DE1451280C - Innenberipptes Wärmetauschrohr - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein innenberipptes Wärmetauschrohr, bei dem die Innenrippen durch gegeneinander versetzt angeordnete Ausbiegungen in einem Metallband gebildet sind, welches schraubenförmig gewickelt der Rohrwand anliegt und mit dieser verlötet ist.

Bei einem bekannten Wärmetauschrohr dieser Art bestehen die Ausbiegungen aus flachen, aus dem Metallband ausgestanzten und hochgebogenen lappenartigen Ansätzen, deren Dicke naturgemäß der Dicke des Metallbandes entspricht. Diese lappenartigen Ansätze sind rechteckig oder trapezförmig ausgebildet und nur im Bereich einer Stirnseite fest bzw. einstückig mit den übrigen Abschnitten des Metallbandes verbunden.

Diese bekannte Bauart besitzt den wesentlichen Nachteil, daß die geraden Flächen der lappenartigen Ausbiegungen einen besonders großen Strömungswiderstand verursachen, so daß der Druckverlust des Mediums, welches durch das bekannte innenberippte Wärmetauschrohr hindurchströmt, ebenfalls entsprechend hoch ist. Der große Strömungswiderstand erfordert eine hohe Pumpenleistung und damit entsprechend höhere Anschaffungs- und Betriebskosten für Anlagen, in denen derartige Wärmetauschrohre eingesetzt sind. Ein weiterer Nachteil des bekannten Wärmetauschrohres ist die leichte Verformbarkeit des dünnen, schraubenförmig gewickelten Metallbandes und die hierdurch bedingte nur geringe. Federwirkung, so daß das Metallband sich nicht überall fest gegen die Innenwandung des Außenrohres anpreßt, in welches es nach dem Aufwickeln eingeschoben wird, infolgedessen erfolgt eine nur stellenweise Veriötung zwischen dem Außenrohr und dem schraubenförmig gewickelten Metallband, und es entsteht damit auch nur stellenweise eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem schraubenförmig gewickelten Metallband und der Wandung dss Außenrohres. Infolgedessen ist der Wärmeübergang entsprechend schlechter, was wiederum wesentliche wirtschaftliche Nachteile zur Folge hat.

Ferner besitzt die bekannte Bauart den Nachteil, daß die lappenartigen Ausbiegungen verhältnismäßig leicht wieder in die Ebene des Metallbandes zurückgebogen werden können, so daß ihre Wirkung als Distanzierungsmittel unsicher ist. Beim Auftreten radial wirkender Kräfte, die insbesondere beim Aufwickeln des Metallbandes entstehen, jedoch auch bei einem fertigen Wärmetauschrohr auftreten können, werden die Lappen zumindest teilweise in die Bandebene zurückgebogen. Dies hat zur Folge, daß das schraubenförmig gewickelte Band in radialer Rich tung eine, geringere Außenabmessung aufweist als der radiale Abstand zwischen der Außenfläche des Innenrohres und der Innenfläche des Außenrohres. Dies beeinträchtigt in erheblichem Maße sowohl die mechanische Festigkeit des Wärmetauschrohres als auch seine Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Wärmeübertragung. Letztere wird dadurch beeinträchtigt, daß zwischen dem Innenrohr und dem gewickelten Metallband sowie zwischen diesem und dem Außenrohr an vielen Stellen ein schlechter Berührungskontakt besteht. Es sind dann Luftspalte vorhanden, welche wärmeisolierend wirken bzw. den Wärme-' übergangswiderstand beträchtlich erhöhen. Der Wärmetausch wird bei dem bekannten Wärmetausch rohr auch deshalb behindert, weil die Wärme von den lappenartigen Ansätzen nur über die verhältnismäßig schmale Verbindungsstelle zu den übrigen Abschnitten des Metallbandes gelangen kann, so daß der zur Übertragung zur Verfügung stehende Materialquerschnitt verhältnismäßig klein ist. Schließlich sind die wärmetauschenden Flächen der flachen, lappenartigen Ausbiegungen verhältnismäßig klein, was ebenfalls die Wärmeübertragung vom Medium auf das Metallband bzw. umgekehrt erheblich beein-' trächtigt.

ίο Bei einem anderen ebenfalls bekannten Wärmetauschrohr ist das zwischen Innen- und Außenrohr angeordnete Metallband, im Rohrquerschnitt gesehen, sternförmig ausgebildet und füllt dabei den Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr in Form einer zickzackförmigen, umlaufenden Linie aus. Das hier verwendete Metallband ist außerordentlich labil und daher als Distanzierungsmittel wenig geeignet. Das gefaltete Metallband niegt darüber hinaus bereits beim Aufwickeln zu Längenänderungen und damit auch zu Änderungen der Rippenhöhe, wodurch sich Zentrierungsschwierigkeiten ergeben. Die Lötstellen und damit die Wärmeübertragungsstellen bestehen nur aus schmalen Streifen, die nicht einmal in allen Fällen ordnungsgemäß Zustandekommen. Infolgedessen ist sowohl die mechanische Festigkeit als auch die Wärmeübertragungsleistung dieses bekannten Wärmetauschrohres unbefriedigend.

Darüber hinaus ist ein weiteres Wärmetauschrohr bekannt, weiches im Querschnitt außerordentlich flach ist und im wesentlichen die Form einer im Innern hohlen Platte besitzt. In diesem Hohlraum ist ein durch mehrfaches, etwa rechtwinkeliges Abkanten im wesentlichen wellenförmig ausgebildetes Metallband eingelegt, das mit warzenförmigen Auspressungen versehen ist. Diese Auspressungen sind jedoch im Bereich ihres Bodens aufgerissen und bilden somit Bohrungen im Metallband. Durch das Aufreißen der Auspressungen erhalten diese unterschiedliche Höhen, so daß sie als Distanzmittel unbrauchbar sind. Sie besitzen keine nennenswerten wärmeübertragenden Flächen und können auch wegen ihres aufgerissenen Bodens die Steifigkeit des Metallbandes nicht nennenswert verbessern. Sie dienen vielmehr dazu, dem Medium die Möglichkeit zu geben, trotz des abgekanteten Metallbandes direkt an die Innenfläche der Außenwandung zu gelangen. Sie sind also weder Distanzierungsmittel, noch kann ihr die aufgerissene Öffnung umschließender Werkstoff die Wärmeübertragung nennenswert verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von Wärmetauschrohren der eingangs genannten bekannten Gattung, ein Wärmetauschrohr zu schaffen, dem die vorstehend behandelten Nachteile nicht anhaften, sondern das wirtschaftlicher im Betrieb ist und eine höhere mechanische Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausbiegungen durch kuppen- oder napfförmige Auspressungen gebildet sind, deren Tiefe größer oder mindestens gleich ihrem Durchmesser oder der entsprechenden größten Breite ist. Hierdurch wird zunächst erreicht, daß der Strömungswiderstand des Mediums und damit der Druckverlust im Innern des Wärmetauschrohres wesentlich verringert wird, weil die im Querschnitt runden, kuppen- oder napfförmigen Ausprsssungen strömungstech nisch wesentlich günstiger sind als die im wesentlichen ebenen Flächen der Ausbiegungen bei der ein-

gangs erwähnten bekannten Bauart. Ein geringerer Strömungswiderstand und damit geringerer Druckverlust ermöglicht beispielsweise die Verwendung schwächerer Pumpen, wodurch sowohl die Anschaffungskosten als auch die Betriebskosten einer Anlage, in welcher die erfindungsgemäßen Wärmetauschrohre verwendet werden, entsprechend niedriger sind. Außerdem bewirken die kuppen- oder napfförmigen Auspressungen mit ihren geschlossenen Böden eine wesentliche Versteifung des dünnen, schraubenförmig gewickelten Metallbandes und verbessern damit in erheblichem Maße seine Federwirkung. Die Folge davon ist, daß sich das Band fest gegen die Innenfläche des Außenrohres anlegt und somit bereits vor dem Verlöten nahezu überall direkten wärmeleitenden Kontakt mit dem Außenrohr besitzt. Dieser Kontakt wird durch den Lötvorgang noch verbessert, wobei das Lot durch die Federwirkung des sich gegen die Innenfläche des Außenrohres anpressenden Metallbandes in eventuell vorhandene Hohlräume gedrückt wird. Hierdurch werden diese ebenfalls ausgefüllt, und auch dort wird eine wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Metallband und dem Außenrohr hergestellt. Wärmeisolierend wirkende Luftspalte oder Lufträume werden auf diese Weise zuverlässig vermieden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung liegt darin, daß die kuppen- oder napfförmigen Auspressungen in der Lage sind, sehr hohen Belastungen standzuhalten, so daß es weder beim Wickeln des Metallbandes noch beim Transport des Rohres oder während des Betriebes vorkommen kann, daß diese Auspressungen flachgedrückt werden. Selbst bei hohen Beanspruchungen bleibt die radiale Höhe der kuppen- oder napfförmigen Auspressungen erhalten, so daß Innenrohr und Außenrohr über das schraubenförmig gewickelte Metallband und die kuppen- oder napfförmigen Auspressungen desselben sowohl mechanisch fest miteinander verbunden sind als auch gut wärmeleitend miteinander in Verbindung stehen. Der bessere Wärmeübergang beruht auf einer Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche des Metallbandes durch die Auspressungen, wobei die runden, kuppen- oder napfförmigen Auspressungen bei gleichen Außenabmessungen eine wesentlich größere Fläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung stellen, als dies bei den flachen Ausbiegungen der bekannten, eingangs erwähnten Bauart der Fall ist. Auch sind die kuppen- oder napfförmigen Auspressungen nicht nur an einer verhältnismäßig schmalen Stelle mit den übrigen Abschnitten des Metallbandes verbunden, sondern im Bereich ihres gesamten Umfanges, wodurch auch dort ein größerer wärmeübertragender Querschnitt zur Verfügung steht.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Auspressungen einen ovalen oder elliptischen Querschnitt auf. Auspressungen mit einem ovalen oder elliptischen Querschnitt werden zweckmäßigerweise so angeordnet, daß sie in Strömungsrichtung des Mediums die kleinste Fläche besitzen und quer dazu ihre größte Fläche aufweisen. Auf diese Weise erzielt man bei großer wärmeübertragender Fläche einen besonders niedrigen Strömungswiderstand, so daß der Druckverlust des Mediums besonders gering ist. ^6s

