DE2305791A1 - HEAT EXCHANGER PIPE - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE DlpUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF PATENT LAWYERS DlpUng. WERNER COHAUSZ Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF
4 Düsseldorf, Schumannstraße 97 ^' "^8' Apn°ld 4 Düsseldorf, Schumannstrasse 97 ^ '"^ 8 ' Apn ° ld
A/8 Raufoss Ammunisjonsfabrikker 2831 Raufosa/Norweaen A / 8 Raufoss Ammunisjonsfabrikker 2831 Raufosa / Norweaen
Diese Erfindung betrifft ein Wärmeaustauscher-Rohr, umfassend inwendige, parallel zur Längsachse des Rohres verlaufende Rippen und wenigstens ein weiteres Element, welches im Innern des Rohres zur Beförderung des Wärmeaustausches angeordnet ist.This invention relates to a heat exchanger tube comprising internal ones parallel to the longitudinal axis of the tube Ribs and at least one other element, which is inside the tube to carry the heat exchange is arranged.
Wärmeaustausoher-Rohre dieser Art werden in solchen Wärmeaustauschern benutzt, bei welchen Wärme von einem Medium durch die Rohrwandung einem anderen Medium zugeführt werden soll. Um den Wärmeübergang auf der Innenseite solcher Rohre zu steigern, sorgt man im allgemeinen dafür, daß das im Rohr strömende Medium turbulente Strömungen hat. Dies wird durch die Kombination von hinreichend großem Rohrdurohmesser und Strömungsgeschwindigkeit und hinreichend niedriger Viskosität des strömenden Mediums erreicht .Heat exchanger tubes of this type are used in such heat exchangers, in which heat from a medium through the Pipe wall is to be fed to another medium. To increase the heat transfer on the inside of such pipes, one generally ensures that the medium flowing in the pipe has turbulent flows. This is due to the combination of a sufficiently large tube diameter and flow velocity and a sufficiently low viscosity of the flowing medium.
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•β"• β "
zu erreichen. Es kann vorkommen, dass eine gegebene Viskosität nicht geändert werden kann, oder dass die Geschwindigkeit eine gewisse Grenze 'überschreitet. Um eine vorgegebene Wärmemenge bei gegebener Temperatur pro Zeiteinheit übertragen zu können, besteht die Lösung in üblicher Weise darin, die Innenfläche zu vergrössern. Bei gegebener Rohrabmessung kann die Fläche z. B. durch inwendige Rippen in dem-Rohr gesteigert werden. Es wird angenommen, dass solche Rippen auch eine günstige Wirkung auf den Wärmeaustausch haben, da die Rippen gegen das Innere des Rohres ragen und mit den Teilen des strömenden Mediums in Kontakt korn;·;en,, welche eine andere Temperatur als die äussere Schicht besitzt. Messungen haben gezeigt, dass solche Rippen' in einem Falle den Wärmestrom ■ durch die Rohrwandung um etwa 14 % im Vergleich zu Rohren ohne Rippen unter sonst gleichen Bedingungen erhöhen.to reach. It may happen that a given viscosity cannot be changed or that the speed exceeds a certain limit. In order to be able to transfer a given amount of heat at a given temperature per unit of time, the solution is usually to enlarge the inner surface. For a given pipe dimension, the area can e.g. B. can be increased by internal ribs in the tube. It is assumed that such fins also have a beneficial effect on the heat exchange, since the fins protrude towards the inside of the pipe and come into contact with the parts of the flowing medium which have a different temperature than the outer layer . Measurements have shown that in one case such fins increase the heat flow through the pipe wall by about 14 % compared to pipes without fins under otherwise identical conditions.
Eine andere bekannte Anordnung zum Ziveck eines besser'en Wärmeüberganges besteht darin, eine oder mehrere gewundene Rippen im Innern des Rohres zu verwenden= Dies ist u. a„ in der US-PS 1 343 352 und Schweiz.PS 353 387 gezeigt,' Solche Streifen bewirken5 dass das strömende Medium wahrend der Bewegung durch das Rohr zirkia~ liert, jedoch ist die Wirkung betreffend den Wärmeübergang niclit besonders gut. Der Grund hierfür ist, dass solche ZirkuIa turns keinewesentliche Umwälzung der strömenden FlUssigkeitsschicht bewirkt/ Die Strömungen stellen keine, Nachahmung einer t'urbulenten StfSmung mit Bezug auf Wärmeübergang dar. Versuche haben gezeigt, dass das Einführen eines gewundenen Streifens mit einer Breite gleich deffl Rohrdurchmesser in einem bestimmten Fall den Wärmeübergang durch die RohrwandUng um weniger als 1 %, steigerte.Another known arrangement for the purpose of better heat transfer is to use one or more coiled ribs inside the tube = this is shown, inter alia, in US Pat. No. 1,343,352 and Switzerland strip cause 5 that the flowing medium during the movement through the tube zirkia ~ lines, but the effect is on the heat transfer niclit particularly good. The reason for this is that such circular turns do not cause any substantial upheaval of the flowing liquid layer / the currents do not imitate a turbulent flow with regard to heat transfer In a certain case, the heat transfer through the pipe wall increased by less than 1 % .
