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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines doppelwandigen Wärmetauschrohres mit Leckdetektion,
wobei ein inneres Rohr in ein äußeres Rohr
geschoben wird, nachdem eine Oberflächenprofilierung an wenigstens
der Außenoberfläche des
Innenrohres oder der Innenoberfläche
des Außenrohres
durchgeführt
wurde und nachdem das Innen- und Außenrohr ineinander geschoben
wurden, das Innenrohr so aufgeweitet wird, daß die Außenoberfläche des Innenrohres in einem
engen Kontakt mit der Innenoberfläche des Außenrohres steht und die Oberflächenprofilierung
wenigstens einen Leckdetektionskanal zwischen den zwei Rohren ausbildet.
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Ein derartiges Verfahren ist aus
DE-A-30 0 665 bekannt. In diesem Verfahren wird eine Oberflächenprofilierung
an der Außenoberfläche des
Innenrohres in der Form einer Kerbung mit einer großen Vielzahl
spitzer, pyramidenförmiger
oder konusförmiger
Vorsprünge
erzeugt. Um eine zweckmäßige Wärmeübertragung
nach der Aufweitung des in das Außenrohr eingeschobenen Innenrohrs
zu erhalten, werden die Spitzen der verschiedenen Vorsprünge in die
Innenwand des Außenrohres
gedrückt.
Obwohl als eine Folge eines derartigen Einpressens die Größe der Kontaktoberfläche zwischen
den Innen- und Außenrohr
in der Größenordnung
einer unbearbeiteten Kontaktoberfläche liegt, kann die sich ergebende Wärmeübertragung
im Vergleich mit einem einteiligen Wärmetauschrohr ohne Leckdetektion
als enttäuschend
qualifiziert werden, da sich diese Wärmeübertragung außerdem verschlechtert,
wenn sich das Wärmetauschrohr
in längerem
Gebrauch befindet.
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Um eine verbesserte Wärmeübertragung
zu erhalten, wird daher in DE-C-3706408 vorgeschlagen, den Leckdetektionskanal
mit einem wärmeübertragenden
Fluid zu füllen.
Wie es aus dem Prüfprotokoll
ersichtlich ist, bleibt die Wärmeübertragung,
obwohl sie dadurch verbessert wird, deutlich unterhalb der eines
einteiligen Wärmetauschrohres
ohne Leckdetektion. Zusätzlich
muß dieses
Verbundwärmetauschrohr
spezielle Bedingungen erfüllen,
um die Leckdetektionsfunktion zu gewährleisten. Der Leckdetektionskanal
sollte als ein Kapillarspalt ausgelegt sein und das wärmeübertragende
Fluid sollte einen Siedepunkt über
der maximalen Betriebstemperatur des Wärmetauschrohres besitzen. Nur
dann fließt aufgrund
der Kapillarwirkung das Fluid normalerweise nicht aus den Leckdetektionskanal,
wird jedoch dann im Falle einer Leckage herausgedrückt und zeigt
somit das Vorhandensein eines Lecks an. Dieses ist nicht nur ein
kompliziertes System, welches besondere Anforderungen mit sich bringt,
sondern es ist darüber
hinaus noch darauf zu achten, ob die Aufweitung des wärmeübertragenden
Fluids, wenn es sich während
des Einsatzes des Wärmetauschrohres erwärmt, nicht
verwirrend ist, da es leicht zu der unkorrekten Annahme führt, daß eine Leckage
vorliegt, da Fluid (aufgrund der Aufweitung) aus dem Kapillar-Leckdetektionskanal
gedrückt
wird.
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Ferner offenbart GB-A-822.705 ein
aus drei Teilen, wie z.B. einem Außenrohr, einem Innenrohr und
einem zwischen diesen Rohren und sowohl mit dem Innenrohr als auch
dem Außenrohr
verlöteten wendelförmigen Streifen
bestehendes Wärmetauschrohr.
