DE2305791A1

DE2305791A1 - Waermeaustauscher-rohr

Info

Publication number: DE2305791A1
Application number: DE2305791A
Authority: DE
Inventors: Byrge Kleppe; Ole Torgeren
Original assignee: Raufoss Ammunisjonsfabrikker AS
Current assignee: Raufoss Ammunisjonsfabrikker AS
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-02-07
Publication date: 1973-08-16
Also published as: BE795314A; NO127261B; GB1411851A; US3870081A

Description

PATENTANWÄLTE DlpUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumannstraße 97 ^' "^⁸' ^Apn°^ld

A/8 Raufoss Ammunisjonsfabrikker 2831 Raufosa/Norweaen

Wärmeaustauscher-Rohr

Diese Erfindung betrifft ein Wärmeaustauscher-Rohr, umfassend inwendige, parallel zur Längsachse des Rohres verlaufende Rippen und wenigstens ein weiteres Element, welches im Innern des Rohres zur Beförderung des Wärmeaustausches angeordnet ist.

Wärmeaustausoher-Rohre dieser Art werden in solchen Wärmeaustauschern benutzt, bei welchen Wärme von einem Medium durch die Rohrwandung einem anderen Medium zugeführt werden soll. Um den Wärmeübergang auf der Innenseite solcher Rohre zu steigern, sorgt man im allgemeinen dafür, daß das im Rohr strömende Medium turbulente Strömungen hat. Dies wird durch die Kombination von hinreichend großem Rohrdurohmesser und Strömungsgeschwindigkeit und hinreichend niedriger Viskosität des strömenden Mediums erreicht .

In vielen Fällen bietet es Jedoch auf Schwierigkeiten, Turbulenz

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zu erreichen. Es kann vorkommen, dass eine gegebene Viskosität nicht geändert werden kann, oder dass die Geschwindigkeit eine gewisse Grenze 'überschreitet. Um eine vorgegebene Wärmemenge bei gegebener Temperatur pro Zeiteinheit übertragen zu können, besteht die Lösung in üblicher Weise darin, die Innenfläche zu vergrössern. Bei gegebener Rohrabmessung kann die Fläche z. B. durch inwendige Rippen in dem-Rohr gesteigert werden. Es wird angenommen, dass solche Rippen auch eine günstige Wirkung auf den Wärmeaustausch haben, da die Rippen gegen das Innere des Rohres ragen und mit den Teilen des strömenden Mediums in Kontakt korn;·;en,, welche eine andere Temperatur als die äussere Schicht besitzt. Messungen haben gezeigt, dass solche Rippen' in einem Falle den Wärmestrom ■ durch die Rohrwandung um etwa 14 % im Vergleich zu Rohren ohne Rippen unter sonst gleichen Bedingungen erhöhen.

Eine andere bekannte Anordnung zum Ziveck eines besser'en Wärmeüberganges besteht darin, eine oder mehrere gewundene Rippen im Innern des Rohres zu verwenden= Dies ist u. a„ in der US-PS 1 343 352 und Schweiz.PS 353 387 gezeigt,' Solche Streifen bewirken₅ dass das strömende Medium wahrend der Bewegung durch das Rohr zirkia~ liert, jedoch ist die Wirkung betreffend den Wärmeübergang niclit besonders gut. Der Grund hierfür ist, dass solche ZirkuIa turns keinewesentliche Umwälzung der strömenden FlUssigkeitsschicht bewirkt/ Die Strömungen stellen keine, Nachahmung einer t'urbulenten StfSmung mit Bezug auf Wärmeübergang dar. Versuche haben gezeigt, dass das Einführen eines gewundenen Streifens mit einer Breite gleich deffl Rohrdurchmesser in einem bestimmten Fall den Wärmeübergang durch die RohrwandUng um weniger als 1 %, steigerte.

Der Zweck der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher-! zu schaffen, bei welchem verbesserte Wä'rmeühergängsverha'ltnisse dadurch erzielt werden, dass im Rohr eine Rotation des strömenden Mediums hervorgerufen wird₅ wobei gleichzeitig diese Rotation for. Mitteln gestört oder beunruhigt wird", welche in gut wärmeleitender Verbindung mit der Rohrwandung stehen«

Dies wird gema'ss aez Erfindung dadurch eraielt, dass iain-_t destens ein solches weiteres Element aus einem Streifen besteht., und dass jeder Streifen gewunden ist und seine Haupt a--c"hs© mit der Längs-, achse des Rohres parallel! verläuft.

Die vorliegende Erfindung stellt cine Kombination der oben erwähnten Prinzipien dar, nämlich inwendige Rippen und wenigstens ein gewundener Streifen. Diese Kombination hat die Überraschende Wirkung, das;, der Ka rme s 1 r oni durch die Rohrwandung wesentlich mehr zunimmt als die Summe der Zunahmen, welche die Rippen bzw. der gewundene Streuen je für sich ergeben. Gemäss Versuchen kann die erwähnte Kombination mehr als 20 % Zunahme des Warmest roms durch die Hohrwandunq im Vergleich zu einem glatt wand ig en Rohr ohne gewundenen Streifen unter sonst gleichen Be dingungen ergeben.

Durch die Kombination wird ein wesentlich besseres Er- gebnis erzielt als mit dem früher Bekannten. Der Zweck der Erfindung ist eine Rotation der Strömung mit Hilfe mindestens eines gewundenen Streifens zu schaffen, und diese Rotation mit Hilfe von Rippen, welche in gut wärmeleitender Verbindung mi* der Rohr wandung sind, zu beunruhigen oder zu stören, jedoch ohne dass der Strömungswiderstand über ein gewisses Mass gesteigert wird. Die Beunruhigungen oder Störungen der Strömungen kann z. B. durch Flächen erzielt werden, welche ganz oder teilweise quer zu der Strömungsrich tu ng verlaufen, jedoch wird dies erstens einen stark gesteigerten Strömungswiderstand bewirken und zum arderen wird die Herstellung eines solchen Rohres kompliziert werden. Die Rohre, ohne Streifen, welche in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können in einem Stück mit den inwendigen und eventuell mit den auswendigen Rippen ex ι, rudier t werden. Es ist jedoch keine Voraussetzung, dass die Rohre extrudiert werden. Die Rippen können auch für sich hergestellt und an das Rohr be festigt werden, oder die hergestellten Rippen können z. B. als eingepresste oder gefalzte Ttile des Rohres gebildet sein.

Die Erfindung soll im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt. einer bekannten Ausführung, Fig. 2-4 Beispiele der erfinde rischen Ausführung und Fig. 5 ein erfinderisches Wärmeaustauscher- Rohr, welcher, auch mit auswendigen Rippen versehen ist.

Das in Fig. 1 gezeigte Rohr 1 ist von der früher be kannten, oben erwähnten Art, bei welcher die inwendige Oberfläche dos R ο Ii ro s du rc Ii inwendige Rippen 2 vergrüssert worden ist, we I ehe mit. den Pnlir ί n einen; ΓΗ ü'-k h (: ι qc s 1. c ] 1 t υ der zur .UoIi rwa η du ng

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befestigt siiid₅ und welche Rippem nach innen gegen das Zentrum des Rohres gerichtet sind.

Fig. 2-4 zeigen Beispiele eines erfinderischen Rohres. Ein Rohr 1 mit Rippen 2 hat mindestens einen inwendigen, gewundenen Streifen 3 _? der vorzugsweise in der ganzen La η g e des Rohres verläuft. Das Rohr und die Rippen sind vorzugsweise aus einem Material mit gutern Wärmelei tungs vermögen hergestellt, während dies jedoch nicht wesnntlich ist₃ wenn es sich um den. Streifen handelt.., indem dieser nur die Rippen punktweise berührt und demzufolge eine geringe Wirkung mit Bezug auf die Wärmeleitung besitzt. Den Streifen K'önnLe man deshalb auch aus nicht -me La Hi se hem Material. z. B. PlasC^ FTeTst. e 11 e η j wenn dies unter Rücksichtnahme auf Temperatur, der chemischen Beeinflussung von dem strömenden Medium, oder aus anderen Gründen ratsam sein sollte.

Das Rohr kann andere Querschnitte besitzen als den kreisförmigen, und die Rippen 2 brauchen nicht notwendiger Weise radial in das Rohr gerichtet, sein, so wie in Fig. 2 gezeigt. Gem'äss Fig. 3 können die Rippen z. B. parallel sein, und das Rohr kann, wie gezeigt, auch mehr als einen Streifen enthalten. Das wesentliche ist, dass jeder Streifen eine Rotation der Strömungen bewirkt und dass die Rippen diese Rotation beunruhigt oder stört.

