EP1156294B1 - Tube for evaporative heat exchanger with pores having different size - Google Patents

Tube for evaporative heat exchanger with pores having different size Download PDF

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EP1156294B1
EP1156294B1 EP01111034A EP01111034A EP1156294B1 EP 1156294 B1 EP1156294 B1 EP 1156294B1 EP 01111034 A EP01111034 A EP 01111034A EP 01111034 A EP01111034 A EP 01111034A EP 1156294 B1 EP1156294 B1 EP 1156294B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
pores
teeth
relationship
pore
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01111034A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1156294A2 (en
EP1156294A3 (en
Inventor
Karine Brand
Andreas Dr. Beutler
Manfred Knab
Gerhard Dr. Schüz
Andreas Schwitalla
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wieland Werke AG
Original Assignee
Wieland Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wieland Werke AG filed Critical Wieland Werke AG
Publication of EP1156294A2 publication Critical patent/EP1156294A2/en
Publication of EP1156294A3 publication Critical patent/EP1156294A3/en
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Publication of EP1156294B1 publication Critical patent/EP1156294B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49391Tube making or reforming

Definitions

  • the invention relates to a metallic heat exchange tube, in particular for Evaporation of liquids from pure substances or mixtures on the tube outside, according to the preamble of claim 1.
  • Evaporation occurs in many areas of refrigeration and air conditioning as well as in process and power engineering.
  • tube bundle heat exchangers used in which liquids of pure substances or mixtures Evaporate on the outside of the pipe and on the inside of the pipe a brine or cool water.
  • Such apparatuses are referred to as flooded evaporators.
  • the present invention relates to structured pipes in which the Heat transfer coefficient is intensified on the outside of the pipe. Because of this the majority of the heat transfer resistance often on the inside The heat transfer coefficient must be on the inside in the Usually also be intensified.
  • Heat exchanger tubes for tube bundle heat exchanger usually have at least one structured area as well smooth end pieces and possibly smooth intermediate pieces. The smooth end or Spacers limit the structured areas. So that the tube easily may be installed in the tube bundle heat exchanger, the outer may Diameter of the structured areas should not be greater than the outer diameter the smooth end and intermediate pieces.
  • the process of Bubble boiling intensified To increase the heat transfer during evaporation, the process of Bubble boiling intensified. It is known that the formation of bubbles at germinal sites starts. These germinal sites are usually small gas or steam inclusions. Such nucleation sites can already be produced by roughening the surface. When the growing bubble reaches a certain size, it releases itself from the surface. If in the course of bladder detachment, the germinal site by inflowing Liquid is flooded, u.U. the gas or steam inclusion by Liquid displaced. In this case, the germinal site is inactivated. This is possible avoid by a suitable design of the germinal sites. For this it is necessary that the opening of the germinal site is smaller than the underlying cavity, such as e.g. at undercut structures.
  • finned Tubes understood in which the ribs of the wall material of a smooth tube were formed.
  • various methods are known with which the be sealed between adjacent ribs channels, that connections between the channel and the environment in the form of pores or slits stay. Through this, the transport of liquid and steam can take place.
  • substantially closed channels are bent over or folding the rib (US 3,696,861, US 5,554,548), by columns and Pinching the rib (DE 2,758,526, US 4,577,381), and by notching and upsetting rib (US 4,660,630, EP 0,713,072, US 4,216,826).
  • JP-OS 63-172.892 a method is described, with the self-contained, large and small cavities are generated. This happens through Widening of the rolled rib channels at regular intervals. The single ones Cavities are connected by different sized pores with the outside space; however, large and small cavities are separated.
  • the goal of the JP-OS 63-172.892 is the creation of a structure that, at different Bank perennial urge, expressed by wall overheating, work consistently should.
  • the large cavities and pores should be at high wall overheating the Heat transfer ensure the separated therefrom small cavities and Pores, however, with small wall overheating.
  • This approach sets Also, again, assume that each one pore size for a given Operating state (heating surface load, saturation conditions, evaporating Fabric) is optimal.
  • the widening of the ribs is by a toothed Achieved slice that is thicker than the channel width between the ribs. hereby The ribs are pressed apart at the expansion point on both sides. As a result, the two adjacent channels will be at this point closed, resulting in individual separate cavities. At The expansion point creates a relatively large opening.
  • JP-OS 54-16,766 a heat exchanger surface with large and suggested small pore openings, wherein the pores are arranged so that all the big pores on one side of the tube and all the small pores on the tube located on the other side of the pipe.
  • a tube is for horizontal Installation provided in a tube bundle apparatus. The installation must be so Make sure the big pores are up and the little pores are down are directed. The liquid is then sucked through the small pores, the Steam expelled up through the large pores.
  • a predetermined orientation is in a mass production of Heat exchangers not feasible, since the pipes usually by a Rolling be connected to the apparatus and in this Einwalzvorgang the tube is rotated about its axis by an uncontrollable angle.
  • the invention is based on the object, a heat exchanger tube of said Type with improved heat transfer properties Evaporation of substances on the tube outside to produce.
  • the heat transfer properties should be on the properties of the substance to be vaporized and be adaptable to the operating condition.
  • the size of a single pore can be precisely defined and measured. Due to the manufacturing process and due to tolerances in material and Tools have two arbitrarily chosen pores practically never the same shape and shape Size.
  • the pore size is subject to statistical fluctuations. It is because of that useful to divide the pores according to their size in size classes, where the pores with a finite distribution range group around frequency maxima. Different sized pores according to the invention should then be present if, in the frequency diagram according to FIG. 5, the abscissa values are adjacent Maxima of the frequency distribution by at least 50% of the smallest pore class different abscissa value.
  • a suitable image processing system consisting of optical image capture unit and digital evaluation unit is used.
  • the surface of the tube is captured photographically and the image is sorted in grayscale.
  • a gray level threshold By a suitable choice of a gray level threshold, the image of the tube surface is divided into pore areas and areas of metallic surface. The pore areas are then geometrically measured and evaluated digitally.
  • FIG. 5 shows the frequency distribution of the pore size determined by means of such a system on a tube pattern according to the invention (compare the numerical example discussed later).
  • the pore size is characterized by the area of the pore opening, measured in ⁇ m 2 . One recognizes two maxima in the histogram.
  • the class of small pores is grouped around the maximum at a pore area A k
  • the class of large pores is grouped around the maximum at a pore area A g .
  • the values A g and A k can thus be interpreted in each case as the average pore size of the two pore classes.
  • the frequency ratio N k / N g (number N k of the small pores to the number N g of the large pores) is designated by m.
  • the channels located between the ribs pass through Material of the upper rib areas substantially closed, the so resulting cavities are connected by pores with the surrounding space.
  • These pores are designed to be typically in two size categories can be divided. After a regular, repetitive scheme follow along the channels to each a certain number of small pores one or several large pores. Through this structure, a directed flow in created the channels. Fluid gets through the small pores with support drawn in by the capillary pressure and wets the channel walls, creating thin films be generated. The steam accumulates in the center of the canal and escapes in the places with the lowest capillary pressure.
  • Claim 4 is directed to the ratio F k / F g .
  • the ratio of the total opening area must be matched to the properties of the medium used at the operating point.
  • this ratio should be proportional to the square root of the density ratio of vapor ⁇ D and liquid ⁇ FI : F k F G ⁇ ⁇ D ⁇ Fl
  • the invention further provides a process for the preparation of the invention Heat exchange tube.
  • the method according to the invention is characterized in that that the notch by large and small arranged on the circumference of the notch disc Teeth is effected; the notched rib tips are due to radial pressure up compressed to the level of notch.
  • Claims 7 to 12 relate to preferred embodiments of the device.
  • the integrally rolled finned tube 1 according to FIGS. 1 and 2 has helical circumferential ribs 2 on the tube outside, between which a groove 3 is formed. Material of the rib tips 2 'is displaced such that the rib gaps are closed to form channels 4 except for large pores 5 (area A g ) and small pores 6 (area A k ).
  • the channels 4 run around with a substantially uniform cross-section.
  • the production of the finned tube 1 according to the invention is carried out by a rolling process (see U.S. Patent Nos. 1,865,575 / 3,327,512) by means of that shown in FIG Contraption.
  • n 3 tool holders 7, in the in each case a rolling tool 8 and at least one downstream notching disc 9 and a compression roller 10 are integrated (in Figure 2, only one tool holder 7th shown. But it can, for example, four or more tool holder. 7 be used).
  • the tool holder 7 are radially deliverable.
  • the running in the direction of arrow in the device smooth tube 1 ' is characterized by the on Circumferentially arranged, driven rolling tools 8 set in rotation, wherein the axes of the rolling tools 8 extend obliquely to the tube axis.
  • the rolling tools 8 exist in a conventional manner of several side by side arranged rolling disks 11 whose diameter increases in the direction of the arrow.
  • the Centrally arranged rolling tools 8 form the helical circumferential ribs 2 from the pipe wall of the smooth tube 1 ', wherein the smooth tube 1 'here by a rolling dome 12 is supported.
  • the notching disk 9 shown in Figure 3 follows in each case three similar small teeth 14 a big tooth 13.
  • the width b at the tip of the small teeth 14 is the width B registered at the top of the large teeth 13 and the flank angle ⁇ indicated.
  • the phase change from liquid to vapor then does not happen Bubble evaporation, but by thin-film evaporation at the channel walls 15.
  • the pore system has two different tasks to fulfill. The liquid must first be in the area below the outer tube surface Channels 4 are transported. After evaporation, the resulting Steam 17 can escape to the outside.
  • is the surface tension and r is the radius of curvature of the meniscus surface.
  • the radius of curvature r depends on the contact angle ⁇ and the pore shape.
  • P k 2 ⁇ ⁇ ⁇ cos R p
  • the helical circumferential channels 4 have a pitch of 0.5 mm and a height of 0.75 mm total.
  • the outer diameter of the tube 1 is about 19 mm.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of such a notch disk 9.
  • No. Notch division t Flank angle ⁇ Width b Width B Frequency ratio m 1 0.50 mm 25 ° 0.20 - - 2 0.50 mm 25 ° 0.20 0.40 8: 1 3 0.50 mm 25 ° 0.20 0.60 8: 1
  • FIG. 5 shows the frequency distribution of the pore size determined on the tube pattern according to the invention.
  • U.S. Patent 4,729,155 relates to adjacent channels passing through smaller transverse openings are interconnected.
  • the present invention refers to closed channels, where a directed flow present as described above. Cross connections between the channels lead to a disorder of directional flow and are therefore not for this concept useful.