Dieser Aufbau wird erzeugt, indem zuerst die drei Teile ineinander
geschoben werden, wobei eine Schicht aus Lötmittel zwischen jeweils zwei
Teilen vorgesehen ist. Anschließend
wird das Innenrohr aufgeweitet oder das Außenrohr komprimiert, um eine
mechanische Verbindung der Anordnung des Außenrohrs des wendelförmigen Streifens
und des Innenrohrs auszubilden, wobei die mechanische Verbindung
durch eine gelötete
Verbindung ergänzt wird,
indem die Anordnung während
oder nach der Verformungsoperation einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Gegenüber
einer nicht-gelöteten Verbindung
hat diese verlötete
Verbindung den Vorteil, daß an
dem Übergang
zwischen dem Rohr und dem Streifen eine bessere, d.h. vollständigere
Verbindung realisiert werden kann. Andererseits ist jedoch durch die
Verwendung von drei Teilen die Konstruktion wesentlich komplizierter;
die Teile können,
wenn sie ineinander geschoben sind, im Bezug zueinander weniger
genau aufgrund des Vorhandenseins eines wendelförmigen und somit flexiblen
Streifens positioniert werden, was zu einem Leckdetektionskanal
mit einem unregelmäßigen Querschnitt
entlang dessen Verlauf führt;
die Verformung von einem der Rohre muß durch das Zwischenschalten
des wendelförmigen
flexiblen getrennten Streifens bewirkt werden, was zu einer mechanischen
Verbindung führt,
welche weniger kontrolliert und definiert ist; und nicht zuletzt liegen
zwei durch das Lötmittel
ausgebildete Übergangsbereiche
vor, was nachteilig die Wärmeübertragung
beeinträchtigt,
da ein Lötmittel
wie beispielsweise Zinn immer einen niedrigeren Wärmeübertragungskoeffizienten
als die Materialien, wie z.B. das Kupfer der zu verbindenden Teile
besitzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
in der Steigerung der Wärmeübertragung
auf einen Wert gleich oder im wesentlichen gleich dem eines einteiligen
Wärmetauschrohres,
während
gleichzeitig der Leckdetektionskanal frei von Füllmedien bleibt und somit seine
Funktion direkt, genau und zuverlässig erfüllt.
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Erfindungsgemäß wird dieses in einem in dem
Oberbegriff beschriebenen Verfahren erreicht, wenn
- – vor
dem Ineinanderschieben der Innen- und Außenrohre wenigstens die Außenoberfläche des
Innenrohres oder die Innenoberfläche
des Außenrohres
mit einer Schicht aus Lötmaterial,
wie z.B. Zinn versehen wird;
- – die
Aufweitung des Innenrohres so bewirkt wird, daß auch das Außenrohr
aufgeweitet wird; und
- – die
Schicht des Lötmaterial
zwischen dem Innen- und Außenrohr
zum Schmelzen gebracht wird;
wobei die Aufweitung des
Außenrohres
so bewirkt wird, daß die
Lötschicht
zum größten Teil
zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr in den wenigstens einen
Leckdetektionskanal gedrückt
wird.
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Aufgrund dieser Merkmale wird ein
optimaler Kontakt zwischen dem Innen- und dem Außenrohr erzeugt und bleibt
während
des Einsatzes des Wärmetauschrohres
beibehalten.
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Durch die Aufweitung des Außenrohres
mittels des Innenrohres wird der Effekt erzielt, daß bei einem
Schrumpfen des Innenrohres aufgrund einer Verringerung der Temperatur
des dadurch hindurch geführten
Wärmetauschermediums
das Außenrohr durch
elastische Rückbildung
immer dem Innenrohr zu folgen versucht, so daß der enge Kontakt zwischen
dem Innen- und Außenrohr
immer aufrecht erhalten bleibt.
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Die Erzielung und Aufrechterhaltung
dieses engen Kontaktes wird auch durch das Verlöten des Innenrohrs und des
Außenrohrs
miteinander bewirkt und unterstützt.
Ausgedehnte Tests haben beispielsweise in dem Falle eines Kupfer/Kupfer-Kontaktes ohne Verbindungsschicht
gezeigt, daß die
Wärmeübertragung
im starken Maße
von der Art der aneinandergrenzenden Kupferoberflächen, dem
Kontaktgrad (Lufteinschluß)
und dem Druck an der Anlagestelle abhängt. Die Wärmeübertragung kann erheblich im Verlauf
der Zeit abnehmen. Es wird angenommen, daß der Grund dafür die Oxidation
der aneinandergrenzenden Oberflächenschichten,
teilweise als ein Ergebnis der Relativbewegungen der Oberflächen durch
die Temperaturveränderung
während
des Einsatzes des Wärmetauschrohres
ist. Durch Verbinden der Kontaktoberflächen mit einer Schicht eines
Lötmittels,
beispielsweise Zinn, hat sich herausgestellt, daß der vorgenannte Effekt der
Verringerung der Wärmeübertragung
im Verlauf der Zeit keinesfalls mehr auftritt.
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Zinn besitzt einen niedrigeren Wärmeübertragungskoeffizienten
als Kupfer. Es hat daher den Anschein, daß die Erzeugung einer Schicht
aus Zinn zwischen zwei aneinander grenzenden Kupferoberflächen eine
nachteilige Auswirkung auf die Wärmeübertragung
hat. Wenn das Verfahren der Erfindung verwendet wird, wird jedoch
ein Wärmetauschrohr mit
einer Wärmeübertragung
erzielt, welche sich kaum, wenn überhaupt,
meßbar
von der eines einteiligen Kupferrohres unterscheidet. Dieser überraschende
Effekt scheint das Ergebnis des durch die Aufweitung der Anordnung
dieser Rohre erzeugten Druckes zwischen dem Innen- und Außenrohr
zu sein. Dieser Druck ist so, daß bei dem Schmelzen der Zinnschicht
das gesamte überschüssige Zinn
in den Leckdetektionskanal gedrückt
wird, was nur einen sehr dünnen
Zinnfilm hinterläßt, welcher
darüber
hinaus mit den angrenzenden Kupferoberflächen verschmolzen ist. Auf
diese Weise wird der Kupfer/Kupfer-Kontakt mit dem (verbindenden und füllenden) Zinn
optimal aufrecht erhalten, vorausgesetzt, daß keine wechselseitige Lösung aufgrund
einer Relativverschiebung erfolgt und somit keine Oxidation mit dem
Ergebnis stattfinden kann, daß die
optimale Wärmeübertragung
unvermindert auch im zeitlichen Verlauf während des Einsatzes des Wärmetauschrohres
aufrecht erhalten bleibt.
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Dieser Effekt ist teilweise das Ergebnis
der Verwendung von nur zwei Rohren, welche ineinander geschoben
werden, und welche jedes alleine relativ starr sind. Wenn durch
die Aufweitung des Innenrohrs das Außenrohr aufgeweitet wird, wird
ein so hoher Oberflächendruck
auf dem Kontaktbereich zwischen diesen Rohren erzeugt, daß während der
Erwärmung
der Anordnung die zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr vorhandene
Schicht des Lötzinns
vollständig
herausgedrückt
wird, so daß sich
der bereits erwähnte
Kupfer/Kupfer-Kontakt ergibt. Wenn die Anordnung aus drei oder mehr
Teilen besteht, ist während
der Aufweitung des ersten Teils der Oberflächendruck zwischen dem zweiten
und dem dritten Teil aufgrund des "losen" zweiten Teils kleiner, da sich dieses
Teil sicherlich, weil es zusätzlich
eine wendelförmige
Konstruktion aufweist, sich auch in axialer Richtung verformen kann.
Teilweise deshalb, weil der Übergang
wie hierin vorstehend beobachtet, weniger genau bestimmt werden
kann, kann dieses dazu führen,
daß die
Schicht des Lötmittels
unzureichend, wenn überhaupt,
herausgedrückt wird,
und somit zu einer verringerten Wärmeübertragung führen. Da
die Wärmeübertragung
von dem schwächsten
Glied in der Kette abhängt,
ist, wenn die Wärmeübertragung
zwischen dem zweiten und dem dritten Teil kleiner ist, die Wärmeübertragung
der gesamten Konstruktion niedriger, als die mögliche Wärmeübertragung zwischen dem ersten
und dem zweiten Teil. Somit hat für die vorstehende Aufgabe eine zweiteilige
Konstruktion die entscheidenden Vorteile einer genauen Reproduzierbarkeit,
einer stetig optimalen Wärmeübertragung,
welche wie vorstehend festgestellt, sich nicht meßbar von
der eines einteiligen Wärmetauschrohres
unterscheidet, und eine einfache Herstellung.
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Damit das Außenrohr optimal dem Innenrohr folgen
kann, wenn dieses kälter
wird, wird gemäß einer
weiteren Ausführungsform
bevorzugt, das Innenrohr aus einem weicheren Material als das Außenrohr
herzustellen. Aufgrund dieses Merkmals ist die elastische Rückstellkraft
in dem härteren
Außenrohr größer als
in dem weicheren Innenrohr, so daß das Außenrohr in jedem Falle stärker dazu
neigt, sich zurückzustellen
als das Innenrohr und der enge Anlagekontakt zwischen dem Innen-
und Außenrohr
in jedem Falle optimal ausgebildet und aufrechterhalten wird und
auch das Herausdrücken
der geschmolzenen Lötmittelschicht
in dem erwünschten
Maße immer
noch besser garantiert ist.
