DE2950563C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie von einem Ver­ fahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.

In der DE-OS 24 16 309 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem an einer serpentinenförmigen, im Querschnitt rechteckigen Rohrleitung parallel zueinander stehende Wärmeübertragungsrippen an den beiden sich gegenüber­ liegenden Rohrschmalseiten vorgesehen sind, die an dem einen Ende der Rohrleitung einen weiten Abstand und an dem anderen Ende der Rohrleitung einen engen Abstand voneinander aufweisen, wobei der Abstand im wesentlichen stetig enger wird. Während die Rohrbreitseiten senkrecht zur Serpentinenebene verlaufen, liegen die Rohrschmal­ seiten parallel zur Serpentinenebene, so daß sich die Wärmeübertragungsrippen in ihrer Längsrichtung senkrecht zur Serpentinenebene erstrecken. Der stetig enger werdende Rippenabstand ist vorgesehen, um das Vereisungsproblem des Wärmetauschers bei seinem Gebrauch zu beherrschen.

In der DE-OS 21 16 358 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem an einer serpentinenförmigen, im Querschnitt rechteckigen Rohrleitung an den beiden Rohrbreitseiten gleichmäßig voneinander beabstandete Wärmeübertragungs­ rippen vorgesehen sind, wobei die Rohrbreitseiten senk­ recht zur Serpentinenebene verlaufen, so daß sich die Wärmeübertragungsrippen mit ihrer Längsrichtung inner­ halb der Serpentinenebene erstrecken. Zur Herstellung dieses Wärmetauschers werden zunächst die Rippen an den Rohrbreitseiten angebracht, wonach die so gestaltete Rohr­ leitung in die Serpentinenform gebogen wird. An den Umbiegestellen der Serpentine bewirken die dort gegen­ einander anstoßenden Rippen einen verstärkenden Stütz­ effekt, der ein Einschnüren der Rohrleitung an diesen Stellen während der Biegevorgänge vermeidet, so daß der Strömungsquerschnitt der Rohrleitung an diesen Stellen im wesentlichen erhalten bleibt. Hinsichtlich der Wärme­ übertragung bietet dieser Wärmetauscher gegenüber be­ kannten Wärmetauschern vergleichbarer Bauweise keine Vorteile.

In der US-PS 19 69 985 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem ein oder mehrere gerade, in der Querschnittsform stetig veränderte Rohrleitungen vorgesehen sind, die je außen eine Mehrzahl voneinander beabstandeter, ring­ schreibenförmiger und schräg verlaufender Wärmeüber­ tragungsrippen aufweisen. Die schräg verlaufenden Rippen bieten zwar eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche, haben aber keinen Einfluß auf die zwischen ihnen parallel hindurchströmende Luft. Das die Rohrleitungen durch­ strömende Arbeitsmedium wird hinsichtlich seiner Strö­ mungsform in den Rohrleitungen durch deren sich ändernde Querschnittsform nur minimal beeinflußt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wärmetauschers der einleitend angeführten Art, bei dem zumindest in einem der beiden verschiedenartigen Strömungswege eine Turbulenz des jeweiligen Strömungs­ mediums erreicht wird, sowie in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.

Die Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Wärmetauschers geht von einem Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aus und ist weiter gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 2 oder 3.

Die Lösung hinsichtlich des Herstellungsverfahrens geht von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 8 aus und ist weiter gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Patentanspruches; weitere Lösungen sind in den Patentansprüchen 9 und 11 angegeben.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird eine wesent­ lich verbesserte Wärmeübertragung von einem Strömungs­ medium auf das andere Strömungsmedium erreicht, da die jeweiligen Medien bei ihrem Durchgang durch ihre Strömungs­ wege abgelenkt werden, sich verwirbeln und in einem ge­ wissen Umfang eine Turbulenz aufgezwungen erhalten. Die Ablenkung wird dadurch erreicht, daß ein Teil der Be­ grenzungsflächen der Strömungswege für das jeweilige Strömungsmedium in Strömungsrichtung geneigt verläuft, so daß das durchströmende Medium in einen verstärkten Kontakt mit diesem Teil der Begrenzungsflächen gelangt und somit ein verbesserter Wärmeübergang und Wärmedurch­ gang gegeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die vorgenannten Vorteile sowohl beim inneren als auch beim äußeren Strömungsmedium des Wärmetauschers gegeben, wenigstens jedoch bei einem Strömungsmedium. Sie können auf einfache Weise dadurch erzielt werden, indem die Rohrleitung für das innere Strömungsmedium, die zunächst parallel zueinander stehende Außenrippen aufweist, bogenmäßig verformt wird, so daß die Rippen danach in Strömungsrichtung bzw. zu dem anströmenden äußeren Medium in einem Winkel zueinander stehen. Letzteres gilt analog auch für das innere Strömungs­ medium der Rohrleitung. Das Herstellverfahren für einen solchen Wärmetauscher ist schnell und sehr kostengünstig durchzuführen, da die wellenförmige Verformung der Rohr­ leitung einfach zu bewerkstelligen ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbei­ spiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärme­ tauschers in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht des Wärmetausch­ ers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, in der die Stellung der Außenrippen relativ zu sich selbst und in bezug auf ihre Stellung ent­ lang den Krümmungen am Rohr des Wärme­ tauschers gezeigt ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, in welcher die Strömungswege des Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher relativ zu den darin ent­ haltenen Krümmungen gezeigt ist,

Fig. 7 eine der Fig. 1 vergleichbare perspektiv­ ische Ansicht eines abgeänderten Wärme­ tauschers,

