DE102019131323A1 - Heat exchangers and processes for their manufacture or design - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers mit mehreren nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, angeordneten, berippten Rohrabschnitten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:• Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte auf Basis einer vorgegebenen oder gewählten Rohrabschnittsanordnung, vorzugsweise durch die Durchführung einer Simulation,• Auswahl unterschiedlicher Rippen für die Rohrabschnitte, basierend auf besagten Informationen.A method for producing or designing a heat exchanger with several ribbed pipe sections arranged next to one another, in particular parallel to one another, characterized by the following steps: Obtaining or creating information on the heat exchange behavior of the pipe sections on the basis of a predetermined or selected pipe section arrangement, preferably by performing a Simulation, • Selection of different ribs for the pipe sections, based on said information.
Description
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers.According to a first aspect, the invention relates to a method for manufacturing or designing a heat exchanger.
Ein Wärmetauscher ist ein Apparat, der thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragt. Bei den Stoffen handelt es sich dabei üblicherweise um Fluide, also um Flüssigkeiten oder Gase. Typischerweise ist einer der Stoffe eine Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser), der andere ein Gas (meist Luft).A heat exchanger is a device that transfers thermal energy from one material flow to another. The substances are usually fluids, i.e. liquids or gases. Typically, one of the substances is a liquid (e.g. water), the other a gas (usually air).
Für eine gute Effizienz muss das Bauteil, das die Stoffe trennt, eine gute Wärmeleitfähigkeit und insbesondere eine große Oberfläche aufweisen. Das Bauteil wird in der Regel von Rohrabschnitten bereitgestellt, in welchen einer der Stoffe, typischerweise eine Flüssigkeit, geführt wird.For good efficiency, the component that separates the substances must have good thermal conductivity and, in particular, a large surface. The component is usually provided by pipe sections in which one of the substances, typically a liquid, is guided.
Um die Oberfläche, beziehungsweise die Wärmeleitfähigkeit, des Rohrabschnittes zu erhöhen, ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, das Rohr zu berippen, beziehungsweise mit umlaufenden Rippen zu versehen, was zu einer verbesserten Energieübertragung führt.In order to increase the surface or the thermal conductivity of the pipe section, it is also known from the prior art to rib the pipe or to provide it with circumferential ribs, which leads to improved energy transfer.
Ein typischer Wärmetauscher weist Spiralrippenrohrabschnitte auf, welche zu kompakten Wärmetauschern gebündelt werden. Spiralrippenrohre sind dabei dünnwandige, metallische Rohre, welche spiralförmige oder wendelartige Rippen besitzen, um die Oberfläche zu vergrößern. Die Dichte an Rippen wird auch „Rippensteigung“ genannt und beeinflusst wesentlich die thermischen Eigenschaften.A typical heat exchanger has spiral fin tube sections which are bundled to form compact heat exchangers. Spiral rib tubes are thin-walled, metallic tubes that have spiral or helical ribs to increase the surface area. The density of ribs is also known as the “rib slope” and has a significant influence on the thermal properties.
Da die Einbauumgebungen von Wärmetauschern hinsichtlich ihrer Bedingungen variieren, ist es, je nach Anwendungsfall, ferner bekannt, Rippenrohre einer vorgegebenen Steigung zu Wärmetauschern zusammenzufassen. Je nach Anforderung kann für die Rohrabschnitte eine (gemeinsame) Rippensteigung gewählt werden. Auch kann - je nach Einsatzfall - die Rippenhöhe gemeinsam für alle Rippenrohrabschnitte angepasst werden.Since the installation environments of heat exchangers vary with regard to their conditions, it is also known, depending on the application, to combine finned tubes with a predetermined pitch to form heat exchangers. Depending on the requirements, a (common) rib pitch can be selected for the pipe sections. Also, depending on the application, the fin height can be adjusted jointly for all finned tube sections.
Besagte Wärmetauscher des Standes der Technik funktionieren meist hinreichend gut. Jedoch besteht ein steter Drang, die Effizienz und auch die Herstellungskosten eines derartigen Wärmetauschers zu optimieren.Said prior art heat exchangers usually work sufficiently well. However, there is a constant urge to optimize the efficiency and also the production costs of such a heat exchanger.
Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem ersten Aspekt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, insbesondere mit den des Kennzeichenteils, und ist demnach durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- • Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte auf Basis einer vorgegebenen oder gewählten Rohrabschnittsanordnung (vorzugsweise durch die Durchführung einer Simulation),
- • Auswahl unterschiedlicher Rippen für die Rohrabschnitte, basierend auf besagten Informationen.
- • Obtaining or creating information on the heat exchange behavior of the pipe sections on the basis of a specified or selected pipe section arrangement (preferably by performing a simulation),
- • Selection of different ribs for the pipe sections based on said information.
Mit anderen Worten besteht die Idee der Erfindung darin, zur Herstellung des Wärmetauschers unterschiedlich berippte Rohrabschnitte zu verwenden. Die Abschnitte können beispielsweise eine unterschiedliche Rippensteigung aufweisen.In other words, the idea of the invention consists in using tube sections with different ribs to produce the heat exchanger. The sections can, for example, have different rib inclinations.
Alternativ oder zusätzlich können die Rippen der Rohrabschnitte jeweils eine andere Höhe aufweisen.Alternatively or additionally, the ribs of the pipe sections can each have a different height.
Weiter alternativ oder zusätzlich können die Rohrabschnitte Rippen eines unterschiedlichen Materials aufweisen.As an alternative or in addition, the pipe sections can have ribs made of a different material.
Die Auswahl vorgenannter oder anderer Parameter erfolgt dabei erfindungsgemäß auf Basis von Informationen, welche der Entwerfer oder Hersteller über das Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte (insbesondere im Bereich der Rippen) in Abhängigkeit ihrer Anordnung im Wärmetauscher erlangt hat:
- Beispielsweise können Rohrabschnitte, welche nach besagten Informationen (zum Beispiel aufgrund ihrer Anordnung) ein besonders gutes Wärmetauschverhalten aufweisen, besonders eng berippt sein und/oder mit besonders hohen Rippen versehen sein, weil es sich bei diesen Rohrabschnitten besonders lohnt.
- For example, pipe sections which, according to said information (for example due to their arrangement) have particularly good heat exchange behavior, can be ribbed particularly closely and / or provided with particularly high ribs, because it is particularly worthwhile for these pipe sections.
Rohrabschnitte, welche laut besagter Information (zum Beispiel aufgrund ihrer Anordnung) ein besonders schlechtes Wärmetauschverhalten aufweisen, können beispielsweise eine niedrigere Rippendichte und/oder Rippenhöhe (im Extremfall sogar gar keine Rippen) aufweisen, weil es sich möglicherweise nicht lohnt, für besagten Rippenrohrabschnitt kostspieliges Rippenmaterial „zu verschwenden“.Pipe sections which, according to the said information (for example due to their arrangement), have particularly poor heat exchange behavior, can have, for example, a lower fin density and / or fin height (in extreme cases even no fins at all), because it may not be worthwhile to use expensive fin material for said finned pipe section "to waste".
Natürlich sind aber auch genau gegenteilige Berippungssituationen vorstellbar: So könnte es sein, dass Rohrabschnitte, welche ohnehin schon ein gutes Wärmetauschverhalten aufweisen mit weniger Rippenmaterial versehen werden, als diejenigen, welche laut den erlangten oder erstellten Informationen ein schlechtes Wärmetauschverhalten aufweisen. Dies gilt beispielsweise für den Fall, dass man im Vergleich der Rohrabschnitte ein besonders gleichmäßiges Wärmetauschverhalten erzielen will (mit anderen Worten die in den Rohren transportierten Fluide gleichmäßig temperiert werden sollen).Of course, exactly the opposite finned situations are also conceivable: It could be that pipe sections which already have good heat exchange behavior are provided with less fin material than those which, according to the information obtained or generated, have poor heat exchange behavior. This applies, for example, to the case that a particularly uniform heat exchange behavior is to be achieved by comparing the pipe sections (in other words, the temperature of the fluids transported in the pipes is to be uniform).
In diesem Sinne sollen also zumindest zwei der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander unterschiedliche Rippen aufweisen. Insbesondere können aber auch sämtliche Rohrabschnitte unterschiedliche Rippen aufweisen. Es ist, je nach Zielvorgabe und vorliegenden Informationen, aber auch möglich, dass ein Rohrabschnitt überhaupt nicht mit Rippen versehen wird (beispielsweise für den Fall, dass sich dies nicht lohnt).In this sense, at least two of the pipe sections should have different ribs in comparison to one another. In particular, however, all pipe sections can also have different ribs. However, depending on the target and the information available, it is also possible that a pipe section is not provided with ribs at all (for example in the event that this is not worthwhile).
Die Berücksichtigung der Informationen bei der Auswahl der unterschiedlichen Rippen kann auf diese Weise einerseits zu einem verbesserten Temperaturübertragungsergebnis führen (beispielsweise indem Rohrabschnitte aufgrund ihrer Anordnung mit einer besonders hohen oder niedrigen Rippensteigung oder mit besonders hohen oder flachen Rippen versehen werden), und andererseits kann auch eine Kostenoptimierung dahingehend erfolgen, dass das Rippenmaterial nur da eingesetzt wird, wo es effektiv wirken kann (hingegen bei anderen Rohrabschnitten das kostspieligere Rippenmaterial minimiert wird).Taking the information into account when selecting the different ribs can in this way on the one hand lead to an improved temperature transfer result (for example by providing pipe sections with a particularly high or low rib slope or with particularly high or flat ribs due to their arrangement), and on the other hand, a Cost optimization takes place in such a way that the fin material is only used where it can work effectively (on the other hand, the more expensive fin material is minimized for other pipe sections).
Die Auswahl der unterschiedlichen Rippen erfolgt dabei auf Basis von Informationen, welche typischerweise in einem vorherigen Verfahrensschritt erlangt oder erstellt werden.The selection of the different ribs is made on the basis of information that is typically obtained or created in a previous method step.
Diese Informationen berücksichtigen vorzugsweise die Rohrabschnittsanordnung (im Wärmetauscher). Die Rohrabschnittsanordnung betrifft dabei also insbesondere die Anordnung der Rohrabschnitte zueinander beziehungsweise untereinander.This information preferably takes into account the pipe section arrangement (in the heat exchanger). The pipe section arrangement relates in particular to the arrangement of the pipe sections with respect to one another or with one another.
Vorteilhafterweise kann insbesondere die Strömungsrichtung des außerhalb der Rohrabschnitte strömenden Fluids berücksichtigt werden.In particular, the direction of flow of the fluid flowing outside the pipe sections can advantageously be taken into account.
In manchen Einsatzfällen ist die Anordnung der Rohrabschnitte bauraum- oder kundenwunschbedingt vorgegeben. In anderen Fällen kann eine Standardrohrabschnittsanordnung gewählt werden oder eine beliebige, auch optimierte, Anordnung getroffen werden. Diese Anordnung liegt dabei dann typischerweise den Informationen zum Wärmetauschverhalten zugrunde, beziehungsweise beeinflusst diese wesentlich.In some applications, the arrangement of the pipe sections is specified depending on the installation space or customer requirements. In other cases, a standard pipe section arrangement can be selected or any desired arrangement, including an optimized one, can be used. This arrangement is then typically the basis for the information on the heat exchange behavior or has a significant influence on it.
Entsprechende Informationen können hierbei durch die Durchführung von Simulationen (insbesondere computergestützt) oder alternativ oder zusätzlich auch durch die Durchführung von Versuchen (an realen Versuchsanordnungen) erlangt werden.Corresponding information can be obtained by carrying out simulations (in particular computer-aided) or, alternatively or additionally, by carrying out tests (on real test arrangements).
Auch ist das Erstellen von Informationen lediglich auf Basis von Annahmen oder Erfahrungswerten von der Erfindung umfasst.The creation of information only on the basis of assumptions or empirical values is also included in the invention.
Die erlangten oder erstellten Informationen betreffen also das Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte, wobei insbesondere Rohrabschnitte bestimmt werden können, welche bei der vorgegebenen beziehungsweise gewählten Anordnung ein besseres Wärmetauschverhalten beziehungsweise eine bessere Wärmeübertragung zwischen den beiden Stoffen beziehungsweise Fluiden ermöglichen oder aufweisen.The information obtained or created relates to the heat exchange behavior of the pipe sections, in particular pipe sections can be determined which enable or have better heat exchange behavior or better heat transfer between the two substances or fluids in the specified or selected arrangement.
Weist ein Rohrabschnitt aufgrund seiner Anordnung beispielsweise ein relativ schlechtes Wärmetauschverhalten auf (zum Beispiel weil es in Strömungsrichtung des Außenfluides nachfolgend angeordnet ist), kann dies bei der Auswahl der Rippen dieses Rohrabschnittes (wie oben beschrieben) berücksichtigt werden.If a pipe section has a relatively poor heat exchange behavior due to its arrangement (for example because it is arranged downstream in the flow direction of the external fluid), this can be taken into account when selecting the ribs of this pipe section (as described above).
Zur Erlangung der Informationen hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn hierfür computergestützte Simulationen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Computerprogramm oder eine App genutzt werden. In diesem Programm können dann beispielsweise die vorgegebenen Rohrabschnittspositionen hinterlegt oder eingepflegt werden, und anhand von Annahmen zur Strömungsrichtung des Außenmediums (also des Fluides, welches sich außerhalb der Rohrabschnitte befindet und gerade nicht in diesen geleitet wird) können dann Erkenntnisse über das Wärmetauschverhalten der unterschiedlichen Rippenrohrabschnitte gewonnen werden.In order to obtain the information, it has been found to be particularly advantageous if computer-aided simulations are carried out for this purpose. For example, a computer program or an app can be used. In this program, for example, the specified pipe section positions can be stored or entered, and based on assumptions about the direction of flow of the external medium (i.e. the fluid that is outside the pipe sections and is currently not being conducted into them), findings about the heat exchange behavior of the different finned pipe sections can then be obtained be won.
Insbesondere kann bei der Simulation zunächst von einer vorgegebenen Rippenhöhe ausgegangen werden. Hier kann, nach Ergebnis der Simulation, die Rippenhöhe anschließend angepasst werden.In particular, a predetermined rib height can initially be assumed in the simulation. Here, after the result of the simulation, the rib height can then be adjusted.
Ein derartiges Programm kann das Ergebnis einer Simulation insbesondere graphisch anzeigen, vorzugsweise farblich kodiert. Insbesondere kann die Anzeige Daten über das simulierte oder errechnete Wärmetauschverhalten im Bereich der Rippenrohrabschnitte anzeigen, insbesondere den Wärmestrom betreffend (es können also beispielsweise Werte die Wärmestromdichte betreffend farblich angepasst dargestellt werden).Such a program can display the result of a simulation in particular graphically, preferably color-coded. In particular, the display can show data on the simulated or calculated heat exchange behavior in the area of the finned tube sections, in particular relating to the heat flow (for example, values relating to the heat flow density can be displayed in a color-adjusted manner).
Besonders vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass eine derartige computergestützte Simulation mit Messdaten eines realen Versuchs abgeglichen wird, mithin das Programm mit diesen Daten kalibriert oder geeicht wird.Particularly advantageously, it can be provided that such a computer-aided simulation is compared with measurement data from a real test, and consequently the program is calibrated or calibrated with these data.
In diesem Sinne könnte also vorgesehen werden, dass in einem vorangehenden Verfahrensschritt reale Messungen erfolgen und in einem weiteren Verfahrensschritt diese Messungen bei der Konfigurierung eines Computerprogrammes berücksichtigt werden (wobei dann anschließend eine computergestützte Simulation erfolgen kann). Dies hat insbesondere den Vorteil, dass für geänderte oder zukünftige Versuchsanordnungen nicht jeweils eine realer Versuch durchzuführen ist. Vielmehr kann dann auf das computergestützte Programm zurückgegriffen werden.In this sense, it could be provided that real measurements are carried out in a preceding process step and that these measurements are taken into account in a further process step when configuring a computer program (a computer-aided simulation then being able to take place). this has in particular the advantage that a real test does not have to be carried out for changed or future test arrangements. Rather, the computer-aided program can then be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft dabei insbesondere die Herstellung eines Wärmetauschers in dem Sinne, dass grundsätzlich auch ein Verfahrensschritt vorgesehen werden könnte, bei welchem die unterschiedlich berippten Rohrabschnitte zu einem Wärmetauscher zusammengefasst oder in einem Wärmetauschergehäuse untergebracht beziehungsweise verbaut werden oder ähnliches.The method according to the invention relates in particular to the production of a heat exchanger in the sense that, in principle, a method step could also be provided in which the differently ribbed pipe sections are combined to form a heat exchanger or housed or installed in a heat exchanger housing or the like.
Alternativ wird das erfindungsgemäße Verfahren nur zum Entwurf beziehungsweise zum Design eines Wärmetauschers genutzt, beispielsweise für den Fall, dass ein Nutzer lediglich Daten über die zu wählende Anordnung (beziehungsweise die zu nutzenden Rippen) für einen konkreten Anwendungsfall ermitteln möchte (dieser den Wärmetauscher aber nicht selber herstellt, sondern die erstellten Daten über das Design des Wärmetauschers beziehungsweise den Entwurf des Wärmetauschers lediglich - intern oder extern - weitergibt).Alternatively, the method according to the invention is only used for drafting or designing a heat exchanger, for example in the event that a user only wants to determine data about the arrangement to be selected (or the ribs to be used) for a specific application (but not the heat exchanger itself but only forwards the data created about the design of the heat exchanger or the design of the heat exchanger - internally or externally).
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher weist dabei mindestens zwei (unterschiedlich) berippte Rohrabschnitte auf. Natürlich kann der Wärmetauscher auch mehr Rohrabschnitte als zwei (beispielsweise vier, sechs, acht oder auch mehr Rohrabschnitte) aufweisen. Jedenfalls zwei von diesen müssen sich aber hinsichtlich ihrer Berippung unterscheiden.A heat exchanger according to the invention has at least two (differently) ribbed pipe sections. Of course, the heat exchanger can also have more pipe sections than two (for example four, six, eight or even more pipe sections). In any case, two of these must differ in terms of their ribbing.
Die Rippenrohrabschnitte sind im Wärmetauscher nebeneinander angeordnet, das heißt also im Wesentlichen einander zugeordnet. Erst in diesem Fall macht die Erlangung von Informationen, beispielsweise im Rahmen einer Simulation, Sinn.The finned tube sections are arranged next to one another in the heat exchanger, that is to say essentially assigned to one another. Only in this case does it make sense to obtain information, for example in the context of a simulation.
Vorzugsweise sind die berippten Rohrabschnitte dabei parallel zueinander angeordnet. Dies ist die typische Konfiguration eines Rohrbündels in einem Wärmetauscher und erleichtert auch das Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen, beispielsweise im Rahmen einer Simulation.The ribbed pipe sections are preferably arranged parallel to one another. This is the typical configuration of a tube bundle in a heat exchanger and also makes it easier to obtain or create information, for example in the context of a simulation.
Die berippten Rohrabschnitte können dabei völlig separaten Rippenrohren zugeordnet sein: So kann ein Wärmetauscher beispielsweise mehrere Rohrabschnitte aufweisen, welche - jedenfalls innerhalb des Wärmetauschergehäuses - nicht miteinander verbunden sind.The finned tube sections can be assigned to completely separate finned tubes: For example, a heat exchanger can have several tube sections which - at least within the heat exchanger housing - are not connected to one another.
Aus ökonomischen Gründen macht es aber Sinn, dass besagte Rohrabschnitte des Wärmetauschers (jedenfalls außerhalb eines Gehäuses) zusammengeführt sind, beispielsweise um einen gemeinsamen Zulauf oder Ablauf des in ihnen geführten Stoffes zu ermöglichen.For economic reasons, however, it makes sense that said pipe sections of the heat exchanger (at least outside of a housing) are brought together, for example in order to enable a common inlet or outlet of the substance carried in them.
Grundsätzlich sind von der Erfindung aber auch Rohrabschnitte umfasst, welche tatsächlich zu demselben Rippenrohr gehören: So können selbst gerade, parallele Rohrabschnitte beispielsweise von einem mäanderförmigen Gesamtrippenrohr bereitgestellt werden: In diesem Fall sind die einzelnen Rippenrohrabschnitte gerade und parallel zueinander angeordnet. Diese sind aber alle Teil desselben Gesamtrippenrohres. Von derartigen Gesamtrippenrohren können in einem Wärmetauscher natürlich auch mehrere vorgesehen sein.Basically, the invention also includes pipe sections that actually belong to the same finned tube: For example, straight, parallel pipe sections can be provided by a meander-shaped overall finned tube: In this case, the individual finned tube sections are arranged straight and parallel to one another. But these are all part of the same overall finned tube. Of course, a number of such total finned tubes can also be provided in a heat exchanger.