Wie früher erwähnt,ist es zweckmässig, jedoch nicht notwendig, dass das Rohr mit inwendigen Rippen durch Extrudierung hergestellt werden kann. Das Material kann jedes beliebige Metall oder Legierung von Metallen sein, vorzugsweise mit gutem Wärmelei Lungs vermögen. Die inwendigen und gegebenenfalls- auswendigen Rippen, welche durch Extrudierung gebildet werden, verlaufen naturgemäß s parallel zur Längsachse des Rohres,

Die Anzahl der Rippen ist nicht nntscheidend« Das wesentliche ist, dass ein passender Abstand zwischen den Rippen vorhanden ist, damit das strömende Medium sich in die Zwischenräume zwischen den Rippen hinein und davon heraus bewegen kann.

Eine einfache und billige Ausführung der Erfindung stellt, ein Rohr dar, das mit einer massigen Anzahl inivendigor Rippen tud einem zentral im Rohr angeordneten gewundenen Streifen ν er sehe: η ist,, soda s s die liant.au des Si reif ens gegen din Rippen punktwui.su ·:■ nl 1 Cijon, wi e in Fig. 2 gezeigt. Di ο Rippen 'rönnen radi.nl in das

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Rohr hineinragen und nn dcir Kohrwa ndi! ng entlnny gJ ei cliina s s ig verteilt sein. Uer Streifen kann durch Friktion gogoη die Rippen in hinreichender Weise festgehalten sein, eventuell durch irgendeine Art von Befestigung.

Der inwendige Streifen kann auch eine solche Breite haben, dass er nicht gegen die Rippen anliegt. Dies gehl, aus Fig. 5 hervor. Bei einem gewissen Abstand zwischen dem Streifen und den Rippen wird die verursachte Rotation des strömenden Mediums aucfi7bⁿei den Rippen wirksam sein. In einem solchen Falle kann der Streifen etwa unregelmässig im Innern des Rohres verlaufen, falls er nicht hinreichend befestigt ist. Der Streifen kann zweckmässiger Weise befestigt und etwa koachsial zum Rohr dadurch gehalten werden, dass er unter Zugspannung gesetzt, oder durch Hilfsmittel im Innern des Rohres punktweise unterstützt ist (nicht gezeigt)..

Ein erfinderisches Rohr kann, wenn dies zweckmässig. sein sollte, auswendige Rippen jeder Art besitzen, um die Wärmeliberga ngs verha'l t ni sse auf der Aussenseite des Rohres zu verbessern. Ein solches Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, in welcher die Rippen mit 4 bezeichnet sind.

Die Erfindung kann bei allen Arten von Wärmeaustausch Verwendung finden, bei welchem mindestens ein Medium durch Rohre strömt, entweder um den Wärmeübergang auf der Innenseite des Rohres zu steigern, oder um einen gegebenen Wärmeübergang trotz herabgesetzter Strömungsgeschwindigkeit oder zunehmender Viskosität aufrechtzuerhalten. Bei einem gegebenen strömenden Medium und gegebenen Rohrabmessungen ermöglicht die Erfindung, dass die Strömungsgeschwindigkeit und somit der Druckverlust, im Verhältnis zu bekannten Warmeaustauseher-Rohren, unter Aufrechterhaltung eines gegebenen Wärmeübergangs gesenkt werden katin.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Pat e η t a η s ρ r U c "Ii e

l) Wärmeaustauscher-Rohr, umfassend inwendige, parallel zux -.ängsachse des Rohres verlaufende Rippen und wenigstens" ein weiteres Element, welches im Innern des Rohres zur Befö'rderung des Wärmeaustausches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein solches, weiteres Element aus einem Streifen (3) besteht, und dass jeder Streifen gewunden ist und seine Hauptachse mit der Längsachse des Rohres (1) parallel verläuft.
2. Wärmeaustauscher-Rohr g-eraäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Streifen (3) derart bemessen" ist, dass er mit seinen Kanten punktweise gegen mindestens zwei" Rippen (2) anliegt.
3. Wärmeaustauscher-Rohr gemäss Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Rippen radial in das Rohr hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger gewundener Streifen (3) zwischen den Spitzen der Rippen (2) angebracht ist,
4. Wärmeaustauscher-Rohr gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Streifen (3) unter Zug montiert ist. >
5. Wärmeaustauscher-Rohr gemäss einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet _y dass jeder Streifen (3) eine Breite besitzt, die bewirkt, dass der Streifen (3) mit seinen Kanten einen Druck gegen mindestens zwei Rippen ausübl,
6. Wärmeaiistauseher-Rohi gemäss einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , dass zwei oder mehrere Streifen (3) punktweise gegen ihre gegenseitigen Kanten anliegen.