Fig. 8 eine Schnittansicht nach der Linie 8-8 in Fig. 7,

Fig. 9 eine Schnittansicht nach der Linie 9-9 in Fig. 7,

Fig. 10 eine der Fig. 1 vergleichbare perspektiv­ ische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Wärmetauschers,

Fig. 11 eine Teilansicht des Wärmetauschers nach Fig. 10,

Fig. 12 eine Schnittansicht nach der Linie 12-12 in Fig. 11,

Fig. 13 eine der Fig. 6 vergleichbare Darstellung, in der die Strömungswege des Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher nach Fig. 10 ge­ zeigt sind,

Fig. 14 eine schematische Darstellung ähnlich der­ jenigen nach Fig. 5, in der die Stellung der Außenrippen des Wärmetauschers nach Fig. 10 relativ zueinander und bezüglich ihrer Stellung entlang den Krümmungen des Wärmetauscherrohres gezeigt ist,

Fig. 15 eine der Fig. 14 ähnliche schematische Darstellung, in eine eine vierte Ausführungs­ form des Wärmetauschers gezeigt ist.

Ein nach der Rohrbauart ausgebildeter Wärmetauscher oder ein wär­ meübertragendes Element 1 ist in den Fig. 1 bis 6 gezeigt, wobei dieses Beispiel die derzeit bevorzugte Ausführungsform darstellt.

Der Wärmetauscher 1 umfaßt einen Körperteil 2, der in dieser be­ vorzugten Ausführungsform ein einstückiges, außenberipptes Rohr­ teil umfaßt, das unter Erzielung eines Serpentinenmusters vor und zurück bzw. mehrfach umgebogen ist. Das Rohrteil 2 weist Endteile 3 und 4 an seinen entsprechenden Enden auf, die als Ver­ bindungsteile des vollständigen Wärmetauschers 1 dienen.

Der Rohrteil umfaßt ein langes Rohr 5 mit vorzugsweise im wesent­ lichen rechteckigem Querschnitt (Fig. 3 und 4) mit zwei im wesentlichen parallelen und schmalen Seitenwänden 6 und 7 und zwei gegenüberliegenden, im wesentlichen parallelen und breiteren Seitenwänden 8 und 9. Eine Vielzahl Rippen 10 und 11 stehen von den Außenflächen der Seitenwände 8 und 9 nach außen vor und sind voneinander beabstandet entlang dem Rohr 5 angeordnet. Die Rippen 10 und 11 sind vorzugsweise länglich ausgebildet mit einem länglichen Basisteil 12, das sich quer zu der Außenfläche der Seitenwände 8 und 9 erstreckt und hierzu benachbart ist, und mit einer Viel­ zahl von Vorsprüngen versehen ist, wie z. B. die Vorsprünge 13, die sich vom äußeren Längsbereich der Basisteile 12 nach außen erstrecken.

Vorzugsweise hängen die Rippen 10 und 11 integral mit den Seiten­ wänden 8 und 9 zusammen. Sie können in jeder gewünschten Weise hergestellt sein und sind vorzugsweise durch Schneiden oder Boussieren aus den Seitenwänden 8 und 9 des Rohres 5 in der Wei­ se herausgearbeitet, wie es in der US-PS 36 92 105 offenbart ist, während das Rohr 5 in seiner Länge im wesentlichen gerade verläuft.

Es sei betont, daß mit dem hierin benutzten Ausdruck "integral" in bezug auf das Verhältnis der Rippen 10 und 11 zum Rohr 5 ge­ meint ist, daß die Rippen in der Weise mit dem Rohr 5 zusammen­ hängen, wie es beispielsweise in einem geeigneten Herstellver­ fahren durch Schneiden oder Boussieren der Rippen aus dem Rohr geschehen kann, wie es vorstehend angedeutet ist, im Unterschied zu den Rippen, die am Rohr befestigt werden, z. B. durch Schweißen oder Löten oder dergleichen.

Das Rohr 5 besitzt Durchgangswege 14, die sich in Längsrichtung durch das Rohr erstrecken und den Strömungsweg für ein Arbeits­ fluid, z. B. ein Kältemittel, eine heiße Flüssigkeit oder derglei­ chen, in Längsrichtung durch das Rohr 5 bilden. Vorzugsweise um­ faßt der Durchgangsweg 14 eine Mehrzahl von Öffnungen oder Durch­ gangswegen 15, die quer über die gesamte Breite des Rohres 5 ei­ nen Abstand besitzen, wobei benachbarte Durchgangswege 15 von­ einander durch geeignete Teilungswände 16 getrennt sind, die sich zwischen den Seitenwänden 8 und 9 erstrecken (Fig. 3 und 4).

Zur Durchführung des bevorzugten Herstellungsverfahrens für den Wärmetauscher 1 wird das Rohr vor und zurück bzw. mehrfach um seine Seitenwände 8 und 9 umgebogen, nachdem es mit den Rippen 10 und 11 ausgestattet worden ist, um den Körperteil 2 in Form des vorerwähnten serpentinenförmigen, außenberippten Rohrteiles zu schaffen. In dieser letztgenannten Form umfaßt der Körperteil 2 eine Vielzahl von Wegen oder Rohrgliedern 17, die Seite an Sei­ te und im wesentlichen parallel zueinander mit Umkehrbiegungen 18 und 19 versehen sind, die die benachbarten Enden der einan­ der benachbarten Wege 17 an ihren entsprechend gegenüberliegenden Enden miteinander verbinden (Fig. 1).

