DE2420002A1

DE2420002A1 - Rohr fuer waermetechnische zwecke

Info

Publication number: DE2420002A1
Application number: DE2420002A
Authority: DE
Inventors: Kurt Friedrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-25
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1975-11-13

Description

Rohr für wärmetechnische Zwecke Die Erfindung betrifft ein Rohr für wärmetechnische Zwecke, insbesondere zur Durchströmung oder Umströmung von heißen Medien mit einer wenigstens auf der dem Strömungsmedium zugewandten Seite in der Rohrwandung quer zur Längsrichtung des Rohres vorgesehenen Profilierung.
Derartige Rohre, die in Wärmeaustauschern, Lufterhitzern, Trokkenöfen, Rekuperatoren od. dgl. eingesetzt werden, dienen zur Ubertragung der in dem heißen Medium enthaltenen Wärme auf ein anderes Medium. Bei derartigen Rohren ist es bereits bekannt, starkwandige Rohre zur Vergrößerung der Rohroberfläche und damit zur Erhöhung des Wärmeübergangs mit einem Innengewinde und/ oder einem Außengewinde zu versehen. Derartige Rohre sind åedoch teuer, da für die Herstellung zunächst ein starkwandiges und damit kostenaufwendiges Rohr erforderlich ist, und weil außerdem durch die spanabhebende Bearbeitung teure Bearbeitungskosten anfallen.
Weiterhin sind sogenannte Wellrohrkompensatoren bekannt. Hierbei bestehen die Rohre für wärmetechnische Zwecke aus sogenannten Wellrohren, die mit quer zur Längsrichtung des Rohres angeordneten, in sich geschlossenen wellenartigen Gestaltungen der Rohrwandung versehen sind. Diese wellenartigen Gestaltungen, die dazu vorgesehen sind, die Elastizität der Rohre zu erhöhen, damit diese möglichst beweglich sind, weisen eine möglichst große Tiefe auf, da dadurch eine große Biegefähigkeit des Rohres erzielt wird. Diese Tiefe ist abhängig von dem jeweiligen Rohrdurchmesser.
Der Wärmeübergang bei derartigen Rohren ist jedoch unbefriedigend. Wie der Erfinder festgestellt hat, bilden sich nämlich in den tiefen Wellentälern der bekannten Wellrohre Gaspolster bzw.
sogenannte Toträume, die den Wärmeübergang heame.. Der Erfindung liegt zur Vermeidung dieses Nachteils die Aufgabe zugrunde, ein Rohr der eing-gs genannten Art zu schaffen, welches preiswert herstellbar ist und außerdem einen möglichst guten Wärmeübergang gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Profilierung des Rohres von solcher geometrischer Gestaltung ist, daß die Strömung des Mediums in Wandnähe bei einer Strömungsgeschwindigkeit in der vorgesehenen Größenordnung turbulent ist.
Wie der Erfinder festgestellt hat, ist es ohne weiteres möglich, eine Profilierung zu wählen, die zwischen den beiden denkbaren Extremen, nämlich zum einen der tiefen Wellentäler mit der damit verbundenen Gaspolsterbildung und zum anderen einer glattwandigen Innengestaltung des Rohres mit der damit verbundenen laminaren Strömung in Wandnähe zu wählen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Profilierung wellenförmig ist und die Wellenlänge, die Wellentiefe und die Krümmungsradien der Wellentäler und Wellenberge der Profilierung in einem von dem Rohrinnendurchmesser unabhängigen Verhältnis stehen. Der Umstand, daß die erfindungsgemäße geometrische Gestaltung der Profilierung unabhängig von dem Rohrinnendurchmesser ist, erklärt sich daraus, daß unabhängig-davon, ob die Strömung in einiger Entfernung von der Rohrwandung turbulent ist oder nicht, mit der erfindungsgemäßen Gestaltung die laminare Strömung in der Nähe der Rohrwandungr aufgerissen werden soll. Die Tiefe der wellenförmigen Profilierung wird so gewählt, daß sich keine Luftpolster in den Wellentälern bilden können.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Verhältnis der Wellenlänge, der Wellentiefe und der Krümmungsradien der Wellentäler und der Wellenberge in einem ungefähren Größenordnungsverhältnis von 1:0,5:0,5 stehen. Diese Grössenordnung hat sich bei dem Strömungsmedium Luft bzw. Rauchgase und einer Strömungsgeschwindigkeit von wO = 3 - 8m/sec.
als zweckmäßig erwiesen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die wellenförmige Profilierung zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern ebene Flankenabschnitte aufweist.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß das Rohr aus einem schraubenartig um sich selbst gewundenen, bandförmigen und in seiner Längsrichtung eine durchgehende Profilierung aufweisenden Streifen besteht, und die einander zugewandten Kanten der einzelnen Windungen miteinander verbunden sind.
Diese Maßnahme bietet mehrere Vorteile. Zum einen wird hierdurch die Herstellung der Rohre gegenüber den bekannten Rohren sehr vereinfacht, da die wellenförmige Profilierung in den Streifen eingewalzt und dann das Rohr in einfacher Weise dadurch hergestellt werden kann, daß der Streifen nach Art eines Metallschlauches um sich selbst gewunden und die einander zugewandten Kanten der einzelnen Windungen miteinander verbunden werden. Weiterhin hat diese Ausbildung den Vorteil, daß die Profilierung schraubenförmig gestaltet ist, wodurch das strömende Medium in eine schraubenförmige Bewegung versetzt wird. Dadurch entsteht ein besonders intensiver und längerer Kontakt des Mediums mit der Rohrwand und damit ein günstiger Wärmeübergang.
Dieser Effekt kann auch dadurch erreicht bzw. verstärkt werden, daß in dem Rohr ein oder mehrere Impeller angeordnet sind. Die jeweils am besten geeignete Gestaltung des Impellers ist abhängig von der Temperatur des strömenden Mediums.
Eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs durch Erzielung von Verwirbelungen und Turbulenzen kann dadurch erreicht werden, daß das Rohr insgesamt wenigstens in einer Längsebene in seiner Längsrichtung wellenförmig gestaltet ist. Bei einer derartigen Gestaltung ist diese Wellenform, insbesondere die Wellentiefe und die Wellenlänge abhängig von dem Innendurchmesser des Rohres.
Für eine zweckmäßige Gestaltung des erfindungsgemäBen Vorschlages wurde gefunden, daß günstige Ergebnisse dann erzielt werden können, wenn das Verhältnis zwischen Innendurchmesser des Rohres und Wellenlänge in der Größenordnung von etwa 1:8 liegt.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht eines Teilstücks des Rohrs; Fig. 2 einen Ausschnitt der gewellten Rohrwandung in perspektivischer Darstellung und vergrößertem Maßstab; Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1, jedoch in anderem Maßstab als Fig. 1~dargeste55+ Fig. 4- eine Darstellung entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, jedoch in vergrößertem Maßstab.
Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Rohr für wärmetechnische Zwekke kann entweder ein in seinem Inneren strömendes heißes Medium, beispielsweise Luft oder Rauchgas, in Richtung des Pfeiles < a.£ weisen, oder es ist auch möglich, daß das heiße Medium das Rohr 1 außen umströmt, wie durch die Pfeile B oder C angedeutet. Das Rohr 1 weist sowohl an seiner Außenseite als auch an seiner Innenseite eine Profilierung 2 auf. Die Profilierung 2 ist, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, wellenförmig gestaltet. Die Wellenlänge 3, die Wellentiefe 4 und die Krümmungsradien 5 der wtellentäler 6 und der Wellenberge 7 stehen bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem ungefähren Größenordnungsverhältnis von 1:0,5:0,5. Diese Größenordnung hat sich bei dem Strömungsmedium Luft bzw. Rauchgas und einer Strömungsgeschwindigkeit wO = 3 - 8 m/sec als zweckmäßig erwiesen. Dieses Größenordnungsverhältnis ist unabhängig von dem Innendurchmesser 8-des Rohres 1. Die wol lenförmige Profilierung dient dazu, in der Nähe der Rohrwandung keine laminare Strömung, sondern eine turbulente Strömung entstehen zu lassen, durch die ein günstigerer Wärmeübergang als bei einer laminaren Strömung erzielt wird. Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung wird dies erreicht, ohne daß sich in den Wellentälern 6 stehende Luftpolster bilden.
Das Rohr 1 besteht aus einem schraubenartig um sich selbst gewundenen, bandförmigen und in seiner Längsrichtung eine durchgehende wellenförmige Profilierung aufweisenden Streifen 9. Die einander zugewandten Kanten 9a der einzelnen windungen sind miteinander verbunden. Wie ersichtlich, ist die Profilierung somit schraubenförmig, wodurch erreicht wird, daß das strömende Medium zumindest in der Nähe der Wandung ebenfalls in eine schraubenförmige Bewegung versetzt wird. In dem Rohr 1 sind in Abständen Impeller 10 angeordnet. Die Impeller 10 weisen etwa die Profilierung einer Luftschraube auf, sind aber im Gegensatz zu einer Luftschraube feststehend angeordnet. Die Strömung in Richtung des Pfeiles A wird durch die Wirkung der Impeller 10 verwirbelt und damit ebenfalls turbulent.
Weiterhin ist das Rohr 1 in einer. Ebene (-Darstellung in Fig. 3) in seiner Längsrichtung wellenförmig gestaltet. Die Dimensionen bzw. Größenverhältnisse dieser wellenförmigen Gestaltung sind abhängig von dem Innendurchmesser 8 des Rohres 1. Günstige Ergebnisse ergeben sich, wenn das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser 8 des Rohres 1 und der Wellenlänge 11 in der Größenordnung von etwa 1:8 liegt.

Claims

Ansprüche

1. Rohr für wärmetechnische Zwecke, insbesondere zur Durchströmung oder Umströmung von heißen Medien mit einer wenigstens auf der dem Strömungsmedium zugewandten Seite in der Rohrwandung quer zur Längsrichtung des Rohres vorgesehenen Profilierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (2) von solcher geometrischer Gestaltung ist, daß die Strömung (A bzw. B, C) des Mediums in Nähe der Rohrwandung bei einer Strömungsgeschwindigkeit in der vorgesehenen Größenordnung turbulent ist.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (2) wellenförmig ist, und die wellenlänge (3), die Wellentiefe (4) und die Krümmungsradien (5) der Wellentäler (6) und Wellenberge -(7) der Profilierung in einem von dem Innendurchmesser (8) des Rohres unabhängigen Verhältnis stehen.

3. Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wellenlänge (3), der Wellentiefe (4) und der Krümmungsradien (5) der Wellentäler (6) und der Wellenberge (7) in einem ungefähren Größenordnungsverhältnis von 1:0,5:0,5 stehen.

4. Rohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmige Profilierung (2) zwischen den Wellenbergen (7) und den Wellentälern (6) ebene Flankenabschnitte aufweist.

5. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem schraubenartig um sich selbst gewundenen, bandförmigen und in seiner Längsrichtung eine durchgehende Profilierung aufweisenden Streifen (9) besteht, und die einander zugewandten Kanten (9a) der einzelnen Windungen miteinander verbunden sind.

6. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr wenigstens ein Impeller (10) angebracht ist.

7. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr insgesamt wenigstens in einer Längsebene in seiner Längsrichtung wellenförmig gestaltet ist.

8. Rohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Innendurchmesser (8) des Rohres (1) und Wellenlänge (11) in der Größenordnung von etwa 1:8 liegt.

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