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen Abschnitt eines fertigen Wärmetauschrohres, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Abschnitt eines auf ein Innenrohr gewickelten, mit Auspressungen versehenen Metallbandes vor dem Aufziehen des Außenrohres,

F i g. 3 ein Außenrohr, das mit einer Innenschicht aus Lötwerkstoff versehen ist.

In Fig. 1 sind mit 1 kuppen- oder napfförmige Auspressungen bezeichnet, die in einem Metallband 2 eingebracht sind. Das Metallband 2 ist — wie in F i g. 2 dargestellt — schraubenförmig gewickelt, und zwar um ein Innenrohr 3, das in F i g. 1 bereits herausgezogen ist. Durch das Wickeln entsteht ein mit 4 bezeichnetes Einsatzrohr, welches — wie in Fig. 1 gezeigt — in ein Außenrohr 6 eingeschoben wird bzw. über welches ein Außenrohr 6 geschoben ist.

Zur Erzielung einer zuverlässig festen und wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Einsatzrohr 4 und dem Außenrohr 6 dient eine Innenschicht 7 im Außenrohr 6, welche aus einem Lötwerkstoff besteht. Diese Innenschicht, welche in F i g. 3 dargestellt ist, wird vor dem Einschieben des Einsatzrohres 4 in das Außenrohr 6 eingebracht. Als Lötwerkstoff dient vor allem Zinn. Das Auftragen der Innenschicht 7 kann im Tauchverfahren erfolgen, und der anhaftende Werkstoff wird anschließend durch einen Schleudervorgang gleichmäßig verteilt.

Nach dem Aufziehen des Außenrohres 6 auf das Einsatzrohr 4 wärmt man das gesamte Wärmetauschrohr, so daß die Innenschicht 7 schmilzt und eine homogene Zwischenschicht zwischen dem Einsatzrohr 4 und dem Außenrohr 6 entsteht. Diese ist gut wärmeleitend und bildet nach dem Erkalten auch eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Einsatzrohr 4 und dem Außenrohr 6.

Die kuppen- oder napfförmigen Auspressungen 1 in dem aus einem langen, schmalen und dünnwandigen Metallband, vorzugsweise einem Kupferband 2, bestehenden Einsatzrohr 4 besitzen eine Tiefe, die größer oder mindestens gleich ihrem Durchmesser oder der entsprechenden größten Breite ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind zylindrische Auspressungen vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich und vorteilhafter, Auspressungen mit elliptischem oder ovalem Querschnitt zu verwenden, um eine möglichst große wirksame Oberfläche für den Wärmetausch bei einem nur geringen Durchflußwiderstand zu erhalten.

Das in F i g. 2 dargestellte Innenrohr 3 kann auch aus einer Dornstange bestehen, die später herausgezogen werden kann. Im übrigen ist es jedoch auch möglich, ein Rohr zu verwenden, das als Innenrohr 3 innerhalb des Wärmetauschrohres auch während des Betriebes verbleibt.

Die Innenschicht 7 des Außenrohres 6 ist in F i g. 1 und 3 übertrieben dick dargestellt. Sie kann auch als Lötband mit dicht aneinander anschließenden Windungen auf das Einsatzrohr 4 aufgelegt sein, so daß beim späteren Schmelzvorgang eine homogene Zwischensicht entsteht. Das Einsatzrohr 4 hat auf Grund seiner ihm eigenen Federwirkung das Bestreben, sich fest gegen die Innenwand des Außenrohres 6 zu pressen, so daß auch der Lötwerkstoff hierdurch in seiner vorbestimmten Lage gehalten wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Innenberipptes Wärmetauschrohr, bei dem die Innenrippen durch gegeneinander versetzt an-

geordnete Ausbiegungen in einem Metallband gebildet sind, welches schraubenförmig gewickelt der Rohrwand anliegt und mit dieser verlötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbiegungen durch kuppen- oder napfförmige Auspressungen (1) gebildet sind, deren Tiefe größer oder mindestens gleich ihrem Durchmesser oder der entsprechenden größten Breite ist.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspressungen (1) einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen