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Wärmeaustauscher mit Rippen Dias Patent 825 694 bezieht sich auf Wärmetauscher
mit parallelen Reihen schachbrettartig gegeneinander versetzter Rohre mit je zwei
Rippen, -die zwischen sich und mit ;den Rohren Kanäle bilden, die von einem Wärmeaustauschmittel
durchströmt werden, dessen Wärme im Austausch mit einem innerhalb der Rohre umlaufenden
Wärmeträger steht. Beim Hauptpatent wurde vo-rgeschlagen, daß die Profile der dort
mit ihrer jeweiligen Hauptebene vorzugsweise bangential zur Rob,roberfläche verlaufenden
Rippen so gestaltet sind, daß die durch :die Rippen geschaffenen Kanäle zwischen
den Rohren Einschnürungen und Erweiterungen aufweisen; diese Querschnittsänderungen
;bewirken Änderungen ,der Geschwindigkeit -und ödes Druckes des äußeren, in den
Kanälen umlaufenden Mittels. Außerdem weisen .die auf diese Weise geschaffenen Kanäle
Änderungen der Strömungsrichtung auf, die: den Wirkungsgraddes Wärmetauschers gleichfalls
günstig beeinflussen.
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Die weitere Ausbildung der Erfindung bezweckt, einen Wärmetauscher
dieser Art z-u schaffen, die hinsichtlich der Strömung des äußeren. Mittels die
gleichen Vorteile gewähren, jedoch mit der Besonderheit, daß die Rippenpaare, statt
tangential in diametraler Richtung zu je einem Rohr verlaufen, d. h. daß ihre Hauptebene
in einer D,iametralebene des zugehörigen Rohres liegt. Um in diesem Falle die Änderungen
der Richtung und des Querschnitts der zwischen den diametralen. Rippen gebildeten
Kanäle zu schaffen, ist gemäß der
Erfindung vorgesehen, daß die
Rippen eines Paares asymmeirisch gestaltet sind, :d. h. @daß die beiden Rippen ein
und desselben Rohres unterschiedliches Profil haben, wobei die eine z. B. dicker
als :die andere .sein kann; statt dessen, können nach,der Erfindung die beiden Rippen.
zwar symmetrisch . zueinander gestaltet sein, aber in ihrem äußeren Ende eine Verdickung
aufweisen, die eine, Einschnürung des Kanals bzw. der benachbarten Kanäle schafft.
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Das gliche Ziel kann gemäß der Erfindung auch durch eine Asymmetrie
in der schachbrettartigen Anordnung der Rohre des Wärmetauschers erreicht werden,
wobei der Abstand zwischen zwei nufeinanderfolgen:den Rohrreihen abwechselnd einmal
kleiner und einmal größer als im Falle einer regelmäßigen Schachbrettform ist.
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Mer:dies weist im Falle der Ausführung -der Erfindung in asymmetrischer
Schachbrettform ,der allgemeine Strom des in :den Kanälen umlaufend-en Mittels Änderungen
in der Strömungsrichtung auf, die geringer als im Falle der vorgenannten bereits
vorgeschlagenen Wärmetauscher sind und beliebig klein gemacht werden, können. Diese
Anordnung ist in dem Falle von Bedeutung, daß :das äußere, zwischen den Rohren umlaufenide
Mittel zwischen diesen mit einer ziemlich hohen, z. B. bei atmosphärischem Druck
über 15 m/Sek. liegenden Geschwindigkeit strömt. Der Druckverlust, der vom
Durchgang des Mittels durch die Kanäle herrührt, ist dann geringer als im Falle
von verhältnismäßig starken Richtungsänderungen.
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Nachstehend werden an Hand der Zeichnungen beispielsweise Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt F'ig. r schem-ati:sch im senkrechten Schnitt
einen gemäß der Erfindung gestalteten Teil eines Wärmetauschers mit asymmetrischen
Rippen, Fig.2 eine abgeänderte Ausführungsform reit symmetrischen Rippen, deren
äußere Enden verdickt ausgebildet sind, und Fig. 3 eine andere abgeänderte Ausführungsform
mit unregelmäßiger Schachbrettanordnung der Rohre.
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Gemäß der Zeichnung wird der Wärmetauscher durch parallele Reihen
von Rohren agebildet, die schachbrettartig angeordnet sind, d. h. ein Rohr ist,in
der Mitte eines rechtwinkligen oderpanallelogrammförmigen Vierecks angeordnet, dessen
Ecken von :den vier anderen benachbarten Rohren eingenommen werden. Jedes der Rohre
ist mit zwei diametral verlaufenden, Rippen b und c versehen, d. h. die mittlere
Ebene einer Rippe liegt in der Ebene eines Rohrdurchmessers des zugehörigen Rohres,
und zwar derart, daß .die untere Rippe c in der Nähe der oberen Rippet b des @daruntergelegenen
Rohres endet und zwischen :den Rohreh sinuslinienartig verlaufende Kanäle A gebildet
werden, durch :die glas äußere Mittel strömt, das irr- Austausch mit den im Innern
der Rohre a umlaufenden Wärmeträger steht.
