DE839508C - Rippenrohr-Waermeaustauscher - Google Patents

Rippenrohr-Waermeaustauscher

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DE839508C
DE839508C DEB5616D DEB0005616D DE839508C DE 839508 C DE839508 C DE 839508C DE B5616 D DEB5616 D DE B5616D DE B0005616 D DEB0005616 D DE B0005616D DE 839508 C DE839508 C DE 839508C
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sheet metal
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heat exchanger
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DEB5616D
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English (en)
Inventor
Bernhard Katzenberger
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BROWN
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BROWN
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/30Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being attachable to the element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325Fins with openings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00Fins
    • F28F2215/10Secondary fins, e.g. projections or recesses on main fins

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. PATEN TANSPRÜCI1E:. i. Rippenrohr-Wärmeaustauscher, bei dem die Wärmeaustauschröhre mit Blechrippen ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechrippen nach Art eines Speichenrades ausgebildet sind, wobei die einzelnen Speichen in radialer Richtung fortlaufend durch Stege miteinander verbunden sind.
  2. 2. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die speichenradförmigen Blechrippen aus runden Blechscheiben 'tierausgestanzt sind, die in bekannter Weise in regelmäßigen Abständen auf den Wärmeaustauschro'hren befestigt sind.
  3. 3. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechrippen durch fortlaufend mit entsprechenden Ausstanzungen versehene Blechstreifen gebildet sind, die in Form einer Wendel auf die Wärmeaustauschrohre aufgewickelt und in bekannter Weise auf diesen befestigt sind.
  4. 4. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen der Blechrippen und deren Verbindungsstege drahtförmig ausgebildet sind und einen quadratischen; kreisförmigen oder sternförmigen oder ähnlichen Querschnitt besitzen.
  5. 5. Riplienrohr-Wärmeaustauscher, nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege der Speichen konzentrische Drahtringe bilden.
  6. 6. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege zwischen je zwei Speichen radial nach außen unter einem spitzen Winkel verlaufen.
  7. 7. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Speichen und deren Verbindungsstege gleich oder annähernd gleich der Blechstärke ist. B.
  8. Rippenrolir-Wärineaustatischer nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Speichen und der spitzwinklig nach außen verlaufenden Verbindungsstege der Speichen nach außen zu abnimmt.
  9. 9. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege zwischen je zwei Speichen abwechselnd nach beiden Seiten aus der Blechebene herausgebogen sind. io. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege der Speichen aus Blechstreifen bestehen, die nach beiden Seiten um etwa 9o° aus der Blechebene herausgedreht sind, so daß sie etwa parallel zur Rohrachse verlaufen.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1092045B (de) * 1957-09-26 1960-11-03 John Robert Martyn Rohr fuer Waermeaustauscher mit einem schraubenlinienfoermig aufgewickelten und mit Einschnitten versehenen Metallstreifen
US3288209A (en) * 1964-04-13 1966-11-29 Dewandre Co Ltd C Heat transmitting tubes having helical fin means
FR2560369A1 (fr) * 1984-02-24 1985-08-30 Gea Gmbh Echangeur de chaleur a plusieurs tubes paralleles munis d'ailettes
EP0275813A1 (de) * 1986-12-29 1988-07-27 United Technologies Corporation Vorrichtung zur Erhöhung der Wärmeübertragung
US4815531A (en) * 1986-12-29 1989-03-28 United Technologies Corporation Heat transfer enhancing device

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