DE2600821A1 - Waermetauscherwand fuer einen kondensator und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Waermetauscherwand fuer einen kondensator und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Wärmetauscherwand für einen Kondensator und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscherwand mit einer auf eine geringe Temperatur gekühlten Wärme-Übertragungsfläche,
an der Heißdampf auskondensiert, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wand.
Herkömmliche Wärmetauscherwände zur Kondensation von Dampf, z. B. Kondensatorrohre für Turbo-Kälte geräte von großen Klimaanlagen,
besitzen in der Regel glatte oder nur geringfügig gerippte Wärmeübergangsflächen, wobei die letzteren relativ
flache einstückige Grate und Rippen aufweisen. An einer glatten Wärmetauscherfläche schlägt sich der Dampf in Form von
Tröpfchen nieder, wobei nach weitergehender Kondensation die gesamte Fläche mit Flüssigkeitströpfchen bzw. einem relativ
dicken Flüssigkeitsfilm bedeckt ist, durch dessen thermischen
Widerstand die Wärmeleitung verringert und die Flächenleistung der Wärmeübergangsfläche herabgesetzt werden. Demgegenüber
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werden bei den geringfügig gerippten Flächen die Ausbildung derartig dicker Flüssigkeitsfilme verhindert, sie sind jedoch
hinsichtlich des Wärmeübergangs-Wirkungsgrades ungenügend. Darüber hinaus genügen sie auch nicht den modernen
Anforderungen einer leichteren und kleineren Ausführung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Wärmetauscherwand mit ausgezeichneten Kondensationseigenschaften
zu s chaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
in die W arme Übergangs fläche von eine Kondensations-Wand bildenden
Platten und Rohren Nuten unter einer geringen Steigung eingearbeitet werden, die zwischen sich scharf abgesetzte
Kämme begrenzen, in deren oberste Kanten Kerben von geringer Steigung und gegenüber den Nuten geringererTiefe
eingearbeitet werden.
Die Nuten können eine Tiefe von nicht mehr als 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen und mit einer Steigung
von nicht mehr als 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,5
und 1,0 mm angeordnet werden. Die in den von den Nuten begrenzten schmalen Kämmen eingearbeiteten Kerben können im
wesentlichen eine gleiche Teilung und Steigung wie die Nuten haben.
Eine derartig profilierte Wärmeübergangsfläche kann auf
einfache Weise durch Einarbeiten flacher Kerben mit einer
geringen Steigung in die Fläche eine Wärmetauscherwand und anschließendem Formen der tieferen Nuten von geringer Steigung
quer zu den flachen Kerben durch Einschneiden und pflugartiges
öffnen der Nutflächen hergestellt werden. Das Verfahren zur Ausbildung einer solchen Wärmetauscherwand ist
ein Merkmal der Erfindung. Die spanende Bearbeitung, durch
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welche die Fläche der Wärmetauscherwand nicht insgesamt abgetragen, sondern mehr verformt wird oder das pflugartige
Einschneiden führt zu geneigten Schnitten. Dadurch werden die Nuten tiefer als die durch die Schneidwerkzeuge hervorgerufene
Schnittiefe und damit die Kämme dünnwandiger. Die Ausbildung, der Nuten unter einer minimalen Steigung gestaltet
sich auf diese Weise extrem einfach. Die dünnen Kanten der von den Nuten begrenzten Kämme sind scharfkantig
mit einem Rest der geschnittenen und eine Kammflanke bildenden Ursprungs-Oberfläche.
Ist das Einschneiden dieser Nuten in die Fläche einer Wärmetauscherwand durch die Ausbildung der flacheren Nuten
mit einer geringen Steigung auf der gleichen Fläche vorgegeben, dann trennt die pflugartige anschließende Riefung
quer zu den flachen Nuten diese in gesonderte Kerben in den entstehenden Kämmen. Diese Bearbeitungsvorgänge sind
gegenüber herkömmlichen Methoden zur Ausbildung von tiefen ersten Nutenund anschließendem Eindrücken von entsprechenden
Kerben in den von den Nuten begrenzten Kämmen erheblich einfacher. Die erfindungsgemäß hergestellten Nuten sind so
geneigt, daß sie ein Abfließen der Flüssigkeitströpfchen
und Filme des Kondensates erleichtern.
Die die Kerben bildenden flachen Nuten können durch
Schneiden oder Rollen in herkömmlicher Weise hergestellt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung im ,einzelnen ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch die Außenfläche eines erfindungsgemäß behandelten Kupferrohresj
9/0791
Pig. 2 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Wärmeverbrauch und dem Koeffizienten der gesamten
Wärmeübertragung eines erfindungsgemäßen Kondensatorrohres
und eines bekannten "geringfügig gerippten" Kondensationsrohres;
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt einer weiteren erfindungsgemäßen
Wärmetauscherwand;
Pig. 4 einen vergrößerten Schnitt einer Wärmetauscherwand und eines Preßwerkzeuges zur Herstellung
der Flächenkontur nach Fig. ^.
Der in Fig. 1 dargestellte Teil eines Kupferrohres 1 bildet eine Wärmetauscherwand, in deren Außenfläche Nuten
in enger Steigung eingearbeitet sind, die zwischenliegende schmale Kämme 3 begrenzen. Die Kante jedes Kammes J5 weist
flache V-förmige Kerben 4 von geringer Steigung auf, die gesonderte Kuppen 5 begrenzen. Der Wärmefluß erfolgt in
Richtung des dargestellten Teiles.
Ein Kupferrohr mit einer derartigen Flächenstruktur kann durch Riffeln der Rohrflache und nachfolgende spanende, pflugartige
Bearbeitung zur Ausbildung der aufeinanderfolgenden Kämme hergestellt werden.
Die V-förmigen Kerben 4 werden mit einem Riffelwerkzeug
hergestellt, das aus mehreren Rollen mit spiralförmigen Riffelkanten besteht und in den Werkzeughalter einer Drehbank
derartig eingesetzt ist, daß die Rollen gegen die Oberfläche des sich mit einem Spannfutter drehenden Kupferrohres
angedrückt werden, wobei sich der Werkzeugsupport auf einer Schraubenbahn bewegt. Auf diese Weise entstehen flache durch-
609829/079^
gehende spiralförmige Kerben von V-förmigem Querschnitt
von nur geringer Steigung am Werkstück.
Anschließend wird dieses Werkstück durch eine pflug- oder schrämartige spanende Bearbeitung kreuzweise weiterbearbeitet.
Mehrere Schneidwerkzeuge sind mit gleichmäßiger gegenseitiger Versetzung in einen Werkzeugsupport eingespannt
und werden gegen die drehende Arbeitsfläche in Querrichtung
zu den flachen V-förmigen Kerben z. B. unter
einem Winkel von 45 ° zu den Kerben in gleicher Weise wie
beim Einschneiden eines Meh,rganggewindes angetrieben. Dieser Schneidvorgang erzeugt durchgehende schraubenförmige tiefe
Nuten 2 mit kleiner Steigung und entsprechende aufstehende Kanten 3 mit dünnen Wänden. Da die Kanten bzw. Kämme J
durch pflugartiges Schneiden und Aufbiegen der schrägen Kupferrohr fläche durch die Schneidwerkzeuge erfolgt, bleibt
die ursprüngliche Oberfläche des Rohres an einer Flanke und es bilden sich verjüngende scharfkantige Kämme. Diese
Kämme erstrecken sich über die ursprüngliche Oberfläche des Rohres und die Tiefe der Nuten nach der spanenden Bearbeitung
ist größer als die Schnittiefe durch die Werkzeuge. Der schräge Schnitt teilt die zuvor durch Rändeln oder Riffeln
hergestellten flachen Kerben in eine Vielzahl von einzelnen Einschnitten 4 an den Kanten, wobei der Boden jedes
Einschnittes zu einer Flanke jedes Kamms 3 geneigt ist.
Wenn ein derartig ausgestaltetes Wärmetauscherrohr horizontal eingespannt ist und zur Kondensation verwendet wird,
dann fließen die Flussigkeitstropfehen oder ein von diesen
Tröpfchen gebildeter Film aufgrund der Kondensation des Dampfes am oberen Teil jedes Rohres an den scharfkantigen
Zähnen 5 unter den Einflüssen der Schwerkraft und der Oberflächenspannung
des Kondensates in die Nuten 2 oder die
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Kerben 4. Der Flüssigkeitsfilm an den Zacken 5 wird dadurch
verdünnt, so daß dort eine intensive Kondensation des Dampfes erfolgen kann.
Feine Kondensatströme werden in den Nuten 2 zusammengefaßt und fließen aufgrund der Schwerkraft nach unten ab,
so daß die sich den Zacken 5 in Form von Tröpfchen bildende Flüssigkeit schnell abgeführt wird.
Die Kerben 4 in den Kanten der Kämme 3 unterstützen die
Wirkung dieser Vorgänge und lassen einen dünnen Flüssigkeitsfilm über die gesamte Wandfläche des Wärmetauscher-
ent? die
rohres 'stehen, durch den sich/Effizienz der Übertragung
erhöht.
Die in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscherwand braucht nicht unbedingt ein Rohr zu sein, sondern kann auch eine
ebene Plattenfläche sein, wobei in diesem Falle die Kerben
zum Verteilen eines Kondensates von geringer Fließfähigkeit
zu den Nuten 2 dienen, in denen sie zu den benachbarten Nuten gesammelt wird, so daß sich der Flüssigkeitsfilm über
der gesamten ebenen Wärmetaus eher fläche verdünnt.
Zur Verdeutlichung der vorteilhaften Wirkung einer erfindungsgemäßen
Wärmeübertragungsfläche sind in Fig. 2 Versuchsergebnisse
mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauscherwand denjenigen einer bekannten gegenübergestellt. Rohre mit einer
erfindungsgemäßen Wärmetauscherwand und mit einer herkömmlichen geringfügig gerillten Wand wurden in Schlangen-Kesselkondensatoren
von 300-Kühltonnen-Turbokühlern eingesetzt und
die Kondensat ions Ie istungen beider Versuchs kondensat or en - mit
I/
Freon R-Il als Kühlmittel - verglichen.
09829/07^3
Die Aufheizung Q, ( in Kcal/mh) wurde auf der Abszisse
und der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung Kc (in Kcal/mh 0C) als Ordinate aufgetragen.
In diesem Diagramm kennzeichnet die Linie A die Gesamtheit
der Ergebnisse bei Verwendung von erfindungsgemäßen Kupfer-Wärmetauseherrohren mit einem Außendurchmesser von
19*2 mm, 0,4 mm Nutensteigung und 0,8 mm Nutentiefe, wobei
die Nuten unter rechten Winkeln zur Rohrachse ausgerichtet waren, 0,2 mm Kerben-Steigung und 0,5 mm Kerbentiefe. Die
Linie B kennzeichnet die Ergebnisse von geringfügig gerillten
Kupferrohren von 18,6 mm Außendurchmesser, 1,4 mm Rillensteigung und 1,3 mm Rillenhöhe. Aus dem Diagramm läßt
sich entnehmen, daß der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung
bei den geringfügig gerillten Rohren ca 200 Kcal/mh 0C
betrug, während er bei Verwendung von erfindungsgemäß behandelten Wärmetauscherrohren über JOO Kcal/mh 0C lag, woraus
hervorgeht, daß bei letzteren der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung wesentlich höher ist.
Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch in Richtung auf die Nuten 2 umgebogene
Zacken 5 an den Kanten der Kämme 3· Eine Wärmetauscherwand mit einer derartigen Flächenkontur wird durch Verformungen
der in Fig. 1 dargestellten Kämme 3 durch ein in Fig. 4 dargestelltes, genutetes Druckstück gehalten. Das Umbiegen
der Kämme 3 durch Verformung beläßt die Kerben 4 zumindest in ihrem . .Fußteil als Schlitze, die mit von den abgebogenen
Zacken 6 begrenzten Hohlkanälen 21 kommunizieren.
Bei der Kondensation von Dampf an einer derartigen Wärmetauscherwand
fließen die Tröpfchen oder die aus diesen Tröpfchen.
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an den abgerundeten Zacken 6 gebildeten Filme in die Nuten 2 und die Hohlkanäle 21 unter den Wirkungen der
Schwerkraft und der Oberflächenspannung des Kondensats.
Die an den abgerundeten Zacken abfließenden verbleibenden
Flüssigkeitsfilme gelangen an den Kanten der Schlitze oder Kerben 4 über die Hohlkanäle 21 in die Nuten 2. Die daraus
folgende Verdünnung der Flüssigkeitsfilme an den abgerundeten
Zacken erlaubt eine intensive Dampf kondensat ion mit einem vergrößerten Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad.
Ist die Wärmetauscherwand ein Rohr, dann wird sicheln
Teil des nach abwärts fließenden Kondensats in denmwesentlichen
U-förmigen Hohlkanälen 21 im unteren Teil des
Rohres sammeln. Durch die Schlitze bzw. die verformten Kerben 4 in den die Hohlkanäle 21 begrenzenden Kämmen ~5,
kann die Flüssigkeit aus den Kanälen 21 abtropfen, so daß Kondensatteile von angrenzenden Rohrstücken vereinigt
werden und die Flüssigkeit schnell von der Rohrfläche als Tropfen abgeführt wird.
