DE3131737C2 - - Google Patents

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)

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.