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Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Wärmeaustauschrohr, insbesondere zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohraußenseite, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a metallic heat exchange tube, in particular for Evaporation of liquids from pure substances or mixtures on the tube outside, according to the preamble of claim 1.

Verdampfung tritt in vielen Bereichen der Kälte- und Klimatechnik sowie in der Prozess- und Energietechnik auf. In der Technik werden häufig Rohrbündelwärmeaustauscher verwendet, in denen Flüssigkeiten von Reinstoffen oder Mischungen auf der Rohraußenseite verdampfen und dabei auf der Rohrinnenseite eine Sole oder Wasser abkühlen. Solche Apparate werden als überflutete Verdampfer bezeichnet.Evaporation occurs in many areas of refrigeration and air conditioning as well as in process and power engineering. In the art are often tube bundle heat exchangers used in which liquids of pure substances or mixtures Evaporate on the outside of the pipe and on the inside of the pipe a brine or cool water. Such apparatuses are referred to as flooded evaporators.

Durch die Intensivierung des Wärmeübergangs auf der Rohraußen- und der Rohrinnenseite lässt sich die Größe der Verdampfer stark reduzieren. Hierdurch nehmen die Herstellungskosten solcher Apparate ab. Außerdem sinkt die notwendige Füllmenge an Kältemittel, die bei den heute überwiegend verwendeten chlorfreien Sicherheitskältemitteln einen nicht zu vernachlässigenden Kostenanteil an den gesamten Anlagekosten ausmachen kann. Bei toxischen oder brennbaren Kältemitteln lässt sich durch eine Reduktion der Füllmenge ferner das Gefahrenpotential herabsetzen. Die heute üblichen Hochleistungsrohre sind etwa um den Faktor drei leistungsfähiger als glatte Rohre gleichen Durchmessers. By intensifying the heat transfer on the outside of the pipe and inside the pipe The size of the evaporator can be greatly reduced. Take this the manufacturing cost of such apparatus. In addition, the necessary decreases Filling amount of refrigerant used in the chlorine-free today used predominantly Safety refrigerants a not inconsiderable cost share of the total investment costs. For toxic or flammable refrigerants can be further reduced by a reduction in the amount of potential hazards decrease. The today usual high performance pipes are about a factor of three more efficient than smooth tubes of the same diameter.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf strukturierte Rohre, bei denen der Wärmeübergangskoeffizient auf der Rohraußenseite intensiviert wird. Da hierdurch der Hauptanteil des Wärmedurchgangswiderstandes häufig auf die Innenseite verlagert wird, muss der Wärmeübergangskoeffizient auf der Innenseite in der Regel ebenfalls intensiviert werden. Wärmeaustauscherrohre für Rohrbündelwärmeaustauscher besitzen üblicherweise mindestens einen strukturierten Bereich sowie glatte Endstücke und eventuell glatte Zwischenstücke. Die glatten End- bzw. Zwischenstücke begrenzen die strukturierten Bereiche. Damit das Rohr problemlos in den Rohrbündelwärmeaustauscher eingebaut werden kann, darf der äußere Durchmesser der strukturierten Bereiche nicht größer sein als der äußere Durchmesser der glatten End- und Zwischenstücke.The present invention relates to structured pipes in which the Heat transfer coefficient is intensified on the outside of the pipe. Because of this the majority of the heat transfer resistance often on the inside The heat transfer coefficient must be on the inside in the Usually also be intensified. Heat exchanger tubes for tube bundle heat exchanger usually have at least one structured area as well smooth end pieces and possibly smooth intermediate pieces. The smooth end or Spacers limit the structured areas. So that the tube easily may be installed in the tube bundle heat exchanger, the outer may Diameter of the structured areas should not be greater than the outer diameter the smooth end and intermediate pieces.

Zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei der Verdampfung wird der Vorgang des Blasensiedens intensiviert. Es ist bekannt, dass die Bildung von Blasen an Keimstellen beginnt. Diese Keimstellen sind meist kleine Gas- oder Dampfeinschlüsse. Solche Keimstellen lassen sich bereits durch Aufrauen der Oberfläche erzeugen. Wenn die anwachsende Blase eine bestimmte Größe erreicht hat, löst sie sich von der Oberfläche ab. Wenn im Zuge der Blasenablösung die Keimstelle durch nachströmende Flüssigkeit geflutet wird, wird u.U. der Gas- bzw. Dampfeinschluss durch Flüssigkeit verdrängt. In diesem Fall wird die Keimstelle inaktiviert. Dies lässt sich durch eine geeignete Gestaltung der Keimstellen vermeiden. Hierzu ist es notwendig, dass die Öffnung der Keimstelle kleiner ist als die darunterliegende Kavität, wie z.B. bei hinterschnittenen Strukturen.To increase the heat transfer during evaporation, the process of Bubble boiling intensified. It is known that the formation of bubbles at germinal sites starts. These germinal sites are usually small gas or steam inclusions. Such nucleation sites can already be produced by roughening the surface. When the growing bubble reaches a certain size, it releases itself from the surface. If in the course of bladder detachment, the germinal site by inflowing Liquid is flooded, u.U. the gas or steam inclusion by Liquid displaced. In this case, the germinal site is inactivated. This is possible avoid by a suitable design of the germinal sites. For this it is necessary that the opening of the germinal site is smaller than the underlying cavity, such as e.g. at undercut structures.

Es ist Stand der Technik, derartige Strukturen auf der Basis von integral gewalzten Rippenrohren herzustellen. Unter integral gewalzten Rippenrohren werden berippte Rohre verstanden, bei denen die Rippen aus dem Wandungsmaterial eines Glattrohres geformt wurden. Hierbei sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen die zwischen benachbarten Rippen befindlichen Kanäle derart verschlossen werden, daß Verbindungen zwischen Kanal und Umgebung in Form von Poren oder Schlitzen bleiben. Durch diese kann der Transport von Flüssigkeit und Dampf erfolgen. Insbesondere werden solche im wesentlichen geschlossene Kanäle durch Umbiegen oder Umlegen der Rippe (US 3.696.861, US 5.054.548), durch Spalten und Stauchen der Rippe (DE 2.758.526, US 4.577.381), und durch Kerben und Stauchen der Rippe (US 4.660.630, EP 0.713.072, US 4.216.826) erzeugt.It is state of the art to have such structures based on integrally rolled To produce finned tubes. Under integrally rolled finned tubes are finned Tubes understood in which the ribs of the wall material of a smooth tube were formed. Here, various methods are known with which the be sealed between adjacent ribs channels, that connections between the channel and the environment in the form of pores or slits stay. Through this, the transport of liquid and steam can take place. In particular, such substantially closed channels are bent over or folding the rib (US 3,696,861, US 5,554,548), by columns and Pinching the rib (DE 2,758,526, US 4,577,381), and by notching and upsetting rib (US 4,660,630, EP 0,713,072, US 4,216,826).

Die bekannten Schutzrechte zielen darauf ab, eine möglichst gleichmäßige, definierte Kanal- und Porengröße zu erzeugen. In der US-PS 5.054.548 werden je nach dem zu verdampfenden Medium (Hochdruck- oder Niederdruck-Kältemittel) unterschiedlich große optimale Porengrößen angegeben. Diese Betrachtung setzt voraus, dass das Porensystem am besten aus gleich großen Poren aufgebaut wird.The well-known property rights are aimed at the most uniform, defined Channel and pore size to produce. U.S. Patent 5,054,548 each according to the medium to be evaporated (high-pressure or low-pressure refrigerant) given different sized optimal pore sizes. This consideration sets that the pore system is best built from equally sized pores.

In der JP-OS 63-172.892 wird eine Methode beschrieben, mit der voneinander abgeschlossene, große und kleine Kavitäten erzeugt werden. Dies geschieht durch Aufweiten der gewalzten Rippenkanäle in regelmäßigen Abständen. Die einzelnen Kavitäten sind durch verschieden große Poren mit dem Außenraum verbunden; große und kleine Kavitäten sind jedoch voneinander getrennt. Das Ziel der JP-OS 63-172.892 ist die Schaffung einer Struktur, die bei unterschiedlichen Heizflächenbelastungen, ausgedrückt durch die Wandüberhitzung, gleichbleibend funktionieren soll. Die großen Kavitäten und Poren sollen bei hoher Wandüberhitzung den Wärmeübergang sicherstellen, die hiervon abgetrennten kleinen Kavitäten und Poren hingegen bei kleiner Wandüberhitzung. Diese Betrachtungsweise setzt ebenfalls wieder voraus, dass jeweils eine Porengröße für einen gegebenen Betriebszustand (Heizflächenbelastung, Sättigungsbedingungen, verdampfender Stoff) optimal ist. Die Aufweitung der Rippengänge wird durch eine gezahnte Scheibe erreicht, die dicker ist als die Kanalbreite zwischen den Rippen. Hierdurch werden die Rippen an der Aufweitungsstelle nach beiden Seiten weit auseinandergedrückt. In der Folge werden die beiden benachbarten Kanäle an dieser Stelle verschlossen, wodurch einzelne voneinander abgetrennte Kavitäten entstehen. An der Aufweitungsstelle entsteht eine im Verhältnis sehr große Öffnung. In JP-OS 63-172.892 a method is described, with the self-contained, large and small cavities are generated. This happens through Widening of the rolled rib channels at regular intervals. The single ones Cavities are connected by different sized pores with the outside space; however, large and small cavities are separated. The goal of the JP-OS 63-172.892 is the creation of a structure that, at different Heizflächenbelastungen, expressed by wall overheating, work consistently should. The large cavities and pores should be at high wall overheating the Heat transfer ensure the separated therefrom small cavities and Pores, however, with small wall overheating. This approach sets Also, again, assume that each one pore size for a given Operating state (heating surface load, saturation conditions, evaporating Fabric) is optimal. The widening of the ribs is by a toothed Achieved slice that is thicker than the channel width between the ribs. hereby The ribs are pressed apart at the expansion point on both sides. As a result, the two adjacent channels will be at this point closed, resulting in individual separate cavities. At The expansion point creates a relatively large opening.

In der JP-OS 54-16.766 wird eine Wärmeübertrageroberfläche mit großen und kleinen Porenöffnungen vorgeschlagen, wobei die Poren so angeordnet sind, daß sich alle großen Poren auf einer Seite des Rohres und alle kleinen Poren auf der anderen Seite des Rohres befinden. Ein derartiges Rohr ist für den horizontalen Einbau in einen Rohrbündelapparat vorgesehen. Der Einbau muß jedoch so erfolgen, daß die großen Poren nach oben und die kleinen Poren nach unten gerichtet sind. Die Flüssigkeit wird dann durch die kleinen Poren eingesaugt, der Dampf nach oben durch die großen Poren ausgestoßen. Ein derartiger Einbau in einer vorgegebenen Orientierung ist jedoch bei einer Großserienfertigung von Wärmeübertragern nicht durchführbar, da die Rohre üblicherweise durch einen Einwalzvorgang mit dem Apparat verbunden werden und bei diesem Einwalzvorgang das Rohr um ein unkontrollierbares Winkelmaß um seine Achse rotiert. Ferner ist zu berücksichtigen, daß bei diesem Rohrkonzept aus strömungstechnischen Gründen die Kanäle ein sehr großes Volumen besitzen müssen. Dies bedingt nachteilig hohe Rohrgewichte und eine große Schichtdicke der Außenstruktur. Letztgenanntes führt zu einem kleinen inneren Rohrquerschnitt und somit zu unerwünscht hohem Druckabfall des rohrseitig strömenden Mediums.In JP-OS 54-16,766 a heat exchanger surface with large and suggested small pore openings, wherein the pores are arranged so that all the big pores on one side of the tube and all the small pores on the tube located on the other side of the pipe. Such a tube is for horizontal Installation provided in a tube bundle apparatus. The installation must be so Make sure the big pores are up and the little pores are down are directed. The liquid is then sucked through the small pores, the Steam expelled up through the large pores. Such an installation in However, a predetermined orientation is in a mass production of Heat exchangers not feasible, since the pipes usually by a Rolling be connected to the apparatus and in this Einwalzvorgang the tube is rotated about its axis by an uncontrollable angle. It should also be noted that in this pipe concept from fluidic Reasons the channels must have a very large volume. This conditionally disadvantageous high pipe weights and a large layer thickness of the outer structure. The latter leads to a small inner tube cross-section and thus to undesirably high pressure drop of the pipe side flowing medium.

