EP1378719A1 - Rohr mit Drallkörper - Google Patents

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Publication number
EP1378719A1
EP1378719A1 EP02014876A EP02014876A EP1378719A1 EP 1378719 A1 EP1378719 A1 EP 1378719A1 EP 02014876 A EP02014876 A EP 02014876A EP 02014876 A EP02014876 A EP 02014876A EP 1378719 A1 EP1378719 A1 EP 1378719A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
flow
swirl body
tube
inner peripheral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02014876A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietrich Dipl.Ing c/o Maschinenfabrik Schröder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Georg Kiefer GmbH
Original Assignee
Maschinenfabrik Georg Kiefer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Georg Kiefer GmbH filed Critical Maschinenfabrik Georg Kiefer GmbH
Priority to EP02014876A priority Critical patent/EP1378719A1/de
Publication of EP1378719A1 publication Critical patent/EP1378719A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

Definitions

  • the present invention relates to a tube with a swirl body, in particular a Pipe for guiding a heat transfer medium.
  • the invention further relates to a system for cooling a room or several rooms with pipes for Management of a cooling medium and a method for cooling a room or several rooms with a cooling medium, which in pipes through a concrete ceiling to be led.
  • the flow i.e. H. the individual flow layers of a fluid like air is in the Area of the surface braked by the adhering flow boundary layer.
  • the flow in the center of a tube is only through the adjacent one Layers of air braked. These layers of air exert little resistance, so that the air flows faster in the center of the tube than in an area between the ribs.
  • a heat transfer tube is known from the published patent application DE 100 38 624, that to form a large heat transfer surface on the inside of the pipe Ribs.
  • the ribs twist in the same Direction of rotation and with the same swirl length.
  • the free ends of the ribs to the longitudinal axis of the tube have a distance. This distance should be in a range of 1: 2 to 1: 3, which is optimal for the teaching of this published application dimensioned free space in the center of the tube.
  • Mixing between the flow layers in the center of the pipes and at the inner peripheral surfaces of the pipes can be improved.
  • the heat transfer between a heat-carrying medium and the Pipe and heat transfer can be improved.
  • the swirl body in the tube is preferably in an area in the center of the tube or at least close to this center arranged, i.e. in an area along the longitudinal axis or near the Longitudinal axis of the pipe.
  • the flow of the medium flowing through leads in essentially no longer through the center of the tube, but along the inner edge areas and preferably mainly along the inner Circumferential surface of the tube and therefore forms the appropriate training A ring-like flow around the swirl body e.g. essentially along the longitudinal axis of the tube.
  • the flow is through the swirl body advantageous in addition to an exchange between the different layers caused by the current.
  • An exchange between Flow layers of a laminar flow as well as a swirling of the Flow layers arise.
  • the swirl body has a preferred effect at least partially a cross flow in the area between the swirl body and the inner peripheral surface of the tube without the speed of the flow delayed significantly by the pipe.
  • each influencing the flow of a medium or disabling element e.g. massive or partly for the medium permeable can be used.
  • the element can e.g. with constant permanent, changing and / or rotating along the pipe Cross section be formed.
  • the swirl body Due to the swirl body in the area of the center of the tube, the Increased surface area in the pipe with which the flow comes into contact, so that the Heat transfer area inside the tube is increased.
  • the swirl body becomes thermally conductive with the inner peripheral surface of the tube connected so that the heat transferred to the swirl body to the outside from the Pipe can be derived.
  • the swirl body can be separated from the inner circumferential surface of the tube can be worn.
  • Such connectors could be formed, for example, by bars or grid-like plates.
  • these connecting parts the swirl body is held in position in the tube.
  • these connecting parts can be the heat-conducting connection between the twist and the inner peripheral surface of the tube when they are out good heat-conducting material.
  • aluminum is used for this or a suitable plastic.
  • the tube and the swirl body itself are preferably also made from such a material. It is also possible the tube with optional internal ribs on the swirl body shrink.
  • the Swirl bodies also have a star-shaped profile in cross section.
  • the star-shaped Profile can have three or more stars.
  • the swirl body extends in the essentially over the entire length of the tube.
