DE2244024A1

DE2244024A1 - Rohr- oder plattenfoermiges material zur waermeuebertragung beim sieden von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2244024A1
Application number: DE2244024A
Authority: DE
Inventors: Jun James Gordon Withers
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-09-07
Publication date: 1973-03-15
Also published as: AU461672B2; IL40244A0; BR7206114D0; JPS5216581B2; ZA725916B; JPS4836757A; FR2152713B1; IT965194B; AU4606272A; GB1392762A; FR2152713A1; IL40244A

Description

Universal Oil Products Company Des Piaines, Illinois 60016 (V.St.A.)

Rohr- oder plattenförmiges Material zur Wärmeübertragung beim Sieden von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft ein rohr- oder plattenförmiges Material zur Wärmeübertragung beim Sieden von Flüssigkeiten, das eine Wand mit einer ersten Oberfläche zur Berührung mit einem fluiden Heizmittel und einer zweiten Oberfläche zur Berührung mit der zu siedenden Flüssigkeit umfaßt.

Es ist durch frühere Versuche festgestellt worden, daß die Wärmeübertragung durch eine Metallwandung .zur Herbeiführung des Siedens einer mit der Wandung in Berührung stehende:! Flüssigkeit sehr beträchtlich verbessert wird, wenn man eine Schicht aus einem porösem Material auf die Oberfläche der Wandung aufbringt, die mit der zu siedenden Flüssigkeit in Berührung steht. Die Eigenschaften und das Verhalten dieser sogenannten porösen Siedeoberfläche hinsichtlich physikalischer Eigenschaften der Schicht, Methoden zur Aufbringung der Schicht

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auf die Ifandoberflache und theoretischer Deutungen der eintretenden Verbesserungen beim Sieden sind in der USA-Patentschrift 3 384 .154 näher erläutert. In dieser Patentschrift ist die poröse Siedeoberfläche gegenüberstellend verglichen rit porösen Körpern, die von überhitzter Flüssigkeit umgeben oder anderweitig darin vorgesehen sind, um ein Sieden herbeizuführen; derartige Materialien werden gewöhnlich als Siedekörper bezeichnet. In der genannten Patentschrift ist dargelegt, daß die poröse Siedeoberfläche eine Vielzahl von miteinander verbunc;r.ei Poren aufweisen soll, die sich in der porösen Schicht befinden und in kommunizierender Verbindung mit der Oberfläche stehen, die mit der zu kochenden Flüssigkeit in Berührung tritt, und daß der äquivalente Porenradius, definiert und bestirrt genä-^c· den Angaben in der vorgenannten USA-Patentschrift, weniger als 0,15 nun (6 mils) und vorzugsweise weniger als 0,115 m (^,5 rils) betragen soll. ' " * "

Es ist schwierig und kostspielig, eine poröse Schicht vorzusehen, in der der äquivalente Porenradius weniger als 0,15 mm (6 mils) beträgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe und Verbesserung - ohne Verschlechterung des Siedeverhaltens - zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist die Viand,, durch die Warne auf die siedende Flüssigkeit übertragen v/ird, auf der Seite, die rit der zu siedenden Flüssigkeit in Berührung tritt, mit einer Oberfläche versehen, die eine wesentlich größere Flächenausdehnung aufweist als die Flächenausdehnung der Oberfläche auf der anderen Seite der Wand. Es wurde gefunden, daß bei d«r erfind ungsgemäß vorgesehenen stark vergrößerten Flächonausdehnung auf der Seite der Wand, die mit der siedenden Flüssigkeit in Berührung steht, die Porengröße der porösen Schicht viel weniger kritisch ist und ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, wann dor effektive Porenradius beträchtlich größer als 0,15 mn (ύ mils) ist und im Bereich von 0,15 - 0,51 mm (*> - 2O mils) liegt.. ,

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Gegenstand der Erfindung ist danach ein rohr- oder plattG'nförmiges Material zur Wärmeübertragung beim Sieden von Flüssigkeiten, das eine Wand mit einer ersten Oberfläche zur Berührung mit einem fluiden Heizmittel und einer zweiten Oberfläche zur Berührung mit der zu siedenden Flüssigkeit umfaßt, weiches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flächengröße der zweiten Oberfläche wesentlich größer als die Flächengröße der ersten Oberfläche ist und eine Schicht aus einem porösen Maze rial auf praktisch die gesamte vergrößerte zweite Oberfläche aufgebracht ist.

Die Anwendung einer porösen Siedeschicht mit den wesentlich größeren Poren führt zu einer Reihe sehr wichtiger Vorteile. Zum einen wird die Notwendigkeit einer Verwendung vor» kostspieligen äußerst feinen Metallpulver vermieden, "eitex wird der kritische Einfluß der beim Aufbringen eingehaltenen Bedingungen vermindert, was das Aufbringen erleichtert. Ferner wird eine wesentliche Verbesserung beim Sieden von viskosen Flüssigkeiten, für die Schwierigkeiten bezüglich des Eindringens in eine feine Porenstruktur auftreten, erzielt. Schließlich können für die Bildung der porösen Schicht Teilchen \-erwendet werden, die keine so hohe Wärmeleitfähigkeit haben nüssen, und dies gestattet die Heranziehung von billigen nichtmetallischen Materialien· zur Bildung der porösen Siedeschicht.

Das ?7ärmeaustauschmaterial der Erfindung ist verwendbar bei zahlreichen Typen von VJärmeaustauscheinrichtungen; hierzu gehören auch solche Wärmeaustauscheinrichtungen, bei denen die zwischen den Heizmittel und der siedenden Flüssigkeit liegende Wand irr. wesentlichen aus einer flachen Platte besteht. Das Tvümeaustauschmaterial der Erfindung weist jedoch zusätzliche Vorteile bei Verwendung für '-iämeaustauscheinrichtungen in Zerr von bohren auf. In diesen Falle gestattet es eins Erzeugung der vergrößerten Oberfläche, die mit der zu sie:lenclen

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Flüssigkeit in Berührung tritt, nach gut entwickelten und wirksamen Methoden der Aufbringung von Rippen auf die Außenfläche des Rohrs durch Walzen. Durch Aufbringen der porösen Siedeschicht auf die die vergrößerte Oberfläche bildenden Rippen können sehr v/irksame und gleichzeitig billige Wärir.eübertragungsrohre, bei denen das Heizmittel durch die Rohre geleitet wird, erzeugt werden.

In den anliegenden Zeichnungen zeigen:

Figur 1 einen Schnitt, in vergrößertem Maßstab, durch einen Teil der Viandung eines Wärneübertragungsntaterials ge näß der Frfirdung, und

die Figuren 2-5 ähnliche vergrößerte Teilschnitte durch abgewandelte Ausführungsformen des Wameiibertracu^qsrr.aterials der Erfindung.

Das Sieden einer Flüssigkeit mittels einer erhitztsn Oberfläche, die sich in der Flüssigkeit" befindet oder ir. r.anchen Fällen Flüssigkeit enthält, wird in zahlreichen Hinrichtungen durchgeführt. Bei der erhitzten Oberfläche kann es sich urs eine flache Platte, eine gekrümmte Platte oder un Rohre handeln.

Als Beispiele für Einrichtungen zum Sieden von Flüssigkeiten unter Verwendung von Rohren seien Verdampfer,Kessel-Wiecererhitzer, Kaltwasserkühler u.dgl. genannt.

Die V7ärneübertragungsvorgänge bein Sieden sind umfangreich untersucht worden, trotzdem ist es bisher nicht möglich, von vorncherein eindeutige Voraussagen über das Siedeverhalten aller Arten von Oberflächen zu machen. Eines der Gebiete großer praktischer Anwendung und Bedeutung ist die Bildung von Blascnkeir.en oder -kernen beim Sieden (nucleate boiling) , nachstehend auch als Kernsieden bezeichnet.

Die Erfindung schafft ein Material für verbesserte ^'ärme^bertragungseinrichtungen, bei denen ein Kernsieden eintritt. Vorzugsweise ist das VJürneübertragungsmarerisl ir T^m

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von lietalIrohren ausgebildet, es kann sich aber auch um Metallplatten handeln.

