EP0094578A1 - Heat transfer tube - Google Patents

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EP0094578A1
EP0094578A1 EP83104516A EP83104516A EP0094578A1 EP 0094578 A1 EP0094578 A1 EP 0094578A1 EP 83104516 A EP83104516 A EP 83104516A EP 83104516 A EP83104516 A EP 83104516A EP 0094578 A1 EP0094578 A1 EP 0094578A1
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EP
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heat transfer
tube
transfer tube
chambers
longitudinal webs
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EP83104516A
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Edmund Dipl.-Ing. Schmid
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Wieland Werke AG
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Wieland Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer tube with integral ribs running on the outside in a helical line and with inner longitudinal webs, the tube wall and / or longitudinal webs each delimiting separate chambers running in the longitudinal direction of the tube.
  • Heat transfer tubes of the type mentioned, for example according to DE-AS 2.717.802 consist of an externally finned tube and an inner, star-shaped core insert.
  • the outer tube and the core insert are usually made of different metals.
  • the production of such pipes requires several separate operations: a smooth pipe and the core insert have to be produced, the core insert has to be inserted into the smooth pipe, and finally ribs have to be rolled out of the outer smooth pipe, the rolling process being controlled so that the longitudinal webs of the inner core insert more or less engage in the tube wall of the outer tube. Difficulties often arise here, since the connection - and thus the heat transfer - at the contact points is insufficient.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a heat transfer tube of the type mentioned which can be produced much more simply with improved heat transfer properties.
  • the object is achieved in that the tube wall and longitudinal webs consist of one piece.
  • Rectangular tubes with inner longitudinal chambers and outer longitudinal webs are known, for example, from US Pat. No. 3,202,212, from whose material fins are worked out and, remaining connected to them, bent away from them. On this basis, however, it is impossible to produce helical outer ribs on round cross-sectioned tubes; because just cutting out the rib material would lead to torn ribs.
  • the heat transfer tube consists of an aluminum alloy.
  • the minimum tube wall thickness D W is at least 1.5 mm or the minimum longitudinal web thickness D L is at least 0.5 mm.
  • the method for producing the heat transfer tube according to the invention is characterized by a combination of the extrusion known per se and the also known finned tube rolling * in such a way that an extruded tube is produced by extrusion and then fins are rolled out on the outer surface of the press tube in that the fin material is obtained by displacing material from the tube wall to the outside by means of a rolling process and the heat transfer tube is rotated by the rolling forces and is advanced according to the resulting fins.
  • the heat transfer tube 1 according to FIGS. 1 and 2 has helical ribs 2 on the outside.
  • the chambers 5 have a round cross section.
  • Ribs 2, tube wall 4 and longitudinal webs 3 consist of one piece, preferably of an aluminum alloy.
  • FIG. 3 schematically shows the production of a heat transfer tube 1.
  • a device cf. in particular FIG. 4
  • the tool holder 9 are each offset by 120 ° on the circumference of the tube 8.
  • the tool holder 9 are radially adjustable. They are in turn arranged in a stationary roller head (not shown).
  • the press tube 8 runs into the device in the direction of the arrow and is rotated by the driven rolling tools 10 arranged on the circumference, the axes of the rolling tools 10 being inclined to the tube axis.
  • the rolling tools 10 consist, in a manner known per se, of a plurality of rolling disks 11 arranged side by side, the diameter of which increases in the direction of the arrow. (Eight rolling disks 11 are indicated in FIG. 4.)
  • the centrally arranged rolling tools 10 form the helically surrounding ribs 2 from the tube wall 4 of the pressing tube 8 in a known manner.
  • the forming of the pressing tube 8 means that no separate rolling mandrel is required.
  • the heat transfer tubes 1 produced in this way showed good heat transfer wearing properties.
  • the tubes were exposed to the outside of the gas flame, water flowed in the chambers 5 as a medium. There were no signs of "hotspot cavitation".

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Abstract

The heat transfer tube (1) has integral ribs (2), extending like a helix on the exterior, and internal longitudinal webs (3), the tube wall (4) and/or longitudinal webs (3) in each case delimiting mutually separated chambers (5) extending in the longitudinal direction of the tube. In order to improve the heat transfer properties of the heat transfer tube and, at the same time, to simplify its production, according to the invention the tube wall and longitudinal webs consist of one piece. An aluminium alloy is preferably employed as material for the heat transfer tube (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr mit auf der Außenseite schraubenlinienförmig verlaufenden, integralen Rippen und mit inneren Längsstegen, wobei Rohrwandung und/oder Längsstege jeweils in Rohrlängsrichtung verlaufende, voneinander getrennte Kammern begrenzen.The invention relates to a heat transfer tube with integral ribs running on the outside in a helical line and with inner longitudinal webs, the tube wall and / or longitudinal webs each delimiting separate chambers running in the longitudinal direction of the tube.

Wärmeübertragungsrohre der genannten Art etwa nach der DE-AS 2.717.802 bestehen aus einem außenberippten Rohr und einem inneren, sternförmigen Kerneinsatzteil. Das äußere Rohr und das Kerneinsatzteil bestehen üblicherweise aus unterschiedlichen Metallen. Die Herstellung solcher Rohre erfordert mehrere, voneinander getrennte Arbeitsgänge: so müssen ein Glattrohr und das Kerneinsatzteil hergestellt werden, das Kerneinsatzteil ist in das Glattrohr einzuführen, und schließlich sind aus dem äußeren Glattrohr Rippen herauszuwalzen, wobei der Walzvorgang so zu steuern ist, daß die Längsstege des inneren Kerneinsatzteils mehr oder weniger in die Rohrwandung des äußeren Rohres eingreifen. Hierbei ergeben sich häufig Schwierigkeiten, da die Verbindung -und damit der Wärmeübergang - an den Kontaktstellen nur ungenügend ist.Heat transfer tubes of the type mentioned, for example according to DE-AS 2.717.802, consist of an externally finned tube and an inner, star-shaped core insert. The outer tube and the core insert are usually made of different metals. The production of such pipes requires several separate operations: a smooth pipe and the core insert have to be produced, the core insert has to be inserted into the smooth pipe, and finally ribs have to be rolled out of the outer smooth pipe, the rolling process being controlled so that the longitudinal webs of the inner core insert more or less engage in the tube wall of the outer tube. Difficulties often arise here, since the connection - and thus the heat transfer - at the contact points is insufficient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübertragungsrohr der genannten Art anzugeben, das sich bei zugleich verbesserten Wärmeübertragungseigenschaften wesentlich einfacher herstellen läßt.The invention is therefore based on the object of specifying a heat transfer tube of the type mentioned which can be produced much more simply with improved heat transfer properties.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Rohrwandung und Längsstege aus einem Stück bestehen.The object is achieved in that the tube wall and longitudinal webs consist of one piece.

Durch die Integration der inneren Längsstege in die Rohrwandung läßt sich das erfindungsgemäße Wärmeübertragungsrohr nicht nur sehr einfach herstellen, wie noch im folgenden zusammen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wird, sondern es besitzt auch ausge Eichnete Wärmeübertragungseigenschaften. So werden beispielsweise beim Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsrohre in Gasheizkesseln sehr gute Ergebnisse erzielt. Bei der direkten Beheizung durch die Gasflamme werden extrem hohe Heizflächenbelastungen vermieden, die sonst bei anderen Rohrarten zur sog. "hot-spotkavitation" (Materialermüdung durch örtliche Druckspitzen bei Uberhitzung) führen. Durch den guten Wärmeübergang zwischen Rohrwandung und Längsstegen werden beim Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsrohre keine Ausfälle durch "hot-spotkavitation" registriert.By integrating the inner longitudinal webs in the tube wall heat transfer tube according to the invention can be not only very simply, as it was in following along with the novel process is carried out, but it has also been e ichnete heat transfer properties. For example, very good results are achieved when using the heat transfer tubes according to the invention in gas boilers. With direct heating by the gas flame, extremely high heating surface loads are avoided, which otherwise lead to so-called "hot-spot cavitation" (material fatigue due to local pressure peaks due to overheating) in other types of pipes. Due to the good heat transfer between the tube wall and the longitudinal webs, no failures due to "hot-spot cavitation" are registered when using the heat transfer tubes according to the invention.

Es sind zwar beispielsweise aus der US-PS 3.202.212 Rechteckrohre mit inneren Längskammern und äußeren Längsstegen bekannt, aus deren Material Finnen herausgearbeitet und, mit diesen verbunden bleibend, von diesen weggebogen sind. Davon ausgehend, ist es jedoch unmöglich, auf mit Kammern versehenen Rohren runden Querschnitts schraubenlinienförmig verlaufende Außenrippen zu erzeugen; denn allein das Herausschneiden des Rippenmaterials würde zu aufgerissenen Rippen führen.Rectangular tubes with inner longitudinal chambers and outer longitudinal webs are known, for example, from US Pat. No. 3,202,212, from whose material fins are worked out and, remaining connected to them, bent away from them. On this basis, however, it is impossible to produce helical outer ribs on round cross-sectioned tubes; because just cutting out the rib material would lead to torn ribs.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Wärmeübertragungsrohr aus einer Aluminium-Legierung.According to a preferred embodiment of the invention, the heat transfer tube consists of an aluminum alloy.