In dieser Vorform des Körpers 2 sind die Rippen 10 und 11 an jedem der benachbarten Wege 17 vorzugsweise in naher Nachbar­ schaft und nahezu gegeneinander anliegender Beziehung zu den ent­ sprechenden Rippen 10 und 11 des nächstbenachbarten Weges 17, wobei der Körperteil 2 im wesentlichen flach ist.

Danach werden zur bevorzugten Durchführung des Herstellverfahrens für den Wärmetauscher 1, während die Enden der Durchgangswege gegen Bewegung, die von ihnen weggerichtet oder zu ihnen gerich­ tet ist, festgehalten werden, in den Durchgangswegen 17 zwischen ihren vorgenannten Enden durch einen geeigneten Bildungsvorgang Krümmungen 20 und 21 ausgebildet, die in Richtung der Seitenwän­ de 6 und 7 des Rohres 5 nach außen konvex verlaufen. Die Krümmun­ gen 20 und 21 können verschiedene Größe und Form aufweisen, sind jedoch relativ flach, wie z. B. in der Natur einer Sinuskurve, und vorzugsweise sind die gegenüberliegenden Krümmungen 20 und 21 relativ zueinander so angeordnet, daß sie eine relativ flache Welle bilden, beispielsweise eine Welle in Form einer Sinuswelle.

Bei dem in vorgenannter Weise konstruierten Wärmetauscher 1 be­ wirkt die Herstellung der Krümmungen 20 und 21, daß die Rippen 10 und 11 entlang den Bögen der Krümmungen relativ zueinander versetzt werden. Somit werden beispielsweise, wenn die Rippen 10 und 11 ursprünglich an dem im wesentlichen flachen, geraden Rohr 5 in paralleler, zueinander beabstandeter Beziehung in ihre Position gebracht werden, um sich zur Länge des Rohres 5 recht­ winkelig zu erstrecken, die Durchgangswege 22, die durch jedes Paar einander benachbarter Rippen 10 oder 11 an dem geraden Rohr 5 gebildet sind, im wesentlichen gerade und gleichförmig im Querschnitt sein und parallel zueinander und rechtwinkelig zur Länge des Rohres 5 verlaufen. Nachdem die Krümmungen 20 und 21 in den Durchgangswegen 17 des Körperteiles 2 hergestellt worden sind, ist die Position der benachbarten Durchgangswege 22 in den Wegen 17 relativ zueinander geändert worden, und die einge­ schlossenen Winkel zwischen benachbarten Paaren aus den Rippen 10 oder 11, welche die entsprechenden Durchgangswege 22 bilden, sind verändert worden.

Somit verbleiben die im Zentrum befindlichen Durchgangswege 22, wie es schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, wenn die Krümmun­ gen 20 und 21 wie erwähnt in den Wegen 17 ausgebildet sind, daß ein Durchgangsweg 22 genau in der Zentrumsposition jedes der Krümmungen 20 und 21 angeordnet ist, wie z. B. die Krümmung 22, die in der Position P in der in Fig. 5 gezeigten Krümmung 21 an­ gedeutet ist, rechtwinkelig zu der Länge des Wärmetauschers 1 zwischen den Umkehrbiegungen 18 und 19 angeordnet. Obgleich die­ se im Zentrum befindlichen Durchgangswege 22 rechtwinkelig zur Länge des Wärmetauschers 1 verbleiben, ist jedoch der einge­ schlossene Winkel zwischen den entsprechenden Paaren der benach­ barten Rippen 10 oder 11, welche diese letztgenannten Durchgangs­ wege bilden, verändert, und zwar wechselt er aus einer parallelen Beziehung in einen spitzen Winkel, der sich nach außen öffnet, und zwar von der konkaven Seite in Richtung zur konvexen Seite jeder Krümmung 20 und 21 (Fig. 5).

Jedoch bewirkt die Bildung der Krümmungen 20 und 21, daß die anderen Durchgangswege 22 in jeder Krümmung aus ihrer ursprüng­ lichen Position verändert werden, in welcher sie rechtwinkelig zur vorerwähnten Länge des Wärmetauschers 1 standen, in eine Po­ sition, in welcher sie im wesentlichen mit dem radialen Zentrum des Bogens der entsprechenden Krümmung 20 oder 21 ausgerichtet sind. Somit sind, wie es in Fig. 5 bezüglich einer Krümmung 21 dargestellt ist, die Durchgangswege 22 auf beiden Seiten des vorerwähnten, im Zentrum befindlichen Durchgangsweges 22 in jeder Krümmung mit einem progressiv größer werdenden Winkel relativ zum im Zentrum befindlichen Durchgangsweg 22 über die gesamte Länge der betreffenden Krümmung 22 oder 21 angeordnet, wobei die Winkel der Durchgangswege 22 auf gegenüberliegenden Seiten des im Zentrum befindlichen Durchgangsweges 22 relativ zu diesem gegen­ überliegende offene Winkel sind.

Weiterhin ist, wie der eingeschlossene Winkel zwischen den Rippen­ paaren, die die Zentrumsdurchgangswege 22 bilden, jeder der ein­ geschlossenen Winkel zwischen den Rippenpaaren, die die Durchgangs­ wege 22 bilden, die auf gegenüberliegenden Seiten des Zentrums­ durchgangsweges 22 liegen, verändert aus einer im wesentlichen parallelen Beziehung zwischen den Rippenpaaren in einen spitzen Winkel, der sich von der konkaven Seite zur konvexen Seite jeder Krümmung 20 und 21 nach außen öffnet bzw. nach außen offen ist.