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Gemäß der Erfindung sind,die Rippen, b, c unterschiedlich bzw. asymmetrisch
gestaltet, .d. h. :die oberen Rippen b haben :ein von den Rippen c abweichendes;
und genauer gesagt, verdicktes Profil. Zwischen der Verdickung jeder Rippe b und
dem benachbarten Rohr a erhält der Kanal A dann einen verengten Querschnitt, der
bei C, D- durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist. Wie ersichtlich,
erfährt das im Kanal A strömende Mittel an jeder Durchtrittsstelle C, D eine Einschnürung,
auf die eine Ausdehnung auf der Strecke folgt, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Bereichen von Verengungen C, D liegt. Die an den Rohren vorgesehenen Rippen b, c
'können Hohl- oder Vollrippen sein, :die auf irgendeine geeignete Weise an das Rohr
angeschlossen oder angeschweißt sind, oder es kann: das Rohr a mit den Rippen. b
und c einstückig hergestellt sein.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Rippen b, c zueinander
symmetrisch, -d. h. sie haben gleiche Profile; siebesitzen aber an ihren äußeren
Enden je eine Verdickung d, derart, :daß .diese senkrecht zur Rippenebene bzw. in
ihrer Höhenlage in jedem Kanal A die :Eiinschnürungszone C, D des Kanals zwischen
sich und :dem gegenüberliegenden Teil des benachbarten Rohres a bildet. Wise ersichtlich,
erhält .durch :diese Anordnung jeder Kanal A wie beider vorgenannten Ausführungsform
eine Reihe von Verengungen C, D, die: durch Teile mit erweitertem Querschnitt voneinander
getrennt sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fvg. 3 wird das gleiche Ziel mittels
symmetrischer und nicht verdickter Rippen b, c erreicht, und zwar durch eine asymmetrische
Schachbrettanordnung der Rohre. Mit anderen Worten. sind die Rohre zwar stets in
waagerechten Reihen angeordnet, jedoch ist die zweite Reihe Y-Y der ersten längs
der Ebene X-X verlaufienderi Reihe stärker als der unteren nach der Linie Z-Z verlaufenden
Reihe genähert. Hieraus ergibt sich"daß sich jedes Rohr nicht mehr in der Mitte
eines Rechtecks 'befindet, .dessen Ecken von :den vier benachbarten Rohren eingenommen
werden. Der Abstand x zwischen den. Ebenen X-X und Y-Y ist kleiner als der
Abstand y zwischen :den Ebenen Y-Y und Z-Z, und die gleiche AnoTdnung wiederholt
sich über die ganze Höhe ,des Wärmetauschers. Vermöge dieser Anordnung besitzen
.die zwischen den Rippen und ,den, Rohren gebildeten Kanäle Einschnürungen C, D
an Aden in :der Zeichnung angegebenen, ungefähr in der Höhe der Anschlußstelle jeder
oberen Rippe b an :das zugehörige; Rohr liegenden Stellen..
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Das in den Kanälen A strömende Mittel erfährt außerdem Änderungen
seiner mittleren, Strömungsrichtung, d. h. das Mittel folgt z. B. im Falle der Fig.3
zwischen zwei Einschnürungen im wesentlichen der Richtung des als strichpunktierte
Linie gezeichneten Pfeiles F und dann in der Nähe jeder Einschnürung im wesentlichen
der Richtung des als strichpunl<:tierte Linie gezeichneten Pfeiles G. -Der zwischen
.den .beiden Pfeillinien gebildete Winkel a gibt ein Maß für die Änderung der Richtung.
Im Fälle einer regelmäßigen Schachbrettanordnung wird der Winkel zwischen den
beiden
Pfeilen F und G ein Maximum; wie ersichtlich, bilden im Falle der in F'ig. 3 gezeigten
unregelmäßigen Schachbrettanordnurng die Pfeile F, G miteinander,einen Winkel
a, der .in dem Maße abnimmt, in dem x kleiner wind.
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Wenn das außen strömende Mittel eine große z. B. über 15 m/Sek. (bei
atmosphärischem Druck) liegende Geschwindigkeit besitzt, ist anzustreben, die Stärke
der Richtungsänderung zu verringern, um die auf diesen beruhenden Leistungs- oder
Durchsatzverluste zu vermeiden.
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Man. kann somit durch geeignete Wahl der Unregelmäßigkeit .der Schach:brettanordnung
eine beliebig starke odier geringe Richtungsänderung herbeiführen.
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Selbstverständlich sind Abänderungen von Einzelheiten in der Ausführung
der Erfindung in deren Rahmen möglich, und insbesondere könnte man die verschiedenen
vorgesehenen Ausführungsformen miteinander kombinieren, nämlich asymmetrische Gestaltung
:der Rippen mit unregelmäßiger Schachbrettform, um alle diejenigen Kanalprofile
und Richtungsänderungen zu ,erhalten, welche gegebenenfalls für einen Wärmetauscher
günstig sind.