Zur Erzielung einer hinreichenden Innenoberfläche des Rohres ist es erforderlich, daß mindestens zwei Kammern vorgesehen sind. Dabei empfiehlt es sich - allein aus Herstellungsgründen -, wenn die Kammern einen runden oder einen vieleckigen Querschnitt aufweisen.To achieve a sufficient inner surface of the tube, it is necessary that at least two chambers are provided. It is recommended - for manufacturing reasons alone - if the chambers have a round or polygonal cross-section.

Insbesondere aus Herstellungsgründen empfiehlt es sich ebenfalls, wenn die minimale Rohrwandungsdicke DW mindestens 1,5 mm bzw. die minimale Längsstegdicke DL mindestens 0,5 mm beträgt.For manufacturing reasons in particular, it is also advisable if the minimum tube wall thickness D W is at least 1.5 mm or the minimum longitudinal web thickness D L is at least 0.5 mm.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsrohres ist gekennzeichnet durch eine Kombination des an sich bekannten Strangpressens und des ebenso bekannten Rippenrohrwalzens*hnd zwar in der Weise, daß durch Strangpressen ein mit Kammern versehenes Preßrohr hergestellt wird und anschließend auf der äußeren Oberfläche des Preßrohres Rippen herausgewalzt werden, indem das Rippenmaterial durch Verdrängen von Material aus der Rohrwandung nach außen mittels eines Walzvorgangs gewonnen wird und das Wärmeübertragungsrohr durch die Walzkräfte in Drehung versetzt und entsprechend den entstehenden Rippen vorgeschoben wird.The method for producing the heat transfer tube according to the invention is characterized by a combination of the extrusion known per se and the also known finned tube rolling * in such a way that an extruded tube is produced by extrusion and then fins are rolled out on the outer surface of the press tube in that the fin material is obtained by displacing material from the tube wall to the outside by means of a rolling process and the heat transfer tube is rotated by the rolling forces and is advanced according to the resulting fins.

*) etwa nach der US-PS 1.865.575 * ) approximately according to US Pat. No. 1,865,575

Auf diese Weise sind nur zwei Arbeitsgänge erforderlich, wobei durch die Integration der inneren Längsstege in die Rohrwandung zusätzliche Maßnahmen für die Verbindung der Längsstege mit der Rohrwandung entfallen. Dabei ist es noch von Vorteil, daß durch die Ausbildung des Preßrohres auf den sonst üblichen Walzdorn verzichtet werden kann.In this way, only two work steps are required, additional measures for connecting the longitudinal webs to the tube wall being eliminated by integrating the inner longitudinal webs into the tube wall. It is also advantageous that the usual mandrel can be dispensed with by the design of the press tube.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

  • Fig. 1 perspektivisch ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungsrohr ,
  • Fig. 2a) bzw. 2b) Querschnitt .bzw. Längsschnitt durch ein Wärmeübertragungsrohr,
  • Fig. 3 schematisch die Herstellung eines Wärmeübertragungsrohres und
  • Fig. 4 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wärmeübertragungsrohres.
The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments. It shows
  • 1 is a perspective view of a heat transfer tube according to the invention,
  • Fig. 2a) or 2b) cross section. Longitudinal section through a heat transfer tube,
  • Fig. 3 shows schematically the production of a heat transfer tube and
  • Fig. 4 shows a device for producing a heat transfer tube.

Das Wärmeübertragungsrohr 1 nach Fig. 1 und 2 weist auf der Außenseite schraubenlinienförmig verlaufende Rippen 2 auf. Auf der Innenseite sind innere Längsstege 3 vorgesehen, die im vorliegenden Fall zusammen mit der Rohrwandung 4 vier in Rohrlängsrichtung verlaufende, voneinander getrennte Kammern 5 begrenzen. Die Kammern 5 weisen einen runden Querschnitt auf.The heat transfer tube 1 according to FIGS. 1 and 2 has helical ribs 2 on the outside. On the inside there are inner longitudinal webs 3 which, in the present case, together with the tube wall 4 delimit four chambers 5 which run in the longitudinal direction of the tube and are separated from one another. The chambers 5 have a round cross section.

Rippen 2, Rohrwandung 4 und Längsstege 3 bestehen aus einem Stück, vorzugsweise aus einer Aluminium-Legierung.Ribs 2, tube wall 4 and longitudinal webs 3 consist of one piece, preferably of an aluminum alloy.

In Fig. 3 ist schematisch die Herstellung eines Wärmeübertragungsrohres 1 dargestellt. Ausgehend von einem zylindrischen GuBbolzen 6 wird mittels einer durch Ziff. 7 angedeuteten Strangpresse ein Preßrohr 8 mit vier Kammern 5 ausgepreßt. Das Preßrohr 8 wird dann in an sich bekannter Weise einem Rippenwalzvorgang unterworfen. Hierzu wird eine Vorrichtung (vgl. insbesondere Fig. 4) verwendet, die aus drei Werkzeughaltern 9 besteht, in die jeweils ein Walzwerkzeug 10 integriert ist. (In Fig. 4 ist nur ein Werkzeughalter 9 dargestellt, in Fig. 3 zwei Werkzeughalter 9, es können aber beispielsweise auch vier oder mehr Werkzeughalter.9 verwendet werden). Die Werkzeughalter 9 sind jeweils um 120° versetzt am Umfang des Rohres 8 angeordnet. Die Werkzeughalter 9 sind radial zustellbar. Sie sind ihrerseits in einem ortsfesten (nicht dargestellten) Walzkopf angeordnet.3 schematically shows the production of a heat transfer tube 1. Starting from a cylindrical GuBbolzen 6 is by means of no. 7 indicated extrusion press a press tube 8 with four chambers 5. The press tube 8 is then subjected to a fin rolling process in a manner known per se. For this purpose, a device (cf. in particular FIG. 4) is used, which consists of three tool holders 9, in each of which a rolling tool 10 is integrated. (Only one tool holder 9 is shown in FIG. 4, two tool holders 9 in FIG. 3, but four or more tool holders 9 can also be used, for example). The tool holder 9 are each offset by 120 ° on the circumference of the tube 8. The tool holder 9 are radially adjustable. They are in turn arranged in a stationary roller head (not shown).

Das Preßrohr 8 läuft in Pfeilrichtung in die Vorrichtung ein und wird durch die am Umfang angeordneten, angetriebenen Walzwerkzeuge 10 in Drehung versetzt, wobei die Achsen der Walzwerkzeuge 10 schräg zur Rohrachse verlaufen. Die Walzwerkzeuge 10 bestehen in an sich bekannter Weise aus mehreren nebeneinander angeordneten Walzscheiben 11, deren Durchmesser in Pfeilrichtung ansteigt. (In Fig. 4 sind acht Walzscheiben 11 angedeutet.) Die zentrisch angeordneten Walzwerkzeuge 10 formen in bekannter Weise die schraubenlinienförmig umlaufenden Rippen 2 aus der Rohrwandung 4 des Preßrohres 8. Durch die Ausbildung des Preßrohres 8 ist kein gesonderter Walzdorn erforderlich.The press tube 8 runs into the device in the direction of the arrow and is rotated by the driven rolling tools 10 arranged on the circumference, the axes of the rolling tools 10 being inclined to the tube axis. The rolling tools 10 consist, in a manner known per se, of a plurality of rolling disks 11 arranged side by side, the diameter of which increases in the direction of the arrow. (Eight rolling disks 11 are indicated in FIG. 4.) The centrally arranged rolling tools 10 form the helically surrounding ribs 2 from the tube wall 4 of the pressing tube 8 in a known manner. The forming of the pressing tube 8 means that no separate rolling mandrel is required.

Beispiel: Ausgehend von einem Gußbolzen 6 aus Aluminium (AlMgS10,5) mit 8 Zoll (203,2 mm) Durchmesser und 700 mm Länge wurde ein Preßrohr 8 mit folgenden Abmessungen hergestellt: Außendurchmesser 36,5 mm, vier Kammern 5. Mittels einer Vorrichtung nach Fig. 3 bzw. 4 wurde ein Wärmeübertragungsrohr 1 mit den Abmessungen nach der folgenden Tabelle hergestellt. Dabei betrug der Durchmesser der verwendeten Walzscheiben 11 etwa 90 mm, die radial zustellbaren Walzwerkzeuge 10 wurden mit einer Anfangsdrehzahl von etwa 100 bis 200 U/min und mit einer etwa um den Faktor 3 höheren Enddrehzahl angetrieben.

Figure imgb0001
Example: Starting from a cast bolt 6 made of aluminum (AlMgS10.5) with an 8 inch (203.2 mm) diameter and a length of 700 mm, a press tube 8 was produced with the following dimensions: outer diameter 36.5 mm, four chambers 5. Using a device 3 and 4, a heat transfer tube 1 was made with the dimensions according to the following table. The diameter of the rolling disks 11 used was approximately 90 mm, the radially adjustable rolling tools 10 were driven at an initial speed of approximately 100 to 200 rpm and at a final speed which was approximately three times higher.
Figure imgb0001

Beim Einsatz in Gasheizkesseln zeigten die so hergestellten Wärmeübertragungsrohre 1 gute Wärmeübertragungseigenschaften. Dabei waren die Rohre außen der Gasflamme ausgesetzt, in den Kammern 5 strömte als Medium Wasser. Anzeichen von "hotspot-kavitation" traten nicht auf.When used in gas boilers, the heat transfer tubes 1 produced in this way showed good heat transfer wearing properties. The tubes were exposed to the outside of the gas flame, water flowed in the chambers 5 as a medium. There were no signs of "hotspot cavitation".

Claims (8)

1. Wärmeübertragungsrohr (1) mit auf der Außenseite schraubenlinienförmig verlaufenden, integralen Rippen (2) und mit inneren Längsstegen (3), wobei Rohrwandung (4) und/oder Längsstege (3) jeweils in Rohrlängsrichtung verlaufende, voneinander getrennte Kammern (5) begrenzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß Rohrwandung (4) und Längsstege (3) aus einem Stück bestehen.1. Heat transfer tube (1) with integral ribs (2) running on the outside in a helical line and with internal longitudinal webs (3), the tube wall (4) and / or longitudinal webs (3) each delimiting chambers (5) running in the longitudinal direction of the tube ,
characterized,
that tube wall (4) and longitudinal webs (3) consist of one piece. 2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einer Aluminium-Legierung besteht.2. Heat transfer tube according to claim 1, characterized in
that it is made of an aluminum alloy. 3. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Kammern (5) vorgesehen sind.3. Heat transfer tube according to claim 1 or 2, characterized in
that at least two chambers (5) are provided. 4. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammern (5) einen runden Querschnitt aufweisen.4. Heat transfer tube according to claim 3, characterized in that
that the chambers (5) have a round cross section. 5. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammern (5) einen vieleckigen Querschnitt aufweisen.5. Heat transfer tube according to claim 3, characterized in
that the chambers (5) have a polygonal cross section. 6. Wärmeübertragungsrohr nach den Ansprüchen 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet,
daß die minimale Rohrwandungsdicke DW mindestens 1,5 mm beträgt.6. Heat transfer tube according to claims 1 to 5, there
characterized by
that the minimum pipe wall thickness D W is at least 1.5 mm. 7. Wärmeübertragungsrohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet,
daß die minimale Längsstegdicke DL mindestens 0,5 mm beträgt.7. Heat transfer tube according to claims 1 to 6, there
characterized by
that the minimum longitudinal web thickness D L is at least 0.5 mm. 8. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragungsrohres (1) nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß durch Strangpressen ein mit Kammern (5) versehenes Preßrohr (8) hergestellt wird und anschließend auf der äußeren Oberfläche des Preßrohres (8) Rippen (2) herausgewalzt werden, indem das Rippenmaterial durch Verdrängen von Material aus der Rohrwandung (4) nach außen mittels eines Walzvorgangs gewonnen wird und das Wärmeübertragungsrohr (1) durch die Walzkräfte in Drehung versetzt und entsprechend den entstehenden Rippen (2) vorgeschoben wird.8. A method for producing a heat transfer tube (1) according to claims 1 to 7, characterized in that
that a press tube (8) provided with chambers (5) is produced by extrusion and then ribs (2) are rolled out on the outer surface of the press tube (8) by means of the rib material by displacing material from the tube wall (4) to the outside a rolling process is obtained and the heat transfer tube (1) is set in rotation by the rolling forces and is advanced according to the resulting ribs (2).
EP83104516A 1982-05-13 1983-05-07 Heat transfer tube Ceased EP0094578A1 (en)

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DE19823217998 DE3217998A1 (en) 1982-05-13 1982-05-13 HEAT TRANSFER PIPE

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EP83104516A Ceased EP0094578A1 (en) 1982-05-13 1983-05-07 Heat transfer tube

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DE (1) DE3217998A1 (en)
DK (1) DK214183A (en)
NO (1) NO831319L (en)

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DK214183A (en) 1983-11-14
NO831319L (en) 1983-11-14
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