimetern (gewöhnlich zwei bis fünf Millimetern) Abstand voneinander angeordnet, und eine Vielzahl von Wärmetauschrohren 3 ist durch die Löcher der Rippen hindurchgesteckt. Die Rohre 3 und die Rippen 1 sind miteinander durch Aufweiten der Rohre oder auf sonstige Weise aneinander befestigt. In jedem der Wärmetauschrohre 3 ist ein Chromnickeldraht angeordnet oder wird ein wärmetauschendes Fluid wie z. B. heißes oder kaltes Wasser oder ein Kühlmittel entlanggeführt, während ein anderes wärmetauschendes Fluid, z. B. Luft, zwischen den Rippen 1, und zwar parallel zu ihnen, außerhalb der Wärmetauschrohre entlanggeführt wird, so daß das in den Rohren 3 enthaltene wärmetauschende Fluid und ein anderes wärmetauschendes Fluid wie z. B. Luft einen Wärmetausch durch die Rohrwände und durch die Rippen ausführen.

In diesem Wärmetauscher fließt Luft in den Rohren senkrecht zur Ebene des Zeichnungsblattes in Fig. 1 (in Richtung der Pfeile in Fig. 2). Wärme des in den Wärmetauschrohren 3 befindlichen wärmetauschenden Fluids geht zuerst in diese Rohre über und danach weiter in die Rippen, die mit den Rohren eng verbunden sind. Dieser Wärmeübergang geschieht vom Umfang der Rohre in wesentlich radialer Richtung in die ganzen Rippen; so erfolgt Wärmeübergang durch die Oberflächen der Rohre und der Rippen und durch die über sie hinziehende Luft. Aber hierbei bildet die zwischen den Rippen 1 vorbeiziehende Luft Grenzschichten 4, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Wärmeübergang in solchen Grenzschichten ist sehr schlecht. Jede dieser Grenzschichten wird um so dicker, je größer der Abstand von den Rippenenden I¹ zur stromunteren Seite ist, wie in der Zeichnung gezeigt, und eine zweite Grenzschicht, die sich auf der Oberfläche der gegenüberliegenden

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Rippe entwickelt hat, vereinigt sich mit der benachbarten Grenzschicht an einer etwas stromunterhalb der Rippenenden 1' gelegenen Stelle, so daß die Wärmeübertragbarkeit in dem stromunterhalb jener Stelle gelegenen Bereich aufs äußerste verringert wird.

Jeder zwischen den Rippen hindurchgehende Luftstrom erfährt , nachdem er an den zusammengruppierten Wärmetauschrohren 3 vorbeigezogen ist, eine Verwirbelung, welche die Grenzschichten aufbricht; aber da, wie Fig. 2 zeigt, hinter jedem Rohr im Luftstrom ein Stillstandsbereich 5 entsteht, wird in diesem Bereich infolge des nur kleinen Temperaturunterschiedes zwischen den Rippen-Oberflächen und der Luft der Wärmeübergang kleiner. Wie oben dargelegt, ist in Rippenrohr-Wärmetauschern mit ebenen Rippen der Wärmeübergang gering, weil infolge der ebenen Rippenoberflächen die Grenzschicht weitgehend nur laminar ist. Daher muß man, um den Wärmeübergang an der Luft-Seite zu verbessern, solche nur laminare Grenzschicht verhindern.

Ein bekanntes Mittel, solche Grenzschichten in Rippenrohr-Wärmetauschern zu beseitigen, sind gewellte Rippen. Fig. 4 und 5 zeigen in Teil-Bildern einen Wärmetauscher mit solchen gewellten (oder gewinkelten) Rippen 6. Bei solcher Bauart sucht, wenn Luft in Richtung der Pfeile fließt, der Luftstrom, nachdem er den Scheitel 6* der Wellen passiert hat, sich von der Rippenoberfläche zu lösen und Wirbel zu bilden, wie aus Fig. 5 ersichtlich, und diese Wirbel verhindern die Bildung der Grenzschichten und verbessern den Wärmeübergang. Jedoch erfährt der Luftstrom, da die Luftkanäle zwischen den Rippen wellenförmig gekrümmt sind, größeren Energieverlust durch Stöße und daher unmäßig größeren Strömungswiderstand. Dies erfordert ein Gebläse von großer Leistung und vermehrt auch das Geräusch.