US 5.597.039 (bzw. US-PS 5.896.660) beschreibt ein Verdampferrohr mit umgebogenen Rippenspitzen, wobei die Rippenspitzen vor dem Umbiegen mit Kerben versehen werden. Hierbei haben jeweils benachbarte Kerben einer Rippe unterschiedliche Form und/oder Größe, so daß ein System von unterschiedlichen Porenöffnungen entsteht. Als entscheidend wird dabei angesehen, daß unmittelbar benachbarte Öffnungen unterschiedlich groß sind. Je nach Betriebszustand, ausgedrückt durch die Heizflächenbelastung, wird die für den Betriebszustand günstigste Porensorte aktiviert sein. Die vielen unterschiedlichen Poren dienen dazu, dem Rohr über einen weiten Bereich von Betriebszuständen gute Verdampfungseigenschaften zu verleihen. Die jeweils nicht aktiven Poren tragen jedoch nicht zum Verdampfungsprozeß bei. Sie reduzieren hingegen die Dichte der aktiven Blasenkeimstellen und können damit die Wärmeübertragungseigenschaften des Rohres sogar verschlechtern.No. 5,597,039 (or US Pat. No. 5,896,660) describes an evaporator tube with bent-over tubes Rib tips, with the rib tips before bending over with notches be provided. Here, each adjacent notches of a rib have different Shape and / or size, so that a system of different Pore openings formed. The decisive factor is that immediate adjacent openings are different sizes. Depending on the operating condition, expressed by the Heizflächenbelastung, which is for the operating condition be activated most favorable type of pores. The many different pores serve to provide the tube with good vaporization properties over a wide range of operating conditions to rent. However, the non-active pores do not carry to the evaporation process. On the other hand, they reduce the density of the active ones Bubble nuclei and can thus the heat transfer properties of the Pipe even deteriorate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeaustauscherrohr der genannten Art mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeübertragung bei Verdampfung von Stoffen auf der Rohraussenseite zu erzeugen. Die Wärmeübertragungseigenschaften sollen auf die Eigenschaften des zu verdampfenden Stoffs sowie auf den Betriebszustand anpassbar sein.The invention is based on the object, a heat exchanger tube of said Type with improved heat transfer properties Evaporation of substances on the tube outside to produce. The heat transfer properties should be on the properties of the substance to be vaporized and be adaptable to the operating condition.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved.

Die Größe einer einzelnen Pore ist exakt definierbar und messtechnisch erfassbar. Aufgrund des Herstellungsverfahrens und bedingt durch Toleranzen in Material und Werkzeug haben zwei beliebig gewählte Poren praktisch nie die gleiche Form und Größe. Die Porengröße unterliegt statistischen Schwankungen. Es ist deshalb sinnvoll, die Poren entsprechend ihrer Größe in Größenklassen einzuteilen, wobei sich die Poren mit einer endlichen Verteilungsbreite um Häufigkeitsmaxima gruppieren. Unterschiedlich große Poren im Sinne der Erfindung sollen dann vorliegen, wenn sich im Häufigkeitsdiagramm nach Fig. 5 die Abszissenwerte benachbarter Maxima der Häufigkeitsverteilung um mindestens 50% des zur kleinsten Porenklasse gehörenden Abszissenwerts unterscheiden.The size of a single pore can be precisely defined and measured. Due to the manufacturing process and due to tolerances in material and Tools have two arbitrarily chosen pores practically never the same shape and shape Size. The pore size is subject to statistical fluctuations. It is because of that useful to divide the pores according to their size in size classes, where the pores with a finite distribution range group around frequency maxima. Different sized pores according to the invention should then be present if, in the frequency diagram according to FIG. 5, the abscissa values are adjacent Maxima of the frequency distribution by at least 50% of the smallest pore class different abscissa value.

Zur messtechnischen Bestimmung von Porengröße und -häufigkeitsverteilung wird beispielsweise ein geeignetes Bildverarbeitungssystem, bestehend aus optischer Bilderfassungeinheit und digitaler Auswertungseinheit, benutzt. Die Rohroberfläche wird fotografisch erfaßt und das Bild in Graustufen sortiert. Durch geeignete Wahl einer Grauwertschwelle wird das Bild der Rohroberfläche in Porenbereiche und Bereiche metallischer Oberfläche zerlegt. Die Porenbereiche werden dann geometrisch vermessen und digital ausgewertet. In Figur 5 ist die mittels eines derartigen Systems an einem erfindungsgemäßen Rohrmuster ermittelte Häufigkeitsverteilung der Porengröße dargestellt (vgl. das später behandelte Zahlenbeispiel). Die Porengröße ist durch die Fläche der Porenöffnung, gemessen in µm2, charakterisiert. Man erkennt im Histogramm zwei Maxima. Die Klasse der kleinen Poren gruppiert sich um das Maximum bei einer Porenfläche Ak, die Klasse der großen Poren gruppiert sich um das Maximum bei einer Porenfläche Ag. Die Werte Ag und Ak können damit jeweils als die mittlere Porengröße der beiden Porenklassen interpretiert werden. Das Häufigkeitsverhältnis Nk/Ng (Anzahl Nk der kleinen Poren zur Anzahl Ng der großen Poren) wird mit m bezeichnet.For metrological determination of pore size and frequency distribution, for example, a suitable image processing system consisting of optical image capture unit and digital evaluation unit is used. The surface of the tube is captured photographically and the image is sorted in grayscale. By a suitable choice of a gray level threshold, the image of the tube surface is divided into pore areas and areas of metallic surface. The pore areas are then geometrically measured and evaluated digitally. FIG. 5 shows the frequency distribution of the pore size determined by means of such a system on a tube pattern according to the invention (compare the numerical example discussed later). The pore size is characterized by the area of the pore opening, measured in μm 2 . One recognizes two maxima in the histogram. The class of small pores is grouped around the maximum at a pore area A k , the class of large pores is grouped around the maximum at a pore area A g . The values A g and A k can thus be interpreted in each case as the average pore size of the two pore classes. The frequency ratio N k / N g (number N k of the small pores to the number N g of the large pores) is designated by m.

