DE648440C - Rippenrohrwaermeaustauscher - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 3. AUGUST 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 648440
KLASSE 17f GRUPPE 523

General Motors Corporation in Detroit, Mich., V. St. A.

Rippenrohrwärmeaustauscher

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. März 1934 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft einen Rippenrohrwärmeaustauscher, insbesondere Verdampfer für Kühlanlagen, mit mehreren parallel und hintereinander angeordneten Rohrreihen, auf deren hintereinanderliegenden Rohren gemeinsame Querrippen, befestigt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Rippenro'hrwärmeaustauscher der vorgenannten Art für die Verdampfer von. Kühlanlagen.

Bei der Herstellung von Rippenrohrverdampfern für Kühlanlagen mit mehreren Rohrreihen zur Vierteilung des zu verdampfenden Kühlmittels und mit für mehrere Rohre gemeinsamen Rippen war es bisher gebräuchlieh, aus Blechen Metallplatten auszuschneiden und 'diese Platten mit Löchern zu versehen. Mittels dieser Löcher wurden die Metallplatten mit Abstand auf den Rohren angebracht, so daß durch die genannten, Metall··

ao platten eine Vergrößerung der Kühlfläche erzielt wurde. Durch diese Einrichtung ist jedoch, eine Werkstoffveischwendung bedingt, weil im wesentlichen nur die in der Nähe der Rohre befindlichen Metallplattenteüe zur .25 Aufnahme und Leitung der -Wärme ausgenutzt werden können.

Es ist auch bekannt, auf den· einzelnen Rohren einer Wärmeaustauschvorrichtung Rippen von sechseckigem Umriß anzubringen, die für die Wärmeübertragung geeignet sind und ohne erheblichen Abfall aus Metallblechen ausgeschnitten werden können. Bei dieser Einrichtung müssen jedoch breite und schwere Endplatten zur Abstandshaltung der Rohre verwendet werden. .

Es ist ferner bei der Blechbearbeitung bekannt, aus- einem Metallband jeweilig zwei Streifen derartig auszustanzen, daß die Trennungslinie der Streifen gezackt verläuft und der eine Rippenkörper den Ergänzungsteil das anderen bildet. Dieses Verfahren ist jedoch nicht zur Herstellung von Rippenrohrwärmeaustauschern bestimmt, und die Form ■der Rippenkörper ist für diesen Zweck auch nicht geeignet.

Die Erfindung besteht darin, daß die Rippen des Wärmeaustauschers aus zwei aus einer Blechtafel herausgeschnittenen gleich großen Rippenkörpern bestehen, deren einer -den Ergäiizungsteil des anderen darstellt und deren jeder einen Steg mit mehreren im gegenseitigen Abstand angeordneten Ansätzen bildet, 'die mit Löchern für die Befestigung der Rohre versehen sind und solche Gestalt haben, daß die zur Wärmeübertragung wirksamen, 'die Rohre umgebenden Flächenteile den ausgeschnittenen, an sich zur Wärmeübertragung unwirksamen, zwischen den Rohren liegenden Flächenteilen in θ der Formgebung entsprechen. Bei dieser Einrichtung

ist die Herstellung günstig geformter Rippenkörper ohne Werkstoffverschwendung ermöglicht, da aus einer Blechtafel zwei gleiche Rippenkörper ahne Abfall in solcher ausgeschnitten werden, daß sie voUstär zur Aufnahme und Leitung der Wärme ausgenutzt werden können. Auf den Rohren des Wärmeaustauschers kann daher ohne Kosten- und Gewichtserhöhung die doppelte ίο Anzahl von Rippen angeordnet werden. Außerdem sind die breiten und schweren Endplatten, die sonst bei Einzelrippen mit günstiger Formgebung die Rohre auseinanderhalten müssen, erspart, weil das Auseinanderhalten der Rohre durch die Rippenkörper selbst herbeigeführt wird.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Abb. ι zeigt einen gemäß der Erfindung konstruierten Verdampfer, der an eine schematisch dargestellte Kühlanlage angeschlossen ist;

