DE3915208A1 - Turbulenzeinlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbulenzeinlage, vorzugsweise für Wärmetauscherrohre mit einem ovalen oder flachen Querschnitt, der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Turbulenz­ einlage ist beispielsweise aus der DE-AS 12 92 826, US-PS 26 91 991 und FR-OS 25 14 485 bekannt. Diese zum Stand der Technik genannten Ausführungen benötigen je­ doch zur Verwirbelung des Wärmetauscherfluids abgewin­ kelte Teile. Diese abgewinkelten Teile des Streifens haben den Nachteil, daß sie einen großen Druckabfall bewirken, und außerdem ist das Einschieben in das Wär­ metauscherrohr problematisch, da die quer zur Einschub­ richtung gerichteten Abwinkelungen zum Verhaken am Roh­ rende neigen. Es ist darüberhinaus aus der EP-OS 01 84 544 eine Turbulenzeinlage bekannt, die aus einem Strei­ fen mit sich ständig ändernder Breite, der anschließend zu einer Wendel geformt wird, besteht. Dabei ist es zu­ nächst erforderlich, einen ebenen Streifen zu fertigen, der gewellte Ränder aufweist, wobei die Wellung eine wesentliche Änderung der Breite des Streifens erzeugt. Danach ist in einem weiteren Arbeitsgang der Streifen so zu verdrillen, daß die Hüllkurve exakt dem Quer­ schnitt des Ovalrohrs entspricht.

Aus der GB-OS 21 93 304 ist eine Turbulenzeinlage für Rundrohre bekannt, die aus einem quer zur Längsrichtung der Turbulenzeinlage über deren gesamte Breite gewell­ ten Streifen besteht, der zusätzlich um die Längsachse verdrillt ist. Aufgrund der über die gesamte Breite durchgehenden Querwellung ist die Turbulenzeinlage in Längsrichtung gesehen sehr labil und eignet sich daher nicht für ein maschinelles Einschieben in die Wärme­ tauscherrohre.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbulenzeinlage der gattungsgemäßen Art zu schaf­ fen, die auf einfache Weise herstellbar ist, eine große Steifigkeit in Längsrichtung aufweist und auf einfache Weise in die Wärmetauscherrohre einschiebbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Turbulenz­ einlage durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile dieser Tur­ bulenzeinlage sind darin zu sehen, daß sie auf einfache Weise als Endlosware in einem Rollenwerkzeug herstell­ bar ist, keine hervorstehenden Kanten den automatischen Einschubprozeß in die Wärmetauscherrohre behindern und außerdem eine gute Verwirbelung bei sehr niedrigem Druckabfall erreicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Wellenformen an beiden Rändern des Streifens gleiche Wellenlängen und Amplituden aufweisen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich, daß einem Wellenberg auf einer Seite des Streifens ein Wellental auf der anderen Seite des Streifens gegenüberliegt. Das führt dazu, daß eine möglichst große Zahl gegenüberliegender Abstütz­ punkte der Turbulenzeinlage im Oval- oder Flachrohr geschaffen werden, durch die Vibrationen der Turbulen­ zeinlage im Wärmetauscherrohr vermieden werden.

Zur Erhöhung der Steifigkeit in Längsrichtung kann ent­ lang der Mittelachse eine Sicke vorgesehen sein. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Amplitude der Wellung so zu bemessen, daß sie etwa 1/5 bis 1/10 der Breite des Streifens beträgt. Da der Streifen den Quer­ schnitt des Wärmetauscherrohres im wesentlichen in zwei Kammern unterteilt, ist es zweckmäßig, Mittel vorzuse­ hen, durch die der Durchtritt des Wärmetauscherfluids von einer Seite der Turbulenzeinlage auf die andere Seite möglich ist. Diese Mittel können in Form von aus­ gestanzten Löchern oder haubenartigen Ausprägungen vor­ gesehen sein.

Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Turbulenzeinlage besteht darin, daß entlang der Mittel­ achse wechselseitig zu beiden Seiten einer Normalebene ausgeprägte Sicken angeordnet sind. Diese wechselseiti­ ge Anordnung der Sicken führt nicht nur zu einer Ver­ besserung der Stabilität der Turbulenzeinlage in Längs­ richtung, sondern bewirkt außerdem eine weitere Verwir­ belung des Wärmetauscherfluids. Es ist dabei möglich, die Sicken ohne Abstand aufeinanderfolgend anzuordnen oder zwischen zwei benachbarten Sicken einen gestreck­ ten Abschnitt vorzusehen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Sicken stirnsteitig offen sind, so daß dabei weitere Strömungsaufteilungen und Übertritte von einer Seite der Turbulenzeinlage auf die andere er­ reicht werden.

Alternativ zu den bereits genannten Verwirbelungsmit­ teln können entlang der Mittelachse halbkugelförmige Ausprägungen vorgesehen sein, die wechselseitig auf beiden Seiten der Normalebene angeordnet sind. Diese verhindern, daß sich entlang der Mittelachse eine an der Turbulenzeinlage anliegende Strömung ohne Verwirbe­ lung bildet. Es ist vorteilhaft, daß die Sicken und/oder Ausprägungen eine Höhe aufweisen, die der Amplitu­ de der Wellung entspricht. Dies ist insbesondere bei Flachrohren mit im wesentlichen parallelen Seitenwänden günstig, da die Hüllkurve der Turbulenzeinlage den In­ nenquerschnitt des Flachrohres nicht überschreitet. Al­ ternativ zu der bereits genannten gleichmäßigen Wellung an beiden Rändern des Streifens mit um einen bestimmten Betrag versetzter Anordnung kann die Turbulenzeinlage auch so gestaltet sein, daß an den Rändern Wellungen mit unterschiedlicher Wellenlänge aber gleicher Ampli­ tude vorhanden sind. Durch diese Maßnahme ändert sich die Hüllkurve für die Turbulenzeinlage nicht, so daß Nachteile bezüglich des Einschiebens in das Wärmetau­ scherrohr nicht entstehen.

Ausführungbeispiele der Turbulenzeinlage sind nachste­ hend anhand der Zeichnung näher erläutert:
In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Turbulenzeinlage,

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III in Fig. 1,

Fig. 4a einen Schnitt nach der Linie IV/IV in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4b einen Schnitt durch ein Oval­ rohr mit Turbulenzeinlage gemäß Fig. 4a,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit V-V in Fig. 2,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante zu Fig. 4 mit zusätzlichen Turbu­ lenzerzeugern,

Fig. 9 eine Ansicht gemäß Pfeil IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsvarian­ te zu Fig. 1,

Fig. 11 eine Ansicht nach Linie XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII in Fig. 10,

Fig. 13 eine Ausführungsvariante zu Fig. 12,

Fig. 14 eine Ansicht gemäß Pfeil XIV in Fig. 13,

Fig. 15 eine Ansicht gemäß Linie XV-XV in Fig. 14,

Fig. 16 einen vergrößerten Ausschnitt eines Längsschnitts entlang der Mittelachse mit haubenförmiger Ausprägung,

Fig. 17 und 18 weitere Ausführungsvarianten zu Fig. 5.

In Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage 1 gezeigt, die aus einem besonders geformten Streifen 1′, beispielsweise aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke von ca. 0,3 mm, besteht. Entlang der Mittelachse M der Turbulenzeinlage 1 ist eine Sicke 2 eingeprägt, die der Turbulenzeinlage 1 in Längsrichtung eine besse­ re Steifigkeit verleiht. Zu beiden Seiten der Sicke 2 ist die Turbulenzeinlage 1 mit gleichen Wellenformen 3 und 4 versehen, die gegeneinander derart versetzt sind, daß einem Wellenberg auf einer Seite ein Wellental auf der anderen Seite gegenüber liegt. Das bedeutet, daß die Wellung 3 gegenüber der Wellung 4 um eine halbe Wellenlänge versetzt ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage 1, aus der die Wellenformen 3 bzw. 4 und deren versetzte Anordnung ersichtlich ist. Die Wellenformen 3 und 4 sind so gestaltet, daß deren Übergang von jeweils einem Wellenberg zu einem Wellental in der normalen Streifen­ ebene liegt. Die Wellenlänge ist mit L und die Amplitu­ de der Wellen ist mit A bezeichnet.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzel­ heit III in Fig. 1 gezeigt, wobei die Turbulenzeinlage wiederum mit dem Bezugszeichen 1 und die entlang der Mittelachse verlaufende Sicke mit 2 bezeichnet ist. Die Wellenformen 3 und 4 erstrecken sich jeweils entlang der Ränder der Turbulenzeinlage 1, wobei mit den paral­ lel verlaufenden Kreislinien ein Wellental 5 und diesem gegenüberliegend ein Wellenberg 6 der Wellenform 3 dar­ gestellt ist. Bedingt durch die Verformung des ebenen Blechstreifens zur Erzeugung der Wellenform ergibt sich gegenüber der Normalbreite des Blechstreifens eine ge­ ringfügige Einschnürung, wie dies ebenfalls aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 3 zu ersehen ist.

Fig. 4a zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Die aus einem dün­ nen Blechstreifen gebildete Turbulenzeinlage 1 besitzt in der Mittelachse M eine über die gesamte Länge des Blechstreifens gleichbleibende Sicke 2, zu deren Seiten die Wellenformen 3 und 4 angeordnet sind. Aus dieser Darstellung ist ebenfalls ersichtlich, daß die Breite B des Blechstreifens in der Neutralebene 7 etwas größer ist als die Breite der Turbulenzeinlage 1 im Bereich von Wellental 5 und Wellenberg 6. Die Amplitude der Wellung 3 ist am Wellenberg 6 mit A bezeichnet.

Fig. 4b zeigt einen Querschnitt durch ein ovales Wär­ metauscherrohr 16, in dem eine Turbulenzeinlage 1 ange­ ordnet ist, wie sie in Fig. 4a näher erläutert ist. Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß sich durch die jeweils gegenüberliegenden Wellenberge 6 und Wel­ lentäler 5 eine große Zahl von Abstützflächen, die ent­ gegengesetzt angeordnet sind, ergibt.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Turbu­ lenzeinlage 1 gemäß Einzelheit V in Fig. 2. Dabei sieht man auf die Randwellung 4 der Turbulenzeinlage 1 mit einem Wellental 5 und einem Wellenberg 6. Der Übergang vom Wellental 5 zum Wellenberg 6 erfolgt spiegelbild­ lich zur Wellenform 3.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante der Turbulenzein­ lage 1 gemäß Fig. 1, bei der zwischen den seitlichen Wellenformen 3 und 4 entlang der Sicke 2 in regelmäßi­ gen Abständen ausgestanzte Öffnungen 8 vorgesehen sind. Diese ausgestanzten Öffnungen ermöglichen den Durch­ tritt des Wärmetauscherfluids von einer Seite der Tur­ bulenzeinlage 1 auf die andere Seite und erzeugen zudem weitere Turbulenzen.

In Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzel­ heit VII aus Fig. 6 gezeigt, wobei durch diese Darstel­ lung deutlich wird, daß die Öffnungen 8 - in Längsrich­ tung des Blechstreifens gesehen - in der Mitte zwischen den Amplituden der Wellenform, d.h. zwischen Wellental 5 und Wellenberg 6 liegen, und zwar auf der Mittel­ achse M.

Eine Ausführungsvariante zu Fig. 4a ist in Fig. 8 ge­ zeigt, die sich von der beschriebenen Fig. 4a dadurch unterscheidet, daß im Bereich der Sicke 2 in regelmäßi­ gen Abständen halbkugelförmige Ausprägungen 9 angeord­ net sind. Diese Ausprägungen 9 können wechselweise zu beiden Seiten der Normalebene 7 des Blechstreifens an­ geordnet sein, es ist jedoch auch möglich, alle Ausprä­ gungen 9 auf einer Seite auszurichten. Aus Fig. 9 geht hervor, daß die Ausprägungen 9 wechselseitig angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Ausprägungen 9 ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der Wellenform 3 bzw. 4 beträgt und die Ausprägungen 9 auf der Höhe des Übergangsbereichs zwi­ schen Wellental und Wellenberg liegen.

Eine weitere Ausführungsvariante der Turbulenzeinlage 1 ist in Fig. 10 gezeigt, die sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß in der Mittel­ achse Sicken 10 und 11 wechselseitig angeordnet sind, d.h. auf eine nach oben herausgedrückte Sicke 10 be­ stimmter Länge folgt eine nach unten herausgedrückte Sicke 11 der gleichen Länge usw. Die Stirnseiten der Sicken sind offen, so daß sie als fluidführende Kanäle wirken und sich durch die wechselseitige Anordnung eine Fluidführung von einer Seite der Turbulenzeinlage 1 auf die andere Seite ergibt.

Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht der Turbulenzeinlage 1 gemäß Fig. 10, wobei ersichtlich ist, daß die ausge­ prägten Sicken 10 und 11 etwa die Höhe der Amplituden der Wellenform besitzen.

In Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie XII-XII gemäß Fig. 10 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Die Turbu­ lenzeinlage 1 weist dabei ebenso wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen die seitlichen Wellenformen 3 und 4 auf. Im Bereich der Mittelachse sind die wechselsei­ tig ausgeprägten Sicken 10 und 11 gezeigt, wobei diese Sicken etwa die gleiche Höhe haben wie die Amplitude der Wellenform 3 bzw. 4.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 12, wo­ bei der Unterschied darin besteht, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten mit Sicken 10 und 11 ein Abschnitt ohne Sicke vorgesehen ist, in dem sich das Blech der Turbulenzeinlage 1 in einem gestreckten Abschnitt 12 zwischen den seitlichen Rändern mit der Wellenform 3 und 4 erstreckt. Daß sich zwischen den Sicken 10 und 11 ein Bereich mit einem gestreckten Ab­ schnitt 12 befindet ist aus Fig. 14 zu ersehen, die eine Ansicht gemäß Pfeil XIV in Fig. 13 zeigt.

Fig. 15 zeigt eine Ansicht gemäß Linie XV-XV in Fig. 14. Diese Figur zeigt die Turbulenzeinlage 1 mit den entlang der Ränder angeordneten Wellenformen 3 und 4 sowie den jeweils sich gegenüberliegenden Wellentälern 5 bzw. Wellenbergen 6. Entlang der Mittelachse er­ streckt sich die Sicke 11, die sich an einen Bereich mit gestrecktem Blechabschnitt 12 zwischen den Wellen­ formen 3 und 4 anschließt.

In Fig. 16 ist ein Abschnitt eines Längsschnittes ent­ lang der Mittelachse gezeigt, wobei zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids haubenförmige Ausprägungen 13 mit einer offenen Seite 14 vorgesehen sind.

Die Fig. 17 und 18 zeigen Ausführungsvarianten zu Fig. 5, wobei in Fig. 17 gleiche Wellungen 3, 4 um einen Abstand zueinander versetzt sind, der geringer als die halbe Wellenlänge ist. Fig. 18 zeigt eine Turbulenzein­ lage 1, bei der die Wellung 14 auf einer Seite des Streifens eine andere Wellenlänge besitzt als die Wel­ lung 15 auf der anderen Seite.

Neben dem als Beispiel genannten Aluminiumblech können für die beschriebene Turbulenzeinlage auch andere Mate­ rialien in Betracht gezogen werden, unter anderem auch Kunststoffe.

Claims (13)

1. Turbulenzeinlage, vorzugsweise für Wärmetauscher­ rohre mit einem ovalen oder flachen Querschnitt, die im wesentlichen aus einem flachen Streifen be­ steht und in Längsrichtung des Streifens gesehen zu beiden Seiten der Streifenebene Verformungen aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß auf jeder Seite neben einer Mittel­ achse (M) des Streifens (1′) sich entlang der Streifenränder Wellenformen (3, 4, 14, 15) er­ strecken, die bezogen auf die Längsrichtung des Streifens (1′) versetzt zu einander angeordnet sind und/oder unterschiedliche Wellenlängen (L) besit­ zen.

2. Turbulenzeinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenfor­ men (3, 4) an beiden Rändern des Streifens (1′) gleiche Wellenlängen (L) und Amplituden (A) aufwei­ sen und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinan­ der angeordnet sind.

3. Turbulenzeinlage nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) eine Sicke (2) angeord­ net ist.

4. Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Amplitude (A) der Wellung zwi­ schen 1/5 und 1/10 der Breite (B) des Streifens (1′) beträgt.

5. Turbulenzeinlage nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß entlang der Mittelachse (M) Öffnungen (8) zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids angeord­ net sind.

6. Turbulenzeinlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch ausgestanzte Löcher (8) oder haubenartige Ausprägungen (13) gebildet sind.

7. Turbulenzeinlage nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig zu beiden Seiten einer Normalebene (7) ausgeprägte Sicken (10, 11) angeordnet sind.

8. Turbulenzeinlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (10, 11) ohne Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind.

9. Turbulenzeinlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Sicken (10, 11) ein gestreckter Ab­ schnitt (12) angeordnet ist.

10. Turbulenzeinlage nach Anspruch 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der Sicken (10, 11) offen sind.

11. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Mittelachse (M) wechselseitig auf bei­ den Seiten der Normalebene (7) angeordnete, halbku­ gelförmige Ausprägungen (9) vorgesehen sind.

12. Turbulenzeinlage nach einem der Ansprüche 3 oder 6 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sicken (2, 10, 11) und/oder Aus­ prägungen (9, 13) eine Höhe aufweisen, die der Am­ plitude (A) der Wellung (3, 4) entspricht.

13. Turbulenzeinlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Wellen (14) auf einer Seite des Streifens (1′) maximal das 2fache der Wellenlänge der Wellung (15) auf der anderen Seite beträgt.