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Rippenrohr -Wärmeaustauscher Wärmeaustatischcr, \\ ic sie l@eispielswcise
in der Kältetechnik verwendet werden, werden im allgemeinen aus Rohren, Rohrschlangen
oder 1Zo'hrbündeln aufgebaut. Insbesondere wenn es sich uni \\'ärmeaustauscher handelt,
frei denen ein Wärmeaustausch zwisclieti einem flüssigen und einem gasförmigen bzw.
zwischen zwei gasförmigen Medien stattfindet, ist es bekannt, die Rohre auf ihrer
Außenseite zur Verbesserung des Wärmeüberganges tnit Rippen zu verseben.
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Derartige als Rippenrohre in der Technik allgemein 'bekannte Konstruktionen
werden beispielsweise so aufgebaut, daß ein Blechband in Form einer @@'eticiel um
das Rolir herumgelegt und mit diesem verlötet oder verschweißt wird, und zwar in
der Meise, daß die auf diese Weise gebildeten Rohrrippen senkrecht zur Rohrachse
verlaufen. Weiterhin ist es auch bekannt, derartige Rippenrohre für Wärmeaustauscher
in der Weise herzustellen, daß kreisringförmige Bleche in bestimmten Abständen auf
das Rohr aufgesdhoben und mit diesem verlötet, verschweißt oder durch Eintauchen
in ein flüssiges Metallbad verbunden werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin,
daß .die Rippen durch Blechtafeln gebildet werden, die eine der Zahl der Wärmeaustauschrohre
entsprechende Anzahl Bohrungen 'besitzen. Diese so vorbereiteten Blechtafeln werden
ebenfalls in bestimmten Abständen voneinander auf das Rohrpaket bzw. Rohrbündel
aufgeschoben und in der zuvor beschriebenen
Weise befestigt. Die
zuletzt genannten Kon: struktionen sind in der Technik allgemein als Lamellenrohre
bekannt.
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Diese Rippen- bzw. Lamellenrohre bekannter Bauart haben nun den Nachteil,
daß es nicht gelingt, die Rippen bzw. Lamellen in vollem Umfang für die Wärmeübertragung
auszunutzen, d. h. aber, daß der für den Aufbau der Rippen- bzw. Lamellenrdhre notwendige
Materialaufwand in keinem Verhältnis zu der damit erzielten Wärmeübertragung steht.
Die Folge davon ist, daß derartige Wärmeaustauscher verhältnismäßig viel Platz benötigen,
eine großes Gewicht aufweisen und einen verhältnismäßig großen-Materialaufwand bedingen.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß man den Wärnieübergangdurch Wahl
geringer Querschnitte bzw. geringer Radien der Rippen erheblich in die Höhe treiben
kann, hat man auch schon Wärmeaustauscher gebaut, bei denen die Rolirrip,pen durch
Drahtkonstruktionen ersetzt werden. Die Ausbildung dieser Drahtkonstruktionen, die
mit den @Värmeaustauschrohren in gut leitende Verbindung gebracht werden, ist in
der mannigfaltigsten Weise bekannt. Bei Herstellung der Rohrrippen aus Drähten wird
der Wärmeübergang noch dadurch wesentlich erhöht, daß dem außen an den Wärmeaustauschrohren
vorbeiströmenden Medium viele relativ scharfe Kanten entgegenstellen, die zu einer
Aufspaltung der Grenzschichten des strömenden Mediums führen. Ferner ist die Erhöhung
des Wärmeübergangs bei derartigen Konstruktionen noch dadurch bedingt, @daß bei
Drähten als Wärmeaustauschmittel das Verhältnis zwischen Oberfläche und Querschnitt
besonders groß ist. Eine Erhöhung des Wärmeübergangs führt nun zu einer `'erringerung
der Abmessungen des #\'ärmeaustauschers, und andererseits kann durch Verwendung
@-on Drähten als Wärmeaustauschmittel das Gewicht des Wärmeaustauschers wesentlich
herabgesetzt werden. Abgesehen davon weisen aber derartige aus Drähten bzw. Drahtkonstruktionen
zusammen mit Rohren aufgebaute Wärmeaustauscher den Nachteil auf, .daß ihr Aufbau
ziemlich verwickelt ist und sie damit verhältnismäßig teuer in der Ausführung werden.
Einer Ersparnis an Material steht also auf der anderen Seite ein erhöhter Arbeitsaufwand
entgegen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, einen
aus Rippenrohren aufgebauten @Värmeaustauscher zu schaffen, bei dem einerseits die
Vorteile des aus Drähten in Verbindung mit Rohren aufgebauten Wärmeaustauschers
ausgenutzt, andererseits aber dessen Nachteile hin-,sichtlich der Herstellung beseitigt
werden. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst, daß dieWärmeaustauschrofine
mit Blechrippen ausgerüstet werden, :die mach Art eines Speichenrades ausgebildet
sind, wobei die einzelnen Speichen zusätzlich in radialer Richtung fortlaufend durch
Stege miteinander verbunden sind. Die Herstellung derartiger Rippen für Wärmeaustauschrohre
'kann beispielsweise so erfolgen, daß die speichenradförniigen Blechrippen durch
kreisringförmige Blechscheiben gebildet wenden, die durch Stanzen so bearbeitet
werden, daß von der vollen Blechscheibe lediglich die Speichen und deren Verbindungsstege
übrigbleiben.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es auch möglich, die Rippen
für mehrere z. B. vier Wärmeaustauschrohre aus einem Stück herzustellen, wobei die
Speichen bzw. deren Verbindungsstege für mehrere Wärmeaustauschrohre ineinander
übergehen. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung derartiger Rippenkonstruktionen
besteht darin, daß ein fortlaufender, mit entsprechenden Ausstanzungen versehener
Blechstreifen verwendet wird, der in Form einer Wendel auf die Wärmeaustauschrohre
aufgewickelt und mit diesen in bekannter Weise verbunden wird.
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In den Abb. i bis 1,5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Abb. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten. Hierbei sind
mit a das Wärmeaustausclirolir und mit b die Rohrrippen bezeichnet.
Letztere bestehen aus kreisrunden Blechscheiben, die durch Ausstanzungen ein System
von dünnen Speichen und Drahtkränzen bilden. Auf diese Weise wird für die Blechrippen
ein Maximum an Oberfläche im -\"erliältnis zu dem Gewicht der Rippen erzielt. Im
übrigen sind die Rippen b in bekannter Weise entsprechend dem Durchmesser der Rohre
a durchgezogen und mit den Rohren in bekannter Weise durch Verlöten, Verschweißen
oder durch Eintauchen in ein flüssiges Metallbad verbunden. Um eine zweckmäßige
Ausnutzung der Kantenwirkung auf das strömende Medium zu erzielen, werden die Speichen
und deren Verbindungsstege mit einem möglichst geringen Querschnitt, d.11. dralitförtnig
ausgebildet. Der Querschnitt der Speichen und ihrer Verbindungsstege wird beispielsweise
quadratisch gewählt, was in einfacher Weise dadurch erzielt werden kann, daß die
Breite der Speichen und deren Verbindungsstege etwa gleich der Blechdicke der Rippen
gewählt wird. Sind andere Querschnitte der Speichen und ihrer Verbindungsstege erwünscht,
wie beispielsweise ein runder Querschnitt oder der für den Wärmeübergang Besonders
günstige sternförmige Querschnitt, so müssen die Scheiben in einem besonderen Gesenk
nachgearbeitet werden. Die Speichen werden zweckmäßig so ausgebildet, daß ihr Querschnitt
nach der Rohroberfläche entsprechend der zunehmenden zu übertragenden Wärmemenge
zunimmt. Der in radialer Richtung gemessene Abstand der Verbindungsstege der Speichen
wird zweckmäßig ebenfalls mit Rücksicht auf die Wärmeübergangsverhältnisse gewählt,
wobei also einer größeren Anzahl nebeneinanderliegender Verbindungsstege der Vorzug
zu geben ist. Andererseits ist dieser Abstand der Verbindungsstege, die bei den
Abb. i und 2 drahtförmige Ringe bzw. Radkränze bilden, danach zu bemessen, für welche
Temperaturverhältnisse der Wärmeaustauscher ausgelegt ist. Das in den Abb. i und
2 dargestellte Rippenrohr soll beispielsweise für einen Temperaturl>ereicli unter
o' C angewendet werden, wobei der Abstand der Verbindungsstege
mit'
Rücksicht auf die von Zeit zu Zeit erforderliche Enteisung verhältnismäßig groß
gewählt ist. Eine Ausbildung des Rippenrohrs für Temperaturen über o° C zeigt dagegen
die Abb. 3. Bei dieser sind sehr eng nebeneinanderliegende Verbindungsstege der
Radspeichen vorgesehen.
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Die A1>b. .4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der I:rfin(lung,
bei dein die speichenradförmigen Blechrippen für mehrere Wärmeaustauschrohre, in
diesem Fall , über Verbindungsstege zusammenhängen, die aus entsprechend ausgebildeten
Blechtafeln durch Misstanzen hergestellt sind. Die Abb.6 und 7 zeigen ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung für Temperaturen über o° C, während Abb. 8 eine
entsprechende Ausführung für Temperaturcis unter o' C zeigt. Bei diesen Ausführungen
nach V>b. 6 bis 8 sind die jeweils zwei Slteic'Iieii verbindenden Stege so ausgebildet,
daß sie radial nach außen unter einem spitzen Winkel verlaufen. Diese Ausführung
zeichnet sich gegenüber den Konstruktionen nach Abb. i bis 5 dadurch vorteilhaft
atis, (laß der Wärmeübergang durch Vergröl.ierLin(, der ()l)erfläclie der Verbindungsstege
und andererseits durch erhöhte Kantenwirkung vergrößert wird. Bei diesen Ausführungen
werden zweckmäßig mit Rücksicht auf die in Richtung auf die Rolii-otterl<iclie
zunehmende zu übertragende lV@irmemenge sowohl die Speichen als auch deren Verbindungsstege
nach außen hin konisch verlaufend ausgebildet.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführung der lZippenrohre ist in Abb.
9 dargestellt, die sich insbesondere für eine Strömungsrichtung des außerhalb der
Rohre strömenden gasförmigen Mediums in seiil:rechter Richtung zur Rohrachse eignet.
Bei dieser .lusführung sind die Verbindungsstege von jeweils zwei aufeinanderfolgenden
Speichen abwechselnd nach leiden Seiten fächerförmig aus der 131ecliel>ene tierausgebogen,
wodurch der Wärmeiiirergang uiid damit der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers noch
besonders erhöht wird.
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Im Gegensatz hierzu zeigen die Abb. io und ii eine Ausführung des
Rippenrohrs, bei dem die Strömungsrichtung des die Rippen beaufschlagenden Mediums
parallel zu den Rohrachsen verläuft. Bei dieser Ausführung bestellen die Verbindungsstege
der Speichen aus durch Ausstanzungen gebildeten schmalen Blechstreifen, die um etwa
9o° nach beiden Seiten aus der Blechebene herausgedreht sind, so (laß sie etwa in
der Richtung des sie beaufschlagenden strömenden Mediums verlaufen. Beim Herausdrehen
dieser Blechstreifen muß dabei besonders darauf geachtet werden, daß (las Material
an seinen Drehpunkten nicht einreißt, damit der gesamte Materialquerschnitt an den
Vbergangsstellen zwischen den Verbindungsstegen ttii(1 Speichen für den Wärmedurchgang
zur Verfügung stellt.
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Wahrend alle nach den _V)b. i bis i i sich auf lZippeiirolire beziehen,
bei denen die 131echrippen atis runden Mechscheiben bestehen, die durch entsprechende
Ausstanzungen in die Speichenradform übergeführt sind, zeigen die Abb. 12 bis 15
Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die Blechrippen durch fortlaufende,
mit entsprechenden Ausstanzungen versehene Blechstreifen gebildet sind, die in Form
einer Wendel auf die Wärmeaustauschrohre aufgewickelt und in bekannter Weise auf
diesen durch Löten, Schweißen oder durch Eintauchen in ein Metallbad befestigt werden.
In den Abb. 12 und 13 sind, derartige Blechstreifen dargestellt, wie sie für die
Herstellung der Blechrippen verwendet werden. Diese Blechstreifen sind wiederum
entsprechend den runden Blechscheiben so ausgestanzt; daß Speichen a und zugehörige
Verbindungsstege b ste'henbleiben. Bei der Ausführung nach Abb. 12 sind die Verbindungsstege
zwischen je zwei Speichen nach außen hin abgewinkelt, während die Verbindungsstege
bei Abb. 13 gerade verlaufen. Die untere Kante c der Blechstreifen ist rechtwinklig
abgebogen und dient zur Befestigung der Rippen auf den Wärmeaustauschrohren. Diese
Blechstreifen nach Abb. 12 und 13 werden, wie in Abb. 1.4 gezeigt ist, in Form einer
Wendel auf das Wärmeaustauschrohr aufgewickelt und mit diesem in bekannter Weise
befestigt. Hierbei ergibt sich zwangsläufig, daß die Fußpunkte der Speichen a sich
unmittelbar aneinanderlegen, während die Verbindungsstege b beim Aufwickeln des
Blechbandes fächerförmig nach beiden Seiten aus der Blechebene tierausgebogen bzw.
zwangsläufig herausgedrückt werden, wie dies in der zugehörigen Abb. 15 dargestellt
ist.