EP0167480A2 - Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr und Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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EP0167480A2
EP0167480A2 EP85730090A EP85730090A EP0167480A2 EP 0167480 A2 EP0167480 A2 EP 0167480A2 EP 85730090 A EP85730090 A EP 85730090A EP 85730090 A EP85730090 A EP 85730090A EP 0167480 A2 EP0167480 A2 EP 0167480A2
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heat transfer
tube
heat
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Erwin Dipl.-Ing. Becker
Herbert Dipl.-Ing. Bungeroth
Herbert Dipl.-Ing. Förster
Manfred Dr.-Ing. Janssen
Gert Dr.-Ing. Käding
Helmut Dipl.-Phys. Landgraf
Peter Dr.-Ing. Vinz
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/12—Making tubes or metal hoses with helically arranged seams
    • B21C37/126—Supply, or operations combined with supply, of strip material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure

Definitions

  • Heat transfer tube in particular heat tube, consisting of a tightly closed tubular metal body, which is provided on the inside with a longitudinal, oblique or transverse fine profile and is partially filled with a heat transfer medium.
  • the object of the invention is based on the generic term to improve the heat transfer by reducing the temperature difference within the wall thickness of the tube, in particular the heat transfer in the heat pipe from the evaporator part to the condenser part by reducing the thermal resistance of the tube wall and thus by reducing the temperature drop along the entire heat transfer path be improved.
  • An advantage of the invention is that the new heat transfer tubes are much lighter than that known pipes and through the thin pipe wall and the fine profile, the heat transfer performance is improved. This opens up the possibility of also using metal strips with lower thermal conductivity, but eg high corrosion resistance, such as stainless steel strip.
  • the further object of the invention is to simplify the method for producing the heat transfer pipes, in particular the heat pipes, in such a way that advantageous mass production is made possible.
  • This object is invalid specified according to the further inventions d by the features of method claim. 5
  • the metal strip has upstanding edges on both edges, which are welded or glued to one another after being formed into the tube. An overall stiffening of the heat transfer tube is advantageously achieved by these raised edges.
  • the welded tube can then be used in a conventional manner as a heat transfer tube or can be processed into a heat tube by filling it with a suitable heat transfer medium and closing the tube ends. If high pressures are to be expected, measures known per se for relieving the pipe wall of reaction forces and for stabilizing the pipes can be provided. For example, a cross made of metal tape filling the inner diameter of the profiled tube or a perforated inner tube can be non-positively connected to the two sealing plugs of the heat pipe.
  • the heat transfer tube is advantageously suitable for mass production, since the profiling is introduced into the metal strip in a non-cutting process.
  • the rolling process can be carried out in one step, the width of the strip essentially being retained and the profiling being carried out at the expense of the wall thickness, or, as is customary in the production of profiled sheets, the deformation can be carried out progressively in several steps from the center to the outside be, whereby the wall thickness is essentially retained and the profiling takes place at the expense of the width of the tape.
  • the profile can advantageously be additionally influenced by transverse compression of the profiled strip.
  • the helical bending of the strip with the welding or gluing of the strip edges enables profiling at an angle of approximately 30 ° to 60 °, which has a favorable influence on the capillary action of the heat pipe in the case of different, in particular less inclined, installation positions.
  • the capillary action of the tube is advantageously achieved with little effort by non-cutting fine profiling and the subsequent spiral seam welding or bonding.
  • a wire whose diameter is smaller than the distance between two grooves is inserted inside each groove or in part of the grooves of the thread profile when the metal strip is helically bent to form the pipe.
  • a wire is advantageously inserted on the inside between two edges of the metal strip to be welded when it is molded into the tube, as a result of which the welding is improved.
  • the device for forming a metal strip 1 consists essentially of a roll stand 14, a straight guide 5, driver rollers 11, 12 arranged in between and a molded part 6 for producing the coiled Tube 13 and a welding device with a welding torch 9, which is inserted in a recess 10 of the molded part 6.
  • the metal strip 1 coming from a known reel, not shown, is in a roll stand 14 with a fine profile 2, e.g. corresponding to a corrugated sheet, and upstanding edges 3, 4.
  • the fine profiling 2 is only shown schematically in FIGS. 1 and 2; according to the invention, it has a groove-to-groove distance of 0.5 to 2 mm, depending on the intended use and heat transfer medium.
  • the tape remains smooth on the knurls, in particular the raised edges 3, 4, which are welded together.
  • the tape 1 is pressed by the drive rollers 11, 12 (FIG. 3) into a straight guide 5 and an adjoining molded part 6 for rounding the tape to a tube 13.
  • a recess 10 is provided in the molded part 6, in which a welding torch 9, e.g. a plasma torch of a known, not shown welding device is arranged, which welds the edges 3 and 4 together.
  • the tube 13 is then cut to the required length in a known manner, sealed at one end with a cap, a suitable heat transfer medium is introduced and the other end of the tube 13 is also sealed with a cap, thereby creating a heat transfer tube or heat pipe arises.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Körper, der innen mit einer längs., schräg- oder querverlaufenden Feinprofilierung versehen ist und zum teil mit einem wärmeübertragenden Medium gefüllt ist.
Um ein Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Warmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Metallkörper zu schaffen, der innen mit einer längs-, schräg- oder querverlaufenden Feinprofilierung versehen ist und zum Teil mit einem wärmeübertragenden Material gefüllt ist zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß der Körper aus einem profilierten Metallband (1) von geringer Wandstärke, d.h. 0,1 bis 0,6 mm, insbesondere bis ca. 1 mm hergestellt ist, wobei das Metallband wendelförmig zu einem Rohr (13) gewickelt und an den Kanten verschweißt oder verklebt ist. die Profilierung des Metallbandes im Querschnitt gewindeprofilartig ausgebildet ist und im wesentlichen die ganze Wandung erfaßt, wobei die Innenprofilierung in gleicher oder abgeschwächter Weise außen abgebildet ist.

Description

  • Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Metallkörper, der innen mit einer längs-, schräg- oder querverlaufenden Feinprofilierung versehen ist und zum Teil mit einem wärmeübertragenden Medium gefüllt ist.
  • Die bisher bekannten Wärmeübertragungsrohre und Wärmerohre besitzen zwar bereits eine recht gute Wärmeübertragungsleistung, haben aber ein zu hohes Gewicht. Diese bekannten Rohre eignen sich auch nicht für eine wirtschaftliche Massenfertigung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend vom Gattungsbegriff darin, die Wärmeübertragung durch Verminderung der Temperaturdifferenz innerhalb der Wanddicke des Rohres zu verbessern, insbesondere soll die Wärmeübertragung beim Wärmerohr vom Verdampferteil zum Kondensatorteil durch Verminderung des Wärmeleitwiderstandes der Rohrwand und damit durch Verringerung des Temperaturabfalles entlang der gesamten Wärmeübertragungsstrecke verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte weitere Ausbildung der Erfindung ist in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die neuen Wärmeübertragungsrohre wesentlich leichter sind als die bekannte Rohre und durch die dünne Rohrwand sowie durch die Feinprofilierung die Wärmeübertragungsleistung verbessert wird. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, auch Metallband mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, aber z.B. hoher Korrosionsbeständigkeit, wie nichtrostendes Stahlblechband einzusetzen.
  • Die weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren zum Herstellen der Wärmeübertragungsrohre, insbesondere der Wärmerohre, derart zu vereinfachen, daß eine vorteilhafte Massenfertigung ermöglicht wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der weiteren Erfin- dung durch die Merkmale im Verfahrensanspruch 5 angegeben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Metallband an beiden Kanten hochstehende Ränder, die nach dem Einformen zum Rohr miteinander verschweißt oder verklebt werden. Durch diese hochstehenden Ränder wird vorteilhaft eine Gesamtversteifung des Wärmeübertragungsrohres erreicht. Das geschweißte Rohr kann dann in konventioneller Weise als Wärmeübertragungsrohr verwendet oder durch Füllen mit einem geeigneten Wärmeübertragungsmedium und Verschließen der Rohrenden zu einem Wärmerohr verarbeitet werden. Dabei können, sofern hohe Drücke zu erwarten sind, an sich bekannte Maßnahmen zur Entlastung der Rohrwand von Reaktionskräften und zur Stabilisierung der Rohre vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein den Innendurchmesser des profilierten Rohres ausfüllendes Kreuz aus Metallband oder ein perforiertes Innenrohr mit den beiden Verschlußstopfen des Wärmerohres kraftschlüssig verbunden sein.
  • Das Wärmeübertragungsrohr eignet sich vorteilhaft für eine Massenfertigung, da die Profilierung spanlos im Durchlaufverfahren in das Metallband eingebracht wird. Dabei kann der Walzvorgang in einem Schritt erfolgen, wobei die Breite des Bandes im wesentlichen erhalten bleibt und die Profilierung zu Lasten der Wanddicke erfolgt oder es kann, wie bei der Herstellung von Profilblechen üblich, die Verformung in mehren Schritten von der Mitte nach außen fortschreitend durchgeführt werden, wobei die Wanddicke im wesentlichen erhalten bleibt und die Profilierung zu Lasten der Breite des Bandes erfolgt. Vorteilhaft kann eine zusätzliche Beeinflussung des Profiles durch Querstauchen des profilierten Bandes erfolgen.
  • Die wendelförmige Einbiegung des Bandes mit dem Verschweißen oder Verkleben der Bandkanten ermöglicht eine Profilierung unter einem Winkel von etwa 30° bis 60°, wodurch die Kapillarwirkung des Wärmerohres bei unterschiedlicher, insbesondere wenig geneigter Einbaulage günstig beeinflußt wird. Die Kapillarwirkung des Rohres wird vorteilhaft durch spanlose Feinprofilierung und die anschließende wendelnahtverschweißung oder -verklebung mit geringem Aufwand erreicht.