Wie es dem Fachmann ohne weiteres klar ist, ist die Darstellung der Zentrumsdurchgangswege 22, die genau im Zentrum der Krümmun­ gen 20 und 21 angeordnet sind, bezüglich der Positionierung der verschiedenen Teile des Wärmetauschers 1 zueinander lediglich als Beispiel aufzufassen. In der Praxis ist es zweifelhaft, ob bei der kommerziellen Herstellung des Wärmetauschers, wie z. B. des Wärmetauschers 1, die Zentrumsdurchgangswege 22 genau im Zentrum der Krümmungen 20 und 21 angeordnet werden. Jedoch sind das Funktionsprinzip und die veränderte Positionierung der be­ nachbarten Durchgangswege entlang den Krümmungen 20 und 21 unver­ ändert bzw. bleiben erhalten, wenn die Zentrumsdurchgangswege 22 nicht genau im Zentrum liegen, sondern vom Zentrum der Krümmun­ gen etwas abweichen.

Bei dem auf diese Weise konstruierten Wärmetauscher 1 wird, wenn Luft oder ein anderes Arbeitsfluid quer zu den Wegen 17 durch den Wärmetauscher 1 gedrückt oder gezogen wird, z. B. vom Boden bis zum Oberende des Wärmetauschers, wie es aus Fig. 1 hervor­ geht, diejenige Luft, die in den Wärmetauscher 1 in einer Richtung senkrecht dazu eintritt, wie es durch die Pfeile 23 in Fig. 5 angedeutet ist, während ihres Durchganges durch alle Durchgangs­ wege 22 zu der genannten senkrechten Richtung in spitzem Winkel abgelenkt mit der Ausnahme derjenigen Durchgangswege 22, die gerade genau im Zentrum der entsprechenden Krümmungen 20 und 21 angeordnet sind, wie es durch die Pfeile 24 in Fig. 5 gezeigt ist. Demzufolge entsteht eine Turbulenz in der Luft, die diese versetzten Durchgangswege 22 passiert, und die Luft, die diese Durchgangswege 22 passiert, wird veranlaßt, auf die Rippen 10 oder 11 aufzutreffen, welche die entsprechenden Durchgangswege bilden, und diese Rippen streichenderweise oder streifenderwei­ se zu berühren. Dies allein bewirkt das Zustandekommen eines ver­ größerten bzw. verbesserten Wärmeaustausches zwischen der Luft, die die Durchgangswege 22 und die Wege 17 des Wärmetauschers 1 passiert, im Vergleich zu einem Wärmetauscher, bei dem die Durch­ gangswege mit der Richtung der in den Wärmetauscher eintretenden Luft ausgerichtet sind. Demnach vergrößert eine derartige Konstruk­ tion das Wärmeübertragungsvermögen eines mit größeren Rippen ver­ sehenen Rohres 2, ohne die Rohrgröße zu vergrößern.

Ebenso verbessert der so konstruierte Wärmetauscher 1 die Turbu­ lenz des Arbeitsfluids, das durch die Durchgangswege 15 strömt, wobei das Arbeitsfluid, das durch die Wege 17 des Rohres 5 strömt, dies auf einem gekrümmten Weg durchführt, wie es durch die Pfeile 25 in Fig. 6 gezeigt ist. Die vergrößerte Turbulenz des durch die Durchgangswege 15 strömenden Arbeitsfluids mischt das Fluid und tendiert zur Zunahme des Wärmeüberganges zwischen dem Fluid und dem Rohr 5. Zusätzlich bewirkt die gekrümmte Strömung des Arbeitsfluids durch das Rohr 5, daß dieses Fluid nach außen ge­ leitet sowie vor und zurück streichenderweise erst mit der einen Seite und dann mit der gegenüberliegenden Seite von Teilen des Rohres 5, welche die Durchgangswege 15 bilden, in Berührung ge­ langt, so daß nicht nur die Turbulenz des Arbeitsfluids vergrö­ ßert ist, sondern das aufgrund dieser Turbulenz gemischte Ar­ beitsfluid wird infolgedessen in festen Kontakt mit den Seiten der Durchgangswege gebracht, gegen die es gerichtet ist.

Ebenso, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, bewirkt die Bildung der Krümmungen 20 und 21 hinsichtlich der Querschnitts­ größe des Durchgangsweges 14, wie bezüglich der in den Zeichnun­ gen dargestellten und bevorzugten Ausführungsform erinnerlich ist, daß mehrere Durchgangswege 15 vorhanden sind, am äußeren oder konvexen Bereich der entsprechenden Krümmungen 20 und 21 im Querschnitt vergrößert ist und am inneren oder konkaven Bereich der Krümmungen 20 und 21 im Querschnitt verkleinert ist. Dies hat den zusätzlichen Vorteil gegenüber einem geraden Rohr, daß insoweit als die Vergrößerung des Wärmeüberganges zwischen einem Arbeitsfluid und dem Rohr, durch welches es strömt, die eine Seite und dann die andere Seite des Durchgangsweges 14 durch das Rohr abwechselnd eingeschränkt ist, um dadurch die Kraft zu ver­ größern, mit der das Fluid gegen die betreffende Seite des Rohres gedrückt wird. Gleichzeitig ist jedoch die andere Seite des Rohres, gegen welche das Fluid zur Anlage gelangt, von vergrößertem Querschnitt, so daß die Einschränkung bezüglich der Gesamtströ­ mung des Arbeitsfluids durch die Wege 17 im wesentlichen nicht vergrößert ist, wenn überhaupt.

