DE9407015U1 - Luftgekühlter Wärmeaustauscher - Google Patents

Description

Luftgekühlter Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

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Bei der Wärmeübertragung mittels luftgekühlter Wärmeaustauscher ist der Wärmeübergang auf der äußeren Lufiseite erheblich geringer als innerhalb der Rohre der RohrbündeL Zur Verbesserung dieser Bedingung wird die Rohroberfläche &eegr;&ohacgr; Hilfe von Lamellen vergrößert, deren äußere Wänneübertragungsfläche ein Vielfaches der inneren Rohroberfläche beträgt.

Bekannt ist auch, den Wärmeübergang bei sogenannter trockener Verdampfung und Kondensation in den Rohren dadurch zu verbessern, daß die Rohroberfläche strukturiert bzw. aufgerauht wird.

Aus der DE-Al-36 35 940 ist eine Lamelle für die gemeinsame Verrippung mehrerer Wär-

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meaustauscherrohre eines Rohrlamellenwärmeaustauschers bekannt, bei der die Lamelle in Strömungsrichtung der Umgebungsluft gewellt ausgebildet ist. In der Lamelle sind Anschlußhülsen angeformt, die zum Anschluß an die Wärmetauscherrohre dienen. Mindestens ein Wellenberg verläuft zwischen quer zur Strömungsrichtung des ersten Fluids benachbarten Anschlußhülsen und in Zwischenräumen zwischen den Anschlußhülsen sind aus der gewellten Oberfläche der Lamelle lokale Luftleitprofile angeformt. Dabei ist vorgesehen, daß die Luftleitprofile mindestens überwiegend geschlossene Ausbuchtungen mit geringerer Hö-

he als der Lamellenabstand im Rohr Lamellenwärmetauscher sind und daß die Ausbuchtungen jeweils auf einer Flanke der Wellung angeordnet sind.

Aus der DE-A1-30 43 219 ist ein Wärmeaustauscherelement bekannt, dessen Lamellen mit 5

einer pyramidenförmigen Riffelung versehen sind. Dabei sind Pyramiden mit rautenförmigem Grundriß bevorzugt, es können aber auch mehreckige, vorzugsweise symmetrische Grundflächen für die Pyramiden bzw. Pyramidenstumpfe eingesetzt werden.

Die US 47 53 849 beschreibt ein Verfahren, mit dem eine poröse Oberfläche auf einem Rohr herstellbar ist. Dazu wird durch Flammsprühen auf ein Kupferrohr ein aus Kupfer und einem unterschiedlichen Metall bestehender Überzug aufgebracht. Anschließend wird das unterschiedliche Metall mit Hufe von Säure aus dem Überzug herausgeätzt, wodurch Hohlräume im Überzug entstehen.

In der US 47 23 597 wird ein Wärmetauscher beschrieben, der aus schlangenförmig angeordneten Aluminiumrohren und dazwischen zickzackförmig angeordneten Alurmniumlamellen besteht. Zum Verbinden der Aluminiumlamellen mit den Aluminiumrohren werden diese unter Verwendung eines besonderen Flußmittels gelötet. Dieses besondere Flußmittel hat den Vorteil, daß es nach dem Löten einen Überzug auf den Lamellen und den gegenüberliegenden Wänden der Rohre bildet. Dieser glatte Überzug kann gegebenenfalls eingefärbt werden und ersetzt eine sonst übliche Beschichtung zum Schutz gegen Korrosion.

Die US 35 15 207 betrifft die Ausbildung von Lamellen bei Wärmetauschern. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Erzeugung von Turbulenzen sind die Lamellen mit einer Wellung versehen. Vorzugsweise sind die V-förmigen Wellungen "diamanten"-artig um die Wärmetauscherrohre angeordnet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den luftgekühlten Wärmeaustauscher der genannten Art so auszubilden, daß der Unterschied der Wärmeübertragung innerhalb der Rohre und an der äußeren Luflseite weiter verringert wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß wenigstens ein Teil der Lamellenoberfläche eine aus einer Vielzahl von Löchern und/oder Schlitzen bestehende Feinstruktur aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Feinstrukturierung der LameEenoberflächen werden die Wärmeübertragungsflächen wesentlich vergrößert und Turbulenzen an der Oberfläche der La-

mellen erzeugt, die den Wärmeübergang zwischen der die Lamellenrohre umspülenden Luft und der Lamellenoberfläche wesentlich verbessern.

Nun ist zwar aus der DE-39 18 610 C2 ein luftgekühlter Wärmeaustauscher mit Lamellen bekannt, bei dem in die gesamte Oberfläche der Lamellen eine Feinstruktur eingeprägt ist, die die Lamellenoberfläche vergrößert und damit den Wärmeaustausch verbessert, jedoch weist diese Feinstruktur keine Löcher auf, sondern nur Linien, Rund- oder Vieleckformen und/oder Rautierungen. Bei dieser bekannten Konstruktion weisen also die Lamellenbleche keine Durchbrüche auf

Die Abmessungen der Feinstruktur auf der Lamellenoberfläche sind vom Werkstoff und der Dicke der Lamellen abhängig, wobei als Werkstoffe überwiegend Al, Cu und deren Legierungen zur Anwendung gelangen.

¹^ Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Löcher und/oder Schütze zu Bestandteilen einer weiteren durch Prägen hergestellten Feinstruktur der Lamellenoberfläche zu machen, die aus vieleckigen, runden, hnienformigen, streifenformigen und/oder waffelartig geformten Gebilden besteht.

0 Die Löcher haben vorzugsweise einen runden oder regelmäßigen eckigen Umriß und sind

wie auch die Schlitze vorteilhafterweise auf der einen Seite der Lamellenobernache von einem über die Oberfläche überstehenden kragenformigen Rand begrenzt, der auch Unterbrechungen aufweisen kann, die zweckmäßigerweise Schlitze bilden.

Es hat sich zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs ferner bewährt, die Löcher oder Schlitze unregelmäßig über die Lamellenoberfläche verteilt anzuordnen, wobei sich als mittlerer Durchmesser der Löcher 0,1 mm bis 10 mm und als mittlere Schlitzbreite und/oder Länge ebenfalls 0,1 mm bis 10 mm bewährt haben.

0 Die obigen Ausgestaltungen der Erfindung, zu denen auch noch gehört, Löcher unterschiedlichen Durchmessers oder Schlitze unterschiedlicher Breite und Länge gemeinsam in gewählten Mustern auf der Lamellenoberfläche anzuordnen, verstärken die Turbulenzbildung für den hiftseMgen Wärmeübergang, um dadurch den Wärmedurchgangskoeffizienten zu vergrößern.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine Draufsicht auf die eine der beiden Oberflächen einer Lamelle für einen luftgekühlten Wärmeaustauscher, wobei mehrere verschiedene Löcher bzw. Lochmuster

als Feinstruktur sowie unterschiedliche Gebilde einer weiteren Feinstruktur in Form
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von Linien, Rund- oder Vieleckformen und/oder Rautierungen dargestellt sind, und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Lamelle von Fig. 1 längs der Linie A/A.

Von der in den Zeichnungsfiguren beispielshalber dargestellten Blechlamelle 1 sind in einem Wärmeaustauscher eine Vielzahl mit Abstand hintereinander auf von einem kühlenden Medium durchströmten Rohren angeordnet, für die die Ofihungen 2 der Lamelle als Distanzhalter dienen. Die Lamelle ist gewellt und auf beiden Seiten ihrer Oberflächen mit einer Feinstruktur versehen, die aus einer Vielzahl von Löchern 7, 8, 9, 10, 11 und/oder

Schützen bestehen, wobei letztere in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die mit 7 und 8 15

bezeichneten Löcher sind in einem gewählten Muster auf der glatten Oberfläche der Lamelle 1 angeordnet und weisen wählbare Durchmesser zwischen 0,1 mm und 10 mm auf Die Lochdichte pro Flächeneinheit ist ebenso wie der Lochdurchmesser der Wahl des Fachmanns anheimgestellt und richtet sich nach den gewünschten Wärmeübertragungsbedingungen. Die Löcher, die auch einen anderen als kreisrunden Umriß aufweisen können, können, wie bei 12 in Fig. 2 dargestellt, einen zylindrischen Rand aufweisen, der zudem mit einem Kragen versehen sein kann, wie bei 13 schematisch dargestellt.

Diese Löcher haben mit oder ohne die zylindrischen Ränder 12 oder kragenformigen Ränder

13 die Aufgabe, den über die Lamellenoberfläche hinwegstreichenden Kühllufistrom zu 25

verwirbeln und damit die Wärmeübertragung zwischen Lamelle und dem in den nicht dargestellten Rohren strömenden, abzukühlenden Medium, also beispielsweise Ammoniak, zu verbessern. Der Einfachheit halber sind in der Zeichnung mehrere Feinstrukturen ein und derselben Lamelle 1 dargestellt. Gewöhnlich wird jeweils eine dieser Strukturen auf einer Lamelle verwirklicht, obgleich auch Mischformen möglich sind.

So ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, die als Feinstruktur bezeichnete Lochstruktur, die durch die Löcher 7 und 8 symbolisiert wird, einer weiteren Feinstruktur zu überlagern, auf die die Bezugsziffern 3, 4, 5 und 6 hinweisen und die aus an sich bekannten, linienformi-

gen 4, 5 und streifenförmigen 3 und/oder waffeJmusterartigen 6 Gebilden besteht, welche 35

regelmäßig oder unregelmäßig über die LameEenoberfläche verteilt angeordnet sind. In diese Gebilde sind, wie bei 9, 10 und 11 dargestellt, Löcher eingelagert, deren Durchmesser, wie oben in Verbindung mit den Löchern 7 und 8 bereits erwähnt, etwa 0,1 mm bis 10

rnm betragen kann und die in einem gewählten Muster und in einer gewählten Dichte pro Flächeneinheit verteilt sind. Auch diese Durchgangslöcher dienen in Verbindung mit der Iinienformigen und streifenförmigen oder waffelformigen Feinstruktur der Lameflenoberfläche, die durch Prägen hergestellt ist, der Erzeugung von Strömungsturbulenzen zur Verbesserung des Wärmeaustausches, wobei auf Grund der durch die Löcher 7 bis 11 gegebenen Lamellenblechdurchbrüche ein Teil der auf der Lamellenoberfläche verwirbelten Luft durch die Lamelle hindurchtritt, um den turbulenten Strömungszustand weiter zu verstärken und damit den Wärmeübergang zur Blechoberfläche zu erhöhen. Daß dabei der Druckverlust durch geeignete Wahl der Lochdurchmesser sowie Lochanordnung und Lochzahl pro Flächeneinheit in Grenzen gehalten werden muß, ist dem Fachmann bekannt. Die kragenförmigen Ränder 13 an den Locheinfassungen 12 können auch Unterbrechungen, beispielsweise in Gestalt von Schützen, aufweisen, und falls an Stelle der Löcher 7 bis 11 oder in Verbindung mit diesen Schlitze auf der Oberfläche der Lamelle 1 Verwendung finden, so kann deren mittlere Breite und/oder Länge etwa 0,1 mm bis 10 mm, wobei wiederum Schlitze unterschiedlicher Länge und/oder Breite in wählbaren Mustern und in wählbarer Anzahl pro Flächeneinheit Verwendung finden können, ohne daß dies in der Zeichnung dargestellt ist.

Mit dem erfindungsgemäßen luftgekühlten Wärmeaustauscher werden die unterschiedlichen Wärmeübergangsverhältnisse im Wärmeaustauscher durch Vergrößerung der Oberfläche und durch Schaffung zusätzlicher Turbulenzen verbessert.

Claims (11)

ANSPRUCHE

1. Luftgekühlter Wärmeaustauscher, dessen von der Wärmeaustauschflüssigkeit durch-

strömte Rohrbündel Blechlamellen tragen, deren Oberfläche gewellt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Lamellenoberfläche eine aus einer Vielzahl von Löchern (7, 8, 9,10,11) und/oder Schlitzen bestehende Feinstruktur aufweist.

2. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Löchern und/oder Schlitzen bestehende Feinstruktur Bestandteil einer durch Prägen hergestellten weiteren Feinstruktur (3, 4, 5, 6) der Lamellenoberfläche ist.

3. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Feinstruktur aus vieleckigen, runden, hnienförmigen, streifenförmigen und/oder waffelmusterartigen Gebilden besteht.

4. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Löcher einen runden oder eckigen Umriß haben.

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5. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Löcher wenigstens auf der einen Seite der Blechoberfläche von einem über die Oberfläche überstehenden kragenförmigen Rand (13) begrenzt sind.

6. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kragenförmigen Rand (13) Unterbrechungen aufweist.

7. Lufigekühlter Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen schlitzförmige Gestalt haben.

8. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Löcher (7, 8, 9, 10) und/oder Schlitze unregelmäßig über die Lamellenoberfläche verteilt angeordnet sind.

9. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der mittlere Durchmesser der Löcher (7, 8, 9, 10) 0,1 mm bis 10 mm beträgt.

10. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schlitze eine mittlere Breite und/oder Länge von 0,1 mm bis 10 mm haben.

11. Luftgekühlter Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (7, 8, 9, 10) unterschiedlichen Durchmessers und/oder Schütze unterschiedlicher Länge und/oder Breite in bestimmten Mustern angeordnet sind.