Der Zweck der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher-! zu schaffen, bei welchem verbesserte Wä'rmeühergängsverha'ltnisse dadurch erzielt werden, dass im Rohr eine Rotation des strömenden Mediums hervorgerufen wird5 wobei gleichzeitig diese Rotation for. Mitteln gestört oder beunruhigt wird", welche in gut wärmeleitender Verbindung mit der Rohrwandung stehen«The purpose of the invention is a heat exchanger! to create, in which improved heat transfer ratios are achieved in that a rotation of the flowing medium is caused in the pipe 5, this rotation for at the same time. Agents are disturbed or disturbed "which are in good heat-conducting connection with the pipe wall"
Dies wird gema'ss aez Erfindung dadurch eraielt, dass iain-t destens ein solches weiteres Element aus einem Streifen besteht., und dass jeder Streifen gewunden ist und seine Haupt a--c"hs© mit der Längs-, achse des Rohres parallel! verläuft.This is gema'ss aez invention characterized eraielt, is that iain- t least such a further element consists of a strip, and that each strip is wound and its main a. - c "hs © with the longitudinal, axis of the tube parallel ! runs.
Die vorliegende Erfindung stellt cine Kombination der oben erwähnten Prinzipien dar, nämlich inwendige Rippen und wenigstens ein gewundener Streifen. Diese Kombination hat die Überraschende Wirkung, das;, der Ka rme s 1 r oni durch die Rohrwandung wesentlich mehr zunimmt als die Summe der Zunahmen, welche die Rippen bzw. der gewundene Streuen je für sich ergeben. Gemäss Versuchen kann die erwähnte Kombination mehr als 20 % Zunahme des Warmest roms durch die Hohrwandunq im Vergleich zu einem glatt wand ig en Rohr ohne gewundenen Streifen unter sonst gleichen Be dingungen ergeben. The present invention represents a combination of the above-mentioned principles, namely internal ribs and at least one convoluted strip. This combination has the surprising effect that the Ka rme s 1 r oni increases significantly more through the pipe wall than the sum of the increases which the ribs or the twisted scattering each result for themselves. According to experiments, the aforementioned combination may result in conditions than 20% increase in the Warmest rom s by the Hohrwandunq compared to a smooth wall ig en tube without wound strips under the same Be more.
Durch die Kombination wird ein wesentlich besseres Er- gebnis erzielt als mit dem früher Bekannten. Der Zweck der Erfindung ist eine Rotation der Strömung mit Hilfe mindestens eines gewundenen Streifens zu schaffen, und diese Rotation mit Hilfe von Rippen, welche in gut wärmeleitender Verbindung mi* der Rohr wandung sind, zu beunruhigen oder zu stören, jedoch ohne dass der Strömungswiderstand über ein gewisses Mass gesteigert wird. Die Beunruhigungen oder Störungen der Strömungen kann z. B. durch Flächen erzielt werden, welche ganz oder teilweise quer zu der Strömungsrich tu ng verlaufen, jedoch wird dies erstens einen stark gesteigerten Strömungswiderstand bewirken und zum arderen wird die Herstellung eines solchen Rohres kompliziert werden. Die Rohre, ohne Streifen, welche in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden, können in einem Stück mit den inwendigen und eventuell mit den auswendigen Rippen ex ι, rudier t werden. Es ist jedoch keine Voraussetzung, dass die Rohre extrudiert werden. Die Rippen können auch für sich hergestellt und an das Rohr be festigt werden, oder die hergestellten Rippen können z. B. als eingepresste oder gefalzte Ttile des Rohres gebildet sein.By combining a much better result ER is achieved than with the earlier known. The purpose of the invention is to create a rotation of the flow with the help of at least one winding strip, and to disturb or disturb this rotation with the help of ribs, which are in a good heat-conducting connection with the pipe wall , but without the flow resistance over is increased to a certain extent. The disturbances or disturbances of the currents can e.g. B. can be achieved by surfaces which run completely or partially transverse to the flow direction, but this will firstly cause a greatly increased flow resistance and, on the other hand, the production of such a pipe will be complicated. The tubes, without strips, which are used in connection with the present invention , can be extruded in one piece with the internal and possibly the external ribs. However, it is not a requirement that the tubes be extruded. The ribs can also be made for themselves and be fastened to the pipe be, or the ribs produced can, for. B. be formed as a pressed or folded Ttile of the tube.
