DE2305056A1

DE2305056A1 - Rippenrohr-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2305056A1
Application number: DE2305056A
Authority: DE
Inventors: Anthony M Castello; Ravi K Malhotra
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1974-04-18
Also published as: GB1360961A; CA967557A; AU5176273A; US3796258A

Description

DUNHAM-BUSH, INC. ' 1. Februar 1973 HarrisonDurg, Virginia Schu/Sp - 10 395

U. S.. A.

Rippen rohr-Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Ri ppenrohr-Wii rmeaustauscher mit fIüssigkeits- oder gasführenden Rohren, die sich durch in engem Abstand parallel zueinander verlaufende Rippen aus MetalIblechmatorial erstrecken, wobei zur Verbesserung der Wa* rmeübertragung ein zweites Strömungsmedium über die Oberflächen der Rippen und im allgemeinen rechtwinklig zu den Achsen der durch die Rippen hindurchgehenden Rohre geleitet wird.

Wärmeaustauscher aus Rippenrohren bestehen im wesentlichen aus einer Anzahl von Meta I IbIechrippen in dichtem Abstand, die von

409816/0692

einer Vielzahl das Kühlmittel enthaltenden Rohren im allgemeinen rechtwinklig durchzogen werden. Zwischen dem Außennedium beispielsweise Luft, das jip al !gemeinen in kräftigem Fluß über die Oüerflachen der Rippen und rechtwinklig zu den Rohrachsen streicht, und der sich in den Rohron befindlichen Flüssigkeit findet über die Rippen ein hochgradiger Wärmeaustausch statt. Bei solchen Wärmeaustauschern werden verschiedene Rofiranordnungen und Ri ppen f orncn mit denr Ziel einer maximalen Wärmeübertragung verwendet. Grundsätzlich sind die RippenoborfIächen so ausgelegt, daß sie die sich auf der Oberfläche der Rippen bildende Grenzschicht durchbrechen, um eine Luftturbulenz zu erzeugen und so den Wärmeaustausch zwischen den Rohren und dorr üüer die KippenfIächen streichenden Außenstrom zu vergrößern. Unglücklicherweise wächst die Wärmeaustauschfähigkeit des Wärmeaustauschers mit der Größe des Luftdruckfalls zurr Wärmeaustauscher. Es ist bekannt, die Wärmeaustauschfähigkeit dadurch zu vergrößern, daß innerhalb der Rippenöffnungen durch Abklappen einer Anzahl von Lappen, die sich von der einen Seite einer Rippe zur benachbarten Rippe erstrecken, vorgesehen werden, woDei die Lappen in den Luftstrom ragen und ihm die gewünschte TurDulenz rechtwinklig zu den das Kühlmittel enthaltenden Rohren erteilen. Die Lappen stellen ein Hindernis dar und beschleunigen die Verschmutzung tier Anordnung. Weiterhin verhindern die Lappen oder Vorsprünge, daß Luft durch die durch Abklappen der Lappen entstandenen Öffnungen hindurchfließt, und vergrößern die Turbulenz des Luftstroms für eine bessere Wärmeaustauschfähigkeit sowie den Druckabfall des Luftstrorrs üoer derr Wärmeaustauscher.

Es ist Ziel der Rippenstruktur und der Ausbildung der Rippen "und Rohre am Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, daß eine Rippenoberfläche geschaffen wird, d.ie bei einem geringfügig stärkeren Luftdruckabfall Dein Durchgang durcn den

409816/0692

Wärmeaustauscher, wobei die durch den Wärmeaustauscher hindurchfließende Luft diffundiert und gemischt wird, einen höheren AußenfiIm-Koeffiζienten aufweist. Die Rippe soll dabei so ausgelegt sein, daß die durch den Wärmeaustauscher fließende Luft die Strömungsrichtung ändert, um mehr Hitze von der Rippenoberfläche abzuführen. Der Strömungsweg der durch den Wärmeaustauscher fließenden Luft soll verlängert werden, um die Wärmeübertragung zwischen den Strömungsmedien zu vergrößern. Es sollen dadurcfh höhere Flächengeschwindigkeiten ermöglicht, ohne daß bei Benutzung des Wärmeaustauschers zum Entziehen von Feuchtigkeit Probleme mit dem Abblasen und Entfernen des Kondensats entstehen. Ferner soll die Rippe leichter sein und dazu beitragen, das Gesamtgewicht des Wärmeaustauschers zu reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einerr Wärmeaustauscher der genannten Art dadurch erreicht, daß die Rippen in Strönungsrichtung des äußeren Mediums gewinkelt oder gewellt sind und eine Anzahl von Löchern aufweisen, die derart zwischen den Rohren liegen, daß das äußere Medium zur Verbesserung des Wärmeaustausches von einer Seite der Winkel oder Wellen durch die Löcher zur anderen Seite und umgekehrt und somit längs entgegengesetzter Flächen der Rippen strönt.

