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Heizbares Rohr oder aufheizbarer Stab zum konvektiven Wärmetausch
mit der Umgebung Die Erfindung bezieht sich auf einen aufheizbaren Stab oder ein
heizbares Rohr, durch die, wie beispielsweise bei Heizstäben oder Rohren von Wärmetauschern,
Wärme von einem die Rohre oder Stäbe oder dergleichen umströmenden Medium durch
konvektiven Wärmeübergang aufgenommen oder an dieses Medium abgegeben wird.
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Um einen möglichst guten Wärmeübergang zu gewährleisten,- hat man
bereits Rohre, Stäbe oder Bündel aus Rohren oder Stäben senkrecht zu ihrer Längsachse
angeströmt. Dadurch konnten erheblich höhere Wärmeübergangszahlen erzielt werden,
als dies bei parallel zur Achse durchströmten Rohr- oder Stabbündeln der Fall ist.
Bei dieser Maßnahme war man davon ausgegangen, daß es darauf ankommt, die verhältnismäßig
dicke Grenzschicht, die sich bei der Anströmung in axialer Richtung der Rohre oder
Stäbe bildet und die zu einem beachtlichen Wärmetbergangswiderstand führt, herabgesetzt
wird. Eine andere bekannte Maßnahme, diesen Widerstand herabzusetzen, besteht darin,
daß man bei längsdurchströmten Bündeln von Rohren oder Stäben auf den Rohren oder
Stäben des Bündels ringförmige oder gewendelte Rippen mit geringen Abmessungen angebracht
hat. Auch durch diese Maßnahme soll die Grenzschicht zerstört und in steter Folge
eine thermische und hydraulische Anlaufströmung erzwungen werden. Durch diese zum
Stande der Technik gehörenden Maßnahmen konnte zwar der Wärmeübergang verbessert
werden, doch mußte man in Kauf nehmen, daß die dadurch auftretenden Druckverluste
mindestens proportional gesteigert wurden.
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Um auch den Wärmeübergang bei querangeströmten Rohren oder Stäben
zu verbessern, hat man bislang zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche
auf der Außenseite der Rohre oder Stäbe mehr oder weniger hohe radial verlaufende
Rippen oder Rillen vorgesehen. Die Nachteile der wie vorstehend ausgebildeten Rohre
oder Stäbe bestehen jedoch in den verhältnismäßig hohen Fertigungskosten bei der
Herstellung im Walz- oder im Druckverfahren oder auch darin, daß die Rippen durch
Aufschweißen aufgebracht werden mußten.
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Ein weiterer Nachteile dieser bekannten Rohre oder Stäbe ist die Beeinträchtigung
der zerstörungsfreien Prüfbarkeit. Außerdem muBten infolge des durch die Rippen
verursachten Versperrens des Strömungsquerschnittes bei gleichen Rohr- oder Stabteilungen
im Bündel höhere Strömungswiderstände in Kauf genommen werden, oder es mußten die
Teilungen vergrößert werden, was jedoch zu einer unerwünschten Vergrößerung der
Bauvolumina führte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein
Rohr, einen Stab oder dergleichen für den konvektiven Wärmetausch mit der Umgebung
zu schaffen, bei dem der Aufbau dickerer Grenzschichten auch dann verhindert wird,
wenn die Strömung quer zur Achse der Rohre oder Stäbe gerichtet ist, wobei zugleich
verhindert werden soll, daß eine nennenswerte Erhöhung des Druckverlustes eintritt.
Außerdem soll das Rohr oder der Stab wirtschaftlich auf einfache Weise, d.h. praktisch
ohne zusätzlichen Aufwand herstellbar sein.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an einem
Rohr, einem Stab oder dergleichen der oben genannten Art an dem äußeren Umfang in
Axialrichtung verlaufende Rippen, Nuten oder dergleichen mit geringer Höhe bzw.
Tiefe vorgesehen sind. Die Form, Breite, Höhe oder die Tiefe sowie die Anzahl dieser
axial verlaufenden sprunghaften Querschnittsänderungen hängen ab von dem Durchmesser
des Rohres oder des Stabes sowie von den jeweiligen Bedingungen der Anwendung. Dabei
ist das Rohr oder der Stab gemäß der Erfindung ohne weiteres in ein und demselben
Fertigungsverfahren, beispielsweise durch Ziehen oder Walzen herstellbar, so daß
sich die Herstellungskosten gegenüber glatten Rohren praktisch nicht oder doch nur
unwesentlich erhöhen.
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Ein weiterer Vorteil des Rohres -oder Stabes gemäß der Erfindung besteht
darin, daß es infolge der geringen Höhe der Rippen oder der geringen Tiefe der Nuten
bei dem Rohr oder dem Stab gemäß der Erfindung im Bedarfsfall in gleicher Weise
möglich ist, den Stab oder das Rohr zu biegen oder-zu wendeln, : wie dies bei glatten
Stäben oder Rohren der Fall ist. Das ist beispielsweise bei der Verwendung von Rohren
im Wärmeaustauscher in vielen Fällen notwendig. Vorteilhaft ist ferner, daß die
Prüfbarkeit der fertigen Rohre oder Stäbe gemäß der Erfindung mittels Röntgenstrahlen
oder mittels Ultraschall nicht beeinträchtigt wird. Metallurgische Veränderungen
der Rohre, weiisie beispielsweise beim Aufschweißen von Rippen oder beim Ausarbeiten
von scheibenformigen Rippen aus einem dickwandigen Ausgangsrohr entstehen, sind
bei der Ausbildung von Rohren oder Stäben gemäß der Erfindung vollständig vermieden.
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Dies deshalb, weil bei der Herstellung keine Gefigeänderungen auftreten.
SQ-weit dies beim Einbau von Rohren gemäß der Erfindung in ein ltohrbSindel erforderlich
ist, ist der Einsatz von Abstandhaltern auf ebensa einfache Weise möglich, wie dies
bei normalen glatten Rohren der Fall ist.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einem fluchtenden Rohrbündel mit einem
Rohrdurchmesser von 51 mm, auf den über den Außenumfang verteilt gemäß der Erfindung
16 Rippen mit einer Höhe von nur QJ 5 mm und einer Breite von O, 4 mm angebracht
wurden, in einem Bereich Reynold' scher Zahlen, der in weiten Bereichen des chemischen
Apparatebaues sowie bei Wärmetauschern und Dampferzeugern gas gekühlter Kernkraftwerke
von Interesse ist, die Wärmeübergangszahlen um etwa 4Q bis 50 Se höher lagen als
bei glatten Rohren, obwohl der Druckverlust praktisch unverändert war. Als weiterer
Varteil ergab sich, daß Meter dem Rohrbündel, das aus Rohren gemäß der Erfindung
mit den vorgenannten Abmessungen hergestellt worden war, sich eine gleichmäßige
Geschwindigkeitsverteilung ergab, was bei Verwendung von glatten Rohren der gleichen
Abmessungen nicht der Fall war.
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In der Zeichnung ist ein zur Anwendung im Wärmeaustauscher bestimmtes
Rohr gemäß der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläuterte Wie aus der
Zeichnung hervorgeht, sind über den Außenumfang des Rohres mit dem Durchmesser D
in Axialrichtung verlaufende Rippen der Höhe h und der Breite b im gleichmäßigen
Abstand verteilt angeordnet, wobei, wie ebenfalls aus der Zeichnung erkennbar ist,
Höhe und Breite der- Rippen gering sind, gegenüber dem Durchmesser des Rohres.