Gemäß der Erfindung werden die zwischen den Rippen befindlichen Kanäle durch Material der oberen Rippenbereiche im wesentlichen verschlossen, wobei die so entstehenden Hohlräume durch Poren mit dem umgebenden Raum verbunden sind. Diese Poren sind so gestaltet, daß sie in typischerweise zwei Größenklassen eingeteilt werden können. Nach einem regelmäßigen, sich wiederholenden Schema folgen entlang der Kanäle auf jeweils eine bestimmte Anzahl kleiner Poren eine oder mehrere große Poren. Durch diese Struktur wird eine gerichtete Strömung in den Kanälen erzeugt. Flüssigkeit wird durch die kleinen Poren mit Unterstützung des Kapillardrucks eingezogen und benetzt die Kanalwände, wodurch dünne Filme erzeugt werden. Der Dampf sammelt sich im Zentrum des Kanals an und entweicht an den Stellen mit dem geringsten Kapillardruck.According to the invention, the channels located between the ribs pass through Material of the upper rib areas substantially closed, the so resulting cavities are connected by pores with the surrounding space. These pores are designed to be typically in two size categories can be divided. After a regular, repetitive scheme follow along the channels to each a certain number of small pores one or several large pores. Through this structure, a directed flow in created the channels. Fluid gets through the small pores with support drawn in by the capillary pressure and wets the channel walls, creating thin films be generated. The steam accumulates in the center of the canal and escapes in the places with the lowest capillary pressure.

Dies sind die in bestimmten Abständen angeordneten großen Poren. Größenverhältnis Ag/Ak und Häufigkeitsverteilung m der Poren sind so gewählt, dass der Dampf entweichen kann, ohne dass zu viel Flüssigkeit in die Kanäle eindringt und diese flutet, wodurch die wärmetechnisch sehr effektive Dünnschichtverdampfung zum Erliegen käme. Andererseits müssen die Dampfporen groß genug gewählt werden, dass der Dampf nicht in den Poren zurückgestaut wird. These are the large pores arranged at certain intervals. Size ratio A g / A k and frequency distribution m of the pores are chosen so that the steam can escape without too much liquid penetrates into the channels and flooding them, whereby the thermally efficient very thin film evaporation would come to a standstill. On the other hand, the vapor pores must be large enough that the vapor is not dammed back in the pores.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4. Insbes. Anspruch 4 ist auf das Verhältnis Fk/Fg gerichtet.Preferred embodiments of the invention are subject matter of claims 2 to 4. In particular. Claim 4 is directed to the ratio F k / F g .

Für das Verhältnis der gesamten Öffnungsflächen Fk aller kleinen Poren zur gesamten Öffnungsfläche Fg aller großer Poren gilt:

Figure 00070001
For the ratio of the total opening area F k of all small pores to the total opening area F g of all large pores, the following applies:
Figure 00070001

Das Verhältnis der gesamten Öffnungsflächen muß auf die Eigenschaften des verwendeten Mediums am Betriebspunkt abgestimmt sein. Hierbei ist bei der Auslegung der Porengeometrie insbesondere zu berücksichtigen, daß dieses Verhältnis proportional zur Quadratwurzel aus dem Dichteverhältnis von Dampf ρD und Flüssigkeit ρFI sein sollte: Fk Fg ρD ρFl The ratio of the total opening area must be matched to the properties of the medium used at the operating point. In particular, when designing the pore geometry, it should be borne in mind that this ratio should be proportional to the square root of the density ratio of vapor ρ D and liquid ρ FI : F k F G ~ ρ D ρ Fl

Damit ist die Porenstruktur an die Eigenschaften des verwendeten Stoffs sowie den Betriebszustand, insbesondere die Drucklage, anpassbar.Thus, the pore structure of the properties of the material used and the Operating state, in particular the pressure, adaptable.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres.The invention further provides a process for the preparation of the invention Heat exchange tube.

Ausgehend von dem Verfahren nach der US-PS 5.896.660 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung durch am Umfang der Kerbscheibe angeordnete große und kleine Zähne bewirkt wird; die gekerbten Rippenspitzen werden durch radialen Druck bis auf das Niveau der Kerbung gestaucht.Starting from the method according to US-PS 5,896,660 according to the preamble of Claim 5, the method according to the invention is characterized in that that the notch by large and small arranged on the circumference of the notch disc Teeth is effected; the notched rib tips are due to radial pressure up compressed to the level of notch.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbscheibe am Umfang in regelmäßiger Anordnung kleine und große Zähne aufweist, wobei jeweils auf eine bestimmte Anzahl kleiner Zähne ein großer Zahn oder mehrere große Zähne folgen und wobei das Verhältnis der Anzahl kleiner Zähne zur Anzahl großer Zähne m = 12:1 bis 1:5 beträgt; auf die Kerbscheibe folgt eine Stauchrolle.
(Das Verhältnis ist naturgemäß identisch mit m = Nk/Ng.)
An apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 6 is characterized in that the notched disc has small and large teeth on the circumference in a regular arrangement, each followed by a large number of small teeth or a large tooth and the teeth Ratio of the number of small teeth to the number of large teeth m = 12: 1 to 1: 5; on the notch disc follows a compression roller.
(The ratio is naturally identical to m = N k / N g .)

Die Ansprüche 7 bis 12 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung.Claims 7 to 12 relate to preferred embodiments of the device.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments.

Es zeigt:

Figur 1
schematisch die Oberfläche eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit zwei Porenklassen,
Figur 2
eine Vorrichtung zur Herstellung des Wärmeaustauschrohres,
Figur 3
den Teilausschnitt einer Kerbscheibe,
Figur 4
schematisch die gerichtete Dampfströmung entlang eines Rippenkanals,
Figur 5
beispielhaft die Häufigkeitsverteilung von großen und kleinen Poren,
Figur 6
den Wärmeübergangskoeffizienten auf der Rohraußenseite als Funktion der Heizflächenbelastung für drei unterschiedlich gestaltete Porensysteme.
It shows:
FIG. 1
2 shows schematically the surface of a heat exchange tube according to the invention with two pore classes,
FIG. 2
a device for producing the heat exchange tube,
FIG. 3
the partial section of a notched disc,
FIG. 4
schematically the directed vapor flow along a rib channel,
FIG. 5
for example, the frequency distribution of large and small pores,
FIG. 6
the heat transfer coefficient on the pipe outside as a function of the Heizflächenbelastung for three differently designed pore systems.

Das integral gewalzte Rippenrohr 1 nach Figuren 1 und 2 weist auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufende Rippen 2 auf, zwischen denen eine Nut 3 gebildet ist. Material der Rippenspitzen 2' ist derart verlagert, dass die Rippenzwischenräume unter Ausbildung von Kanälen 4 bis auf große Poren 5 (Fläche Ag) und kleine Poren 6 (Fläche Ak) geschlossen werden. Die Kanäle 4 laufen mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt um.The integrally rolled finned tube 1 according to FIGS. 1 and 2 has helical circumferential ribs 2 on the tube outside, between which a groove 3 is formed. Material of the rib tips 2 'is displaced such that the rib gaps are closed to form channels 4 except for large pores 5 (area A g ) and small pores 6 (area A k ). The channels 4 run around with a substantially uniform cross-section.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Rippenrohres 1 erfolgt durch einen Walzvorgang (vgl. US-PSen 1.865.575 / 3.327.512) mittels der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung.The production of the finned tube 1 according to the invention is carried out by a rolling process (see U.S. Patent Nos. 1,865,575 / 3,327,512) by means of that shown in FIG Contraption.

Es wird eine Vorrichtung verwendet, die aus n = 3 Werkzeughaltern 7 besteht, in die jeweils ein Walzwerkzeug 8 und mindestens eine nachgeschaltete Kerbscheibe 9 und eine Stauchrolle 10 integriert sind (in Figur 2 ist nur ein Werkzeughalter 7 dargestellt. Es können aber beispielsweise vier oder mehr Werkzeughalter 7 verwendet werden). Die Werkzeughalter 7 sind jeweils um α = 360 °/n versetzt am Umfang des Rippenrohres angeordnet. Die Werkzeughalter 7 sind radial zustellbar.It is used a device consisting of n = 3 tool holders 7, in the in each case a rolling tool 8 and at least one downstream notching disc 9 and a compression roller 10 are integrated (in Figure 2, only one tool holder 7th shown. But it can, for example, four or more tool holder. 7 be used). The tool holder 7 are each offset by α = 360 ° / n on Circumference of the finned tube arranged. The tool holder 7 are radially deliverable.

Sie sind ihrerseits in einem ortsfesten (nicht dargestellten) Walzkopf angeordnet (nach einer anderen Variante wird das Rohr bei sich drehendem Walzkopf lediglich axial vorgeschoben).They are in turn arranged in a stationary (not shown) rolling head (According to another variant, the tube is only rotating with rolling head axially advanced).

Das in Pfeilrichtung in die Vorrichtung einlaufende Glattrohr 1' wird durch die am Umfang angeordneten, angetriebenen Walzwerkzeuge 8 in Drehung versetzt, wobei die Achsen der Walzwerkzeuge 8 schräg zur Rohrachse verlaufen. Die Walzwerkzeuge 8 bestehen in an sich bekannter Weise aus mehreren nebeneinander angeordneten Walzscheiben 11, deren Durchmesser in Pfeilrichtung ansteigt. Die zentrisch angeordneten Walzwerkzeuge 8 formen die schraubenlinienförmig umlaufenden Rippen 2 aus der Rohrwandung des Glattrohres 1', wobei das Glattrohr 1' hier durch einen Walzdom 12 unterstützt wird.The running in the direction of arrow in the device smooth tube 1 'is characterized by the on Circumferentially arranged, driven rolling tools 8 set in rotation, wherein the axes of the rolling tools 8 extend obliquely to the tube axis. The rolling tools 8 exist in a conventional manner of several side by side arranged rolling disks 11 whose diameter increases in the direction of the arrow. The Centrally arranged rolling tools 8 form the helical circumferential ribs 2 from the pipe wall of the smooth tube 1 ', wherein the smooth tube 1 'here by a rolling dome 12 is supported.

Die Rippenspitzen 2' werden mittels der Kerbscheibe 9 gekerbt, die gemäß Figur 3 in regelmäßiger Ordnung am Umfang verteilt große und kleine Zähne 13 bzw. 14 aufweist. Bei der in Figur 3 dargestellten Kerbscheibe 9 folgt auf jeweils drei gleichartige kleine Zähne 14 ein großer Zahn 13.The rib tips 2 'are notched by means of the notching disc 9, which according to FIG 3 regularly and circumferentially distributed large and small teeth 13 and 14 respectively having. In the notching disk 9 shown in Figure 3 follows in each case three similar small teeth 14 a big tooth 13.

Abschließend erfolgt das Stauchen der gekerbten Rippenspitzen durch die Stauchrolle 10, wodurch zwei Porenklassen, nämlich die großen Poren 5 und die kleinen Poren 6,entstehen. Die großen Poren 5 werden dabei an den Stellen gebildet, an denen die großen Zähne 13 der Kerbscheibe 9 ihren Abdruck hinterlassen haben.Finally, the upsetting of the notched rib tips by the compression roller takes place 10, whereby two pore classes, namely the large pores 5 and the small Pores 6, arise. The large pores 5 are thereby formed at the points on where the big teeth 13 of the notching disc 9 have left their mark.

In Figur 3 sind zusätzlich die Breite b an der Spitze der kleinen Zähne 14, die Breite B an der Spitze der großen Zähne 13 eingetragen sowie der Flankenwinkel β angedeutet.In addition, in FIG. 3, the width b at the tip of the small teeth 14 is the width B registered at the top of the large teeth 13 and the flank angle β indicated.

Bringt man die Rohraußenfläche mit einer zu verdampfenden Flüssigkeit in Kontakt (vgl. Fig. 4), dann wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kanäle 4 und der Poren 5, 6 erreicht, dass die Kanalwände 15 von einem Flüssigkeitsfilm 16 benetzt werden.Bring the tube outer surface with a liquid to be evaporated in contact (See Fig. 4), then by the inventive design of the channels 4 and of the pores 5, 6 reaches that of the channel walls 15 of a liquid film 16 be wetted.

Der Phasenwechsel von flüssig nach dampfförmig geschieht dann nicht durch Blasenverdampfung, sondern durch Dünnschichtverdampfung an den Kanalwänden 15. In diesem Fall hat das Porensystem zwei verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Die Flüssigkeit muss zunächst in die unter der äußeren Rohroberfläche liegenden Kanäle 4 hineintransportiert werden. Nach der Verdampfung muss der entstandene Dampf 17 nach außen entweichen können. The phase change from liquid to vapor then does not happen Bubble evaporation, but by thin-film evaporation at the channel walls 15. In this case, the pore system has two different tasks to fulfill. The liquid must first be in the area below the outer tube surface Channels 4 are transported. After evaporation, the resulting Steam 17 can escape to the outside.

Damit der Verdampfungsvorgang aufrechterhalten werden kann, müssen die gleichen Mengen Flüssigkeit und Dampf 17 in zueinander entgegengesetzten Richtungen durch die Poren 5,6 transportiert werden. Andernfalls werden die Kanäle 4 entweder mit Flüssigkeit überflutet oder sie trocknen aus. In beiden Fällen wird der Verdampfungsvorgang stark beeinträchtigt oder kommt in den Kanälen 4 zum Erliegen.So that the evaporation process can be maintained, the equal amounts of liquid and steam 17 in opposite directions Directions are transported through the pores 5,6. Otherwise, the Channels 4 are either flooded with liquid or they dry out. In both cases the evaporation process is greatly impaired or comes in the channels. 4 to a halt.

Um den erzeugten Dampf 17 aus den Kanälen 4 transportieren zu können, muß in den Kanälen 4 ein höherer Druck herrschen als im Außenraum. Dieser Überdruck wird entsprechend der Dampfdruckkurve des zu verdampfenden Mediums durch die Übertemperatur der Rohrwand eingestellt.In order to transport the generated steam 17 from the channels 4, must in the channels 4 a higher pressure prevail than in the outer space. This overpressure is determined by the vapor pressure curve of the medium to be evaporated by the Overtemperature of the pipe wall set.

Üblicherweise werden Flüssigkeiten verwendet, die den Rohrwerkstoff gut benetzen. Eine derartige Flüssigkeit kann aufgrund des Kapillareffekts durch die Poren 5, 6 in der äußeren Rohroberfläche gegen einen Überdruck in die Kanäle 4 eindringen. In jeder Pore 5, 6 bildet sich ein Flüssigkeitsmeniskus, an dessen gekrümmter Oberfläche aufgrund der Oberflächenspannung eine Diskontinuität des Drucks entsteht. Dieser Druckunterschied wird Kapillardruck pk genannt und ist für kugelförmig gekrümmte Flüssikeitsoberflächen durch folgenden Zusammenhang bestimmt: Pk = 2·σ r Usually liquids are used, which wet the pipe material well. Such a liquid can penetrate into the channels 4 due to the capillary effect through the pores 5, 6 in the outer tube surface against an overpressure. In each pore 5, 6 a liquid meniscus is formed, on the curved surface of which, due to the surface tension, a discontinuity of the pressure arises. This pressure difference is called capillary pressure p k and is determined for spherically curved liquid surfaces by the following relationship: P k = 2 · σ r

In dieser Gleichung bedeuten σ die Oberflächenspannung und r den Krümmungsradius der Meniskusoberfläche. Der Krümmungsradius r hängt vom Kontaktwinkel Θ und der Porenform ab. Für Poren 5, 6 mit kreisförmigem Querschnitt und Porenradius Rp gilt: Pk = 2·σ·cosΘ Rp In this equation, σ is the surface tension and r is the radius of curvature of the meniscus surface. The radius of curvature r depends on the contact angle Θ and the pore shape. For pores 5, 6 of circular cross section and pore radius R p, the following applies: P k = 2 · σ · cos R p

Für Poren 5, 6 mit nicht kreisförmigem Querschnitt lassen sich ähnliche Zusammenhänge ableiten. Man erkennt, daß sich der größte Kapillardruck an den Poren 6 mit kleinstem Radius einstellen kann. Die Flüssigkeit dringt also durch die kleinen Poren 6 in den Kanal 4 ein, bildet an den Kanalwänden 15 einen dünnen Film 16 und verdampft unter Wärmezufuhr. Der Dampf 17 entweicht durch die größeren Poren 5, da an diesen der Kapillardruck geringer ist. Es bildet sich also eine von den kleinen Poren 6 hin zu den großen Poren 5 gerichtete Strömung aus. Dies ist in Figur 4 schematisch dargestellt.For pores 5, 6 with non-circular cross section, similar relationships can be derived. It can be seen that the largest capillary pressure at the pores 6 with can set the smallest radius. The liquid penetrates through the small one Pore 6 in the channel 4, forms a thin film 16 on the channel walls 15 and evaporates under heat. The steam 17 escapes through the larger ones Pores 5, since the capillary pressure is lower at these. So it forms one of the small pores 6 toward the large pores 5 directed flow. This is shown schematically in Figure 4.

Damit ausreichend Flüssigkeit in die Kanäle 4 hineintransportiert werden kann, muss eine ausreichende Menge an möglichst kleinen Poren 6 zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig müssen die großen Poren 5 so dimensioniert werden, daß der Dampf 17 ausreichend schnell entweichen kann und die Kanäle 4 nicht austrocknen. Die Größe und Häufigkeit der Dampfporen 5 im Verhältnis zu den kleineren Flüssigkeitsporen 6 sind deshalb äußerst kritische Größen.So that sufficient liquid can be transported into the channels 4, must have a sufficient amount of smallest possible pores 6 available be put. At the same time, the large pores 5 must be dimensioned that the steam 17 can escape sufficiently quickly and the channels 4 not dry out. The size and frequency of the steam pores 5 in relation to the smaller liquid spores 6 are therefore extremely critical sizes.

Es kann sich als zweckmäßig erweisen, mehr als zwei Größenklassen von Poren zu verwenden. Hierbei dringt die Flüssigkeit immer durch die Poren der kleinsten Klasse in den Kanal ein, während der Dampf durch die größeren entweicht.It may prove convenient to add more than two size classes of pores use. The fluid always penetrates through the pores of the smallest Class in the channel while the steam escapes through the larger ones.

Zahlenbeispiel:Numerical example:

Der Einfluss der Gestaltung des Porensystems auf die Leistungsfähigkeit des Rohres 1, ausgedrückt durch den Wärmeübergangskoeffizienten auf der Rohraußenseite in Abhängigkeit der Heizflächenbelastung, soll anhand von drei unterschiedlich gestalteten Porensystemen aufgezeigt werden.The influence of the design of the pore system on the performance of the Tube 1, expressed by the heat transfer coefficient on the tube outside depending on the Heizflächenbelastung, is based on three different designed pore systems are shown.

Die schraubenartig umlaufenden Kanäle 4 weisen eine Teilung von 0,5 mm und eine Höhe von insges. 0,75 mm auf. Der Außendurchmesser des Rohres 1 beträgt ca.19 mm. The helical circumferential channels 4 have a pitch of 0.5 mm and a height of 0.75 mm total. The outer diameter of the tube 1 is about 19 mm.

Die geometrischen Daten der verwendeten Kerbscheiben 9 sind in Tabelle 1 zusammengefasst; eine schematische Darstellung einer solchen Kerbscheibe 9 zeigt Figur 3. Je größer die Breite B an der Spitze der großen Zähne 13 ist, desto größer die ist die Porenfläche der großen Poren 5. Nr. Kerbteilung t Flankenwinkel β Breite b Breite B Häufigkeits-verhältnis m 1 0,50 mm 25° 0,20 - - 2 0,50 mm 25° 0,20 0,40 8:1 3 0,50 mm 25° 0,20 0,60 8:1 The geometric data of the notched discs 9 used are summarized in Table 1; FIG. 3 shows a schematic illustration of such a notch disk 9. The larger the width B at the tip of the large teeth 13, the larger the pore area of the large pores 5. No. Notch division t Flank angle β Width b Width B Frequency ratio m 1 0.50 mm 25 ° 0.20 - - 2 0.50 mm 25 ° 0.20 0.40 8: 1 3 0.50 mm 25 ° 0.20 0.60 8: 1

Die Wirkung auf den äußeren Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit der Heizflächenbelastung ist exemplarisch für das Kältemittel R-22 bei 14,4 °C Sättigungstemperatur in Figur 6 dargestellt.The effect on the external heat transfer coefficient as a function of Heating surface load is exemplary for the refrigerant R-22 at 14.4 ° C saturation temperature shown in FIG.

Im Vergleich zu einer Kerbscheibe 9 mit gleichbleibender Zahnbreite (siehe Nr. 1), d.h. Poren mit gleicher Größe, erhält man bei Kerbscheibe Nr. 2 eine Verbesserung des Wärmeübergangs um ca. 30 %.Compared to a notched disc 9 with constant tooth width (see no. 1), i.e. Pores of the same size, you get an improvement in notched disc No. 2 the heat transfer by about 30%.

In Figur 5 ist die an dem erfindungsgemäßen Rohrmuster ermittelte Häufigkeitsverteilung der Porengröße dargestellt. Die Klasse der kleinen Poren 6 gruppiert sich um das Maximum bei einer Porenfläche von ca. Ak = 30000 µm2, die Klasse der großen Poren 5 gruppiert sich um das Maximum bei einer Porenfläche von ca. Ag = 75000 µm2.FIG. 5 shows the frequency distribution of the pore size determined on the tube pattern according to the invention. The class of small pores 6 is grouped around the maximum at a pore area of about A k = 30000 μm 2 , the class of large pores 5 is grouped around the maximum at a pore area of about A g = 75000 μm 2 .

Vergrößert man die Dampfporen 5 weiter, wie bei Kerbscheibe Nr. 3, so erhält man gegenüber den gleichmäßigen Poren einen um 25 bis 45 % verringerten Wärmeübergangskoeffizienten auf der Rohraußenseite. In diesem Fall sind die Dampfporen 5 zu groß, die Kanäle 4 werden mit Flüssigkeit geflutet und die Dünnfilmverdampfung bricht zusammen.If you continue to enlarge the pores of the steam 5, as in the case of notched disc No. 3, you get compared to the uniform pores, a 25 to 45% reduced heat transfer coefficient on the outside of the pipe. In this case, the steam pores 5 too large, the channels 4 are flooded with liquid and the thin film evaporation collapses.

Es zeigt sich, dass die Abmessungen der Poren 5, 6 sowie die Häufigkeit der größeren Dampfporen 5 entscheidenden Einfluss auf die Funktion und damit die Leistungsfähigkeit der Struktur haben.It turns out that the dimensions of the pores 5, 6 as well as the frequency of larger steam pores 5 decisive influence on the function and thus the Having efficiency of structure.