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Die Oberflächenprofilierung zur Ausbildung des
Leckdetektionskanals kann in vielen Arten durchgeführt werden.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird jedoch bevorzugt, daß die Oberflächenprofilierung
so ausgeführt wird,
daß sie
an der entsprechenden Oberfläche
des entsprechenden Rohres gemessen, wenigstens 50 % dieser Oberfläche belegt.
Umfangreiche Testmessungen haben gezeigt, daß dann ein doppelwandiges Wärmetauschrohr
realisiert werden kann, welches optimale Leckdetektionseigenschaften
und eine Wärmeübertragung
besitzt, welche sich kaum, wenn überhaupt,
meßbar
von dem eines einteiligen Rohres unterscheidet.
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Gemäß dem für die Niederlande zutreffenden, äußerst strengen
Regierungsauflagen muß der Leckdetektionskanal
so angeordnet sein, daß,
wenn ein Durchtrittsloch mit einem Durchmesser von 2 mm in das Wärmetauschrohr
in einem kritischen Teil davon gebohrt wird, und ein Wasserdruck
von 50 kPa auf beide Seiten des Rohres ausgeübt wird, ein aus dem Leckdetektionskanal
ausströmendes
Leckagefluid innerhalb 300 s detektiert werden muß. Diese Anforderung
kann mit einem Wärmetauschrohr
gemäß der Erfindung
erfüllt
werden, und dieses ohne Verlust an Wärmeübertragung im Vergleich zu
einem einteiligen Wärmetauschrohr,
wenn gemäß einer weiteren
Ausführungsform
die Oberflächenprofilierung
in der Form einer wendelförmigen Nut
mit einer Breite von etwa 2 mm und einer Steigung von etwa 4 mm
vorgesehen wird.
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Die Erwärmung der Anordnung des Außenrohres
und des Innenrohres zum Schmelzen der Lötmittelschicht kann vorteilhaft
durch weitere Wärmebehandlungen
bewirkt werden, welche an dem Wärmetauschrohr
durchzuführen
sind, beispielsweise während
der Erwärmung
zum Anlöten
von lammellenförmigen
Elementen an wenigstens der Außenoberfläche des
Außenrohres
oder der Innenoberfläche des
Innenrohres, wie z.B. einer wendelförmig um das Rohr gewickelten
Drahtspirale.
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Eine Schicht des Lötmittels
kann auf dem Innen- oder Außenrohr
oder auf beiden unabhängig von
dem Vorhandensein und dem Zeitpunkt der Erzeugung einer Oberflächenprofilierung
zur Ausbildung des Leckdetektionskanals erzeugt werden. Gemäß der Erfindung
wird jedoch bevorzugt, daß,
wenn die Außenoberfläche des
Innenrohres mit einer Schicht aus Lötmaterial beschichtet wird,
eine Oberflächenprofilierung
in der Form wenigstens einer sich wendelförmig erstreckenden Nut nachträglich darin erzeugt
wird. Wenn bevorzugt wird, eine Oberflächenprofilierung in der Innenoberfläche des
Außenrohres
beispielsweise durch Extrusion zu erzeugen, wird beispielsweise
die Außenoberfläche des
Innenrohres mit einer Schicht des Lötmittelmaterials und die Innenoberfläche des
Außenrohres
mit einer Oberflächenprofilierung
in der Form sich in Längsrichtung
erstreckenden Nuten versehen.
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Abhängig von der beabsichtigten
Anwendung kann es vorteilhaft sein, spezielle Aufmerksamkeit auf
die Enden des Wärmetauschrohres
zu richten, um ein von einem Ende aus beginnendes Lösen der
zwei Rohre zu verhindern. In diesem Falle wird vorgeschlagen, daß ein Silberlot
an jedem Ende der Anordnung des Innen- und Außenrohres an der Nahtstelle
zwischen dem Innen- und Außenrohr
vorgesehen wird.