In den Fig. 7 bis 9 ist eine abgeänderte Ausführungsform dar­ gestellt, und die mit den Teilen in den Fig. 1 bis 6 überein­ stimmenden Teile tragen die gleichen Bezugsziffern, und ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern mit einem nachgestellten "a".

Der gezeichnete Wärmetauscher 1 a ist in seiner Konstruktion mit dem Wärmetauscher 1 identisch mit der Ausnahme, daß die ausgerich­ teten Krümmungen 20 und 21 nicht in allen Wegen 17 ausgebildet sind. Beim Tauscher 1 a weisen abwechselnde oder jeder zweite der Wege 17 ausgerichtete Krümmungen 20 und 21 auf. Die anderen Wege 17 weisen Krümmungen 20 a und 21 a auf, die zueinander ausgerich­ tet sind, jedoch nicht mit den Krümmungen 20 und 21, wobei die Krümmungen 20 a und 21 a ausgerichtet sind mit den Abständen zwischen benachbarten Krümmungen 20 und 21 des ersten angeführten abwechseln­ den Weges 17 (Fig. 7). Vorzugsweise sind die Krümmungen 20, 21, 20 a und 21 a alle von gleicher Größe, und die Zentren der Krümmun­ gen 20 und 21 sind ausgerichtet mit den Abständen zwischen den Krümmungen 20 a und 21 a in deren Mitte.

Aufgrund der vorerwähnten Konstruktion hat der Wärmetauscher 1 a das Aussehen eines bestimmten Webmusters, wobei die konvex nach oben gerichteten Krümmungen 20 a, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, den konvex nach unten gerichteten Krümmungen 21 benachbart sind, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, und die konvex nach unten gerichteten Krümmun­ gen 21 a sind gegenüber den konvex nach oben gerichteten Krümmun­ gen 20 zugeordnet, wie aus Fig. 9 ersichtlich ist.

Zur Ausführung des bevorzugten Herstellungsverfahrens für den Wärmetauscher 1 a kann der berippte Rohrteil 2 a zuerst in gerader Form ausgebildet und dann in Serpentinenform gebogen werden, wie Fig. 7 zeigt, und zwar in derselben Weise, wie es weiter vorstehend zu dem Rohrteil 2 erläutert ist. Danach können die Krümmungen 20 und 21 und die Krümmungen 20 a und 21 a an den entsprechend abwechselnden Wegen 17 in der Weise gebildet werden, wie es in Verbindung mit dem Wärmetauscher 1 beschrieben ist.

Bei dieser Konstruktion stehen die Rippen 10 und 11 an den Krümmun­ gen 20 a auf den entsprechend gegenüberliegenden Seitenflächen des Wärmetauschers 1 a weiter nach außen vor oder weiter nach oben in einer Richtung, wie es aus Fig. 7 hervorgeht, als die Rippen 10 und 11 der benachbarten Krümmungen 21, wie es aus Fig. 8 hervorgeht. Die Rippen 10 und 11 der Krümmungen 21 a stehen weiter seitlich nach außen vor in einer Abwärtsrichtung, wie es Fig. 7 zeigt, als die Rippen 10 und 11 an den benachbarten Krümmungen 20, wie es Fig. 9 zeigt. Mit dieser Konstruktion ist die Luft­ strömung seitlich durch den Wärmetauscher 1 a reduziert im Ver­ gleich zur Einschränkung der Luftströmung durch einen Wärmetau­ scher 1 derselben Größe, wobei die benachbarten Rippen 10 und 11 an benachbarten Wegen 17 in dem Wärmetauscher 1 a relativ zu­ einander versetzt sind, so daß Luft, die durch die konkaven Seiten der Krümmungen eintritt, einen kürzeren Weg durch den Wärmetauscher 1 a hat, bevor sie aus den benachbarten Rippen 10 oder 11 austritt. Somit kann z. B. Luft, die in die Krümmungen 20 a und 20 in Richtung der Pfeile 26 eintritt (Fig. 8 und 9), aus dem Bereich der Rippen 10 an den Krümmungen 20 a und 20 nicht nur von den oberen Enden der Durchgangswege 22 austreten, wie es aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht, sondern auch seitlich nach außen aus denjenigen Bereichen der Durchgangswege 22, die durch die Rippen 10 an den Krümmungen 20 a und 29 gebildet sind, welche über den Rippen 10 an den Krümmungen 21 und 21 a angeordnet sind, wie es aus den Fig. 8 und 9 entnommen werden kann.

In den Fig. 10 bis 14 ist eine weitere Ausführungsform darge­ stellt, und diejenigen Teile, die mit den Teilen in den Fig. 1 bis 6 übereinstimmen, tragen die gleichen Bezugsziffern, und diejenigen Teile, die ähnlich sind, tragen die gleichen Bezugs­ ziffern mit einem nachgestellten "b".

Der in Fig. 10 gezeigte Wärmetauscher 1 b ist in der Konstruktion identisch mit dem Wärmetauscher 1 nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß, wie es nachstehend im einzelnen erläutert ist, die Rippen 10 und 11 an dem Rohrteil 2 b ausgebildet werden, nachdem die Krümmungen 20 und 21 an den Wegen 17 ausgebildet sind, und daß die Rippen relativ zueinander parallel an jedem Weg 17 angeord­ net sind.

