DE2335306C3 - Rippenrohr für Wärmetauscher und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr für Wärmetauscher mit an der zylindrischen Rohrwandung umlaufenden Rippen, deren Fuß im wesentlichen radial von der Rohrwandung absteht, und deren äußerer Teil in Achsrichtung auf die benachbarte Rippe abgebogen ist, um einen zwischen dem abgebogenen Rand jeder Rippe und der jeweils benachbarten Rippenflanke durchgehenden, zumindest im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt begrenzter Breite zu bilden, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rippenroh

Ein Rippenrohr dieser Art ist aus der GB-PS 5 19 798 bekannt. Bei dem bekannten Rohr dienen die aus einem getrennten Materialstreifen hergestellten umlaufenden Rippen als Laufrinnen für eine Kühlflüssigkeit zur Abkühlung eines von unten nach oben durch das senkrecht angeordnete Rohr strömenden Mediums.

Aus der US-PS 34 57 990 ist es ferner bekannt, an der Oberfläche von Wärmetauscherrohren auf der Innenseite oder der Außenseite mikroskopisch kleine Riefen zu erzeugen und die sich zwischen diesen Riefen ergebenden Stege senkrecht zu ihrer Längsachse in vorgegebenen Abständen unter Druck seitlich in die angrenzenden Riefen umzulegen, so daß sich ein relativ unregelmäßiges Kreuzmuster von erhabenen und tiefer liegenden Oberflächenbereichen ergibt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertragungseigenschaften von Rippenrohren der beschriebenen Art weiter zu verbessern, insbesondere für den Einsatz derartiger Rippenrohre in Schlangenheizeinrichtungen u.dgl., in denen die Rippenrohre vollständig von einer Wärmeaustauscherflüssigkeit umgeben sind, weiche so stark erhitzt wird, daß sie zum Sieden kommt.

Diese Aufgabe wird durch ein Rippenrohr der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rand der Rippen an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen Verbreiterungen des Spaltes bewirkende Einbuchtungen aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zylindrische Rohrwandung eines glatten Rohres mit Rippen versehen, und zwar vorzugsweise mit wendelförmig verlaufenden Rippen, wobei die Rippen mittels eines bekannten Rollverfahrens hergestellt werden. Die einzelnen Rippen bzw. die Rippengänge, die mit Hilfe des Rollverfahrens hergestellt werden, besitzen zunächst eine gleichmäßige Höhe, so daß beim Umbiegen der oberen Teile der Rippen gemäß einem früheren Vorschlag zu einem Spalt gleichmäßiger Breite führen würde, welche den eingeschlossenen Raum zwischen den Rippen mit dem das Rohr umgebenden Raum verbinden würde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun die Höhe der Rippen an längs des Umfangs im Abstand voneinander befindlichen Stellen verringert, so daß beim Umbiegen der Rippen die Stellen verringerter Höhe gemeinsam mit der ihnen gegenüberliegenden Rippenflanke der angrenzenden Rippe Verbreiterungen des kontinuierlichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Spalts zu dem abgegrenzten Raum bilden. '

Die Stellen verringerter Höhe können in den

zunächst überall gleich hohen Rippen mit Hilfe eines Kerbvorganges erzeugt werden, der in Längsrichtung des Rippenrohres ausgeführt wird. Bei diesem Kerbvorgang wird das Metall der Spit/e bzw. der Kante der Rippen nach unten gepreßt, um so längs des Umfangs im s Abstand voneinander angeordnete Rippenbereiche verringerter Höhe zu schaffen. Eine andere Möglichkeit zur Schaffung von Rippenbereichen verringerter Höhe besteht darin, an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Stellen Material zu entfernen. Dies kann beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen erfolgen.

Der abschließende Herstellungsschritt für ein Rippenrohr gemäß der Erfindung besteht dann darin, daß das Rohr mit den mit Einprägungen oder Einschnitten versehenen Rippen durch eine Lehre entsprechender Abmessungen gezogen wird, um die Rippen bzw. die Rippengänge zu deformieren oder umzubiegen und auf diese Weise die erwünschte begrenzte Öffnung zu dem abgegrenzten Raum zwischen benachbarten Rippen bzw. Rippengängen zu schaffen.

Vorzugsweise wird der erste Herstellungsschritt, nämlich das Anformen der Rippen, gemäß einem früheren Vorschlag (DT-PS 2 3 03172) durchgeführt, wo das glatte Rohr von mit spiralförmigen Nuten versehenen Dornen abgestützt wird, während in radialer Richtung nach innen Druck auf das Rohr ausgeübt wird, um die Rippen hochzurollen. Wenn der Druck zum Hochrollen der Rippen über einem mit Nuten versehenen Teil des Dorns ausgeübt wird, wird ein Teil des Materials des glatten Rohres in die Nuten des Dorns hineingepreßt und in diesen Bereichen ergeben sich folglich geringfügig kleinere Rippenhöhen. Die verringerte Rippenhöhe ist bei dem Rippenrohr gemäß dem früheren Vorschlag ohne besondere Bedeutung. Wenn jedoch der Rand der Rippen in axialer Richtung seitlich umgebogen wird, führt die geringfügig verringerte Rippenhöhe automatisch zu in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Verbreiterungen des kontinuierlichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Spalts in den im wesentlichen abgegrenzten Raum zwischen benachbarten Rippen bzw. Rippengängen.

Das Vorhandensein von verbreiterten Stellen längs des kontinuierlichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Spalts begrenzter Breite führt zu besonders günstigen Würmeübertragungseigenschaften, wenn es darum geht, eine viskose Flüssigkeit oder eine schäumende Flüssigkeit zum Sieden zu bringen. In beiden Fällen wird das Einströmen der Flüssigkeit in den abgegrenzten Raum im Bereich der verbreiterten Stellen ermöglicht, während ohne derartige Verbreiterungen der Spalt begrenzter Breite in einigen Fällen nicht ausreichen würde, genügend Flüssigkeit in die abgegrenzten Räume eintreten zu lassen und eine optimale Wanneübertragung zu erzielen.

Die durchschnittliche Breite des Abstands zwischen den Rippenspitzen und den Flanken der benachbarten Rippen bzw. Rippengänge hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, insbesondere von dem jeweiligen Verwendungszweck, und läßt sich am besten durch Experimente bestimmen. Grundsätzlich kann jedoch gesagt werden, daß die durchschnittliche Breite des in Umfangsrichtung verlaufenden Spalts, von den verbreiterten Bereichen abgesehen, kleiner als etwa 0,178 mm und vorzugsweise kleiner als etwa 0,127 mm sein sollte. Die zusätzliche Breite an den verbreiterten Stellen der öffnung kann ebenfalls von einer Reihe von Faktoren abhängig sein, sollte jedoch nicht weniger als 50 % der durchschnittlichen Breite des Spalts zwischen den Verbreiterungen betragen.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel betrug beispielsweise die Breite des Spalts durchschnittlich 0,102 mm, während die Gesaintbreite im Beieich der Verbreiterungen durchschnittlich etwa 0,152 mm betrug.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Gesamtlänge der Verbreiterungen zwischen 10 und 10% der Gesamtlänge des Spalts liegen sollte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Teilstiick eines Rippenrohres gemäß der Erfindung vor Durchführung des letzten Herstellungsschrittes;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des von einem Kreis umschlossenen Tcilstücks der F i g. 1;

Fi g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2;

F i g. 4 eine Ansicht eines Teilstücks eines fertiggestellten Rippenrohrs gemäß der Erfindung;

F i g. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4; F" i g. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-b in F i g. 4;

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt des Querschnitts gemäß F i g. 5;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein TcilMück einer abgewandelten Ausführimgsform eines Rippenrohres gemäß der Erfindung vor Durchführung des letzten I lerstellungsschrittes;

F i g. 9 eine vergrößerte Teilansicht des Längsschnittes gemäß Fi g. 8;

Fig. 10 eine der F i g. 9 entsprechende Darstellung nach Durchführung des letzten Herstellungsschrittes und

F i g. 11 eine Ansicht eines Teils eines fertiggestellten Rippenrohres gemäß Fi g. 10.

Betrachtet man die Fig. 1 bis 7 der Zeichnung, so erkennt man, daß in Fig. I ein Rippenrohr 10 dargestellt ist, das eine glatte Innenseite 12 aufweist und das an seiner Außenseite mit Rippen 14 versehen ist. Wie besonders aus der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 deutlich wird, steht jede der Rippen 14 von der im wesentlichen zylindrischen äußeren Rohrwandung 16 des Rippenrohres 10 nach außen ab und besitzt eine Höhe h, welche zumindest mehrfach größer ist als die durchschnittliche Dicke t einer Rippe 14.

Rippenrohre, wie sie in F i g. 1 und 2 gezeigt sind, werden in üblicher Weise hergestellt, indem das Material für die Rippen durch Hochrollen des Materials des Rohres gewonnen wird, wodurch ein einstückiges Rippenrohr mit angeformten Rippen erhalten wird. Die Rippen können die Form unabhängiger, scheibenförmiger Rippen besitzen oder es können — wie dies üblicherweise der Fall ist — Rippen hergestellt werden, die wendelförmig um das Rohr herumlaufen. Dabei ist es möglich, entweder eine einzige wendeiförmige Rippe herzustellen oder zwei oder mehr parallel laufende wendeiförmige Rippen.

