Rippenrohr

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr (1), insbesondere für Wärmeaustauscher od. dgl., mit auf der Rohraußenseite schrau­benlinienförmig oder ringförmig umlaufenden, integralen Rip­pen (2), die eine Teilung t_R von 1,60 bis 3,90 mm (6,5 bis 16 Rippen/Zoll) aufweisen.
Damit das Rippenrohr (1) auch bei der Verwendung in korrosiven, erosiven und verunreinigten Medien gute Wärmeübertragungs­eigenschaften behält, werden erfindungsgemäß folgende Merkmale vorgeschlagen:

a) die Rippenhöhe h_R liegt in folgendem Bereich:
0,2 mm < h_R < 2,0 mm;

b) das Verhältnis Rippenteilung t_R/Rippenhöhe h_R liegt in fol­gendem Bereich: 1 < t_R/h_R < 15;

c) das Verhältnis Rippenquerschnittsfläche A_R/Rippenhöhe h_R beträgt:
A_R/h_R > 0,5 mm.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Rippenrohre mit dem angegebenen Bereich der Teilung t_R von 1,60 bis 3,90 mm (6,5 bis 16 Rippen/Zoll) bekannt. Rippenrohre dieser Art mit einer Rippenhöhe h_R von etwa über 10 mm werden insbesondere in luftgekühlten Wärmeaus­tauschern eingesetzt.
Eine Verwendung dieser Rippenrohre bei korrosiven, erosiven und verunreinigten Medien, wie sie beispielsweise im Bereich der Chemie und Petrochemie auftreten, ist bereits deshalb ausgeschlossen, weil die Nuten zwischen den Rippen leicht mit Ablagerungen angefüllt würden und damit die Leistung des Rippenrohres als Wärmeübertragungselement wesentlich beein­trächtigt würde.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Rippen­rohr anzugeben, das auch bei der Verwendung in korrosiven, erosiven und verunreinigten Medien gute Wärmeübertragungseigen­schaften behält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die drei kennzeichnenden Merkmale a) bis c) des Anspruchs 1 gelöst. (Die Rippenquerschnitts­fläche A_R wird dabei in Rohrlängsrichtung gemessen).
Damit wird einerseits eine offene Rippenstruktur vorgeschlagen, die einer Verschmutzung der Nuten zwischen den Rippen entgegen­wirkt, und andererseits wird eine relativ massive Rippe zur Ver­fügung gestellt, die widerstandsfähig ist gegen die Angriffe der korroviven und erosiven Medien.

[0002] Die Rippenhöhe h_R liegt vorzugsweise im Bereich 0,8 mm < h_R < 1,7 mm, insbesondere im Bereich 1,0 mm < h_R < 1,5 mm. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegen die Werte für das Verhältnis t_R / h_R im Bereich 1,2 < t_R / h_R < 5, insbesondere im Bereich 1,3 < t_R / h_R < 3,2. Es empfiehlt sich, die Werte für die Rippenquerschnittsfläche A_R als Funktion der Rippenhöhe h_R zwischen den Werten der Gleichungen A_R = 0,5 mm · h_R und A_R = 0,7 mm² + 1 mm · h_R zu wählen (vgl. das Diagramm in Fig. 1).
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen die Werte für das Oberflächenverhältnis der berippten Außen-­Oberfläche A₀/ glatter Außen-Oberfläche A_{0, glatt} als Funktion der Rippenteilung t_R zwischen den Werten der Gleichungen. A₀ / A_{0, glatt} = 1,05 und A₀ / A_{0, glatt} = 1,49 + 0,214 · (t_R - 3,97)², vgl. Fig. 2 mit t_R in mm. Bei diesem Vergleich hat das Glattrohr einen Außendurchmesser, der dem Rippendurchmesser des Rippenrohres entspricht.

[0003] Für die Herstellung mittels des üblichen Rippenrohr-Walzver­fahrens empfiehlt es sich, daß die Rippen zur Rippenspitze hin konisch zulaufen. Eine Rippenbreite B > 0,3 mm an der Rippen­spitze ist dabei bevorzugt.

[0004] Für die Verwendung in Rohrbündelwärmeaustauschern empfiehlt es sich, wenn das Rippenrohr glatte Enden aufweist, deren Durch­messer in etwa dem Rippendurchmesser entspricht.

[0005] Für die Verwendung des Rippenrohres in korrosiven bzw. erosiven Medien besteht es vorzugsweise aus einem korrosions­beständigen metallischen Werkstoff, wie etwa Stahl, hochlegiertem Stahl oder Titan.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Rippenrohres als Wärme­austauscher sowohl für Kondensation und Verdampfung als auch Wärmeübertragung ohne Phasenwechsel (auf der Rohraußenseite) von korrosiven und erosiven Stoffen, die einen kritischen Druck p krit < 200 bar haben, ist bevorzugt. Wegen des gün­stigen Oberflächenverhältnisses sind diese Rippenrohre eben­falls ausgezeichnet für den Einsatz in verunreinigten Prozeß­strömen geeignet.
Als Stoffe dieser Art kommen insbesondere Kohlenwasserstoff­gemische aus der Chemie oder Petrochemie in Frage, beispiels­weise Äthylen / Propylen, n-Pentan/Para-Xylol.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rippenrohr,

Fig. 4 in vergößertem Maßstab einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rippenrohr,

Fig. 5 ein Foto eines Längsschliffes eines erfindungs­gemäßen Rippenrohres,

Fig. 6 den Einsatz erfindungsgemäßer Rippenrohre in einem Rohrbündel.

[0006] Die Fig. 3 zeigt ein Rippenrohr 1 mit integralen Rippen 2, die auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufen. Die Herstellung der Rippenrohre 1 erfolgt in an sich be­kannter Weise nach dem Rippenrohrwalzverfahren (vgl. bei­spielsweise US-PS 3.327.512). Wie Fig. 4 deutlich zeigt, laufen die Rippen 2 konisch zur Rippenspitze zu, der Nuten­grund zwischen den Rippen 2 ist ausgerundet.
An Hand der Fig. 3/4 sind die Rippenrohrgrößen erläutert: Rippenteilung t_R (Abstand von Rippenmitte zur Rippenmitte), Rippenhöhe h_R, Rippenquerschnittfläche A_R (in Fig. 4 schraf­fiert), Rippenbreite B an der Rippenspitze, Radius R im Nuten­grund, Rippendurchmesser d_R, Innendurchmesser des Rohres (im berippten Teil) d_i.
Aus Fig. 3 geht deutlich hervor, daß das Rippenrohr 1 ein glattes Ende 1ʹ aufweist, dessen Durchmesser dem Rippendurch­messer d_R entspricht.

Beispiel:

[0007] Es wurden Rippenrohre 1 aus Edelstahl 1,4571 mit 11,2 Rippen/Zoll (t_R = 2,27 mm) mit den Abmessungen nach fol­gender Tabelle hergestellt: Tabelle:
Rippenteilung t_R      2,27 mm
Rippenhöhe h_R      1,39 mm
Rippenquerschnittsfläche A_R      0,86 mm²
Rippenbreite (an der Rippenspitze) B      0,34 mm
Radius R im Nutengrund      0,92 mm
Rippendurchmesser d_R      18,80 mm
Innendurchmesser d_i
(berippter Teil)      14,30 mm

[0008] Damit ist t_R/h_R = 1,63; A_R/h_R = 0,62 mm.
Ein Längsschliff durch die so hergestellten Rohre ist mit dem Foto nach Fig. 5 gezeigt die Rohrinnenseite ist glatt. Erfindungsgemäße Rippenrohre und Vergleichsrippenrohre (Standardrippenrohre mit 19 Rippen/Zoll und demselben Rippendurchmesser d_R) wurden jeweils in einem Rohrbündel-­Kondensator 3 nach Fig. 6 eingesetzt (also Wasser im Rohr, kondensierendes Kohlenwasserstoffgemisch - C_nH_m-Gemisch - ­außen).

[0009] Es zeigte sich, daß die Kondensationsleistung des mit erfindungs­gemäßen Rippenrohren bestückten Kondensators mindestens um den Faktor 2 höher lag als die Kondensationsleistung des mit Standard-­Rippenrohren versehenen Kondensators.

Ansprüche

1. Rippenrohr (1), insbesondere für Wärmeaustauscher oder dgl., mit auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig oder ringförmig umlaufenden, integralen Rippen (2), die durch die Größen Teilung t_R, Rippenhöhe h_R und Rippenquerschnittsfläche A_R beschrieben werden und die eine Teilung t_R von 1,60 bis 3,90 mm (6,5 bis 16 Rippen/Zoll) aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Rippenhöhe h_R liegt in folgendem Bereich:
0,2 mm < h_R < 2,0 mm;

b) das Verhältnis Rippenteilung t_R / Rippenhöhe h_R liegt in folgendem Bereich:
1 < t_R/h_R < 15;

c) das Verhältnis Rippenquerschnittsfläche A_R / Rippenhöhe h_R beträgt:
A_R / h_R > 0,5 mm.

2. Rippenrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhe h_R im Bereich 0,8 mm < h_R < 1,7 mm liegt.

3. Rippenrohr nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhe h_R im Bereich 1,0 mm < h_R < 1,5 mm liegt.

4. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis t_R / h_R im Bereich 1,2 < t_R / h_R < 5 liegt.

5. Rippenrohr nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis t_R / h_R im Bereich 1,3 < t_R / h_R < 3,2 liegt.

6. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werte für die Rippenquerschnittsfläche A_R als Funk­tion der Rippenhöhe h_R zwischen den Werten der Gleichungen A_R = 0,5 mm · h_R und A_R = 0,7 mm² + 1 mm · h_R liegen (Fig. 1)

7. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werte für das Oberflächenverhältnis der berippten Außenoberfläche A₀ / glatte Außenoberfläche A₀,_glatt als Funktion der Rippenteilung t_R zwischen den Werten der Gleichungen
A₀ / A₀, _glatt = 1,05 und A₀ / A_{0, glatt} = 1,49 + 0,214. (t_R - 3,97)² liegen (Fig. 2 mit t_R in mm).

8. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen (2) zur Rippenspitze hin konisch zulaufen.

9. Rippenrohr nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an der Rippenspitze gemessene Rippenbreite B > 0,3 mm beträgt.

10. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß es glatte Enden (1ʹ) aufweist, deren Durchmesser in etwa dem Rippendurchmesser d_R entspricht.

11. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einem korrosionsbeständigen, metallischen Werk­stoff, wie etwa Stahl, hochlegiertem Stahl oder Titan, be­steht.

12. Verwendung eines Rippenrohres nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 als Wärmeaustauscher für Konden­sation, Verdampfung oder Wärmeübergang ohne Phasenwechsel von korrosiven und erosiven Stoffen, die einen kritischen Druck p_krit. < 200 bar haben.

13. Verwendung eines Rippenrohres als Wärmeaustauscher für Kohlenwasserstoffgemische für den Zweck nach Anspruch 12.

Zeichnung