Die Erfindung soll im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt. einer bekannten Ausführung, Fig. 2-4 Beispiele der erfinde rischen Ausführung und Fig. 5 ein erfinderisches Wärmeaustauscher- Rohr, welcher, auch mit auswendigen Rippen versehen ist.The invention will be described below with reference to the drawing. 1 shows a cross section. a known embodiment, Fig. 2-4 examples of the inventive design and Fig. 5 an inventive heat exchanger tube, which is also provided with external ribs.
Das in Fig. 1 gezeigte Rohr 1 ist von der früher be kannten, oben erwähnten Art, bei welcher die inwendige Oberfläche dos R ο Ii ro s du rc Ii inwendige Rippen 2 vergrüssert worden ist, we I ehe mit. den Pnlir ί n einen; ΓΗ ü'-k h (: ι qc s 1. c ] 1 t υ der zur .UoIi rwa η du ngThe tube 1 shown in Fig. 1 is of the earlier be known, above-mentioned type, in which the inner surface dos R o Ii ro s du rc Ii inner ribs 2 has been enlarged, but before with. den Pnlir ί n one; ΓΗ ü'-kh (: ι qc s 1. c] 1 t υ der zur .UoIi rwa η du ng
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befestigt siiid5 und welche Rippem nach innen gegen das Zentrum des Rohres gerichtet sind.attached siiid 5 and which ribs are directed inwards towards the center of the tube.
Fig. 2-4 zeigen Beispiele eines erfinderischen Rohres. Ein Rohr 1 mit Rippen 2 hat mindestens einen inwendigen, gewundenen Streifen 3 ? der vorzugsweise in der ganzen La η g e des Rohres verläuft. Das Rohr und die Rippen sind vorzugsweise aus einem Material mit gutern Wärmelei tungs vermögen hergestellt, während dies jedoch nicht wesnntlich ist3 wenn es sich um den. Streifen handelt.., indem dieser nur die Rippen punktweise berührt und demzufolge eine geringe Wirkung mit Bezug auf die Wärmeleitung besitzt. Den Streifen K'önnLe man deshalb auch aus nicht -me La Hi se hem Material. z. B. PlasC^ FTeTst. e 11 e η j wenn dies unter Rücksichtnahme auf Temperatur, der chemischen Beeinflussung von dem strömenden Medium, oder aus anderen Gründen ratsam sein sollte.2-4 show examples of an inventive tube. A tube 1 with ribs 2 has at least one internal, winding strip 3 ? which preferably runs over the entire length of the pipe. The pipe and the ribs are preferably made of a material with any goods Wärmelei tung fortune, however, while this is not wesnntlich 3 if it is the. Stripes act .. in that it only touches the ribs point by point and consequently has little effect on heat conduction. The stripes can therefore also be made from non-me-la-hi-hem material. z. B. PlasC ^ FTeTst. e 11 e η j if this should be advisable taking into account the temperature, the chemical influence of the flowing medium, or for other reasons.
Das Rohr kann andere Querschnitte besitzen als den kreisförmigen, und die Rippen 2 brauchen nicht notwendiger Weise radial in das Rohr gerichtet, sein, so wie in Fig. 2 gezeigt. Gem'äss Fig. 3 können die Rippen z. B. parallel sein, und das Rohr kann, wie gezeigt, auch mehr als einen Streifen enthalten. Das wesentliche ist, dass jeder Streifen eine Rotation der Strömungen bewirkt und dass die Rippen diese Rotation beunruhigt oder stört.The tube can have other cross-sections than the circular one, and the ribs 2 do not necessarily need to be directed radially into the tube, as shown in FIG. According to FIG. 3, the ribs can e.g. B. be parallel, and the pipe may contain more than one strip as shown. The essential thing is that each strip is a rotation of the currents causes and that the ribs disturb or disturb this rotation.
Wie früher erwähnt,ist es zweckmässig, jedoch nicht notwendig, dass das Rohr mit inwendigen Rippen durch Extrudierung hergestellt werden kann. Das Material kann jedes beliebige Metall oder Legierung von Metallen sein, vorzugsweise mit gutem Wärmelei Lungs vermögen. Die inwendigen und gegebenenfalls- auswendigen Rippen, welche durch Extrudierung gebildet werden, verlaufen naturgemäß s parallel zur Längsachse des Rohres,As mentioned earlier, it is useful, but not necessary that the pipe with internal ribs can be produced by extrusion. The material can be any metal or alloy of metals, preferably with good thermal conductivity Lung capacity. The internal and possibly external Ribs that are formed by extrusion run naturally s parallel to the longitudinal axis of the pipe,
Die Anzahl der Rippen ist nicht nntscheidend« Das wesentliche ist, dass ein passender Abstand zwischen den Rippen vorhanden ist, damit das strömende Medium sich in die Zwischenräume zwischen den Rippen hinein und davon heraus bewegen kann.The number of ribs is not critical «That It is essential that there is a suitable distance between the ribs so that the flowing medium is in the gaps can move in and out between the ribs.