Bei dem Rippenrohr gemäß F i g. 1 und 2 besitzen die Rippen bzw. Rippengänge eine gleichbleibende Höhe, so daß die Scheitel bzw. Ränder der Rippen oder Rippengänge auf einer Zylinderflüche liegen.

Gemäß der Erfindung wird nun die Höhe der Rippen an in Umfangsrichtung im Abstand voneinanderliegenden Stellen verringert, wie dies F i g. J zeigt. Aus dieser Figur wird deutlieh, daß das Rippenrohr 10 mit Rippen 14 versehen ist, die in Umfangsrichtung mit. i^m Abstand

voneinander angeordneten Finbuchtungen oder Aussparungen 18 verseilen sind. Wie die Zeichnung zeigt, sind die Aussparungen im wesentlichen V-förmig und ihre Tiefe beträgt nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Höhe Λ der Rippen, beispielsweise etwa 10 bis 20 % der Rippenhöhe. Die Aussparungen 18 besitzen einen beträchtlichen Abstand voneinander, so daß die Vergrößerung des kontinuierlichen Spalts zum Inneren des abgegrenzten Raumes zwischen benachbarten Rippen an der Außenseite des Rippenrohres nur längs eines kleinen Bruchteils der Gesamtlänge des Spalts vorhanden ist und beispielsweise 10 bis 30 % der Gesamtlänge desselben nicht überschreitet.

Die Einschnitte oder Aussparungen 18 können an dem Rippenrohr 10 gemäß IMg. 1 durch Rollen mit einem Rändelwerkzeug in Längsrichtung des Rippenrohres erzeugt werden, um so das Material vom Rand der Rippen zu verdrängen und Aussparungen zu erzeugen. Fine andere Möglichkeit besteht darin, die Aussparungen 18 dadurch zu erzeugen, daß an den Rändern der Rippen Material entfernt wird, was beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Fräs- oder Sehlcifvcrfahrcns erfolgen kann.

Wenn die Rippengänge bzw. Rippen 14 mit in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Aussparungen 18 versehen sind, kann ein Rippenrohr gemäß vorliegender Erfindung hergestellt werden, indem man das Rippenrohr gemäß Fig. 1 bis 3 durch eine Matrize mit einer kreisförmigen Öffnung zieht, die so bemessen ist, daß sich das erwünschte Umbiegen des oberen Teils bzw. des Randes der Rippen ergibt, wodurch ein Rippenrohr gemäß F i g. 4 bis 7 erhallen wird. Bei dem in diesen Figuren dargestellten Rippenrohr gemäß der Frfindung sind die umgebogenen Rippen mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet und jeweils mit Finschniitcn bzw. Aussparungen 18 verschen. Der Rand bzw. Spitze 22 jeder Rippe 20 ist so weit umgebogen, daß sie sehr nahe an der Flanke der nächsten Rippe bzw. des nächsten Rippenganges liegt, so daß sich ein kontinuierlicher Spalt 24 (F i g. 6) ergibt, der in regelmäßigen Abständen verbreiterte Stellen 26 (Fig. 5) aufweist, welche durch die Aussparungen 18 gebildet werden, wobei der Spalt 24 mit einem im wesentlichen geschlossenen, abgegrenzten Raum 27 in Verbindung steht.

I i g. 8 der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Rippenrohrcs 30, welches 1111 seiner Innenseite mit wendeiförmigen Rippengängen 32 versehen ist, deren Höhe in radialer Richtung etwas geringer ist als ihre Breite in axialer Richtung. Die Rippengänge 32 verlaufen unter einem helriichllichen Steigungswinkel bezüglich der Längsachse 34 des Rohrs, mit welcher sie beispielsweise einen Winkel zwischen elwa 30" und 45' einschließen. Die Rippen 3t an der Außenseite des Rohres verlaufen im wesentlichen in Umfangsnchlung. was zur Folge hat, daß jeder Rippengang 32 an der Innenseite des Rippenrohrs 30 eine große Anzahl von Rippengängen bzw. Rippen 36 an der Außenseite des Rohres »schneidet«. Überall dort, wo eine Rippe 36 an der Außenseite des Rippenrohrcs einen Rippengang 32 an der Innenseite des Rippenrohrcs kreuzt, ist die Höhe der äußeren Rippe 36 um einige hundcrtstel Millimeter geringer.

