DE3406682C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit mehreren, innenseitig ein Medium führenden achsparallelen Rohren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE-PS 4 96 733 ist ein Wärmeaustauscher be­ schrieben, bei dem neben den Rohren angeordnete Sicken ohne Eintritts- und Austrittsöffnungen, also nicht als Führungskanäle ausgebildete Sicken, das Medium in den Bereich der Rohre lenken, um einen besseren Wärmeübergang zu erzielen. Die Anordnung der Sicken in bezug auf die Rohre ist dabei derart gewählt, daß die Sicken den Durchtritts­ querschnitt für das Medium zwischen den Rippen an den von den Rohren weiter entfernten Stellen verringern, so daß das zwischen den Rippen strömende Medium wegen der an diesen Stellen herrschenden Drosselung von diesen Drosselstellen nach den in der Nähe der Rohre liegenden Stellen abgelenkt wird.

Die bekannten Sicken bilden mithin Hindernisse, da sie bewußt eine Drosselung zwischen den Rohren bewirken sollen. Die Drosselung bewirkt jedoch, daß jede Umlenkung des äußeren Mediums mit erheblichen Druckverlusten, d. h. also Energieverlusten erkauft wird. Als weitere Folgeer­ scheinung ergeben sich hinter den Drosselstellen neue Strömungstoträume und Bereiche, in denen Wirbel entstehen können. Dadurch wird zwangsläufig der Wärmeübergang von dem einen auf das andere Medium schlechter.

In der DE-PS 28 09 143 ist ein Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem die Sicken nicht wie bei der erläuterten DE-PS 4 96 733 zur Erzeugung von Drosselstellen ausgebildet sind, sondern stattdessen die Form von Führungskanälen haben, die keine Drosselung des strömenden Mediums bewirken, sondern lediglich eine Umlenkung des Mediums, um das Medium möglichst optimal im Bereich der Rohre zu verteilen. Dieser Wärmeaustauscher hat sich in der Praxis bewährt. Die Besonderheit bei dem bekannten Wärmeaustauscher gemäß der DE-PS 28 09 143 be­ steht darin, daß jedem Rohr auf jeder Querrippe vier Führungs­ kanal-Sicken zugeordnet sind, wobei die Längsachsen der Führungskanäle etwa auf einem Kreis mit einem gegebenen Radius um die Rohrlängsachse liegen. Das in die Eintritts­ öffnungen der Führungskanäle auf der stromaufwärtigen Seite einströmende Medium gelangt durch die in Strömungsrichtung vorderen Sicken hindurch, tritt aus deren Austrittsöffnungen aus und das aus einer Austrittsöffnung austretende Medium gelangt im wesentlichen in die Eintrittsöffnung des nachge­ ordneten Führungskanals. Mit anderen Worten: Auf jeweils einer Seite des Rohrs sind zwei nachgeschaltete Sicken be­ trächtlicher Länge angeordnet und die Masse des in die erste Sicke einströmenden Mediums ist im wesentlichen die gleiche Masse, die aus der dieser Sicke nachgeordneten Sicke austritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme­ austauscher der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß - praktisch ohne Wirbelbildung - eine im Vergleich zu dem bekannten Wärmeaustauscher verbesserte Kühlwirkung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher sind also mehrere in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Sicken, d. h. Führungskanäle, vorgesehen. Durch diese versetzte An­ ordnung der Sicken wird bei dem am Rohr vorbeistreichenden Medium eine mehrmalige Aufteilung und Umlenkung erreicht. Das Medium wird also in besserer Durchmischung an die Rohre herangeführt, so daß ein erhöhter Wärmeübergang erzielt wird.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß Patentanspruch 2 sind zwei Gruppen von Sicken vorgesehen, wobei die Sicken der einzelnen Gruppen auf unterschiedlichen Radien in bezug auf die Rohrachse angeordnet sind.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung, für die selbständiger Schutz geltend gemacht wird, ist im Patentanspruch 3 angegeben. Durch die sich konisch verjün­ gende Ausgestaltung der als Führungskanäle ausgebildeten Sicken wird erreicht, daß das auf einer Seite der Rippen an­ strömende Medium durch die Querschnittsverringerung der ein­ zelnen Führungskanäle auf die Rückseite der betreffenden Querrippe des Wärmeaustauschers gedrängt wird. Es werden also Querströmungen in dem Wärmeaustauschersystem erzeugt, die sich erfahrungsgemäß positiv auf den Wärmeübergang auswirken.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Rippenrohr- Wärmeaustauscherteil gemäß dem Stand der Technik in der Draufsicht, in Richtung der Rohrachsen gesehen;

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Rippenrohr- Wärmeaustauscherteil gemäß der Erfindung in der Draufsicht, in Richtung der Rohrachsen gesehen und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Rippenrohr- Wärmeaustauscherteils gemäß dem Ausschnitt III der Fig. 2.

Der Rippenrohr-Wärmeaustauscherteil nach Fig. 1 einerseits und derjenige nach Fig. 2 und 3 andererseits weisen übereinstimmend fünf Rohre 1 in zwei hintereinander­ liegenden Rohrreihen auf. Die Rohre 1 sind achsparallel nebeneinander und versetzt angeordnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Rohren 1 sind an jeder Stelle gleich. Die Rohre 1 besitzen kreisrunden Innen- und Außenquerschnitt. Über die Rohre 1 sind in zu deren Längsachsen senkrechten Ebenen rechteckige Rippen 2 geschoben, die zwischen sich gleichen Rippenabstand besitzen. Die Rippen 2 sind an den Rohren 1 unter allseitiger, gut wärmeleitender Berührung mit jeder Rohraußenwandung befestigt, vorzugsweise durch Lötung. Die Rippen 2 sind zudem in bekannter Weise durch (nicht dargestellte) Distanzhalter mit Abstand voneinander gehalten.

Die Rohre 1 werden senkrecht zu den Rohrachsen in Richtung der Pfeile S von einem äußeren Medium angeströmt, während sich im Rohrinneren ein mit dem äußeren Medium in Wärmeaustausch stehendes inneres Medium befindet. Das äußere Medium kann z. B. ein gasförmiges Kühlmittel sein.

Die Rippen 2 des Rippenrohr-Wärmeaustauschers sind bei der Anordnung nach Fig. 1 vollständig eben. Wie man sieht, bilden sich bei der Anordnung nach Fig. 1 hinter den Rohren 1 Toträume, die einen großen Umfangsbereich der Rohre 1 von dem Wärmeübergang ausnehmen.

Gemäß Fig. 2 und 3 sind in den Rippen 2 Sicken 3 a, 3 b, 3 c herausgedrückt, welche Führungskanäle für das äußere Medium bilden.

Wie rechts oben in Fig. 2 gezeigt ist, liegen die jeweils ein Rohr 1 umgebenden Sicken 3 a, 3 b, 3 c mit ihren Mittel-Längsachsen auf Kreisen um die Rohrachse des jewei­ ligen Rohrs 1. Dabei sind bei dieser Ausführungsform spe­ ziell drei Kreise mit unterschiedlichen Radien definiert, nämlich ein mittelgroßer Kreis mit dem Radius R ₁, ein größerer Kreis mit dem Radius R ₁+Δ R und ein kleinerer Kreis mit dem Radius R ₁-Δ R _i .

Es ist zu erkennen, daß die Sicken 3 a mit ihren Längs­ achsen auf dem Kreis mit dem Radius R ₁ angeordnet sind und somit eine erste Sickengruppe bilden. Auf dem größeren Kreis mit dem Radius R ₁+Δ R _a sind Sicken 3 b und auf dem kleineren Kreis mit dem Radius R ₁-Δ R _i sind Sicken 3 c angeordnet. Die Sicken 3 b und 3 c bilden eine zweite Sickengruppe.

Wie den Fig. 2 und 3 weiterhin entnehmbar ist, be­ findet sich jeweils ein Paar von Sicken 3 b, 3 c des äußeren bzw. des inneren Kreises zwischen zwei in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Sicken 3 a der ersten Gruppe auf dem mittelgroßen Kreis. Außerdem sind in Fig. 3 noch ver­ einzelte zusätzliche Sicken 3 d vorgesehen, um die Übergangs­ bereiche abzudecken.

Wie in Fig. 2 angedeutet ist, strömt das Medium, welches entsprechend den Pfeilen S in den Wärmeaustauscher­ abschnitt eintritt, entlang der gestrichelten Linien teil­ weise durch die Führungskanäle in den Sicken 3 a, 3 b, 3 c hindurch und teilweise an den Sicken 3 a, 3 b, 3 c vorbei, wobei während des Durchströmens durch den Wärmeaustauscher­ abschnitt eine Aufteilung und Durchmischung des Mediums er­ folgt, so daß die Außenflächen der Rohre 1 mit immer neuem Medium in Berührung kommen und demzufolge ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Medium außerhalb der Rohre 1 und dem Medium innerhalb der Rohre 1 stattfindet.

Wie rechts unten in Fig. 2 gezeigt ist, ist beim Übergang, z. B. von einer Sicke 3 a auf eine Sicke 3 c, ein Überlappungsbereich 4 vorhanden, welcher andeutet, daß ein Teil des aus der Sicke 3 a austretenden Mediums in die nach­ geordnete Sicke 3 c eintritt. Dieselben Verhältnisse liegen auch beim Übergang von einer Sicke 3 a auf eine Sicke 3 b bzw. von den Sicken 3 b, 3 c auf eine Sicke 3 a vor.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die als Führungs­ kanäle dienenden Sicken 3 a, 3 b, 3 c in Strömungsrichtung S konisch verjüngt ausgebildet, d. h., die jeweilige Ein­ trittsöffnung 5 a einer Sicke 3 a, 3 b, 3 c hat einen größeren Querschnitt als die Austrittsöffnung 5 b der Sicke 3 a, 3 b, 3 c. Wenn das Strömungsmedium in die Eintrittsöffnung 5 a ein­ tritt, wird es bei seinem Durchtritt durch die Sicke 3 a, 3 b, 3 c auf die rückwärtige Seite der Rippe 2 gedrängt. Hier­ durch entsteht in dem Wärmeaustauscherteil eine Querströmung, die den Wärmeübergang zwischen dem äußeren Medium und dem Medium innerhalb der Rohre 1 noch weiter verbessert.

Die Querschnittsverkleinerung der Sicken 3 a, 3 b, 3 c gemäß Fig. 3 kann linear oder aber nicht-linear sein.

Claims (3)

1. Wärmeaustauscher mit mehreren, innenseitig ein Medium führenden achsparallelen Rohren, insbesondere runden Querschnitts, die außenseitig mit im gleichmäßigen axialen Abstand angeordneten Querrippen versehen sind, welche aus ihren Ebenen in dieselbe Richtung herausgedrückte, im Quer­ schnitt etwa halbkreisförmige Sicken als Leitelemente für ein die Rohre quer anströmendes äußeres Medium aufweisen, die in Strömungsrichtung des äußeren Mediums gesehen, im Abstand neben den Rohren vorgesehen sind, wobei die Sicken als mit ihren Innenflächen das äußere Medium zwangsläufig umlenkende Führungskanäle ausgebildet sind und jeweils parallel zur Rohraußenwandung verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sicken (3 a, 3 b, 3 c) mit unterschiedlichem radialen Abstand von einem zugehörigen Rohr (1) vorgesehen sind, und daß - in Strömungs­ richtung gesehen - die stirnseitigen Eintrittsöffnungen (5 a) mindestens einiger Sicken (3 a, 3 b, 3 c) sich mit den Aus­ trittsöffnungen benachbarter Sicken (3 a, 3 b, 3 c) über­ lappen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rohr (1) zwei Gruppen von Sicken (3 a, 3 b, 3 c) zugeordnet sind, daß die Sicken (3 a) der einen Gruppe mit ihren Längsachsen etwa auf einem Kreis mit dem Radius R ₁ um die Rohrachse liegen, daß die Sicken (3 b, 3 c) der anderen Gruppe mit ihren Längs­ achsen auf zwei Kreisen mit dem Radius R ₁+Δ R _a bzw, mit dem Radius R ₁-Δ R _i um die Rohrachse liegen, und daß je­ weils ein Paar von Sicken (3 b, 3 c) der anderen Gruppe - in Umfangsrichtung gesehen - zwischen zwei Sicken (3 a) der ersten Gruppe liegt.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest eine Teilmenge der Sicken (3 a, 3 b, 3 c), vorzugsweise alle Sicken (3 a, 3 b, 3 c), in Strömungsrichtung konisch verjüngt ausge­ bildet sind.