  • the swirl body is at least extends across the length of the ceiling or wall.
  • the swirl body can be in axial Direction can be arranged side by side and can also in the radial direction arranged side by side. Through the gaps between the swirl bodies a flow can also take place. These gaps can therefore also to a good mixing of the different layers of the flow contribute.
  • in addition to spaced at least one from the inner peripheral surface of the tube arranged swirl body at least one on the inner peripheral surface of the tube arranged element intended to influence the flow.
  • fins are formed on the inner circumferential surface of the tube together form a system influencing the flow.
  • Ribs can run essentially in the longitudinal direction of the tube or else be provided twisted along the inner peripheral surface.
  • Another one Element also increases the heat transfer area inside the tube and further improves the exchange of flow layers through the pipe running flow. It is advantageous to determine the length and distance of the Ribs of the second element and the profile of the centrally arranged swirl body to coordinate with each other for an improved flow.
  • a tube with a diameter of 60 or 80 mm can as a swirl body a rectangular profile with a thickness of 2 to 3 mm and ribs matched to their shape and arrangement can be used.
  • the ribs on the inner circumferential surface of the tube can also be used as Serve bracket for the central swirl body.
  • the ribs can also do this be of different lengths, so that the swirl body e.g. only from the longer ribs is worn. It is advantageous between the swirl body and the ribs to establish a good heat-conducting connection. This allows the heat transferred from the heat transfer medium from the swirl body and the ribs are led out of the pipe.
  • a tube according to the invention with one of the inner Circumferential surface of the tube spaced swirl body is preferably the tube shrunk onto the swirl body.
  • the swirl body can previously with the Be provided connecting parts or there are already on the inner peripheral surface of the tube arranged ribs, the one when shrinking with the swirl body Establish connection.
  • the system according to the invention for cooling a room or several rooms has tubes which are connected to at least one of an inner peripheral surface of the Pipe spaced swirl body are provided, as described above.
  • the tubes according to the invention are preferred in essentially in an exposed ceiling, e.g. at the core of a concrete ceiling through which cooling air as a heat transfer medium is led.
  • ribs can also be provided on the outside of the tubes, around which Increase heat transfer to the concrete ceiling or outside air further.
  • a heat-conducting medium within a tube by at least one Swirl bodies are mixed and the air flows at least partially or completely between the swirl body and an inner peripheral surface of the tube.
  • a tube with at least one is preferably used for the method Swirl body used to mix the flow layers as above has been described.
  • the invention has been described by way of example for a cooling process. Likewise can the invention can also be used in a heating process in which e.g. Heat from a flowing medium to the pipe and e.g. to a floor or a ceiling or wall is given.
  • Figure 1 is a Cross section through an inventive tube with on the inner peripheral surface of the tube arranged ribs and one of the inner peripheral surface of the Tube spaced swirl body shown.
  • the pipe could but also a different cross section such as a rectangular or have an oval cross-section.
  • a star-shaped swirl body with eight star tips arranged.
  • the swirl body could also be slightly outside the center or near the center of the tube.
  • the swirl body is from the inner peripheral surface 3 of the tube spaced apart. On the inner peripheral surface 3 there are a plurality of ribs 4 provided, which are oriented towards the center Z.
  • the ribs 4 also serve as Connecting parts between the swirl body 2 and the inner peripheral surface 3 of the Rohres 1.
  • the swirl body is therefore carried by the ribs 4.
  • the length of the star tips can vary in the direction of the longitudinal axis of the tube, so that there is no closed space through the connection points between the longer areas of the star tips and the ribs.
  • the areas of the star arms shown in the drawing along the Longitudinal axis of the tube are formed and / or the ribs 4 along the tube 1 rotated about the longitudinal axis, so that the swirl body 2 is helical is.
  • a Star arm surface with different ribs one after the other connecting points e.g. a Star arm surface with different ribs one after the other connecting points.
  • the heat transfer surface is inside the tube 1 by the free peripheral surface of the inner peripheral surface 3 of the tube, the Outer surface of the ribs 4 and the outer surface of the swirl body 2 are formed.
  • the swirl body 2 as can be seen from the drawing, the flow of a Medium along the heat transfer surfaces improved and thus the Heat exchange on the heat transfer surfaces increased considerably.
  • the medium preferably flows mainly between the swirl body and one inner circumferential surface of the tube.
  • a cross flow is advantageously generated, which for an exchange of the flow layers in the vicinity of the swirl body and the flow layers near the circumferential surface of the tube.
  • the Flow velocity is not adversely affected by the swirl body affected. This can improve the heat exchange so that a with Cooling system equipped with such pipes has an increased cooling capacity and a cooling process using such pipes works more efficiently.

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Abstract

Bei einem Rohr (1) mit wenigstens einem im Inneren des Rohres vorgesehenen Drallkörper (2) zur Vermischung einer durch das Rohr (1) geführten Strömung ist wenigstens ein Drallkörper (2) von einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohres (1) beabstandet angeordnet. Der Drallkörper (2) ist vorzugsweise in einem Bereich im oder nahe des Zentrums (Z) des Rohres (1) angeordnet, sodass eine Strömung zumindest teilweise zwischen dem Drallkörper (2) und einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohres (1) hindurch strömt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr mit einem Drallkörper, insbesondere ein Rohr zur Führung eines wärmeübertragenden Mediums. Weiter betrifft die Erfindung ein System zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume mit Rohren zur Führung eines Kühlmediums und ein Verfahren zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume mit einem Kühlmedium, welches in Rohren durch eine Betondecke geführt wird.
Es ist bekannt, zum Heizen oder Kühlen von Räumen ein wärmeübertragendes Medium wie Luft zu verwenden, das z.B. durch in der Wand oder in der Decke der Räume eingelassene Rohre geführt wird. Ein solches Verfahren und ein System zum Kühlen vom Räumen ist aus dem Patent DE 196 09 641 der Anmelderin bekannt. Dort sind die Rohre in einer im wesentlichen freiliegenden Betondecke eingelassen, sodass über die Rohre ein Wärmeübertrag zwischen der durch die Rohre geführten Luft und der Betondecke erfolgt. Um einen effizienten Wärmeübergang zu gewährleisten, ist eine große Wärmeübertragungsfläche und ein guter Wärmeaustausch, d.h. eine gute Turbulenz der an der Fläche vorbeiströmenden Luft, erforderlich. Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche an der Innenseite des Rohres und damit zur Verbesserung der Austauschmöglichkeiten der Luft mit dem Rohr wurden an einer inneren Umfangsfläche des Rohres Rippen angeordnet, die in Richtung des Zentrums, bzw. des Bereichs um die Längsachse des Rohres, in dieses hineinragen. Eine weitere Erhöhung der inneren Umfangsfläche stößt fertigungstechnisch bedingt jedoch an Grenzen. Allgemein betrachtet ist der Wärmeübergang eine Funktion von Umfangsfläche und Strömungsgeschwindigkeit des wärmeübertragenden Mediums. Er steigt aufgrund der strömungstechnischen Gesetzmäßigkeiten nicht im gleichen Maß wie eine Vergrößerung der Oberfläche.
Die Strömung, d. h. die einzelnen Strömungsschichten eines Fluids wie Luft wird im Bereich der Oberfläche durch die anhaftende Strömungsgrenzschicht abgebremst. Sind in einem Rohr zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche Rippen vorgesehen, ist die Luftströmung zwischen diesen Rippen aufgrund der anhaftenden Grenzschicht langsamer. Der Wärmeübergang wird daher reduziert. Im Gegensatz dazu wird die Strömung im Zentrum eines Rohres nur durch die angrenzenden Luftschichten gebremst. Diese Luftschichten üben einen geringen Widerstand aus, sodass die Luft im Zentrum des Rohres schneller strömt als in einem Bereich zwischen den Rippen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 38 624 ist ein Wärmeübertragungsrohr bekannt, das zur Ausbildung einer großen Wärmeübertragungsfläche auf der Rohrinnenseite Rippen aufweist. Um einen guten Austausch zwischen den Luftströmungen, insbesondere der Strömung zwischen den Rippen und der Strömung durch den freien Raum im Zentrum des Rohres um die Symmetrielängsachse zu ermöglichen, verlaufen die Rippen mit Bezug zur Längsachse des Rohres drallartig in gleicher Umlaufrichtung und mit gleicher Dralllänge. Ferner ist hierfür vorgesehen, dass die freien Enden der Rippen zur Längsachse des Rohres einen Abstand aufweisen. Dieser Abstand soll im Verhältnis zum Rohrinnendurchmesser in einem Bereich von 1:2 bis 1:3 liegen, wodurch sich ein für die Lehre dieser Offenlegungsschrift optimal bemessener freier Raum im Zentrum des Rohres bildet. Durch die derart ausgebildeten Rippen wird eine Querströmung der Luft erzeugt, die Luftmassen aus der Strömung im Zentrum des Rohres zwischen die Rippen zur Rohrwand bringt. Durch diese Ausführungsform der Rippen wird jedoch der Strömungsquerschnitt im Rippenbereich reduziert und durch den drallförmigen Verlauf der Rippen erhöht sich der Strömungswiderstand zwischen den Rippen. Ein geringerer Querschnitt und ein höherer Widerstand reduzieren außerdem die Strömungsgeschwindigkeit und damit den Wärmeübergang und das Strömungsvolumen zwischen den Rippen. Auch ist nicht sichergestellt, dass die Luftströmung im Zentrum des Rohres vollständig an dem Wärmeaustausch teilnimmt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rohr für einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem wärmeübertragenden Medium und dem Rohr vorzuschlagen, insbesondere soll eine verbesserte Turbulenz oder Zirkulation und Durchmischung der Strömungsschichten im Rohr ermöglicht werden.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung bei einem System zur Kühlung von Räumen den Wärmeaustausch zwischen dem wärmeübertragenden Medium und dem Raum durch einen verbesserten Aufbau der Rohre des Systems zu ermöglichen.
Weiter ist es eine Aufgabe bei einem Verfahren zum Kühlen eines Raumes die Strömung eines wärmeübertragenden Mediums innerhalb von Rohren in Bezug auf den Wärmeübertrag zu optimieren. Insbesondere soll bei dem Verfahren eine Vermischung zwischen den Strömungsschichten im Zentrum der Rohre und an den inneren Umfangsflächen der Rohre verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rohr, ein System und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einem Rohr mit wenigstens einem im Inneren des Rohres vorgesehenen die Strömung beeinflussenden oder behindernden Element oder einem Drallkörper ist das Element oder der wenigstens eine Drallkörper von einer inneren Umfangsfläche des Rohres beabstandet angeordnet. Dadurch wird der Strömungswiderstand im Inneren des Rohres erhöht und eine höhere Geschwindigkeit eines durch das Rohr fließenden Mediums im Bereich um den Drallkörper herum erreicht, so dass z.B. an der Rohrwand angeordnete Rippen schneller umströmt werden und somit der Wärmeübergang erhöht wird. Weiterhin kann eine vorteilhafte Geschwindigkeitsverteilung der Strömung zwischen dem inneren Bereich des Rohres und der inneren Umfangsfläche des Rohres erzielt werden, so dass ein Austausch des Strömungsvolumens im Kernbereich und im Randbereich erreicht werden kann. Somit kann der Wärmeübergang zwischen einem wärmetragenden Medium und dem Rohr und der Wärmetransport verbessert werden. Als wärmetragendes Medium kann beispielsweise Luft aber auch eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser oder eine Kühlflüssigkeit verwendet werden. Vorzugsweise ist der Drallkörper in dem Rohr in einem Bereich im Zentrum des Rohres oder zumindest nahe dieses Zentrums angeordnet, d.h. in einem Bereich entlang der Längsachse oder in der Nähe der Längsachse des Rohres. Der Strom des durchfließenden Mediums führt dadurch im wesentlichen nicht mehr durch das Zentrum des Rohres, sondern entlang der inneren Randbereiche und bevorzugt hauptsächlich entlang der inneren Umfangsfläche des Rohres und bildet daher bei entsprechender Ausbildung der Rohrinnenseite eine ringartige Strömung um den Drallkörper z.B. im wesentlichen entlang der Längsachse des Rohres. Durch den Drallkörper wird die Strömung vorteilhaft zusätzlich zu einem Austausch zwischen den verschiedenen Schichten der Strömung veranlasst. Dabei kann sowohl ein Austausch zwischen Strömungsschichten einer laminaren Strömung als auch eine Verwirbelung der Strömungsschichten entstehen. Insgesamt bewirkt der Drallkörper bevorzugt zumindest teilweise eine Querströmung in dem Bereich zwischen dem Drallkörper und der inneren Umfangsfläche des Rohres, ohne die Geschwindigkeit der Strömung durch das Rohr wesentlich zu verzögern.
Obwohl die Erfindung beispielhaft anhand eines Drallkörpers beschrieben wird, kann erfindungsgemäß jedes die Strömung eines Mediums beeinflussendes oder behinderndes Element, welches z.B. massiv oder für das Medium zum Teil durchlässig sein kann, verwendet werden. Das Element kann z.B. mit konstant bleibendem, sich veränderndem und/oder sich entlang des Rohres drehendem Querschnitt ausgebildet sein.
Durch den Drallkörper im Bereich des Zentrums des Rohres wird auch die Oberfläche im Rohr vergrößert, mit der die Strömung in Kontakt kommt, sodass die Wärmeübertragungsfläche im Inneren des Rohres vergrößert wird. Vorzugsweise wird der Drallkörper mit der inneren Umfangsfläche des Rohres wärmeleitend verbunden, sodass die auf den Drallkörper übertragene Wärme nach außen aus dem Rohr abgeleitet werden kann. Der Drallkörper kann durch Verbindungsteile von der inneren Umfangsfläche des Rohres getragen werden. Solche Verbindungsteile könnten beispielsweise durch Stäbe oder gitterartige Platten gebildet werden. Durch diese Verbindungsteile wird der Drallkörper in seiner Position in dem Rohr gehalten. Gleichzeitig können diese Verbindungsteile die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Drallköper und der inneren Umfangsfläche des Rohres darstellen, wenn sie aus gut wärmeleitendem Material bestehen. Hierfür kommt beispielsweise Aluminium oder ein geeigneter Kunststoff in Betracht. Das Rohr und der Drallkörper selbst sind vorzugsweise ebenfalls aus einem solchen Material gefertigt. Ebenso ist es möglich das Rohr mit optional vorhandenen Innenrippen auf den Drallkörper aufzuschrumpfen.
Um die Wärmeübertragungsfläche innerhalb des Rohres weiter zu erhöhen, kann der Drallkörper im Querschnitt auch ein sternförmiges Profil aufweisen. Das sternförmige Profil kann dabei drei oder mehr Sterne aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Drallkörper entlang der Längsachse des Rohres wendelförmig ausgebildet. Je nach der Steigung, d.h. der Anzahl der Windungen pro Längeneinheit dieser Wendelform, kann durch diese Form des Drallkörpers, bevorzugt unter Berücksichtigung des Gesamtdurchmessers des Rohres, eine optimale Geschwindigkeitsverteilung der Strömung zwischen dem Drallkörper und der inneren Umfangsfläche des Rohres erreicht werden. Darüber hinaus wird ein kontinuierlicher Austausch der Strömungsschichten um den Drallkörper in dem zentralen Bereich des Rohres und der Strömungsschichten vor der inneren Umfangsfläche des Rohres erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Drallkörper im wesentlichen über die gesamte Länge des Rohres. Bei dem Einsatz des Rohres in einem System zur Kühlung eines Raumes, bei dem die Rohre innerhalb einer Wand oder einer Decke verlaufen, ist es vorteilhaft, wenn sich der Drallkörper wenigstens über die Länge der Decke oder der Wand erstreckt. Es können auch mehrere erfindungsgemäße Drallkörper nebeneinander und/oder hintereinander innerhalb eines Rohres angeordnet sein, wobei die einzelnen Drallkörper dabei ein unterschiedliches Profil aufweisen können. Die Drallkörper können in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sein und können auch in radialer Richtung nebeneinander angeordnet. Durch die Zwischenräume zwischen den Drallkörpern kann ebenfalls eine Strömung erfolgen. Diese Zwischenräume können daher ebenfalls zu einer guten Vermischung der verschiedenen Schichten der Strömung beitragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist neben wenigstens einem von der inneren Umfangsfläche des Rohres beabstandet angeordneten Drallkörper mindestens ein an der inneren Umfangsfläche des Rohres angeordnetes die Strömung beeinflussendes Element vorgesehen. Vorzugsweise werden hierfür an der inneren Umfangsfläche des Rohres Rippen ausgebildet, die in ihrer Gesamtheit ein die Strömung beeinflussendes System bilden. Die Rippen können dabei im wesentlichen in Längsrichtung des Rohres verlaufen oder auch verdrillt entlang der inneren Umfangsfläche vorgesehen sein. Ein solches weiteres Element vergrößert zusätzlich die Wärmeübertragungsfläche innerhalb des Rohres und verbessert weiterhin den Austausch der Strömungsschichten der durch das Rohr verlaufenden Strömung. Dabei ist es vorteilhaft, die Länge und den Abstand der Rippen des zweiten Elements und das Profil des zentral angeordneten Drallkörpers im Hinblick auf eine verbesserte Strömung aufeinander abzustimmen. Wird beispielsweise ein Rohr mit einem Durchmesser von 60 oder 80 mm verwendet, kann als Drallkörper ein Rechteckprofil mit einer Dicke von 2 bis 3 mm und entsprechend ihrer Form und Anordnung abgestimmten Rippen verwendet werden. Die Rippen an der inneren Umfangsfläche des Rohres können dabei auch als Halterung für den zentralen Drallkörper dienen. Hierfür können die Rippen auch unterschiedlich lang ausgebildet sein, sodass der Drallkörper z.B. nur von den längeren Rippen getragen wird. Dabei ist es vorteilhaft, zwischen dem Drallkörper und den Rippen eine gut wärmeleitende Verbindung herzustellen. Dadurch kann die von dem wärmetragenden Medium übertragene Wärme von dem Drallkörper und den Rippen nach außen aus dem Rohr geleitet werden.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohres mit einem von der inneren Umfangsfläche des Rohres beabstandeten Drallkörper wird vorzugsweise das Rohr auf den Drallkörper aufgeschrumpft. Dabei kann der Drallkörper vorher mit den Verbindungsteilen versehen sein oder es sind bereits an der inneren Umfangsfläche des Rohres Rippen angeordnet, die beim Aufschrumpfen mit dem Drallkörper eine Verbindung herstellen.
Das erfindungsgemäße System zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume weist Rohre auf, welche mit mindestens einem von einer inneren Umfangsfläche des Rohres beabstandet angeordneten Drallkörper versehen sind, wie oben beschrieben. Durch die Verwendung derartiger Rohre in dem Kühlsystem wird der Wärmeübergang zwischen dem wärmeübertragenden Medium und dem Außenbereich der Rohre erheblich verbessert, wodurch sich die Kühlleistung des Systems ebenfalls verbessert. Die erfindungsgemäßen Rohre sind bevorzugt im wesentlichen in einer freiliegenden Decke, z.B. im Kern einer Betondecke eingelassen, durch die als wärmeübertragendes Medium kühlende Luft geführt wird. Vorzugsweise können auch außen an den Rohren Rippen vorgesehen sein, um den Wärmeübergang zu der Betondecke oder Außenluft weiter zu erhöhen. Zur Erläuterung weiterer Besonderheiten, wie dem Aufbau und der Funktion des Kühlsystems wird auf die DE 196 09 641 der Anmelderin verwiesen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume mit einem wärmeübertragenden Medium werden die Strömungsschichten eines wärmeleitenden Mediums innerhalb eines Rohres durch wenigstens einen Drallkörper vermischt und die Luft strömt zumindest teilweise oder vollständig zwischen dem Drallkörper und einer inneren Umfangsfläche des Rohres hindurch. Hierfür wird vorzugsweise für das Verfahren ein Rohr mit wenigstens einem Drallkörper zur Vermischung der Strömungsschichten verwendet, wie es oben beschrieben wurde. Für weitere Einzelheiten des Ablaufs des Verfahrens zur Kühlung eines oder mehreren Räume wird auf die Patentschrift DE 196 09 641 der Anmelderin verwiesen.
Die Erfindung wurde beispielhaft für einen Kühlvorgang beschrieben. Ebenso kann die Erfindung auch bei einem Erwärmungsvorgang verwendet werden, bei welchem z.B. Wärme von einem strömenden Medium an das Rohr und z.B. an einen Boden oder eine Decke oder Wand abgegeben wird.
Die Erfindung soll nun beispielhaft an einer bevorzugten Ausführungsform eines Rohres anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. In Figur 1 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rohr mit an der inneren Umfangsfläche des Rohres angeordneten Rippen und einem von der inneren Umfangsfläche des Rohres beabstandeten Drallkörper dargestellt.
Die Figur 1 zeigt ein Rohr 1 mit einem kreisförmigen Querschnitt. Das Rohr könnte jedoch auch einen anderen Querschnitt wie beispielsweise einen rechteckigen oder einen ovalen Querschnitt aufweisen. Im Zentrum Z des Rohres, d.h. auf der Längsachse des Rohres, ist ein sternförmiger Drallkörper mit acht Sternspitzen angeordnet. Wie bereits beschrieben, könnte der Drallkörper auch etwas außerhalb des Zentrums oder in der Nähe des Zentrums des Rohres angeordnet sein. Ferner ist es möglich, auch mehrere Drallkörper 2 nebeneinander und/oder hintereinander anzuordnen. Der Drallkörper ist von der inneren Umfangsfläche 3 des Rohres beabstandet angeordnet. An der inneren Umfangsfläche 3 sind mehrere Rippen 4 vorgesehen, die auf das Zentrum Z hin ausgerichtet sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel dienen die Rippen 4 gleichzeitig als Verbindungsteile zwischen dem Drallkörper 2 und der inneren Umfangsfläche 3 des Rohres 1. Der Drallkörper wird daher von den Rippen 4 getragen. Es ist jedoch auch denkbar, neben den Rippen 4 getrennte Verbindungsteile vorzusehen, welche den Drallkörper stützen.
Die Länge der Sternspitzen kann in Richtung der Längsachse des Rohres variiern, sodass kein abgeschlossener Raum durch die Verbindungsstellen zwischen den längeren Bereichen der Sternspitzen und den Rippen entsteht. Vorzugsweise sind die Flächen, die von den in der Zeichnung dargestellten Sternarmen entlang der Längsachse des Rohres gebildet werden und/oder die Rippen 4 entlang des Rohres 1 um die Längsachse verdreht, sodass der Drallkörper 2 wendelförmig ausgebildet ist. Zum Stützen des Drallkörpers 2 innerhalb des Rohres 1 geht z.B. eine Sternarmfläche mit verschiedenen Rippen nacheinander Verbindungspunkte ein.
In dem gezeigten Beispiel wird die Wärmeübertragungsfläche im Inneren des Rohres 1 durch die freie Umfangsfläche der inneren Umfangsfläche 3 des Rohres, die Außenfläche der Rippen 4 und der Außenfläche des Drallkörpers 2 gebildet. Durch den Drallkörper 2 wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, die Strömung eines Mediums entlang der Wärmeübertragungsflächen verbessert und somit der Wärmeaustausch an den Wärmeübertragungsflächen beachtlich vergrößert.
Wird nun ein wärmeübertragendes Medium wie Luft oder Flüssigkeit in das Rohr 1 eingeleitet, strömt die Luft entlang der freien Bereiche zwischen dem Drallkörper, den Rippen und der inneren Umfangsfläche durch das Rohr. Durch den im Zentrum angeordneten Drallkörper wird verhindert, dass eine Strömungsschicht nahezu ohne jeden Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Rohres durch das Rohr strömt.
Das Medium strömt bevorzugt hauptsächlich zwischen dem Drallkörper und einer inneren Umfangsfläche des Rohres hindurch. Durch den Drallkörper sowie durch die Rippen wird bei entsprechender Ausbildung vorteilhaft eine Querströmung erzeugt, welche für einen Austausch der Strömungsschichten in der Nähe des Drallkörpers und der Strömungsschichten in der Nähe der Umfangsfläche des Rohres sorgt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird dabei durch den Drallkörper nicht nachteilig beeinflusst. Dadurch kann der Wärmeaustausch verbessert werden, sodass ein mit derartigen Rohren ausgestattetes Kühlsystem eine erhöhte Kühlleistung aufweist und ein Kühlverfahren, welches solche Rohre einsetzt, effizienter arbeitet.

Claims (19)

  1. Rohr zum Kühlen eines Raumes mit mindestens einem eine Strömung eines durch das Rohr fließenden Mediums beeinflussenden oder behindernden Element (2), wobei das mindestens eine Element von einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) beabstandet angeordnet ist.
  2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine die Strömung beeinflussende oder behindernde Element (2) in einem Bereich im oder nahe des Zentrums des Rohrs (1) angeordnet ist.
  3. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) derart angeordnet ist, dass eine Strömung zumindest teilweise zwischen dem die Strömung beeinflussende oder behindernde Element oder Drallkörper (2) und einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) hindurch strömt.
  4. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) über die gesamte Länge des Rohrs (1) erstreckt.
  5. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere die Strömung beeinflussende oder behindernde Elemente oder Drallkörper (2) axial oder radial neben einander in dem Rohr (1) angeordnet sind.
  6. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Strömung beeinflussende oder behindernde Element oder der Drallkörper (2) durch Verbindungsteile von der inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) getragen wird.
  7. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem die Strömung beeinflussenden oder behindernden Element oder Drallkörper (2) und der inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) wenigstens eine wärmeleitende Verbindung besteht.
  8. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) im Querschnitt ein sternförmiges Profil oder Rechteckprofil aufweist.
  9. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) entlang der Längsachse des Rohrs (1) wendelförmig ausgebildet ist.
  10. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens ein an der inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) angeordnetes die Strömung eines durchfließenden Mediums beeinflussendes Element aufweist.
  11. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) eine oder mehrere Rippen (4) ausgebildet sind.
  12. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) zumindest teilweise von an der inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) ausgebildeten Rippen (4) getragen wird.
  13. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des die Strömung beeinflussenden oder behindernden Elements oder Drallkörpers (2) strömungstechnisch auf die Form der Rippen (4) abgestimmt ist.
  14. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Strömung beeinflussende oder behindernde Element oder der Drallkörper (2) mit wenigstens einem Teil der Rippen (4) wärmeleitend verbunden ist.
  15. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) mit den Rippen (4) auf den Drallkörper (2) aufgeschrumpft ist.
  16. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Außenseite des Rohres mindestens eine Rippe angeordnet ist.
  17. System zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume mit mindestens einem Rohr zur Führung eines wärmeübertragenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist und in einer Decke, einem Boden und/oder einer Wand des Raumes angeordnet ist.
  18. Verfahren zum Kühlen eines Raumes oder mehrerer Räume mit einem wärmeübertragenden Medium, welches in einer Decke eines Raumes in Rohren geführt wird, wobei die Kühlung der Oberfläche der Decke durch die Kühlung des Kerns der Decke erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Strömungsschichten des in einem Rohr (1) geführten Mediums durch wenigstens einen die Strömung beeinflussendes oder behinderndes Element oder Drallkörper (2) vermischt werden, wobei das Element oder der Drallkörper (2) von einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) derart beabstandet angeordnet ist, dass das Medium zumindest teilweise oder vollständig zwischen dem Drallkörper (2) und einer inneren Umfangsfläche (3) des Rohrs (1) hindurch strömt.
  19. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) mit wenigstens einem die Strömung beeinflussenden oder behindernden Element oder Drallkörper (2) zur Vermischung der Strömungsschichten des Mediums nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet sind.
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