Die Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Abmessungen von Kondensatoren für Kühlaggregate, Klimaanlagen u.dgl.,
eine Verbesserung ihrer Wärmeübertragungs-Wirkungsgrade und eine Verringerung der Materialkosten, was von großem
industriellem Vorteil ist.
Die Erfindung ist nicht nur an den Außenflächen von Kondensationsrohren,
sondern auch an den Innenflächen von beispielsweise Heizleitungen o.dgl. anwendbar.
? 9 / C ί 7 5 3
Claims (6)
- Ansprücheί 1 ./Wärmetauscherwand zur Dampf kondensat ion mit einer Wandfläche von niedriger Temperatur, an der der der anströmende Dampf auskondensiert, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von mit geringer Steigung in die Wärmeübertragungsfläche (1) eingearbeitete Nuten (2), die zwischen sich dünnwandige scharfe Kämme (3) begrenzen, und durch in den Kanten der Kämme (3) angeordnete Kerben (4) von gegenüber den Nuten (2) geringerer Tiefe und einer geringen Steigung.
- 2. Wärmetauscherwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Wand eines Wärmetauscherrohres eingearbeiteten Nuten einen durchgehenden Fuß von Spiralform aufweisen.
- 3. Wärmetauscherwand nach Anspruch 2, dadrurch gekennzeichnet, daß die Kämme (3) aufrecht abstehen.
- 4. Wärmetauscherwand nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, cfeß die Kämme (3) an ihren Endkanten zu den Nuten (2) abgebogen sind.
- 5. Wärmetauscherwand nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2) und Kerben (4) an der Außenfläche einer Rohrwand angeordnet sind.
- 6. Wärmetauscherwand nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2) und Kerben (4) an der Innenfläche einer Rohrwand angeordnet sind.9829/079"J, Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherwand zur Dampfkondensation, gekennzeichnet durch Einarbeiten von flachen Kerben (4) unter einer geringen Steigung in die Wärmeübertragungsf lache der Wand und anschließendes Formen von tieferen Nuten (2) unter einer geringen Steigung quer zu den flachen Kerben (4) durch schräm- bzw. pflugartiges Einschneiden und Aufbiegen der Fläche.8. Verfahren nach Anspruch "J3 dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Kerben durch Rillen oder Rollen hergestellt werden.9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schrämartige Einschneiden in die Wärmeübertragungsfläche auf einer Drehbank erfolgt.10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß das schrämartige Einschneiden in die Wärmeübertragungsfläche durch eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen erfolgt.11. Verfahren nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet,daß die Kanten der von den tieferen Nuten (2) begrenzten Rippen (3) in Richtung auf die tieferen Nuten (2) umgebogen werden.12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet,daßdie Kanten der Rippen (3) durch ein mit entsprechenden Nuten versehenes Werkzeug verformt und umgebogen werden.6 08629/0 7 93Leerseite
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DE2600821C3 DE2600821C3 (de) | 1980-06-19 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19762600821 Expired DE2600821C3 (de) | 1975-01-13 | 1976-01-12 | Wärmetauscherwand, insbesondere Wärmetauscherrohr, und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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---|---|
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GB (1) | GB1523942A (de) |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3048959A1 (de) * | 1980-12-24 | 1982-07-22 | Wieland-Werke Ag, 7900 Ulm | Rippenrohr fuer waermeuebertrager od. dgl. |
WO2002090859A1 (de) | 2001-05-08 | 2002-11-14 | Tinox Gmbh | Wärmetauscher-vorrichtung mit einer oberflächenbeschichteten wand, die medium 1 von medium 2 trennt |
Families Citing this family (1)
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1976
- 1976-01-12 DE DE19762600821 patent/DE2600821C3/de not_active Expired
- 1976-01-12 NL NL7600256A patent/NL162316C/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-01-12 GB GB101276A patent/GB1523942A/en not_active Expired
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WO2002090859A1 (de) | 2001-05-08 | 2002-11-14 | Tinox Gmbh | Wärmetauscher-vorrichtung mit einer oberflächenbeschichteten wand, die medium 1 von medium 2 trennt |
DE10122329B4 (de) * | 2001-05-08 | 2004-06-03 | Tinox Gmbh | Wärmetauscher-Vorrichtung mit einer oberflächenbeschichteten Wand, die Medium 1 von Medium 2 trennt |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1523942A (en) | 1978-09-06 |
DE2600821C3 (de) | 1980-06-19 |
NL162316B (nl) | 1979-12-17 |
DE2600821B2 (de) | 1979-10-11 |
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