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Wärmeaustauscher Röhrenwärmeaustauscher, die im Innern von einem Wärmeaustauschmittel
durchflossen werden und deren Rohre mit Rippen versehen sind, wobei dann die Wärme
abgegeben oder aufgenommen wird von einem anderen außen um die Rohre herumfließenden
Wärmeaustauschmittel, sind bereits bekannt. Der Umlauf der beiden Wärmeaustauschmittel,
welche die Wärme austauschen, geschieht im allgemeinen im Gegenstrom, wobei eines
der Mittel dann im Innern der Rohre und natürlich parallel oder annähernd parallel
mit der Achse dieser Rohre fließt, während das andere Mittel außen herum senkrecht
zur Achse der Rohre und teilweise auch im Gegenstrom im Sinn der Achse der Rohre
fließt. Es sind bereits Ausführungsformen in einer :@nordnung vorgeschlagen worden,
welche den Wärmeaustausch in bekannter Weise begünstigt, und überdies in dem Strom
des einen Mittels, der außen um die Rohre herum und senkrecht zu ihnen fließt, Schwankungen
des Drucks und der Geschwindigkeit des Stroms hervorruft, um den Wärmeaustausch
noch mehr zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand eine besondere Ausbildung
der Rippen dieser Wärmeaustauschrohre, um in gleicher Weise Schwankungen in dem
äußeren Strom der Mittel zu erzeuen, wenn dieser parallel zur Achse der Rohre fließt.'
Gemäß
der Erfindung sind die Flächen der Rippen finit periodischen Wellungen versehen,
die symmetrisch oder zweckmäßig asymmetrisch sein können, in der Weise, daß die
Fläche der Rippen genügend große Änderungen in dem-Krümmungs= radius aufweist. Man
erhält dadurch in dem Strom des :Mittels; welches an diesen Rippen entlang fliegt,
Schwankungen der Geschwindigkeit und des Drucks.
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In gewissen Fällen ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die genannten
Wellungen nicht periodisch, sondern aperiodisch und gleichzeitig asymmetrisch sind,
wobei die Aperiodizität der Wellungen bezweckt, die Bildung von Schwingungen in
dem äußeren Wärmeaustauschrnittel zu vermeiden, welche, gegebenenfalls durchResonanz
vergrößert, eine gefährliche Erschütterung in den Rippen und selbst in dem ganzen
Apparat hervor-' rufen könnten.
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Es handelt sich also beispielsweise um überli itzungselemente,die
in einemDampfkessel,der unter Druck stellt, angebracht sind,und zwar indem Zug der
(rase des Kessels. Es ist bekannt, daß der Gasstrom unter Druck eine Geschwindigkeit
von etwa ioo m in der Sekunde und selbst darüber erreichen kann. Es ist also, ersichtlich,
daß unter der Wirkung der iti dem Strom des Wärmeaustauschmittels durch die Wellung
der Rippen erzeugten Schwankungen Schwingungen entstehen können, welche eine hohe
Frequenz erreichen und zu Zerstörungen der ganzen Einrichtung führen können. Dieser
Nachteil wird durch die Aperiodizität der Wellungen beseitigt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt, und zwar
zeigt Abb. i die Ansicht eines Austauschrohrs, das mit zwei Rippen gemäß der Erfindung
versehen ist; Abb. 2 ist eine Ansicht um 9o° gegen die Abb. i versetzt; Abb.3 zeigt
einen Schnitt durch das Wärmeaustauschbündel mit den axial auf den Rohren angebrachten
Rippen; Abb.4 zeigt,einen Schnitt ähnlich der Abb. 3 mit Rippen, die tangential
an die Rohre angreifen, gemäß einer bereits bekannten Anordnung; Abb. 5 und 6 zeigen
Ansichten ähnlich der Abb. 2 mit aperiodischen Wellungen.
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ßezugnehmend auf Abb. i ist jedes Rohr a des :ltistauschers mit zwei
Rippen b und c versehen, welche in der durch die Achse des Rolirs gehenden 1?hene
diametral einander gegenüberliegend angeurdnet sind und die in Richtung ihrer Länge
gewellt sind. Wie aus Abb.2 ersichtlich ist, haben die Fläche und der äußere Rand
der Rippe eine gewellte Form, wobei die Wellung periodisch und zweckmäßig asymmetrisch
verläuft, und zwar mit Krümmungsradien, die sich sehr schnell ändern.
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:1tis dieser Anordnung ergibt sich, daß in einem ll'ohrbündel, von
dem ein Teil im Schnitt in Abb. 3 dargestellt ist, das Wärmeaustauschmittel, welches
zwischen den Rohren fließt, und zwar parallel zur Achse dieser Rohre, in Kanälen
strömt, die zwischen den Rippen b und c der Rohre liegen, und da diese kippen gewellt
sind, ändert sich der Querschnitt der Kanäle, woraus sich Schwankungen des Drucks
und der Geschwindigkeit des Stroms des äußei#en Wärmeaustauschmittels ergeben, welche
einen leichteren Wärmeaustausch zwischen dem äußeren und dem inneren Mittel bewirken.
