DE3131737C2 - - Google Patents
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- DE3131737C2 DE3131737C2 DE19813131737 DE3131737A DE3131737C2 DE 3131737 C2 DE3131737 C2 DE 3131737C2 DE 19813131737 DE19813131737 DE 19813131737 DE 3131737 A DE3131737 A DE 3131737A DE 3131737 C2 DE3131737 C2 DE 3131737C2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
- F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
- F28F1/325—Fins with openings
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetau
scher der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebe
nen Gattung.
Aus der GB-OS 20 23 798 (entsprechend JP-OS 3 508/80)
ist ein derartiger Wärmetauscher bekannt, bei
dem die zueinander parallelen Wärmetauscherrohre in ent
sprechenden Öffnungen von Rippenplatten aus z. B. Alumi
nium festgelegt sind, welche einen Zwischenabstand von
wenigen mm haben. In den Bereichen zwischen den Wärme
tauscherrohren ist eine Vielzahl von nach einer Seite
hin herausgedrückten satteldachförmigen Streifen ausge
bildet, welche sich in Stufenfolgen unmittelbar hintereinander
quer zur Luftströmung erstrecken.
Der Neigungswinkel zwischen den jeweiligen Satteldach-
Hälften dieser Streifen und der Ebene der Rippenplatte
soll in einem Bereich zwischen 8° und 24° liegen, wobei
zur Erzielung eines möglichst intensiven Wärmeaustauschs
bei geringem Strömungswiderstand und Geräusch der optima
le Wert dieses Winkels mit 16° oder 17° angegeben ist. Ob
gleich diese Anordnung der satteldachförmigen Streifen
gegenüber älteren Ausführungen mit ebenen Streifen einen
verbesserten Wärmeübergang zwischen der anströmenden Luft
und den Rippenplatten ergibt, sind die auf die
relativ hohen Strömungswiderstände der ausgeprägt abge
winkelten Streifen zurückzuführenden Geräusche insbeson
dere für bestimmte Anwendungsfälle nachteilig. Da fer
ner die Streifen in unterschiedichen Höhen nur nach
einer Seite hin herausgedrückt sind, hat die Rippen
platte eine unzureichende
Steifigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wär
metauscher der angegebenen Gattung dahingehend weiter
zubilden, daß die Festigkeit der Rippenplatten erhöht
und gleichzeitig der Geräuschpegel bei hohem Wärmeüber
gang drastisch gesenkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Der kleine Neigungswinkel der Dachhälften führt
zu einer wirksamen Unterbindung der für den Wärmeüber
gang nachteiligen Grenzschichten nicht nur an den ange
strömten Vorderkanten der Streifen, sondern auch unmit
telbar unter dem "Dach" sowie zu günstigeren Strömungs
ablösungen und damit zu einer verminderten Geräuschent
wicklung. Die beanspruchte Beziehung zwischen der Höhe
von jeweils zwei benachbarten Streifen in einer Stufenfolge in bezug auf den
Abstand der Rippenplatten führt zu einer solchen gegen
seitigen Versetzung der einzelnen Streifen, daß sich
keine durchgehenden Strömungsbahnen zwischen zwei be
nachbarten Rippenplatten ergeben, sondern - trotz der
sehr geringen Dachhälften-Neigung - der gesamte Luft
strom auf die einen oder anderen Streifen trifft, was
wiederum dem Wärmeübergang zugutekommt. Schließlich er
gibt sich durch die Anordnung der brückenartig heraus
gedrückten Streifen zu beiden Seiten der Rippenplatte
eine höhere Steifigkeit der Rippenplatte selbst sowie
eine Verringerung der Umformgrade gegenüber einer be
kannten Rippenplatte mit nur an einer Seite stufenför
mig herausgedrückten Streifen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er
findung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine Rippenplatte gemäß der Erfin
dung in Draufsicht;
Fig. 2 einen Schnitt VII-VII in Fig. 1;
Fig. 3 schematisch mehrere Ringplatten
eines Wärmetauschers mit den beid
seitig herausgedrückten Streifen;
Fig. 4 ein Diagramm der Eigenschaften eines
Wärmetauschers nach Fig. 1 bis 3;
Fig. 5 eine weitere Ausführung mehrerer Rippen
platten eines Wärmetauschers.
In Fig. 1 ist eine
Rippenplatte 6 einer Vielzahl von parallelen Rippenplatten aus Aluminium eines Wärmetauschers
gezeigt, die mit einem Zwischenabstand von einigen
mm an Wärmeaustauschrohren befestigt sind. In jeder Rippen
platte sind dachförmige Streifen 14 a bis 14 n sowie Öffnungen 8 zur
festen Aufnahme der Wärmeaustauschrohre vorgesehen.
An ihren freien Enden sind die Wärmeaustauschrohre
durch U-förmige Krümmer zu einer Rohrschlange miteinan
der verbunden, die einen Einaß und einen Auslaß
aufweisen. Ein geeignetes Kühlmittel, z. B. kaltes oder
heißes Waser, durchfließt die Rohrschlange. Ein weite
res Wärmetauschfluid, normalerweise Luft, strömt zwischen
den Rippenplatten 6 mit einer geeigneten Strömungsge
schwindigkeit in Richtung des Pfeiles A und bewirkt auf
diese Weise einen intensiven Wärmeaustausch zwischen
beiden Fluiden durch die Rohrwände und die Rippenplatten
hindurch.
Die in den Fig. 1 dargestellte Rippenplatte 6
weist in gegeneinander versetzten Reihen angeordnete
Öffnungen 8 mit je einem Bund 7 zur festen Aufnahme je
eines Wärmeaustauschrohrs auf. Es sind in
dem ebenen Teil der Rippenplatte 6 zwischen den Öffnun
gen 8 Einschnitte senkrecht zur Strömungsrichtung A
des zweiten Fluids ausgebildet.
Die zuvor mit Schlitzen versehene Rippen
platte wird zwischen zwei Formwerkzeuge gebracht,
welche eine umgekehrte Dachform und die gleiche Breite
wie die von den Schlitzen begrenzten Streifen
haben. Die Formstößel
des oberen bzw. unteren Formwerkzeugs haben unter
schiedliche Höhen und führen bei einer Bewegung nach un
ten bzw. oben zu einem Herausdrücken der eingeschnitte
nen Streifen nach oben und nach unten. Durch
eine derartige Bewegung werden die eingeschnittenen ebe
nen Streifen zu dachförmigen Streifen 14 a
bis 14 n mit einem stumpfen Scheitelwinkel in den Schei
tellinien 13 a bis 13 n gebildet. Die Seitenkanten 15 a
bis 15 b sowie die Scheitellinien 13 a, 13 b von benach
barten dachförmigen Streifen unterscheiden sich in ihrer
Höhe h (vgl. Fig. 2). Die Höhen h der in der obigen
Weise nach oben und nach unten herausgepreßten dachför
migen Streifen 14 a bis 14 n bzw. deren Scheitellinien
13 a bis 13 n sind so gewählt, daß die dachförmigen
Streifen mehrerer in einem Wärmetauscher eingebau
ter Platten eine wellenförmige Anordnung ergeben, wie
sie in Fig. 3 in strichpunktierten Linien dargestellt
ist. Die Anordnung der dachförmigen Streifen kann zur
Anpassung an besondere Bedingungen des Luftstroms vari
iert werden, um dadurch den Wärmeübergang an den Rippen
platten zu verbessern.
Wenn Luft in Richtung der Pfeile A in Fig. 3 in
den Wärmetauscher strömt, wird der Luftstrom von den
quer zur Einströmrichtung verlaufenden Streifen 14 a
bis 14 n in eine Vielzahl von Teilströmen unterteilt, wo
bei die Ausbildung von Grenzschichten in den vorderen
Bereichen der dachförmigen Streifen verhindert und durch
die gering geneigte Dachform dieser Streifen einem vor
zeitigen Zusammenwachsen dieser Teilströme entgegenge
wirkt wird. Beim Umströmen der dachförmigen Streifen
entstehen Turbulenzen, welche die Ausblidung von dicke
ren Grenzschichten vermeiden und dadurch den Wärmeüber
gang erhöhen. Bei dem beschriebenen Wärme
tauscher kann somit der Vorderkanteneffekt voll ausge
nutzt und darüber hinaus der Wärmeübergang noch dadurch
gesteigert werden, daß die Bildung von unerwünschten
Grenzschichten auch im hinteren Teil der Streifen so
wie unter ihnen vermieden wird. Die dreidimensionale
Anordnung der dachförmigen Streifen über und unter der
jeweiligen Rippenplatte führt zu einer gesteigerten
Festigkeit der Rippenplatte in Richtung der Wärmeaus
tauschrohre, so daß die Wandstärke der Rippenplatten
und damit auch der Streifen entsprechend verringert
werden kann, was wiederum die Herstellung verbilligt
und den Wärmeübergang erhöht.
In Fig. 4 sind die Zusammenhänge zwischen dem
Neigungswinkel R der jeweiligen Dachhälften und dem
Verhältnis zwischen der Höhe h der Streifen zum Ab
stand P zwischen den Rippenplatten in Form einer Kur
venschar angegeben. Die den Wärmeübergang und den Druck
abfall im Wärmetauscher bestimmenden Faktoren sind dabei
der Winkel R und die Höhe h der Seitenkanten 15 a bis
15 n (vgl. Fig. 3). Durch Wählen geeigneter Werte für
den Winkel R und die Höhe h kann das Verhältnis der
Zunahme des Wärmeübergangs α zur Zunahme des Strömungs
widerstands Δ P optimiert werden. Je größer dieses
durch den Ausdruck a/Δ P/α o /Δ P o gekennzeichnete
Verhältnis ist, umso größer ist auch die Zunahme des
Wärmeübergangs α gegenüber einer Vergrößerung des Strö
mungswiderstands, wobei die Werte α o und Δ P o für eine
ebene Rippenplatte gelten.
Bei Werten für diesen Ausdruck von 2,3 oder darüber ergeben sich für das
Verhältnis α/Δ P maximale Werte, dazu sind
die Rippenplatten und ihre Streifen so geformt, daß
R 7° und 0,5 2 h/P 0,75 ist.
Die in der Fig. 5 darge
stellten Rippenplatten sind in gleicher Weise
wie die Rippenplatten nach Fig. 1 bis 3 hergestellt, jedoch
in anderer Weise abgestuft.
Claims (1)
- Wärmetauscher mit senkrecht zu Wärme tauscherrohren parallel zueinander angeordneten Rippen platten, in deren zwischen den Wärmetauscherrohren lie genden Bereichen herausgedrückte satteldachförmige Strei fen quer zur Strömungsrichtung in Stufenfolgen unmittelbar hinter einander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel (R) der Satteldach-Hälften der Streifen (14 a bis 14 n) zur ebene der Rippenplatte (6) <7° ist,
daß die Höhe (h) zwischen zwei benachbarten Streifen (14 a bis 14 b) in einer Stufenfolge 0,25 bis 0,75 des Abstands (P) der benachbarten Rippenplatten (6) beträgt, und
daß die Streifen (14 a bis 14 n) aus der Rippenplatte (6) nach oben und nach un ten herausgedrückt sind.
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