Es sind bereits früher Verbesserungen der Wärmeübertragung, insbesondere durch Rohre, von denen sich einige auf Kernsiedevorgänge beziehen, erzielt worden. Die Bedingungen der praktischen Anwendung erfordern jedoch, das Wärmeübertragungsmaterial auf diesem Gebiet in seiner Gesamtheit zu betrachten, nicht nur den die siedende Flüssigkeit betreffenden Teil des Systems. Die Wärmequelle für Siedesysteme ist häufig ein fluides Heizmittel, das innen durch ein Rohr fließt.

Betrachtet man die Gesamtvorgänge in einen Wärneübertragungsmaterial der angegebenen Art, so kann der Widerstand gegen die Wärmeübertragung von einem fluiden Heizmittel, das sieh in Berührung mit der Oberfläche einer Begrenz-ungswand (im Falle von Rohren an der Innenfläche des Rohrs) befindet oder daran entlangfließt, auf eine Flüssigkeit, die sich an der entgegengesetzten Seite der W,and befindet und zum Sieden gebracht oder beim Sieden gehalten werden soll, als eine Reihe von aufeinander folgenden verschiedenen Widerständen angesehen v/erden. Diese können umfassen: den Wärmeübertragungswiderstand durch eine mehr oder weniger ruhende. Schicht des in Berührung mit der Innenoberfläche des Rohrs befindlichen Heizmediums; den Wärmeübertragunpwiderstanq von dem Heizmediuir¹ durch die innere Oberfläche des Rohrs; den Wärmeübertragungswiderstand durch das Rohrmaterial einschließlich irgendeiner Rohrausbildung, die den Fließweg zwischen der Innenoberfläche und der Außenoberf 111 ehe d-2s Rohrs erhöht; den Wärmeübertragunqswiderstand durch cie äußore Oberfläche des Rohrs; die Wärmeübertragung in und durch rilmc oder dünne Schichten der zu siedenden Flüssigkeit, derart, daß ein Kernsieden der Flüssigkeit herbeigeführt wird.

Die USA-Patentschrift 3 384 154 beschreibt eine Anord-"v;r»f-.^;, bei der die Oberfläche der Wand, die mit der zu siedenden Flüssigkeit in Berührung steht, mit einer metallischen porösen

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Siecleschicht vorsehen ist, wobei die Schicht eine Vielzahl von miteinander verbundenen Poren enthält, von denen viele öffnungen, iir. allgemeinen begrenzte Öffnungen, aufweisen, die durch die Oberfläche der Schicht rr.it der zu siedenden Flüssigkeit in koraunizierender Verbindung stehen. In der Patentschrift ist eine Beziehung zwischen den äquivalenten Porenradius und einer Tenperaturdifferenz AT angegeben, dabei handelt es sich ur. die Differenz zwischen der Temperatur der Wand und der Temperatur der überhitzten Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche, die genügt, um einen gegebenen Würmefluß herbeizuführen. In der Patentschrift befindet sich ein Diagramm, in dem der äquivalente Porenradius (in mils) gegen Λ T (in F) aufgetragen ist; das Diagramm zeigt, daß bei einen äquivalenten Porenradius von etva 0,15 mm (6 mils) der erforderliche Wert von Λ Τ scharf abfällt. In der Patentschrift ist demgemäß angegeben, daß nach ier dcrtigen Erfindung die obere Grenze der Porengröße festgelegt ist durch einen äquivalenten Porenradius - definiert und bestirnt nach den Angaben in rler Patentschrift - von 0,15 nin (6 nils), mit einer bevorzugten oberen Grenze von 0,115 mm (4,5 rails). Die Ansprüche dieser USA-Patentschrift sind auf die Anwendung einer porösen Siedeschicht beschränkt, in der der äquivalente Porenradius nicht mehr als 0,115 mm (4,5 nils) beträgt.

