DE2740396B2 - Wärmeaustauscherrohr - Google Patents
WärmeaustauscherrohrInfo
- Publication number
- DE2740396B2 DE2740396B2 DE2740396A DE2740396A DE2740396B2 DE 2740396 B2 DE2740396 B2 DE 2740396B2 DE 2740396 A DE2740396 A DE 2740396A DE 2740396 A DE2740396 A DE 2740396A DE 2740396 B2 DE2740396 B2 DE 2740396B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metal particles
- heat exchanger
- pipe
- exchanger tube
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
- Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
- Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
- Y10T428/12104—Particles discontinuous
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Description
65
Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauscherrohr aus
kompaktem Metall, an dessen Oberfläche Metallteilchen, insbesondere aus Kupfer, befestigt sind.
Bei einem bekannten Wärmeaustauscherrohr dieser Art (DE-OS 20 49 499) sind die Metallteilchen derart
mehrlagig auf die Rohroberfläche aufgebracht, daß untereinander verbundene Poren von vorbestimmter
Höchstabmessung gebildet werden. Eine solche Anordnung liefert hervorragende Ergebnisse bei Siedevorgängen.
Sie ist jedoch für Aufgaben ungeeignet, bei denen es um den Obergang von fühlbarer Wärme oder von
Kondensationswärme geht Die untereinander verbundenen Poren behindern in solchen Fällen nämlich den
Obergang der fühlbaren Wärme bzw. das Ableiten von flüssigem Kondensat
Bekannt sind auch Rohre, die vorstehende Rippen oder Auskehlungen haben, die entweder um den
Umfang herum oder in Axialrichtung entlang der Längsabmessung des Rohrs verlaufen. Die Auskehlungen
oder Rippen können auch spiralförmig angeordnet sein, um innerhalb des Rohrs eine wirbelförmige
Strömung auszubilden. Es ist ferner bekannt die Oberfläche zu riefen oder zu rändeln oder gleichmäßig
verteilte, geometrisch symmetrische Vorsprünge in Form von rhombusförmigen Pyramiden und kubischen
Blöcken vorzusehen. Des weiteren sind Rohre mit einem Sandkornfinish bekannt (»Heat and Momentum
Transfer in Smooth and Rough Tubes«, Journal of Industrial Heat and Mass Transfer, 1963, Band 6, Seiten
329 bis 353), das besonders wirkungsvoll mit Bezug auf den Grad der Verbesserung der Wärmeübergangsrate
ist der je Einheit aufgewendeter Energie erzielt werden kann. Diese Rohre werden gefertigt indem Nickel über
Dornen galvanisch aufgebracht wird, die mit dicht gepackten, klassierten Sandkörnern beschichtet sind.
Die Dorne werden anschließend chemisch aufgelöst; der verbleibende feste Nickelmantel mit seinen
Oberflächenvertiefungen bildet die Rohrwand. Das Rohrwandmaterial ist von hoher Reinheit und durchgehender
Gleichförmigkeit; es bildet daher ein Wärmeübergangsmedium, das nicht durch Hohlräume oder
Werkstoffe mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Nicket beeinträchtigt ist Das Verhältnis von Wärmeübergangsratenverbesserung
zu zugeführter Energie ist günstig. Die mit der Herstellung solcher Rohre verbundenen Kosten machen jedoch die wärmetechnischen
Kosteneffektivität zunichte.
Das Betriebsverhalten von den Wärmeübergang unterstützenden Oberflächen wird allgemein an Hand
des Produktverhältnisses R= fi? analysiert, wobei
h " Wärmeübergangszahl der modifizierten
ho — Wärmeübergangszahl einer glatten Oberfläche
f = Reibungszahl der modifizierten Oberfläche
fo » Reibungszahl einer glatten Oberfläche.
f = Reibungszahl der modifizierten Oberfläche
fo » Reibungszahl einer glatten Oberfläche.
Das Verhältnis R bringt die Verbesserung hinsichtlich
der Wärmeübergangsrate mit den Strömungsreibungsverlusten in Zusammenhang, die mit einer solchen
Verbesserung verbunden sind. Bei Systemen, bei denen R gleich 1 ist ist beispielsweise die prozentuale
Steigerung der Wärmeübergangsrate gleich dem prozentualen Anstieg der Reibungsverluste. In der
einschlägigen Literatur werden Werte von R, die nahezu 1,0 betragen, für Oberflächen genannt, die die
Wärmeübergangsrate um den Faktor 2 bis 3 verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmeaustauscherrohr zu schaffen, das
auf kommerzieller Massenproduktionsbasis verhältnismäßig kostensparend gefertigt werden kann, das sich
besonders für einen Wärmeübergang bei turbulenten Strömungsbedingungen eignet und bei dem sich das
Verhältnis R mindestens dem Wert 1 nähert und vorzugsweise merklich über 1 liegt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallteilchen mit allseitigem Abstand zueinander
einschichtig auf der Innenfläche des Rohres befestigt sind und daß das Verhältnis des arithmetischen
Mittelwertes der Höhe e der Metallteilchen über der Innenfläche zum hydraulischen Durchmesser D des
Rohres mindestens 0,006 beträgt und die von den Met!\llteilchen nicht bedeckte Innenfläche des Rohres
zwischen 10% und 90% der gesamten Innenfläche des Rohres beträgt
Bei Systemen mit einer turbulenten Fluidströmung n
kann an den Phasengrsnzschichten eine laminare Fluidteilschicht vorhanden sein, die dem Wärmeaustausch
zwischen den Phasen einen Widerstand entgegensetzt Der Widerstand ist unmittelbar proportional
der Dicke der laminaren Schicht; beim Austausch von Wärme zwischen der Rohrwand und dem strömenden
Fluid bestimmt dieser Widerstand die V/ärmeübergangsrate. Beim Obergang von fühlbarer Wärme wird
eine einzige laminare Fluidteilschicht an der Rohrinnenwand ausgebildet; die auf die erfindungsgemäße Weise
mit Metallteilchen versehene Innenfläche reißt die Strömung auf und fördert den Übergang von einem
laminaren zu einem turbulenten Strömungsverhalten in der Fluidteilschicht, wobei die Tiefe und der Wärmeübergangswiderstand
dieser Teilschicht vermindert jo werden.
Bei Systemen mit Kondensationswärmeübergang, bei denen ein nahezu gesättigter Dampf in ein Rohr
eingeleitet wird, um dieses zu durchströmen und durch Kontakt mit der kalten Rohrwand abgekühlt zu werden, r,
ändern sich die Strömungsbedingungen des kondensierenden Fluids über die axiale Länge des Rohrs infolge
der Ansammlung von Kondensat Es wurde ermittelt, daß sich am Einlaßende des Wärmeaustauscherrohrs ein
erster Zustand einstellt bei dem die mit Metallteilchen versehene innenfläche im wesentlichen frei von
Kondensat ist und der Hauptwiderstand gegen einen Wärmeübergang auf die laminare Dampfphasen-Teilschicht
zurückzuführen ist die sich an der Innenfläche des Rohrs bildet (in Fig.7 als Zone I veranschaulicht). 4-.
Mit der Bildung von Kondensat entwickelt sich ein zweiter Zustand. Dabei wird durch das Ansammeln von
flüssigem Kondensat auf der mit Metallteilchen versehenen Innenfläche dieser Teil der Rohrinnenwand
thermisch isoliert; der Hauptweg des Wärmeflusses ><> verläuft über den Bereich der Metallteilchen, der über
das angesammelte Kondensat vorsteht (in F i g. 7 als Zone Il angedeutet). Ein dritter Zustand bildet sich im
Austrittsabschnitt des Rohres aus, wo Kondensat bis zu einer Tiefe angesammelt wird, die die Höhe e der
Metallteilchen übertrifft (in Fig.7 als Zone III bezeichnet). In diesem Austrittsabschnitt liegen zwei
Phasengrenzschichten vor. Die eine ist der Grenzfläche zwischen Dampf und Flüssigkeit, die andere der
Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Wand zugeord- t>o
net. Es wurde ein mathematisches Modell entwickelt, um die Arbeitseigenschaften des Wärmeaustauscherrohrs
beim Kondensationswärmeübergang zu studieren. Daraus ergibt sich, daß in Rohren von handelsüblicher
Länge, d. h. mehr als 13 m, der Zustand des Austrittsab- μ
schnitt« (Zone III) im größeren Teil der Längsabmessung des Rohrs vorherrscht und daß die laminare
Flüssigkeitsschicht mit der Flüssigkeits-Wand-Grenzfläche dem Wärmefluß einen Widerstand entgegensetzt,
der die Kondensationsrate in diesem Abschnitt bestimmt
Es ergab sich, daß im größeren Teil der axialen Abmessung des Rohrs der Widerstand, der die Rate des
Kondensationswärmeübergangs bestimmt, der Fluid-Wand-Grenzfläche
zugeordnet ist so daß die einschichtig mit Metallteilchen versehene Innenfläche den
Wärmeübergang in diesem größeren Teil begünstigt Dementsprechend tritt sowohl beim Obergang von
fühlbarer Wärme als auch beim internen Übergang von Kondensationswärme ein gemeinsamer Mechanismus
auf, bei dem für eine Turbulenz in der andernfalls laminaren Fluidteilschicht gesorgt wird, die an der
Innenwand des Rohrs vorliegt
Bei einer turbulenten Fluidströmung steht die Druckminderung, die das Fluid erfährt, mit den
Scherbeanspruchungen in Verbindung, die an den Phasengrenzflächen erzeugt werden. Beim Übergang
von fühlbarer Wärme liegt an der Pohrinnenwand eine einzige derartige Phasengrenzschic/it vor. Die Turbulenz,
die von der mit MetallteilcWen versehenen Oberfläche unterstützt wird, um den Wärmeübergang
zu begünstigen, erhöht leider auch die Scherbeanspruchungen, die entlang der Phasengrenzfläche wirksam
sind, wodurch der Druckabfall gesteigert wird, den das
Fluid erfährt Bei Arbeitsvorgängen mit Kondensationswärmeübergang spielen dagegen, wie vorstehend
erläutert zwei Phasengrenzschichten eine Rolle; die eine ist der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche, die andere
der Flüssigkeits-Wand-Grenzfläche zugeordnet Scherbeanspruchungen sind an jeder dieser Phasengrenzschichten
wirksam; der Gesamtenergieverlust ist die Summe der gesonderten Verluste, die an jeder der
Phasengrenzschichten auftreten. Es wurde gefunden, daß das Wärmeaustauscherrohr nach der Erfindung die
Strömungsbedingungen an der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche und die damit verbundenen Energieverluste
nicht wesentlich beeinflußt Infolgedessen ist der unerwünschte kleine Anstieg des Fluiddruckabfalis
(gegenüber dem Betriebsverhalten bei einem Rohr mit glatter Innenwand), der bei Anwendung des Wärmeaustauscherrohres
nach der Erfindung angetroffen wird, beim Übergang von fühlbarer Wärme νο·>
größerer Bedeutung.
Die Bestimmung der von den Metallteilchen nicht bedeckten Innenfläche erfolgt in der Praxis in der
Weise, daß eine ebene Ansicht der Innenfläche vergrößert und die Anzahl der Metallteilchen je
Flächeneinheit optisch ausgezählt wird. Die von einem Metallteilchen eingenommene Fläche hängt unmittelbar
von den Abmessungen des Metallteilchens ab; der optische Zählwert gestattet es daher, die Fläche zu
bestimmen, die die Metallteilchen je Flächeneinheit einnehmen.
Ein besonders günstiger Kompromiß zwischen hohen Wärmeübergangszahlen und niedrigen Reibungszahlen
wird erzielt, wenn die von den Metallteilchen nicht bedeckte innenfläche des Roltres zwischen 30% und
80% der gesamten Innenfläche des Rohres beträgt, Aus den gleichen Gründen liegt zweckmäßig der hydraulische
Durchmesser des Rohres zwischen 12,7 mm und 30,5 mm.
Wird das Wärmeaustauscherrohr für den Übergang von fühlbarer Wärme eingesetzt ist vorzugsweise das
Verhältnis des arithmetischen Mittelwertes der Höhe c der Metallteilchen über der Innenfläche zum hydraulischen
Durchmesser D des Rohres kleiner als 0,02, weil
bei höheren e/D-Werten keine nenenswerte Verbesserung
der Wärmeübergangszahl mehr erzielt wird.
Aus fertigungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig sein, daß die Metallteilchen jeweils aus einer
Mehrzahl von miteinander verbundenen Einzelteilchen > bestehen.
Für den Übergang von fühlbarer Wärme und von Kondensationswärme eignen sich insbesondere Metalltcilchen
aus einem Gemisch von Kupfer als der größeren Komponente und Phosphor (einem Hartlötle- in
gierungsbestandteil) als einer kleineren Komponente. Entsprechend einer anderen kommerziell nutzbaren
Ausführungsform können die Metallteilchen zweckmäßig aus einem Gemisch von Eisen als der größeren
Komponente sowie von Phosphor und Nickel (letzteres ι ί für die Korrosionsbeständigkeit) als kleinere Komponenten
gefertigt sein.
Geeignete e-Werte lassen sich für den Übergang von
fühlbarer Wärme einfach erzielen, wenn der größere Teil der Metallteilchen eine größte Teilchenabmessung >o
von 0,178 mm bis 0,250 mm hat. Für einen Übergang von
Kondensationswärme werden dagegen besonders günstige e-Werte dadurch erzielt, daß der größere Teil der
Metallteilchen eine größte Teikhenabmessung von 0,250 mm bis 0,589 mm hat. .' ί
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind auf der
Außenfläche des Rohres Metallteilchen unter Bildung von untereinander verbundenen, Kapillargröße aufweisenden
Poren mit einem äquivalenten Porenradius von weniger als 115 μπι mehrschichtig befestigt. Eine solche «ι
Kombination von Außenbeschichtung (für verbesserten Siedewärmeübergang) und einlagiger Innenbeschichtung
führt zu einer besonders günstigen Anpassung der verbesserten Wärmeübergangszahlen auf beiden Seiten
der Wand des Wärmeaustauscherrohrs. π
Das Wärmeaustauscherrohr nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von
Rohrbündelwärmeaustauschern.
Beim praktischen Einsatz wird ein Fluid durch das Wärmeaustauscherrohr unter Aufrechterhaltung von 4»
turbulenten Strömungsbedingungen in mindestens einem Teil des Rohrs derart hindurchgeleitet, d iß seine
äquivalente Reynolds-Zahl in diesem Teil des Rohrs mindestens 9000 beträgt. Für den Übergang von
fühlbarer Wärme wird vorzugsweise das Fluid aus- 4-,
schließlich in der flüssigen Phase durch das Rohr in Kontakt mit der mit Metallteilchen versehenen
Innenfläche hindurchgeführt, wobei ein Wärmeübergangszahlenverhältnis zu einer glatten Rohroberfläche
hjho von mindestens 1,8 und ein Reibungszahlenverhält- v>
nis einer glatten Rohrinnenfläche zu der mit den Metallteilchen versehenen Innenfläche (Jh derart
aufrechterhalten werden, daß das Produktverhältnis hjjhoh mindestens 0,95 beträgt Um einen verbesserten
Kondensationswärmeübergang zu erzielen, wird das Fluid zweckmäßig mindestens teilweise kondensiert,
während es durch das Rohr in Kontakt mit der mit Metallteilchen versehenen Innenfläche hindurchgeleitet
wird, wobei ein Wärmeübergangszahlenverhältnis zu
einer glatten Rohroberfläche hjho von mindestens 2£
und ein Reibungszahlenverhältnis einer glatten Rohrinnenfläche zu der mit der einlagigen Metallteilchenschicht
versehenen Innenfläche (J(c derart aufrechterhalten
werden, daß das Produktverhältnis hjjhjc
mindestens gleich 1,4 ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert In
den Zeichnungen zeigt
F i g. I eine mikrofotografische Draufsicht auf eine
einzelne Schicht von willkürlich verteilten Metallteilchen, die auf einer Rohrinnenfläche befestigt sind
(1Of ache Vergrößerung),
F i g. 2 einen schematischen Aufriß eines Wärmeaustauscherrohrs nach der Erfindung im Querschnitt,
Fig.3 einen mikrofotografischen Aufriß der Wand
eines Wärmeaustauscherrohres, wobei die einlagige Schicht aus Metallteilchen mit der Innenfläche verbunden
ist, wahrend eine poröse Siedeschicht aus geschichteten Metallteilchen mit der Außenfläche
verbunden ist (SOfache Vergrößerung),
Fig. 4 eine grafische Darstellung des Wärmeübergangszahlenverhältnisses
hjho, aufgetragen über
e/D χ 10' für den Übergang von fühlbarer Wärme bei Wasser,
F i g. 5 eine grafische Darstellung des Produktverhältnisses hJjhJs. aufgetragen über e/Dx 103 für den
Übergang von fühlbarer Wärme bei Wasser,
F i g. 6 ein schematisches Fließbild einer Wasserkühlanlage unter Verwendung eines Wärmeaustauscherrohrs
nach der Erfindung für den Übergang von fühlbarer Wärme,
F i g. 7 eine schematische Aufrißansicht eines Wärmeaustauscherrohres
für Kondensationswärmeübergang, die »irei unterschiedliche Zonen erkennen läßt,
F i p. 8 eine grafische Darstellung der Kondensationswärmeübergangszahl,
aufgetragen über der Durchflußmenge von Kältemittel 12 für ein teilweise kondensiertes
Produkt von niedriger Austrittsgüte bei Verwendung des Wärmeaustauscherrohrs nach der Erfindung
und eines Metallrohrs mit glatter Innenfläche,
F i g. 9 eine grafische Darstel'ung des Druckabfalls,
aufgetragen über der Druchflußmenge von Kältemittel 12 für ein teilweise kondensiertes Produkt mit niedriger
Austrittsgüte bei Verwendung des Wärmeaustauscherrohrs nach der Erfindung und eines Metallrohrs mit
glatter Innenfläche für die Kondensation,
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Kondensationswärmeübergangszahl,
aufgetragen über der Durchflußmenge von Kältemittel 12 für ein teilweise kondensiertes Produkt mit hoher Austrittsgüte unter
Verwendung des Wärmeaustauscherrohrs nach der Erfindung und eines Metallrohrs mit glatter Innenfläche,
F i g. 11 eine grafische Darstellung des Druckabfalls,
aufgetragen über der DurchfiuBmenge von Kältemittel 12 für ein teilweise kondensiertes Produkt mit hoher
Auslaßgüte unter Verwendung des Wärmeaustauscherrohrs nach der Erfindung und eines Metallrohrs mit
glatter Innenfläche für die Kondensation,
F i g. 12 eine grafische Darstellung der Kondensationswärmeübergangszahl
und des Druckabfalls für Kältemittel 12, aufgetragen über e/D für ein Rohr von
3 m Länge bei einem Wärmenuß Q/A von 63 kW/m2,
F i g. 13 ein schematisches Fließbild einer Anlage zum Trennen von Äthylen von höheren Kohlenwasserstoffen
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauscherrc-hrs
für einen Kondensationswärmeübergang.
F i g. 1 zeigt eine Mikrofotografie einer einzelnen Schicht aus willkürlich verteilten Metallteilchen, die
jeweils auf einer Rohrwand befestigt sind. Die Schicht wurde hergestellt indem zunächst Kupferpulver gesiebt
wurde, um ein klassiertes Pulver mit einer Teilchengröße von 0,150 mm bis 0,250 mm zu erhalten. Dieses
Pulver wurde in trockenem Zustand einer Phosphor-Kupfer-Hartlötlegierung aus 92 Gew.-% Kupfer und 8
Gew.-% Phosphor mit einer maximalen Teilchengröße
von 0,044 mm gemischt Dabei wurden 4 Gewichtsteile Kupfer for je 1 Gewichtsteil Phosphor-Kupfer-Legierung
verwendet Das Trockengemisch wurde anschließend in einer Lösung von 6 Gew.-% Polyisobuten in
Kerosin aufgeschlämmt Das erhaltene Gemisch wurde der Atmosphäre bei Raumtemperatur ausgesetzt, wobei
mar. das Kerosin verdampfen HeB. Die so behandelten Tellc'ien aus Phosphor-Kupfer- Hartlöllegierung wurden
auf der Oberfläche der Kupferteilchen gleichmäßig verteilt und mittels des Polyisobuten-ÜHerzugs festgelegt.
Das Pulver fühlte sich trocken an und war freifließend. Ein Kupferrohr mit einem Innendurchmesser
von 17,25 mm und einem Außendurchmesser von 19,05 mm wurde mit einer IO%igen Polyisobuten-Lösung
in Kerosin überzogen, indem das Rohr der Lösung gefüllt wurde, worauf man die Lösung aus dem Rohr
herausfließen ließ. Als nächstes wurden die vorbeschichteten Teilchen durch das Rohr hindurchgeschüttet,
wodurch die Innenfläche mit vorbeschichteten Teilchen überzogen wurde. Das Rohr wurde bei 87 Γ C
15 Minuten lang in einer Atmosphäre von dissoziierten!
Ammoniak erhitzt und dann abgekühlt Anschließend wurde das Rohr auf seine Wärmeübergangs- und
Fluidströmungsreibungseigenschaften getestet Es ist festzuhalten, daß die willkürlich verteilten Metallteilchen
aus mehreren untereinander verbundenen Teilchen oder aus einem einzigen relativ großen Teilchen
bestehen können.
Das Wärmeaustauscherrohr läßt sich durch das Verhältnis e/D charakterisieren, wobei e der arithmetisehe
Mittelwert der Höhe der Metallteilchen über der
Innenfläche des Rohrs und D der hydraulische Durchmesser des Rohrs ist Das Rohr wird ferner
gekennzeichnet durch den Prozentsatz, den die von Metallteilchen nicht bedeckte Innenfläche an der
Gesamtfläche der Rohrinnenfläche ausmacht das heißt
der Prozentsatz der gesamten Rohrinnenfläche, der nicht von der Basis der Metallteilchen überdeckt ist
Diese Kennwerte sind in Fig.2 dargestellt die eine schematische Aufrißansich t zeigt wobei 5 einen Teil der
von Metallteilchen nicht bedeckten Fläche darstellt Auf der Basis dieser Kennwerte hat das oben beschriebene
Testrohr einen Wert e von 0,213 mm, einen Wert D von
17,25 mm und eine von Metallteilchen nicht bedeckte
Innenfläche, die ungefähr 50% der Gesamtinnenfläche ausmacht
Fig.6 zeigt ein schematisches Fließbild einer
Versuchsanlage zum Kühlen von Wasser, die benutzt wurde, um die Wärmeübergangs- und Strömungsreibungseigenschaften
des oben erläuterten Wärmeaustauscherrohrs
zu demonstrieren; außerdem stellt dies eine typische mögliche kommerzielle Anwendung des
Wärmeaustauscherrohrs dar. Wasser wird durch indirekten Wärmeaustausch mit Dampf in einem Wasseraustauscher
erhitzt (Q) und mittels einer Wasserpumpe 2 in einen Wasserkühler 3 gepumpt, wo das Wasser
durch Wärmeaustausch mit siedendem Kältemittel R-22 gekühlt wird. Das den WasserkOhler 3 verlassende
verdampfte Kältemittel R-22 wird im Verdichter 4
verdichtet, durch Wärmeaustausch mit Kühlwasser im Kondensator 5 kondensiert, mittels eines Ventils 6
entspannt und dann zum Wasserkühler 3 zurückgeführt Es wurden die Dnickabfall-Durchfhißmengen-Beziehungen
für das verbesserte Wärmeaustauscherrohr und ein Rohr gleicher Große mit glatter Innenwand
gemessen. In jedem Fall war die Außenfläche des Rohrs mit einer Mehrfachlage auf geschichteten Kupferteilchen
versehen, die in einteiliger gegenseitiger Verbindung standen und untereinander verbundene Poren von
Kapillargröße bildeten, wie dies für poröse Siedeschichten an sich bekannt ist (US-PS 33 84 154).
Die Verbesserung der Übertragung von fühlbarer Wärme durch das oben beschriebene Wärmeaustauscherrohr
und andere ähnliche Rohre, die in der zuvor erläuterten Weise hergestellt wurden, ist in Fig.4
dargestellt
Alle für die Versuche nach den grafischen Darstellungen der F i g. 4 und 5 verwendeten Wärmeaustauscherrohre
stimmten mit dem zuvor erläuterten Rohr mit Ausnahme des Wertes efür die Höhe der Metallteilchen
überein. Der Wert e betrug 76, 127, 165, 213, 274, 358
bzw. 505 μιη. Die Kurve nach F i g. 4 läßt erkennen, daß
die mittels der Wärmeaustauscherrohre nach der Erfindung erzielte Verbesserung der Obergangsrate für
fühlbare Wärme mit e/D bis zu einem Wert von etwa 0.02 ansteigt: dann erreicht hJh„ einen konstanten Wert
von ungefähr 2,5 bei weiterer Vergrößerung des Wertes e/D. Die Verbesserung des Wärmeübergangs wird auf
Kosten einer erhöhten Eingangsenergie erzielt weil die Turbulenz die Reibungszahl vergrößert; es muß mehr
Energie zugeführt werden, um das Fluid durch das Rohr zu pumpen. Das Verhältnis /!//"stellt ein geeignetes Maß
dar, um den Wert eines Wärmeaustauscherrohrs zu analysieren. Dieses Verhältnis für ein Rohr mit
beschichteter Innenfläche hjf, (wobei 5 auf den
Obergang von fühlbarer Wärme hinweist) oder hjfc
(wobei c sich auf Kondensationswärmeübergang bezieht), jeweils dividiert durch dieses Verhältnis für eine
glatte Oberfläche hjfa läßt erkennen, ob eine
unverhältnismäßig große Eingangsenergie erforderlich ist um eine verbesserte Wärmeübergangsrate zu
erzielen. Rohre, die ein Produktverhältnis hfJhJvon
mindestens gleich 1 aufweisen, verbessern die Wärmeübergangsrate um einen Faktor, der mindestens gleich
dem damit verbundenen Anstieg des Strömungswiderstandes ist.
Bei der praktischen Anwendung sind e/D-Verhältnisse
von mindestens 0,006 erforderlich, um eint ausreichende Wärmeübergangsverbesserung zu erzielen,
die die erhöhte Reibung rechtfertigt Für den Übergang von fühlbarer Wärme entsprechend den
Fig.4 und 5 sollte der Wert e/D 0,02 nicht überschreiten, weil bei höheren Werten keine weitere
Verbesserung der Wärmeübergangszahi erzieh wird
Fig.5 zeigt, daß auf Grund des Anstiegs der Reibungszahl das Produktverhältnis h/jhj, oberhalb
eines e/D-Verhältnisses von ungefähr 12 χ 10-3 näherungsweise
linear abfällt Bei der praktischen Anwendung des Wärmeaustauscherrohrs wird Fluid durch das
Rohr unter turbulenten Strömungsverhältnissen in mindestens einem Teil des Rohrs derart hindurchgeleitet
daß in diesem Teil des Rohrs die äquivalente Reynlds-Zahl mindestens 9000 beträgt Der vorliegend
verwendete Begriff »äquivalente Reynolds-Zahl« basiert
auf dem von W. W. Ikers und H. F. Rosson in Chem.
Eng. Prog, Symp. Ser. 56, Nr. 30, Seiten 145—149 (1959)
erläuterten Vorgehen, wenn eine Zweiphasenströmung (Gas und Flüssigkeit) durch das Rohr hindurch erfolgt
Liegt nur eine Einphasenströmung vor, ist die äquivalente Reynolds-Zahl die gleiche wie die konventionelle
Reynolds-Zahl, so daß für den Übergang von fühlbarer Wärme, wie er beispielsweise bei den
Versuchen gemäß den Daten nach den Fig.4 und 5
auftritt, das herkömmliche Verfahren zur Berechnung der Reynolds-Zahl verwendet wird. Wenn die äquivalente
Reynolds-Zahl nicht mindestens 9000 beträgt tritt
in dem Rohr keine turbulente Strömung zusammen mit dem charakteristischen laminaren Film auf, der mittels
der mit Metallteilchen versehenen Oberfläche aufgerissen wird. Bei den zuvor erläuterten Versuchen lagen die
äquivalenten Reynolds-Zahlen im Bereich von 18CI00 %
bis 65 000.
Anstelle von Wärmeaustauscherrohren mit kreisförmigem Querschnitt können auch Rohre mit nichtkreisförmigem
Querschnitt vorgesehen werden, beispielsweiseRohre von ovaler Form. Dabei stellt D den
hydraulischen Durchmesser des Rohrs dar. Vorliegend wird unter dem »hydraulischen Durchmesser« das
4fache des hydraulischen Radius des Rohrs verstanden, wie dies beispielsweise in Perry's Chemical Engineer
Handbook, Seite 107,2. Ausgabe (1941) beschrieben is t. ι ■■,
Die von Metallteilchen nicht bedeckte Innenfläche macht zwischen 10% und 90% und vorzugsweise
zwischen 30% und 80% der gesamten Rohrinnenfläche aus. Bei den zuvor erläuterten Versuchen hatten alle
Rohre eine von Metallteilchen nicht bedeckte Innenfläehe
von ungefähr 50%. Bei anderen Versuchen wurden etwas geringere, aber immer noch annehmbare
Übergangszahlen für fühlbare Wärme mit Rohren erzielt, die eine von Metallteilchen nicht bedeckte
Innenfläche von ungefähr 80% hatten. Offenbar liißt sich eine wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs
mit einer von Metallteilchen nicht bedeckten Innenfläche erzielen, die bis zu ungefähr 90% der
Gesamtinnenflächc ausmacht. Sind weniger Metallteiichen je Flächeneinheit vorhanden, nimmt die Reibungs- >o
zahl in erwünschter Weise ab. Andererseits haben Versuche erkennen lassen, daß bei einer nicht bedeckten
Innenfläche von 20% die Übergangszahl für fühlbare Wärme im wesentlichen die gleiche wie bei einer nicht
bedeckten Innenfläche von 50% ist, jedoch die Reibungszahl beträchtlich ansteigt Die oben erläuterten
Versuche mit dem Übergang von fühlbarer Wärme gelten für den Fall, daß das erste Fluid das Rohr
ausschließlich in der flüssigen Phase durchströmt und dabei in Kontakt mit der mit Metallteilchen versehenen
Innenfläche steht. Dabei werden das erste Fluid und das zweite Fluid unter solchen Bedingungen (Temperaturen,
Drücken und Durchflußmengen) mit den Flächen in Berührung gebracht, daß das Wärmeübergangszahlenverhältnis
des ersten Fluids zu einer glatten Rohroberfläche hjh„ mindestens 1,8 beträgt und das Reibungszahlenverhältnis
einer glatten Rohrinnenfläche zu der mit der Metallteilchenschicht versehenen Innenfläche
fjf, einen solchen Wert hat, daß das Produktverhältnis
h.fJhJ. mindestens 0.95 beträgt. Dementsprechend
scheint der erhöhte Druckabfall der bei einer nicht bedeckten Innenfläche von weniger als 10% der
Gesamtinnenfläche auftritt, nicht gerechtfertigt zu sein. Bei der oben beschriebenen Vorbeschichtung zur
Herstellung des Wärmeaustauscherrohrs wurde das Metallpulver gesiebt, um für die gewünschte Teilchengröße
e zu sorgen. Es zeigte sich, daß der arithmetische Mittelwert der kleinsten Maschenweite, durch die die
Teilchen durchgelassen werden, und der größten Maschenweite, bei der die Teilchen zurückgehalten
werden, äquivalent dem Wert e ist. Diese Verhältnisse sind in der folgenden Tabelle A zusammengestellt:
Maschen- e
weite
weite
(mm)
(mm)
0,053
0,061
0,089
0.125
0,150
0,178
0.250
0,297
0,419
0,589
0,841
0,061
0,089
0.125
0,150
0,178
0.250
0,297
0,419
0,589
0,841
0,076 (durchgeh 0,089; zurückg. 0,061)
0.137 (durchgeh 0,150; zuriickg. 0,125)
0,165 (durchgeh 0,178; zurückg. 0,150)
0,213 (durchgeh 0,250; zurückg. 0,178)
0,274 (durchgeh 0,297; zurückg. 0,250)
0,358 (durchgeh 0,419; zurückg. 0,297)
0,505 (durchgeh 0.589; zurückg. 0,419)
0,165 (durchgeh 0,178; zurückg. 0,150)
0,213 (durchgeh 0,250; zurückg. 0,178)
0,274 (durchgeh 0,297; zurückg. 0,250)
0,358 (durchgeh 0,419; zurückg. 0,297)
0,505 (durchgeh 0.589; zurückg. 0,419)
Die erörterte einlagige Metallteilchenschicht ist von der erwähnten mehrlagigen porösen Siedeschicht to
erheblich unterschieden, bei der Metallteilchen aufeinandergeschichtet
und untereinander und mit der Trägerfläche einteilig verbunden sind, um untereinander
verbundene Poren von Kapillargröße zu bilden. Dieser Unterschied ergibt sich aus der Mikrofotografie nach es
Fig.3 und dem Betriebsverhalten in einer Reihe von
Versuchen, bei denen Kupferrohre mit eh.cm Innendurchmesser
von 17,25 mm innen mit einer einzigen Schicht sowie mit Mehrpartikelschichten aus Kupferpulver
mit verschiedenen Teilchengrößenbereichen Oberzogen wurden. Diese innen beschichteten Rohre
wurden bei der Wasserkühlanlage nach F i g. 6 getestet, wobei Wasser als Fluid für den Übergang von fühlbarer
Wärme benutzt wurde. Das Wasser wurde durch das Rohr mit einer effektiven Reynolds-Zahl von 35 000 und
einer Prandlt-Zah! von 10,0 hindurchgeleitet Die
Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle B zusammengestellt:
11 | B | 27 | e/D | 40 396 | Ma | 12 | R | Anzahl | |
Teilchengröße | der | ||||||||
Tabelle | Schichten | ||||||||
Rohr | (mm) | <0,0029 | h,/h„ | 1,42 | 0,74 | mehrere | |||
Nr. | 0,044 | 0,0044 | 1,23 | 1,00 | einzeln | ||||
0,061-0,089 | 0,012 | 2,70 | 0,78 | mehrere | |||||
1 | 0,178-0,250 | 0,92 | 1,05 | 1.96 | 1,05 | einzeln | |||
2 | 0,178-0,250 | 0,021 | 1,23 | 2,97 | 0,83 | einzeln | |||
3 | 0,297-0,419 | 2,1 | |||||||
4 | 2,05 | ||||||||
5 | 2,46 | ||||||||
Aus der Tabelle B kann geschlossen werden, daß das Rohr Nr. 1, bei dem verhältnismäßig feine Teilchen in
mehrlagiger Form vorgesehen sind, für die vorliegenden
Zwecke ungeeignet ist, weil sowohl die Verbesserung des Überg.-.ngs von fühlbarer Wärme ds auch das
Produktverhältnis R verhältnismäßig klein sind. Das Rohr Nr. 2 stellt keine Ausführungsform der Erfindung
dar, weil der e/D-Wert von 0,0044 unter dem unteren Grenzwert von 0,006 liegt. Es ist bedeutsam, daß die
durch das Verhältnis von 1,23 repräsentierte Verbesserung der Übertragung von fühlbarer Wärme verhältnismäßig
gering und im wesentlichen gleich .dem Reibungszahlenverhältnis bei dieser einzelnen Lage von
Metallteilchen ist. Das Rohr Nr. 3 ist dem Rohr Nr. 1 jo
dahingehend ähnlich, als es eine Mehrfachlage aus beschichteten Metallteilchen aufweist; diese sind jedoch
verhältnismäßig grob, so daß das Verhältnis e/D 0,012 beträgt Obwohl das Verhältnis für die Verbesserung
des Übergangs von fühlbarer Wärme von 2,1 recht hoch « ist ist das Reibungszahlenverhältnis von 2,7 noch höher,
so daß das Produktverhältnis R unannehmbar niedrig liegt Die Rohre 1 und 3 lassen erkennen, daß
mehrlagige Schichten aus Metallteilchen in einer zu einer porösen Oberfläche führenden Anordnung eine
brauchbar hohe Verbesserung des Übergangs von fühlbarer Wärme zur Folge haben, daß dafür aber im
Gegensatz zu der einlagigen Schicht aus in Abstand voneinander sitzenden Metallteilchen wesentlich höhere
Strömungsenergieverluste auf Grund von Reibung in 4 i
Kauf genommen werden müssen.
Das Rohr Nr. 4 weist eine Einzellage aus in Abstand voneinander befindlichen Metallteilchen mit demselben
Verhältnis e/D wie das Rohr Nr. 3 mit der mehrlagigen Schicht auf. Die Tabelle B zeigt daß das Verhältnis der ίο
Verbesserung des Übergangs von fühlbarer Wärme ungefähr das gleiche wie im Falle des Rohrs Nr. 3 ist
daß das Verhältnis für die Reibungszahlen jedoch wesentlich niedriger Ist, so daß das Produktverhältnis R
etwas größer als 1 wird Für die meisten Anwendungsfälle
des erläuterten Wärmeaustauscherrohrs stellt dies einen besonders günstigen Ausgleich zwischen verbessertem
Übergang von fühlbarer Wärme bei begrenzten unerwünschten Einflüssen auf Grund von erhöhter
Fluidreibung dar. Falls ein besonderes Bedürfnis an einer maximalen Verbesserung des Übergangs von
fühlbarer Wärme besteht, sollten etwas gröbere Teilchen verwendet werden, wie dies durch das Rohr
Nr. 5 dargestellt ist Bei diesem sind Teilchen vorgesehen, die zu einem e/D- Wert von 0,021 und einem
Verhältnis für die Verbesserung des Übergangs von fühlbarer Wärme von 2,46 führen. Bei dem Rohr Nr. 5 ist
das Reibungszahlenverhältnis wesentlich höher als im Falle des Rohrs Nr. 4, so daß das Produktverhältnis R
auf 0,83 zurückgeht
Die vorstehende Diskussion des Rohrs Nr. 5 läßt sich an Hand der Fig.4 und 5 verallgemeinern. Betrachtet
man nur die F i g. 5, könnte man schließen, daß es nicht von Vorteil ist, die oben beschriebenen Wärmeaustauscherrohre
mit e/Z>Verhältnissen von über ungefähr 0,012 einzusetzen, da sich das Produktverhältnis R auf
unter 1 verringert Fig.4 zeigt jedoch, daß das Verhältnis für die Verbesserung des Übergangs von
fühlbarer Wärme im wesentlichen linear bis zu einem e/D-Verhältnis von ungefähr 0,020 weiter ansteigt, so
daß bei einigen Anwendungen die Länge des Rohrs, die für den Übergang einer bestimmten Wärmemenge
erforderlich ist beträchtlich vermindert wird, beispielsweise auf weniger als die Hälfte der Rohrlänge, die bei
Rohren mit glatter Innenfläche erforderlich ist. Dies läßt sich mit einer mäßigen Zunahme der Pumpenenergie
erreichen, wie dies aus dem höheren Reibungszahlenverhältnis hervorgeht.
Vorzugsweise werden Metallteilchen verwendet, deren größerer Teil durch ein Sieb mit einer
Maschenweite von 0,250 mm hindurchgeht und auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,178 mm
zurückgehalten wird. Die Tabelle A läßt erkennen, daß diese Siebklassierung zu Metallteilchen führt bei denen
der arithmetische Mittelwert e der Höhe ungefähr 0,213 mm beträgt Vorzugsweise werden ferner Metallrohre
benutzt, die einen effektiven Innendurchmesser D zwischen 12,7 mm und 30,5 mm haben. Der Grund für
diese vorzugsweise vorgesehenen Bereiche beruht auf ihrem Einfluß (der im Verhältnis e/D zum Ausdruck
kommt) auf hs und 4 wie dies beispielsweise aus den
F i g. 4 und 5 hervorgeht und oben diskutiert ist
F i g. 7 zeigt die drei Zonen, die bei einem Wärmeaustauscherrohr vorliegen können, das für eine
mindestens teilweise Kondensation eines das Rohr durchlaufenden Fluids benutzt wird. Der verbesserte
Kondensationswärmeübergang tritt wahrscheinlich nur in dem Stück des Rohrs auf, wc die Metallteilchen
mindestens teilweise dem turbulent strömenden Fluid ausgesetzt sind. Die Ausführungsform für verbesserten
Kondensationswärmeübergang ist gegenüber einer Vergrößerung des Fluiddruckabfalls weniger empfindlich
als die Ausführungsform für den Übergang von fühlbarer Wärme. Allgemein wurde festgestellt daß die
geschilderten Maßnahmen zu Kondensationswärmeübergangszahlen führen, die das 3- bis 4fache der
Koeffizienten betragen, die bei einem Rohr mit glatter Innenwand auftreten, und daß überraschenderweise der
Energieaufwand, der notwendig ist, um das verbesserte
Betriebsverhalten zu erzielen, geringer ist, als dies nach
den einschlägigen Veröffentlichungen zn erwarten war.
Beispielsweise wurde beobachtet, daß das Verhältnis Ac/Ao für den verbesserten Obergang von Kondensationswärme
größer als 1,5 mal dem Reibungszahlenverhältnis fjfo ist
Bei einer weiteren Gruppe von Experimenten wurde ein Rohr, das für Kondensationswärmeübergangsversuche
bestimmt war, im wesentlichen in der Weise hergestellt, wie dies oben für das Rohr zum Obergang
von fühlbarer Wärme erläutert ist Das Kupferpulver hatte jedoch eine Teilchengröße von 0,419 mm bis
0,589 mm, und die mit Phosphor-Kupfer vorbeschichteten
Teilchen wurden auf die Innenfläche eines 3 m langen Kupferrohrs mit einem Innendurchmesser von
14,5 mm aufgebracht Das erhaltene Wärmeaustauscherrohr
hatte ein e/D-Verhältnis von 0,031 und ein?
von MeUllteilchen nicht bedeckte Innenfläche von 50%.
Das so ausgebildete Rohr wurde in einem mit Kältemittel 12 arbeitenden System sowohl auf die
Kondensationswärmeübergangs- als auch auf die Reibungseigenschaften geprüft und mit einem glatten
Rohr verglichen, das für die Kondensation von Kältemittel 12 unter identischen Bedingungen verwendet
wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den grafischen Darstellungen der Fig.8, 9, 10 und 11
zusammengestellt Die Fig.8 und 9 gelten für
Arbeitsbedingungen mit verhältnismäßig hoher prozentualer Kondensation des Einsatzfluids, d.h. eine
Austrittsqualität von 25 bis 60%, während die Fig. 10 und 11 für Bedingungen mit verhältnismäßig niedriger
prozentualer Kondensation, d. h. eine Austrittsgüte von
60 bis 90%, Gültigkeit haben. Das Verhältnis hjho der
Verbesserung des Kondensationswärmeübergangs betrug 2,4 für niedrige und 4,0 für hohe Austrittsgüte. Die
F i g. 9 und 11 zeigen, daß der Druckabfall, den das Fluid
beim Durchlaufen des beschichteten Rohrs erfährt, mit Bezug auf den Druckabfall in einem glatten Rohr nur um
68% bzw. 105% für Bedingungen mit niedriger und hoher Austrittsgüte anstieg. Dementsprechend betrugen
die Produktverhältnisse R 1,43 für niedrige Austrittsgüte (hohe prozentuale Kondensation) und 135
für hohe Austrittsgüte (niedrige prozentuale Kondensation).
Es wurde ein mathematisches Modell entwickelt, um die KondensationswärmeObergangszahlen und die Reibungszahlen
für unterschiedliche Arbeitsbedingungen und Fluids vorauszusagen; dieses Modell wurde mit den
obengenannten experimentellen Ergebnissen verglichen; es zeigte sich, daß die Abweichung zwischen den
vorausgesagten und den gemessenen Werten verhältnismäßig klein war. Fig. 12 gibt eine verallgemeinerte
Beziehung für die Kondensationswärmeübergangszah und den erhöhten Druckabfall als Funktion von e/D be
Verwendung von Kältemittel 12 in einem 3 m langet Rohr bei einem WärmefluÖ Q/A von 63 kW/m3 wiedet
Fig. 12 zeigt, daß der Druckabfall in ungefähr dei
gleichen Weise wie die Kondensationswärmeüber gangszahl ansteigt; diese Beziehung gilt für alh
Anwendungen des beschriebenen Wärmeaustauscher rohrs für einen verbesserten Kondensationswärmeüber
gang.
Fig. 13 zeigt eine mögliche kommerzielle Anwen
dung des Wärmeaustauscherrohrs für Kondensations Wärmeübergang, wobei ein Strom aus Äthylen unc
Kohlenwasserstoffen höheren Gewichts sowie Äthyler
is einer mehrstufigen Fraktioniereinrichtung 11 zugefühn
werden, während Äthylen als Kopfprodukt über eine Leitung 12 abgezogen wird. Letzteres wird in einei
Gruppe von Wärmeaustauschern 13 vollständig kondensiert, indem es durch waagrechte Rohre 14 ir
Wärmeaustausch mit Propylen hindurchgeleitet wird das die Rohre innerhalb eines Mantels 15 umgibt Das
kondensierte Äthylen wird über eine Leitung If teilweise als Produkt abgeführt, während der restliche
Teil zur Oberseite der Fraktioniereinrichtung 11 übei eine Leitung 17 als Rücklauf zurückgeleitet wird.
Für einen Kondensaüonswärmeübergang werder
vorzugsweise Metallteilchen verwendet, deren größerei Teü durch ein Sieb mit einer Maschenweite vor
0,589 mm hindurchgeht und auf einem Sieb mit einei Maschenweite von 0,250 mm zurückgehalten wird
Diese Siebklassierung ergibt Metallteilchen, bei dener der arithmetüiche Mittelwert e der Höhe der Teilcher
ungefähr 0,4119 mm beträgt Der Grund für dieser vorzugsweise vorzusehenden Bereich liegt in den:
Einfluß der Höhe e auf die Werte & und AP, wie die:
beispielsweise aus F i g. 12 hervorgeht
Die vorstehend erläuterten Versuche für einer Kondensationswärmeübergang gelten für den Fall, dal
das erste Fluid mindestens teilweise kondensiert wird während es das Rohr in Kontakt mit der Innenfläche
durchlauft, die eine einzige Schicht aus Metallteilcher
trägt Dabei werden das erste Fluid und ein zweites Fluid bei solchen Bedingungen (Temperaturen, Drücker
und Durchflußmengen) miteinander in Kontakt ge bracht, daß das Wärmeflbergangszahlenverhiltnis ffli
das erste Fluid zu einer glatten Rohrfläche (hjho,
mindestens %5 betragt, während das Reibungszahlen
verhältnis fjfe eines Rohrs mit glatter Innenfläche zi
einer Innenflache mit einer einlagigen Metallteilchen
so schicht derart gewählt ist, daß das Produktverhältni!
h JJh Je mindestens 1,4 beträgt
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Wärmeaustauscherrohr aus kompaktem Metall, an dessen Oberfläche Metallteilchen, insbesondere
aus Kupfer, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallteilchen mit allseitigem Abstand zueinander einschichtig auf der Innenfläche
des Rohres befestigt sind und daß das Verhältnis des arithmetischen Mittelwertes der Höhe e der
Metallteilchen Ober der Innenfläche zum hydraulischen Durchmesser D des Rohres mindestens 0,006
beträgt und die von den Metallteilchen nicht bedeckte Innenfläche des Rohres zwischen 10% und
90% der gesamten Innenfläche des Rohres beträgt ι s
2. Wärmeaustauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Metallteilchen
nicht bedeckte Innenfläche des Rohres zwischen 30% und 80% der gesamten InnerJliiche
des Rohre; beträgt
3. Wärtiicaustauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2.
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis; des arithmetischen Mittelwertes der Höhe e der
Metallteilchen Ober der Innenfläche zum hydraulischen Durchmesser Ddes Rohres kleiner als 0,02 ist
4. Wärmeaustauscherrohr nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Durchmesser des Rohres zwischen
12,7 mm und 30,5 mm beträgt
5. Wärmeaustauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß
die Metallteilchen jeweils aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Efci/elteilchen bestehen.
6. Wärmeaustausche;Tchr nach einem der vorhergehenden
AnsprQche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen aus einem Gemisch von Kupfer
als der größeren Komponente und Phosphor als einer kleineren Komponente bestehen.
7. Wärmeaustauscherrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß
der größere Teil der Metallteilchen eine größte Teilchenabmessung von 0,178 mm bis 0,250 mm faiat.
8. Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß>
der größere Teil der Metallteilchen eine größte Teilchenabmessung von 0,250 mm bis 0,589 mm hat.
9. Wärmeaustauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallteilchen aus einem Gemisch von Eisen als der größeren Komponente sowie Phosphor und so
Nickel als kleineren Komponenten bestehen.
10. Wärmeidistauscherrohr nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Rohres Metallteilchen
unter Bildung von untereinander verbundenen, Kapillargröße aufweisenden Poren mit einem
äquivalenten Porenradius von weniger als ΙΙ.'ίμηι
mehrschichtig befestigt sind.
11. Verwendung des Wärmeaustauscherrohres
nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die μ Herstellung von Rohrbündelwärmeaustauschern.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/721,861 US4154293A (en) | 1976-09-09 | 1976-09-09 | Enhanced tube inner surface heat transfer device and method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2740396A1 DE2740396A1 (de) | 1978-03-23 |
DE2740396B2 true DE2740396B2 (de) | 1979-08-23 |
DE2740396C3 DE2740396C3 (de) | 1980-04-30 |
Family
ID=24899613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2740396A Expired DE2740396C3 (de) | 1976-09-09 | 1977-09-08 | Wärmeaustauscherrohr |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4154293A (de) |
JP (1) | JPS5333452A (de) |
AU (1) | AU2865877A (de) |
BE (1) | BE858530A (de) |
BR (1) | BR7705966A (de) |
CA (1) | CA1091222A (de) |
DE (1) | DE2740396C3 (de) |
DK (1) | DK400977A (de) |
ES (2) | ES462206A1 (de) |
FR (1) | FR2364422A1 (de) |
GB (1) | GB1588742A (de) |
IL (1) | IL52905A0 (de) |
MX (1) | MX145819A (de) |
NL (1) | NL7709895A (de) |
NO (1) | NO773107L (de) |
SE (1) | SE7710094L (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2936406C2 (de) * | 1979-09-08 | 1982-12-02 | Sulzer-Escher Wyss Gmbh, 8990 Lindau | Siedeoberfläche für Wärmeaustauscher |
DE3414230A1 (de) * | 1984-04-14 | 1985-10-24 | Ernst Behm | Waermetauscherrohr |
WO1999034365A1 (fr) | 1997-12-25 | 1999-07-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif porte-disque |
US6468669B1 (en) * | 1999-05-03 | 2002-10-22 | General Electric Company | Article having turbulation and method of providing turbulation on an article |
US6910620B2 (en) | 2002-10-15 | 2005-06-28 | General Electric Company | Method for providing turbulation on the inner surface of holes in an article, and related articles |
US7743821B2 (en) | 2006-07-26 | 2010-06-29 | General Electric Company | Air cooled heat exchanger with enhanced heat transfer coefficient fins |
US20080078535A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-03 | General Electric Company | Heat exchanger tube with enhanced heat transfer co-efficient and related method |
DE102007056299A1 (de) | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Ölgekühltes Bauteil |
JP6390053B2 (ja) * | 2014-12-27 | 2018-09-19 | 国立大学法人徳島大学 | 熱交換器 |
CN109115020B (zh) * | 2018-07-23 | 2020-01-07 | 山东理工大学 | 一种相界面强化对流传热的方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3024128A (en) * | 1955-11-14 | 1962-03-06 | Dawson Armoring Company | Method of coating metal article with hard particles |
US3523577A (en) * | 1956-08-30 | 1970-08-11 | Union Carbide Corp | Heat exchange system |
US3161478A (en) * | 1959-05-29 | 1964-12-15 | Horst Corp Of America V D | Heat resistant porous structure |
GB1270926A (en) * | 1968-04-05 | 1972-04-19 | Johnson Matthey Co Ltd | Improvements in and relating to a method of making metal articles |
BE757262A (fr) * | 1969-10-10 | 1971-04-08 | Union Carbide Corp | Couche metallique poreuse et procede pour la former |
US3653942A (en) * | 1970-04-28 | 1972-04-04 | Us Air Force | Method of controlling temperature distribution of a spacecraft |
US3751295A (en) * | 1970-11-05 | 1973-08-07 | Atomic Energy Commission | Plasma arc sprayed modified alumina high emittance coatings for noble metals |
AU461672B2 (en) * | 1971-09-07 | 1975-06-05 | Universal Oil Products Company | Improved tubing or plate for heat transfer processes involving nucleate boiling |
US3990862A (en) * | 1975-01-31 | 1976-11-09 | The Gates Rubber Company | Liquid heat exchanger interface and method |
US4018264A (en) * | 1975-04-28 | 1977-04-19 | Borg-Warner Corporation | Boiling heat transfer surface and method |
-
1976
- 1976-09-09 US US05/721,861 patent/US4154293A/en not_active Expired - Lifetime
-
1977
- 1977-08-25 CA CA285,495A patent/CA1091222A/en not_active Expired
- 1977-09-08 GB GB37462/77A patent/GB1588742A/en not_active Expired
- 1977-09-08 MX MX170513A patent/MX145819A/es unknown
- 1977-09-08 AU AU28658/77A patent/AU2865877A/en active Pending
- 1977-09-08 DE DE2740396A patent/DE2740396C3/de not_active Expired
- 1977-09-08 NL NL7709895A patent/NL7709895A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-09-08 DK DK400977A patent/DK400977A/da unknown
- 1977-09-08 BR BR7705966A patent/BR7705966A/pt unknown
- 1977-09-08 ES ES462206A patent/ES462206A1/es not_active Expired
- 1977-09-08 JP JP10733977A patent/JPS5333452A/ja active Pending
- 1977-09-08 NO NO773107A patent/NO773107L/no unknown
- 1977-09-08 FR FR7727227A patent/FR2364422A1/fr active Pending
- 1977-09-08 IL IL52905A patent/IL52905A0/xx unknown
- 1977-09-08 SE SE7710094A patent/SE7710094L/xx unknown
- 1977-09-08 BE BE180779A patent/BE858530A/xx unknown
- 1977-11-22 ES ES464343A patent/ES464343A1/es not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2364422A1 (fr) | 1978-04-07 |
JPS5333452A (en) | 1978-03-29 |
ES462206A1 (es) | 1978-05-16 |
NL7709895A (nl) | 1978-03-13 |
DK400977A (da) | 1978-03-10 |
AU2865877A (en) | 1979-03-15 |
GB1588742A (en) | 1981-04-29 |
DE2740396A1 (de) | 1978-03-23 |
NO773107L (no) | 1978-03-10 |
BE858530A (fr) | 1978-03-08 |
CA1091222A (en) | 1980-12-09 |
ES464343A1 (es) | 1978-08-01 |
DE2740396C3 (de) | 1980-04-30 |
US4154293A (en) | 1979-05-15 |
MX145819A (es) | 1982-04-05 |
BR7705966A (pt) | 1978-06-27 |
SE7710094L (sv) | 1978-03-10 |
IL52905A0 (en) | 1977-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69911131T2 (de) | Wärmetauscher | |
DE60005602T2 (de) | Flüssigkeitsführendes Rohr und seine Verwendung in einem Kraftfahrzeugkühler | |
DE60303306T2 (de) | Wärmeübertragungsrohre und verfahren zur herstellung und verwendung davon | |
DE112019003618T5 (de) | Wärmerohre umfassend dochtstrukturen mit variabler durchlässigkeit | |
WO2000025071A1 (de) | Verfahren und verflüssiger zum kondensieren des inneren kältemittels einer kraftfahrzeugklimatisierung | |
DE102011108892B4 (de) | Kondensator | |
EP0374895A2 (de) | Verflüssiger für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage | |
WO2017059959A1 (de) | Lamelle für einen plattenwärmetauscher und verfahren zu deren herstellung | |
DE102007015530A1 (de) | Wärmeaustauscher | |
DE69814717T2 (de) | Wärmetauscher mit mehreren Wärmeaustauschteilen | |
DE2740396C3 (de) | Wärmeaustauscherrohr | |
DE19933913C2 (de) | Verdampfer einer Kraftfahrzeugklimaanlage | |
DE2740397C3 (de) | Wärmeaustauscherwand | |
DE102014210763A1 (de) | Verfahren zur Korrosionsschutzbehandlung der Außenfläche eines Wärmetauscherrohrs, das durch Aluminiumextrusion hergestellt wurde, und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers | |
DE69729836T2 (de) | Verdampfer | |
DE10054158A1 (de) | Mehrkammerrohr mit kreisförmigen Strömungskanälen | |
DE60126282T2 (de) | Adsorptionskältevorrichtung | |
DE102018217299A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers | |
DE3441074C2 (de) | ||
DE3319395A1 (de) | Formstueck aus einem verbundwerkstoff und herstellungsverfahren hierzu | |
EP2699864B1 (de) | Kondensator | |
DE2318132A1 (de) | Querstromwaermeaustauscher | |
DE2013808A1 (de) | Zwangsdurchlauf Verdampfer einer Kompressionskalteanlage | |
DE10210016B4 (de) | Wärmeaustauschrohr mit berippter Innenoberfläche | |
DE2227747A1 (de) | Metallkoerper mit poroeser metallauflageschicht und verfahren zu seiner herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |