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| Die Erfindung bezieht sich auf einen Wircaeaustauscher |
| mit natürlicher Konvektion nach Art eines 'rontlensators |
| otl#3r Verdampfers für Kältemaschinen, mit eine: ebenen, |
| im S@a@entlichen oarikr,echt liegenden Platt,, mit einer |
| hohrschlange, 111o mehrere, zueinander paraLLele, in der |
| Ebene der Platte Liegende Schenkel hat, t4obei die |
| Platte zwischen ;Ion "t:rienkeln zier Rohrschlange ange- |
| orJineta und in 111:r llöha gestaffelte Stege trägt, von |
| ,lenen eitizalne eritHatler auf .. .. ° aiti,.3n oder auf ;ler |
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| ausgeschnittenen Rippen begünstigt.Es ist bereits |
| bekannt, Austauscher mit integriertem Rohrkreis mit |
| Rippen herzustellen, welche durch Ziehen, Ausschneiden |
| und Umbiegen der zwischen den Rohrschenkeln liegenden |
| Teile der -glatte hergestellt sind, wobei sich diese gerad- |
| linigen Rippen schräg zu der Ebene der Platte erstrecken. |
| Ls ist ferner bekannt, bei einem Wärmeaustauscher mit |
| Rippen herzustellen, welche durch Ziehen, Ausschneiden |
| und Umbiegen der zwischen den Rohrschenkeln liegenden |
| Teile der Platte hergestellt sind, wobei sich di@:se |
| öeradlinigen Rippen schräg zu der Ebene der Platte |
| erstrecken. |
| Es ist ferner bekannt, bei einem Wärmeaustauscher mit |
| aufgesetztem Blech oder integriertem Rohrkreis durch |
| ausschneiden und Ziehen das Blech so zu verformen, |
| dass zwischen zwei Schenkeln der Rohrschl-ye eine |
| Folge von querliegenden Wellungen entsteht, welche |
| Sinuslinien entsprechen und abwechselnd auf der |
| einen und der anderen Seite der Ebene der Platte voz- |
| springan.Ler Sinn dieser Wellungen ist bei zwei auf- |
| entgegengesetzt. |
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für die Gasströme nicht erzielt werden kann.La ferner jede Rippe
durch mehrere aufeinanderfolgende Halbwellen gebildet wird, befinden sich die mittleren
Abschnitte der Wellen zwischen zwei Schenkeln der Rohrschlange in einem Abstand
von diesen, welche@gross gegenüber tler Blechdicke ist. Hieraus ergibt sich , daso
der Temperaturgradient zwischen diesen Abschnitten der Rippen und dem umgebenden
Mittel infolge der Begrenzung der Cbertragung des Wärmeflusses in dem Blech gering
ist, so dass der entsprechende Wärmeaustausch ebenfalls gering ist.Ausserdem zeigt
die Erfahrung, dass diese Austauscher eine ungenügende mechanische Festigkeit besitzen,
da die stippen infolge ihrer geringen Amplitude keine gegenüber den bohren genügend
vorspringende Schutzzone schaffen. Ferner erhalten die Rippen schlecht senkrecht
zu der Ebene der Platte verlaufende Lruckkräfte aus.
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Es ist auch noch ein Wärmeaustauscher für Kühlschränke bekannt geworden,
der ausgeschnittene Blechstreifen aufweist, die auf beiden Seiten der die Kühlschlange
tragenden Platte vorsteht. Bei diesem Wärmeaustauscher sind die vorspringenden Stege
der Blechstreifen nicri t durch ebene Bdrider voneinander getrennt, so dass nur
eine im wesentlichen laminare Strömung beim Wärmeaustausch entsteht.