Auch ein beispielsweise wendelförmiges Gesamtrippenrohr ist vorstellbar. Einzelne Windungen (oder Windungsabschnitte) können hierbei die Rohrabschnitte darstellen, welche nebeneinander (und insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander) verlaufen.An overall finned tube that is, for example, helical is also conceivable. Individual turns (or turn sections) can represent the pipe sections which run next to one another (and in particular essentially parallel to one another).
Gemäß der bevorzugsten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrabschnitte aber im Wesentlichen gerade ausgeführt (ihre Haupterstreckungsrichtung erstreckt sich also entlang einer Geraden).According to the most preferred embodiment of the invention, however, the pipe sections are essentially straight (their main direction of extent therefore extends along a straight line).
Die Rohrabschnitte können insbesondere versetzt zueinander oder fluchtend zueinander angeordnet sein.The pipe sections can in particular be arranged offset to one another or in alignment with one another.
Die Grundkörper der Rohrabschnitte bestehen typischerweise aus Kupfer (oder einem anderen, geeigneten Metall, insbesondere Edelstahl). Die Rippen können dann beispielsweise aus demselben Material (also auch Kupfer) oder einem anderen, geeigneten Material, insbesondere Edelstahl, bestehen (auch Aluminium ist als Bandmaterial verwendbar).The base bodies of the pipe sections are typically made of copper (or another suitable metal, in particular stainless steel). The ribs can then, for example, consist of the same material (that is to say also copper) or another suitable material, in particular stainless steel (aluminum can also be used as a strip material).
Vorteilhafterweise werden die Rippen eines Rohrabschnittes von mehr als einem Band bereitgestellt (insbesondere von zwei Bändern oder mehr). Auf diese Weise kann ein Rippenrohrabschnitt bei einem vorgegebenen Abstand zweier benachbarter Rippen viel schneller fertiggestellt werden. Andererseits können die Bänder bei gleichem Zeitaufwand eine höhere Steigung aufweisen (bei zwei Bändern beispielsweise doppelt so hoch wie bei dem Verfahren des Standes der Technik, bei welchem lediglich ein Band am Rippenrohr angeordnet wird).The ribs of a pipe section are advantageously provided by more than one band (in particular by two bands or more). In this way, a finned tube section can be completed much more quickly given a given distance between two adjacent fins. On the other hand, the belts can have a higher gradient for the same amount of time (for example, twice as high in the case of two belts as in the prior art method, in which only one belt is arranged on the finned tube).
Die Bänder, welche die Rippen bereitstellen, werden an den Rohrgrundkörpern typischerweise mithilfe (mindestens) eines Lasers verschweißt.The strips that provide the ribs are typically welded to the basic pipe bodies with the aid of (at least) one laser.
Der Rohrgrundkörper eines Rohrabschnittes wird typischerweise von einem außen glatten Rundrohr bereitgestellt, welches in Form einer Geraden oder stangenartig vorliegt, und welches dann weiterbearbeitet, insbesondere berippt wird. Das Berippungsband wird dann am Rohrgrundkörper, üblicherweise mithilfe eines Lasers, typischerweise in einer Wendelform, angebracht.The basic pipe body of a pipe section is typically provided by an externally smooth round pipe, which is in the form of a straight line or in the form of a rod, and which is then further processed, in particular ribbed. The ribbed band is then attached to the basic pipe body, usually with the aid of a laser, typically in a helical shape.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rippen der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Höhe aufweisen. In diesem Sinne weist mindestens ein Rohrabschnitt eine andere Rippenhöhe auf als ein anderer Rohrabschnitt. Die Rippenhöhe entspricht dabei also im Wesentlichen der Breite des Bandes, welches zur Erstellung der Rippen genutzt wird.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the ribs of the pipe sections have a different height compared to one another. In this sense, at least one pipe section has a different rib height than another pipe section. The height of the ribs essentially corresponds to the width of the strip that is used to create the ribs.
Hierbei ist grundsätzlich davon auszugehen, dass sich das Wärmetauschverhalten des entsprechenden Rohrabschnittes verbessert, je höher die Rippe ausgebildet ist. Allerdings gibt es in der Praxis maximale Höhen, welche aus Stabilitätsgründen nicht überschritten werden sollten.In this case, it can basically be assumed that the heat exchange behavior of the corresponding pipe section improves the higher the rib is formed. However, in practice there are maximum heights which should not be exceeded for reasons of stability.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es zusätzlich oder alternativ vorteilhaft, dass die Rippen der Rohrabschnitte aus einem unterschiedlichen Material bestehen. In diesem Sinne kann ein erster Rohrabschnitt vorgesehen werden, welcher eine Rippe aus einem ersten Material aufweist und ein zweiter Rohrabschnitt, welcher eine Rippe aus einem anderen Material aufweist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is additionally or alternatively advantageous that the ribs of the pipe sections consist of a different material. In this sense, a first tube section can be provided which has a rib made of a first material and a second tube section which has a rib made of a different material.
Bei den Rippenmaterialien kann es sich, wie bereits angedeutet, beispielsweise um Edelstahl oder Kupfer oder Titanium oder Aluminium oder ähnliche Materialien handeln.As already indicated, the rib materials can be, for example, stainless steel or copper or titanium or aluminum or similar materials.
Bei den unterschiedlichen Materialien kann es sich vorteilhafterweise um ein rostfreies Material handeln und um ein nicht-rostfreies Material. In diesem Sinne können durch einen Materialwechsel Wärmetauscher hergestellt werden, welche nur für die Bereiche großer Feuchtigkeit mit rostfreien (teureren) Rippen bestückt sind. Auf diese Weise können insbesondere teure Legierungen eingespart werden.The different materials can advantageously be a rustproof material and a non-rustproof material. In this sense, by changing the material, heat exchangers can be produced which are only equipped with rustproof (more expensive) ribs for areas of high humidity. In this way, expensive alloys in particular can be saved.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass ein einzelner Rohrabschnitt Bänder aus unterschiedlichen Materialien aufweist, sodass die Rippen dieses Rohrabschnittes beispielsweise aus einem ersten und einem zweiten Material bestehen. In diesem Sinne würde ein anderer Rohrabschnitt, welcher Rippen lediglich eines dieser Materialien (oder eines anderen Materials) aufweist, also im Sinne der Erfindung ein Rohrabschnitt mit Rippen aus einem unterschiedlichen oder anderen Material darstellen.In principle, however, it is also possible for an individual pipe section to have strips made of different materials, so that the ribs of this pipe section consist, for example, of a first and a second material. In this sense, another pipe section which has ribs only from one of these materials (or another material), that is to say in the sense of the invention, would represent a pipe section with ribs made from a different or different material.
Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei welcher die Rippen der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Steigung aufweisen. In diesem Sinne ist mindestens ein Rohrabschnitt mit einer ersten Steigung vorgesehen, und ein anderer oder zweiter Rohrabschnitt mit einer anderen Steigung.A configuration according to the invention is particularly advantageous in which the ribs of the pipe sections have a different pitch compared to one another. In this sense, at least one pipe section is provided with a first pitch, and another or second pipe section with a different pitch.
Die Steigung gibt hierbei die Anzahl von Rippen pro Längeneinheit (beispielsweise Zoll) an. Je höher die Steigung, desto enger stehen die Rippen zusammen und desto mehr Rippenmaterial wird eingesetzt.The pitch indicates the number of ribs per unit of length (for example inches). The higher the slope, the closer the ribs are together and the more rib material is used.
Typischerweise wird daher beispielsweise eine höhere Steigung bei den Rohrabschnitten eingesetzt, welche gemäß den erlangten beziehungsweise erstellten Informationen (aufgrund ihrer Anordnung) ein besseres Wärmetauschverhalten aufweisen, da sich der Einsatz des Rippenmaterials hier mehr lohnt beziehungsweise effizienter ist.Typically, therefore, a higher gradient is used in the pipe sections, which according to the information obtained or created (due to their arrangement) have better heat exchange behavior, since the use of the fin material is more worthwhile or more efficient here.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stammen die Rohrabschnitte von demselben Rohr (ab). Insbesondere wurden sie von diesem Urrohr abgeschnitten. Dies bedeutet, dass mindestens zwei Rohrabschnitte vor einem Trennvorgang noch gemeinsam einem Rohr angehörten. Nach dem Trennvorgang, beispielsweise nach einem Abschneiden oder Durchschneiden oder ähnlichem, werden die Rohrabschnitte dann gesondert im Wärmetauscher als (separate) Rohrabschnitte verwendet.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the pipe sections originate from the same pipe. In particular, they were cut off from this original pipe. This means that at least two pipe sections still belonged together to one pipe before a cutting process. After the separation process, for example after cutting off or cutting through or the like, the pipe sections are then used separately in the heat exchanger as (separate) pipe sections.
Vorzugweise ist das Rohr, von welchem die mindestens zwei Rohrabschnitte stammen, bereits berippt, bevor es zu einem Trennvorgang kommt. Dies erleichtert die Herstellbarkeit.The pipe from which the at least two pipe sections originate is preferably already finned before a cutting process takes place. This facilitates manufacturability.
Besonders vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Rohr variierend berippt ist, insbesondere graduell variierend. Dies ermöglicht eine besonders leichte und ökonomische Herstellbarkeit, da auf diese Weise Rohrabschnitte von einem Rohr stammen beziehungsweise abgetrennt sein können, welche eine unterschiedliche Steigung zueinander aufweisen. Hierbei wird der Herstellungsvorgang denkbar einfach gehalten, da tatsächlich lediglich ein Rohr verwendet wird.It is particularly advantageously provided that the tube is ribbed in a varying manner, in particular in a gradually varying manner. This enables particularly easy and economical producibility, since in this way pipe sections originating from a pipe or can be separated, which have a different slope to one another. The manufacturing process is kept as simple as possible, since only one tube is actually used.
Das Urrohr kann hierbei seiner Längserstreckung nach insbesondere gerade oder als Gerade ausgebildet sein. Die abgetrennten Rohrabschnitte weisen dann ihrer Längserstreckung nach ebenfalls eine gerade Form auf.The original pipe can be designed in particular straight or as a straight line in terms of its longitudinal extension. The separated pipe sections then also have a straight shape in terms of their longitudinal extension.
Beispielsweise kann auf diese Weise also ein (gerades) Rohr von einigen Metern Länge am Stück berippt werden (vorzugsweise variierend berippt). Ein erster Bereich des berippten Rohres kann dabei eine erste Steigung aufweisen, ein zweiter Bereich eine zweite Steigung (gegebenenfalls ein dritter Bereich eine dritte Steigung usw.). Anschließend kann dann ein Trennvorgang erfolgen, der den ersten Bereich von dem Zweiten (und gegebenenfalls den Zweiten von dem Dritten usw.) abtrennt. Beispielsweise kann das Rohr also abgeschnitten werden. Bei einer graduellen Variation der Steigung macht es natürlich Sinn, dass danach jeder Rohrabschnitt für sich eine konstante Steigung aufweist, wobei die Steigung der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander variiert.For example, a (straight) pipe a few meters long can be ribbed in one piece (preferably ribbed in varying degrees) in this way. A first area of the finned tube can have a first slope, a second area a second slope (possibly a third area, a third slope, etc.). A separation process can then take place, which affects the first area from the second (and possibly the second from the third, etc.). For example, the pipe can be cut off. In the case of a gradual variation of the slope, it naturally makes sense that each pipe section then has a constant slope, the slope of the pipe sections varying in comparison to one another.
Eine derartige variierende Rippensteigung des Urrohrkörpers kann hierbei insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine von der Anmelderin entwickelte variable Bandführung eingesetzt wird, welche den Anstellwinkel des Bandes oder der Bänder während des Verschweiß-Vorgangs variieren kann.Such a varying rib slope of the original pipe body can be achieved in particular by using a variable tape guide developed by the applicant, which can vary the angle of incidence of the tape or tapes during the welding process.
Unabhängig von der Art der Berippung kann das Urrohr vorzugsweise gleichmäßig oder in gleich lange Stücke getrennt, insbesondere geschnitten, werden. Dies ermöglicht die Herstellung eines Bündels gleich langer Rohrabschnitte.Regardless of the type of ribbing, the primary pipe can preferably be separated, in particular cut, evenly or into pieces of equal length. This enables the production of a bundle of pipe sections of equal length.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Rohrabschnitt basierend auf den genannten Informationen gar nicht berippt wird. Mit anderen Worten kann auf Basis der erlangten beziehungsweise der erstellten Informationen entschieden werden, dass es gar keinen Sinn macht, einen bestimmten Rohrabschnitt zu berippen, beispielsweise da dieser überhaupt gar kein nennenswertes Wärmetauschverhalten aufweist oder ähnliches. Auf diese Weise kann besonders viel Rippenbandmaterial eingespart werden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one pipe section is not ribbed at all based on the information mentioned. In other words, on the basis of the information obtained or created, it can be decided that it makes no sense at all to rib a certain pipe section, for example because it does not have any noteworthy heat exchange behavior or the like. In this way, a particularly large amount of rib strip material can be saved.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Rippen mindestens eines Rohrabschnittes aus mindestens zwei Bändern. Bänder werden typischerweise zur Herstellung von Rippen an Rohrgrundkörpern verschweißt. Die Breite des Bandes gibt dabei beispielsweise die Höhe der Rippe vor.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the ribs of at least one pipe section consist of at least two strips. Ribbons are typically welded to pipe bodies to produce ribs. The width of the band determines the height of the rib, for example.
Erfindungsgemäß ist nun gemäß dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die Rippen eines Rohrabschnittes von mindestens zwei Bändern bereitgestellt werden, welche typischerweise separat ausgebildet sind (das heißt in diesem Fall insbesondere, dass diese parallel zueinander, vorzugsweise wendelförmig, verlaufen). Mit anderen Worten werden die einer Seite des Rohrabschnittes zugeordneten Rippen immer abwechselnd von jeweils einem der Bänder bereitgestellt.According to the invention, it is now provided according to this embodiment that the ribs of a pipe section are provided by at least two strips, which are typically formed separately (that is in this case in particular that these run parallel to one another, preferably helically). In other words, the ribs assigned to one side of the pipe section are always provided alternately by one of the bands.
Diese Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass hierdurch eine variierende Rippensteigung zur Berippung des Urrohres (aus welchem die Rohrabschnitte herausschneidbar sind) erleichtert wird. In der Praxis ist es nämlich schwierig, eine variierende, insbesondere eine graduell variierende, Rippensteigung an einem Rohr zu bewerkstelligen, wenn lediglich ein Band genutzt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht somit eine wesentlich zuverlässigere Steuerung des Rippenbefestigungsprozesses, wodurch im Endeffekt auch variierende Rippensteigungen zuverlässig ermöglicht werden.This embodiment has the particular advantage that it facilitates a varying rib incline for the ribbing of the original pipe (from which the pipe sections can be cut out). In practice it is difficult to achieve a varying, in particular a gradually varying, rib pitch on a pipe if only one band is used. This embodiment thus enables a significantly more reliable control of the rib fastening process, which in the end also enables varying rib slopes in a reliable manner.
Auf diese Weise kann - wie oben beschrieben - beispielsweise ein beripptes Urrohr hergestellt werden, welches dann durch einen Trennvorgang in mehrere Rohrabschnitte aufgeteilt wird, die dann wiederum in dem Wärmetauscher verbaubar sind, derart dass die einzelnen Rohrabschnitte tatsächlich auch unterschiedliche Steigungen im Vergleich zueinander aufweisen.In this way - as described above - for example a ribbed original pipe can be produced, which is then divided into several pipe sections by a cutting process, which in turn can be built into the heat exchanger, so that the individual pipe sections actually have different slopes compared to each other.
Vorzugsweise können die Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte durch eine computergestützte Simulation erlangt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Computerprogramm benutzt werden, beispielsweise ein Computerprogramm, welches auf einem herkömmlichen PC, einem Notebook, Tablet, Handy oder ähnlichem ausführbar ist. In diesem Programm können vorzugsweise Rohrabschnitte nach bestimmten Vorgaben angeordnet werden, und auf Basis dieser Anordnung kann das Wärmetauschverhalten dieser Rohrabschnitte unter Berücksichtigung des Strömungsverhaltens des außerhalb der Rohrabschnitte strömenden Fluids berechnet werden.The information on the heat exchange behavior of the pipe sections can preferably be obtained by means of a computer-aided simulation. For this purpose, for example, a computer program can be used, for example a computer program that can be executed on a conventional PC, notebook, tablet, mobile phone or the like. In this program, pipe sections can preferably be arranged according to certain specifications, and on the basis of this arrangement the heat exchange behavior of these pipe sections can be calculated taking into account the flow behavior of the fluid flowing outside the pipe sections.
Hierbei kann die Simulation natürlich beliebige Parameter, welche für die Simulation sinnvoll gewählt werden können, berücksichtigen, wie beispielsweise die Art des strömenden Mediums, die Strömungsrichtung, Kondensationseffekte und/oder eine vorgebbare Rippenhöhe.The simulation can, of course, take into account any parameters that can be sensibly selected for the simulation, such as the type of flowing medium, the direction of flow, condensation effects and / or a prescribable rib height.
Vorteilhafterweise kann eine derartige Simulation als Tool oder App oder ähnliches in einem CAD-Programm angeboten, eingebettet oder ausgeführt werden. Dies weist den Vorteil auf, dass der Konstrukteur, welcher das CAD-Programm bedient, die über diese Simulation erhaltenen Informationen direkt nutzen kann, um unterschiedliche Rippen für unterschiedliche Rohrabschnitte festzulegen und direkt im CAD-Programm anzugeben, abzuspeichern oder zu berücksichtigen. Mit anderen Worten findet eine Integration des Simulationstools in ein Konstruktionsprogramm statt. Beispielsweise werden die Ergebnisse der Simulation dem CAD-Programm-Nutzer direkt angezeigt, insbesondere farblich kodiert, um das errechnete/erwartete Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte zu verdeutlichen.Such a simulation can advantageously be offered, embedded or executed as a tool or app or the like in a CAD program. This has the advantage that the designer who operates the CAD program can use the information obtained via this simulation directly to define different ribs for different pipe sections and to specify, save or take into account directly in the CAD program. In other words, the simulation tool is integrated into a design program. For example, the results of the simulation are displayed directly to the CAD program user, in particular color-coded, in order to clarify the calculated / expected heat exchange behavior of the pipe sections.
Besonders vorteilhafterweise kann ein derartiges computergestütztes Programm werkseitig oder nutzerseitig durch die Berücksichtigung von realen Messdaten kalibriert, angepasst oder konfiguriert werden. So kann eine Messung in einem tatsächlichen Windkanal oder ähnlichem stattfinden, und diese realen Ergebnisse können dann berücksichtigt werden, um die computergestützte Simulation abzugleichen, zu korrigieren oder zu kalibrieren.Such a computer-aided program can particularly advantageously be calibrated, adapted or configured at the factory or by the user by taking real measurement data into account. A measurement can be carried out in one actual wind tunnel or the like take place, and these real results can then be taken into account in order to adjust, correct or calibrate the computer-aided simulation.
Bei einem derartigen Versuch können beispielsweise Daten wie Druckverlust des Mediums beim Durchströmen des Rippenrohrbündels (mittels Schrägrohr-manometer) und/oder die Kondensat-Menge (mittels geeichtem Messgefäß und Stoppuhr) und/oder der Dampfdruck (mittels Urrohr-manometer) und/oder Luftein- und austritts, Dampf- und Kondensat-Temperaturen (mit Thermoelementen) gemessen und dann bei einer Simulation berücksichtigt werden.In such an experiment, for example, data such as the pressure loss of the medium when flowing through the finned tube bundle (using an inclined tube manometer) and / or the amount of condensate (using a calibrated measuring vessel and stopwatch) and / or the vapor pressure (using a primary tube manometer) and / or air inlet - and outlet, steam and condensate temperatures (with thermocouples) are measured and then taken into account in a simulation.
Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 10 gelöst, welcher demnach die Besonderheit aufweist, dass die Rippenrohrabschnitte unterschiedlich berippt sind.Furthermore, the object on which the invention is based is achieved by a heat exchanger according to
In diesem Sinne weist der Wärmetauscher also Rippenrohrabschnitte auf, welche mit unterschiedlichen Rippen versehen sind. Beispielsweise kann sich die Rippenhöhe unterscheiden und/oder die Steigung der Rippen und/oder das Material der Rippen. Der Wärmetauscher kann zusätzlich zu den Rippenrohrabschnitten insbesondere auch ein Gehäuse oder ähnliches aufweisen, beziehungsweise entsprechende Anschlüsse für die Rippenrohrabschnitte und/oder für den innerhalb der Rippenrohre geleiteten Stoff.In this sense, the heat exchanger thus has finned tube sections which are provided with different fins. For example, the rib height and / or the slope of the ribs and / or the material of the ribs can differ. In addition to the finned tube sections, the heat exchanger can in particular also have a housing or the like, or corresponding connections for the finned tube sections and / or for the substance conducted within the finned tubes.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass sämtliche im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Verfahren erläuterten Vorteile und Unteransprüche beziehungsweise besonderen Ausbildungen selbstverständlich auch auf den auf einen Wärmetauscher gerichteten unabhängigen Anspruch übertragbar sind.At this point it should be noted that all of the advantages and subclaims or special designs explained in connection with the methods described above can of course also be transferred to the independent claim directed to a heat exchanger.
Lediglich exemplarisch soll in diesem Sinne darauf hingewiesen werden, dass hiermit auch Wärmetauscher als offenbart gelten sollen, bei welchen die Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Steigung und/oder eine unterschiedliche Höhe und/oder ein unterschiedliches Material aufweisen. Die Rohrabschnitte können dabei zum selben Rohr gehören oder vom selben Rohr abstammen. Unabhängig davon können sie - jedenfalls innerhalb des Gehäuses - separat ausgebildet sein. Sie können beispielsweise außerhalb des Gehäuses (oder innerhalb) dann zusammengeführt sein, für einen gemeinsamen Anschluss oder Ablauf oder ähnliches. Diese Aufzählung ist explizit aber nicht abschließend zu verstehen.Merely by way of example, it should be pointed out in this sense that heat exchangers in which the pipe sections have a different pitch and / or a different height and / or a different material compared to one another should also be considered to be disclosed. The pipe sections can belong to the same pipe or come from the same pipe. Regardless of this, they can be formed separately - at least within the housing. For example, they can then be brought together outside the housing (or inside) for a common connection or drain or the like. This list is to be understood explicitly but not conclusively.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den gegebenenfalls nicht zitierten Unteransprüchen, sowie aus der nun folgenden Figurenbeschreibung.Further advantages of the invention emerge from the dependent claims, which may not be cited, and from the description of the figures which now follows.
Darin zeigen in den Figuren:
-
1a in einer sehr schematischen, teilgeschnittenen Seitenansicht einen Wärmetauscher mit einem in einem Gehäuse angeordneten Rippenrohrabschnittsbündel, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich zwei der Rippenrohrabschnitte (mit unterschiedlicher Rippensteigung) dargestellt sind, -
1b eine sehr schematische Aufsicht auf einen Schnitt durch die in1a dargestellte Vorrichtung, etwa gemäß den Ansichtspfeilen Ib in1a , wobei die Rippenhöhe aller Rippenrohrabschnitte identisch ist, -
2 eine sehr schematische Ansicht des Ergebnisses einer Simulation des Wärmetauschverhaltens von vier exemplarischen Rippenrohrabschnitten in einer Aufsichtsdarstellung, etwa gemäß1b , samt Legende, -
3 in einer Ansicht, etwa gemäß1b , ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit unterschiedlich hohen Rippen, -
4 eine sehr schematische Seitenansicht eines berippten Urrohres zur Herstellung von vier separaten Rippenrohrabschnitten, -
5 in einer sehr schematischen Darstellung vier Rohrabschnitte, welche einem gemeinsamen Rippenrohr eines ansonsten nicht dargestellten Wärmetauschers zugeordnet sind, und -
6 ein wendelartiges Rippenrohr eines Wärmetauschers eines ansonsten nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiels.
-
1a In a very schematic, partially sectioned side view, a heat exchanger with a finned tube section bundle arranged in a housing, only two of the finned tube sections (with different fin inclinations) being shown for the sake of clarity, -
1b a very schematic plan view of a section through the in1a shown device, for example according to the view arrows Ib in1a , where the fin height of all finned tube sections is identical, -
2 a very schematic view of the result of a simulation of the heat exchange behavior of four exemplary finned tube sections in a top view, for example according to FIG1b , including legend, -
3 in a view, roughly according to1b , Another embodiment of a heat exchanger according to the invention with ribs of different heights, -
4th a very schematic side view of a finned original pipe for the production of four separate finned pipe sections, -
5 in a very schematic representation, four pipe sections which are assigned to a common finned pipe of a heat exchanger which is otherwise not shown, and -
6th a helical finned tube of a heat exchanger of a further embodiment not shown otherwise.
Der nachfolgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile gegebenenfalls mit identischen Bezugszeichen versehen sind, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben oder von Apostrophen. Gleiches gilt auch für die anschließenden Patentansprüche.The following description of the figures should be preceded by the fact that the same or comparable parts may be provided with identical reference symbols, in some cases with the addition of small letters or apostrophes. The same also applies to the subsequent claims.
Der Wärmetauscher
Das erste Fluid
Ein derartiges Rippenrohrbündel
In der Ansicht gemäß
Die Haupterstreckungsrichtung E, beziehungsweise die Längserstreckung der Rippenrohrabschnitte
An ihren Enden fluchten die Rippenrohrabschnitte
Außerhalb des Gehäuses
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher
Diese Rippen
Die Rippen
Während die Rippenhöhe h der Rippen der beiden Rippenrohrabschnitte
Unter dieser Annahme wird dem ersten Rippenrohrabschnitt
Die Wärmeübertragung erfolgt hierbei zwischen dem ersten Fluid
Die Effizienz des Wärmetauschers kann dadurch erhöht werden, dass dem Rippenrohrabschnitt
Zu
Die in
Wie bereits zu
Wie oben angedeutet sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Typischerweise können sich einfache Annahmen und Überlegungen aber teilweise auch als nicht hinreichend oder falsch erweisen, so dass es erfindungsgemäß vorteilhaft sein könnte, die der Wahl der Rippensteigung zugrundeliegenden Informationen nicht auf Vermutungen zu basieren, sondern auf durch Versuche oder Simulationen erlangte Kenntnisse.Typically, however, simple assumptions and considerations can sometimes also prove to be insufficient or incorrect, so that it could be advantageous according to the invention not to base the information on which the choice of the rib slope is based on assumptions, but on knowledge obtained through experiments or simulations.
Insbesondere hat die Anmelderin herausgefunden, dass eine computergestützte Simulation des Wärmeübertragungsverhaltens, insbesondere der Wärmestromdichte, an den Rippen besonders vielsagende Informationen über die für einen Rippenrohrabschnitt zu wählende Berippung liefern kann:
- So zeigt
2 eine schematische Darstellung des Ergebnisses einer computergestützten Simulation der Wärmestromdichte entlang der Rippen19 von Rippenrohrabschnitten 16 , in einer Konfiguration etwa gemäß1b . Das Ergebnis der computergestützten Simulation zeigt ausweislich2 einen abgebrochenen Fensterbereich, etwa nach Art eines Strömungskanals, wobei eine Hauptströmungsrichtung H fürdas erste Fluid 14 vorgegeben wird.
- So shows
2 a schematic representation of the result of a computer-aided simulation of the heat flux density along the ribs19th offinned tube sections 16 , in a configuration according to1b . The result of the computer-aided simulation demonstrably shows2 a broken window area, for example in the manner of a flow channel, with a main flow direction H for the first fluid14th is specified.
Unter Berücksichtigung diverser Parameter, wie beispielsweise Rohr- und Rippenmaterialien (zum Beispiel Kupfer), Oberflächenbeschaffenheit von Rohr- und/oder Rippen (zum Beispiel glatt), der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluides, gegebenenfalls der Dichte und/oder der Art des ersten Fluides, einer (Satt-)Dampftemperatur, der Berücksichtigung möglicher Kondensationseffekte und/oder einer grundsätzlichen Berücksichtigung der Temperaturkopplung zwischen einem Rippenrohr und der Luft, lassen sich im Rahmen einer Simulation Erkenntnisse über das Strömungsverhalten außerhalb der Rohre gewinnen. Hierzu zählen insbesondere der Druckverlust aber auch die Wärmeübertragung und/oder die Temperaturen im Wärmetauscher im Allgemeinen.Taking into account various parameters, such as pipe and fin materials (for example copper), surface properties of pipe and / or fins (for example smooth), the temperature, the flow rate of the first fluid, possibly the density and / or the type of the first Fluids, a (saturated) steam temperature, the consideration of possible condensation effects and / or a fundamental consideration of the temperature coupling between a finned pipe and the air, knowledge about the flow behavior outside the pipes can be gained in the context of a simulation. These include in particular the pressure loss but also the heat transfer and / or the temperatures in the heat exchanger in general.
Die ebenfalls dargestellte Legende verdeutlicht die Schraffuren bei zunehmender Wärmedichte, wobei eine Anzeige in der Praxis anstelle von Schraffuren eher farbliche Kodierungen verwendet.The legend also shown clarifies the hatching with increasing heat density, whereby in practice a display uses colored coding instead of hatching.
Dem Ergebnis gemäß
Ausgehend von diesem Simulationsergebnis könnte ein Nutzer nunmehr zur Erhöhung der Effektivität zu dem Ergebnis gelangen, für die Rippenrohrabschnitte
Anstelle oder zusätzlich zur Rippensteigung lassen sich aber auch andere Berippungsparameter in Abhängigkeit der Simulationsergebnisse (zur Erlangung eines effektiveren Wärmetauschers beziehungsweise zur Einsparung von Bandmaterial) verändern:
- So zeigt
3 in einer sehr schematischen Aufsicht, welche etwa der Aufsicht gemäß1b entspricht, ein zweites Ausführungsbeispiel10' eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.Die Rippenrohrabschnitte 16 sind gemäß3 ihrer Position nach identisch zu denen gemäß1b ineinem Gehäuse 11 angeordnet. Anstelle oder zusätzlich zu einer unterschiedlichen Rippensteigung weisen die Rippenrohrabschnitte16 - in der Aufsicht sehr gut erkennbar - nunmehr unterschiedliche Rippenhöhen h auf: Da derRippenrohrabschnitt 16a ausweislich des Simulationsergebnisses gemäß2 besonders gut an einer Wärmeübertragung teilnimmt, beziehungsweise diese besonders effektiv unterstützt, wurde diesemRippenrohrabschnitt 16a nunmehr eine besonders große Rippenhöhe h1 zugeordnet, welche beispielsweise sehr viel größer ist, als die Rippenhöhe h2 des in StrömungsrichtungH nachfolgenden Rippenrohrabschnittes 16d . Auf diese Weise kann beidem Rippenrohrabschnitt 16d , welcher ohnehin nicht besonders effektiv an einer Wärmeübertragung teilnimmt, Rippenrohrmaterial eingespart werden.
- So shows
3 in a very schematic plan view, which roughly corresponds to the plan view1b corresponds to a second embodiment10 ' of a heat exchanger according to the invention. Thefinned tube sections 16 are according to3 identical in terms of their position to those in terms of their position1b in onehousing 11 arranged. Instead of or in addition to a different fin inclination, the finned tube sections have16 - very clearly visible in the top view - now different rib heights h on: Since thefinned tube section 16a as evidenced by the simulation result according to2 participates particularly well in a heat transfer, or supports it particularly effectively, was thisfinned tube section 16a a particularly large rib height h 1 is now assigned, which is, for example, very much greater than the rib height h 2 of the rib tube section following in the direction of flow H.16d . In this way, in thefinned tube section 16d , which in any case does not take part particularly effectively in a heat transfer, finned tube material can be saved.
Da der Rippenrohrabschnitt
Während die Vorrichtung
- In diesem Sinne zeigt
4 ein (noch zusammenhängendes)Urrohr 21 mit einer Länge I (von typischerweise einigen Metern), welches eine graduelle, variable Berippung aufweist:- So weist
ein erster Sektor 22a eine besonders hohe Rippensteigung auf, derSektor 22b eine mittlere Rippensteigung und derSektor 22c eine geringe Rippensteigung.Der Sektor 22d weist dann gar keine Rippen auf. Die Rippen in diesem Ausführungsbeispiel weisen in der Regel eine identische Höhe h auf und werden typischerweise von mehr als einem Band bereitgestellt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Sektoren l/4.
- So weist
- With that in mind, shows
4th a (still connected)original pipe 21 with a length I (typically a few meters), which has a gradual, variable ribbing:- So shows a
first sector 22a a particularly high rib slope, thesector 22b a medium rib slope and thesector 22c a slight rib slope. Thesector 22d then has no ribs at all. The ribs in this exemplary embodiment generally have an identical height h and are typically provided by more than one band. In this exemplary embodiment, the length of the sectors is 1/4.
- So shows a
Die Anmelderin hat herausgefunden, dass eine derartige (graduelle) Berippung eines einzigen Urrohres
Wird das Urrohr
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Sektorierung und Berippung des Urrohres
Alternativ oder zusätzlich zur einer Variation der Rippenhöhe und/oder der Rippensteigung zwischen den einzelnen Rippenrohrabschnitten sind von der Erfindung aber auch Wärmetauscher umfasst, deren Rippenrohrabschnitte (jedenfalls teilweise) unterschiedliche Materialien aufweisen: Da dies graphisch aber nicht oder kaum darstellbar ist, wird auf eine entsprechende Figur verzichtet. Es wird lediglich angedeutet, dass beispielsweise die in den
Insbesondere könnten die Rippen eines einzelnen Rippenrohrabschnittes (zum Beispiel des Rippenrohrabschnittes
Ein weiteres abweichendes Ausführungsbeispiel eines Gesamtrohrs
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