Bei dem derzeit bevorzugten Herstellungsverfahren für den Wärme­ tauscher 1 b wird zunächst der Rohrteil 2 b in Form eines langen im wesentlichen geraden Rohrgliedes ausgebildet, ohne daß daran Rippen vorgesehen sind. Das Rohrteil 2 b enthält dann das Rohr 5 mit den bereits erwähnten beiden schmalen und sich gegenüberlie­ genden Seitenwänden 6 und 7, die durch die sich gegenüberliegen­ den Seitenwände 8 und 9 miteinander verbunden sind. Danach, ohne daß bis jetzt am Rohrteil 2 b Rippen ausgebildet sind, werden die Krümmungen 20 und 21 daran ausgebildet in Richtung des Abstandes der schmalen Seitenwände 6 und 7 voneinander. Vorzugsweise werden die Krümmungen 20 und 21 am Rohrteil 2 b in derselben Weise ausge­ bildet, wie es bezüglich der Bildung der Krümmungen 20 und 21 am in Fig. 1 gezeigten Rohrteil beschrieben ist mit der Ausnahme, daß in diesem Fall die Enden des Rohrteiles 2 b vorzugsweise frei sind, um sich während der Bildung der Krümmungen 20 und 21 ein­ wärts zueinander bewegen zu können.

Danach werden die Rippen 10 und 11 an den Seitenwänden 8 und 9 des Rohrteiles 2 b ausgebildet. Vorzugsweise werden die Rippen 10 und 11 am Rohrteil 2 b durch Schneiden oder Boussieren der Seiten­ wände 8 und 9 des Rohres 5 des Rohrteiles 2 b in der Weise heraus­ gearbeitet, wie es in der bereits genannten US-PS 36 92 105 offenbart ist; im wesentlichen in derselben Weise, wie es in Verbin­ dung mit der Bildung der Rippen 10 und 11 am Rohrteil 2 beschrie­ ben ist mit der Ausnahme, daß in diesem Fall das Rohr 5 in seiner Form ungekrümmt ist und daß die Rippen 10 und 11 aus den Seiten­ wänden 8 und 9 in einem geraden Weg quer zu den Krümmungen 20 und 21 herausgearbeitet werden. Vorzugsweise werden die Rippen 10 und 11 so am Rohrteil 2 b ausgebildet, daß sie in beabstandeter und paralleler Beziehung zueinander über die gesamte Länge des Rohr­ teiles 2 b angeordnet sind.

Mit einem solchen Rohrteil 2 b, der die Außenrippen 10 und 11 auf­ weist und ferner in seinem Innern die Krümmungen 20 und 21, wird nun so vorgegangen, daß das Leitungsrohr 5 mehrfach um die Seiten­ wände 8 und 9 umgebogen wird, um den Körperteil des Wärmetauschers 1 b in der Bauart des erwähnten serpentinenförmigen, außenberipp­ ten Rohrteiles 2 b zu bilden. In dieser letzten Form des Körper­ teiles 2 b umfaßt er eine Vielzahl von Wegen oder Leitungsgliedern 17, die relativ zueinander Seite an Seite und im wesentlichen paralleler Beziehung mit Umkehrbiegungen 18 und 19 versehen sind, die die benachbarten Enden jedes der Wege 17 an entsprechend ge­ genüberliegenden Ende der letzteren miteinander verbinden, wie dies beim Körperteil 2 des in Fig. 1 gezeigten Wärmetauschers 1 der Fall ist. Jedoch sind im Unterschied zum Körperteil 2 des Wärmetauschers 1 die Rippen 10 und 11 am Körperteil 2 b des Wärme­ tauschers 1 b in paralleler Beziehung zueinander an den Seiten­ wänden 8 und 9 über die gesamte Länge der Durchgangswege 17 an­ geordnet.

Bei einem so konstruierten Wärmetauscher 1 b führt die Strömung des Arbeitsfluids durch den Durchgangsweg 15 in den Wegen 17 entlang einer gekrümmten Bahn, wie es schematisch mit den Pfeilen 25 in Fig. 13 angedeutet ist, und zwar in derselben Weise wie die Strömung des Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher 1, wie es vorstehend erwähnt ist. Jedoch sind die Rippen 10 und 11 parallel zueinander angeordnet, wie es aus Fig. 14 hervorgeht, so daß die Durchgangswege 22 b dazwischen parallel zueinander verlaufen, wobei jeder Durchgangsweg die gleiche Breite entlang seiner Länge aufweist.

Bei dieser Konstruktion wird dem Arbeitsfluid, das durch die Durch­ gangswege 15 des Wärmetauschers 1 b hindurchströmt, eine Turbulenz erteilt, und das Arbeitsfluid strömt gegen die Seitenwände der Durchgangswege 15 mit einem Streich- oder Streifeffekt in dersel­ ben Weise, wie es weiter vorstehend mit Bezug auf den Durchgang des Arbeitsfluids durch die Durchgangswege 15 des Wärmetauschers 1 beschrieben ist. Jedoch ist der Widerstand gegen den Durchgang eines äußeren Arbeitsfluids durch den Wärmetauscher 1 b geringer als der Widerstand gegen den Durchgang des Arbeitsfluids durch die Durchgangswege 22 des Wärmetauschers 1, wobei der Durchgang des äußeren Arbeitsfluids, wie z. B. Luft, durch die Durchgangs­ wege 22 b in gerader Linie erfolgt und wobei die Durchgangswege 22 b zueinander parallel verlaufen und die benachbarten Rippen 10 und 11 diese parallel zueinander liegenden Durchgangswege bilden.

In Fig. 15 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, und wie bereits mehrfach erwähnt, tragen gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern, wobei ähnliche Teile mit dem entsprechenden Be­ zugszeichen mit einem nachgestellten "c" versehen sind.

Nach dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des Rohrteiles 2 c (Fig. 15) kann das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bildung des in den Fig. 10 bis 14 gezeigten, gekrümmten, außen­ berippten Rohrteiles 2 b zunächst verwendet werden und dann, vor dem Biegen desselben in die in Fig. 10 gezeigte Serpentinenform, kann ein weiterer Arbeitsgang an dem Rohrteil 2 c ausgeführt werden, entweder vor oder anstelle des erwähnten Serpentinenform­ vorganges, um dadurch schon die Durchgangswege 22 c mit veränderten Winkeln zueinander anzuordnen, wie es in Fig. 15 gezeigt ist.

Durch diesen zusätzlichen bzw. anderen Arbeitsgang zur bevorzugten Durchführung dieser in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform werden die Krümmungen in dem Rohrteil 2 c, die den Krümmungen 20 und 21 des in den Fig. 10 bis 14 gezeigten Rohrteiles 2 entsprechen, in gerade Form gebracht, um dadurch den Rohrteil 2 c aus der gekrümmten Form des Rohrteiles 2 b nach Fig. 14 in die im wesent­ lichen gerade Form zu bringen, die in Fig. 15 gezeigt ist. Infolge dieses Vorganges sind nun die Rippen 10 und 11 des Rohrteiles 2 c, die bei dessen gekrümmter Form entsprechend im Rohrteil 2 b parallel zueinander verlaufen, wie es bezüglich der Rippen 11 in Fig. 14 gezeigt ist, nun zueinander in progressiv nach außen divergie­ renden Winkeln von den entsprechenden Teilen des Rohrteiles 2 c angeordnet, welche Teile, wie vorstehend erwähnt, die länglichen Zentrumsbereiche der entsprechenden Krümmungen 20 und 21 bildeten. Dadurch sind unter der beispielsweisen Annahme, daß der in Fig. 15 gezeigte Bereich Pc der Zentrumsbereich einer vorstehend er­ wähnten, gebildeten Krümmung 21 entsprechend der Krümmung 21 in Fig. 14 ist, die Rippen 10 und 11 an gegenüberliegenden Seiten dieses Bereiches des geraden Rohrteiles 2 c an gegenüberliegend offenen, progressiv zunehmenden spitzen Winkeln an gegenüberliegenden Seiten desselben über die gesamte Länge des Bereiches des Rohrteiles 2 c angeordnet, welcher Bereich wie vorstehend erwähnt die Krümmung 21 (nicht gezeigt) bildete. Dassel­ be trifft natürlich mit Bezug auf diejenigen Bereiche des Rohr­ teiles 2 c zu, die, wie bei weiter vorstehend erwähnt, die ent­ sprechenden gekrümmten Bereiche 20 (nicht gezeigt) bildeten mit der Ausnahme, daß die benachbarten Rippen bei nach unten offenen spitzen Winkeln offen sind als vielmehr bei nach oben offenen spitzen Winkeln, wie es aus Fig. 15 hervorgeht.

Bei einer derartigen Konstruktion des Rohrteiles 2 c wird der Durchgang des Arbeitsfluids in Längsrichtung durch diesen Rohr­ teil in gerader Linie erfolgen und nicht in einer gekrümmten Bahn, wie z. B. die Wege 25, bei denen das Arbeitsfluid die Rohrteile entsprechend ihren Ausführungsformen durchströmt, wie es in den Fig. 1 bis 14 gezeigt ist. Demgemäß ist der Wider­ stand gegen den Durchfluß des Fluids durch den Rohrteil 2 c gerin­ ger als der Widerstand gegen den Durchfluß des Fluids durch die Rohrteile 2 a oder 2 b.

Jedoch wird, wie die Strömung der Luft oder dergleichen über dem Äußeren des Rohrteiles 2 in der Form nach den Fig. 1 bis 6, die in den Wärmetauscher 1 c senkrecht zu ihm eintretende Luft, wie es durch die Pfeile 23 in Fig. 15 angedeutet ist, in einem spitzen Winkel bezüglich der senkrechten Durchgangsrichtung während des Durchströmens aller Durchgangswege 22 c abgelenkt mit Ausnahme derjenigen Durchgangswege 22 c, die genau dort angeordnet sind, wo, wie es weiter vorstehend erwähnt ist, die Zentrumsbereiche der entsprechenden Krümmungen 20 und 21 waren, wie es durch die Pfeile 24 in Fig. 15 angedeutet ist. Demnach wird in der durch diese versetzten Durchgangswege 22 c strömenden Luft eine Turbu­ lenz entwickelt und, die durch diese Durchgangswege 22 c strömende Luft wird veranlaßt, die Rippen 10 oder 11 anzuströmen, die die entsprechenden Durchgangswege bilden, und diese Rippen in Streich- oder Streifwirkung zu berühren in einer Weise, die derjenigen ähnlich ist, die weiter vorstehend mit Bezug auf den Wärmetau­ scher 1 erwähnt ist.

Wenn es gewünscht wird, kann nach der Ausbildung des geraden Rohrteiles 2 c gemäß Fig. 15 dieser mehrfach um die Seitenwände 8 und 9 in Serpentinenform gebogen werden, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. In dieser Form des Wärmetauschers 1 c werden dessen Wege 17 jedoch nicht gekrümmt sein, sondern werden im wesentli­ chen gerade und zueinander parallel verlaufen.

Claims (11)

1. Wärmetauscher, bestehend aus wenigstens einem einen länglichen Wegabschnitt (17) darstellenden Rohr (5) mit auf zwei sich diametral gegenüberliegenden ersten Seiten von dem Rohr mit Abstand voneinander abstehenden Außen­ rippen (10; 11), zwischen denen äußere Strömungswege (22) ausgebildet sind und deren Ebene quer zur Längsrichtung des Rohres verläuft, wobei das Rohr wenigstens einen inneren Strömungsweg (14) aufweist und wobei die äußeren Strömungs­ wege quer zu dem inneren Strömungsweg durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegabschnitt (17) des Rohres (5) wenigstens eine Krümmung (20) aufweist, deren Krümmungs­ ebene in Richtung der unberippten Rohrseiten verläuft, und daß die einander benachbarten Außenrippen (10; 11) - in Richtung der Krümmungsebene betrachtet - jeweils einen spitzen Winkel einschließen (Fig. 1 bis 9).

2. Wärmetauscher, bestehend aus wenigstens einem einen länglichen Wegabschnitt (17) darstellenden Rohr (5) mit auf zwei sich diametral gegenüberliegenden ersten Seiten von dem Rohr mit Abstand voneinander abstehenden Außenrippen (10; 11), zwischen denen äußere Strömungswege (22) ausge­ bildet sind und deren Ebene quer zur Längsrichtung des Rohres verläuft, wobei das Rohr wenigstens einen inneren Strömungsweg (14) aufweist und wobei die äußeren Strömungs­ wege quer zu dem inneren Strömungsweg durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegabschnitt (17) des Rohres (5) wenigstens eine Krümmung (20), deren Krümmungs­ ebene in Richtung der unberippten Rohrseiten verläuft, und zueinander parallele Außenrippen (10; 11) aufweist (Fig. 10 - 14).

3. Wärmetauscher, bestehend aus wenigstens einem einen länglichen Wegabschnitt (17) darstellenden Rohr (5) mit auf zwei sich diametral gegenüberliegenden ersten Seiten von dem Rohr mit Abstand voneinander abstehenden Außenrippen (10; 11), zwischen denen äußere Strömungswege (22) ausgebildet sind und deren Ebene quer zur Längsrichtung des Rohres verläuft, wobei das Rohr wenigstens einen inneren Strömungsweg (14) aufweist und wobei die äußeren Strömungswege quer zu dem inneren Strömungsweg durchströmt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils einander benachbarte Außenrippen (10; 11) - in Richtung auf die berippten Rohrseiten betrachtet - einen spitzen Winkel bei geradem Wegabschnitt (17) des Rohres (5) einschließen (Fig. 15).

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wegabschnitt (17) des Rohres (5) wellen­ linienförmig, insbesondere sinusförmig ausgebildet ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4 mit Ausnahme von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem konvexen Außenab­ schnitt jeder Krümmung (20, 21) vorgesehene innere Strömungs­ weg (15) einen größeren Querschnitt aufweist als der Strömungsweg (15) an dem konkaven Innenabschnitt jeder Krümmung.

6. Wärmetauscher, bei dem das Rohr (5) in Serpentinenform unter Bildung mehrerer, länglicher Wegabschnitte (17) im wesentlichen in einer Ebene derart gebogen ist, daß sich die Außenrippen (10; 11) im wesentlichen in der Serpentinen­ ebene erstrecken, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die sich senkrecht zu der Serpen­ tinenebene erstreckenden Krümmungen (20, 21) jedes länglichen Wegabschnittes (17) zueinander fluchtend aus­ gerichtet sind.

7. Wärmetauscher, bei dem das Rohr (5) in Serpentinenform unter Bildung mehrerer, länglicher Wegabschnitte (17) im wesentlichen in einer Ebene derart gebogen ist, daß sich die Außenrippen (10; 11) im wesentlichen in der Serpentinen­ ebene erstrecken, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungen (20, 21) jeweils eines Wegabschnittes (17) zu den Krümmungen der ihm benachbarten Wegabschnitte (17) auf Lücke längsversetzt angeordnet sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, wonach an wenigstens einem Rohrstück an zwei sich diametral gegenüberliegenden ersten Seiten entlang dieser Seiten vom Rohrstück abstehende und mit ihrer Ebene voneinander beabstandete Außenrippen vorgesehen werden, wobei in dem Rohrstück wenigstens ein innerer Strömungsweg ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück in Richtung seiner beiden anderen sich diametral gegenüberliegenden, unberippten Seiten in wellenlinienförmige Krümmungen gebogen wird, derart, daß - in Krümmungsebene betrachtet - jeweils ein­ ander benachbarte Rippen einen spitzen Winkel einschließen (Fig. 1 bis 9)

9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein unberipptes Rohrstück in Richtung einer Ebene in eine wellenlinienförmige Krümmung (20, 21) gebogen wird und daß dann die Außenrippen in paralleler Lage zueinander an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohrstückes vorgesehen werden, derart, daß sich die Außenrippen quer zu der Krümmungsebene erstrecken (Fig. 10 - 14).

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück sinusförmig gebogen wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein unberipptes Rohrstück in Richtung einer Ebene in eine welllenlinienförmige Krümmung (20, 21) gebogen wird, daß die Außenrippen in paralleler Lage zu­ einander an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohrstückes vorgesehen werden, derart, daß die Außenrippen sich quer zu der Rohrkrümmungsebene erstrecken, und daß die wellenlinienförmige Krümmung (20, 21) in die gerade Erstreckung des Rohrstückes zurückgebogen wird, um die einander benachbarten Außenrippen auf den beiden Rohrseiten in eine Stellung zu bewegen, in der sie relativ zueinander einen spitzen Winkel einschließen (Fig. 15).