DE3915208C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbulenzeinlage, vorzugsweise für Wärmetauscherrohre mit einem ovalen oder flachen Querschnitt, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Turbulenzeinlage ist beispielsweise aus der US 26 60 198 bekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß beim Einsatz derartiger Turbulenzeinlagen in Wärmetauscherrohren mit ovalem Querschnitt diese Wellenformen entlang der Streifenränder nicht ausreichen, um über den gesamten Rohrquerschnitt eine turbulente Strömung zu erzeugen. Mit der bekannten Turbulenzeinlage verbleiben die Randbereiche, die etwa in der kurzen Achse des Querschnitts des Ovals liegen, in laminarer Strömung, wodurch nicht die volle Wärmeübertragungsleistung erreicht wird. Zum Stand der Technik gehören außerdem Turbulenzeinlagen gemäß DE-AS 12 92 826, US 26 91 991 und FR 25 14 485 A. Diese genannten Ausführungen benötigen jedoch zur Verwirbelung des Wärmetauscherfluids abgewinkelte Teile. Diese abgewinkelten Teile des Streifens haben den Nachteil, daß sie einen großen Druckabfall bewirken, und außerdem ist das Einschieben in das Wärmetauscherrohr problematisch, da die quer zur Einschubrichtung gerichteten Abwinkelungen zum Verhaken am Rohrende neigen. Es ist darüber hinaus aus der EP 01 84 544 A1 eine Turbulenzeinlage bekannt, die aus einem Streifen mit sich ständig ändernder Breite, der anschließend zu einer Wendel geformt wird, besteht. Dabei ist es zunächst erforderlich, einen ebenen Streifen zu fertigen, der gewellte Ränder aufweist, wobei die Wellung eine wesentliche Änderung der Breite des Streifens erzeugt. Danach ist in einem weiteren Arbeitsgang der Streifen so zu verdrillen, daß die Hüllkurve exakt dem Querschnitt des Ovalrohrs entspricht.

Aus der GB 21 93 304 A ist eine Turbulenzeinlage für Rundrohre bekannt, die aus einem quer zur Längsrichtung der Turbulenzeinlage über deren gesamte Breite gewellten Streifen besteht, der zusätzlich um die Längsachse verdrillt ist. Aufgrund der über die gesamte Breite durchgehenden Querwellung ist die Turbulenzeinlage in Längsrichtung gesehen sehr labil und eignet sich daher nicht für ein maschinelles Einschieben in die Wärmetauscherrohre.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbulenzeinlage der bekannten Art derart zu verbessern, daß neben einer größeren Steifigkeit der Einlage eine Erhöhung der Turbulenz des Wärmetauschermediums und damit eine bessere Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Turbulenzeinlage durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile dieser Turbulenzeinlage sind darin zu sehen, daß diese wechselseitige Anordnung der Sicken nicht nur zu einer Verbesserung der Stabilität der Turbulenzeinlage in Längsrichtung führt, sondern außerdem eine weitere Verwirbelung des Wärmetauscherfluids bewirkt, und daß weitere Strömungsaufteilungen und Übertritte von einer Seite der Turbulenzeinlage auf die andere erreicht werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Wellenformen an beiden Rändern des Streifens gleiche Wellenlängen und Amplituden aufweisen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich, daß einem Wellenberg auf einer Seite des Streifens ein Wellental auf der anderen Seite des Streifens gegenüberliegt. Das führt dazu, daß eine möglichst große Zahl gegenüberliegender Abstützpunkte der Turbulenzeinlage im Oval- oder Flachrohr geschaffen werden, durch die Vibrationen der Turbulenzeinlage im Wärmetauscherrohr vermieden werden.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Amplitude der Wellung so zu bemessen, daß sie etwa 1/5 bis 1/10 der Breite des Streifens beträgt.

Es ist dabei möglich, die Sicken ohne Abstand aufeinanderfolgend anzuordnen oder zwischen zwei benachbarten Sicken einen gestreckten Abschnitt vorzusehen.