Aus einer Analyse der genannten USA-Patentschrift scheint klar hervorzugehen, daß die Vorteile eines Übergangs von größeren Poren zu kleineren Porenradien innerhalb der in der Patentschrift angegebenen Grenzen auf einer starken Vergrößerung der VJärneübertragungs fläche innerhalb dar Porenstruktur beruhen.

Wenngleich die genannte USA-Patentschrift ein sehr brauchbares Material angibt, ist es schwierig und kostspielig, eine poröse Siedeschicht nach den Vorschriften dieser Patentschrift herzustellen, da dort der äquivalente Porenradius einen so kleinen Wert wie 0,15 mn (Gmils) haben nuß; natürlich is-O3 noch schwieriger und kostspieliger, einen äquivalenten Poren-

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radius von weniger als 0,115 nun (4,5 mils) einzuhalten. Ein Grund hierfür liegt darin, daß derartige Schichten die Anwendung von äußerst kleinen Metallteilchen erfordern, die im Vergleich zu größeren Teilchen recht teuer sind. Darüberhinaus macht die Anwendung dieser kleinen Teilchen bei der Herstellung des porösen Materials mit einem äquivalenten Porenradius nicht über O,15 mm (6 mils) die Betriebsbedingungen beim Aufbringen der Schicht, bei jeder Auftragungsmethode, sehr kritisch und empfindlich. · -

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der Anwendung einer porösen Siedeschicht von äußerst kleiner Porengröße liegt darin, daß eine solche Schicht in Verbindung mit einer Flüssigkeit höherer Viskosität weniger oder gar nicht wirksam ist.

Bei dem Wärmeübertragungsmaterial nach der Erfindung ist bei der Wand, die sich zwischen der Wärmequelle und der zu siedenden Flüssigkeit befindet, die mit der zu siedenden Flüssigkeit in Berührung tretende Oberfläche ganz wesentlich größer als die mit der Wärmequelle in Berührung tretende Oberfläche.

Wenn, wie vorstehend dargelegt, mehrere aufeinanderfolgende Wärmeübertragungswiderstände gegeben sind, bringt eine Verringerung eines Widerstandes keine besonderen Vorteile mit · sich, wenn ein anderer Widerstand für die Begrenzung des Gesantwärmeflusses maßgeblich ist. Beim Material nach der Erfindung hat die mit der zu siedenden Flüsssigkeit in Berührung tretende Wandseite eine stark vergrößerte Oberflächenausdehnung, und es hat sich gezeigt, daß dann die Wirksamkeit der porösen Siedeschicht wesentlich unterhalb des Optimums liegen kann und trotzdem ein Gesamtwämefluß erreicht wird, der mindestens so groß ist wie bei Aufbringung einer wesentlich feinporöseren Siedeschicht auf eine Oberfläche, deren Größe etwa gleich.der Größe der entgegengesetzten Oberfläche ist, durch die die Wärme in die Wand und von dort zu der porösen Siedeschicht fließt.

Durch dir vorgeschriebene Vergrößerung der Fläche wird nicht nur eine.gleichwertige cder in manchen Fällen sogar

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überlegene Gesamtwärmeübertragunq erzielt, sondern die anderen auf der Anwendung verhältnismäßig großer Poren beruhenden Vorteile tragen dazu bei, daß das erfindungsgeraäße V.^Tärmeübertragungsmaterial insgesamt bisherigen Ausbildungen überlegen ist.

Der erste v/esentliche Vorteil liegt darin, daß für die Herstellung der porösen Siedeschicht größere Metallteilchen verwendet werden können. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Kosten für das Material, das zur Herstellung einer Schicht der gewünschten Stärke erforderlich ist. Weiterhin sind bei Verwendung größerer Teilchen die Bedingungen bei

von ·

der Aufbringung nicht'so kritischem Einfluß, so daß die Aufbringung insgesamt vereinfacht wird und die Kosten der Herstellung der gewünschten porösen Schicht verringert werden.

Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil der Anwendung einer porösen Siedeschicht mit wesentlich größerem äquivalenten Porenradius besteht darin, daß eine derartige Siedeschicht einen v/irksamen Betrieb selbst mit Flüssigkeiten gewährleistet, die eine beträchtliche Viskosität aufweisen, welche bei herkömmlichen Siedesc" ichten den notwendigen Flüssigkeitsfluß aus der Masse der zu siedenden Flüssigkeit in das Innere der Poren der Siedeschicht verhindern oder jedenfalls wesentlich verringern würde.

Ein weiterer Vorteil besteht schließlich darin, daß die poröse Siedeschicht gemäß der Erfindung nicht aus einen Material hoher Wärmeleitfähigkeit zu bestehen braucht und demgemäß auch vergleichsweise billige nichtmetallische Materialien verwendet werden können.

Die Gesichtspunkte der Erfindung sind anwendbar auf Närmeaustauschsysteme, bei denen die poröse Siedeschicht auf eins Platte aufgebracht wird, welche die zu .siedende Flüssigkeit von der Wärmequelle trennt, vorzugsweise hat das Wärmeübertragungsnaterial jedoch die Form von Rohren, und demgemäß erfolgt :^;.ie nähere Erläuterung bevorzugter Ausfihrungsformen insbesondere anhand von Rohren.

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Die Herstellung des Wärmeaustauschmaterials der Erfindung erfordert eine Behandlung der mit der zu siedenden Flüssigkeit in Berührung tretenden Wandoberfläche, die die Flächengröße dieser Wandoberfläche stark vergrößert, verglichen mit der Flächengröße der entgegengesetzten, mit dem Heizmittel in Berührung tretenden Wandoberfläche. Nach modernen Methoden macht es keine Schwierigkeiten, Rohre mit einstückig daran befindlichen Rippen derart herzustellen, daß die Außenfläche.des Rohrs einschließlich der Oberfläche der Rippen um ein mehrfaches größer ist als die Oberfläche auf der Innenseite des Rohrs. Derartige Rippenrohre können beispielsweise kontinuierlich durch Walzen hergestellt werden, wobei das Material im Bereich der Außenfläche des Rohrs zur Bildung von durchlaufenden, einstückig mit dem Rohr verbundenen Rippenwindungen hochgewalzt wird. Diese Windungen können eine einzige schraubenförmige Rippe bilden oder sie können aus zwei oder drei getrennten ineinandergreifenden schraubenförmigen Rippen bestehen. Nach diesem Verfahren kann die erfindungsgemäß vorgeschriebene Wärmeübertragungsfläche von stark vergrößerter Flächengröße vergleichsweise einfach und billig hergestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen des WärmeÜbertragungsmaterials nach der Erfindung werden nachstehend anhand· der anliegenden Zeichnung weiter veranschaulicht.

Figur 1 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch ein. Wärmeübertragungsmaterial, das Teil einer Platte oder eines Rippenrohrs sein kann. Bei der weiteren Erläuterung der Figuren 1-5 wird vornehmlich auf Rohre bezug genommen, es ist jedoch klar, daß in allen Fällen die Ausbildung auch in gleicher Weise bei plattenförmigen Wärmeaustauscheinrichtungen Anwendung finden kann.

Gemäß Figur 1 weist ein Rohr 10 eine innere Oberfläche 12 in Form einer glatten zylindrischen Oberfläche auf.' Die Außenfläche des Rohrs ist mit einer Vielzahl von Rippenwindungen

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14 versehen. Wie bereits erwähnt, können diese Rippenwindungen sämtlich zu einer einzigen schraubenförmigen Rippe gehören oder sie können Teile' einer Mehrzahl von schraubenförmigen Rippen darstellen. Gegebenenfalls kann es sich bei den Rippenwindungen 14 auch um kreisförmige Windungen handeln, praktisch ist die Herstellung derartiger Rohre jedoch nicht so wirtschaftlich wie die von schraubenförmig gerippten Rohren.

Figur 1 läßt sofort erkennen, daß die äußere Oberfläche des Rohrs IO unter Einschluß der Oberflächen der Rippen 14 un eine mehrfaches größer ist als die Oberfläche der zylindrischen Innenfläche des Rohrs. Bei dieser Ausbildung mit stark vergrößerter Außenfläche braucht die poröse Schicht zur Förderung des Kernsiedens auf der Außenfläche des Rohrs nicht das Optimum der Wirksamkeit zu haben. Mach dar grundlegenden vvärmeübertragungsgleichung " '

Q = Ah ά T _t

in der A die Oberflächengröße ist,

h den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten darstellt und

A T die Temperaturdifferenz bezeichnet,

wird durch die starke Vergrößerung der Oberfläche auf der Außenseite des Rohrs der Wert von A wesentlich erhöht und es kann eine Verringerung des Wärmeübertragungskoeffizienten zugelassen verden.

Die gesamte äußere Oberfläche des Rohrs ist mit einer Schient 16 aus einem porösen Siedematerial überzogen. Dieses ^r. Isdematerial kann nach irgendeiner der in der USA-Patentschrift 3 334 154 beschriebenen Methoden aufgebracht werden. Alternativ kam d~s Siedematerial in fließfähigem Zustand aufgetragen werden, wobei die Teilchen, gewöhnlich Metallteilchen, nit einem Bindemittel zu einem Brei vermischt werden und das Bindemittel dann nach Auftragung durch Anwendung von Sinterungsterperaturen und/oder eines geeigneten Lösungsmittels entfernt wird. Der Brei kann auf das Rohr gesprüht oder aufgebürstet werden.

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während das Rohr gedreht wird; hierdurch kann der Broi sehr einfach in praktisch einheitlicher Dicke aufgetragen werden. Die Dicke der Schicht ist nicht so wesentlich, praktisch ist es auch nicht wichtig, daß die Schicht auf der gesamten äußeren Oberfläche des Rohrs einheitliche Dicke aufweist. !Jach der Auftragung kann das beschichtete Rohr an der Luft getrocknet oder zur Austreibung des Lösungsmittels mäßig erhitzt werden; danach vird es zweckmäßig bei Temperaturen gesintert,, die ausreichen, ur: das Bindemittel zu entfernen. Es verbleiben die "etallteilchen in molekularer Bindung aneinander, und die gebildete Schicht ist durchsetzt mit untereinander verbundenen Poren, wobei mindestens ein Großteil dieser Poren zur äußeren Oberfläche der Schicht reicht.

Die Abmessungen des Rohrs und der Rippen können in breiten Bereichen geändert werden. Als Beispiel sei die Auftragung des porösen Siedematerials auf Rohr der nachstehenden Abmessungen angeführt;

mm

Zoll

Innendurchmesser des Rohrs

Wandstärke zwischen der inneren Oberfläche des Rohrs und dem Unterende der freien Räume zwischen benachbarten Rippen

Höhe der Rippen von Unterende der freien Räume bis zur Spitze Breite der Rippen Mittlers Breite der Rippen

Rau:? zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Rippen

Mittlerer Raum zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Rippen

Anzahl der Rippen

14,1

0,89

0,557

0,035

1,45	0	0,057
0,4-0,18		,016-0,007
0,3	0	0,012
0,53-0,7.9		,021-0,031
0,66		0,026
10/cm	26/Zoll

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Die Stärke der porösen Schicht braucht nur auszureichen, daß Raum für eine Vielzahl von Poren in wesentlichen völlig unterhalb der äußeren Oberfläche aet Schicht vorhanden ist.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt bei Verwendung von Kupfer- oder Kupferlegierungsteilchen auf Kupferrohr, jedoch sind auch andere Metalle, z.B. Aluminium, voll zufriedenstellend.

Wie bereits erwähnt ist es bei dem Wärmeübertragungsmaterial der Erfindung nicht einmal unbedingt .notwendig, die poröse Schicht aus Metallteilchen zu bilden. Vielmehr kann die Schicht auch aus miteinander zu verbindenden Teilchen eines Harzes oder Kunststoffs gebildet werden, z.B. Fluortrichlormethan (Handelsbezeichnung Teflon) oder geeignete. Si-Iicen- oder Epoxyharze.

In Figur 2 ist eine abgewandelte Ausführungeform des Wärmeübertragungs: 'terials dargestellt. In diesem Falle ist das Rohr 20 auf seiner Innenfläche mit einwärts vorspringenden Windungen 22 versehen, die unter Erzeugung von Turbulenz einen laminaren Fluß verhindern und ruhende Schichten desHeizmediums an der Innenfläche des Rohrs aufbrechen. Zweckmäßig können die nach innen vorstehenden Windungen 22 in Falle einer Mehrzahl von getrennten Rippenwindungen längs einer dieser verschiedenen Rippenwindungen vorgesehen werden. So ist beispielsweise aus der Figur 2 ersichtlich, daß die inneren Windungen mit jedem dritten Raum zwischen den Rippen 24 in Deckung sind; sie können daher sehr bequem durch Walzen bei Rippenrohren mit drei Rippengängen erzeugt werden. Die einwärts vorstehenden Windungen 22 sind vergleichsweise flach und von glatter Rundung und sie haben einen axialen Abstand oder eine Ganghöhe zwischen benachbarten Windungen gleich den mehrfachen der axialen Ganghöhe der Rippen. Die Höhe der vorspringenden Windungen 22 braucht nur wenige Tausendstel Zoll zu betragen, trotzdem

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erzeugen sie die erforderliche Turbulenz zur Verbesserung des Wärmeübergangs von dem Heizmedium in die Rohrwand.

Bei der Ausführungsform der Figur 2 sind die zwischen den Rippen befindlichen Räume 26, die sich über dan inneren vor-, stehenden Windungen 22 befinden, vertieft; zweckmäßig können die nach innen vorstehenden Windungen 22 in dem selben Arbeitsgang gebildet werden, durch den die Rippenzwischenräume 26 auf die veranschaulichte endgültige Abmessung gebracht werden.

Die poröse Siedeüchicht ist bei dieser Ausführungsform der Figur 2 mit 28 bezeichnet, sie ist wie die vorstehend erläuterte Schicht 16 ausgebildet. "

In Figur 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines Rohrs 30 dargestellt, das Rippen 32 mit yergleichsweise_ großem axialem Abstand aufweist. Die Rippen selbst sind von etwa gleicher Ausbildung wie die vorausgehend erläuterten Rippen 14 bzw. 24. Bei dieser Ausführungsform weist die Rohrwandung zwischen benachbarten Rippen 32 zylindrische AuSenabschnitte 34 und zylindrische Innenabschnitte 36 auf, und die einwärts vorstehenden Windungen 37 sind durch Einwalzen schraubenförmig verlaufender Rillen 38 gebildet. Die poröse Siedeschicht 39 kann mit den vorausgehend erläuterten Siedaschichten übereinstimmen. · ■

Figur 4 zeigt ein Rohr 40 mit einer Vielzahl von Rippen 42, die auf ihrer gesamten Oberfläche eine poröse Siedeschicht 44 tragen und ferner so abgebogen sind, daß die Spitze 46 einer jeden Rippe in die Nähe der Seite der nächsten benachbarten Rippe reicht. Es verbleibt ein verengter Durchlaß 48, durch den Flüssigkeit in den gebildeten schraubenförmig verlaufenden erweitertem Kanal 49 fließen kann und durch den die beim Sieden erzeugten Dämpfe aus dam Kanal 49 entweichen können.

Zur Herstellung dieser Ausführungsform werden zunächst Rippen einer Ausbildung, wie sie z.B. in Figur 1 dargestellt ist, erzeugt und die Rippen dann auf ihrer gesamten

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Oberfläche mit der porösen Siedeschicht 44 übersogen. 'lach Aufbringung dieser Schicht und Zusammensintern eier Teilchen werden die oberen Bereiche der Rippen 42 abgebogen, 2.3; in/deir. nar. das Rippenrohr durch eine kreisförmige Form zieht. Es ergibt sica die dargestellte Ausbildung.

Bei sachgemäßer Durchführung führt dir»3 normalerweise nicht zu einer Beschädigung des mit den Oberflächen des Fcrrcv/orkzGugs in Berührung tretenden porösen Siedenaterials. In erster Linie ist es jedoch nur wichtig, da,1 die morose Siodes chi ent in den Abschnitten der Rippen unbeschädigt bleibt, -lie :len erweiterten Kanal 49 bilden, da die Kernsiedevorränga in erster Linie dort eintreten.

Die Figur 5 zeigt ein Bohr 50, das. re it sehend rit dem Rohr 40 übereinstimmt, wobei jedoch zusätzlich r.^.cV innen vorstehende Windungen 52 ähnlich den Windungen 22 der ~igur 2 vorgesehen sind. Die Rippen sind mit der porösen Siederchicht Γ-4 überzogen und in der dargestellten Weise abgebogen, se daß sich wiederum die schraubenförmig verlaufenden erweiterten Kanalräume 56 und verengten Durchlässe 53 zwischen den Oberenden der abgebogenen Rippen und den Seiten der angrenzenden Rippen ergeben.

Bei allen erläuterten Ausführungsforr.en. können die porösen Siedeschichten übereinstimmen. Es ergibt sich in allen Fällen air. ausgezeichneter Siedevorgang infolge der ^r".oribination der star¹', vergrößerten Oberfläche ir.it dem darauf aufgebrachten porösen Siedematerial, auch wenn und obwohl die Poren der porösen Siedeschicht wesentlich größer sind als die Poren, die nach der USA-Patentschrift 3 384 154 maximale 'Virksankeit nit sicn bringen. Wenngleich die poröse Siedeschicht selbst also ir Vergleich zu der USA-Patentschrift mit geringerer '.-»irksarkait je Γ'.acheneinheit arbeiten mag, kann insgesan- sorrar ein vir-/iur.g3vollerer Betrieb erzielt werden. Dies kcp~t hinzu zu der. V:;rt'_ilen, die erziele werden durch Verwendung der Vergleichs-

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weise billigeren größeren Teilchen¹ für die poröse Siedeschicht, die weniger kritischen Anforderungen hinsichtlich der Aufbringung des porösen Materials auf das Rohr_r die zufriedenstellende Arbeitsweise auch mit vergleichsweise viskosen Flüssigkeiten, und die Möglichkeit einer Vermeidung der Verwendung von vergleichsweise teuren Metallteilchen.

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Claims

-· 16 -

U 778/72

Patentansprüche

£) Rohr- oder, plattenförmiges Material zur Wärmeeim Sieden von Flüssigkeiten, das eine Wand mit einer ersten Oberfläche zur Berührung mit einem fluiden Heizmittel und einer zweiten Oberfläche zur Berührung mit der zu siecüci-en Flüssigkeit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (j· 14) wesentlich größer als die erste Oberfläche (12) ist and eine Schicht (16)'aus einem porösen Material auf praktisch die gesamte vergrößerte zweite Oberfläche aufgebracht ist. · ,
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) aus dem porösen Material eine Vielzahl von miteinander verbundenen Poren aufweist, von denen viele öffnungen durch die Aussenflache der porösen Schicht

Λ zu kommunizierender Verbindung mit der zu siedenden Flüssigkeit J besitzen, und die Poren einen äquivalenten Porenradius von \ weniger als 0,51 mm a haben,
3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren einen äquivalenten Porenradius von 0,15 bis 0,51 mm ' ' haben.

Jj ?
4. Material nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch

\ *j* gekennzeichnet, daß die Wand die Form eines Rohrs (10) hat und ~i die vergrößerte zweite Oberfläche durch Rippen (14) auf der Aussenseite des Rohrs gebildet ist.

5. Material nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (16) aus miteinander

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verbundenen "etallteilchen besteht. .

6. Material nach einem'der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (16) aus miteinander verbundenen Kunststoffteilchen besteht..

7. Material nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Rohrs (20) eine Vielzahl von in größeren Abständen voneinander befindlichen flach vorstehenden Windungen (22) aufweist.

8. Material nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekannzeichnet, daß die Rippen (42) seitlich abgebogen sind,, so daß die Spitze (46) einer jeden Rippe in die Nähe der Seite der benachbarter. Rippe reicht und die Rippen einen Kanal,(49) urgrenzen, der rund um das Rohr (40) verläuft und einen verengten Durchlaß (43) zunn Aussenraum aufweist.

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