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Man hat ferner vorgeschlagen, in jeder Rippe 7 Schlitze mit hochgezogenen Wandteilen 8, wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, anzuordnen, durch die die Entstehung und Entwicklung von Luftstrom-Grenzschichten verhindert und der Wärmeübergang verbessert werden soll. Bei dieser Bauart jedoch wird der Widerstand gegen den Luftstrom noch größer, da die aufgehenden Wandteile 8' solcher Schlitze 8 nicht parallel zu den - in Fig. 6 gezeigten - Stromlinien 9 der Luftströmung zwischen den Schlitzen sind. Ferner werden die Fluß linien der von den Wärmetauschrohren in die Rippen 7 fließenden Wärme von den Schlitzen, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, durchschnitten und muß daher die Wärme um die Schlitze herumfließen, und dadurch wird die Wärmeübertragungsleistung der Rippen vermindert.

Angesichts des oben Dargelegten soll die Erfindung einen Hochleistungs-Rippenrohr-Wärmetauscher mit geschlitzten Rippen liefern, der verschiedene, den herkömmlichen Bauarten anhaftende Mängel wie. die oben geschilderten verbessern soll. Nach der erfindungsgemäßen verbesserten Wärmetausch-Einrichtung sind in jeder Rippe eine Vielzahl von Schlitzen so angeordnet, daß sie immer quer zur Richtung des Luftstromes sind und daher die Luft-Stromlinien abschneiden und somit über einen weiten Bereich die Entstehung und Entwicklung der Grenzschichten aufhalten sollen. Ferner sind die hochgezogenen Wandteile der Schlitze parallel zur Luft-Stromlinie angeordnet, so daß der Widerstand gegen den Luftstrom vermindert und die Wärmeübertragung nicht durch Abschneiden der Flußlinien der von den Wärmetauschrohren in die Rippen fließenden Wärme behindert wird.

Nun wird diese Erfindung im einzelnen an einigen bevorzugten Ausführungsformen anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben:

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Fig. 8 zeigt eine Ansicht einer Rippe, die in einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rippenrohr-Wärmetauschers verwendet wird, und Fig. 9 zeigt einen vergrößerten Teil-Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8, gesehen in Richtung der zugehörigen Pfeile. Wie ersichtlich, sind in jeder Rippe 11 eine Vielzahl von Löchern 12 für die Wärmetauschrohre 13 angeordnet; jedes Loch 12 hat einen in derselben Richtung hochgezogenen Rand zur festen Verbindung mit den Rohren 13 und zur Einstellung des Rippenabstandes. Rings um jedes Loch 12 sind die rechteckigen Schlitze 15 angeordnet. Die beiden Endkanten jedes Schlitzes 15 sind, wie Fig. 9 zeigt, hochgezogen, so daß senkrechte Wände 15" und eine mit diesen senkrechten Wänden 15'' einstückig verbundene, zur Rippe 11 parallele Leiste 15^Ml gebildet ist. Eine Vielzahl solcher Rippen 11 sind nebeneinander angeordnet, und in die Löcher 12 der Rippen sind die Wärmetauschrohre 13 eingesteckt. Die Rohre 13 sind mit den Rippen 11, nachdem sie in die Löcher 12 eingesteckt worden sind, durch Aufweiten der Rohre fest verbunden. Jeder Schlitz 15 ist mehrere Millimeter, z. B. 2,5 mm, breit und z. B. etwa 10 mm lang. Der Anfang jeder aufsteigenden Wand 15 ·· sollte so nahe der Lochkante wie möglich sein. Diese Schlitze erstrecken sich zum Außenumfang jedes Loches 12. Diejenigen Schlitze, die sich an ihrem Ende zum Außenrand der Rippe hin erstrecken, sollten nur so lang sein, daß ein geeigneter Abstand 17 zwischen dem Schlitzende und der Rippenkante verbleibt. Diejenigen Schlitze, die zum benachbarten Loch hin gerichtet sind, sind an ihren Enden mit jenen aufgehenden Wänden 15" verbunden. Die Höhe der aufsteigenden Wände sollte vorzugsweise etwa die Hälfte des Abstandes der Rippen voneinander betragen.

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In dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Rippenrohr-Wärmetauscher fließt Luft zwischen den Rippen auf den in Fig. 8 durch Pfeile gezeigten Wegen, d. h. in Wellenlinien längs des Umfanges der einzelnen Wärmetauschrohre 13. Deshalb sind die Schlitze 15, wie oben erwähnt, im wesentlichen radial angeordnet, so daß diese Schlitze sich quer zu der durch die Pfeile angezeigten Richtung des Luftstromes erstrecken; dank dieser Anordnung kann jeder einzelne Schlitz die Luft-Stromlinien auf einem weiten Bereich vorbeiziehen lassen. Mit anderen Worten: Man kann die Schlitze, wenn sie radial angeordnet sind, immer quer zu den Luft-Stromlinien anordnen. Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch eine Anzahl von Rippen, geschnitten längs der Luft-Stromlinie und abgewinkelt. Wie Fig. 8 und Fig. 10 zeigen, fließt derselbe Luftstrom mehrere Male durch die mit mehreren um jedes Wärmetauschrohr 13 herum angeordneten Schlitze, und eine laminare Grenzschicht, die der zwischen den Rippen fließende Luftstrom etwa erzeugt, wird so viele Male, wie die Anzahl der vom Luftstrom passierten Schlitze beträgt, geschnitten und abgefangen, so daß der Luftstrom keine Grenzschicht entwickeln kann. Daher sind die Kanten der Rippen (einschließlich der Vorderkanten 15 a der Leisten und der Hinterkanten 11a der durch das Stanzen der Leisten gebildeten Schlitze) in zweimal so großer Anzahl wie die Schlitze vorhanden und damit mehr, nämlich doppelt so viele Bereiche hohen Wärmedurchgangs, in denen fast keine Grenzschicht vorhanden ist, geschaffen und somit der Wärmeübergang insgesamt weit verbessert. Ferner bleiben die Grenzschichten 18, 19 und 20, die strom unterhalb der Leisten-Vorderkanten 15 a und der Schlitz-Hinterkanten 11a entstehen, im unterentwickelten Zustand, und auch Zusammenwachsen der Grenzschichten der einen der zugewandten oberen und unteren Rippenoberflächen, wie das bei herkömmlichen Wärmetauschern auftritt und z. B. in Fig. 3 dargestellt ist, wird

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verhindert, und so ist der Wärmeübergang in diesen Bereichen merklich verbessert.

Ferner sind, weil, wie oben beschrieben, alle Schlitze mit hochgezogenen Wand-Teilen quer zum Luftstrom angeordnet sind, die aufrechtstehenden Wände 15" der Schlitze (solche Wände werden in üblicher Weise rechtwinklig zur Längsrichtung der Schlitze angeordnet) parallel zum Luftstrom, so daß dieser nur in geringstem Maße behindert und somit der Luftwiderstand äußerst klein ist. Solcher Luftwiderstand wird sogar noch kleiner, wenn die aufgehenden Wände 15" innerhalb der Laminar-Grenzschicht angeordnet werden, die auf der
Oberfläche der an den Lochrändern hochgezogenen Wände 14 entsteht. Solche Anordnung der Schlitze 15 erweist sich auch als äußerst vorteilhaft für den Wärmeübergang von den War metauschrohren 13 zu den Rippen. Beim Einarbeiten der Schlitze in die Rippen sollte man dafür sorgen, daß die Schlitze nicht die Wärmeflußlinien durchschneiden,
sondern radial zu den Löchern für die Wärmetauschrohre gerichtet
sind, wie aus der japanischen Patentanmeldung 4087/1956 bekannt.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind alle Schlitze 15 im wesentlichen radial zu den einzelnen Wärmetauschrohren angeordnet , so daß sie im wesentlichen quer zu den Luft-Stromlinien bleiben, so daß keiner von ihnen die Wärmeflußlinien schneidet und daher der
Wärmeübergang nicht behindert wird. Fig. 11 zeigt ein Beispiel der
Temperaturverteilung auf der Rippenoberfläche. In dieser Fig. 11 bezeichnet die Bezugsziffer 12 die Löcher, in die die Wärmetauschrohre eingesteckt werden sollen, und die die Löcher 12 umgebenden Linien sind die Linien gleicher Temperatur (isothermen). Bei dieser Anordnung wird die Wärme der Wärmetauschrohre 13 zuerst an die auf-

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stehenden Wände 14 der Lochränder, an die ^sdie Rohre angepreßt sind, und danach weiter längs der Linien 21 (der Wärmeflußlinien), welche die Isothermen rechtwinklig schneiden, übertragen. Daher werden die Schlitze, wenn sie so angeordnet sind, daß sie die Wärmeübertragung nicht stören, die Wärmeflußlinien nicht abschneiden, d. h. sie sind im wesentlichen radial rings um die einzelnen Wärmetauschrohre angeordnet.

Fig. 12 bis Fig. 15 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der wirksamen Anordnung der Schlitze besondere Beachtung gewidmet ist, nämlich dem Ziel, die Anzahl der Schlitze zu verringern und dadurch die Herstellung zu vereinfachen. Bei diesen Ausführungsformen ist freilich der Wärmeübergang etwas schlechter als bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, wo die hochgezogenen Schlitze radial über die ganze Oberfläche jeder Rippe angeordnet sind; aber die Herstellung der Rippen ist leichter, da die Anzahl der vorgesehenen Schlitze verringert ist. Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei dem in jeder Rippe zwei Reihen von Wärmetauschrohren angeordnet sind. Wenn man um einfacherer Herstellung willen die Anzahl der Schlitze zu verringern wünscht, empfiehlt sich, die Schlitze an den unmittelbar hinter den Rohren befindlichen Teilen, wo laut Fig. 2 der Fluß gestört ist, wegzulassen. Das heißt, es wird kein Schlitz im Bereich 25 zwischen den Rohrreihen 23 und 24 angeordnet, und die Schlitze 22 werden radial im Bereich von etwa 180 an derjenigen Seite der Rohre, die den Außenkanten 11' der Rippe abgewandt ist, angeordnet. Obwohl die Anzahl der Schlitze verringert ist, ergibt diese Anordnung doch die erstrebte Wärmeaustausch-Wirkung.

Fig. 13 zeigt ein anderes Beispiel, in welchem die Wärmetausch-

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rohre in drei Reihen 25, 26 und 27 angeordnet sind. Es ist natürlich möglich und um wirksamer Wärmeübertragung willen höchst empfehlenswert, die hochgezogenen Schlitze radial um die Wärmetauschrohre herum auf der ganzen Breite jeder Rippe 30 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 anzuordnen; aber bei diesem Beispiel ist die Anzahl der Schlitze aus demselben Grund, der oben dargelegt worden ist, verringert. Das heißt: Es ist in dem hinter jedem Rohr gelegenen Teil, weil dort Turbulenz auftreten kann, wie beim Beispiel der Fig. 12, kein Schlitz angeordnet, und für die Rohrreihen 25 und 27 an den beiden Seiten sind die Schlitze 28 radial im Bereich von etwa 180 nur an der zur Rippenkante zugewandten Seite angeordnet, während für die mittlere Rohrreihe 26 radiale Schlitze 29 nur in Richtung der Rohrreihe vorhanden sind. Mit dieser Anordnung läßt sich die gewünschte Wirkung trotz der kleineren Schlitze-Anzahl erreichen.

Fig. 14 zeigt eine Abwandlung des vorigen Beispiels, bei der die Wärmetauschrohre in drei Reihen 31, 32 und 33 angeordnet sind. Zu jedem der Rohre der' Reihen 31 und 32 sind an beiden Seiten die hochgezogenen Schlitze 34 radial im Bereich von etwa 60 zum Rippenrand hin angeordnet, und ähnliche Schlitze 35 und 36 sind auch in den Bereichen zwischen den Rohrreihen 31 und 32 und zwischen den Rohrreihen 32 und 33 angeordnet. In diesen Zwischenbereichen erfolgt der Wärmetausch von beiden benachbarten Rohrreihen her, d. h. Wärme fließt zu den Umfangen der Schlitze 36 von den Rohrreihen 32 und 33 her, so daß diese Schlitze nicht notwendigerweise radial zu jedem Wärmetauschrohr angeordnet zu sein brauchen; sie können parallel zu den Rohrreihen wie in der Zeichnung angeordnet sein. Auch in diesem Fall sind natürlich die Schlitze im wesentlichen quer zu den Luft-Stromlinien E-E¹, und auch die aufsteigenden Wand-Teile 35', 36' an

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den beiden Enden der. Schlitze 35, 36 sind parallel zu diesen Luft-Stromlinien. Auch diese Anordnung kann die erstrebte Wirkung trotz der verringerten Anzahl von Schlitzen ergeben.

Fig. 15 zeigt eine noch andere Abwandlung der-Ausführung, bei der die Wärmetauschrohre in drei Reihen 37, 38 und 39 angeordnet sind. Zu jedem der Rohre in den Reihert 37 und'39 auf beiden Seiten sind die hochgezogenen Schlitze 40 - diese sind längs der Wärmeflußlinie wie diejenigen der Ausführungsform nach Fig. 11 gekrümmt - innerhalb des Bereiches von etwa 60 zum Rippenrand hin angeordnet, und für die Rohre der Mittelreihe sind die radialen Schlitze nur in der Richtung der Rohrreihe angeordnet. Die gekrümmten Schlitze 40 sind natürlich quer zu den Luft-Stromlinien E-E¹, und die aufgehenden Wände 40' an beiden Enden jedes Schlitzes sind parallel zu diesen Luft-Stromlinien angeordnet. Auch mit dieser Schlitze-Anordnung kann die erstrebte Wirkung erreicht werden.

Der in dieser Beschreibung gebrauchte Ausdruck "wesentlich radial" bezieht sich nicht nur auf die Anordnung von Schlitzen, welche radial von der Mitte jedes Wärmetauschrohres ausgehen, sondern auch auf die Anordnung von Schlitzen, welche exzentrisch vom Außenumfang der einzelnen Rohre ausgehen, und auch auf eine kurvenförmige oder sonstwie geformte Anordnung längs der Wärmeflußlinie, wie in Fig. gezeigt. Er schließt ebenfalls die Gestaltung von Schlitzen ein, welche vom ganzen Umfangsbereich der einzelnen Rohre, d. h. in allen Richtungen vom Rohr ausgehen, sowie auch die Anordnung von Schlitzen, welche radial innerhalb des Bereiches von 180 wie bei der Bauart der Fig. 13 oder innerhalb des Bereiches von 60 wie bei den Ausführungsformen der Fig. 14 und Fig. 15 ausgehen, und auch auf die Anordnung

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von Schlitzen, die nur in beschränkter Richtung, z. B. nur in Durchmesser-Richtung wie bei der Ausführungsform der Fig. 13 angeordnet sind. Alle diese abgewandelten Schlitze-Anordnungen liegen im Rahmen dieser Erfindung.

Ferner können die Schlitze anstatt daß sie wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen durch Hochbiegen der geschnittenen Teile der einzelnen Rippen hergestellt werden, durch Stanzen oder Lochen erzeugt werden, was die Herstellung erleichtert. Dann werden diejenigen den Rippenkanten benachbarten Rippenbereiche, in denen fast keine Grenzschicht vorhanden ist (z. B. an den Hinterkanten 11a der Schlitze und an den Vorderkanten 15a der Leisten, wie in Fig. gezeigt; die Anzahl solcher Bereiche ist zweimal so groß wie die Zahl der Schlitze der vorbeschriebenen Ausführungsformen) in gleicher Anzahl wie die Schlitze geschaffen, und daher ist die wärmeübertragende Fläche entsprechend verringert, also die übertragene Wärmemenge etwas geringer als bei den Ausführungsformen, bei denen die Schlitze mit hochgezogenen Wandteilen versehen sind; aber dann ist der Luftwiderstand geringer und auch die Herstellung der Rippen sehr viel einfacher.

Bei der oben gegebenen Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung war angenommen, daß Wärme von dem in den Rohren befindlichen wärmetauschenden Fluid an das zwischen den Rippen fließende andere Fluid übertragen wird; aber wenn dieses andere Fluid heißer als das in den Rohren befindliche ist, dann ist die Richtung des Wärmeübergangs gerade umgekehrt - aber die Arbeitsweise und die Wirkung der Anlage ist die gleiche.

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Wie oben ersichtlich, ist erfindungsgemäß ein Rippenrohr-Wärmetauscher geschaffen, bei dem in jeder Rippe eine Vielzahl von Schlitzen mit hochgezogenen Wand-Teilen derart angeordnet sind, daß alle diese Schlitze quer zu dem wellenlinienförmig längs des Außenumfangs der einzelnen Wärmetauschrohre fließenden Luftstrom gerichtet sind, wobei die hochgezogenen Wandteile dieser Schlitze Leisten bilden, welche Fortsetzungen der aufgehenden Wandteile der Schlitzenden und parallel zu den Rippen sind, so daß die Schlitze die Luft-Stromlinien durchschneiden und die laminare Grenzschicht über einen weiten Bereich, je nach der Länge der Schlitze, unterbrechen. So muß jeder Luftstrom mehrere Male an den Schlitzen vorbei- und unter den Leisten hindurchströmen, und dadurch wird die Entwicklung einer Grenzschicht wesentlich verhindert. Ferner ist jede Rippe mit einer sehr großen Anzahl von Schlitze-Endteilen, an denen keine Grenzschicht vorhanden ist, versehen, und daher ist die Wärmeübergangsziffer hoch und der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Wärmetauschers sehr verbessert.

Ferner sind bei der oben geschilderten Anordhung die aufrechtstehenden Wände an den beiden - in Längsrichtung gesehenen - Endseiten jedes Schlitzes parallel zum wellenförmigen Luftstromweg, so daß der Luftwiderstand merklich kleiner als bei dem herkömmlichen geschlitzten Rippen ist.

Weiterhin sind die Schlitze, da sie zu den einzelnen Wärmetauschrohren radial gerichtet sind, im wesentlichen parallel zu den Linien des Wärmeflusses in den Rippen, so daß der .Wärmefluß in den Rippen nicht behindert wird und die Wirksamkeit des Wärmetauschers noch mehr erhöht ist.

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Wenn die Schlitze durch Ausstanzen oder Lochen gebildet werden, ■ ergibt sich ein Wärmetauscher, dessen Widerstand gegen Luftstrom äußerst niedrig ist, da die Schlitze wie bei ebenen Rippen keinen Luftwiderstand bieten; und obwohl die Wärmeübergangszahl etwas niedriger als bei Rippen mit hochgezogenen Schlitz-Wandteilen ist, sind doch die laminaren Grenzschichten weitgehend unterdrückt, und außerdem ist die Herstellung einfacher.

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Claims

- 19 - ■■■■-■ Ans prüche * - .

1./Rippenrohr-Wärmetauscher mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Rippen, deren jede eine geeignete Oberflächen-Größe hat, und mit einer Vielzahl von Wärmetauschrohren, die durch die Rippen hindurchgesteckt und mit ihnen fest verbunden sind, so daß das in den Wärmetauschrohren befindliche Fluid und ein zwischen den Rippen strömendes anderes Fluid (Luft) Wärme durch die Wärmetauschrohre und die Rippen hindurch austauschen, dadurch gekennzeichnet , daß in jeder Rippe (11) eine Vielzahl rechteckiger Schlitze (15) mit hochgezogenen Wand-Teilen (15", 15'") angeordnet sind derart, daß alle diese Schlitze quer zur Stromlinie der zwischen den Rippen wellenlinienförmig längs des Außenumfanges der Wärmetauschrohre (13) fließenden Luft angeordnet sind und daß die hochgezogenen Wandteile jedes Schlitzes eine Leiste (15"') bilden, welche eine stetige Fortsetzung der hochgezogenen Wandteile (15") der - in Längsrichtung des Schlitzes betrachteten - Endkante des Schlitzes (15) bildet und parallel zur Rippe (ll) ist (Fig. 8, Fig. 9).

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochgezogenen Wandteile (15") der beiden — in Längsrichtung des Schlitzes (15) betrachtet - Endkanten des Schlitzes im wesentlichen parallel zur Stromrichtung der zwischen den Rippen (ll) in Wellenlinien fließenden Luft sind (Fig. 8).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die mit hochgezogenen Wandteilen versehenen Schlitze (15) im wesentlichen radial um jedes Wärmetauschrohr (12) angeordnet sind (Fig. 8).

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit hochgezogenen Wandteilen versehenen Schlitze (15) relativ zu jedem benachbarten Wärmetauschrohr (12) in der Richtung der Rohrreihe angeordnet und daß an beiden Seiten dieser Schlitze je zwei mit hochgezogenen Wandteilen versehene Schlitze schräg in gleichwinkliger Stellung zu jedem der erstgenannten Schlitze angeordnet sind (Fig. 8).

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich (25) zwischen benachbarten Reihen von Wärmetauschrohren (23, 24) eben ist (Fig. 12).

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit hochgezogenen Wandteilen versehenen Schlitze (22) zwischen benachbarten Wärmetauschrohren (23, 24) in Richtung der Rohrreihe angeordnet und daß in dem seitlich von jenen Schlitzen befindlichen, der Außenkante (ll¹) der Rippe zugewandten Bereich je zwei schräge, mit hochgezogenen Wandteilen versehene Schlitze (22) in gleichwinkliger Stellung angeordnet sind (Fig. 12).

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschrohre (25, 26, 27) in drei Reihen angeordnet sind und daß in der mittleren Rohrreihe (26) die mit hochgezogenen Wandteilen

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versehenen Schlitze (29) nur in der Richtung der Rohrreihe zwischen den Rohren (26) angeordnet sind (Fig. 13).

8. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre in mehr als drei Reihen angeordnet und daß für die seitlichen Rohrreihen zur Außenkante der Rippe hin zu jedem Rohr zwei mit hochgezogenen" Wandteilen versehene Schlitze gleichwinklig schräg und für die mittlere Rohrreihe oder die mittleren Rohrreihen die mit hochgezogaien Wandteilen versehenen Schlitze in Richtung der Rohrreihe zwischen den einander benachbarten Rohren der Reihe angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen zwischen einander benachbarten Rohrreihen (37, 38, 39) die mit hochgezogenen Wandteilen versehenen Schlitze (35, 36) parallel zu den Rohrreihen angeordnet sind (Fig. 14).

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen der mit hochgezogenen Wandteilen versehenen Schlitze (40), welche schräg angeordnet sind, etwas gekrümmt sind (Fig. 15).

11. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 3 -* 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze durch Stanzen oder Lochen ■ hergestellt sind.

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