Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, bestehend aus einem
Rohr, dessen äußere Oberfläche zumindest teilweise mit Kühlrippen versehen ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Wärmetauschers bestehend aus einem Rohr, dessen Oberfläche zumindest
teilweise mit Kühlrippen besetzt ist, deren vom Rohr wegweisenden freien Kanten
mit wenigstens einer Abdeckung versehen sind.
Wärmetauscher der beschriebenen Art sind bekannt und umfangreich im Einsatz.
Insbesondere werden entsprechende Wärmetauscher beispielsweise in
Kraftwerken eingesetzt. Besonders werden solche Wärmetauscher als luftgekühlte
Kondensatoren in Kraftwerken, oder als Industriekühler in der Chemie und der
Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie führen in verschiedenen Prozessen die
benötigte Energie ab oder zu. Hier werden abgeflachte Stahlrohre, deren äußere
Oberfläche mit Aluminium beschichtet ist für das zu kühlende Medium verwendet.
Auf den äußeren Oberflächen der mit Alu beschichteten Stahlrohre sind Kühlrippen
angeordnet, die ihrerseits mit einem Kühlmedium überströmt werden,
beispielsweise Kühlluft, Kühlgas oder dergleichen. Es ist bekannt, diese Rippen
dadurch zu bilden, daß entsprechende Bleche durch mehrfache im wesentlichen
rechtwinklige Abfaltungen ziehharmonikaartig gefaltet werden. Die gebildeten
Rippenbleche werden dann auf der Oberfläche des Rohres angeordnet und mit
dieser fest verbunden.
Infolge des Über- oder Unterdrucks im Rohr und wegen der thermischen
Spannungen neigen die abgeflachten Rohre dazu, sich aufzuwölben und damit
den mechanischen Verbund zwischen Rippen und Rohroberfläche zu
beeinträchtigen. Aus diesem Grunde müssen die Rippen aus entsprechend
starken Blechen gebildet sein.
Alternativ zu den beschriebenen Materialien sind auch entsprechende
Wärmetauscher aus Stahl mit Stahlrippen sowie aus Kupfer und anderen gut
wärmeleitenden Metallen, Keramiken und Kunststoffen bekannt.
Es ist auch bekannt, ganze Wärmetauscherpakete aufzubauen, wobei mehrere wie
beschriebene abgeflachte Rohre mit dazwischen liegenden Rippen zu einem
Gesamtpaket verbunden werden. Die Rippenlagen können auch durch
Zwischenbleche unterbrochen sein, die jedoch mit den jeweils angrenzenden
Rippenlagen fest verbunden sind. Solche Wärmetauscherpakete verhalten sich
monolitisch und es kommt sehr häufig zu Beeinträchtigungen der Verbindungen
aufgrund von thermisch bedingten Ausdehnungen, Verzug und dergleichen.
Bei den vorbekannten Wärmetauschern sind die Herstellungsverfahren sehr
aufwendig, da die die Rippen bildenden abgekanteten Bleche auf den
Rohroberflächen sehr genau zur Herstellung einer guten Befestigung gehalten
werden müssen, andererseits aber die freien Kanten der Rippen, die vom Rohr
abstehen, sehr empfindlich sind.
Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art
dahingehend weiterzubilden, daß dieser mit geringem wirtschaftlichen Aufwand
und auf einfache Weise herstellbar ist, einen verbesserten mechanischen Verbund
bietet und zugleich Materialeinsparungen ermöglicht.
Darüber hinaus soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung
erfindungsgemäßer Wärmetauscher bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäßen
Wärmetauscher verbessern darüber hinaus trotz aller wirtschaftlichen Vorteile den
Wirkungsgrad.
Vorrichtungsseitig wird mit der Erfindung zur technischen Lösung der
Aufgabe vorgeschlagen, daß die der Rohroberfläche abgewandten freien Kanten
der Rippen wenigstens bereichsweise mit einer Abdeckung versehen sind.
Erfindungsgemäß werden die freien, vom Rohr wegweisenden Kanten der Rippen
mit einer Abdeckung versehen. Diese wird fest mit den Rippenkanten verbunden,
wodurch die mechanische Stabilität des gesamten Rohrrippenverbundes derart
erhöht wird, daß die Rippen aus entscheidend dünneren Blechen als beim Stand
der Technik hergestellt werden können. Bei der beschriebenen Verwendung von
Aluminiumrippen können trotz der Verwendung der Abdeckungen aus Aluminium
Einsparungen bis in die Bereiche von 40% Aluminium bei gleicher Bauform und
verbessertem Wirkungsgrad des Wärmetauschers erzielt werden. Bei Verwendung
von Stahl oder anderen Metallen können ähnliche Einsparungen erzielt werden.
Gemäß der Erfindung werden für die Abdeckungen Bleche verwendet. Die Bleche
können streifenförmig Teile der Rippen abdecken, die gesamte
Rippenkantenoberfläche abdecken oder als Stückbleche jeweils gewünschte
Einzelbereiche abdecken. Das Material der Abdeckbleche wird derart gewählt, daß
sich dieses mit den Rippen in Abhängigkeit von deren Materialausbildung auf
einfache Weise dauerhaft verbinden lassen.
Gemäß der Erfindung können Verbindungen durch Löten, Schweißen oder Kleben
hergestellt werden. Zusätzlich und/oder alternativ können Verbindungen auch
mechanisch durchgeführt werden.
In vorteilhafter Weise können die Abdeckungen ihrerseits Ausnehmungen
aufweisen, beispielsweise gelocht sein oder sonstige bedarfsgerechte
Ausnehmungen aufweisen.
Abgesehen von den erheblichen Materialeinsparmöglichkeiten weisen die
erfindungsgemäßen Wärmetauscher eine erheblich vergrößerte
Wärmeübertragungsfläche auf und damit eine verbesserte Leistung. Darüber
hinaus ergibt sich bei Verwendung von Kühlluft eine Zwangsluftführung und es
wird sogenannte Falschluft vermieden.
Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher lassen sich darüber hinaus auf einfache
Weise zur Paketbildung verwenden. Dabei können die jeweils die äußeren
Oberflächen bildenden Abdeckungen, die bei Paketbildungen aufeinandergelegt
werden, elastisch verbunden werden, beispielsweise durch verknipsen, so daß das
Gesamtpaket nicht monolitisch auf thermische Spannungen reagiert sondern diese
aufnehmen kann. Dadurch wird die mechanische Dauerstandfestigkeit erheblich
erhöht.
Verfahrensseitig wird zur technischen Lösung der Aufgabe mit der Erfindung
vorgeschlagen ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers bestehend
aus einem Rohr, dessen Oberfläche zumindest teilweise mit Kühlrippen besetzt ist,
deren vom Rohr wegweisenden freien Kanten mit wenigstens einer Abdeckung
versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Oberfläche eines
abgeflachten Rohres Rippen in Form eines mehrfach rechtwinklig abgewinkelten
Bleches aufgelegt, mit einer Abdeckung in den vom Rohr wegweisenden freien
Kanten versehen und das gebildete Paket durch auf die Abdeckung ausgeübten
Druck gehalten wird, um anschließend die Rippen sowohl mit der Rohroberfläche
als auch mit der Abdeckung durch geeignete Verbindungsverfahren zu verbinden.
Insbesondere bei der Verwendung von mit Löchern oder Ausnehmungen
versehenen Abdeckungen ergeben sich Möglichkeiten der vereinfachten
Verbindung der Rippen mit der Rohroberfläche. Auch reifenförmige oder
flächenförmige Teilabdeckungen können dieses Ergebnis hervorbringen. So kann
beispielsweise durch die Löcher hindurch durchgeschweißt werden, um
beispielsweise die Rippen an den Rohroberflächen durch Schweißen,
Punktschweißen und dergleichen zu befestigen. Die Abdeckungen ihrerseits
können ebenfalls durch Punktschweißen, Löten oder mechanische Verbindungen
erzeugende Stanzungen und dergleichen mit den Rippen verbunden werden.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher und das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglichen verbesserte mechanische Festigkeiten gattungsgemäßer
Wärmetauscher bei gleichzeitiger Materialeinsparung und vereinfachter
Verfahrensführung. Durch die Verwendung der Abdeckungen ist es
verfahrensseitig möglich, ein zu verbindendes Gesamtpaket durch äußeres
Verspannen zu bilden und zu halten, wobei dann die Rippen auf einfache Weise
auf den Rohroberflächen und die Abdeckungen auf den Rippenkanten fixiert und
die Elemente dauerhaft miteinander verbunden werden können.
Der Rippenwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Wärmetauscher liegt in üblicher
Weise in Bereichen von 75% bis 82% bei Materialeinsparungen zwischen 15% und
37%. So genügt es bereits Rippen aus Blechen zwischen 0,15 bis 0,3 mm Material
zu verwenden und dennoch erhöhte mechanische Stabilität des Wärmetauschers
hervorzubringen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch der folgenden
Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Wärmetauscher 1 aus einem durchströmbaren Rohr 2,
auf welchem an den äußeren Oberflächen im gezeigten Ausführungsbeispiel quer
zur Durchströmungsrichtung verlaufende Kühlrippen 3, 4 angeordnet sind. Das
Wärmetauscherrohr 2 ist ein abgeflachtes Rohr, welches an zwei Oberflächen
eben ausgebildet ist. Derartige Rohre werden beispielsweise aus
aluminiumbeschichteten Stahlblechen oder auch aus Stahlblechen unter
Verbindung der aneinander geführten Kanten ausgebildet. Zur Ausbildung der
Kühlrippen 3, 4 werden entsprechende Bleche mehrfach im wesentlichen
rechtwinklig abgefaltet bzw. rundgefaltet und zumindest an den Kanten, an denen
mechanische Verbindungen mit der Rohroberfläche erfolgen müssen, abgeflacht.
Abdeckbleche 5, 6 werden auf die jeweils freien, vom Rohr wegweisenden Kanten
der Rippen aufgelegt und mit diesen fest verbunden. Anstelle vollflächiger
Abdeckbleche 5, 6 können auch Abdeckstreifen 7, 8 oder beliebige Flächen
abdeckende Bleche verwendet werden.
Die Rippen können aus Aluminiumblechen zwischen 0,1 bis 0,5 mm gebildet sein,
ebenso die Abdeckbleche oder Streifen.
Die Verbindung zwischen Rippen und Rohr ist je nach Materialwahl durch Löten,
Schweißen, Punktschweißen, Kleben oder mechanisch gebildet, beispielsweise
durch Schwalbenschwanzprägung, Clinchen oder dergleichen. In gleicher Weise
erfolgt die Verbindung zwischen den Abdeckblechen und den freien Rippenkanten.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur der Erläuterung und ist nicht
beschränkend.
Bezugszeichenliste
- 1
- Wärmetauscher
- 2
- Rohr
- 3
- Rippe
- 4
- Rippe
- 5
- Blech
- 6
- Blech
- 7
- Streifen
- 8
- Streifen