  • Es ist auch bei veränderter Anordnung der Schweiß- bzw. Klebevorrichtung möglich, die Kanten nach innen abzubiegen und im Rohrinneren eine Verschweißung vorzunehmen. Bei einer Verklebung kann der Klebstoff von außen zugeführt werden. Die innen vorstehenden Kanten behindern die Wärmeübertragung nicht. Hierdurch entsteht vorteilhaft ein Wärmeübertragungsrohr, bei dem außen nur die Profilierung zu sehen ist, eine Kante aber nicht vorsteht.
  • Zur Verbesserung der Stabilität des Wärmerohres wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken beim wendelförmigen Biegen des Metallbandes zum Rohr in jede Rille oder in einen Teil der Rillen des Gewindeprofiles innen ein Draht eingelegt, dessen Durchmesser kleiner ist als der Abstand zwischen zwei Rillen. Vorteilhaft wird ein Draht an der Innenseite zwischen zwei zu verschweißenden Kanten des Metallbandes beim Einformen zum Rohr eingelegt, wodurch eine Verbesserung der Verschweißung erzielt wird.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
  • Von den Figuren zeigen
    • Figur 1 eine Ansicht auf die Vorrichtung zur schraubenlinienförmigen Einformung eines Metallbandes zu einem Rohr,
    • Figur 2 einen Querschnitt durch das Einformteil mit der Schweißstelle nach der Linie II-II der Figur 1 mit einem vergrößterten Ausschnitt zur Darstellung der Profilführung und
    • Figur 3 einen Querschnitt durch die Bandführung und Einformung des Bandes nach der Linie III-III - der Figur l.
  • Die Vorrichtung zur Formung eines Metallbandes 1 besteht im wesentlichen aus einem Walzgerüst 14, einer geraden Führung 5, dazwischen angeordneten Treiberrollen 11, 12 und einem Einformteil 6 zum Herstellen des gewendelten Rohres 13 sowie einer Schweißeinrichtung mit einem Schweißbrenner 9, der in einer Aussparung 10 des Einformteiles 6 eingesetzt ist.
  • Das von einem bekannten, nicht dargestellen Haspel kommende Metallband 1 wird in einem Walzgerüst 14 mit einer Feinprofilierung 2, z.B. entsprechend einem Wellblech, und hochstehenden Kanten 3, 4 versehen. Die Feinprofilierung 2 ist in den Figuren 1 und 2 nur schematisch dargestellt, sie hat erfindungsgemäß einen Abstand von Rille zu Rille von 0,5 bis 2 mm, je nach Verwendungszweck und Wärmeübertragungsmedium. An den Ränern, insbesondere den hochstehenden Kanten 3,4, die miteinander verschweißt werden, bleibt das Band glatt.
  • Das Band 1 wird von den Treiberrollen 11, 12 (Fig. 3) in eine gerade Führung 5 und ein daran anschließendes Einformteil 6 zum Runden des Bandes zu einem Rohr 13 gedrückt. Im Einformteil 6 ist eine Aussparung 10 vorgesehen, in der ein Schweißbrenner 9, z.B. ein Plasmabrenner einer bekannten, nicht dargestellten Schweißeinrichtung angeordnet ist, der die Kanten 3 und 4 miteinander verschweißt.
  • Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird beim wendelförmigen Biegen des Metallbandes 1, wie beispielsweise in Figur 3 schematisch dargestellt, durch die Führung 5 hindurch Draht 15 derart von einer Vorratsrolle 16 zugeführt, daß der Draht 15 an der Innenseite der zu verschweißenden Kanten 3, 4 des Metallbandes liegt. Es können auch von mehreren Vorratsrollen 16 mehrere Drähte 15 durch die Führung 5 dem Einformteil 6 zugeführt werden, so daß in jede Rille oder in einen Teil der Rillen je ein Draht 15 zu liegen kommt. Dadurch wird die Stabilität und die Haltbarkeit des Wärmeübertragungsrohres verbessert.
  • Zur Fortsetzung der Herstellung von Wärmerohren wird das Rohr 13 in bekannter Weise anschließend auf die erforderliche Länge abgeschnitten, an einem Ende mit einer Kappe dicht verschlossen, ein geeignetes Wärmeübertragungsmittel eingefüllt und das andere Ende des Rohres 13 ebenfalls mit einer Kappe dicht verschlossen, wodurch ein Wärmeübertragungsrohr bzw. Wärmerohr entsteht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Metallband
    • 2 Feinprofilierung
    • 3 Kante, hochstehend (glatt)
    • 4 Kante, hochstehend
    • 5 Führung, gerade
    • 6 Einformteil, rund
    • 7 Führungsstange, innen (Fig. 2)
    • 8 Absatz (von 7) (Fig. 2)
    • 9 Schweißbrenner, z.B. Plasmabrenner
    • 10 Aussparung (von 6)
    • 11 Treiberrolle (Fig. 3)
    • 12 Treiberrolle (Fig. 3)
    • 13 Rohr
    • 14 Walzgerüst (für 1)
    • 15 Draht (Fig. 3)
    • 16 Vorratsrolle (für 15)
    • 17 Rille

Claims (7)

1. Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Körper, der innen mit einer längs-, schräg- oder querverlaufenden Feinprofilierung versehen ist udn zum Teil mit einem wärmeübertragenden Medium gefüllt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper aus einem profilierten Metallband (1) von geringer Wandstärke, d.h. 0,1 bis 0,6 mm, insbesondere bis ca. 1 mm hergestellt ist, wobei das Metallband wendelförmig zu einem Rohr (13) gewickelt und an den Kanten verschweißt oder verklebt ist, die Profilierung des Metallbandes im Querschnitt gewindeprofilartig ausgebildet ist und im wesentlichen die ganze Wandung erfaßt, wobei die Innenprofilierung in gleicher oder abgeschwächter Weise außen abgebildet ist.
2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der rohrförmige Körper aus dünnem profiliertem Metallband mit glatten Rändern besteht, die miteinander verschweißt sind.
3. Wärmeübertragungsrohr nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallband teilweise überlappt gewickelt und im überlappten Teil verschweißt ist.
4. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der rohrförmige Körper aus dünnem profiliertem Metallband mit rechtwinklig nach außen hochstehenden Rändern besteht, die miteinander durch an sich bekannte Schweißverfahren wie Rollnahtschweißen, Plasma-, Laser-oder Schmelzschweißen verbunden sind.
5. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper aus dünnem profiliertem Metallband mit rechtwinklig nach innen hochstehenden Rändern besteht, die miteinander verschweißt oder verklebt sind.
6. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohres, insbesondere eines Wärmerohres, das aus einem Rohr bestimmter Länge besteht, an beiden Enden verschlossen und mit einem Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) ein dünnes Metallband durch Walzen in einem Durchgang derart mit einer Feinprofilierung versehen wird, daß im Querschnitt ein Gewindeprofil mit etwa gleicher Wanddicke entsteht, wobei die Wanddicke des Metallbandes entsprechend der Jmformung reduziert wird oder das Metallband in mehreren Durchgängen konsekutiv von der Mitte nach außen fortschreitend profiliert wird, wobei die Breite des Metallbandes entsprechend der Umformung reduziert wird, und wobei die Ränder des Metallbandes glatt bleiben,
b) das profilierte Metallband wendelförmig gebogen wird und
c) die Bandkanten miteinander verschweißt oder verklebt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß beim wendelförmigen Biegen des Metallbandes zum Rohr innen in jede Rille oder in einen Teil der Rillen des Gewindeprofiles ein Draht eingelegt wird.
EP85730090A 1984-07-02 1985-06-26 Wärmeübertragungsrohr, insbesondere Wärmerohr und Verfahren zum Herstellen desselben Withdrawn EP0167480A3 (de)

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JPS6129694A (ja) 1986-02-10
DE3424658A1 (de) 1986-01-23
DE3424658C2 (de) 1986-11-13
EP0167480A3 (de) 1986-02-12

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Inventor name: BECKER, ERWIN, DIPL.-ING.

Inventor name: BUNGEROTH, HERBERT, DIPL.-ING.

Inventor name: LANDGRAF, HELMUT, DIPL.-PHYS.

Inventor name: KAEDING, GERT, DR.-ING.

Inventor name: VINZ, PETER, DR.-ING.

Inventor name: JANSSEN, MANFRED, DR.-ING.

Inventor name: FOERSTER, HERBERT, DIPL.-ING.