Die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge werden insbesondere aus F i g. 9 deutlich, die einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 8 darstellt. In Fig. 9 ist eine Bczugslinie 38 eingezeichnet, die Punkte 36a des Randes von äußeren Rippen 36 miteinander verbindet, unter denen sich keine Rippcngiingc 32 an der Innenseite des Rohrs befinden. Man erkennt, daß die mit dem Bezugszeichen 36b bezeichneten äußeren Rippensteilen, welche oberhalb von Rippengängen 32 an der Innenseite des Rippenrohrcs 30 liegen, eine verringerte Höhe besitzen und daß ihr Rand an diesen Stellen einen Abstand a von der Bezugslinie 38 aufweist.

In Fig. 10 der Zeichnung ist ein Teil eines Längsschnitts durch ein Rippenrohr 30 gemäß der Frfindung gezeigt, welches man erhält, wenn man das Rippenrohr 30 gemäß Fig. 9 durch eine Matrize mit kreisförmiger öffnung zieht. Bei dem Rippenrohr gemäß Fig. 10 sind sämtliche äußeren Rippen 36 seitlich umgebogen, so daß ihr Rand sich in einer Stellung befindet, in der er nur einen geringen Abstand von der nächsten benachbarten Rippe besitzt, so daß sich ein im wesentlichen in I Jmfangsnehtung verlaufender, abgegrenzter Raum 42 ergibt, der über einen in Umfangsrichlung verlaufenden Spalt 44 mit der Umgebung des Rippenrohres in Verbindung steht. An den Rippenstcllcn 36/'bzw. in den Kreuztingsbereichen ergibt sich eine Verbreiterung 46 des Spalts 44.

Fine Teilansicht der zweiten Ausführungsforni eines Rippenrohrs gemäß der Frfindung zeigt F i g. 11 der Zeichnung. Aus dieser Figur wird deutlich, daß der Spall zwischen den umgebogenen Rippen bzw. Rippengängen 36 in verhältnismäßig großen Abständen Verbreiterungen 46 aufweist, welche längs einer Schraubenlinie oder Wendel angeordnet sind, von welcher ein Stück durch die strichpunktierte Linie 48 angedeutet ist und die dem wendelförmigen Verlauf der Rippen bzw. Rippengiinpe 32 an der Innenseite ties Rippenrolires entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   I. Kippenrohr für Wärmetauscher mit an der zylindrischen Rohrv andung umlaufenden Rippen, deren Fuß im wesentlichen radial von der Rohrwandung absteht und deren äußerer Teil in Achsrichtung auf die benachbarte Rippe abgebogen ist, um einen /wischen dem abgebogenen Rand jeder Rippe und der jeweils benachbarten Rippenflanke durchgehenden, zumindest im wesentlichen in Unifangsrichtung verlaufenden Spalt begrenzter Breite zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Rippen (20, 36) an in Umiangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen Verbreiterungen (26,46) des Spaltes (24; 44) bewirkende Einbuchtungen(18, 36tyaufwei.st.
2. 2. Rippenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Breite des Spaltes (24; 44) an den im Abstand voneinander befindlichen Stellen im Durchschnitt mindestens 50% der durchschnittlichen Breite der zwischen diesen Stellen liegenden Teile des Spaltes (24; 44) beträgt.
3. 3. Rippenrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (18, Kb)In regelmäßigen Abständen längs des Umfanges vorgesehen sind.
4. 4. Rippenrohr nach Anspruch 1 bis J, dadurch jo gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der Einbuchtungen (18, iftb) zwischen etwa IO und JO % der Gesamtlänge des Spaltes (24; 44) betragt.
5. 5. Rippenrohr nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (20; 16) durch die Rippengänge einer oder mehrerer wendelförmig um die Rohrwandung des Rippenrohres (10; 30) umlaufender Rippenzüge gebildet sind.
6. 6. Rippenrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß längs seiner Innenseite wendelförmig verlaufende Stege (.32) vorgesehen sind, deren Ganghöhe wesentlich größer ist als die Ganghöhe der Rippen.
7. 7. Rippenrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmig verlaufenden Stege (32) einen Steigungswinkel von mindestens 30" besitzt.
8. 8. Rippenrohr nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (18, 16b) Ausnehmungen am Rippenrand sind.
9. 9. Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohres nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Rippen einer gleichmäßigen Höhe hergestellt werden, in dem das Material eines glatten Rohres zu Rippen hochgerollt wird und daß danach die Höhe der Rippen an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen verringert wird
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen des Rippenrandes durch Rändeln herbeigeführt wird.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Rippenrohres nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst glatte Rohr beim Hochrollen der Rippen auf seiner Außenseite über einen mit wendelförmigen Nuten versehenen Dorn gezogen wird, um Stege an der Innenseite des Rohres zu erzeugen, so daß sich beim Hochrollen der Rippen auf der Außenseite Bereiche verringerter Rippenhöhe ergeben.