DE69432234T2

DE69432234T2 - Rippenrohr- Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE69432234T2
Application number: DE69432234T
Authority: DE
Inventors: Toshinori Kure-shi Shigenaka; Tetsuo Kure-shi Mimura; Yukitaka Kure-shi Machida; Ikuo Kure-shi Kohtaka; Takahiro Kure-shi Marumoto
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date: 1993-07-21
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2014-07-21
Also published as: WO1995003520A1; DE69419121D1; EP0660062A4; US5617916A; EP0915313B1; EP0660062B1; DE69432234D1; KR950702695A; CN1112372A; EP0915313B9; EP0660062A1; DE69419121T2; EP0915313A3; KR100279334B1; EP0915313A2; CN1051151C

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr mit Lamellen, das durch helikales Wickeln einer gezahnten Lamelle um ein Rohr gebildet ist, einen Wärmetauscher mit Lamellenrohr, der solche Rohre mit Lamellen benutzt, und ein Wärmewiedergewinnungssystem mit einem solchen Wärmetauscher mit Lamellenrohr, der in einem Auspuffgasdurchlaß angeordnet ist.
HINTERGRUNDTECHNIK
Herkömmliche Lamellenstreifen, die um Rohre von beispielsweise Wärmetauschern zum Wiedergewinnen von Wärme aus Auspuffgas, das durch Verbrennung erzeugt wurde, gewickelt sind, sind diejenigen mit einem L-förmigen Querschnitt und Lamellen, die durch Schlitzen der Kante gebildet sind, und denjenigen mit einem U-förmigen Querschnitt und Lamellen, die durch Schlitzen von deren Kante gebildet sind. Offenbart in dem US-Patent Nr. 3 652 820 (Patentfamilie: Japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 55–42140) ist ein Wärmetauscher, der mit Lamellen versehene Rohre benutzt, jedes gebildet durch Wickeln eines Lamellenstreifens 4 mit Lamellen 3, getrennt durch Schlitze, um ein Rohr 1 und Verdrillen der Lamellen 3, wie es in 12 gezeigt ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4–126 997 einen Wärmetauscher vorgeschlagen, der mit Lamellen versehene Rohre benutzt, die jede Lamellen haben, die unter einem Neigungswinkel θ (3) in dem Bereich von 2° bis 20° zu einer geraden Linie geneigt sind, die senkrecht zu der Achse des Rohres liegt, und die ein Lamellen-Schlitz-Verhältnis H/h haben, wobei h die Höhe der Basis 2 des Lamellenstreifens 4 ist, von dem sich die Lamelle 3 erstreckt, d.h. ein Abschnitt des Lamellenstreifens 4, der nicht mit Schlitzen versehen ist (4), und H ist die Gesamthöhe des Lamellenstreifens 4 einschließlich der Lamellen 3, nicht kleiner als 1.5, bevorzugt in dem Bereich von 3 bis 15. Bei dem Lamellenstreifen des Standes der Technik mit einem L-förmigen Querschnitt und Lamellen, die durch Schlitzen des peripheren Abschnittes gebildet sind, wird der Lamellenstreifen an einem Rohr unter einem Einstellwinkel, d.h. einem La mellenneigungswinkel θ von 0° befestigt, nichts wird über das Lamellen-Schlitz-Verhältnis (H/h) betrachtet, das in der Erfindung genannt wurde, welche zuvor von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen worden war, und irgendwelche Einzelheiten über den Verdrillungswinkel der Lamellen des Lamellenstreifens werden nicht in die Betrachtung aufgenommen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung hatten keine Einzelheiten über den Verdrillungswinkel der Lamellen des Lamellenstreifens in Betracht gezogen, als sie die zuvor von den Erfindern vorgeschlagene Erfindung gemacht haben.