Abb. 2 ist eine Aufsicht auf den Verdampfer der Abb. 1,

Abb. 3 eine Vorderansicht des Verdampfers, Abb. 4 eine übliche Form eines bisher bei der Konstruktion von Verdampfern verwendeten Rippenwerkstückes,

Abb. 5 ein gemäß der Erfindung geschnittenes und geformtes Rippenwerkstück für die Schaffung zweier einzelner Rippen,

Abb. 6 ein Schnitt durch den verbesserten Verdampfer nach Linie 6-6 der Abb. 2, Abb. 7 ein Schnitt durch den Verdampfer nach Linie y-y der Abb. 2,

Abb. 8 eine Endansicht einer abgeänderten erfindungsgemäßeh Ausführungsform eines Verdampfers,

Abb. 9 eine Seitenansicht des Verdampfers von Abb. 8,

Abb. io eine Endansicht einer bei der Verdampf erkonstruktion von Abb. 8 und 9 verwendeten Einheit,

Abb. 11 eine Seitenansicht der Einheit von Abb. 10, \

Abb. 12 eine Endansicht einer anderen bei der Verdampferkonstruktion von Abb. S und 9 verwendeten Einheit und

Abb. 13 eine Seitenansicht jder Einheit von Abb. 12.

Abb. ι zeigt eine Kühlanlage mit dem üblichen Kompressor 15, einem Kondensator 16 und einem Verdampfer 17. Ein Elektromotor 18 betreibt den Kompressor 15 mittels Riemens 19 und Riemenscheibe 21. Ein flüssiges Kältemittel wird dem Verdampfer 17 durch die Rohrleitung 22 zugeführt, und gasförmiges oder verdampftes Kältemittel wird von dem Verdampfer 17 durch den Kompressor 15 über die Dampfrohrleicung 23 abgezogen. Ein Ausdehnungsventil 24 ist in die Rohrleitung 22 eingeschaltet und wird entsprechend dem Druck innerhalb des Verdampfers 17 betätigt, um flüssiges Kältemittel dem Verdampfer zui-^yleiten. Das Ventil 24 wird durch die ^■Rsmperatur des Verdampfers an dessen Aus-'.laß gesteuert. . Hierzu ist ein Thermostat 25 (Abb. 2) dtirch Rohr 26 mit dem Ventil 24 verbunden. Die Arbeitsweise des Motors 18 und dementsprechend des Kompressors 15 wird durch einen Schalter 28 geregelt, der entsprechend dem Druck innerhalb der Anlage durch die Bewegung eines mit dem Inneren des Verdampfers 17 oder mit der Dampfleitung 23 in Verbindung stehenden Balgens 27 betätigt wird. Solange die Anlage normal arbeitet, öffnet und schließt sich das Aus- ■ dehnungsvenlil 24 selbsttätig entsprechend' dem Druck im Verdampfer und regelt den Zufluß flüssigen Kältemittels zum Verdampfer. Während der normalen Arbeit der Anlage läuft der Kompressor an und hält an entsprechend dem Druck im Niederdruckteil der Anlage, um den Verdampfer zwischen vorbestimmten Temperaturgrenzen zu halten.

Der Verdampfer 17 enthält zwei Vorlagen oder Sammelkammem 31 und 32 in Form übereinanderliegender Zylinder. Die untere Sammelkammer 31 ist mit einem Einlaßanschluß 33 versehen, der flüssiges Kältemittel 9» von dem Ausdehnungsventil 24 empfängt und ■ es zum Verdampfer leitet. Die obere Sammelkammer 32 ist mit einem Auslaßanschluß_34 für das gasförmige Kältemittel versehen, der mit der Dampfrohrleitung 23 der Anlage in Verbindung steht. Der Auslaßanschluß 34 enthält eine Verlängerung oder ein Standrohr 35, das bis nahe an die Decke der Sammelkammer 32 reicht (Abb. 1), um den Eintritt von flüssigem Kältemittel in die Dampfrückführleitung 23 zu verhindern. Mehrere gerade Rohre 36 sind mit der unteren Sammelkammer 31 verbunden und erstrecken sich auswärts oder seitlich derselben. Mehrere ähnliche Rohre 37 sind an die obere Sammelkammer 32 angeschlossen und erstrecken sich nach außen von ihr. Die Rohre oder Leitungen 36 und 37 verlaufen parallel zueinander und sind in senkrechten fluchtenden Paaren längs der Sammelkammern angeordnet, wobei die oberen und unteren Rohre eines jeden Paares an ihren Außenenden durch U-förmige Verbindungen 38 verbunden sind. Die Schenkel der U-förmigen Verbindungen 38 sind in die Enden der Rohre 36 1x5 und 37 leingesetzt und daran in geeigneter Weise befestigt, um mehrere Kältemittel fördernde und mit den Sammelkammern 31 und 32 in Parallel schaltung verbundene Leitungen oder Kanäle vorzusehen (Abb. 2 und 3). , iao

Die obere Sammelkammer 32 des Verdampfers ist mit einer Prallwand 41 (Abb. 1)

ausgestattet, 'die waagerecht quer durch den Inmenraum 'der Kammer vierläuft und an den Kammemänden.befestigt ist. Die Prallwand 41 ist mit 'einer Öffnung für die Aufnahme der mit dem Äuslaßanschluß 34 zusammenwirkenden Verlängerung oder Standrohres 3 5 versehen. Diese PraHwand4i liegt .oberhalb der- Anschlußstelle der Rohre 37 an Sammelkammer 33 und erstrelckt sich, von der vorderen Endwand der Kammer 3z zu einer von der hinteren Endwand im Abstand befindliehen Stelle.

Der Abstand zwisichen dem Ende der Prallwand 41 und der Rückwand von Sammelkammer 32 .sichafft einen Durchgang 42, damit Kältemittel aus dem Raum unterhalb der Prallwand zu der Öffnung des· mit dem Auslaßanschluß 34 von Sammelkammer 32 in Verbindung stehenden .Standrahres 35 (Abb. 1) strömen kann. Ein RQhrteil43 ist in der vorderen Endwand der Sammelkammer 32 dicht befestigt (Abb. 2) und erstreckt sich in 'die Sammelkammer Oberhalb der Prallwand 41. Der Teil 43. ist an seinem Innenende verschlossen, um 'einen Behälter für die Aufnahme 'des Thermos taten 2 ζ zu. bilden, der die Arbeit des Ausdehnungsventils 24 entsprechend der Temperatur des Verdampfers 17 steuert. Das flüssige Kältemittel kann durch 'das Ausdehnungsventil 24 und Thermostat 25 auf einer im. wesentlichen konstanten Höhe unterhalb und in der Nähe der Prallwand 41 gehalten werden, um den Verdampfer • jederzeit in überflutetem Zustand zu halten.

Der Thermostat 25 spricht auf den Strom von flüssigem Kältemittel oberhalb, der Prallwand 41 an, um das Ausdehnungsventil 24 in Schließlage zu verstellen und so den Zufluß von flüssigem. Kältemittel zum Verdampfer anzuhalten,' damit das · flüssige Kältemittel am Eintritt in. das Saug- oder- Dampfrohr 23 verhindert wird.- -Zur Darstellung der Erfindung wurde eine Ausführungsform des Verdampfers besprochen, selbstverständlich können aber auch verschiedene andere Ausführungsformen Verwendung finden.

Die Erfindung richtet sich auf die Herstellung .und Formgebung der auf den Rohren angeordneten, - für mehrere Rohre gemeinsamen Rippen 51₁. 52, wobei bezweckt wird, . das bei- der Konstruktion, der Rippen verwendet© Material auf ein Geringstmaß herab-, zusetzen, aber gleichzeitig einen maximalen Wirkungsgrad des Verdampfers zu erzielen. In Abb. 4 is.t 'ein 'dünnes Metallstück 46 von der . bisher, zur Herstellung einer oder mehrerer Rippen für Verdampfer verwendeten Art 'dargestellt... Wie schon-oben dargelegt, wird jedes. Werkstück 46 gewöhnlich aus Metallblechen geschnitten, und Löcher 47 werden eingestanzt, · um. das Einsetzen der Kältemittelförderleitungen des. Verdampfers in den Werkstücken, zu gestatten,. so daß 'die Rippe oder Rippen die die Verdampferboin.-strukjtion bildende Mehrzahl von Rohren überbrücken. Es wurde festgestellt, 'daß nach r dem Aufbauen der Werkstücke auf die Leitungen im wesentlichen nur diejenigen Teile der Werkstücke 46 für die Aufnahme und Leitung der Wärme von dem durch den Verdämpfer zu kühlenden Mittel zu dem im Verdampfer befindlichen Kältemittel wirksam sind, die unmittelbar an den oder um die Kühlleitungen liegen. Diese wirksamen Abschnitte der Werkstücke oder Rippen 4ε „befinden sich im wesentlichen innerhalb der durch die strichpunktierten Linien 48 in Abb. 4 festgelegten Flächenteile. Da im wesentlichen 'die Hälfte der Fläche des Werkstückes oder der Rippe 46 für den beschriebenen Zweck nicht wirksam ist, ist ersichtlich-, -daß zwei Rippen aus diesem Werkstück oder einem Werkstück von im wesentlichen der gleichen Größe hergestellt werden- können.

Um daher zwei Rippen aas dem Werkstück 46 der Abb. 4 oder aus einem Werkstück von im wesentlichen der gleichen Form und Größe herzustellen,- werden die beiden in Abb. 5 gezeigten Rippen 51 und 52 aus 'einem dünnen Metallblech von etwas größerer Abmessung als das Blech, aus welchem - das Werkstück 46 geschnitten ist, gestanzt oder geschnitten. Die zur- Erzielung der beiden Rippen 51 und 52 erforderliche Überbemessung des Bleches über das Maß des Werk-Stückes 46 ist verhältnismäßig !dein und durch ■die strichpunktierten Linien 53 in Abb. 5 angezeigt. Jede Rippe 51 und 52 enthält einen zusammenhängenden Kantenteil 54 und nach außen vorragende rhambusförmige Schenkel- ioo teile 55. Offensichtlich kann gewünschtenfalls die Gestalt oder Form der Schenkel 55 _t ohne Abweichung von der Erfindung verändert werden, um noch andere Bedingungen zu erfüllen. Löcher 56 in Rippe 51 und Löeher 57 in Rippe 52 werden in die. Rippen •vorzugsweise gleichzeitig mit dem. Zerschneiden des Bleches in die Einzelrippen·, gestanzt. Die Löcher 56 in Rippe 51 haben waagerecht und senkrecht gleichen Abstand voneinander, χ Die Löcher 57 in Rippe 52 stehen voneinander in Übereinstimmung mit dem Abstand der- Löcher·56 in Rippe 51 ab.· Die besondere Ausführung des zum Schneiden der· .beiden Einzelrippen 51 und 52 verwendeten Stanzwerkzeuges oder Werkzeuges oder die -besonderen Durchschnitte durch das · Blech schaffen offensichtlich zusammen ■ mit der gleichen oder .ähnlichen Abstandsanordnung der Löcher 56 und 57 zwei identische, aber unabhängige Rippen, 'die einander ergänzen^ Eine. vorbestimmten Anzahl. der Rippen 51

und 52 wird aus einem dünnen Metallblech von guter Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, geschnitten und auf die Kältemittelförder- oder -vexteilleitungen36 und 37· aufgebaut. Der Zusammenbau der Rippen 51 und 52 mit den Leitungen oder Rohre 36 und 37 des Verdampfers geschieht natürlich vor der Befestigung der U-förmigen Verbindungen 38 an den Rohren oder vor der Befestigung der Rohre 36 und 37 an denSammelkammern 31 und 32. Die Rippen können auf die Rohre in jeder gewünschten Weise aufgebracht werden. Die rhombusf or mögen Schenkel 55 der Rippen 51 und 52 können giewünschtenfalls alle in der gleichen allgemeinen Richtung sich erstrecken, sind aber vorzugsweise auf die Rohre 36 und 37 entsprechend Abb. 6 und 7 so aufgebaut, daß die Schenkel 55 der einen Rippe nach unten ao gerichtet sind, während die Schenkel 55 der benachbarten Rippe nach oben gerichtet sind. Diese Anordnung wird bevorzugt, um einen symmetrischen Verdampfer vom gefälligem Aussehen zu schaffen.

as Nachdem der Zusammenbau der Rippen mit den Rohren 36 und 37 des Verdampfers beendet ist, wobei entweder die Rippen auf die Rohre aufgetrieben oder die Rohre in die Löcher der Rippen hineingetrieben werden, um eine gute thermische Berührung zwischen den Teilen sicherzustellen, werden Winkelstücke 61 an die Ecken der Rippen gelegt, um die Rippen gegen Beschädigung während der Behandlung des Verdampfers in der Fabrik oder während seiner Verwendung zu schützen. Die Winkelstücke 61 erstrecken sich über alle Rippen der Verdampferkonstruktion und können an den Ecken der Rippen durch geeignete Mittel festgehalten werden. Bei vorliegender Ausführungsform sind Stangen 62 mit einem Gewindeeinde vorgesehen, das durch eine Öffnung der Winkelstücke 61 hindurchragt und eine Mutter 63 aufnimmt. Die anderen Enden der Stangen 62 sind zu Haken 64 für das Umfassen und Erfassen der Rohre 36 und 37 des Verdampfers ausgebildet. Wenn die Muttern 63 fest gegen das Stück 61 angezogen werden, so klemmen sie das Winkelstück 61 fest gegen die Ecken der Rippen 51 und 52.

Ein gemäß obiger Beschreibung konstruierter Verdampfer ist für den Einbau in einem Kühlschrank geeignet, bei dem ein natürlicher Luftumlauf durch die vom Verdampfer hervorgerufene Kühlwirkung erzeugt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den vorher beschriebenen besonderen Verdampfer beschränkt, weil verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, die das Wesen der Erfindung verkörpern. So ist z. B. in Abb. 8 und 9 eine abgeänderte , Ausführungsform eines Verdampfers dargestellt. Der Verdampfer von Abb. 8 und 9 ist für den Einbau in einen Kühlschrank o. dgl. bestimmt, bei welchem ein Zwangsumlauf der Luft durch künstliche Mittel, wie z. B. Gebläse, erzeugt wird. Bei dieser Art von Einbau kann die Anzahl der Kältemittelleitungen und der mit den Kältemittelleitungen des 7» Verdampfers in Verbindung stehenden Rippen zwecks Schaffung einer großen Kühlfläche stark vermehrt werden, um eine stärfcerte Kühlung der über den Verdampfer umgetriebenen Luftmenge sicherzustellen. Daher ist die einheitliche Verdampferkonstruktion von Abb. 8 und 9 aus zwei Untereinheiten 71 und 72 hergestellt. Die Untereinheit 71 ist in Abb. 10 und 11' und die andere Einheit 72 in Abb. 12 und 13 dargestellt. Die Einhext 71 enthält mehrere gerade Rohre 73, auf weltchen mehrere Rippen 74 angebracht sind. Die Einheit 72 enthält mehrere gerade Rohre 75, auf welchen mehrere Rippen 76 angebracht sind. Jede Rippe 74 ist ein Ergan- zungsteil zu einer Rippe 76, und diese Rippen werden aus einem einzigen Metallblech, wie oben beschrieben, hergestellt. Die Einheit

71 besitzt weniger Kältemittelrohre als die Einheit 72, damit die Einheit 71 in die Ein- 9» heit 72 im wesentlichen innerhalb deren Grenzen eingeschoben werden kann, um die einheitliche Verdampferkonstruktion der Abb. 8 und 9 herzustellen. Aus der ausführlichen Darstellung der einzelnen Einheiten 71 und

72 und aus der besonderen Rippenausbildung ist ersichtlich, daß die Leitungen 73 der Einheit 71 in die Öffnungen oder Schlitze zwischen den Schenkeln der Rippen 76 von Ein·· heit 72 hineinbewegt werden können. Nachdem die Einheit 71 in den Eingriff mit Einheit 72 gebracht wurde, werden die Kältemittelförderrohre 73 und 75 miteinander an jedem Ende des Verdampfers durch Kniestücke oder U-förmige Teile 77 und 78 ver- ">5 bunden, um eine gedrängte, aus einer zusammenhängenden Leitung bestehende einheitliche Konstruktion oder eine Reihe von Stromwegen für das Kältemittel durch den Verdampfer hindurch vorzusehen. Das eine "° Ende der zusammenhängenden Leitung ist mit einer Anschlußkupplung 79 und das andere Ende der Leitung mit einer Anschlußkupp-Iumg8i versehen. Die Kupplung 79 ist an ein Ausdehnungsventil ähnlich dem Ventil 24 »»5 der dargestellten Kühlanlage anschließbar und die Kupplung 81 an die Kältemitteldampfrückführleitung 23 der Anlage. Da der letztbeschriebene Verdampfer- hauptsächlich für einen Einbau in Verbindung mit Zwangsum- iao lauf der Luft über oder durch den Verdampfer hindurch bestimmt ist, schafft seine Ge-

drängtheit ein. Größtmaß an wärmeausnehmendein Flächen innerlialb eines kleinsten Raumes, was bei solchen Konstruktionen erwünscht ist.

Es ist somit ein verbesserter Verdampfer geschaffen, dessen Rippenfläche aus weniger • oder im wesentlichen der Hälfte des bisher bei der Konstruktion solcher Verdampfer verwendeten Materials hergestellt ist, während

ίο gleichzeitig der gleiche mit Verdampfern der bekannten Bauart erzielte Wirkungsgrad beibehalten wird. Die verbesserte Verdampferkonstruktion er-zeugt auch 'einen verbesserten und erhöhten Luftumlauf innerhalb vonKühlschränken, weil im wesentlichen alle wärmeaufnehrnenden Flächen der Rippen die gleiche Temperatur haben und 'daher für die Aufnahme und Leitung von Wärme zu dem innerhalb der KältejmtteUeituingen des Verdampfers befindlichen Kältemittel wirksamer sind, wodurch ^ich die Luft rascher über und durch den Verdampfer bewegt. Da alle wärmeaufnehmenden Flächen der Rippen des verbesserten Verdampfers sich im wesentliehen auf der gleichen. Tiemperatur befinden wie das Kühlmittel innerhalb des Verdampfers, so kann die Temperatur des Verdampfers auf einem höheren Grad gehalten werden als bei den älteren Verdampfern, wo ein Temperaturabfall zwischen gewissen Abschnitten der Rippen auftritt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Rippenrohrwärmeaustauschier, insbesondere Verdampfer für Kühlanlagen, mit mehreren parallel und hintereinander angeordneten Rohrneihen, auf deren hintereinanderliegenden Rohren gemeinsame Querrippen befestigt sind, 'dadurch ge-. kennzeichnet, daß die Rippen aus zwei ■v^;:aus einer Blechtafel herausgeschnittenen .' gleich großen Rippenkörpern bestehen, deren einer den Ergänzungsteil des anderen 'darstellt und denen jeder einen Steg (54) mit mehreren im gegenseitigen Ab-•stand angeordneten Ansätzen (55) bildet, 'die mit Löchern für die Befestigung der Rohre versehen sind und solche Gestalt ■haben, daß 'die zur Wärmeübertragung wirksamen, 'die Rohre umgebenden Flächenteile den ausgeschnittenen, an sich zur Wärmeübertragung unwirksamen, zwischen den Rohren liegenden Flächeriteilen in der Formgebung entsprechen.
2. 2. Rippenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohre umgehenden Flächenteile der Ansätze (55) Rhombusfiorm. haben.
3. 3. WärmeauBtauscheinrichtung nach. Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheinrichtung aus zwei Einheiten (71, 72) besteht, die derartig ineinandergeschoben sind, daß die Rippenkörper der einen Einheit um den halben ,Abstand der Ansätze zu den Rippenkörpern der anderen Einheit versetzt sind und die Röhren der einen Untereinheit sich, durch. Zwischenräume zwischen den Ansätzen der Rippenkörper der anderen Untereinheit erstrecken.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen