DE7427097U - Rohr für Wärmeaustauscher für flüssige Medien - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTk '. ' ■ DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT r^ DR.-ING. P. H. OIDTMANN J)

NR. 282/26229 «sbochum, ^8l1"¹⁹⁷⁶ XZ/H

PoatachtieBfach 24S0

Ihr Zeichen Fernruf OS3 21/1 4O61

BergstraQe 1B9 Telegr.: Stuhlmannpatent

R. & G. Schmöle Metallwerke, 5750 Menden/Sauerland Rohr für Wärmeaustauscher für flüssige Medien

Die Neuerung betrifft ein Rohr für Wärmeaustauscher für flüssige Medien, das sowohl in Rohr- und Zwischenboden zu lagernde zylindrische Abschnitte als auch eine Vielzahl relativ großer, in Längs-und Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnete muldenartige Einpressungen aufweist.

Ein Wärmeaustauscherrohr mit den in Längs- und Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordneten muldenartigen Einpressungen ist an sich bekannt; es wurde in Verbindung mit einem durch Ölbrenner beheizten Boiler der Brennkammer
nachgeschaltet und an der Innenseite durch die Brenngase aufgeheizt. Die Einpressungen waren in geringem Maße elliptisch, und zwar nahezu kreisförmig, ausgebildet. Die Einpressungen
wurden einer Drall- bzw. Schraubenlinie folgend in der Rohrwandung vorgesehen. Die in Rohrlängsrichtung aufeinanderfolgenden Einpressungen waren zwar um etwa 90° seitenversetzt, jedoch überschnitten sie sich in Rohrlängsrichtung auf etwa
ihrer halben Länge. Ein Rohr dieser Art eignet sich nicht für Wärmeaustauscher mit einer größeren Zahl parallel zu den Rohrböden gerichteten Zwischenboden. Auch ist die Fertigung eines solchen Rohres mit den dicht beieinander liegenden, schraubenförmig versetzten Einpressungen schwierig, weil unerwünschte
Rohrdeformierungen auftreten, deren Beseitigung sehr aufwendig ist.

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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rohr gemäß der vorausgesetzten Gattung zu verbessern, und zwar insbesondere mit Bezug auf die Verwendung bei Wärmeaustauschern, bei welchen flüssige Medien innen- und außenseitig der Rohre geführt werden und letztere an mehreren Längenabschnitten in Zwischenböden oder Umlenkblechen zu lagern sind, welche den Wärmeaustauscher in mehrere querdurchströmte Kammern unterteilen. Mit Hilfe des neuen Rohres sol], ferner ein mit Bezug auf die vorbestimmte Leistung relativ klein bemessenes Wärmeaustauschgerät geschaffen werden. Das Rohr soll außerdem ähnlich wie glatte Rohre weitestgehend wirtschaftlich, d.h. billig, hergestellt werden können.

Das Rohr für Wärmeaustauscher kennzeichnet sich gemäß der Neuerung durch folgende Merkmale:

a) Es sind fortlaufend Rohrabschnitte, die zwei ihrer Länge entsprechende, diametral gegenüberliegend angeordnete, in Rohrachse langgestreckte Einpressungen besitzen, und an sich kurze, vorzugsweise mindestens ebenso lang wie die Einpressun^en, jedoch innen und außen glatte zylindrische Rohrabschnitte in ganzer Rohrlänge im Wechsel hintereinander angeordnet;

b) in den stets durch nur einen zylindrischen Abschnitt voneinander distanzierten, mit Einpressungen versehenen Rohrabschnitten sind fortlaufend die längsgerichteten Einpressungspaare in Umfangsrichtung jeweils um etwa 90° versetzt.

Es werden nun mit den örtlich fixierten, relativ großen, beispielsweise doppelt so lang wie breit bemessenen, nicht zu dicht angeordneten Einpressungen innere und äußere Verwirbelungsbereiche geschaffen, die den Temperaturtausch zwischen den beiden Medien begünstigen. Im Innern des Rohres folgen drei verschiedene Querschnittsζonen in stetem Wechsel aufein-

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ander, wobei zwischen den zueinander um 90 versetzten Einpressuagspaaren ein zylindrischer Rohrabschnitt liegt. Die das Rohr passierende Flüssigkeit wird somit zur Ausführung von Schaukelbewegungen gezwungen, die den Wärmetausch begünstigen.

Ein besonderer Vorteil des Rohres gemäß der Neuerung, besteht darjn, daß es in der Form weitestgehend unkompliziert ist und sich wirtschaftlich herstellen läßt. Die axialen Einpressungen in der Rohrwandung entstehen in einem Fertigungsablauf, z.B. beim Kalibrieren des Rohres durch Eingliederung entsprechender Walzen bzw. Rollen. Die zylindrischen Abschnitte zwischen den Abschnitten mit den Einprcssungspaaren stabilisieren das Rohr und bagUnstigen somit das Ausformen exakter, langgestreckter, wesentlich langer als breit bemessener Einpressungen. Diese exakte Aueformung der Einpressungen wird ferner dadurch begünstigt, daß gleiche Einpressungen sich diametral gegenüber liegen, wodurch die Druckkräfte der Werkzeuge gleichzeitig gegeneinander gerichtet werden können, wobei sie das Rohr zwischen sich nehmen. Die zylindrischen Abschnitte des Rohres schaffen außerdem eine einfache Möglichkeit zur Lagerung des Rohres in einer entsprechend großen Anzahl von Zwischenböden oder Umlenkblechen, die der an sich bekannten Kammerbildung in Wärmetauschern dienen.

Die vorgenannten Merkmale des Rohres tragen in erheblichem Maße mit dazu bei, daß nunmehr für das Wärmeaustauschgerät relativ kleine Abmessungen gewählt werden können.

Gemäß der Neuerung ist ferner vorgesehen, daß die Einpressungen in der Länge jeweils etwa so groß wie der Rohrdurchmesser sind. Da sich jeder zylindrische Rohrabschnitt zur Lagerung in einer Zwischenwand des Wärmeaustauschers eignet, kann man somit im Wärmeaustauscher relativ flache Kammern erhalten, wobei sich innerhalb der Höhe jeder Kammer

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nur ein Einpressungspaar mit Teillängen der daran angrenzenden zylindrischen Rohrabschnitte befindet. Man kann allerdings in solchen Fällen, wo das durchfließende Medium infolge Zähflüssigkeit einen größeren Kammerquerschnitt wünschenswert erscheinen läßt, das Längenmaß des zylindrischen Rohrabschnittes beispielsweise bis auf den doppexten Rohrdurchmesser vergrößern. Die grundsätzliche Rohrform mit den jeweils aufeinanderfolgenden drei unterschiedlichen Zonen bleibt bestehen.

Es hat sich aufgrund von Versuchen als vorteilhaft erwiesen, daß die Einpressungen ein Verhältnis von Einpreßtiefe zum Rohraußendurchmesser von etwa 1:4 aufweisen, wobei die Einpreßtiefe gleichzeitig der Radius der Einpressung in der Rohrquerschnittsebene ist. Mit Bezug auf den Rohrdurchmesser ist hier sichergestellt, daß die Einpressungen eine Mindestgröße erhalten und daß ihre Breite stets wesentlich geringer ist als ihre Länge, die - wie vorstehend bereits ausgeführt - ebenfalls an den Rohraußendurchmesser angelehnt ist.

Vorgesehen ist,daß in jedem mit Einpressungen versehenen Rohrabschnitt der Strömungs- bzw. Durchflußquerschnitt um etwa 20 bis 40 % eingeengt ist. Wesentlich ist, daß zwischen den Einpressungspaaren keine Oberflächenverkleinerung eintritt.

Ein weiteres Merkmal der Neuerung besteht darin, daß die Einpressungen genau in Richtung der Rohrlängsachse längsgerichtet sind. Dies ist für die Fertigung solcher Rohre vorteilhaft. In manchen Fällen könnte es allerdings zweckmäßig sein, den Einpressungen eine geringe Schrägste]lung zur Rohrachse zu geben.

Die Neuerung ist ferner auf einen Wärmeaustauscher gerichtet, der insbesondere zur Erwärmung von Brauchwasser mittels Heißwasser dient. Der Wärmeaustauscher kennzeichnet sich

durch die Ausrüstung des Behälters mit einer Anzahl zueinander parallelgerichteter Rohre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, wobei die innen und außen glatten Rohrabschnitte eng eingepaßt in Zwischenböden oder Umlenkblechen gelagert sind. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß sich mit Hilfe dieses Rohres ein Wärmeaustauscher herstellen läßt, der bei hoher Leistung relativ klein bemessen sein kann.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Wärmeaustauscher veranschaulicht; ferner ist eine besondere Ausführungsform des Rohres gemäß der Neuerung dargestellt.

Pig. I zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen V'ärmeaustauscher,

Fig. 2 ist eine Draufsicht zu Fig. 1 ohne Umlenkbleche,

Fig. 3 zeigt einen Rohrabschnitt mit mehreren

muldenartigen Einpressungen im Maßstab 5:1,

Fig. 4 ist ein Querschnitt zu Fig. 3 im Maßstab 10:1.

Der Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 weist innerhalb des Behälters 1 ein sogenanntes Rohrbündel auf, das aus den parallel zueinander angeordneten Rohren 2 besteht. Die Rohre sind mit Seitenabstand voneinander endseitig in don Rohrböden 3 befestigt. Der zwischen den beiden Rohrboden 3 liegende Raum des Behälters oder Kessels 1 ist durch Umlenkbleche h in Kammern unterteilt, die von dem über einen Stutzen 5 zufließenden Brauchwasser quer zur Längsachse der Rohre 2 gerichtet nacheinander durchflossen werden, bevor der Austritt über einen zweiten Stutzen 5 erfolgt. Der Behälter 1 bzw. Kessel ist endseitig durch nicht dargestellte Deckel verschlossen, die Anschlußstutzen für den Zu- und Austritt des Heizwassers aufweisen. Das Heizwasser passiert die Rohre 2 in Längsrichtung. Im Regelfall wird das Heizwasser oben zugeführt und verläßt die Rohre 2 am unteren Ende. Das Brauch-

wasser wird über den unteren Stutzen 5 zugeleitet und verläßt den Kessel über den oberen Stutzen. Es kann auch ein anderes Durchströmungsschema vorgesehen werden.

Die Wandungen der Rohre 2 weisen in einer nachstehend beschriebenen Verteilung eine Vielzahl relativ großer, langgestreckter, muldenartiger Einpressungen 6 auf. Im Höhenbereich jeder Kammer des Kessels sind im gleichen Rohrabschnitt 6a bzw. 6b zwei sich diametral gegenüberliegende Einpressungen 6 vorgesehen. In den jeweils aufeinanderfolgenden Kammern des Kessels sind bei jedem Rohr die Einpressungen 6 zueinander in Umfangsrichtung um etwa 90° versetzt. Zwischen jeweils zwei mit Einpressungen 6 versehenen Rohrlängenabschnitten 6a, 6b ist ein relativ kurzer, z.B. etwa so lang wie der Rohrdurchmesaer bemessener, innen und außen glatter Rohrabschnitt 7 vorgesehen. Dieser glatte Rohrabschnitt dient auch zum engen Einpassen des Rohres in kreisförmige öffnungen der Umlenkbleche 4. Die Länge einer Einpressung 6 entspricht etwa dem Rohraußendurchmesser, z.B. der halben Höhe einer zwischen zwei Umlenkblechen 4 begrenzten Kammer des Kessels. Es können aber auch andere Abmessungsverhältnisse gewählt werden.

DLe bevorzugte Ausbildung der zur Anwendung kommenden Rohre 2 ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. In jedem mit Einpressungen versehenen Rohrabschnitt 6a, 6b sind nur zwei sich diametral gegenüberliegende axialgerichtete Einpressungen 6 vorgesehen. Wie schon gesagt, sind die zwei Einpressungen von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Rohrabschnitten 6a, 6b in Umfangsrichtung des Rohres um ein Bogenmaß von 90° versetzt. Es entstehen dadurch in Richtung der Längsachse gesehen jeweils durch einen insbesondere kurzen Rohrabschnitt 7 mit weitem, kreisförmigem Rohrquerschnitt 8 voneinander distanzierte, jedoch in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzte eingeschnürte Rohrquerschnitte 9. Das innerhalb der Rohre fließende Heizwasser wird stetig wechselnd beschleunigt und verzögert und

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gleichzeitig in Drallrichtung verwirbelt. Es entstehen Schaukelbewegungen, die die Bildung von Grenzschichten an den Innenflächen ausschließen. Das an der Außenseite die Rohre quer anströmende Brauchwasser wird mit Hilfe der großen Einpr-essungen 6 ebenfalls zusätzlich verwirbelt, so daß auch hier eine verbesserte Wärmeübertragung stattfindet.

Die sich gegenüberliegenden Einpressungen 6 sind durch mit Drucknocken versehene Kalibrierwalzen im Zuge der Rohrformung ohne die Notwendigkeit eines Innendornes eindrückbar. Benötigt werden zwei um 90° versetzt angeordnete Rollenpaare mit den der Größe der Einpressungen entsprechenden Drucknocken.

Rohre der beschriebenen Art eignen sich auch für Schwimmbadheizungen und Ölkühler sowie sonstige Wärmeaustauscher.

Als Werkstoff für die Rohre ist vorrangig Kupfer bsw. eine Kupferlegierung vorgesehen, jedoch soll in manchen Fällen auch nichtrostender Stahl oder eine entsprechende Stahllegierung benutzt werden.

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Claims (5)

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   DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-'I'NG. ¹R. DR.-ING. P. H. OIDTMANN

   AKTEN-NR. 282/26229 463BOCHUM. 8.1.1976 XZ/H

   Postschließfach 24- BO

   Ihr Zeichen Fernruf Ο334.Ί 4O 81

   Bergstraße 1ΒΘ Teiegr.i Stuhlmennpotent

   R. & G. Schmöle Metallwerke 5750 Menden/Sauerland

   Schutzansprüche;

   l.^Rohr für Wärmeaustauscher für flüssige Medien^ das sowohl in Rohr- und Zwischenböden zu lagernde zylindrische Abschnitte als auch eine Vielzahl relativ grciJer, in Längsund Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnete muldenartige Einpressungen aufweist,

   gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) es sind fortlaufend Rohrabschnitte, die zwei ihrer Länge entsprechende, diametral gegenüberliegend angeordnete, in Rohrachse langgestreckte Einpressungen besitzen und an sich kurze, vorzugsweise mindestens ebenso lang wie die Einpressungen, jedoch innen und außen glatte zylindrische Rohrabschnitte in ganzer Rohrlänge im Wechsel hintereinander angeordnet;

   b) in den stets durch nur einen zylindrischen Abschnitt (7) voneinander distanzierten, mit Einpressungen (6) versehenen Rohrabschnitten (6a, 6b) sind fortlaufend die längsgerichteten Einpressungspaare in Umfangsrichtung jeweils um etwa 90° versetzt.
2. 2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einpressungen (6) in der Läi.ge etwa so groß wie der Rohraußendurchtiesser sind.
3. 3. Rohr nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einpressungen (6) ein Verhältnis von Einpreßtiefe zum Rohraußei.durchmesser von etwa 1:4 aufweisen, wobei die Einpreßtiefe gleichzeitig der Radius der Einpressung in der Rohrquerschnittsebene ist.
4. 4. Rohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem mit Einpressungen (6) versehenen Rohrabschnitt (6a, 6b) der Strömungs- bzw. Durchflußquerschnitt um etwa 20 bis 40 % eingeengt ist.
5. 5. Rohr nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einpressungen (6) genau in Richtung der Rchrlängsachse längsgerichtet sind.