Vorzugsweise sind die Rippen ziehharmonikaartig zu flachen, winkligen Falten geformt. Dabei kann jede Faltenwand eine Anzahl von rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Luftstroms langgestreckten Löchern aufweisen . Da wo die fIüssigkeits- oder gasenthaltenden Rohre in Reihen versetzt angeordnet sind, liegen die Löcher für den Luftdurchgang innerhalb der Rippen zwischen den Rohren jeder Reihe, um in der Linie der Rohrreihe Luftturbulenz zu erzeugen.

409816/0692

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem zeichnerisch dargestellten und nachfolgend näher oeschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Rippenrohr-Wärmeaustauschers mit der verbesserten, erfindungsgemäßen Rippenausbildung,

Fig. 2 einen Teil einer der Rippen des Wärmeaustauschers aus Fig. 1 in Draufsicht und

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen in Fig. 2 dargestellten Rippenteil.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein senkrecht ausgerichteter Wärmeaustauscher 10 beispielsweise als eine Verdampfer- oder Kondensorschlange einer LuftkondΪtionieranI ape dargestellt, wobei längliche, das Kühlmittel enthaltende Rohre 12 durch umgebogene Rohrteile 14 schleifenartig zu einer vertikal ausgerichteten Einheit verbunden sind. Oben und unten werden sie von Rahmengliedern, beispielsweise einem Rahmenglied 16, zusammengehalten und stellen damit eine verhältnismäßig starre Anordnung dar. Es ist nur ein Teil des Wärmeaustauschers 10 dargestellt, wobei dieser über herkömmliche Vorrichtungen mit einem Vorrat an Kühlmittel verbunden ist, das durch die parallel oder in Serie geschalteten und das Kühlmittel enthaltenden Rohre fließt, um mit einem sekundären äußeren Strom, in diesem Fall Luft, die rechtwinklig zur Achse der Rohre 12 und zur Zeichenweise geraSe Fig. 1 strömt, einen Wärmeaustausch zu bewirken. In diesem Zusammenhang können die Rahmengiieder 16 mit rl ngfSrjnj gen Flanschen IS versehen sein, durch weiche die EIm-

409816/0692 ' ³ '

zelrohre hindurchgeführt sind und in dargestellten Teil des Wärmeaustauschers können die F3ogenstücke 14 mit den geraden Rohren 12 aus,einem Stück bestehen oder mit ihnen etwa da verbunden sein, wo die Flansche 18 angeordnet sind.

Die Erfindung beinhaltet in einzelnen die Anwendung einer Anzahl länglicher Rippen 20 aus dünnen Metallblech, die sich längs von einen zum anderen Ende des Wärmeaustauschers 10 in engem senkrechtem Abstand erstrecken. Dadurch wird eine vertikale Anordnung gebildet, durch welche die das Kühlmittel enthaltenden Rohre 12 hindurchragen, un einen äußerst wirksamen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in den Rohren und dem rechtwinklig zu diesem durch die Abstände zwischen den Rippen 20 gezwängten Luftstrom zu bewirken. Jede Rippe besteht aus einem im allgemeinen rechtwinkligen Streifen aus stark wärmeleitendem Metall und ist beispielsweise aus Aluminium-Blechmaterial oder ähnlichem ausgestanzt. Es ist wichtig für die Erhaltung eines WSrmeIeitpfades niedriger Impedanz zwischen den Kühlmittel enthaltenden Rohren, die ebenfalls aus Aluminiun bestehen können, und den Rippen 20, daß für jedes Rohr kreisförmige Löcher 22 vorgesehen sind, üie Löcher 22 werden aus dem Material an den gewünschten Stellen herausgearbeitet, gemäß Fig. 2 eine Anzahl von Rohrreihen A, B, C und D zu bilden, die die Rippen tragen, wobei die Löcher 22 der Reihen bei der dargestellten Ausführungs form abwechselnd sowohl seitlich als auch in Längsrichtung versetzt sind, um zwischen der Luft, die in PfeiIrfchtung 24 (Fig. 2) in rechten Winkel zu den Achsen der Löcher 22 fließt, und dem Kühlmittel oder einer entsprechenden Flüssigkeit in den Rohren 12 eine maximale Wärmeübertragung zu erzielen. Un weiterhin eine Leitfähigkeit zwischen den Rippen und den von ihnen aufgenommenen Rohren zu bewirken, besteht in dargestellten Ausführungsbeispiel jedes Loch 22 vorzugsweise aus einen beim Stanzen entstehenden Ring 26. Ferner ist ein Flanschteil 28 an einem Biegepunkt

409816/0692 -6-

mit dem mittleren rohrförmigen Teil 32 enthalten, der ein Rohr 12 aufnimmt und einen Wä rrre I e i tp f au niedriger Impedanz zwischen dem Ring 26 und der ihn tragenden Rippe bildet. Diese rohrförmigen Teile und Ringe werden durch Ausziehen des GrundblechmetaHs (Rippenmaterial) gebildet. Enger Kontakt wird dann zwischen der Rippe und dem Rohr durch Aufweiten des Rohrs· um etwa 0,508 mm hergestellt. Eine freie Kante 36 des roh r f örrr i gen Teils 32 des Ringes 26 ist nach außen aufgeweitet, damit"die Rippen leicht die Rohre aufnehmen und beim Zusammensetzen des Würmeaustauschers aufgesteckt werden können.

Wichtig ist bei der vorllegenden Erfindung die Anordnung von ziehharmonikaähnlichen Falten oder gewinkelten Faltungen an den einzelnen Rippen 20, die durch Umbiegen der Rippen längs Faltlinien 33 in rechtem Winkel zum Luftstrom (PfeiIrichtung 24) entstehen. Dadurch werden flachwinklige Wellen erzielt, bei denen sich die nebeneinander! legenden WeI lenwände 40 schräg in entgegengesetzte Richtungen erstrecken (Fig. 3). Weiterhin sind die Wellenwände 40, wie in Fig. 3 dargestellt, mit Luftdurchgangsöffnungen oder Löchern 42 zwischen den Faltlinien versehen, die irr. al !gemeinen in Flußrichtung ausgerichtet sind und die es ermöglichen, daß an jeder Falte die Luft von der einen Seite der Rippe zur anderen streichen kann, un die Turbulenz und die VJa" rmeübert ragung zu vergrößern, ohne daß bei dem durch den Wärmeaustauscher 10 hindurchgehenden Luftstrom ein stärkerer Druckabfal I auftritt. Wie in Fig. 2 dargestel It, sind die Luftdurchgangsöffnungen oder Löcher 42 innerhalb der Rippen 20 flach ausgebildet und in der im rechten Winkel zum Luftstrom verlaufenden Richtung langgestreckt, wcoei selbstverständlich die Größe und Ausoildung sowie auch die Anzahl der Löcher jeder Faltenwand in Aohängiqkeit vom Aufbau und von den Momessungen des jewei Iioen Wärmeaustauschers abgeän-

^09816/0692

dert werden können, üarüberhinaus Dilden, wie in Fig. 2 dargestellt, die Luftdurchgangsöffnungen oder Löcher 42 eine Reihe, die bei allen vier Rohrreihen A, B, C, D zwischen den Rohröffnungen 22 einer gegebenen Rohrreihe liegen. So fließt der auf ein Rohr 12 auftreffende Luftstrom längs beider Rohrseiten ab und verläuft, bevor er stromabwärts auf das nächste ausgefluchtete Rohr auftrifft, durch die vier ausgerichteten Luftdurchgangs Iöcher oder -Öffnungen 42 und ändert seine relative Richtung zu den RίppenfIächen, um dadurch die auf der Rippenoberfläche gebildete Grenzschicht aufzubrechen und in der den Wärmeaustauscher durchfließenden Luft Turbulenz zu erzeugen. Hierdurch wird die Luft für einen maximalen Wärmeaustausch mit derr in den einzelnen Rohren 20 enthaltenden Kühlmittel diffundiert und gemischt.

Die von den Rippen vorzugsweise getragenen Ringe 36, welche die Rohre 12 umgeben und für einen ausgezeichneten Wärmeaustausch zwischen den Rohren 12 und den Rippen 20 sorgen, können auch weggelassen werden, wobei dann die die Öffnung 22 begrenzende Kante der Rippe 20 auf jeden FaII die Rohrwände direkt berührt, um zwischen ihnen eine hochwärmeIeitfähige Verbindung zu schaffen.

Aus dem zuvor beschriebenen Aufbau ergibt sich, daß ein wesentlicher Teil der Rippenoberfläche zwischen nebeneinanderIiegenden Rohren 12 ausgestanzte Löcher 42 trägt, um der durch den Wärmeaustauscher fließenden Luft einen im Verhältnis zur Oberfläche der Rippen, über die die Luft hinwegstreicht, langen Strömungsweg zu geben, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird. Wenn der Wärmeaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung ei ne Entwässerungs- oder Trocknungsfunktion hat, neigt das der Luft entzogene Wasser dazu, an den Rippenoberflächen zu haften. Das, Wasser kann sich dann in den ausgestanzten Löchern 42 ansammeln. Diese verhindern, daß das Wasser ausgeblasen wird,

409816/0692

und so kann die hindurchgehende Luft bei hohen Flä'chengeschwiηdigkeiten betrieben werden,ohne daß Abb IasprobIeme mit dem Kondensat auftreten. Bei Benutzung des Wärmeaustauschers auf Gebieten, auf denen ein geringes Gewicht von entscheidender Bedeutung ist, entsteht durch das Ausstanzen eines wesentlichen Teils des Rippenmaterials zur Bildung der Löcher 42 gleichzeitig mit dem ziehharmonikaartigen Biegen der Rippen um Faltlinien 38 ein Wärmeaustauscher mit verringertem Gesamtgewicht, der bei hoher Wärmeaus tausch Ieistung in Fahrzeugen oder auf anderen Gebieten benutzt werden kann, bei denen kein großes Gewicht erwünscht ist.

0 9 816/U692

Claims

Ansprüche

Rippenrohr~Wärmeaustauscher nit f I üssigkeits- oder gasführenden Rohren, die sich durch in engem Abstand parallel zueinander verlaufende Rippen aus Meta I I b I echnrateri a I ei— strecken, wobei zur Verbesserung der Wärmeübertragung ein zweites Strömungsmedium über die Oberflächen der Rippen und im al!gemeinen rechtwinklig zu den Achsen der durch die Rippen hindurchgehenden Rohre geleitet wird, dadurch gekennzeichne t, daß die Rippen (20) in Strönungsrichtung des äußeren Mediums gewinkelt oder gewellt sind und eine Anzahl von Löchern (42) aufweisen, die derart zwischen den Rohren (12) liegen, daß das äußere Medium zur Verbesserung des Wärmeaustausches von einer Seite der Winkel oder Wellen durch die Löcher (42) zur anderen Seite und umgekehrt und somit längs entgegengesetzter Flächen der Rippen (20) strömt.
2. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chnet, daß die Rippen (20) ziehharmonikaartig zu flachen winkeligen Falten geformt sind.
3. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Faltenwand zumindest ein äußeres Loch (42) vorgesehen ist und daß mit diesem die Löcher in den entsprechenden Faltenwänden in oezug auf die Strömungsrichtung des äußeren Mediums ausgerichtet sind.
4. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach jedem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Löcher (42) jeweils aus einer Reihe von

409816/0692

- 10 -

2305C56

Löchern bestehen, die im rechten Winkel zur Strömungsrichtung des äußeren Mediums langgestreckt sind.

Rippenrohr-Wärmeaustauscher gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekenn z.eichnet, daß die die WärmeaustauschfIüssigkeit tragenden Rohre (12) unter seitlichem Abstand in Mehrfach-Reihen angeordnet sind, wobei die Rohre (12) benachbarter Reihen in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind und wobei die äußeren Löcher (42) für entsprechende Reihen mit den Rohren innerhalb dieser Reihen ausgefluchtet sind und zwischen diesen in Strömungsrichtung des äußeren Mediums liegen.

409816/13692