Die US 3 652 820 offenbart ein Wärmetauscherohr mit einer Anzahl segmentierter Lamellen, die sich unter rechten Winkeln von der Außenfläche des Rohres erstrecken. Die segmentierten Lamellen können von ihrem Basisabschnitt an mit einem Verdrillungswinkel von bis zu 35° verdrillt werden. Von dieser Anordnung der Lamellen wird gesagt, daß sie Turbulenz fördert und somit die Wärmeübertragungsrate erhöht. Jedoch macht der veranschaulichte Prozeß zum Bilden eines L-förmigen metallischen Streifens, insbesondere 3, es klar, daß die Lamellen in Relation zu ihrer Basis verdrillt werden, ohne daß man vom rechten Winkel zu der Achse des Rohres abweicht. D1 gibt keine Angabe darüber, daß eine Neigung der Lamellen in Bezug auf die Achse des Rohres abweichend von 90° eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeübergangs bieten könnte (Spalte 2, Zeile 43, 4).
Die JP 04-126997 offenbart einen Wärmetauscher mit Lamellenrohr, bei dem die Lamellen aus einem scheibenförmigen Element gebildet sind, das teilweise eine ungeschnittene Basis nahe dem Umfang des Rohres mit einem Verhältnis von H/h von 1.5 zu 15 läßt, wobei H die Höhe der geschnittenen Lamelle ist und h die Höhe des ungeschnittenen Basisabschnittes der Scheibe ist. Die gesamte Lamelle und ihr ungeschnittener Abschnitt sind von der Linie senkrecht zu der Achse des Rohres geneigt. Die Lamellen sind nicht verdrillt.
Die US-A 1 932 610 offenbart in unterschiedlichen Ausführungsformen ein Lamellenrohr mit verdrillten Lamellen und ein Lamellenrohr mit geneigten Lamellen, die um ein Rohr gewickelt sind. Eine Kombination aus verdrillten und geneigten Lamellen ist in dieser Referenz nicht gezeigt.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lamellenrohr mit einem Aufbau zur Verfügung zu stellen, der einen verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten hat. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher mit einem verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Wärmerückgewinnung zur Verfügung zu stellen, das mit einem Wärmetauscher mit einem verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten versehen ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Rohr mit Lamellen zur Verfügung, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Wärmetauscher zur Verfügung, der mit einer Vielzahl der zuvor genannten Rohre mit Lamellen versehen ist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Wärmerückgewinnungssystem wie in Anspruch 4 definiert zur Verfügung.
7 zeigt die Beziehung zwischen dem Verdrillungswinkel α der Lamellen des Lamellenstreifens und dem Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Neigungswinkel θ, d.h. der Winkel zwischen den Lamellen des Lamellenstreifens zu einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres, 10° beträgt. Wie es aus 7 offensichtlich ist, nimmt das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten mit der Zunahme des Verdrillungswinkels α von 2° auf 40° zu. Der Neigungswinkel θ der Lamellen muß 20° oder weniger betragen, da die benachbarten Wicklungen des Lamellenstreifens einander stören, wenn der Lamellenstreifen um das Rohr gewickelt wird, wenn der Neigungswinkel θ übermäßig groß ist, und ein Neigungswinkel θ kleiner als 2° ist nicht beim Verbessern der Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit des Rohres mit Lamellen effektiv. Daher liegt ein wünschenswerter Neigungswinkel θ in dem Bereich von 2° bis 20°.
Das Neigen der Lamellen um den Neigungswinkel θ trägt zur Verbesserung des Wirkungsgrades beim thermischen Übergang bei, und das Verdrillen der Lamellen mit dem Verdrillungswinkel α und das Neigen der Lamellen um den Neigungswinkel θ wirken beim Verbessern des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung.
Somit verbessert das Benutzen der Rohre mit Lamellen der vorliegenden Erfindung mit Lamellen, die um einen gegebenen Verdrillungswinkel α verdrillt sind, und um einen gegebenen Neigungswinkel θ geneigt sind, den Wärmeübertragungskoeffizienten, und das Rohr mit Lamellen der vorliegenden Erfindung hat einen Aufbau mit geringem Gewicht.
Vom Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags her ist es bevorzugt, daß das Lamellen-Schlitz-Verhältnis H/h der Lamellenstreifen der Rohre mit Lamellen 1.5 oder darüber ist, bevorzugt in dem Bereich von 3 bis 15.