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Diese Anordnung kann auch, wie dies aus Abb. 4 ersichtlich ist, in
Verbindung mit Rippen benutzt werden, die um i8o° zueinander tangential zur Ach>e
der Rohre angeordnet sind. Die tangentiale Anotdnung der Rippen hat zur Wirkung,
daß Schwankungen in dem äußeren \\'ärmeaustausclimittel entstehen, wenn dieses Mittel
normal der A c ' fi se der Rohre fließt. Die vorliegende
1 Erfindung t' gestattet, andere Schwankungen zu erzeugen, wvenu das äußere
Mittelparallel zurAchse derRolire fließt.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß unter Periodizität der Wellung
der Rippen die Abstände verstanden werden, welche in der Projektion die aufeinanderfolgenden
Teile der durch den äußeren Rand der Rippe gebildeten Kurve trennen, und zwar auf
der Achse dieser Rippe oder der Erzeugenden des Rohrs, entlang welcher die Rippe
aufgeschweißt oder in anderer geeigneter Weise mit dem Rohr verbunden ist. Wie aus
Abb.5 ersichtlich ist, die ein Rohr a mit einer gewellten Rippe
b darstellt, ist die Wellun g der Rippe asymmetrisch und auch erkennbar periodisch,
d. h. die Durchgangspunkte Al, A= usw. der Kurve auf der Mittelachse folgen
sich in Zwischenräumen, die ungefähr einander gleich sind. Es kann natürlich auch
entsprechend der Erfindung die Wellung der Rippen aperiodisch sein. Diese Aperiodizität
wird erhalten, wenn die Zwischenräume, welche zwei aufeinanderfolgende Punkte der
Achse und der Kurve voneinander trennen, unter sich ungleich sind und nicht auf
ein bestimmtes einfaches Gesetz des Vorschreitens zurückgeführt werden können. Die
für die Wellung vorgesehene Anordnung kann beispielsweise so sein, wie dies in Abb.
6 dargestellt ist, wobei die Abstände der Punkte A, A', A2 usw. irgendwie
unregelmäßig einander folgen. Man könnte überdies auch solche gewellten Teile der
Rippen finit eben bleibenden Teilen vermischen.
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Die Aperiodizität der Wellungen hat sich herausgestellt als eine Funktion
der Schallgeschwindigkeit in dem äußeren Wärmeaustauschmittel, und diese ist entsprechend
der Länge des Austauschers, der Temperatur und dem Druck in jedem Punkt des Stroms
des äußeren Wärineaustauschinittels veränderlich.
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Da ein Wärmeaustausch stattfindet, ist die Temperatur des äußeren
Mittels beim Eintritt in den Austauscher und beim Austritt nicht die gleiche. Die
Schallgeschwindigkeit in diesem Mittel ändert sich vom Eintritt bis zum Austritt
aus dem Austauscher. Eine Aperiodizität, welche so ist,.daß die Zwischenräume .-f1-.42,
.12-.-13 usw. beispielsweise vom Eintritt bis zum Austritt aus dem Austauscher sich
verringern, würde keinen genügenden Vorteil ergeben, da diese Zw ischenräunie sich
gleichzeitig mit der Schallgeschwindigkeit verringern würden, derart, daß sich die
riesanite Einrichtung mit Rücksicht auf die Schallgeschwindigkeit als periodisch
erweisen und dann doch Schwingungen und Resonanzerscheinungen erwirken würde. Uni
umgekehrt
ein Extrem darzustellen, könnte eine periodische Anordnung doch aperiodisch werden
mit Rücksicht auf die Änderung der Schallgeschwindigkeit, wenn diese in dem äußeren
Mittel erkennbar vom Eintritt bis zum Austritt aus dem Wärmeaustatischer sich ändern
würde.
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Es ist gleichfalls ersichtlich, daß die Wellungen vier einen Rippe
mitRücksicht auf dieWellungen der Rippen der benachbarten Rohre des Bündels in dem
:\ustauscher fortgelassen werden können, derart, daß die Aperiodizität in allen
zwischen den Rohren fließenden Strömen des Wärmeaustauschmittels gesichert wird.
Ebenso ist es zweckmäßig, ein Fortlassen der Wellungen auf den beiden über demselben
Rohr angebrachten Rippen vorzusehen, so daß das genannte Rohr nicht in die evtl.
auftretenden Schwingungen mit hineingezogen wird.
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Ganz allgemein gesagt, ist das den Austauscher bildende Rohrbündel
in einer Art an beiden Enden otfenein Behälter enthalten und wird durch den Strom
des äußeren Wärmeaustauschmittels durchströmt. Das (,anze des äußeren in diesem
Behälter strömenden Mittels bildet alsdann eine an den beiden Enden offene Säule,
und diese wird, wenn Schwingungen auftreten, an jedem Ende des Stroms einen Schwingungsbauch
besitzen. Damit das Rohrbündel des austauschers nicht die Möglichkeit einer Resonanz
mit den Schwingungen des Stroms oder des. Behälters erhält, kann man zweckmäßig,
wie es übrigens normal ist, die Rohre des Bündels an beiden Enden oder sogar nur
an einem Ende befestigen, derart, daß an dieser Stelle notwendigerweise ein Schwingungsknoten
entsteht, welcher den Schwingungsbauch des Mittels oder des Behälters aufhebt. Geeignete
Zwischenwände, die zwischen den Rohren vorgesehen und an dem Behälter oder an einem
äußeren Rahmen befestigt sind, können überdies gestatten, jeweils nach den Erfordernissen
ähnliche Schwingungsknoten an jedem geeigneten Punkt der ganzen Länge der Rohre
zu bilden.