Eine einfache und billige Ausführung der Erfindung stellt, ein Rohr dar, das mit einer massigen Anzahl inivendigor Rippen tud einem zentral im Rohr angeordneten gewundenen Streifen ν er sehe: η ist,, soda s s die liant.au des Si reif ens gegen din Rippen punktwui.su ·:■ nl 1 Cijon, wi e in Fig. 2 gezeigt. Di ο Rippen 'rönnen radi.nl in dasA simple and inexpensive embodiment of the invention is a tube that has a massive number of inivendigor ribs tud a sinuous strip arranged centrally in the tube ν he see: η is, so that the length of the tire against the ribs Punktwui · .su. ■ nl 1 Cijon, wi e shown in Figure 2. The ribs run into the radi.nl
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Rohr hineinragen und nn dcir Kohrwa ndi! ng entlnny gJ ei cliina s s ig verteilt sein. Uer Streifen kann durch Friktion gogoη die Rippen in hinreichender Weise festgehalten sein, eventuell durch irgendeine Art von Befestigung.Pipe into it and nn dcir Kohrwa ndi! ng entlnny gJ ei cliina s sig be distributed. Uer stripe can gogoη the ribs by friction be held in a sufficient way, possibly by some Type of attachment.
Der inwendige Streifen kann auch eine solche Breite haben, dass er nicht gegen die Rippen anliegt. Dies gehl, aus Fig. 5 hervor. Bei einem gewissen Abstand zwischen dem Streifen und den Rippen wird die verursachte Rotation des strömenden Mediums aucfi7bnei den Rippen wirksam sein. In einem solchen Falle kann der Streifen etwa unregelmässig im Innern des Rohres verlaufen, falls er nicht hinreichend befestigt ist. Der Streifen kann zweckmässiger Weise befestigt und etwa koachsial zum Rohr dadurch gehalten werden, dass er unter Zugspannung gesetzt, oder durch Hilfsmittel im Innern des Rohres punktweise unterstützt ist (nicht gezeigt)..The inner strip can also be of such a width that it does not rest against the ribs. This is evident from FIG. 5. At a certain distance between the strip and the ribs, the rotation of the flowing medium is caused aucfi7b n ei the ribs be effective. In such a case, the strip can run irregularly inside the tube if it is not adequately attached. The strip can expediently be attached and held approximately coaxial to the pipe by placing it under tensile stress or being supported at points inside the pipe (not shown).
Ein erfinderisches Rohr kann, wenn dies zweckmässig. sein sollte, auswendige Rippen jeder Art besitzen, um die Wärmeliberga ngs verha'l t ni sse auf der Aussenseite des Rohres zu verbessern. Ein solches Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, in welcher die Rippen mit 4 bezeichnet sind.An inventive pipe can, if appropriate. should be to have internal ribs of every kind in order to heat the liberga ngs behaves to improve ni sse on the outside of the pipe. One such example is shown in FIG. 5, in which the ribs are designated 4.
Die Erfindung kann bei allen Arten von Wärmeaustausch Verwendung finden, bei welchem mindestens ein Medium durch Rohre strömt, entweder um den Wärmeübergang auf der Innenseite des Rohres zu steigern, oder um einen gegebenen Wärmeübergang trotz herabgesetzter Strömungsgeschwindigkeit oder zunehmender Viskosität aufrechtzuerhalten. Bei einem gegebenen strömenden Medium und gegebenen Rohrabmessungen ermöglicht die Erfindung, dass die Strömungsgeschwindigkeit und somit der Druckverlust, im Verhältnis zu bekannten Warmeaustauseher-Rohren, unter Aufrechterhaltung eines gegebenen Wärmeübergangs gesenkt werden katin.The invention can be used in all types of heat exchange Find use in which at least one medium flows through pipes, either around the heat transfer on the inside of the pipe to increase, or to a given heat transfer in spite of reduced Flow velocity or increasing viscosity maintain. Given the flowing medium and Given pipe dimensions, the invention enables the flow velocity and thus the pressure loss to be in proportion to known heat exchanger tubes, while maintaining of a given heat transfer can be reduced katin.
309833/Π891309833 / Π891
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |