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Rippenrohranordnung
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Die Erfindung betrifft eine Rippenrohranordnung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschriebenen Art.
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Soll Wärme von einem flüssigen oder gasförmigen, kondensierenden Medium
(z.B. Wasser oder Wasserdampf) durch trennende Wände hindurch auf ein gasförmiges
Medium (z.B.) Luft)übertragen werden, liegt der dominierende Anteil des Wärmeübergangswiderstandes
auf jener Wandseite, die von gasförmigem Medium umströmt wird. Um den Wärmeübergang
zu verbessern, muB die dem gasförmigen Medium zugewandte Seite mit möglichst großer
Fläche ausgeführt werden. Diese Forderung hat zur Entwicklung der bekannten Rippenrohre
geführt. Solche Rippenrohre sind auf ihrer äußeren, von Gas umströmten Seite mit
die Wärmeübergangsfläche ganz erheblich vergrößernden Rippen versehen, welche sich
quer zur Längsrichtung der Rohre erstrecken und diese ringförmig umgeben.
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Rippenrohre werden häufig in einer Lage oder in mehreren hintereinander
angeordneten Lagen oder Bündeln angeordnet. Der Druckverlust insbesondere des durch
die Rippenrohrbündel strömenden gasförmigen Mediums ist beträchtlich. Beispielsweise
beträgt der Leistungsbedarf
für Ventilatoren, die das gasförmige
Medium an den Rippenrohren vorbeisaugen, bei einem Kraftwerk in der Größenordnung
von 1000 MW elektrischer Leistung, das mit direkter Kondensation des Wasserdampfes
durch Wärmeabgabe an Kühlluft arbeitet, ca. 10 MW (dies entspricht einem Aufwand
von ca. 4 Mill.
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DM/Jahr). Es besteht daher seit langem der Wunsch, den Druckverlust
auf der Außen- oder Gasseite der Rippenrohre zu vermindern.
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Die Absenkung des Druckverlustes sollte andererseits jedoch nicht
zu einer unverhältnismäßig starken Verringerung der Wärmeübergangszahl führen; dies
würde die Wärmeübertragung verschlechtern, so daß eine entsprechend größere Anzahl
an relativ teuren Rippenrohren eingesetzt werden müßte.
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Längs der Rippen bildet sich eine Strömungs- und Wärmeübertragungsgrenzschicht
aus, deren Dicke in Strömungsrichtung zunimmt. Durch diese Grenzschicht verschlechtert
sich die Wärmeübergangszahl in Strömungsrichtung.
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Bei einer bekannten Rippenrohranordnung der eingangs beschriebenen
Art (FR-PS 472 122) sind die Rippenvorderkanten und -hinterkanten gewellt, und im
Bereich der Kernrohre sind Lappen aus den Rippen herausgebogen. Mit diesen Maßnahmen
soll eine ungeregelte Verwirbelung der Strömung erzielt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rippenrohranordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Druckverlustbeiwert so niedrig
wie möglich und die Wärmeübergangszahl
so groß wie möglich sind,
wobei insbesondere die zuletzt erwähnte Verschlechterung der Wärmeübergangszahl
vermieden werden soll.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Rippenrohranordnung
der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Strömungsleitkörper gemäß der Erfindung senken den Druckverlustbeiwert,
ohne die Wärmeübergangszahl zu verringern. Dies ermöglicht eine Einsparung an Ventilatorleistung.
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Die Längswirbel der geordneten Wirbelströmung transportieren kühle
Luft zu den Rippen, während sich die wärmere Luft im Wirbelkern ansammelt.
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Vorteilhaft sind die Strömungsleitkörper wie im Anspruch 2 angegeben
ausgebildet. Die Konstruktion der zuletzt beschriebenen Strömungsleitkörper ist
insofern vorteilhaft, als an den Rippenvorderkanten noch relativ kleine Strömungsgeschwindigkeiten
herrschen, weil noch keine starke Verdrängungswirkung der Kernrohre in diesem Bereich
vorhanden ist.
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Die an den Rippenvorderkanten abgelösten Längswirbel erhöhen ihre
Umfangsgeschwindigkeit während der Beschleunigung der Kühlluft aufgrund der Verdrängungswirkung
des Kernrohres. All dies trägt zu einer Erhöhung der Wärmeübergangszahl bei.
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Zu einer Verminderung des Druckverlustbeiwertes trägt auch bei, wenn
die Kernrohre selbst einen strömungsgünstig gestalteten Querschnitt aufweisen.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: Fig.
1 eine Schnittdarstellung durch eine Rippenrohranordnung gemäß der Erfindung, bei
welcher Strömungsleitkörper jeweils an der Rippenvorderkante vorgesehen sind; und
Fig. 2 eine Teilseitenansicht der Rippenrohranordnung nach Fig. 1.
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Gemäß den Figuren 1 und 2 sind die ovalen Kernrohre 4' einer Rippenrohranordnung
mit rechteckigen Rippen 80 bestückt, die ebenso wie bei den anderen beschriebenen
Ausführungen quer zur Kernrohrlängsachse verlaufen.
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Aus der Vorderkante 82 sind dreieckförmige Lappen ausgeschnitten und
so abgebogen, daß sie Strömungsleitkörper 84 bilden. Diese der Anströmrichtung 8
zugewandten Strömungsleitkörper 84 erzeugen eine geordnete Wirbelströmung im Bereich
hinter der Vorderkante 82 mit Längswirbeln, in deren Kern sich aufgrund des Zyklonprinzips
wärmere Luft ansammelt, während die kältere Luft in den Außenbereichen der erzeugten
Wirbel zirkuliert. Die Längswirbel erhöhen bei ihrer Passage zwischen den Rippen
80 ihre Umfangsgeschwindigkeit, während die Luft aufgrund der Verdrängungswirkung
der Kernrohre 4' beschleunigt wird. So wird auch in diesem Fall kühle Luft mit den
Kernrohren 4' und den Rippen zur verbesserten Kühlung in Kontakt gebracht. Hierdurch
wird die Wärmeübergangszahl erhöht.
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Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 in Frontansicht, wobei zwei
Rippen 80 nebeneinander dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß bei jeder Rippe
80 die Strömungsleitkörper 84 wie beschrieben abwechselnd zu entgegengesetzten Seiten
jeder Kante 82 abge-
bogen sind, so daß in dem zwischen zwei Rippen
80 gebildeten Kanal oder Spalt 86 die Strömungsleitkörper 84, welche von der einen
Rippe 80 wegragen, versetzt zu den Strömungsleitkörpern 84 sind, die von der anderen
Rippe 80 in den gleichen Spalt 86 ragen.
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Die von den beiden Seiten der Strömungsleitkörper abgelösten Längswirbel
drehen, wie auch in der Darstellung gemäß Fig. 2 angedeutet ist, in entgegengesetzter
Richtung. Bei Anwendung der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Strömungsleitkörper
84 wird im Vergleich zu bisherigen Lösungen die Wärmeübertragungszahl bedeutend
erhöht.