Die höchste Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags kann sichergestellt werden, wenn das Verhältnis H/S, wobei H die Gesamthöhe des Lamellenstreifens und S die Teilung der Wicklungen des Lamellenstreifens 4 ist, wenn er um das Rohr 1 gewickelt ist (siehe 9), von ungefähr 3.0 bis ungefähr 8.0 liegt. Wenn das Verhältnis H/S in einem solchen Bereich liegt, kann das Gewicht des Rohres mit Lamellen weitgehend verringert werden.
Bei dem Rohr mit Lamellen der vorliegenden Erfindung kann der Lamellenstreifen vollständig zu einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres geneigt werden, oder nur die Lamellen des Lamellenstreifens können zu einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres geneigt werden.
Der Wärmetauscher, der mit den Rohren mit Lamellen der vorliegenden Erfindung versehen ist, ist bei Klimaanlagen, Reinigungsfiltern, Querstromgebläsen, Kühlschränken anwendbar, und somit ebenso bei der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Verbrennungsgas.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rohres mit Lamellen bei einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht für die Unterstützung beim Erläutern des Verdrillungswinkels der Lamellen des Lamellenstreifens des Rohres mit Lamellen der 1;
3 ist einen Längsschnittansicht des Rohres mit Lamellen der 1;
4 ist eine Draufsicht auf das Rohr mit Lamellen der 1, wenn man axial von einem Ende des Rohres mit Lamellen her sieht;
5 ist eine Längsschnittansicht eines Rohres mit Lamellen gemäß der EP 0 660 062 .
6 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten vom Neigungswinkel θ und vom Verdrillungswinkel α der Lamellen der Rohre mit Lamellen zeigt, welche die vorliegende Erfindung verkörpern;
7 ist eine graphische Darstellung, die die Variation des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten mit dem Verdrillungswinkel α von Rohren mit Lamellen, welche die vorliegende Erfindung verkörpern und gemäß der EP 0 660 062 zeigt.
8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Lamellen-Schlitz-Verhältnis des Lamellenstreifens und dem Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten der Rohre mit Lamellen zeigt, welche die vorliegende Erfindung verkörpern;
9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Gesamthöhe H des Lamellenstreifens eines Rohres mit Lamellen, das die vorliegende Erfindung verkörpert, zu der Teilung S der Wicklungen des Lamellenstreifens zeigt und das Verhältnis der Gewichtsreduktion des Rohres mit Lamellen für die Neigung θ der Lamellen des Rohres mit Lamellen als ein Parameter;
10(a) ist eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher, der mit Rohren mit Lamellen, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, versehen ist und innerhalb einer Auspuffgasleitung angeordnet ist, wobei die Längsachsen der Rohre mit Lamellen vertikal verlängert sind und die Lamellenstreifen nach unten geneigt sind, und 10(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A–A in 10(a);
11 ist eine gebrochene Längsschnittansicht zur Hilfe beim Erläutern von Problemen, die auftreten, wenn ein Wärmetauscher, der mit Rohren mit Lamellen versehen ist, innerhalb einer Auspuffgasleitung angeordnet wird, wobei die Lamellen der Rohre mit Lamellen nach oben geneigt sind; und
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Rohres mit Lamellen des Standes der Technik.
BESTE ART, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Teile, die gleich denen des zuvor beschriebenen Rohres mit Lamellen des Standes der Technik sind oder ihnen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es soll angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung in ihrer praktische Anwendung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, die hiernach genau beschrieben werden sollen.
Mit Bezug auf 1, die in einer perspektivischen Ansicht einen Wärmetauscher zeigt, welcher mit Rohren mit Lamellen versehen ist, die die vorliegende Erfindung verkörpern, ist das Rohr mit Lamellen gebildet, indem helikal ein Lamellenstreifen 4, der einen Basisabschnitt 2 und Lamellen 3 hat, um ein Rohr 1 gewickelt wird. 2 ist eine Hilfsansicht beim Erläutern des Verdrillungswinkels α der Lamellen 3 des Lamellenstreifens 4 der 1, d.h. dem Winkel der Lamellen 3 zu einer Kontaktlinie A, entlang der der Basisabschnitt 2 in Kontakt mit dem Rohr 1 ist. 3 ist eine Längsschnittansicht des Rohres mit Lamellen der 1, wobei eine Ebene, die den Basisabschnitt 2 und jede Lamelle des Lamellenstreifens 4, der um das Rohr 1 helikal gewunden ist, umfaßt, unter einem Neigungswinkel θ zu einer geraden Linie B senkrecht zu der Achse des Rohres 1 geneigt ist.
5 ist eine Längsschnittansicht eines Rohres mit Lamellen nach einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Rohr 1. Bei dieser Ausführungsform ist ein Lamellenstreifen 4 helikal um das Rohr 1 gewickelt, wobei sich dessen Basisabschnitt 2 entlang einer geraden Linie B senkrecht zu der Achse des Rohres 1 erstreckt, und nur die Lamellen 3 des Lamellenstreifens 4 sind unter einem Neigungswinkel θ geneigt, d.h. einem Winkel zwischen einer Ebene, die die Lamelle 3 des Lamellenstreifens 4 umfaßt, der helikal um den Außenumfang des Rohres 1 gewickelt ist, und einer geraden Linie B senkrecht zu der Achse des Rohres 1.
Gemessen Daten des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags des Rohres mit Lamellen, bei dem die Lamellen 3 des Lamellenstreifens 4 unter einem Neigungswinkel θ geneigt sind und unter einem Verdrillungswinkel α verdrillt sind, ist in den 6 und 7 gezeigt. In 6 geben durchgezogene Kreise die Variation des Verhältnis des Wärmeübertragungskoeffizienten mit der Reynoldszahl (Re) an, wenn sowohl der Verdrillungswinkel α als auch der Neigungswinkel θ Null sind, schwarze Dreiecke geben die Variation des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten mit der Reynoldszahl (Re) an, wenn der Neigungswinkel θ der Lamellen 3 Null ist, der Verdrillungswinkel α der Lamellen 3 30° beträgt und der Neigungswinkel θ des Basisabschnittes, d.h. der Winkel zwischen einer Ebene, welche den Basisabschnitt 2 des Lamellenstreifens 4 umfaßt, der helikal um das Rohr 1 gewickelt ist, und einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres 1 ist in dem Bereich von 0° bis 10°, und offene Kreise geben die Variation des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten mit der Reynoldszahl (Re) an, wenn ein Verdrillungswinkel α der Lamellen 30° ist und der Neigungswinkel θ einer Ebene, die den Basisabschnitt 2 und jede Lamelle 3 des Lamellenstreifens 4 umfaßt, 10° ist.
Das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten ist ein Vergleichswert des J-Faktors von Colburn mit einem spezifischen Referenzwert. In dieser Ausführungsform ist der spezifische Referenzwert des Wert des J-Faktors, der einem flächigen Kreis für Re = 20 × 10³ (sowohl der Verdrillungswinkel α als auch der Neigungswinkel θ des Lamellenstreifens 4 sind Null) in 6 entspricht.
Die Reynoldszahl Re wird ausgedrückt durch:
Re = DG/μ
wobei D der Außendurchmesser des Rohres ist, G die Massenstromrate des Auspuffgases ist und μ der dynamische Viskositätskoeffizient des Auspuffgases ist.
Bei dem Rohr mit Lamellen, das geprüft worden ist, um die Daten zu erhalten, die in 6 gezeigt sind, beträgt der Außendurchmesser des Rohres 31.8 mm, die Teilung der Wicklungen des Lamellenstreifens ist 3.63 mm, die Gesamthöhe des Lamellenstreifens ist 12.7 mm, die Dicke des Lamellenstreifens ist 1.2 mm, die Lamellendichte ist 7.0 Lamellen/Zoll und das Lamellen-Schlitz-Verhältnis (H/h) ist 2.5.
Wie es aus 6 offensichtlich ist, ist das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Verdrillungswinkel α der Lamellen 30° beträgt und der Neigungswinkel θ Null ist, höher als wenn sowohl der Verdrillungswinkel α als auch der Neigungswinkel θ der Lamellen 3 Null sind. Das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten ist noch weiter, wenn der Verdrillungswinkel α der Lamellen 30° beträgt und der Neigungswinkel θ derselben 10° beträgt. Es soll angemerkt sein, wie es durch die offenen Dreiecke angegeben ist, daß das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten unverändert bleibt, wenn nur der Neigungswinkel nur des Basisabschnittes 2 in dem Bereich von 0° bis 10° variiert wird, was beweist, daß der Neigungswinkel des Basisabschnittes 2 nicht zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags beiträgt. Die Daten, die durch offene Dreiecke angegeben sind, stehen für einen Zustand, wo der Neigungswinkel der Lamellen 3 Null ist, während die Daten, die durch offene Kreise bezeichnet sind, für einen Zustand stehen, in dem die Lamellen 3 unter einem Neigungswinkel θ geneigt sind. Wie es aus der Vergleichsuntersuchung der Daten, die durch offene Dreiecke bezeichnet sind, und denjenigen, die durch offen Kreise bezeichnet sind, offensichtlich wird, trägt die Neigung der Lamellen 3 unter einem Neigungswinkel θ zu der Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags bei. Demgemäß ist es aus den gemessenen Ergebnissen, die in 6 gezeigt sind, bekannt, daß das Neigen der Lamellen 3 des Lamellenstreifens 4 unter einem Neigungswinkel θ zusätzlich zum Verdrillen der Lamellen 3 mit einem Verdrillungswinkel α wirksam beim Vergrößern des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags ist.
7 zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses des Wärmeübertragungskoeffizienten auf den Verdrillungswinkel α der Lamellen 3. In dem Rohr mit Lamellen, das geprüft worden ist, um die Daten zu erhalten, die in 7 gezeigt sind, ist der Außendurchmesser des Rohres 31.8 mm, die Teilung der Wicklungen des Lamellenstreifens ist 3.63 mm, die Gesamthöhe des Lamellenstreifens ist 12.7 mm, die Dicke der Lamellenplatte ist 1.0 mm, der Neigungswinkel θ der Lamellen ist 10° und das Lamellen-Schlitz-Verhältnis (H/h) ist 2.5.
Wie es aus 7 offensichtlich ist, ist das Verhältnis der Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Lamellenstreifen 4 unter einem Neigungswinkel θ geneigt ist (3) (Daten durch offene Kreise angegeben) im wesentlichen gleich dem, wenn nur die Lamellen 3 unter einem Neigungswinkel θ geneigt sind (5) (Daten durch schwarze Kreise angegeben), der Wärmeübertragungskoeffizient ist groß, wenn der Verdrillungswinkel α in dem Bereich von 2° bis 40° liegt, und die Neigung des Basisabschnittes 2 zu einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres 1 trägt nicht zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags bei.
Es wird aus den 6 und 7 geschlossen, daß die Neigung des Basisabschnittes 2 des Lamellenstreifens 4 zu einer geraden Linie senkrecht zu der Achse des Rohres 1 beim Verbessern des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags nicht effektiv ist, während die Neigung der Lamellen 3 unter einem Neigungswinkel θ und das Verdrillen der Lamellen 3 unter einem Verdrillungswinkel α in dem Bereich von 2° bis 40° die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags des Rohres mit Lamellen vergrößert.
Der Lamellenstreifen 4 wird um das Rohr 1 gewickelt, wobei der Basisabschnitt 2 in Kontakt mit dem Außenumfang des Rohres 1 ist, und wird an das Rohr 1 durch Mikrowellenschweißen geschweißt. Der Neigungswinkel θ der Lamellen 3 muß 20° oder darunter sein, um das gegenseitige Stören der Lamellen 3 der benachbarten Wicklungen des Lamellenstreifens 4 zu verhindern, wenn der Lamellenstreifen 4 helikal um das Rohr 1 gewickelt wird und derselbe an das Rohr 1 geschweißt wird, und, da ein Neigungswinkel θ geringer als 2° nicht wirksam beim Verbessern der Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags ist, liegt ein gewünschter Neigungswinkel θ in dem Bereich von 2° bis 20°.
8 zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses der Wärmeübertragungskoeffizienten vom Lamellen-Schlitz-Verhältnis. Bei einem Rohr mit Lamellen, das geprüft worden ist, um die Daten zu erhalten, die in 8 gezeigt sind, ist der Außendurchmesser des Rohre 50.8 mm, die Teilung der Wicklungen des Lamellenstreifens ist 3.63 mm, die Gesamthöhe des Lamellenstreifens ist 19.05 mm, die Dicke des Lamellenstreifens ist 1.2 mm, der Verdrillungswinkel α ist 30° und der Neigungswinkel θ der Lamellen ist 10°.
Es ist aus Figur 8 bekannt, daß vom Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags her, bevorzugt das Lamellen-Schlitz-Verhältnis (H/h) 1.5 oder größer ist, weiter bevorzugt in dem Bereich von 3 bis 15. Wenn das Lamellen-Schlitz-Verhältnis H/h 1.5 oder darüber ist, bevorzugt in dem Bereich von 3 bis 15, ist die Breite von Falten, die in dem Basisabschnitt des Lamellenstreifens 4 gebildet werden, wenn der Lamellenstreifen 4 um das Rohr 1 gewickelt wird, klein, und Zugverlust, der von einem Wärmetauscher verursacht wird, der mit den Rohren mit Lamellen versehen ist und in einer Auspuffgasleitung angeordnet ist, wird verkleinert, was auch in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4–126997 der Erfinder der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
9 zeigt die Abhängigkeit des Effektes des H/S-Verhältnisses, d.h. das Verhältnis der Gesamthöhe H des Lamellenstreifens 4 zu der Teilung S der Wicklungen des Lamellenstreifens 4, der helikal um das Rohr 1 gewickelt ist, auf die Reduktion des Gewichtes des Rohres 1 mit Lamellen mit einem Aufau, wie er in 3 gezeigt ist. Bei den Rohren mit Lamellen, die geprüft worden sind, um die Daten zu erhalten, die in 9 gezeigt sind, sind der Verdrillungswinkel α der Lamellen 2 30°, die Gesamthöhe H des Lamellenstreifens 4 ist 19.05 mm und 12.7 mm, und die Neigungswinkel θ sind 4°, 8° bzw. 15°. Da der Zuwachs des Wirkungsgrades des Wärmeübertrags die Reduktion des Gewichtes des Wärmetauschers mit sich zieht, ist das Gewichtsreduktionsverhältnis des Wärmeübertragungsrohres ein Index für die Leistungsfähigkeit beim Wärmeübertrag.
Es ist aus 9 bekannt, daß die Leistungsfähigkeit beim Wärmeübertrag des Wärmeübertragungsrohres hoch ist, wenn das Verhältnis H/S in dem Bereich von ungefähr 3.0 bis ungefähr 8.0 ist, was effektiv beim Verbessern des Gewischtsreduktionsverhältnisses des Wärmeübertragungsrohres ist.
10(a) ist eine Draufsicht, die die Anordnung des Rohres 1 mit Lamellen eines Wärmetauschers zeigt, wenn der Wärmetauscher innerhalb einer Leitung 6 angeordnet ist, welche einen Strömungsdurchlaß für einen Gasstrom 5 bildet, wobei die Längsachsen der Rohre 1 mit Lamellen sich vertikal erstrecken, und 10(x) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A–A in 10(a). Bei der Ausführungsform, wie sie in den 10(a) und 10(x) gezeigt ist, sind die Lamellenstreifen 4 nach unten in Bezug auf die Achsen der Rohre 1 geneigt. Wenn die Lamellenstreifen 4 in Bezug auf die Achsen der Rohre 1 nach oben geneigt sind, wie es in 11 gezeigt ist, wird Waschwasser an den Verbindungen der Lamellenstreifen 4 und der Rohre 1 bleiben, wenn die Rohre mit Lamellen gewaschen werden, und das Waschwasser, das an den Verbindungen bleibt, wird die Korrosion des Wärmetauschers hervorrufen.
Wenn ein Wärmetauscher, nicht gezeigt, in der Verbrennungsgasleitung 6 angeordnet ist, wobei sich die Längsachsen der Rohre mit Lamellen horizontal erstrecken, tropft das Waschwasser leicht von den Rohren mit Lamellen ab, ungeachtet der Richtung der Neigung der Lamellenstreifen 4. Daher ist es wünschenswert, Rohre 1 mit Lamellen, deren Lamellenstreifen 4 in eine Richtung geneigt sind, und Rohre 1 mit Lamellen, deren Lamellenstreifen 4 in die entgegengesetzte Richtung geneigt sind, abwechselnd anzuordnen, da eine solche Anordnung von Rohre 1 mit Lamellen den Gasstrom 5 stört und den Wirkungsgrad beim Wärmetauschen verbessert.
Da die Rohre mit Lamellen der vorliegenden Erfindung einen komplizierten Aufbau haben, mit geringen Räumen, die zwischen den Wicklungen der Lamellenplatte 4 gebildet sind, die eine komplizierte Form für das Wärmetauschen hat, ist es wünschenswert, die Rohre mit Lamellen in einer Verbrennungsgasleitung zu benutzen, welche mit einer Verbrennungsmaschine verbunden ist, die sauberen Brennstoff verbrennt, so wie LNG, und das Verbrennungsgas, das aus der Verbrennungsmaschine ausgelassen wird, enthält kaum Staub und Schwefeloxide.
Wenn jedoch das Verbrennungsgas eine hohe Konzentration an Staub oder eine hohe Konzentration an Schwefeloxid hat, kann der Wärmetauscher, der mit den Rohren mit Lamellen der vorliegenden Erfindung versehen ist, in Kombination mit einer Waschvorrichtung in einer Leitung benutzt werden, durch die ein Verbrennungsgas mit einer hohen Staubkonzentration oder eine hohen Konzentration an Schwefeloxid strömt. Ein solches Verbrennungsgas wird denitriert, indem Ammoniumoxid benutzt wird. In manchen Fällen, wenn das Verbrennungsgas denitriert wird, setzt sich saures Ammoniumsulfat, das durch die Reaktion zwischen Schwefeloxiden und austretendem Ammoniumoxid erzeugt wird, auf den Rohren mit Lamellen ab. Es ist wahrscheinlich, daß Staub an den Rohren mit Lamellen anhaftet. In manchen Fällen kondensieren Schwefeloxide an den Rohren mit Lamellen auf der Seite, auf der die Temperatur vergleichsweise gering ist, und erzeugen schwefelige Säure. Jedoch können, wie oben erwähnt, die Ablagerungen, die an den Rohren mit Lamellen anhaften, in effektiver Weise entfernt werden, indem die Rohre mit Lamellen periodisch gewaschen werden. Demgemäß kann der Wärmetauscher, der mit den Rohren mit Lamellen der vorliegenden Erfindung versehen ist, als eine Vorrichtung Kessel mit einem Ofen angeordnet ist, so wie einem Kessel für die Energieerzeugung oder in einer Auspuffgasleitung für einen Wärmerückgewinnungsheizer.
Ein Kessel benutzt ein Rohr mit Lamellen, das in eine Vielzahl von Reihen aus Abschnitten gebogen ist, als ein Superheizerrohr, und ein Teil des Superheizerrohrs erstreckt sich außerhalb der Auspuffgasleitung als ein Kühlteil, und Wasser wird auf den Kühlteil durch eine temperaturreduzierende Vorrichtung gesprüht, um die Temperatur des überhitzten Dampfes zu steuern. Da Dampf kondensiert, wenn die Temperatur des überhitzten Dampfes auf eine Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur abgesenkt wird, muß Kühlwasser auf den Kühlteil des Überhitzungsrohres gesprüht werden, so daß die Temperatur des überhitzten Dampfes gut oberhalb der Sättigungstemperatur liegt und in dem Bereich von Überhitzungstemperaturen liegt, um die Kondensation des überhitzten Dampfes zu vermeiden. Daher ist es notwendig geworden, einen Teil des Überhitzungsrohres auf die Seite der vergleichsweise hohen Temperatur zu erstrecken, als ein Kühlteil für die temperaturreduzierende Vorrichtung. Wenn das Rohr mit Lamellen mit einer hohen Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrags gemäß der vorliegenden Erfindung als das Überhitzungsrohr benutzt wird, ist die Temperatur des Dampfes selbst in einem Teil des Überhitzungsrohres auf der Seite der vergleichsweise niedrigen Temperatur gut oberhalb der Sättigungstemperatur. Daher kann ein solcher Teil des Überhitzungsrohres nach außerhalb der Verbrennungsgasleitung erstreckt werden, um dieselbe als ein Kühlteil zu verwenden, und somit ist die Differenz zwischen der Temperatur des Kühlwassers und er des Kühlteils des Überhitzungsrohres relativ klein, was thermische Belastung verringert, die in das Überhitzungsrohr induziert wird und das Beschädigen des Kühlteils des Überhitzungsrohres vermeidet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der Wärmetauscher, der das Rohr mit Lamellen gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt, ist bei Klimaanlagen, Reinigungsfiltern, Querstromgebläsen, Kühlschränken und ebenso bei Wärmerückgewinnungsvorrichtung für die Rückgewinnung von Wärme aus Verbrennungsgasen anwendbar.

Claims

Rohr mit Lamellen, das umfaßt: eine Rohr (1) und einen Lamellenstreifen (4) mit Lamellen (3), die durch Bilden von Schlitzen einer vorbestimmten Länge in einem Lamellenabschnitt eines Streifens senkrecht zur Länge des Streifens zu vorbestimmten Intervallen gebildet sind und einen Basisabschnitt (2), in welchem kein Schlitz geformt ist und der helikal um das Rohr herum gewunden ist, so daß sich die Lamellen dessen im wesentlichen radial von dem Rohr erstrecken, bei dem die Lamellen in einem Verdrillungswinkel im Bereich von 2° bis 40° zu einer Kontaktlinie verdreht sind, entlang welcher der Basisabschnitt des Lamellenstreifens mit dem Rohr in Kontakt steht und sowohl der Basisabschnitt (2) als auch die Lamellen (3) in einem Neigungswinkel im Bereich von 2° bis 20° zu einer geraden Linie senkrecht zur Achse des Rohrs geneigt sind; und bei dem das Verhältnis H/h 1,5 oder darüber beträgt, wobei H die Gesamthöhe des Lamellenstreifens ist und h die Höhe des Basisabschnitts ist.
Rohr mit Lamellen gemäß Anspruch 1, bei dem das Verhältnis H/h im Bereich von 3,0 bis 8,0 liegt.
Wärmeaustauscher, der eine Vielzahl von Rohren mit Lamellen gemäß einem der voranstehenden Ansprüche umfaßt.
System zur Wärmerückgewinnung, das einen Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 3 umfaßt, bei dem die Rohre mit Lamellen innerhalb eines Durchgangs für Verbrennungsgase angeordnet sind, wobei die longitudinalen Achsen der Rohre mit Lamellen dieser sich vertikal erstrecken, so daß die Lamellen derer abwärts von einer geraden Linie senkrecht zur Achse der Rohre geneigt sind.
System zur Wärmerückgewinnung, das einen Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 3 umfaßt, bei dem die jeweiligen Richtungen der Neigungen der Lamellen und des Basisabschnitts der angrenzenden Rohre mit Lamellen einander gegenüberliegen, wobei die Rohre mit Lamellen in einem Durchgang für Verbrennungsgase angeordnet sind, und sich die longitudinalen Achsen der Rohre mit Lamellen horizontal erstrecken.