DE19503766C2 - Rippenrohr-Wärmeaustauscher - Google Patents
Rippenrohr-WärmeaustauscherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rippenrohr-Wärmeaustauscher
gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Rippenrohr-Wärmeaustauscher gemäß der DE 34 19 734 C2
ist in der Lage, große Dampfmengen zu kondensieren. Er
weist darüberhinaus den Vorteil auf, daß sich an jeder
Stelle der Wärmeaustauscherrohre ein Druckausgleich zwi
schen allen Bereichen des Rohrquerschnitts einstellt. Da
durch ist die Kondensation des Abdampfs in den der Strö
mungsrichtung der Kühlluft zugekehrten vorderen Rohrab
schnitten an exakt derselben Stelle beendet, wie in den
in Strömungsrichtung der Kühlluft hinteren Rohrabschnit
ten. Totzonen können sich somit kaum einstellen. Darüber
hinaus werden relativ große Rohrquerschnitte gebildet, so
daß die Strömungsdruckverluste infolge des größeren
hydraulischen Querschnitts erheblich verringert werden.
Die senkrecht von den Oberflächen der Wärmeaustauscher
rohre abstehenden Rippen sind glatt und vorsprungslos
ausgebildet.
Gegenüber diesem Rippenrohr-Wärmeaustauscher weist der
Rippenrohr-Wärmeaustauscher der DE-OS 19 58 909 in die
Rippen zwischen den Wärmeaustauscherrohren integrierte
Anlaufkanten auf. Die Anlaufkanten werden durch das Her
ausdrücken von Flächenabschnitten aus den Ebenen der Rip
pen gebildet. Dadurch findet die Kühlluft Hindernisse
vor. Der Wärmeübergang wird durch diese Maßnahme zwar
verbessert, jedoch der Nachteil erkauft, daß sich durch
die Anlaufkanten der Druckverlust um ein Mehrfaches er
höht.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die
Aufgabe zugrunde, einen solchen Rippenrohr-Wär
meaustauscher dahingehend zu vervollkommnen, daß der äu
ßere Wärmeübergang zwischen der Kühlluft und den Oberflä
chen der Wärmeaustauscherrohre ohne wesentliche Erhöhung
des Druckverlustes merklich gesteigert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in
den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten
Merkmalen.
Danach sind die Rippen auf mindestens einer Seitenfläche
mit eine zick-zack-förmige Konfiguration aufweisenden
Luftleitnuten versehen. Trotz der zick-zack-förmigen Kon
figuration haben die Luftleitnuten aber generell eine
Längserstreckung in Strömungsrichtung der Kühlluft. Sie
sind an den Rippenenden offen und erlauben es somit der
Kühlluft, in den Luftleitnuten zu strömen, wobei durch
die zick-zack-förmige Konfiguration ein deutlich verbes
serter äußerer Wärmeübergang zwischen der Kühlluft und
der Oberfläche der Wärmeaustauscherrohre erreicht wird,
ohne daß die Druckverluste merklich erhöht werden.
Die Luftleitnuten können sich über die gesamte Seitenflä
che einer Rippe erstrecken. Vorzugsweise sind sie durch
entsprechende Prägung beidseitig einer Rippe vorgesehen.
In diesem Fall liegen sich dann die Luftleitnuten benach
barter Rippen frontal einander gegenüber.
Die erfindungsgemäß konfigurierten Rippen können einzeln
an jedem Wärmeaustauscherrohr vorgesehen sein. Besonders
vorteilhaft ist es aber, wenn zwei nebeneinander verlau
fende Wärmeaustauscherrohre durch Rippen mit zick-zack-förmig
verlaufenden Luftleitnuten stegartig verbunden
sind. Es kann sich hierbei um Einzelrippen oder um wel
lenförmige bzw. U- oder trapezförmig geprägte Rippenbän
der handeln.
Obwohl es denkbar ist, daß die Luftleitnuten wellenförmig
gekrümmt sind, wird eine bevorzugte Ausführungsform gemäß
Anspruch 2 darin gesehen, daß die zueinander abge
winkelten Nutenabschnitte der Luftleitnuten geradlinig
verlaufen. Die Nutenabschnitte sind dabei bevorzugt
gleich lang ausgebildet.
Zur besseren Luftführung ist es nach Anspruch 3 zweck
mäßig, wenn zwei aufeinander folgende und im Winkel zu
einander angeordnete Nutenabschnitte einer Luftleitnute
durch einen bogenförmigen Übergangsabschnitt stufenlos
miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist jeder Über
gangsabschnitt kreisbogenförmig gekrümmt. Die Radien der
Übergangsabschnitte sind zweckmäßig identisch ausgebil
det.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Rippenge
staltung wird in den Merkmalen des Anspruchs 4 erblickt.
Hierbei handelt es sich entweder um Einzelrippen, die
über die Befestigungsleisten an den Wärmeaustauscherroh
ren festgelegt sind, oder die Rippen bilden Bestandteil
von wellen-, U- oder trapezförmigen Rippenbändern, welche
über die Befestigungsleisten mit den Wärmeaustauscherroh
ren verbunden sind.
Die in den einzelnen Feldern vorgesehenen, zueinander
parallelen Nutenabschnitte der Luftleitnuten verlaufen
bei dieser Ausführungsform nicht nur zick-zack-förmig in
der Längsebene jeder Rippe, sondern auch im Winkel zu der
generellen Längserstreckung einer Rippe. Die Erzeugung
der Felder mit den Nutenabschnitten der Luftleitnuten so
wie der durch die besondere räumliche Lage der Felder ge
bildeten geneigten schlanken dreiecksförmigen Übergangs
bereiche von den Feldern auf die Befestigungsleiste kann
in bevorzugter Weise auf einer hierfür geeigneten Präge
maschine durchgeführt werden.
Obwohl es möglich ist, die Längskanten der Felder in un
terschiedlichen Winkeln zu den Parallelebenen einerseits
bzw. zu der die Längskanten der Rippen schneidenden Ebene
andererseits anzuordnen, sehen die Merkmale des Anspruchs
5 vor, daß diese Winkel gleich groß bemessen sind.
Um eine möglichst wirbelfreie Umlenkung der Kühlluft in
den Luftleitnuten zu gewährleisten, weisen entsprechend
Anspruch 6 die Übergangsabschnitte einen Radius von
1,5 mm bis 3 mm auf.
Weiter hat es sich bei internen Versuchen herausgestellt,
daß optimale Wärmeübergangsbedingungen insbesondere dann
herrschen, wenn nach Anspruch 7 der Abstand zweier senk
recht zu der Symmetrielinie einer Luftleitnute ver
laufender Querebenen, welche in Längsrichtung einer Luft
leitnute aufeinander folgende Krümmungsmittelpunkte
schneiden, etwa 7,5 mm bis 25 mm, bevorzugt etwa 10 mm,
beträgt.
Darüberhinaus kann eine weitere Optimierung der
Wärmeübergangsbedingungen dann erzielt werden, wenn gemäß
Anspruch 8 der Schnittpunkt der Mittellinien von zwei
aufeinander folgenden Nutenabschnitten einer Luftleitnute
im Abstand von etwa 2,5 mm bis 5 mm, bevorzugt etwa
3,5 mm, von der Symmetrielinie einer Luftleitnute ange
ordnet ist.
Aufgrund des Abstands der zwei aufeinander folgende Krüm
mungsmittelpunkte einer Luftleitnute schneidenden Quer
ebenen und des Abstands der Schnittpunkte der Mittelli
nien von zwei aufeinander folgenden Nutenabschnitten von
der Symmetrielinie beträgt der Abstand zwischen jeweils
einer einen Krümmungsmittelpunkt schneidenden Querebene
und den Schnittpunkten der angrenzenden Mittellinien der
Nutenabschnitte mit der Symmetrielinie etwa 3 mm bis
10 mm, bevorzugt etwa 7,5 mm.
Desweiteren ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn nach
Anspruch 9 die Luftleitnuten einen halbkreisförmigen
Querschnitt mit einem Radius und einer Tiefe von etwa
1 mm bis 2 mm, bevorzugt etwa 1,5 mm, aufweisen.
Der gleichmäßige Verlauf der Luftleitnuten - bevorzugt
auf beiden Seitenflächen der Rippen - wird entsprechend
Anspruch 10 dadurch optimiert, daß der Abstand der Mit
tellinien zweier benachbarter Luftleitnuten etwa 4,5 mm
bis 6 mm, bevorzugt etwa 5,0 mm, beträgt. Dadurch ergibt
sich ein Verhältnis des Abstands zweier in Längsrichtung
einer Luftleitnute aufeinander folgende Krüm
mungsmittelpunkte schneidender Querebenen zu dem Abstand
der Mittellinien zweier benachbarter Luftleitnuten von
etwa 3,5-4,5 : 1, bevorzugt 4 : 1.
Schließlich kann eine weitere Verbesserung der Wärmeüber
gangsbedingungen gemäß Anspruch 11 dadurch erfolgen, daß
der Abstand zweier benachbarter Rippen etwa 2 mm bis
4 mm, bevorzugt etwa 3 mm, beträgt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeich
nungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Schema einen vertikalen Querschnitt durch
einen Abschnitt eines Rippenrohr-Wärmeaus
tauschers;
Fig. 2 eine Teilansicht auf den Rippenrohr-Wärmeaus
tauscher gemäß dem Pfeil II der Fig. 1;
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt
III der Fig. 1;
Fig. 4 im Schema in vergrößertem Maßstab den Verlauf
einer Luftleitnute;
Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt durch die Dar
stellung der Fig. 3 entlang der Linie V-V;
Fig. 6 in der Perspektive einen Abschnitt eines U-förmig
konfigurierten Rippenbands;
Fig. 7 eine Seitenansicht auf das Rippenband der
Fig. 6 und
Fig. 8 eine Draufsicht auf das Rippenband der Fig.
6.
Mit 1 ist in den Fig. 1 bis 3 ein Teilbereich eines
Rippenrohr-Wärmeaustauschers zur Kondensation der Ab
dämpfe großer Turbinenanlagen mittels Kühlluft bezeich
net.
Der Rippenrohr-Wärmeaustauscher 1 weist mehrere parallel
im Abstand A nebeneinander angeordnete Wärmeaustauscher
rohre 2 mit einem länglichen Querschnitt auf. Die Wärme
austauscherrohre 2 sind durch Rippen 3 miteinander ver
bunden, die sich parallel zur Strömungsrichtung SR der
Kühlluft erstrecken und durch geeignete Fixierleisten
senkrecht auf den seitlichen Oberflächen 4 der Wärmeaus
tauscherrohre 2 befestigt sind.
Die Fig. 1 zeigt, daß die Länge L des Querschnitts der
Wärmeaustauscherrohre 2 um ein Mehrfaches größer als die
Breite B bemessen ist.
Die im Abstand A1 von 3 mm zueinander angeordneten Rippen
3 (Fig. 2 und 5) besitzen auf beiden Seitenflächen 5
in zick-zack-förmiger Konfiguration parallel nebeneinan
der verlaufende und in Strömungsrichtung SR der Kühlluft
durchgehende, an den Rippenenden 6 offene Luftleitnuten
7, die durch eine entsprechende Prägung der Rippen 3 mit
einer Dicke D von etwa 0,1 mm bei Aluminium oder Kupfer
bzw. etwa bis 0,5 mm bei Stahl gebildet sind (Fig. 1
bis 5).
Jede Luftleitnute 7 setzt sich aus geradlinig verlaufen
den Nutenabschnitten 8 und jeweils zwei aufeinander fol
gende Nutenabschnitte 8 stufenlos miteinander verbinden
den bogenförmigen Übergangsabschnitten 9 zusammen
(Fig. 1, 3 und 4). Die Fig. 4 zeigt dabei in vergrö
ßerter Darstellung anhand der verstärkt hervorgehobenen
Mittellinien 10 zweier aufeinander folgender Nutenab
schnitte 8 die geometrischen Verhältnisse einer Luftleit
nute 7.
Danach ist zu erkennen, daß die bogenförmigen Übergangs
abschnitte 9 halbkreisförmig gekrümmt sind. Die Krüm
mungsmittelpunkte 11 der Übergangsabschnitte 9 liegen
hierbei im Abstand von der Symmetrielinie SL der Luft
leitnute 7. Die Übergangsabschnitte 9 besitzen einen Ra
dius R1 von 1,5 mm bis 3 mm. Der Abstand A2 von zwei auf
einander folgende Krümmungsmittelpunkte 11 schneidenden
Querebenen (E) beträgt 10 mm. Der Schnittpunkt 12 der
Mittellinien 10 von zwei aufeinander folgenden Nutenab
schnitten 8 ist im Abstand A3 von 3,5 mm von der Symme
trielinie SL angeordnet.
Aus der Fig. 5 ist noch ersichtlich, daß die Luftleitnu
ten 7 einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Ra
dius R und einer Tiefe T von 1,5 mm aufweisen.
Der Abstand A4 der Mittellinien 10 zweier benachbarter
Luftleitnuten beträgt 5,0 mm (Fig. 1 und 5).
Das U-förmig konfigurierte Rippenband 13 der Fig. 6
bis 8 besteht aus einer Vielzahl von Rippen 3a und die
Rippen 3a verbindenden Befestigungsleisten 14, 14a, wel
che zugleich auch der Festlegung des Rippenbands 13 an
den Wärmeaustauscherrohren 2 dienen. Die sich in der
Ebene E1-E1 erstreckenden Befestigungsleisten 14 verlau
fen parallel zu den in der Ebene E2-E2 angeordneten Befe
stigungsleisten 14a.
Die Rippen 3a sind in Längsrichtung in mehrere zick-zack-förmig
aufeinander folgende Felder 15 mit jeweils parallelen Nutenabschnitten 8a aufgegliedert. Die Nutenab
schnitte 8a bilden auch hier, wie bei der Ausführungsform
der Fig. 1 bis 5, Bestandteile von über die Länge der
Rippen 3a durchgehenden Luftleitnuten 7a.
Die Längskanten 16, 17 der Felder 15 verlaufen sowohl im
Winkel α, α1 zu den sich in den parallelen Ebenen E1-E1,
E2-E2 erstreckenden Befestigungsleisten 14, 14a als auch
im Winkel β, β1 zu der die Längskanten 18, 19 jeder Rippe
3a schneidenden Ebene E3-E3. Die Winkel α, α1, β, β1
betragen 14°.
Durch die um zwei durch den Flächenschwerpunkt FSP der
Felder 15 verlaufenden Achsen erfolgende Ausprägung der
schräg im Raum liegenden Felder 15 werden in Längsrich
tung der Rippen 3a schlanke dreieckförmige Bereiche 20
zwischen den Längskanten 16, 17 der Felder 15 und den
Längskanten 18, 19 der Rippen 3a gebildet.
Ansonsten entspricht die Ausbildung der Rippen 3a und der
an den Rippen 3a ausgeprägten Luftleitnuten 7a der Aus
bildung der Rippen 3 sowie der Luftleitnuten 7 der Aus
führungsform der Fig. 1 bis 5, so daß auf eine nochma
lige Erläuterung verzichtet werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Rippenrohr-Wärmeaustauscher
2 Wärmeaustauscherrohre
3 Rippen
3a Rippen v. 13
4 Oberflächen v. 2
5 Seitenflächen v. 3
6 Rippenenden
7 Luftleitnuten
7a Luftleitnuten
8 Nutenabschnitte
8a Nutenabschnitte
9 Übergangsabschnitte
10 Mittellinien v. 8, 8a
11 Krümmungsmittelpunkte v. 9
12 Schnittpunkt v. 10
13 Rippenband
14 Befestigungsleisten
14a Befestigungsleisten
15 Felder v. 3a
16 Längskanten v. 15
17 Längskanten v. 15
18 Längskanten v. 3a
19 Längskanten v. 3a
20 dreieckförmige Bereiche
α Winkel zw. 16 u. 14
α1 Winkel zw. 17 u. 15
β Winkel zw. 18 u. 16
β1 Winkel zw. 17 u. 19
A Abstand v. 2
A1 Abstand v. 3, 3a
A2 Abstand v. E
A3 Abstand 12 v. SL
A4 Abstand v. 10
B Breite v. 2
D Dicke v. 3, 3a
E Querebenen durch 11
E1-E1 Ebene v. 14
E2-E2 Ebene v. 14a
E3-E3 Ebene durch 18, 19
L Länge v. 2
R Radius v. 7, 7a
Rl Radius v. 9
SL Symmetrielinien v. 7, 7a
SR Strömungsrichtung der Kühlluft
T Tiefe v. 7, 7a
2 Wärmeaustauscherrohre
3 Rippen
3a Rippen v. 13
4 Oberflächen v. 2
5 Seitenflächen v. 3
6 Rippenenden
7 Luftleitnuten
7a Luftleitnuten
8 Nutenabschnitte
8a Nutenabschnitte
9 Übergangsabschnitte
10 Mittellinien v. 8, 8a
11 Krümmungsmittelpunkte v. 9
12 Schnittpunkt v. 10
13 Rippenband
14 Befestigungsleisten
14a Befestigungsleisten
15 Felder v. 3a
16 Längskanten v. 15
17 Längskanten v. 15
18 Längskanten v. 3a
19 Längskanten v. 3a
20 dreieckförmige Bereiche
α Winkel zw. 16 u. 14
α1 Winkel zw. 17 u. 15
β Winkel zw. 18 u. 16
β1 Winkel zw. 17 u. 19
A Abstand v. 2
A1 Abstand v. 3, 3a
A2 Abstand v. E
A3 Abstand 12 v. SL
A4 Abstand v. 10
B Breite v. 2
D Dicke v. 3, 3a
E Querebenen durch 11
E1-E1 Ebene v. 14
E2-E2 Ebene v. 14a
E3-E3 Ebene durch 18, 19
L Länge v. 2
R Radius v. 7, 7a
Rl Radius v. 9
SL Symmetrielinien v. 7, 7a
SR Strömungsrichtung der Kühlluft
T Tiefe v. 7, 7a
Claims (11)
1. Rippenrohr-Wärmeaustauscher, insbesondere zur Konden
sation der Abdämpfe großer Turbinenanlagen mittels
Kühlluft, welcher mit parallelen Rippen (3, 3a) ver
sehene Wärmeaustauscherrohre (2) aufweist, die in
Strömungsrichtung (SR) der Kühlluft einen länglichen
Querschnitt besitzen, dessen Länge (L) um ein Mehr
faches größer als seine Breite (B) bemessen ist, wo
bei sich die Rippen (3, 3a) parallel zur Strömungs
richtung (SR) der Kühlluft erstrecken und Strömungs
leiteinrichtungen (7, 7a) aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, daß als Strömungsleit
einrichtungen mehrere Luftleitnuten (7, 7a) vorgese
hen sind, die auf mindestens einer Seitenfläche (5)
der Rippen (3, 3a) ausgeprägt sind, in zick-zack-för
miger Konfiguration parallel nebeneinander verlaufen,
sich durchgehend längs der Strömungsrichtung (SR) der
Kühlluft erstrecken und an den Rippenenden (6) offen
sind.
2. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch
dadurch gekennzeichnet, daß die
zueinander abgewinkelten Nutenabschnitte (8, 8a) der
Luftleitnuten (7, 7a) geradlinig verlaufen.
3. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei
aufeinander folgende Nutenabschnitte (8, 8a) einer
Luftleitnute (7, 7a) durch einen bogenförmigen Über
gangsabschnitt (9) stufenlos miteinander verbunden
sind.
4. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die an beiden Längskanten (18, 19) mit in parallelen
Ebenen (E1-E1, E2-E2) sich erstreckenden, in
entgegengesetzte Richtungen weisenden Befestigungs
leisten (14, 14a) versehenen Rippen (3a) in Längs
richtung in mehrere zick-zack-förmig aufeinanderfol
gende Felder (15) mit jeweils parallelen Nutenab
schnitten (8a) aufgegliedert sind, wobei die Längs
kanten (16, 17) der Felder (15) sowohl im Winkel (α,
zu den Parallelebenen (E1-E1, E2-E2) als auch im
Winkel (β, β1) zu der beide Längskanten (18, 19)
einer Rippe (3a) schneidenden Ebene (E3-E3) ver
laufen.
5. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Winkel (α, α1; β, β1) gleich groß bemessen sind.
6. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergangsabschnitte (9, 9a) einen Radius (R1)
von 1,5 mm bis 3 mm aufweisen.
7. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (A2) zweier in Längsrichtung einer
Luftleitnute (7, 7a) aufeinander folgende Krümmungs
mittelpunkte (11) der Übergangsabschnitte (9) schnei
dender Querebenen (E) etwa 7,5 mm bis 25 mm, be
vorzugt etwa 10 mm, beträgt.
8. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schnittpunkt (12) der Mittellinien (10) von
zwei aufeinander folgenden Nutenabschnitten (8, 8a)
einer Luftleitnute (7, 7a) im Abstand (A3) von etwa
2,5 mm bis 5 mm, bevorzugt etwa 3,5 mm, von der Sym
metrielinie (SL) einer Luftleitnute (7, 7a) angeord
net ist.
9. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftleitnuten (7, 7a) einen halbkreisförmigen
Querschnitt mit einem Radius (R) und einer Tiefe (T)
von etwa 1 mm bis 2 mm, bevorzugt etwa 1,5 mm, auf
weisen.
10. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (A4) der Mittellinien (10) zweier be
nachbarter Luftleitnuten (7, 7a) etwa 4,5 mm bis
6 mm, bevorzugt etwa 5,0 mm, beträgt.
11. Rippenrohr-Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (A1) zweier benachbarter Rippen (3,
3a) etwa 2 mm bis 4 mm, bevorzugt etwa 3 mm, beträgt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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CA002162051A CA2162051A1 (en) | 1994-03-03 | 1995-02-23 | Finned tube heat exchanger |
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DE19503766A DE19503766C2 (de) | 1994-03-03 | 1995-02-04 | Rippenrohr-Wärmeaustauscher |
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DE19503766C2 true DE19503766C2 (de) | 1996-05-15 |
Family
ID=6511706
Family Applications (2)
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