DE2712818A1

DE2712818A1 - Rohrfoermiger koerper

Info

Publication number: DE2712818A1
Application number: DE19772712818
Authority: DE
Inventors: Akira Togashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-12-08
Also published as: FR2353038B1; FR2353038A1; CH620760A5; DE2712818B2; US4245697A; JPS5924359B2; NO141964C; BE852196A; JPS52143542A; SE427067B; GB1579255A; SE7704415L; NO141964B; NO770837L

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen rohrförmigen Körper, der eine Verbesserung des Mischungszustandes oder des Wärmeleitungs-Wirkunjpgrades eines in ihn strömenden Fluids ermöglicht.

Es ist allgemeine Praxis, Rohre zur Wärmeleitung, beispielsweise für Wärmetauscher, aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit herzustellen oder das Rohr mit Leitblechen zu versehen, um den Bereich der Wärmeleitung au vergrößern und so die Wirkung der Wärmeleitung zu verbessern. Aufgrund dieser Praxis war man jedoch nicht in der Lage, ein Rohr herzustelen, das den verschiedenen Anforderungen für einen höheren Wirkungsgrad bei einem Wärmetauscher Rechnung trägt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen rohrförmigen Körper der eingangs genannten Art zu schaffen, der verschiedene Anforderungen bei beispielsweise Wärmetauschern

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erfüllen und die Vermischung und/oder den Wirkungsgrad der Wärmeleitung eines in ihm strömenden Fluids verbessern kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäß rohrförmige Körper besitzt also auf seiner Außenfläche eine Reihe von periodisch gewellten Einschnitten, Vertiefungen, Rillen od. dgl. bestimmter Tiefe und bestimmten Winkels und entsprechend auf seiner Innenfläche eine entsprechende Reihe von gleich gewellten Vorsprüngen. Ein Fluid kann damit in den rohrförmigen Körper mit variabler Oeschwindigkeitsverteilung oder variabler Temperaturverteilung strömen, so daß der Mischungsgrad und/oder der Wirkungsgrad der Wärmeleitung des Fluids verbessert wird. Diese Verbesserungen werden auch dadurch unterstützt, daß das Profil der Innenwand des rohrförmigen Körpers, das in Kontakt mit dem striaenden Fluid ist, verschiedenartig ausgebildet ist und auch eine Welligkeit mit dieser betreffenden Periodizität besitzt, wobei die Vorspränge eine bestimmte Tiefe von der Außenfläche aufweisen und unter einem bestimmten Winkel zur axialen Richtung des rohrförmigen Körpers verlaufen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der fofe»nden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines rohrförmigen Körpers mit Einschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

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Fig. 2 eine Schrägansicht des rohrförmigen Körpers,

Fig. 3

und 4 in schematischer Darstellung die Anordnung der

Einschnitte,

Fig. 5 in schematischer Darstellung Einzelheiten verschiedener Einschnitte,

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt durch einen solchen Einschnitt,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines rohrförmigen Körpers

gemäß vorliegender Erfindung zur Verwendung als Warmeleitungsrohr bei einem Wärmetauscher,

Fig. 8 eine Stirnansicht der Fig. 7»

Fig. 9 eine Stirnansicht einer Anordnung von rohrförmigen Körpern der Fig. 7, und

Fig. 10 eine Schrägansicht zusammengebauter rohrförmiger Körper der Fig. 7-

Nunaehr wird ein Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Gemäß den Fig. 1,2 und ist auf der Außenumfangsflache 1a eines rohrförmigen Körpers in schrauben- bzw. wendeiförmiger Anordnung eine Reihe periodisch gewellter bzw. welliger, eingelassener Rippen 2 bzw, Einschnitten, Vertiefungen, Rillen od. dgl. (s. Fig. 6)

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bestimmter Tiefe und unter einem bestimmten Winkel verlaufend gebildet. Dadurch ist auf der Innenumfangsflache 1b des rohrförmigen Körpers 1 die entsprechende Reihe vorstehender Rippen 3 mit einer Welligkeit bestimmter Periodizität (β. Fig. 6) gebildet.

Beim Ausführunebeispiel der Fig. 1 und 2 sind die Rillen bzw. rippenartigen Einschnitte 2 auf der Außenfläche 1a des rohrförmigen Körpers 1 wendelförmig angeordnet; sie können aber auch in Ringanordnung, wie in Fig. 4- dargestellt, vorgesehen sein.

Bas Querschnittsprofil des rohrförmigen Körpers 1 ist zwar kreisförmig dargestellt, jedoch kann auch ein beliebiges anderes Profil verwendet werden.

In den Fig. 3 und 4 ist der Einschnitt 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.

Es sei nun zur weiteren Beschreibung der mit einer bestimmten Periodizität angeordneten welligen Rillen bzw. Einschnitte auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen.

Wie in den Teilfiguren 5&-d dargestellt, wird zur Bildung einer wendeiförmigen Anordnung der Einschnitte 2 auf der Außenfläche 1a des rohrförmigen Körpers 1 eine gedachte Grundlinie S^ dieser Reihe von mit einer Welligkeit bestimmter Periodizit&t versehenen Einschnitten 2 unter einem Ausschnittwinkel Ot gezeichnet. Dabei ist OC- 1° bis 30°.

Bei einer Ringanordnung der Einschnitte 2 auf der Aufienumfangeflache 1a des rohrförmigen Körpers 1 wird der Kontaktwinkel Ewisohen dieser Grundlinie S^ der Reihe periodisch gewellter Einschnitte 2 und der Querschnittslinie S des rohrförmigen Körpers 1 als O^ angenommen, wobei OC im Bereich von 1° bis 30°

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ist. Dabei verläuft der Querschnitt S längs einer zur Längsachse des rohrförmigen Körpers 1 vertikalen Achse.

Bei der obigen Beschreibung ist zwar der Anschnittwinkel Ot. oder der Kontaktwinkel OCim bevorzugten Bereich von 1 bis angegeben, jedoch ist dieser Bereich nicht der einzig mögliche.

Die in Fig. 6 angegebene Tiefe d des Einschnitts 2 liegt im Bereich von 0,5 bis 5 nun. Wenn auch dieser Bereich bevorzugt ist, so ist er doch nicht der einzig mögliche.

In Fig. 5a ist die Welligkeit eine Fortführung eines kreisförmigen Teils R^ und eines geraden Teils Rp, wobei eine Reihe von Einschnitten 2 mit einer solchen Welligkeit auf dem rohrförmigen Körper gebildet ist. In diesem Falle liegt die Periode 1 der Wellenform im Bereich von 3,5 bis 50 mm und der Schnittwinkel Λ zwischen dem geraden Teil Rp und der Grundlinie S^j im Bereich von 5 bis 60°. Wenn auch gemäß Fig. 5a die Wellenform aus dem kreisförmigen Teil R^ und dem geraden Teil R₂ fortlaufend zusammengesetzt ist, so ist dies doch nicht die einzig mögliche Form. Die Wellenform kann auch durch eine Sinuswelle aus sin β oder eine Cosinuswelle aus cos/β gebildet sein, wobei der Winkel fr im Bereich von 5 bis 60° und die Periode 1 von Scheitel au Scheitel der Welle im Bereich von 3»5 bis 50 mm sein kann.

In Fig. 5b iat die Wellenform ein Sägezahn. Eine Reihe solcher sägezahnförmiger Rillen bzw. Einschnitte mit einer Periode 1 ist auf dem rohrförmigen Körper 1 vorhanden, wobei die Periode im Bereich von 3,5 bis 50 mm und der Winkel β zwischen der Sägezahnwelle und der Grundlinie S,. im Bereich von 5 bis 60° liegt.

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Wenn auch die Bereich· gemäß den Fig. 5a und b, d.h. /3 ■ 5 - 60° und 1 « 3»5 - 50 mm bevorzugt sind, so sind sie doch nicht die einzig möglichen.

In Fig. 5c ist die Wellenform eine abwechselnde Folge eines halbkreisförmigen Teils R, und deren Umkehrung R^. Eine Reihe von Einschnitten 2 mit einer solchen Wellenform ist auf dem rohrförmigen Körper gebildet, wobei die Periode 1 von Scheitel zu Scheitel im Bereich von 3,5 - 50 mm und der Schnittwinkel A zwischen der Grundlinie S₄. und der Ubergangslinie S, vom kreisförmigen Teil Rz zum kreisförmigen Teil R_x, im Bereich von 1 bis 90° liegt.

In Fig. 5d ist die Wellenform viereckig, vorzugsweise rechteckig oder quadratisch. Eine Reihe von Einschnitten 2 mit einer Rechteck-Wellenform ist auf dem rohrförmigen Körper 1 gebildet. Me Periode 1 liegt im Bereich von 3,5 - 50 mm und der Schnittwinkel A zwiahen dieser Wellenform und der Grundlinie S^ im Bereich von 1 bis 90°.

Wenn auch die Bereiche der Fig. 5c und d, d.h. /3 - 1 - 90° und 1 » 3i5 - 50 ma bevorzugt sind, so sind dies doch nicht die einzig möglichen Bereiche. Es können auch andere Wellenformen als die in Fig. 5 dargestellten verwendet werden.

Nachstehend werden die Ergebnisse von Versuchen angeführt, bei denen ein rohrförmiger Körper gemäß vorliegender Erfindung verwendet wurde.

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Bei den Versuchen wurde der rohrförmige Körper 1 von außen auf eine bestimmte Temperatur mit einer bestimmten Luftströmungerate aufgeheizt; ein Fluid mit einer bestimmten Temperatur wurde durch den rohrförmigen Körper 1 geschickt; und die Temperatur des Fluids nahe dem Ausgang des rohrförmigen Körpers 1 wurde gemessen, wobei der erfindu^gemäße rohrförmige Körper mit einem konventionellen Rohr verglichen wurde.

Versuch A:

Durchschnittliche Ausgangstemperatur des Fluids bei einer Eingangstemperatur von 20 C	Herkömmliches Rohr	Erfindung
Luftstrom Art im Rohr	56.29⁰C	81.47⁰C
3 Nb⁵A	64.24°C	97.82⁰C
27 Nm⁵A	76.0 ⁰G	118.15°C
18 Nm⁵A	93.12°C	146.06⁰C
10 Nm⁵A

Bei diesem Versuch war der Bereich der Wärmeleitung bei beiden rohrförmigen Körpern derselbe,und die Heiztemperatur an der Außenseite betrug 280⁰C.

Versuch Bt

Durchschnittliche Ausgangstemperatur des Fluids bei einer Eingangstemperatur von 18 C	Herkömmliches Rohr	Erfindung
Luftstrom Art im Rohr	32.32°C 36.32⁰C 44.82°C 51.76⁰C	43.06°C 49.47⁰C 62.82°C 76.59⁰C
41 Nm⁵A 28 Nm⁵A 17 Nm⁵A 10 Nm⁵A

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Bei diesem Versuch betrug der Wärmeleitungsbereich die Hälfte desjenigen in Versuch A, und die Heiztemperatur wurde auf 200°C abgesenkt.

Dabei ist die engliches ⁿStandard"-Einheit NmVh gleich m³/h bei O⁰C und 760 mm Hg.

Beim Versuch A ist also die durchschnittliche Ausgangstemperatur des erfindunggemäßen rohrförmigen Körpers 1,5 bis 1,6mal größer als die des herkömmlichen Rohres, und beim Versuch B betrug sie das 1,3 bis 1,5-fache. Das Ergebnis bestätigte eine Verbesserung der Wärmeleitungswirkung beim rohrförmigen Körper 1 gemäß vorlegender Erfindung.

Ein Beispiel eines rohrförmigen Körpers 1 gemäß vorliegender Erfindung, wie er als Wärmeleitungsrohr bei einem Wärmetauscher verwendet wird, wird im folgenden beschrieben.

Gemäß den Fig. 7 und 8 werden die beiden Enden 1', 1" des rohrförmigen Körpers 1 abgeflacht bzw. flachgedrückt, damit sie eine Verbindung 4 bilden, die im Querschnitt rechteckförmig ist und bei der die beiden Seiten 4a, 4b in gleicher Weise nach außen ausgebaucht sind.

Wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, sind mehrere rohrförmige Körper 1 zur Bildung eines Gitters parallel zueinander angeordnet, wobei es sich versteht, daß die Erfindung nicht auf diese Anordnungen beschränkt ist. Sind alle rohrförmigen Korper 1 an den Enden 1', 1ⁿ zusammengefaßt, werden die Seiten benachbarter Körper quer, also 4a mit 4a, 4b mit 4b, und längs,

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also von 4a nach 4b, miteinander verschweißt. Der Spalt C zwischen benachbarten Körpern ist dadurch einstellbar, daß die Größe der Ausbauchung bei 4a, 4b verändert wird; auf diese Weise kann die Durchflußrate eines Fluids, das durch den Spalt C hindurchgelangt, durch geeignete Wahl der Ausbauchung oder der Querausdehnung der Seiten 4a, 4b vergrößert werden.

Die Verbindungen 4 zusammengefaßter rohrförmiger Körper sind in einen Rahmen 5 eingepaßt, der die Positionen dieser rohrförmigen Körper festlegt. In den Raum zwischen den Verbindungen 4 der rohrförmigen Körper 1 in Längsrichtung sind elastisch verformbare Muffen 6, 7 eingesetzt. Dadurch kann die thermische Spannung, die in vertikaler Richtung (in Fig. 10) der Verbindungen 4 durch thermische Ausdehnung bewirkt wird, durch die Deformation der Muffen 6, 7 absorbiert werden, während die thermische Spannung in Querrichtung der Verbindungen aufgrund der Verschweißung durch die thermische Spannung des Rahmens 5 kompensiert werden kann, der aus demselben Material wie der rohrförmige Körper 1 hergestellt ist. Die thermische Spannung in Längsrichtung des rohrförmigen Körpers kann dagegen durch den Spalt C (Fig. 9) zwischen benachbarten rohrförmigen Körpern 1 absorbiert werden. Bei diesem Beispiel ist die Verbindung 4 dadurch gebildet, daß die Enden 1', 1" des rohrförmigen Körpers 1 abgeflacht sind; es versteht sich jedoch, daß sie auch durch ein Vergrößern dieser Enden (Fig. 7) gebildet werden kann.

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Aufgrund dieser Beschaffenheit können gemäß vorliegender Erfindung die Durchflußgeschwindigkeit und die Temperaturverteilungen innerhalb und außerhalb des rohrförmigen Körpers variabel sein, wodurch die Wirkung der Wärmeleitung oder die Wirkung der Vermischung des in dem rohrförmigen Körper stromernden Fluids verbessert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Rohrförmiger Körper, dadurch gekennzeichnet , daß auf seiner Außenumfangsflache (1a) eine Reihe periodisch gewellter Vertiefungen, Rillen od. dgl. (2) gebildet ist, die eine bestimmte Tiefe und einen bestimmten Winkel zu einer Linie (S) besitzen, die senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Körpers (1) verläuft, und daß eine entsprechende Reihe vorstehender Rippen (3) an der Innenumfangsflache (1b) des rohrförmigen Körpers (1) gebildet ist.

2. Rohrförmiger Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2) und die Rippen (3) wendelförmig angeordnet sind.

3. Rohrförmiger Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Grundlinie (S,.) der wendeiförmigen Vertiefungen (2) und Rippen (3) in einem Anschnittwinkelbereich

von 1° bis 30° verläuft.

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7 0 9 8 A 9 / Π fi 6 2

ORIGINAL INSPECTED

4-, Rohrformiger Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2) und die Rippen (3) ringförmig angeordnet sind.

5. Rohrformiger Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungswinkel zwiscnen einer gedachten Grundlinie (S^) der Vertiefungen (2) und dem Querschnitt des rohrförmigen Körpers (1) im Bereich von 1° bis 30° liegt.

6. Rohrformiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefungen, Rillen od. dgl. (2) etwa 0,5 bis 5 mm beträgt.

7. Rohrformiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. als abwechselnde Portführung eines kreisförmigen Teils (R.*) und eines geraden Teils (Ro) ausgebildet ist (Fig. 5a).

8. Rohrformiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. (2) eine Sinuswelle von sin /?> ist.

9. Rohrformiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. (2) eine Cosinuswelle von cos/5 ist.

10. Rohrformiger Körper nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von/*im Bereich von 5° bis 60° liegt.

11. Rohrformiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. (2) eine sägezahnl'örmige Welle ist (Fig. 5b).

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12. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 7 bis 111 dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel zwischen einer gedachten Grundlinie (S^) der Vertiefung (2) und der Welle im Bereich von 5° bis 60° liegt.

13. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. (2) ale abwechselnde Fortführung eines halbkreisförmigen Teils (Rz) und seiner Umkehrung (R₁.) ausgebildet ist (Fig. 5c).

14. Rohrförmiger Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung, Rille od. dgl. (2) eine Viereck-, vorzugsweise Rechteckwelle ist (Fig. 5d).

15· Rohrförmiger Körper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel zwischen einer gedachten Grundlinie(S^.) der Vertiefung (2) und der Welle im Bereich von 1° bis 90° liegt.

16. Rohrförmiger Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der Welle im Bereich von 3*5 bis 50 mm liegt.

17. Mit den rohrförmigen Körpern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildeter Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmigen Körper (1) mit ihren Achsen in einer Flucht liegen und daß ihre einander benachbarten Enden von einem Rahmen (5) gehalten sind.

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