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Alternativ oder zusätzlich dazu
ist es ferner möglich,
daß an
wenigstens einem von den Enden der Anordnung des Innen- und Außenrohres
wenigstens die Innenoberfläche
des Innenrohres oder die Außenoberfläche des
Außenrohres
mit einer isolierenden Beschichtung aus Lack versehen wird. Auf diese
Weise wird das fragliche Ende vor übermäßig großen Wärmeschocks bei einem plötzlichen
Wechsel der Temperatur des dadurch durchgeführten Wärmetauschermediums bewahrt,
wie es beispielsweise in Zentralheizungsinstallationen vorkommen
kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Wärmetauschrohr
mit Leckdetektion, welche eine Anordnung aufweist, welche aus einem
Außenrohr
und einem Innenrohr in engen anliegenden Kontakt damit betrifft, und
wenigstens einen Leckdetektionskanal, welcher sich dazwischen in
der und angrenzend an die Grenzfläche zwischen dem Innen- und
Außenrohr
erstreckt, wie es beispielsweise aus DE-A-30 006 65 bekannt ist.
Um eine optimale Wärmeübertragung
in einem solchen Wärmetauschrohr
zu realisieren und auch diese optimale Wärmeübertragung im Verlauf der Zeit
während
des Einsatzes zu erhalten, wird es gemäß dieser Erfindung vorgeschlagen,
daß an
der Stelle des Kontaktes zwischen dem Innen- und Außenrohr
eine filmdünne
Schicht aus Lötmaterial,
wie z.B. Zinn, vorhanden ist, welche sowohl mit dem Innenrohr, als
auch dem Außenrohr
durch Schmelzung verbunden ist, wobei das Innenrohr und das Außenrohr
aneinander unter Vorspannung anliegen, so daß die filmdünne Schicht, so wie es war,
lokal porös
unterbrochen sein kann.
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Um den Leckdetektionskanal optimal
zugänglich
und betriebsfähig
zu machen, ohne wesentlich die Enden des Wärmetauschrohres zu beeinträchtigen,
wird gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgeschlagen, daß angrenzend an
das Ende der Anordnung des Innen- und Außenrohres eine Durchtrittsöffnung in
dem Außenrohr
vorgesehen wird, wobei die Durchtrittsöffnung in Verbindung mit dem
oder jedem Leckdetektionskanal steht, welcher in der Anordnung vorgesehen
ist.
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Ferner ist ein Schutz der Enden gegenüber Wärmeschocks
möglich,
wenn an wenigstens einem von den Enden der Anordnung des Innen-
und Außenrohres
wenigstens die Innenoberfläche
des Innenrohres oder die Außenoberfläche des
Außenrohres
mit einer isolierenden Schicht aus Lack versehen wird. Wenn zur
Erhöhung
der Wärmeübertragungskapazität lamellenförmige Elemente,
wie z.B. eine wendelförmig
auf Rohr gewickelte Drahtspirale wenigstens mit der Außenoberfläche des
Außenrohres oder
der Innenoberfläche
des Innenrohres verlötet wird,
kann bevorzugt werden, diese lamellenförmigen Elemente entlang der
Lackbeschichtung wegzulassen.
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Unter Bezugnahme auf exemplarische
in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen werden das Verfahren
und das dadurch zu erzielende erfindungsgemäße Wärmetauschrohr nun weiter lediglich
im Rahmen eines Beispiels diskutiert. In den Zeichnungen stellen
dar:
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1 im
Aufriß eine
erste Anordnung eines Innenrohres und eines Außenrohres, teilweise ineinander
geschoben, wobei ein Teil des Innenrohres weggeschnitten ist;
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2 einen
Querschnitt entlang der Linie II-II in 1;
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3 einen 2 entsprechenden Querschnitt
eines fertiggestellten Wärmetauschrohres;
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4 im
Aufriß eine
zweite Anordnung eines Innenrohres und eines Außenrohres, teilweise ineinander
geschoben, wobei ein Teil des Innenrohres und des Außenrohres
weggeschnitten sind;
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5 eine
Hälfte
eines Querschnittes entlang der Linie V-V in 4; und
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6 eine
dritte Variante des Wärmetauschrohres.
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1 stellt
ein teilweise in einem Außenrohr 2 eingeschobenes
Innenrohr 1 dar. Das Innenrohr 1 wird aus einem
glatten Kupferrohr hergestellt, dessen Außenoberfläche zuerst mit einer dünnen Schicht
aus Zinn 3 versehen wurde, worauf vier regelmäßig beabstandete
wendelförmig
sich erstreckende Nuten 4 in der zinnbeschichteten Oberfläche erzeugt
wurden. Das Außenrohr 2 besteht
aus einem glatten Kupferrohr mit einem Innendurchmesser etwas größer als
der Außendurchmesser
der Zinnschicht des Innenrohres 1.
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Nachdem das Innenrohr 1 vollständig in
das Außenrohr 2 geschoben
ist, wird die so erhaltene Anordnung einer Verformungsoperation
unterworfen, wodurch das Innenrohr 1, falls gewünscht in
mehr als nur einem Schritt, unter Verwendung eines Ziehdorns so
aufgeweitet und plastisch verformt wird, daß die Zinnschicht dazu übergeht,
dicht an der Innenoberfläche
des Außenrohres
anzuliegen. Um dieses Anliegen auch bei einem Schrumpfen des Innenrohres 1 aufgrund
eines Temperaturabfalls sicherzustellen, wird die Aufweitung des
Innenrohres 1 fortgesetzt, bis das Außenrohr 2 ebenso in
einer solchen Weise aufgeweitet wird, daß eine elastische Vorspannung
in dem Außenrohr 2 erzeugt
wird, welche sicherstellt, daß das
Außenrohr 2 dem
Innenrohr 1 bei einer Schrumpfung folgt.
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Nach dieser Aufweitungsoperation
wird die Anordnung auf eine solche Temperatur erwärmt, daß die Zinnschicht 3 zu
schmelzen beginnt. Teilweise aufgrund der elastischen Vorspannung
in dem Außenrohr 2 beginnt
das geschmolzene Zinn zu fließen und
dadurch einerseits mit dem Kupfer auf den zwei aneinandergrenzenden
Rohroberflächen
zu verschmelzen und andererseits aus dem Zwischenraum zwischen diesen
zwei Kupferoberflächen
in den Nuten 4 herausgedrückt zu werden. Somit sind nach
der Wärmebehandlung
die zwei Kupferoberflächen
dahingehend miteinander verlötet,
daß das
Zinn die zwei Kupferoberflächen
in einer solchen Weise gefüllt
und ergänzt
hat, daß sie
tatsächlich
ohne irgendeine Unterbrechung vereint sind. Demzufolge hat sich,
obwohl die zwei Kupferoberflächen
miteinander durch eine Zinnschicht verbunden sind, diese Zinnschicht
gleichzeitig durch die Vorspannung in dem Außenrohr auf einen extrem dünnen, porösen Film
reduziert. Dieses wiederum hat zur Folge, daß trotz des Umstandes das das
Zinn einen niedrigeren Wärmeübertragungskoeffizienten
als Kupfer besitzt, die Wärmeübertragung
durch die Anordnung der Rohre kaum, wenn überhaupt, meßbar geringer
als die eines vergleichbaren festen Kupferrohres ist, selbst wenn
die Oberfläche
der Nut so groß wie
die des restlichen Stegs ist.
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Die Verbindung der zwei Oberflächen mittels des
Zinns miteinander hat unter anderem zur Folge, daß während Wärmebewegungen,
Schrumpfung oder Aufweitung, keine Verschiebungen zwischen den beiden
Oberflächen
auftreten.
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Dieses und der Umstand, daß durch
Auffüllen
sämtlicher
kleiner Unregelmäßigkeiten
zwischen den zwei Oberflächen
mit Zinn und durch Herausdrücken
des überschüssigen Zinns
in die Nuten alle Lufteinschlüsse
entfernt werden, verhindert eine Oxidbildung an den Kupferkontaktflächen und
insbesondere eine langsam einwärts
fortschreitende Oxidation der Kupferoberflächen an beiden Enden (Ablösung durch den
Kerbeffekt). Da Oxidbildung eine stark nachteilige Auswirkung auf
die Wärmeübertragung
hat, besteht das, was somit auch erzielt wird, darin, daß die einwandfreie
Wärmeübertragung
des erfindungsgemäßen Verbundwärmetauschrohres,
welche wie festgestellt mit dem eines festen Kupferrohres vergleichbar ist,
auch im Zeitverlauf während
der Nutzung erhalten bleibt.
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2 stellt
die Anordnung des Innenrohres 1 und des Außenrohres 2 vor
der Aufweitungsoperation dar; 3 stellt
diese Anordnung nach Abschluß der
Wärmebehandlung
in fertiggestellten Zustand dar. Dieses wird in 3 dadurch ausgedrückt, daß diese nicht mehr die Zinnschicht
zeigt, die auf einen extrem dünnen,
wenn nicht porösen
Film reduziert ist, sondern das überschüssige Zinn
zeigt, das in die Nuten 4 als verfestigte Tropfen 3' gedrückt ist.
In 3 wird ferner dargestellt,
daß die
Rohre im Bezug auf die Situation von 2 aufgeweitet
wurden, d.h., alle Durchmesser der Rohre wurden vergrößert, während außerdem der
Außendurchmesser
des Innenrohres 1 gleich dem Innendurchmesser des Außenrohres 2 wurde.
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Es sei angemerkt, daß die verschiedenen Abmessungen
nicht in wahrem Maßstab
dargestellt sind, insbesondere die Schicht des Zinns 3.
Hierin nachstehend wird ausschließlich im Rahmen eines Beispiels
dargestellt, wie ein Verbundwärmetauschrohr
mit einem Außendurchmesser
von 28,3 mm und einem Innendurchmesser von 23 mm erhalten werden
kann.
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Der Ausgangspunkt ist ein Innenrohr
aus halbhartem Kupfer mit einem Außendurchmesser von 25 mm und
einem Innendurchmesser von 22 mm und ein Außenrohr aus hartem Kupfer mit
einem Außendurchmesser
von 28 mm und einem Innendurchmesser von 25,6 mm. Nachdem die Rohre
ineinander eingeführt
und in zwei Schritten aufgeweitet wurden, wird ein wie ein einteiliges
Wärmetauschrohr
funktionierendes Verbundwärmetauschrohr
erhalten, welches einen Außenseitendurchmesser
von 28,3 mm und einen Innenseitendurchmesser von 23 mm besitzt,
wobei der Übergang
(Dünnfilm)
zwischen den Innen- und Außenrohren
bei einem Durchmesser von 26 mm angeordnet ist. Die gesamte beteiligte
Wanddicke hat sich von 2,67 mm auf 2,65 mm verringert. Dieses ist
ein Ergebnis der Kaltverformung (Aufweitung), wodurch das Verbundrohr
etwas länger
wird. Die erwähnten
Meßwerte
wurden ausgewählt,
nachdem sich durch Tests herausgestellt hatte, daß bei einem
solchen Grad an Aufweitung die elastische Rückstellung des Außenrohres
ausreicht, um das Außenrohr
einer plötzlichen
Schrumpfung des Innenrohres aufgrund eines Temperaturschocks von 100°C auf 10°C folgen
zu lassen, ohne selbst eine Verringerung in der Temperatur zu erfordern.
Die Auswahl des Materials (halbhartes Kupfer für das Innenrohr und hartes
Kupfer für
das Außenrohr)
begünstigt
den gewünschten
elastischen Rückstelleffekt,
da sich weicheres Material weniger als härteres Material zurückstellt.
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In der exemplarischen Ausführungsform
gemäß 4 und 5 wurde ein Kupferinnenrohr 11,
versehen mit einer Zinnschicht 13, in ein Außenrohr 12 eingeführt, dessen
Innenoberfläche
beispielsweise 15 durch Extrusion erhaltene Nuten 14 aufweist,
welche sich in Längsrichtung
des Rohrs erstrecken. Die Situation, in welcher die zwei Rohre dargestellt
sind, ist identisch mit der von 1,
d.h., nachdem die Rohre vollständig
ineinander geschoben wurden, findet die Aufweitung in dem vorstehend
beschriebenen Umfang statt, wonach durch eine Wärmebehandlung die Zinnschicht 13 zum
Schmelzen veranlaßt
wird, wodurch das überschüssige Zinn
an der Stelle der Längsstege
auf der Außenoberfläche des
Innenrohres 11, wie hierin vorstehend beschrieben zur Ausbildung
einer Restfüllung
und eines Verbindungsfilmes aus Zinn in die Längsnuten 14 herausgedrückt wird, welche
einen Leckdetektionskanal bilden, um somit ein Verbundwärmetauschrohr
mit einer Wärmedetektionsfunktion
als ein einteiliges Wärmetauschrohr und
mit einer Konfiguration vergleichbar mit der von 3 zu erhalten.
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6 stellt
ein Wärmetauschrohr
dar, das ein Innenrohr 21 und ein Außenrohr 22 aufweist,
welche eng aneinanderliegen und durch einen dünnen Zinnfilm verbunden sind,
alles wie in der hierin vorstehend beschriebenen Weise. An dem Übergang zwischen
den zwei Rohren 21 und 22 wurde nur eine wendelförmige Nut 24 in
der Außenoberfläche des
Innenrohres 21 vorgesehen, welche einen Leckdetektionskanal
ausbildet. Ein derartiger Leckdetektionskanal ist in Situationen
vorgeschrieben, in welchen das Wärme
abgebende Medium niemals mit dem Wärme absorbierenden Medium in
Kontakt kommen darf. Wenn ein Riß in dem Innen- oder Außenrohr
entsteht, endet das dadurch austretende Medium in dem Leckdetektionskanal.
Um das Vorhandensein von Fluid in dem Leckdetektionskanal feststellen
zu können,
sollte dieses wahrnehmbar sein. Aus diesem Grunde wurde eine Öffnung 25 in
dem Außenrohr 22 vorgesehen,
welche in einem offenen Kontakt mit dem Leckdetektionskanal steht.
Die Öffnung 25 kann in
Verbindung mit einer Leckdetektionseinrichtung stehen, welche das
Medium, welches ausgetreten ist, oder eine Veränderung im Druck detektiert.
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Es wurde bereits erwähnt, daß das Ablösen des
Verbundwärmetauschrohres
extrem nachteilig für
die Wärmeübertragung
ist und wie ein derartiges Ablösen
in dem vorliegenden Wärmetauschrohren verhindert
wird. Ein weiterer diesbezüglicher
Schutz kann durch das Vorsehen einer Silberverschweißung 26 (siehe 6) an dem Übergang
zwischen dem Innenrohr 21 und dem Außenrohr 22 zumindest
an den Enden des Verbundwärmetauschrohres
bereitgestellt werden. Zusätzlich
zu oder anstelle dieser Verstärkung
kann auch vorgesehen werden, daß das fragliche
Ende weniger Wärmeschocks
durch das Vorsehen einer isolierenden Lackschicht 27 ausgesetzt
wird (siehe 6).
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Zur Erhöhung der Wärmeübertragung können Lamellen
oder Rippen auf der Außenoberfläche des
Außenrohres 22 oder
der Innenoberfläche
des Innenrohres 21 vorgesehen werden. Derartige Lamellen
oder Rippen können
mittels Extrusion erzeugt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Vorsehen
eines wendelförmig
gewickelten Drahtes 28 (beispielsweise mit einem trapezartigen
Wicklungsprofil; siehe 6),
welcher anschließend
wendelförmig
um das Außenrohr 22 gewickelt
wird. Die Verbindung eines derartigen Drahtes mit einem Rohr wird durch
Lötung
bewirkt. Diese Wärmebehandlung
kann gleichzeitig zum Schmelzen der Zinnschicht zwischen dem Innenrohr
und dem Außenrohr
dienen, um ein Verbundwärmetauschrohr
zu erhalten, welches wie vorstehend beschrieben wie ein einteiliges Rohr
funktioniert.
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In der Ausführungsform gemäß 6 ist das Innenrohr in gleicher
Weise mit lamellenförmigen Elementen
wiederum in der Form eines wendelförmig gewickelten Drahtes 29 versehen,
welcher wendelförmig
um ein Trägerrohr
gewickelt und daran befestigt ist, das konzentrisch in das Innenrohr 21 eingesetzt
ist. Falls gewünscht,
kann die Innenoberfläche
des Innenrohres 21 mit Zinn beschichtet sein, so daß während der
vorstehend angeführten
Wärmebehandlung
die Enden des gewickelten Drahtes 29 entfernt von dem Trägerrohr 30 an
der Innenoberfläche des
Innenrohres 21 befestigt werden.
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Es dürfte sich verstehen, daß innerhalb
des Rahmens der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt ist, wesentlich
mehr Modifikationen und Varianten möglich sind. Somit werden zum
Erzeugen eines Leckdetektionskanals in den vorstehend beschriebenen
exemplarischen Ausführungsformen
Nuten in der Innenoberfläche
des Außenrohres
oder auf der Außenoberfläche des
Innenrohres erzeugt. Natürlich
können
Nuten auch in beiden Oberflächen
erzeugt werden oder die verschiedenen Nuten können durch weitere Nuten miteinander verbunden
werden, was eine mehr oder weniger gerändelte Oberfläche ergibt.
Ferner sind Kupfer und Zinn als anwendbare Materialien angeführt; dieses schließt jedoch
nicht die Verwendung anderer Materialien aus. Ferner ist es unter
bestimmten Umständen
möglich,
die Wärmebehandlung
für das
Schmelzen und teilweise Herausdrücken
der Zinnschicht wegzulassen, wenn beispielsweise die Aufweitung von
einer Wärmeentwicklung
in der Weise begleitet wird, daß das
Lötmaterial
bereits während
der Aufweitung schmilzt.