DE2720756A1

DE2720756A1 - Sekundaerer waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2720756A1
Application number: DE19772720756
Authority: DE
Inventors: John Alexander Brecknell; David Ian Nathan
Original assignee: Serck Industries Ltd
Current assignee: Serck Industries Ltd
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1978-11-16

Description

Sekundärer Wärmeaustauscher
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sekundäre Oberflächenwärmeaustauscher, also auf solche Wärmeaustauscher, bei denen wenigstens ein Rohr für ein strömendes Fluid und eine Mehrzahl von Rippen vorgesehen sind, die in thermischem Kontakt mit dem Rohr stehen, während ein anderes Fluid im Betriebszustand zwischen den Rippen hindurchströmt.
Es sind sekundäre Wärmeaustauscher der vorstehenden Gattung bekannt, bei denen die Rippen mit hervortretenden oder vertieften Flächenbereichen, z.B. Mulden oder dergleichen versehen sind, um Turbulenzen zu erzeugen und damit den Wärmeoustausch zu verbessern. Die Verbesserung des Wärmeaustausches wird jedoch mit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes für das Fluid erkauft, welches zwischen den Rippen hindurchströmt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei derartigen Wärmeaustauschern einen hohen Wärmeübergang zu erzielen, ohne daß der Strömungswiderstand so stark erhöht wird wie bei den Wärmeaustauschern, deren Rippen mit Erhebungen und Vertiefungen versehen sind.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß jede Rippe wenigstens auf einer Seite mit in regelmäßigen Abständen angeordneten turbulenzerzeugenden Leisten versehen ist, deren Höhenabmessung zwischen 0,005 - 0,040" (Zoll) liegt.
Die Leisten können kontinuierlich durchgehen oder an dem oder den Rohren enden.
Die Leisten können auch nur auf einer oder auch auf beiden Seiten vorgesehen sein und eine rechteckige oder dreieckige abgerundete Form aufweisen.
Die Breite jeder Rippe liegt im Bereich von 0,010" - 0,080" und der Abstand der Rippen beträgt 0,010" bis 0,400".
Gemäß einer alternativen Ausführung weisen die Leisten eine sägezahnförmige Gestalt mit geneigten Flanken und senkrecht zur Rippenfläche verlaufenden Flächenbereichen auf.
Wenn die Rippen sägezahnförmig sind, bestehen die Leisten aus den aufeinanderfolgenden geneigten Flanken, welche die ßenkrechten Flächenbereiche miteinander verbinden. Im letzteren Falle kann die Neigung der Flanken zu der Rippenebene 80 - 140 betragen.
Die Leisten können sich quer und vorzugsweise senkrecht zu der erwarteten Strömungsrichtung um das Äußere der Rohre erstrecken.
In den nachstehenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine fragmentarische Aufsicht auf eine Rippe eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, Fig.2a ist ein Schnittbild längs der Linie 2 - 2 der Fig. 1 Fig.2b ist ein der Fig. 2a entsprechendes Schnittbild einer Ausführung, bei der Leisten nur auf einer Seite der Rippe angeordnet sind, Fig.3a, 3b, 4a, 4b und 5a, 5b sind den Figuren 2a und 2b entsprechende schnittbildliche Darstellungen alternativer Ausführungsformen, Fig. 6 veranschaulicht graphisch die Charakteristiken eines bekannten Wärmeaustauschers und des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers gemäß Fig. 5.
Bei dem in den Fig. 1 und 2a veranschaulichten Ausführungsbei spiel besteht die Rippe aus einem länglichen ebenen Metallblech 10, in welchem sich eine Reihe von Offnungen 11 befindet, durch die sich nach dem Zusammenbau des Wärmetauschers die zugeordneten Rohre erstrecken. Die Offnungen 11 und die zugeordneten Rohre sind von rechteckiger an den Kanten abgerundeter oder sonstiger, z.B. kreisförmiger Gestalt. Das Blech 10 ist mit einer Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen voneinander verlaufenden parallelen Leisten 12 auf beiden Seiten versehen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verlaufen die Leisten durchgehend, bei einer alternativen Ausführung laufen die Leisten vor den Öffnungen 11 aus.
Bei der in der Fig. 2b dargestellten Gestaltung erstrecken sich die parallelen Rippen 12 nur auf einer Seit.
Der AcstGnd ? der in der Fig. 1 und 2a bzw. 2b veronschaulichten Leisten betragt 0,045", die Höhe h 0,020". Jede Leiste ist von rechteckiger Form und weist eine Breite W von 0,011" auf. Die Dicke t der Rippe zwischen den Leisten liegt bei 0,010.
Derartige Leisten können durch verschiedene Verfahren angebracht werden. So können die Rippenbleche, die ursprünglich dicker als durch die Leisten sind,auf die gewünschten Abmessungen z.B. spanabhebende Bearbeitung gebracht werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3a und 3b haben die Leisten eine Höhenabmessung h von 0,013" und einen Abstand P von 0i030".
Wenn für die Rippen ein in Bezug auf die Abmessungen der Leisten sehr dünnes Material verwendet wird, was z.B. bei Leisten mit Abständen von 0,100" und Querschnittsabmessungen von 0,010" x 0,010" bei einer Blechdicke von nur 0,003" der Fall ist, kann die Rippe durch Verformung mit Leisten versehen werden, indem das Blech einfach zwischen entsprechenden Werkzeugen gewalzt oder gepresst wird.
Bei den in den Fig. 4a und 4b dargestellten Ausführungen hat jede der Leisten eine sägezahnförmige Gestalt mit einem Flächenbereich 13, der senkrecht zur Rippenfläche verläuft und einer zugeordneten geneigten Flanke 14. In der Fig. 4a verlaufen die nebeneinander liegenden Leisten direkt aneinander anschließend.
Die Höhe h der Leisten liegt im Bereich von 0,005" - 0,020", der Neigungswinkel der Flanken zwischen 80 und 140.
Die Figuren 5a und 5b veranschaulichen Leisten von dreieckiger abgerundeter Form, die durch einen üblichen Pressvorgang geformt wurden. Die Breite W jeder Leiste 15 beträgt 0,040", ihre Höhe h 0,013". Die Leisten 15 erstrecken sich abwechselnd von der einen bzw. anderen Seite der Rippe unter einem Abstand P von 0,150",gemessen auf jeder Rippenseite.
In allen Fällen sind die Rippen so im Wärmeaustauscher angeordnet, daß sie sich quer und vorzugsweise senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluids erstrecken, das außerhalb der Rohre fließt.
Die Leisten dienen dazu, örtlich die Dicke der auf den Rippen langsam strömenden Grenzschicht zu verringern und dabei die Wärmeübergangseigenschaften der Rippen zu verbessern, ohne daß der Strömungswiderstand durch die Verbesserung des Wärmeüberganges zu sehr erhöht wird.
In der Fig. 6 ist die Verbesserung graphisch dargestellt, welche durch die Leistenausführung gemäß Fig. 5 gegenüber den bekannten durchbrochenen Rippen erzielt wird. Die graphische Darstellung veranschaulicht die Matrixtiefe Md (als Ordinate), die zur Erzielung einer vorgegebenen Wärmeübertragung erforderlich ist, in Abhängigkeit von dem Matrixdruckabfall Mr. Die Kurve A zeigt den Verlauf bei einer konventionellen, die Kurve B im Vergleich hierzu bei einer Matrix mit der in Fig. 5 gegebenen Leistenform.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen sind insbesondere geeignet in Fällen, in denen das zwischen den Rippen strömende Fluid Luft ist. Die vorliegende Erfindung kann aber auch auf Wärmeaustauscher Anwendung finden, bei denen andere gasförmige oder flüssige Fluide verwendet werden. Um eine Anpassung an die Eigenschaften der verschiedenen in Wärmeaustauschern verwendeten Fluide zu erreichen, ist es notwendig, die Höhe der Leisten in einem Bereich von 0,005" bis 0,040" zu variieren. Bei den Leistenformen der Figuren 2a, 2b, 3a, 3b und 5a, 5b erstrecken sich die Leistenbreiten über einen Bereich von 0,010" bis 0,080", während die Abstände der Leisten im Bereich von 0,010" - 0,400" liegen.
Ansprüche

Claims

Ansprüche 1. 2 Sekundärer Wärmeaustauscher, bestehend aus wenigstens einem Rohr für ein Fluid und einer Mehrzahl von Rippen, die auf dem Rohr in thermischem Kontakt zu diesem angeordnet sind, wobei im Betrieb ein anderes Fluid zwischen den Rippen hindurchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (10) auf wenigstens einer Seite mit in regelmäßigen Abständen voneinander verlaufenden, turbulenzfördernden Leisten (12, 13, 14, 15) versehen ist, deren Höhenabmessung im Bereich von 0,005 - 0,040" liegt.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (12, 13, 14, 15) kontinuierlich verlaufen.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (12, 13, 14, 15) vor dem oder den Rohren abbrechen.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (12, 13, 14, 15) nur auf einer Seite der Rippen angeordnet sind.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (12, 13, 14, 15) auf beiden Seiten der Rippen (10) verlaufen.
6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Listen (12) eine rechteckige Form aufweisen.
7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (15) von abgerundet dreieckiger Form sind.
8. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Leisten (12, 15) in einem Bereich von 0,010" bis 0,080" liegt.
9. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Listen (12, 15) in einem Bereich liegt, der sich von 0,010" bis 0,400" erstreckt.
10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (13, 14) die Gestalt von Sägezähnen mit geneigten Flanken (14) und Flächenbereichen (13) aufweisen, die senkrecht zur Ebene der Rippe verlaufen.
11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (13, 14) unmittelbar aufeinanderfolgende Sägezähne bilden, deren geneigte Flanken die senkrechten Flächenbereiche (13) miteinander verbinden.
12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Flankenflächen (14) gegenüber der Ebene der Rippe (10) in einem Bereich von 80 bis 140 liegt.
13. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (12, 13, 14, 15) sich quer zur Strömungsrichtung des zwischen den Rippen hindurchströmenden Fluids erstrecken.
14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (12, 13, 14, 15) senkrecht zur Strömungsrichtung erstrecken.