[0001] Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauscherrohr mit auf der Rohraußenseite
helixförmig umlaufenden, integral ausgeformten Rippen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Derartige metallische Wärmeaustauscherrohre dienen insbesondere zur Verdampfung von
Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohraußenseite.
[0003] Verdampfung tritt in vielen Bereichen der Kälte- und Klimatechnik sowie in der Prozess-
und Energietechnik auf. Häufig werden Rohrbündelwärmeaustauscher verwendet, in denen
Flüssigkeiten von Reinstoffen oder Mischungen auf der Rohraußenseite verdampfen und
dabei auf der Rohrinnenseite eine Sole oder Wasser abkühlen. Solche Apparate werden
als überflutete Verdampfer bezeichnet.
[0004] Durch die Intensivierung des Wärmeübergangs auf der Rohraußen- und der Rohrinnenseite
lässt sich die Größe der Verdampfer stark reduzieren. Hierdurch nehmen die Herstellungskosten
solcher Apparate ab. Außerdem sinkt die notwendige Füllmenge an Kältemittel, die bei
den heute überwiegend verwendeten, chlorfreien Sicherheitskältemitteln einen nicht
zu vernachlässigenden Kostenanteil an den gesamten Anlagekosten ausmachen kann. Bei
toxischen oder brennbaren Kältemitteln lässt sich durch eine Reduktion der Füllmenge
ferner das Gefahrenpotenzial herabsetzen. Die heute üblichen Hochleistungsrohre sind
bereits etwa um den Faktor vier leistungsfähiger als glatte Rohre gleichen Durchmessers.
[0005] Es ist Stand der Technik, derartig leistungsfähige Rohre auf der Basis von integral
gewalzten Rippenrohren herzustellen. Unter integral gewalzten Rippenrohren werden
berippte Rohre verstanden, bei denen die Rippen aus dem Wandmaterial eines Glattrohres
geformt wurden. Es sind hierbei verschiedene Verfahren bekannt, mit denen die zwischen
benachbarten Rippen befindlichen Kanäle derart verschlossen werden, dass Verbindungen
zwischen Kanal und Umgebung in Form von Poren oder Schlitzen bleiben. Insbesondere
werden solche im Wesentlichen geschlossene Kanäle durch Umbiegen oder Umlegen der
Rippen (
US 3,696,861;
US 5,054,548;
US 7,178,361 B2), durch Spalten und Stauchen der Rippen (
DE 2 758 526 C2;
US 4,577,381) und durch Kerben und Stauchen der Rippen (
US 4,660,630;
EP 0 713 072 B1;
US 4,216,826) erzeugt.
[0006] Die leistungsstärksten, kommerziell erhältlichen Rippenrohre für überflutete Verdampfer
besitzen auf der Rohraußenseite eine Rippenstruktur mit einer Rippendichte von 55
bis 60 Rippen pro Zoll (
US 5,669,441;
US 5,697,430;
DE 197 57 526 C1). Dies entspricht einer Rippenteilung von ca. 0,45 bis 0,40 mm. Prinzipiell ist es
möglich, die Leistungsfähigkeit derartiger Rohre durch eine noch höhere Rippendichte
bzw. kleinere Rippenteilung zu verbessern, da hierdurch die Blasenkeimstellendichte
erhöht wird. Eine kleinere Rippenteilung erfordert zwangsläufig gleichermaßen feinere
Werkzeuge. Feinere Werkzeuge sind jedoch einer höheren Bruchgefahr und schnellerem
Verschleiß unterworfen. Die derzeit verfügbaren Werkzeuge ermöglichen eine sichere
Fertigung von Rippenrohren mit Rippendichten von maximal 60 Rippen pro Zoll. Ferner
wird mit abnehmender Rippenteilung die Produktionsgeschwindigkeit der Rohre kleiner
und folglich werden die Herstellungskosten höher.
[0007] Weiterhin ist bekannt, dass leistungsgesteigerte Verdampfungsstrukturen bei gleichbleibender
Rippendichte auf der Rohraußenseite erzeugt werden können, indem man zusätzliche Strukturelemente
im Bereich des Nutengrundes zwischen den Rippen einbringt. Da im Bereich des Nutengrundes
die Temperatur der Rippe höher ist als im Bereich der Rippenspitze, sind Strukturelemente
zur Intensivierung der Blasenbildung in diesem Bereich besonders wirkungsvoll.
[0008] Beispiele hierfür sind in
EP 0 222 100 B1;
US 5,186,252;
JP 04039596A und
US 2007/0151715 A1 zu finden. Diesen Erfindungen ist gemeinsam, dass die Strukturelemente am Nutengrund
keine hinterschnittene Form aufweisen, weshalb sie die Blasenbildung nicht ausreichend
intensivieren. In
EP 1 223 400 B1 wird vorgeschlagen, am Nutengrund zwischen den Rippen hinterschnittene Sekundärnuten
zu erzeugen, die sich kontinuierlich entlang der Primärnut erstrecken. Der Querschnitt
dieser Sekundärnuten kann konstant bleiben oder in regelmäßigen Abständen variiert
werden.
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsgesteigertes Wärmeaustauscherrohr
zur Verdampfung von Flüssigkeiten auf der Rohraußenseite bei gleichem rohrseitigen
Wärmeübergang und Druckabfall anzugeben.
[0010] Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren
rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
[0011] Die Erfindung schließt ein metallisches Wärmeaustauscherrohr ein mit auf der Rohraußenseite
helixförmig umlaufenden, integral ausgeformten und durchgehend ausgebildeten Rippen,
deren Rippenfuß im Wesentlichen radial von der Rohrwandung absteht, sowie mit zwischen
jeweils benachbarten Rippen sich befindenden Primärnuten. Im Bereich des Nutengrundes
der Primärnuten ist mindestens eine hinterschnittene Sekundärnut angeordnet. Diese
Sekundärnut ist zur Primärnut hin durch ein Paar einander gegenüberliegender, aus
Material jeweils benachbarter Rippenfüße geformter Werkstoffvorsprünge begrenzt. Diese
Werkstoffvorsprünge erstrecken sich kontinuierlich entlang der Primärnut. Der Querschnitt
der Sekundärnut wird in regelmäßigen Intervallen variiert, ohne dabei die Form der
Rippen zu beeinflussen. Zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen ist ein
Abstand, wobei dieser Abstand in regelmäßigen Intervallen variiert wird, wodurch lokale
Kavitäten ausgebildet sind.
[0012] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Erhöhung des Wärmeüberganges
bei der Verdampfung der Vorgang des Blasensiedens intensiviert wird. Die Bildung von
Blasen beginnt an Keimstellen. Diese Keimstellen sind meist kleine Gas- oder Dampfeinschlüsse.
Wenn die anwachsende Blase eine bestimmte Größe erreicht hat, löst sie sich von der
Oberfläche ab. Wird im Zuge der Blasenablösung die Keimstelle mit Flüssigkeit geflutet,
dann wird die Keimstelle deaktiviert. Die Oberfläche muss also derart gestaltet werden,
dass beim Ablösen der Blase eine kleine Blase zurück bleibt, die dann als Keimstelle
für einen neuen Zyklus der Blasenbildung dient. Dies wird erreicht, indem man auf
der Oberfläche Kavitäten mit Öffnungen aufbringt. Die Öffnung der Kavität verjüngt
sich gegenüber dem unter der Öffnung liegenden Hohlraum. Durch die Öffnung erfolgt
der Austausch von Flüssigkeit und Dampf.
[0013] Bei der vorliegenden Erfindung wird durch den Abstand zwischen den gegenüberliegenden
Werkstoffvorsprüngen eine Verbindung zwischen Primär-und Sekundärnut realisiert, so
dass der Austausch von Flüssigkeit und Dampf zwischen Primärnut und Sekundärnut ermöglicht
ist. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wirkung der hinterschnittenen
Sekundärnut auf die Bildung von Blasen dann besonders groß ist, wenn der Abstand zwischen
gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen erfindungsgemäß in regelmäßigen Intervallen
variiert wird. Dadurch wird der Austausch von Flüssigkeit und Dampf gezielt gesteuert
und die Flutung der Blasenkeimstelle in der Kavität verhindert. Die Lage der Kavitäten
in der Nähe des primären Nutengrundes ist für den Verdampfungsprozess besonders günstig,
da am Nutengrund die Wärmeübertemperatur am größten ist und deshalb dort die höchste
treibende Temperaturdifferenz für die Blasenbildung zur Verfügung steht.
[0014] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Abstand zwischen
den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen in regelmäßigen Intervallen den Wert Null
annehmen. Dadurch wird die Sekundärnut in bestimmten Bereichen gegenüber der Primärnut
abgeschlossen. In diesen Bereichen berühren sich die gegenüberliegenden Werkstoffvorsprünge,
ohne dass es zu einem Stoffschluss kommt. Die Blasen entweichen in diesem Falle wiederum
durch die ins Zentrum der Primärnut hin geöffneten Kavitäten, die Flüssigkeit strömt
bevorzugt von der Seite her nahe der verschlossenen Bereiche der Sekundärnut in die
Kavität nach. Hierbei wird die entweichende Blase durch das einströmende flüssige
Arbeitsmedium nicht behindert und kann sich ungestört in der Primärnut ausdehnen.
Die jeweiligen Strömungszonen für die Flüssigkeit und den Dampf sind dabei räumlich
voneinander getrennt. Zudem verbleibt auch im verschlossenen Bereich der Sekundärnut
ein kleiner Kanal zwischen den Kavitäten erhalten, der jedoch keine Verbindung zur
Primärnut aufweist. Dennoch können über diese Kanäle beispielsweise Druckunterschiede
zwischen den zueinander benachbarten Kavitäten ausgeglichen werden.
[0015] Bevorzugt kann in den Bereichen, in denen der Abstand zwischen den gegenüberliegenden
Werkstoffvorsprüngen den Wert Null annimmt, die Sekundärnut im Wesentlichen zugedrückt
sein. Bei dieser Ausgestaltung besteht über die Teilabschnitte der Sekundärnut keine
Verbindung der Kavitäten untereinander mehr.
[0016] In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann der maximale Abstand zwischen den
gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen 0,03 mm bis 0,1 mm betragen. Zudem kann vorteilhafterweise
der maximale Abstand zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen 0,06 mm
bis 0,09 mm sein.
[0017] In bevorzugter Ausgestaltung kann die Länge der Bereiche in Umlaufrichtung, in denen
der Abstand der gegenüberliegenden Werkstoffvorsprünge nicht den Wert Null annimmt,
zwischen 0,2 mm und 0,5 mm betragen. Hierdurch wird eine optimale Abstimmung der aufeinanderfolgenden
Kavitäten und dazwischen liegenden Bereiche erzielt.
[0018] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Rippenspitzen derart
verformt sein, dass sie die Primärnuten in Radialrichtung überdecken und teilweise
verschließen und so einen helixförmig umlaufenden, teilweise abgeschlossenen Hohlraum
bilden. Die Rippenspitzen können dabei beispielsweise einen im Wesentlichen T-förmigen
Querschnitt mit porenartigen Ausnehmungen aufweisen, durch welche die Dampfblasen
entweichen können.
[0019] Zur Ausgestaltung weiterer bevorzugter und vorteilhafter Kombinationen mit der erfindungsgemäßen
Lösung wird auf die Druckschrift
EP 1 223 400 B1 Bezug genommen.
[0020] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Darin zeigen:
[0021]
Fig. 1 eine Teilansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Teilansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes mit
abschnittsweise verschlossener Sekundärnut,
Fig. 4 eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine Teilansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes mit
abschnittsweise zugedrückter Sekundärnut zwischen den Kavitäten, und
Fig. 6 eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 5.
[0022] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0023] Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes.
Das integral gewalzte Rippenrohr 1 weist auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig
umlaufende Rippen 2 auf, zwischen denen eine Primärnut 6 ausgebildet ist. Die Rippen
2 erstrecken sich ohne Unterbrechung kontinuierlich entlang einer Helixlinie auf der
Rohraußenseite. Der Rippenfuß 3 steht im Wesentlichen radial von der Rohrwandung 5
ab. Es wird ein Rippenrohr 1 vorgeschlagen, bei dem im Bereich des Nutengrundes 7,
der sich zwischen jeweils zwei benachbarten Rippen 2 befindenden Primärnuten 6 erstreckt,
eine hinterschnittene Sekundärnut 8 angeordnet ist. Diese Sekundärnut 8 ist zur Primärnut
6 hin durch ein Paar einander gegenüberliegender, aus Material jeweils benachbarter
Rippenfüße 3 geformter Werkstoffvorsprünge 9 begrenzt. Diese Werkstoffvorsprünge 9
erstrecken sich kontinuierlich entlang der Primärnut 6, wobei zwischen gegenüberliegenden
Werkstoffvorsprüngen 9 ein Abstand S ausgebildet ist, der in regelmäßigen Intervallen
variiert wird. Bei Variation des Querschnitts der Sekundärnut 8 wird die Form der
Rippen 2 nicht beeinflusst. Durch die Querschnittsänderung in Verbindung mit der Variation
des Abstands S bilden sich lokal Kavitäten 10, die eine Blasenkeimbildung besonders
begünstigen.
[0024] Durch den Abstand S zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen 9 wird eine
Verbindung zwischen Primärnut 6 und Sekundärnut 8 ausgebildet, so dass der Austausch
von Flüssigkeit und Dampf zwischen Primärnut 6 und Sekundärnut 8 ermöglicht ist. In
Bereichen, die einen kleinen Abstand S zwischen den Werkstoffvorsprüngen 9 aufweisen,
gelangt bevorzugt Flüssigkeit von der Primärnut 6 in die Sekundärnut 8. Die Flüssigkeit
verdampft innerhalb der Sekundärnut 8. Der entstehende Dampf tritt bevorzugt an den
Stellen aus der Sekundärnut 8 aus, die einen großen Abstand zwischen den Werkstoffvorsprüngen
9 aufweisen, also im Bereich der Kavitäten 10. Diese dort austretenden Dampfblasen
bilden Keimstellen für die weitere Verdampfung von Flüssigkeit in der Primärnut 6.
Für die weitere Verdampfung von Flüssigkeit in der Primärnut 6, ist es vorteilhaft,
dass sich die Rippen 2 kontinuierlich auf der Rohraußenseite entlang der Primärnut
6 erstrecken. Durch die gezielte Variation der Öffnungsweite der Sekundärnut 8 wird
der Austausch von Flüssigkeit und Dampf zwischen Primärnut 6 und Sekundärnut 8 gesteuert,
indem Flüssigkeitszufuhr und Dampfaustritt in von einander getrennten Bereichen stattfinden.
Diese vorteilhafte Eigenschaft weisen Rohre des Standes der Technik, beispielsweise
die nach
EP 1 223 400 B1 gefertigt sind, nicht auf, da hier zwar die Querschnittsform der Sekundärnut 8 variiert
wird, nicht jedoch deren Öffnungsweite und somit keine bevorzugten Bereiche jeweils
für Flüssigkeitszufuhr und Dampfaustritt existieren. Die Erstreckung der Sekundärnut
8 in Radialrichtung beträgt vom Nutengrund 7 aus gemessen in den Bereichen mit großem
Abstand zwischen den Werkstoffvorsprüngen 9 maximalen 15 % der Höhe H der Rippen 2.
Die Rippenhöhe H wird am fertigen Rippenrohr 1 von der tiefsten Stelle des Nutengrundes
7 bis zur Rippenspitze 4 des vollständig geformten Rippenrohres gemessen.
[0025] Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 1. Bei dieser Teilansicht
verlaufen die auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufenden Rippen 2 in
die Zeichenebene hinein. Zwischen den Rippen 2 ist die Primärnut 6 ausgebildet. Der
Rippenfuß 3 steht im Wesentlichen radial von der Rohrwandung 5 ab. Im Bereich des
Nutengrundes 7, der sich zwischen jeweils zwei benachbarten Rippen 2 befindenden Primärnuten
6 erstreckt, ist die hinterschnittene Sekundärnut 8 ausgebildet. Diese Sekundärnut
8 grenzt sich gegenüber der Primärnut 6 durch die gegenüberliegenden Werkstoffvorsprünge
9 ab.
[0026] Diese Werkstoffvorsprünge 9 erstrecken sich kontinuierlich entlang der Primärnut
6 senkrecht zur Zeichenebene, wobei zwischen gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen
9 ein Abstand S ausgebildet ist, der in regelmäßigen Intervallen variiert wird. In
unterschiedlichen Ebenen nimmt S im Bereich zwischen den Kavitäten 10 den minimalen
Wert S
min und an der höchsten Stelle einer Kavität 10 den Wert S
max an. Durch diese Querschnittsänderung sind lokal Kavitäten 10 mit einer Öffnungsweite
ausgebildet, die eine Blasenkeimbildung besonders begünstigen.
[0027] Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes
1 mit teilweise verschlossener Sekundärnut 8. Hierbei wird die Sekundärnut 8 in regelmäßigen
Intervallen zur Primärnut 6 hin ganz verschlossen. Dies entspricht dem Fall, dass
in bestimmten Bereichen der Abstand zwischen den Werkstoffvorsprüngen 9 auf Null reduziert
wird. Die Sekundärnut 8 weist dann nur noch in den jeweils dazwischen liegenden Bereichen
Öffnungen zur Primärnut 6 hin auf, wobei sich die Weite dieser Öffnungen an deren
jeweiligen Rändern reduziert.
[0028] Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 3. Die Werkstoffvorsprünge
9 erstrecken sich wiederum kontinuierlich entlang der Primärnut 6 senkrecht zur Zeichenebene
mit einem Abstand S zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen 9, der in
regelmäßigen Intervallen variiert ist. Während im Bereich einer Kavität an der höchsten
Stelle der Wert S
max zu Fig. 2 unverändert bleibt, nimmt S zwischen den Kavitäten 10 den minimalen Wert
S
min = 0 an. In diesen Bereichen berühren sich die gegenüberliegenden Werkstoffvorsprünge
9, ohne dass es zu einem Stoffschluss kommt. Die Blasen entweichen wiederum durch
die ins Zentrum der Primärnut 6 geöffneten Kavitäten 10. Flüssigkeit strömt an den
Rändern der Öffnungen in die Kavität nach. Im verschlossenen Bereich der Sekundärnut
8 bleibt ein kleiner Kanal zwischen den Kavitäten 10 erhalten, der keine Verbindung
zur Primärnut 6 aufweist. Jedoch können über diese Kanäle beispielsweise Druckunterschiede
zwischen den zueinander benachbarten Kavitäten 10 ausgeglichen werden. Die Länge L
der Bereiche, in denen die Sekundärnut nicht verschlossen ist, beträgt vorteilhafterweise
zwischen 0,2 mm und 0,5 mm.
[0029] Fig. 5 zeigt eine Teilansicht der Außenseite eines erfindungsgemäßen Rohrabschnittes
mit vollständig verschlossener Sekundärnut zwischen den Kavitäten. Wie dargestellt,
erweist es sich ferner als vorteilhaft, in den Bereichen, in denen der Abstand zwischen
den Werkstoffvorsprüngen 9 auf den Wert Null reduziert ist, die Werkstoffvorsprünge
9 soweit zu verformen, dass sie bis zum Boden der Sekundärnut 8 hin verlagert werden
und somit die Sekundärnut 8 in diesen Bereich zugedrückt ist. Dadurch erzeugt man
in den dazwischen liegenden Bereichen lokalisierte, in Rohrumfangsrichtung vollständig
begrenzt ausgedehnte Kavitäten 10 als hinterschnittene Hohlräume am Grund der Primärnut
6. Diese Kavitäten 10 wirken als äußerst effektive Blasenkeimstellen, da in diesen
Strukturen das Nachströmen von Flüssigkeit sehr kontrolliert erfolgen kann und selbst
besonders kleine Blasen nicht verdrängt werden. Die Blasen entweichen wiederum durch
die ins Zentrum der Primärnut 6 geöffneten Kavitäten 10. Flüssigkeit strömt an den
Rändern der Öffnungen in die Kavität nach. Die Länge L der Bereiche, in denen die
Sekundärnut nicht verschlossen ist, beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,2 mm und
0,5 mm.
[0030] Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht des Rohrabschnitts gemäß Fig. 5. Wie dargestellt
wird nochmals verdeutlicht, wie in den Bereichen, in denen der Abstand zwischen den
Werkstoffvorsprüngen 9 auf den Wert Null reduziert ist, die Werkstoffvorsprünge 9
verformt sind. Diese sind bis zum Boden der Sekundärnut 8 hin verlagert, wodurch die
Sekundärnut 8 in diesen Bereich zugedrückt ist.
[0031] Der Abstand S zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen 9 variiert zwischen
0 mm und 0,1 mm. In den Bereichen, in denen dieser Abstand seinen maximalen Wert S
max annimmt, liegt dieser Wert typischerweise zwischen 0,03 mm und 0,1 mm, bevorzugt
zwischen 0,06 mm und 0,09 mm.
[0032] Zusätzlich zur Bildung der hinterschnittenen Sekundärnuten 8 am Nutengrund 7 der
Primärnuten 6 werden zweckmäßigerweise die Rippenspitzen als distaler Bereich 4 der
Rippen 2 derart verformt, dass sie die Primärnuten 6 in Radialrichtung teilweise verschließen
und so einen teilweise abgeschlossenen Hohlraum bilden. Die Verbindung zwischen Primärnut
6 und Umgebung ist in Form von Poren 11 oder Schlitzen ausgestaltet, damit Dampfblasen
aus der Primärnut 6 entweichen können. Das Verformen der Rippenspitzen 4 geschieht
mit Methoden, die dem Stand der Technik zu entnehmen sind. Die Primärnuten 6 stellen
dann selbst hinterschnittene Nuten dar.
[0033] Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Kavitäten 10 mit einer bis auf Poren
11 oder Schlitze verschlossen Primärnut 6 erhält man eine Struktur, die sich ferner
dadurch auszeichnet, dass sie über einen sehr weiten Bereich von Betriebsbedingungen
eine sehr hohe Leistungsfähigkeit bei Verdampfung von Flüssigkeiten aufweist. Insbesondere
bleibt bei Variation der Wärmestromdichte oder der treibenden Temperaturdifferenz
der Wärmeübergangskoeffizient der Struktur auf einem hohen Niveau nahezu konstant.
[0034] Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich auf strukturierte Rohre, bei denen der Wärmeübergangskoeffizient
auf der Rohraußenseite gesteigert wird. Um nicht den Hauptanteil des Wärmedurchgangswiderstandes
auf die Innenseite zu verlagern, kann der Wärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite
durch eine geeignete Innenstrukturierung ebenfalls intensiviert werden.
[0035] Die Wärmeaustauscherrohre für Rohrbündelwärmeaustauscher besitzen üblicherweise mindestens
einen strukturierten Bereich sowie glatte Endstücke und eventuell glatte Zwischenstücke.
Die glatten End- bzw. Zwischenstücke begrenzen die strukturierten Bereiche. Damit
das Rohr problemlos in den Rohrbündelwärmeaustauscher eingebaut werden kann, darf
der äußere Durchmesser der strukturierten Bereiche nicht größer sein als der äußere
Durchmesser der glatten End- und Zwischenstücke.
Bezugszeichenliste
[0036]
- 1
- metallisches Wärmeaustauscherrohr, Rippenrohr
- 2
- Rippen
- 3
- Rippenfuß
- 4
- Rippenspitzen, distale Bereiche der Rippen
- 5
- Rohrwandung
- 6
- Primärnut
- 7
- Nutengrund
- 8
- Sekundärnut
- 9
- Werkstoffvorsprung
- 10
- Kavität
- 11
- Poren
- S
- Abstand zwischen gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen
- Smax
- maximale Abstand zwischen gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen
- Smin
- minimale Abstand zwischen gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen
- L
- Länge der Bereiche in Umlaufrichtung, in denen der Abstand S ungleich Null ist
1. Metallisches Wärmeaustauscherrohr (1) mit auf der Rohraußenseite helixförmig umlaufenden,
integral ausgeformten und durchgehend ausgebildeten Rippen (2), deren Rippenfuß (3)
im Wesentlichen radial von der Rohrwandung (5) absteht, sowie mit zwischen jeweils
benachbarten Rippen (2) sich befindenden Primärnuten (6), wobei im Bereich des Nutengrundes
(7) der Primärnuten (6) mindestens eine hinterschnittene Sekundärnut (8) angeordnet
ist, diese Sekundärnut (8) zur Primärnut (6) hin durch ein Paar einander gegenüberliegender,
aus Material jeweils benachbarter Rippenfüße (3) geformter Werkstoffvorsprünge (9)
begrenzt ist, diese Werkstoffvorsprünge (9) sich kontinuierlich entlang der Primärnut
(6) erstrecken, der Querschnitt der Sekundärnut (8) in regelmäßigen Intervallen variiert
wird, ohne dabei die Form der Rippen (2) zu beeinflussen, wodurch lokale Kavitäten
(10) als hinterschnittene Hohlräume am Grund der Primärnut (6) ausgebildet sind, und
wobei zwischen gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen (9) ein Abstand (S) ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S) in regelmäßigen Intervallen variiert wird, wobei der Abstand (S)
in unterschiedlichen Ebenen im Bereich zwischen den Kavitäten (10) einen minimalen
Wert (Smin) und an der höchsten Stelle der Kavitäten (10) einen Wert (Smax) annimmt,
wodurch die Öffnungsweite der Sekundärnut (8) variiert wird.
2. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S) zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen (9) in regelmäßigen
Intervallen den Wert Null annimmt.
3. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen, in denen der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen
(9) den Wert Null annimmt, die Sekundärnut (8) im Wesentlichen zugedrückt ist.
4. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand (Smax) zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen (9) 0,03 mm bis 0,1 mm beträgt.
5. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach Anspruche 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand (Smax) zwischen den gegenüberliegenden Werkstoffvorsprüngen (9) 0,06 mm bis 0,09 mm beträgt.
6. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umlaufrichtung gemessene Länge (L) der Bereiche, in denen der Abstand (S)
der gegenüberliegenden Werkstoffvorsprünge (9) nicht den Wert Null annimmt, zwischen
0,2 mm und 0,5 mm beträgt.
7. Metallisches Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenspitzen (4) derart verformt sind, dass sie die Primärnuten (6) in Radialrichtung
überdecken und teilweise verschließen und so einen helixförmig umlaufenden, teilweise
abgeschlossenen Hohlraum bilden.
1. Metal heat exchange pipe (1) having at the outer side of the pipe helically extending
ribs (2) which are formed in an integral manner and which are constructed in a continuous
manner and whose rib base (3) protrudes in a substantially radial manner from the
pipe wall (5), and having primary grooves (6) which are arranged between mutually
adjacent ribs (2), at least one undercut secondary groove (8) being arranged in the
region of the groove base (7) of the primary grooves (6), this secondary groove (8)
being delimited in the direction towards the primary groove (6) by means of a pair
of mutually opposing material projections (9) which are formed from material of mutually
adjacent rib bases (3), these material projections (9) extending continuously along
the primary groove (6), the cross-section of the secondary groove (8) being varied
at regular intervals, without in this instance influencing the form of the ribs (2),
whereby local cavities (10) are constructed as undercut empty spaces at the base of
the primary groove (6), and there being formed between opposing material projections
(9) a spacing (S), characterised in that the spacing (S) is varied at regular intervals, the spacing (S) assuming a minimum
value (Smin) in different planes in the region between the cavities (10) and assuming
a value (Smax) at the highest location of the cavities (10), whereby the opening width
of the secondary groove (8) is varied.
2. Metal heat exchange pipe according to claim 1, characterised in that the spacing (S) between the opposing material projections (9) assumes the value zero
at regular intervals.
3. Metal heat exchange pipe according to claim 2, characterised in that, in the regions in which the spacing between the opposing material projections (9)
assumes the value zero, the secondary groove (8) is substantially pressed closed.
4. Metal heat exchange pipe according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the maximum spacing (Smax) between the opposing material projections (9) is from
0.03 mm to 0.1 mm.
5. Metal heat exchange pipe according to claim 4, characterised in that the maximum spacing (Smax) between the opposing material projections (9) is from
0.06 mm to 0.09 mm.
6. Metal heat exchange pipe according to any one of claims 2 to 5, characterised in that the length (L) measured in the peripheral direction of the regions in which the spacing
(S) of the opposing material projections (9) does not assume the value zero, is between
0.2 mm and 0.5 mm.
7. Metal heat exchange pipe according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the rib tips (4) are deformed in such a manner that they cover and partially close
the primary grooves (6) in a radial direction and thus form a helically extending,
partially closed empty space.
1. Tube d'échangeur de chaleur métallique (1), comprenant des nervures (2) continues,
formées intégralement avec le tube et s'étendant en révolution en forme d'hélice sur
le côté extérieur du tube, et dont le pied de nervure (3) fait saillie sensiblement
de manière radiale de la paroi de tube (5), le tube présentant également des rainures
primaires (6) se trouvant respectivement entre des nervures (2) voisines, tube
dans lequel, dans la zone du fond de rainure (7) des rainures primaires (6), est agencée
au moins une rainure secondaire (8) en contre-dépouille, cette rainure secondaire
(8) est délimitée en direction de la rainure primaire (6) par une paire de protubérances
de matière (9) mutuellement opposées et formées par de la matière des pieds de nervures
(3) respectivement voisins, ces protubérances de matière (9) s'étendent de manière
continue le long de la rainure primaire (6), on fait varier à intervalles réguliers
la section transversale de la rainure secondaire (8) sans pour autant influencer la
forme des nervures (2), ce qui forme des cavités locales (10) en tant qu'espaces creux
en contre-dépouille au niveau du fond de la rainure primaire (6),
et
dans lequel entre des protubérances de matière (9) mutuellement opposées est formée
une distance d'espacement (S),
caractérisé en ce que l'on fait varier la distance d'espacement (S) à intervalles réguliers, la distance
d'espacement (S) prenant dans différents plans, une valeur minimale (Smin) dans la
zone entre les cavités (10) et une valeur (Smax) au niveau de la zone la plus haute
des cavités (10), ce qui fait varier la largeur d'ouverture de la rainure secondaire
(8).
2. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance d'espacement (S) entre les protubérances de matière (9) mutuellement
opposées prend une valeur nulle à intervalles réguliers.
3. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans les zones dans lesquelles la distance d'espacement entre les protubérances de
matière (9) mutuellement opposées prend la valeur nulle, la rainure secondaire (8)
est sensiblement fermée par repoussage.
4. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance d'espacement maximale (Smax) entre les protubérances de matière (9) mutuellement
opposées vaut de 0,03 mm à 0,1 mm.
5. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance d'espacement maximale (Smax) entre les protubérances de matière (9) mutuellement
opposées vaut de 0,06 mm à 0,09 mm.
6. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la longueur (L), mesurée dans la direction périphérique, des zones dans lesquelles
la distance d'espacement (S) des protubérances de matière (9) mutuellement opposées
ne prend pas la valeur nulle, vaut entre 0,2 mm et 0,5 mm.
7. Tube d'échangeur de chaleur métallique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les sommets de nervures (4) sont déformés de manière à recouvrir les rainures primaires
(6) dans la direction radiale en les fermant partiellement, et en réalisant ainsi
un espace creux partiellement fermé, s'étendant en révolution en forme d'hélice.