Zusätzlich zu den bereits genannten Verwirbelungsmitteln können entlang der Mittelachse halbkugelförmige Ausprägungen vorgesehen sein, die wechselseitig auf beiden Seiten der Normalebene angeordnet sind. Diese führen entlang der Mittelachse zu einer verstärkten Verwirbelung. Es ist vorteilhaft, daß die Sicken und/ oder Ausprägungen eine Höhe aufweisen, die der Amplitude der Wellung entspricht. Dies ist insbesondere bei Flachrohren mit im wesentlichen parallelen Seitenwänden günstig, da die Hüllkurve der Turbulenzeinlage den Innenquerschnitt des Flachrohres nicht überschreitet. Alternativ zu der bereits genannten gleichmäßigen Wellung an beiden Rändern des Streifens mit um einen bestimmten Betrag versetzter Anordnung kann die Turbulenzeinlage auch so gestaltet sein, daß an den Rändern Wellungen mit unterschiedlicher Wellenlänge aber gleicher Amplitude vorhanden sind. Durch diese Maßnahme ändert sich die Hüllkurve für die Turbulenzeinlage nicht, so daß Nachteile bezüglich des Einschiebens in das Wärmetauscherrohr nicht entstehen.

Ausführungsbeispiele der Turbulenzeinlage sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert:

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Turbulenzeinlage,

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante zu Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Pfeil V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht gemäß Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 und 8 weitere Ausführungsvarianten mit unterschiedlicher Randwellung,

Fig. 9 eine Ausführung mit zusätzlichen Turbulenzerzeugern.

In Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage 1 gezeigt, die aus einem besonders geformten Streifen 1′, beispielsweise aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke von ca. 0,3 mm, besteht. Entlang der Mittelachse M der Turbulenzeinlage 1 sind Sicken 10 und 11 wechselseitig angeordnet, d. h. auf eine nach oben herausgedrückte Sicke 10 bestimmter Länge folgt eine nach unten herausgedrückte Sicke 11 der gleichen Länge usw. Die Stirnseiten der Sicken sind offen, so daß sie als fluidführende Kanäle wirken und sich durch die wechselseitige Anordnung eine Fluidführung von einer Seite der Turbulenzeinlage 1 auf die andere Seite ergibt. Zu beiden Seiten der Sicke 2 ist die Turbulenzeinlage 1 mit gleichen Wellenformen 3 und 4 versehen, die gegeneinander derart versetzt sind, daß einem Wellenberg auf einer Seite ein Wellental auf der anderen Seite gegenüber­ liegt. Das bedeutet, daß die Wellung 3 gegenüber der Wellung 4 um eine halbe Wellenlänge versetzt ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage 1, aus der die Wellenformen 3 bzw. 4 und deren versetzte Anordnung ersichtlich sind. Die Wellenformen 3 und 4 sind so gestaltet, daß deren Übergang von jeweils einem Wellenberg zu einem Wellental in der normalen Streifenebene liegt. Die Wellenlänge ist mit L und die Amplitude der Wellen ist mit A bezeichnet. Darüber hinaus ist dieser Darstellung zu entnehmen, daß die ausgeprägten Sicken 10 und 11 etwa die Höhe der Amplituden der Wellenform besitzen.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Schnittes nach der Linie III-III gemäß Fig. 1 gezeigt. Die Turbulenzeinlage 1 weist dabei ebenso wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen die seitlichen Wellenformen 3 und 4 auf. Im Bereich der Mittelachse sind die wechselseitig ausgeprägten Sicken 10 und 11 gezeigt, wobei diese Sicken etwa die gleiche Höhe haben wie die Amplitude A der Wellenform 3 bzw. 4. Mit 7 ist eine Normalebene bezeichnet.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 3, wobei der Unterschied darin besteht, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten mit Sicken 10 und 11 ein Abschnitt ohne Sicke vorgesehen ist, in dem sich das Blech der Turbulenzeinlage 1 in einem gestreckten Abschnitt 12 zwischen den seitlichen Rändern mit der Wellenform 3 und 4 erstreckt. Daß sich zwischen den Sicken 10 und 11 ein Bereich mit einem gestreckten Abschnitt 12 befindet, ist aus Fig. 5 zu ersehen, die eine Ansicht gemäß Pfeil V in Fig. 4 zeigt.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht gemäß Linie VI-VI in Fig. 5. Diese Figur zeigt die Turbulenzeinlage 1 mit den entlang der Ränder angeordneten Wellenformen 3 und 4 sowie den jeweils sich gegenüberliegenden Wellentälern 5 bzw. Wellenbergen 6. Entlang der Mittelachse erstreckt sich die Sicke 11, die sich an einen Bereich mit gestrecktem Blechabschnitt 12 zwischen den Wellenformen 3 und 4 anschließt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsvarianten der Turbulenzeinlage 1, wobei in Fig. 7 gleiche Wellungen 3, 4 um einen Abstand zueinander versetzt sind, der geringer als die halbe Wellenlänge ist. Fig. 8 zeigt eine Turbulenzeinlage 1, bei der die Wellung 14 auf einer Seite des Streifens eine andere Wellenlänge besitzt als die Wellung 15 auf der anderen Seite.