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Schliesslich ist noch ein Wärmeaustauscher mit zahlreichen und kurzen
in Richtung des Luftstroms liegenden Stegen bekannt geworden, deren Vibration bei
grossen Strömungsgeschwindigkeiten vermieden werden soll, was eine erzwungene Zirkulation
der Luft voraussetzt. Lie Rohre
der Kühlschlange liegen bei dieser
bekannten Ausführungsform senkrecht zu den Platten und in Zirkulationsrichtung derL
uft. Die Gestehungskosten eines derartigen Wärmeaustauschers sind verhältnismässig
hoch.
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Bei all diesen bekannten Wärmeaustauschern sollen gleichmässige Strömungen
der Schichten des umgebenden Gases dadurch erzeugt werden, dass die Systeme aus
Rippen, Bändern oder Stegen diese Geschichten in einer laminaren Strömung durch
die mittlere ibene des Austauschers leiten.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Wärmeaustauschers, bei
dem der thermische Wirkungsgrad dadurch stark verbessert ist, dass bei
den ausströmenden Luftschichten, die mit geringerGeschwhdigkeit zirkulieren,
ein Wirbelzustand erzeugt wird, wobei zusätzlich noch der mechanische Widerstand
des Wärmesustauschers erhöht werden soll.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass zumindest ein
Teil der Stege und Bänder durch die Wiederholung eines Grundmotivs gebildet ist,
das einen auf der einen Seite der Platte vorspringenden und einen auf der anderen
Seite der Platte vorspringenden Steg aufweist, die beide gestaffelt in der Höhe
durch ein im wesentlichen ebenes Band voneinander getrennt sind,und dass die Höhe
der Stege grösser ist als die Höhe, mit der die Schenkel der Rohrschlange über die
Ebene der Platte hoohragen.
Die Wiederholung des Grundmotivs ist
ein wichtiger Faktor, denn sie erzeugt einen kummulativen Effekt, wobei sich die
Verwirbelung von einem Grundmotiv zum anderen vergrössert.Dadurch, dass die Stege
höher sind, ils die Sohenkel der Rohreohlange Uber die Platte hoch-
ragen,
sind die verhältnismässig brüchigen Rohrsciiangen weitgehend gegen Druck geschützt.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugsnahme auf
die
Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine von der Seite gesehene
Teilansicht einer besonderen Ausführung eines Kondensators für Kältemaschinen
mit integriertem Rohrkreis, Fig.2 eine schaubildliche Teilansicht des unteren linken
Teils des Kondensators gemäss Fig.1, Fig.3 einenSchnitt längs der Linie III-III
der Fig.1, Fig.4 einen Schnitt der Rippen durch die Ebene IV-IV der Fig.1, und Fig.5
bis 1.1 sind Teilansichten verschiedener Aus-führungsabwandlungen in einer
Fig.4 entsprechenden
Darstellung.
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Bei der in Fig.1 bis 4 dargestellten Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher
ein Kondensator für Kältemaschinen. Er besitzt einen integrierten Rohrkreis,
der eine Rohr-
schlange 1 bildet, die gemäss einer bekannten Technik
durch Aufweiten einer Doppelplatte 2 aus Aluminium
oder einer
Aluminiumlegierung hergestellt ist. Die
äussersten Schenkel
der Rohrschlange 1 sind mit Anschlussstücken 3 versehen. Zwischen den geradlinigen
parallelen ;ufeinanderfolgenden Schenkeln 1a, 1b des Austauschers sind in zwei Gruppen
aufgeteilte Reihen von querliegenden Rippen `vorgesehen. Die Rippen einer
ersten Gruppe werden
durch Stege 11, 15 gebildet, welche abwechselnd beiderseits
der ebene der Platte 2 vorspringen. Die Längsränder 12 und 13 eines jeden Steges
sind zueinander paralle. Jader Steg, welcher in der Nähe benachbarter Schenkel
1a, 1b der Rohrschlange 1 ansetzt, erstreckt sich in einer zu diesen Schenkeln senkrechten
Richtung. Der Umfang eines jeden Steges entspricht einem gleichschenkligen Trapez
(Fig.3), dessen grosse Grundseite in der Ebene der Platte 2 liegt. Jie Höhe 11 der
Stege 11 (oder 15) über der Ebene der Platte 2 ist grösser als die Strecke h ist,
um welche die Schenkel 1a, 1b der Rohrschlange 1 (Fig.3) vorspringen.-,Rippen der
zweiten Gruppe sind eben Binder 14 und reichen in der Ebene der Platte 2 von einem
Schenkel 1a zu dem benachbarten Schenkel 1b. Ferner sind die Bänder 14 zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Stegen 11, 15 entgegengesetzter
Konvexität angeordnet.
Die Gesamtheit des Aufbaus der Platte 2 entspricht so der Wiederholung eines
Elelentarmusters, bei welchem jedes in der Ebene der Platte 2 liegendes Band 14
von zwei Stegen 11 und 15 eingefasst wird, welche ihr benachbart sind, aber
sich quer entgegengesetzt zueinander in Bezug auf die Ebene der Platte
2 erstrecken. G-mäss Fig.2 sind also die Stege 11 vor-
springend und die Stege
15 vertieft. Die Stege 11 und 15 bilden eine prismatische Fläche,
deren Mantellinien zu der Ebene der Platte 2 parallel sind, wobei die beiden
Endfacetten dieser Fläche schräg in Bezug auf diese Ebene liegen.
Die
Gesamtheit der Bänder und Stege kann durch Ausschneiden des ebenen h bschnitts der
Platte 2 zwischen den Schenkeln 1a, 1b der Rohrschlange hergestellt werden. yieStege
11 und 15 werden durch Ziehstempel hergestellt, welche eine Dehnung ohne Zerreissen
des Metalls vornehmen.
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Ausser den zwischen den betreffenden Schenkeln vorgesehenen Bändern
und Stegen weist die Platte 2 des Austauschers noch zusätzliche jenseits des Verlaufs
der Rohrschlange 1 liegende Stege 16 auf.
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Das so erhaltene Gebilde, welches eine grosse Durchlässigkeit für
Gasströme aufweist, wird so angeordnet, dass die Schenkel 1a, 1b der Rohrechlange
lotrecht liegen, oder besser um 4 bis 8 0 gegen die Lotrechte geneigt sind.
In dieser Stellung ist der thermische Gesamtwirkungsgrad des Kondensators besonders
hoch. Auf diese Weise konnte ein W';rmeaustauschkoeffizient von 10,95 c.g.s. erzielt
werden, während ein Kondensator üblicher Bauart mit einer auf ein Jalousieartiges
Blech aufgeklammerten Rohrschlange gleichwertiger Abmessungen unter gleichen Batriebsbedi
ngungen nur einen Wert von 5,05 c.g.s. ergibt. Dieser technische Fortschritt kann
dadurch erklärt werden, dass die Ausbildung eine Strömung der Luft durch Konvektion
in einem Wirbelzustand erzeugt. Diese Stege 11 und 15 werden von verhältnismässig
dicken Gasschichten bestrichen, welche sich auf jeder Seite der Mittelebene des
Austauschers fortpflanzen. Die Wirbelbewegung wird durch die Bänder 14 begünstigt,
welche die durch die vorspringenden Stege 11, 15 erzeugte Kaminwirkung stören.
Da
ausserdem jeder Steg 11 oder 15 zwischen zwei benachbarten Schenkeln 1a, 1b der
Rohrschlange liegt, hat der Temperaturgradient zwischen dem mittleren Abschnitt
des Steges und dem Asatz der Seiten den grösstenWert, was den Wärmeaustausch begünstigt.Da
der Umfang der Stege trapezförmig anstatt kreisförmig ist, können die Seiten der
Stege besser von der Ebene der Platte 2 freigelegt und so eine bessere Bestreichung
durch die Luft gewährleistet werden. D a die Stege 11 und 15 durch Ziehen
gebildet sind, erfahren die schrägen Schenkel derselben während dieses Vorgangs
eine Dehnung, welche ihre Dicke verkleinert. Dies macht die Anwendung auf Austauscher
mit integrierten Rohrkreisen besonders zweckmässig, bei welchen das Blech zu Beginn
eine Dicke besitzt, welche grösser ist Als die, welche für den besten Wärmeaustauschkoeffizienten
erforderlich wäre. Die Schwächung der Stege nach ihrem Ziehen gestattet die beste
Dicke wiederzufinden. In mechanischer Hinsicht bietet die vorgesehene Form ebenfalls
grosse Vorteile. Einerseits bewirkt die Höhe H der gegenüber den Schenkenl 1a, 1b
... vorspringenden Stege 11 und 15 einen mechanischen Schutz dieser Schenkel. Da
ferner die Stege 11 und 15 von einem alsVeratrebung dienenden ebenen B nd 14 eingefasst
werden, ist die Druokfestigkeit des =Austauschers besonders hoch, da die Stege 11-und
15 bei einem Zusammendrücken auf Knickung beansprucht werden und nicht auf Biegung.
Die durch diese Ausbildung Perhaltene Steifigkeit ist daher hoch. Diese Eigenschaft
im Verein mit dem Schutz der Schenkel 1a, 1b gestattet Kondensatoren aus Aluminiumblech
unmittelbar gefahrlos an dem hinteren Teil von Kühlschränken ohne jedem Schutz anzubringen.
Bei
der lusführung der Fig.5 wird die Wirbelbildung dadurch vergrössert, dass in verschiedenen
@.bständen von der Ebene der Platte 2 liegende Stege 19, 21 b?w. 22, 23 vorgesehen
werden.Hierdurch werden die zwischen den aussenliegendenStegen 21 (oder 23) und
den mittleren Bändern 20 aufsteigenden Luftstromschichten durch die in einem mittleren
Abstand liegenden Zwischenstege 19 (oder 22) abgelenkt. Unter diesen Bedingungen
ist kein freier Strömungskanal für das umgebende Gas vorhanden.
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Bei der Ausführung der Fig.6 sind verschiedene Stege 41, 42, 44, 45
verschiedener Höhe voneinander durch Bänder 43 getrennt.
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Die Ausführungen gemäss Fig.7 und 8 weisen ebene Bänder 25 auf, welche
durch Ziehen so abgelenkt sind, dass sie eine gewisse Schräglage in Bezug
auf die Ebene der Platte 2 haben, wobei ihre Mittellinie in dieser Ebene liegt.
Diese Schräglage beträgt zweckmässig 20 bis 40o. Die Bänder 25 können die abgelenkten
Luftstromachichten nach aussen (Fig.7) oder zu einem Steg 26 bzw. 27 (Fig.8)
ablenken. Die ebenen Bänder 25 können von einer Reihe zur anderen entgegengesetzte
Schräglagen haben (.i`ig.7 und 8), oder alle parallel zueinander sein, wie beispielsweise
Bänder 28(Fig.9). Diese Ausbildung stellt eineGesamtverachiebung der Gasmasse von
einer Seitezur anderen des Austauschers her. Eine derartige Verschiebung wir,@i
in einer Ausführung gemäss Fig.10 gesteigert, in welcher ebene Bänder 29 und Stege
30, 31 gleichsinnig abgelenkt sind. __
Schliesslich ist in Fig.11
eina kombinierte Anordnung von schrägen Bändern 32 und Stegen 33, 34 mit stufenweise
sich ändernden Abständen gezeigt.
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Die Herstellung von Austauschern mittels eines einfachen Bleches,
welches die Flippen trägt, und an welchem in an sich bekannter V eise die Itohrschalnge
durch Schweissen oder Verklammern befestigt ist, wobei zwischen den Rippenreihen
Stellen für die -rhenkel der Rohrschlange freigelassen sind, kann ebenfalls auf
die beschriebene Weise erfolgen.