DE2245357A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Raypak Produkten N.V,

Sitz:
Kerkrade-West (Niederlande)

Wärmeaustauseher,

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rippenrohr mit in einem einzigen Arbeitsgang im Extrusionsverfahren als ununterbrochene Wendel aus der Rohrwandung herausextrudierten Rippen, wobei die Rippen mit der Rohrmantelfläche einen Winkel einschliessen, der kleiner als 90 ist, wie sie für Wärmeaustauscher in gasbeheizten Kesseln in Zentralheizungssysteme o.dgl. zur Anwendung gelangen, sowie auf einen mit solchen Rippenrohren ausgestatteten Wärmeaustauscher und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rippenrohres.

Bei diesen Wärmeaustauschern durchströmt das Wasser das Zentralrohr, während die Rauchgase die Rippen umströmen. Der Relativabstand der Rohrachsen ist gewöhnlich dem vom Rohrfabrikanten garantierten Höchstrippendurchmesser, gleich. Um unerwünschte Laute in einem gasbeheizten Kessel zu vermeiden, ist man auch dafür besorgt, dass die Rippen benachbarter Rohre des Wärmeaustauschers einander nicht berühren.

Bei gasbeheizten Kesseln begegnen die Rauchgase auf ihrem Wege nach dem Schornstein dem quer in ihrer Bahn liegenden Wärmeaustauscher und suchen immer den Weg des geringsten Widerstandes durch den Wärme-

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austauscher hindurch. Dabei strömt ein grosser Teil der Bauchgase über eine Bahn, die genau zwischen zwei Rippenrohren liegt, und zvar an der Grenze beider Rohre. Um einen besseren Nutzeffekt zu erhalten, hat man wohl über dem Raum zwischen zwei Rippenrohren Leitstreifen (baffles) vorgesehen, welche die zwischen die Rippen hindurchstromenden Gase auf beide Rohre zubiegen. Hiermit beherrscht man auch die Rauchgasgeschwindigkeit.

Zum Regeln der übertragung von Wärme von den Rauchgasen auf die Rippenrohre kann man nun die Leitstreifen verbreitern oder versehmalern, wodurch sich der zwischen don I eitstreifen verbleibende Durchlass, durch welchen die Gase entweichen können, verschmälert oder verbreitert. Zum Aufrechterhalten einer guten Verbrennung muss jedoch der Raum zwischen den Leitstreifen gross genug sein, um eine ordentliche Durchströmung der Verbrennungsgase zu gewähren.

Weiter ist es auch möglich, die Form der Leitstreifen zu Indern.

Ausser durch Konvektion werden die Rippenrohre auch durch Strahlung der Brennerflammen erhitzt. Ein Teil dieser Wärmestrahlen kann jedoch zwischen die Rippen und zwischen die Rohre und die Leitstreifen hindurch und gibt seine Wärme an die Rauchkappe ab. Auch hier gilt, je grosser der Raum zwischen den Rohren unter sich und zwischen den Leitstreifen unter sich, je mehr Strahlungswärme wird unverbraucht an die Rauchkappe abgegeben.

Die Erfindung bezweckt ein verbessertes Rippenrohr der eingangs erwähnten Art, sowie einen mit solchen Rippenronren ausgestatteten Wärmeaustauscher, sowie auch ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines solchen Rippenrohres.

Es sind dazu bei einem Rippenrohr der eingangs erwähnten Art die Rippen immer an einander diametral gegenüberliegenden Stellen mit wenigstens praktisch parallel zur Rohrachse abgebogenen Segmenten versehen.

Bemerkt sei, dass es an sich bereits bekannt ist, Rohrwendelrippen mit einander diametral gegenüberliegenden abgebogenen Segmenten zu versehen. Dabei jedoch stehen die Rippen senkrecht zu der Rohrmantelflache. Schliessen sie jedoch mit dieser einen spitzen Winkel' ein, lassen sich die Rippehsegmente in einfacher Weise abbiegen, und zwar mit zwei im wesentlichen flachen, parallelen Stempelteilen einer Presse.

In einem Wärmeaustauscher können solche Rohre derart angeordnet

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werden, dass die abgebogenen Segmente nebeneinander liegender Rohre entgegengesetzt gerichtet sind. Hierdurch wird eine besonders günstige Ausführungsform erhalten, durch die sich vermeiden lässt, dass Strahlungswärme unverbraucht an die Rauchkappe abgegeben wird.

Bemerkt sei, dass bei einem Wärmeaustauscher die abgebogenen Segmente eines Teiles der Rippenrohre in einer konkav gekrümmten Ebene liegen können und die abgebogenen Segmente der jeweils benachbarten Rippenrohre in einer konvex gekrümmten Ebene. Auch können die abgebogenen Segmente eines Rippenrohres immer in einer winkligen Ebene liegen.

Entsprechend einer Vorzugsausführungsform können bei einem Wärmeaustauscher versehen mit über den Rippenrohren befindlichen Leitblechen, diese Leitbleche durch Blechschrauben befestigt sein, welche zwischen abgebogene Segmente der Rippen jeweils eines Paares benachbarter, darunter liegender Rippenrohre einragen.Die Schäfte dieser Schrauben sind dann zwischen die einander .zugekehrten Seiten der abgebogenen Rippensegmente eingeklemmt. Eine solche Befestigung, bei der die Blechschrauben zweckmässig derart in die Bleche eingeschraubt sind, dass ihre Köpfe versenkt sind, lässt sich in einfacher Weise, preiswert und rasch durchführen und es sind trotzdem die Leitbleche festgehaltert.

Verwendet man Rippen, die einen spitzen Winkel mit der Mantelfläche des Rohres einschliessen, gewinnt man in einfacher Weise auch für ein im Extrusionsverfahren hergestelltes Rohr die Vorteile der abgebogenen Segmente, und zwar, dass sich bei gleicher Heizfläche der Rippen der Relativabstand der Rohre zum Erzielen einer gedrängteren Konstruktion verringen lässt, während der Abstand zwischen den Achsen der Rippenrohre nicht langer von der Toleranz des äusseren Rippendurchmessers bedingt wird, welche, wenn die Rippen im Extrusionsverfahren hergestellt werden, verhältnismässig gross ist. Weiter wird der Strahlungsbereich über dem Wärmeaustauscher geringer, wodurch der Nutzeffekt des Wärmeaustauschers verbessert wird.

Zur Klarstellung der Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Wärmeaustauschers beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein i3chaul)ild eines gasbeheizten Kessels mit

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Brennerbett und darüber angeordneten Wärmeaustauscher, in dem Teile der Kesselwandung weggebrochen sind;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt aveier bekannter Rippenrohre, die nebeneinander in einem Wärmeaustauscher nach Fig. 1 angeordnet sind j

Fig. 3 einen Vertikalschnitt eines Teiles des Wärmeaustauschers nach Fig. 1;

Fig. U einen Horizontalschnitt zweiter Rippenrohre in einem Wärmeaustauscher nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Rippenrohres nach Fig. h;

Fig. 6 einen Fig. 3 entsprechenden Vertikalschnitt eines Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung.

Nach Fig. 3 ist der Wärmeaustauscher 3 versehen mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Rotkupferrippenrohre h bis einschl. 7· Die Rippenrohre bestehen aus einem Rohrkorper 8 und das Rohr wendelartig umschlingenden Rippen 9» Rohre samt Wendelrippen werden gleichzeitig als ein Ganzes extrudiert. Betrachtung der Rohre im Horizontalschnitt lässt erkennen, dass die Rippen nicht senkrecht zum Rohr stehen, sondern in einem Winkel^ > der kleiner als 90 ist.

Bei dem bekannten Kessel nach den Figuren 1,2 und 3 sind die Rippenrohre einander parallel zwischen zwei schematisch angegebenen Wasserbehältern 21 und 22 angeordnet. Bei diesem Wärmeaustauscher durchströmt das Wasser die Rohre 8, während die Rauchgase zwischen die Rippen 9 hindurchströmen und ihre Wärme an diese Rippen und Rohre abgeben. Zwecks eines guten Nutzeffekts werden die Rohre einander möglichst nahe angeordnet. Der Relativabstand der Rohrachsen kommt in der Regel dem vom Rohrfabrikanten garantierten Hochetrippendurchmesser gleich, in dem Sinne, jedoch dass die Rippen benachbarter Rohre einander nicht berühren dürfen.

Um zu vermeiden, dass die Rauchgase im wesentlichen über den Weg des geringsten Widerstandes, d.h. über die Aussenseite der Rippen (siehe Pfeile) durch den Wärmeaustauscher hochstromen, sind jeweils in dem V-Raum zwischen zwei Rippenrohren Leitbleche (baffles) 10 vorgesehen (siehe Fig. 3).

Diese Leitbleche zwängen die Rauchgase in die durch Pfeile bezeichnete Bahn längs der Rippenrohr«:, in der sie an die Rippen mehl Wärme abgeben können. Auch lässt sich dann ihre Geschwindigkeit besser

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beherrschen.

Ausser durch Konvektion vrerden die Rippenrohre auch durch Strahlung erwärmt. Ein Teil der Wärmestrahlung trifft hierbei jedoch zwischen die Rippen hindurch auf die T. .nenseite der Rauchkappe auf, so dass diese Strahlungswärme verlorengeht. In Fig. 3 sind einige dieser Strahlungsbereiche über dem Wärmeaustauscher eingezeichnet und mit den Buchstaben A und ß bezeichnet.

Die Figuren h und 5 zeigen Rippenrohre gemäss der Erfindung im Schnitt bzw. Seibenansicht. Diese Kippenrohre sind in einer Presse etwas zusammengedruckt, wobei auf beiden Seiten ein Sektor 11, 12 der Rippen 9 abgebogen ist. WeiL die Rippen 9 nicht senkrecht zu dem Rohr 8 stehen, rund alle Sektoren 11, 12 bein Zusammendrücken nach der Seite abgebogen, an der die Rippen den Winkele/mit dem Rohr 8 eirischliessen.

Die abgebogenen Sektoren jeder Seite können, wie wiedergegeben, in einer ebenen Fläche liegen, aber selbstverständlich ist es auch möglich, die Sektoren konkav, winklig oder sonstig zu gestalten.

Durch die Abbiegung einander gegenüberliegender Sektoren der Rippenrohre entstehen einander dinmetral gegenüberliegende Flächen, welche is ermöglichen, die Rohre dichter zusammenzudrücken, wodurch der Durchlans für die Verbrennungsgase verengt wird (siehe Fig. S). Um jedoch die Oberflächen der Sektoren 11, 12 auch dann· voll auszunützen, wird ein geringer Abstand zwischen diesen Sektoren benachbarter Rippenrohre beibehalten. Die Rauchgase strömen dann sowohl, zwischen diese Sektoren, wie auch zwischen die Rippen 9 hindurch und geben durch Konvektion eine maximale Menpe Wärme an die Rippenrohre ab.

Zweckmässig werden die Rohre h' bis einschl. 7' derart nebeneinander angeordnet, dass die abgebogenen Teile 11, 12, wechselweise.in einer und der anderen Richtung zeigen (Figuren k und 6). Die einen übergreifen so, in Seitenansicht betrachtet, teilweise die öffnungen der anderen. Der Effekt davon ist, dass die Wärmestrahlen abgefangen werden iind dass folglich nur ein weit geringerer Teil der Strahlungswärme unbenutzt zwischen die Rippen hindurch entweicht (siehe Strahlungsbereiche A¹ und Β')· . .

Der Nutzeffekt eines gasbeheizten. Kessels mit dem.Wärmeaustauscher nach der Erfindung erweist sich als erheblicht besser .als der desselben Kessels mit einem het-kömmLiehen Wärmeaustauscher. Bei Ver-

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suchen zeigte sich, dass die durch die neue Konstruktion erzielte Nutzeffektverbesserung h% betrug.

Die Erfinduni¹; ist nicht auf Anwendung in gasbeheizten Kesseln beschränkt, sondern erstreckt sich nuf jeden Wärmeaustauscher mit praktisch aneinander grenzenden Rippenrohren.

Liegen die Abbiegungen 11, \2 eines Rippenrohrensatzes in einer konkaven Ebene, ordnet man zwischen diesen zweckmäsaig Rippenrohre mit in eine konvexe Ebene abgebogenen Teile an und zwar so, dass der Raiiri zwischen den abgebogenen Teilen über die volle Breite der Abbiegungen praktisch derseLbo ist.

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Claims (6)

1. A N S P R U E C H E

   f 1.y Rippenrohr, wie für Wärmeaustauscher, mit in einem einzigen Arbeitsgang im Extrusionsverfahren als ununterbrochene Wendel aus der Rohrwandung herausextrudierten Rippen, wobei die Rippen mit der Rohrmantelfläche einen Winkel einschliessen, der kleiner als 90 ist, dadurch gekennzeichnet, dass einander diametral gegenüberliegende Segmente der Rippen wenigstens praktisch parallel zu der Rohrachse abgebogen sind.
2. 2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebogenen Segmente auf wenigstens einer Seite des Rippenrohres in einer gekrümmten Ebene liegen.
3. 3· Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebogenen Segmente eines Rippenrohres in einer winkligen Ebene liegen.
4. h. Wärmeaustauscher mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Rippenrohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgebogenen Segmente nebeneinanderliegerder Rohre entgegengesetzt gerichtet sind.
5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch h, bei dem über den Rippenrohren Leitbleche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche mit Blechschrauben befestigt sind» die zwischen abgebogene Segmente der Rippen jeweils eines Paares benachbarter darunter befindlicher Rippenrohre einragen.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohres nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente der Rippen eines Rippenrohres mit extrudierten Rippen, die einen spitzen Winkel mit der Mantelfläche des Rohres einschliessen, zwischen zwei, in wesentlichen flach ausgeführten parallelen Stempelteilen einer Presse abgebogen werden.

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