Fig. 9 zeigt eine Turbulenzeinlage 1, die sich von der beschriebenen Fig. 5 dadurch unterscheidet, daß im Bereich der Sicken 10 und 11 in regelmäßigen Abständen halbkugelförmige Ausprägungen 9 angeordnet sind. Diese Ausprägungen 9 sind wechselweise zu beiden Seiten der Normalebene des Blechstreifen angeordnet. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausprägungen 9 beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der Wellenform 3 bzw. 4 und die Ausprägungen 9 liegen auf der Höhe des Übergangsbereichs zwischen Wellental und Wellenberg.

Neben dem als Beispiel genannten Aluminiumblech können für die beschriebene Turbulenzeinlage auch andere Materialien in Betracht gezogen werden, unter anderem auch Kunststoffe.

Claims (9)

1. Turbulenzeinlage für Wärmetauscherrohre mit einem ovalen oder flachen Querschnitt, die im wesentlichen aus einem flachen Streifen besteht und, in Längsrichtung des Streifens gesehen, zu beiden Seiten der Streifenebene Wellenform aufweist, die neben einer Mittelachse des Streifens sich entlang der Streifenränder erstrecken und bezogen auf die Längsrichtung des Streifens versetzt zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig zu beiden Seiten der Normalebene (7) ausgeprägte Sicken (10, 11) angeordnet sind und wobei die Stirnseiten der Sicken (10, 11) offen sind.

2. Turbulenzeinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (10, 11) ohne Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind.

3. Turbulenzeinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Sicken (10, 11) ein gestreckter Abschnitt (12) angeordnet ist.

4. Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude (A) der Wellung zwischen 1/5 und 1/10 der Breite (B) des Streifens (1′) beträgt.

5. Turbulenzeinlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig auf beiden Seiten der Normalebene (7) angeordnete, halbkugelförmige Ausprägungen (9) vorgesehen sind.

6. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (2, 10, 11) und/oder Ausprägungen (9) eine Höhe aufweisen, die der Amplitude (A) der Wellung (3, 4) entspricht.

7. Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformen (14, 15) der Streifenränder eines Streifens unterschiedliche Wellenlängen (L) besitzen.

8. Turbulenzeinlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Wellen (14) auf einer Seite des Streifens (1′) maximal das Zweifache der Wellenlänge der Wellung (15) auf der anderen Seite beträgt.

9. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformen (3, 4) an beiden Rändern des Streifens (1′) gleiche Wellenlängen (L) und Amplituden (A) aufweisen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind.