DE2163951B2 - Wärmeaustauscher mit einem im Inneren eines von Fluid durchströmten Rohres angeordneten Störelement - Google Patents
Wärmeaustauscher mit einem im Inneren eines von Fluid durchströmten Rohres angeordneten StörelementInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher mit einem im Inneren eines von Fluid durchströmten
Rohres angeordneten Störelement, welches aus einem dünnen Metallband mit in Reihen angeordneten,
aus Durchbrechungen abgebogenen, vorspringenden Laschen besteht, deren abgebogene Enden an der
Rohrinnenwand anliegen.
Die aus der US-PS 23 59 288 bekannten herausgebogenen Laschen sind in sich geschlossen, so daß zwar eine
starke Durchwirbelung der Flüssigkeit hervorgerufen wird, sich dadurch aber eine starke Druckverminderung
einstellt. Die freien Enden der abgebogenen Laschen sind leicht umgebogen, so daß sich die kurzen
umgebogenen Endbereiche an die Innenwandung der Rohre anlegen können.
Das in der DD-PS 47 044 beschriebene Störelement weist aus Durchbrechungen abgebogene Laschen auf,
die ebenfalls in sich geschlossen sind. Durch die herausgebogenen Laschen entstehen Öffnungen im
Blechstreifen. Entsprechend dieser Ausbildung des Störelementes kann keine ausreichende Durchwirbelung des Strömungsmittels erfolgen und insofern auch
kein ausreichender Wärmeübergang, welcher den derzeitigen Anforderungen an die Wärmeaustauscher
gerecht wird.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten
Gattung derart weiterzubilden, daß bei geringem Druckverlust eine bessere Durchwirbelung des Strömungsmittels
erfolgen kann und dadurch ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ergebenden
Merkmale in Verbindung mit den Merkmalen des r> Oberbegriffs gelöst.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Wärmeabgabe eines Kohres beträchtlich zu vergrößern, ohne praktisch
den Druckabfall für die umlaufende Flüssigkeit zu erhöhen. Außerdem kann erfindungsgemäß die Wärmeabgabe
so vergleichmäßigt werden, daß sie längs eines Rohres großer Länge, d. h. mit einer Länge von
mehreren zehn Zentimerten, praktisch homogen wird, selbst wenn die Strömungsmenge des Strömungsmittels
innerhalb des Rohres klein ist. Ein weiterer Vorteil der ir>
Erfindung besteht darin, daß das Störelement oder die Störelemente in ein Austauscherrohr sehr leicht
eingesetzt werden können, ohne daß hierfür eine spätere Lötung vorgenommen werden muß.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jo ausden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Störelementabschnittes,
2r> F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Störelementabschnitt,
Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines anderen
Störelementabschnittes,
Fig.4 ein.in Querschnitt eines Wärmeaustauscherrohrs
mit einem erfindungsgemäßen Störelement,
F i g. 5 eine längsgeschnittene Teilansicht des Rohres der Fig.4 in größerem Maßstab, welche einen
besonderen, durch das erfindungsgemäße Störelement erhaltenen Effekt zeigt,
π F i g. 6 eine Teilschnittansicht mit einer Ausführungseinzelheit,
Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers und
Fi g. 8 einen der Fig. 7 entsprechenden Längsschnitt
'(ι eines anderen Wärmeaustauschers.
Fig. 1 zeigt ein Störelement in seiner einfachsten Ausführung. Das Störelement wird von einem dünnen
Metallband 1 gebildet, in welchem Durchbrechungen 2, 3, z. B. gemäß zwei parallelen Reihen: ausgebildet sind,
ι j obwohl diese Zahl keine Beschränkung darstellt. Je nach der Ausbildung des Austauscherrohres, in welches das
Störelement eingesetzt werden soll, kann nämlich die Zahl der Durchbrechungsreihen sowohl auf eine
beschränkt werden als auch größer als zwei sein.
>o Das zur Bildung der Durchbrechungen 2 und 3 ausgeschnittene Metall wird so umgebogen, daß Laschen 4, 4a entstehen, aus welchen Fenster 5 ausgeschnitten sind. Das Ende einer jeden Lasche ist in der bei 6 dargestellten Weise abgebogen, wobei sich '■>') dieses abgebogene Ende 6 an der Innenwand eines zur Aufnahme des Störelementes bestimmten Rohres 7 abstützen soll, wie in F i g. 5 dargestellt. Diese letztere Figur zeigt, daß das eingesetzte Störelement eine Zwischenwand innerhalb des Rohres bildet, welche Wi infolge der Durchbrechungen 2, 3 gelocht ist. Die Laschen 4, 4a bilden Teile, welche nur einen sehr geringen Druckabfall erzeugen, und zwar infolge ihrer Fenster 5, welche fast bis zu dem umgebogenen Teil 8 des Fußes der Lasche und bis zu dem an der Rohrwand ii"ι liegenden abgebogenen Ende 6 reichen, so daß sich nur die Dicke des die Lasche bildenden Metalls dem Umlauf der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles f\ widersetzt. Hierdurch wird eine Ablösung der Grenzschichten
>o Das zur Bildung der Durchbrechungen 2 und 3 ausgeschnittene Metall wird so umgebogen, daß Laschen 4, 4a entstehen, aus welchen Fenster 5 ausgeschnitten sind. Das Ende einer jeden Lasche ist in der bei 6 dargestellten Weise abgebogen, wobei sich '■>') dieses abgebogene Ende 6 an der Innenwand eines zur Aufnahme des Störelementes bestimmten Rohres 7 abstützen soll, wie in F i g. 5 dargestellt. Diese letztere Figur zeigt, daß das eingesetzte Störelement eine Zwischenwand innerhalb des Rohres bildet, welche Wi infolge der Durchbrechungen 2, 3 gelocht ist. Die Laschen 4, 4a bilden Teile, welche nur einen sehr geringen Druckabfall erzeugen, und zwar infolge ihrer Fenster 5, welche fast bis zu dem umgebogenen Teil 8 des Fußes der Lasche und bis zu dem an der Rohrwand ii"ι liegenden abgebogenen Ende 6 reichen, so daß sich nur die Dicke des die Lasche bildenden Metalls dem Umlauf der Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles f\ widersetzt. Hierdurch wird eine Ablösung der Grenzschichten
sowohl an der Stelle der von dem Störelement gebildeten mittleren Wand als auch an der Stelle der
Rohrwand ohne merklichen Druckverlust erzielt.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Störelement, welches zwischen den Durchbrechungen 2, 2a, von welchen aus
die Laschen ausgebildet sind, nacheinander querliegende Langlöcher 9 und seitliche Einschnitte 10, 11
aufweist. Diese Langlöcher und Einschnitte verringern den durch das Störelement verursachten Druckabfall
noch weiter, da durch Aussparungen des Metalls des Störelementes zwischen den Durchbrechungen die
benetzte Oberfläche desselben und somit der Druckabfall durch Reibung verringert wird. Außerdem erteilen
ihre Langlöcher und Einschnitte durch die abwechseln de Anordnung der in dem Rohr 7 strömenden
Flüssigkeit verschiedene Wege, wodurch die Durchwirbelung der Flüssigkeit verbessert wird.
Die Abmessungen der Langlöcher und Einschnitte können mehr oder weniger groß sein, damit bei zwei in
einer Flucht liegenden Störelementen die Laschen derselben einen mehr oder weniger großen Abstand
haben, wodurch die längs des ganzen Rohres 7 abgestrahlte Wärmemenge geregelt werden kann.
Das obige Störelement kann in das Rohr 7 eingesetzt werden, ohne daß es an die Innenwand desselben
angelötet werden muß, da die abgebogenen Enden 6 Anlageflächen bilden, welche groß genug sind, um eine
gute Wärmeübertragung auf die Wand des Rohres 7 zu gewährleisten. Damit diese Anlage möglichst einwandfrei
erfolgt und um eine Verschiebung des Störelementes innerhalb des Rohres zu verhindern, werden, wie in
F i g. 6 dargestellt, die Laschen 4, Aa bei der Herstellung stärker abgebogen, als dies erforderlich ist. Wenn dann
das Störelement in das Rohr in Richtung des Pfeiles /j
eingeschoben wird, werden die Laschen etwas zurückgebogen, und die Enden 6 legen sich gegen die Innenwand
des Rohres. Wie man in dieser Figur sieht, ist dann die Schräglage der Laschen in dem durch den Pfeil
f\ dargestellten Strömungssinn gerichtet, so daß der auf die Laschen von der strömenden Flüssigkeit ausgeübte
Druck ein Anstemmen der Laschen gegen die Wand des Rohres bewirkt.
Damit das Störelement gut in dem Rohr gehalten wird, ist es, wie in F i g. 1 dargestellt, zweckmäßig, daß
die Laschen von zwei Reihen abwechselnd in dem einen und dem anderen Sinn umgebogen sind, so daß sie
schachbrettartig angeordnet sind, was außerdem die Durchwirbelung der strömenden Flüssigkeit verbessert.
F i g. 3 zeigt ein weiteres Merkmal, gemäß welchem die seitlichen Ränder des Bandes 1 in der bei 12
dargestellten Weise umgebogen werden, wodurch das Störelement versteift und seine Einführung in das Rohr
7 erleichtert wird, indem sich die umgebogenen Ränder 12 an den Seiten des Rohres abstützen, wie dies in
F i g. 4 dargestellt ist.
F i g. 7 zeigt einen Wärmeaustauscher, welcher durch das, mehrere in der oben beschriebenen Weise
ausgeführte Störelemente enthaltende, Rohr 7 gebildet wird, wobei die Ausbildung so getroffen ist, daß der
Austauscher über seine ganze Länge eine etwa • gleichmäßige Wärmemenge abführt.
Das Rohr 7 ist außen mit Strahlgliedern 13 versehen und enthält in seinem in dem durch den Pfeil /i
angedeuteten Strömungssinn der Flüssigkeit strömungsaufwärts liegenden Abschnitt ein erstes Störele-
■■· ment li,dessen Laschen 4 auseinanderliegen, d. h. dieses
erste Störelement ist z. B. in der in F i g. 2 oder in F i g. 3
dargestellten Weise mit querliegenden Langlöchern 9 und seitlichen Einschnitten 10, 11 großer Breite
hergestellt.
ι Das Rohr 7 enthält anschließend ein zweites Störelement I2, welches mit dem ersten in einer Flucht
liegt, dessen Laschen 4 jedoch einander näher liegen, was durch Verringerung der Breite der Langlöcher 9
und der Einschnitte 10, 11 erzielt wird, und hierauf ein
■'. drittes Störelement Ij. welches wie in F i g. 1 ausgeführt
ist, d. h. keine Langlöcher 9 und keine Einschnitte 10,11
enthält.
Hierdurch wird die in dem Rohr 7 strömende Flüssigkeit immer stärker gestört, was die Wärmeabfuhr
■■ selbst bei geringen Strömungsmengen der Flüssigkeit
vergleichmäßigt.
Fig.8 zeigi die Ausführung eines anderen Wärmeaustauschers
mit zwei Rohren 7|, 72, welche beide außen mit Strahlgliedern 13 versehen sind. Das in dem oberen
.1' Teil des Austauschers angeordnete Rohr Ί\ enthält ein
Siörelement la, welches in der oben unter Bezugnahme
auf Fig.7 beschriebenen Weise ausgebildet sein kann. Das Gleiche gilt für das ein Störelement Xb enthaltene
Rohr 72. Zweckmäßig liegen jedoch, wie in der
:'· Zeichnung dargestellt, die Laschen des Störelementes oder der Störelemente \b näher aneinander als die
Laschen des Störelementes oder der Störelemente la, so daß das Rohr 72 eine größere Wärmemenge abführt.
Eine derartige Anordnung findet eine vorteilhafte
■·■' Anwendung bei der Herstellung von Heizkörpern für
Kraftfahrzeuge, bei welchen der untere Teil des Passagierraumes stärker geheizt werden soll als die
Windschutzscheibe. Wenn dieser Eigenschaft besondere Bedeutung zukommen soll, sind, wie in der Zeichnung
·! 1 dargestellt, die Strahlglieder 13 der Rohre 7\, !2 durch
eine Wand oder einen Schirm 14 getrennt, welcher durch eine dünne Metallfolie gebildet werden kann, aber
vorzugsweise aus Kunststoff oder einem anderen Isolierstoff besteht, um die beiden dann durch die Rohre
>i 7| und 72 gebildeten Austauschkreise scharf voneinander
zu trennen. Die äußeren Strahlglieder der Rohre 7| und
72 können von Folien 15 bzw. 16 überdeckt werden, welche so Führungskanäle für Luft oder ein anderes Gas
abgrenzen, welches durch die in den Rohren 7|, 72
ν; strömende Flüssigkeit erwärmt oder abgekühlt werden soll.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Wärmeaustauscher mit einem im Inneren eines von Fluid durchströmten Rohres angeordneten
Störelement, welches aus einem dünnen Metallband mit in Reihen angeordneten, aus Durchbrechungen
abgebogenen, vorspringenden Laschen besteht, deren abgebogene Enden an der Rohrinnenwand
anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (4) jeweils mit einem Fenster (5)
versehen sind und daß in dem Metallband (1) zusätzlich zwischen den Durchbrechungen (2) quer
angeordnete Ausnehmungen (9, 10, 11) vorgesehen sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen zwischen
den Durchbrechungen (2) durch abwechselnd quer angeordnete Langlöcher (9) und an beiden Seiten
des Metallbandes (1) vorgesehene Einschnitte (10, U) gebildet sind.
3. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fenster (5)
von der Nähe des Fußes einer jeden Lasche (4, Aa) bis zu dem sich an der Innenwand des Rohres (7)
abstützenden abgebogenen Ende (6) und über den größten Teil der Breite des Fußes erstreckt.
4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der
Laschen (4) in Strömungsrichtung des Fluids abnimmt.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der
Laschen (4) in benachbarten Rohren (7|, 7;)
unterschiedlich groß ist.
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