Die vorliegenden Beobachtungen ergeben, dass weniger die Kanalgröße, sondern vielmehr die Porengröße für die Funktion und damit den Wärmeübergang maßgebend sind. Durch die fehlende Aufweitung der Kanäle (vgl. JP-OS 63-172.892, dortige Figur 5 und 7) werden jeweils benachbarte Kanäle nicht in negativer Weise beeinflusst.The present observations show that less the channel size, but rather, the pore size for the function and thus the heat transfer prevail are. Due to the lack of widening of the channels (see JP-OS 63-172,892, local figure 5 and 7) are each adjacent channels not in a negative way affected.

Die US-PS 4.729.155 bezieht sich auf nebeneinander liegende Kanäle, die durch kleinere Queröffnungen miteinander verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf abgeschlossene Kanäle, in denen eine gerichtete Strömung vorliegt, wie oben beschrieben. Querverbindungen zwischen den Kanälen führen zu einer Störung der gerichteten Strömung und sind daher für dieses Konzept nicht brauchbar.U.S. Patent 4,729,155 relates to adjacent channels passing through smaller transverse openings are interconnected. The present invention however, refers to closed channels, where a directed flow present as described above. Cross connections between the channels lead to a disorder of directional flow and are therefore not for this concept useful.

Claims (12)

  1. Metal heat exchange tube, in particular for evaporating fluids comprising pure substances or mixtures on the outer side of the tube, having integral ribs (2) which extend in an annular or helical manner on the outer side of the tube and which are shaped to form substantially closed channels (4),
    the channels (4) extending with a substantially identical cross-section and being open outwardly in alternation by means of pores (5, 6) having at least two different sizes, characterised by the following features:
    a) the reciprocal relationship of the mean pore surface-area Ak (6) of the smallest pore class relative to the mean pore surface-area Ag (5) of the next-largest pore class is: Ag/Ak = from 1.5 to 4;
    b) the frequency relationship m = number Nk of pores (6) of the smallest pore class relative to the number Ng of pores (5) of the next-largest pore class is: m = Nk Ng = from 12:1 to 1:5.
  2. Heat exchange tube according to claim 1, characterised in that Ag/Ak = from 2 to 3 and m = Nk Ng = from 9:1 to 1:3.
  3. Heat exchange tube according to claim 1 or 2, characterised in that it has two pore classes.
  4. Heat exchange tube according to claim 3, characterised in that
    the relationship of the entire opening surface-area Fk of all the small pores (6) relative to the entire opening surface-area Fg of all the large pores (5) is co-ordinated with the properties of the medium used by means of: Fk Fg ρD ρFl ; with
    Figure 00220001
    and ρD = density of the vapour and ρFl = density of the fluid.
  5. Method for producing a heat exchange tube having integral ribs (2) which extend in a helical manner on the outer side according to any one or more of claims 1 to 4, wherein the following method steps are carried out:
    a) helically extending ribs (2) are rolled on the outer surface of a smooth tube (1') by the rib material being obtained by material being displaced outwards from the tube wall by means of a rolling operation and the resultant ribbed tube (1) being caused to rotate by the rolling forces and/or being advanced in accordance with the resultant ribs (2), the ribs (2) being formed from the otherwise unformed smooth tube (1') with increasing height,
    b) the smooth tube (1') is supported by a roll mandrel (12) located therein,
    c) after the ribs (2) are formed, the rib tips (2') are notched by a notched disc (9),
       characterised by:
    c') the notching is brought about by large and small teeth (13, 14) which are arranged on the periphery of the notched disc (9),
    d) the notched rib tips (2') are swaged by radial pressure as far as the level of the notching.
  6. Device for carrying out the method according to claim 5 in order to produce a heat exchange tube according to any one or more of claims 1 to 4, having the following features:
    a) at least two radially adjustable tool holders (7) which are arranged in a stationary rolling head in a mutually staggered manner are provided at the periphery of the ribbed tube (1),
    b) the tool holders (7) each have a driven rolling tool (8) which comprises a plurality of rolling discs (11) and which has an axis which is inclined relative to the tube axis,
    c) the rolling discs (11) having an increasing diameter,
    d) a notched disc (9) is connected downstream of the rolling tool (8) in at least one tool holder (7),
    characterised by the following features:
    d') the notched disc (9) has, in a regular arrangement on the periphery, large and small teeth (13, 14), a large tooth (13) or a plurality of large teeth (13) following a given number of small teeth (14) and the relationship of the number of small teeth (14) relative to the number of large teeth (13) being m = from 12:1 to 1:5, the relationship Ag/Ak being fixed between 1.5 and 4 by the teeth (13, 14),
    e) a swaging roller (10) follows the notched disc (9).
  7. Device according to claim 6, characterised in that the relationship m = from 9:1 to 1:3.
  8. Device according to claim 6 or 7, characterised in that the notched disc (9) has from 8 to 25 teeth (13, 14) per cm of periphery.
  9. Device according to any one or more of claims 6 to 8, characterised in that,
    when the teeth (13, 14) are of trapezoidal form, the relationship of the width B of the tip of a large tooth (13) to the width b of the tip of a small tooth (14) B/b = from 1.2 to 4.
  10. Device according to claim 9, characterised in that the relationship B/b = from 1.5 to 3.
  11. Device according to any one or more of claims 6 to 10, characterised in that
    the notched disc (9) is indented in a straight manner.
  12. Device according to any one or more of claims 6 to 10, characterised in that the notched disc (9) is indented in an inclined manner.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7073572B2 (en) * 2003-06-18 2006-07-11 Zahid Hussain Ayub Flooded evaporator with various kinds of tubes
WO2005028979A2 (en) * 2003-09-18 2005-03-31 Rochester Institute Of Technology Methods for stabilizing flow in channels and systems thereof
WO2006133211A2 (en) * 2005-06-07 2006-12-14 Wolverine Tube, Inc. Heat transfer surface for electronic cooling
US20080101022A1 (en) * 2006-10-26 2008-05-01 Honeywell International Inc. Micro-fluidic cooling apparatus with phase change
CN100498187C (en) * 2007-01-15 2009-06-10 高克联管件(上海)有限公司 Evaporation and condensation combined type heat-transfer pipe
US20080236803A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Wolverine Tube, Inc. Finned tube with indentations
CN101338987B (en) * 2007-07-06 2011-05-04 高克联管件(上海)有限公司 Heat transfer pipe for condensation
DE102008013929B3 (en) * 2008-03-12 2009-04-09 Wieland-Werke Ag Metallic heat exchanger pipe i.e. integrally rolled ribbed type pipe, for e.g. air-conditioning and refrigeration application, has pair of material edges extending continuously along primary grooves, where distance is formed between edges
US9844807B2 (en) * 2008-04-16 2017-12-19 Wieland-Werke Ag Tube with fins having wings
US9038710B2 (en) * 2008-04-18 2015-05-26 Wieland-Werke Ag Finned tube for evaporation and condensation
US20110300050A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-08 Memc Electronic Materials, Inc. Trichlorosilane Vaporization System
US11073340B2 (en) * 2010-10-25 2021-07-27 Rochester Institute Of Technology Passive two phase heat transfer systems
DE102011121733A1 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Wieland-Werke Ag Evaporator tube with optimized external structure
JP2014072265A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Hitachi Ltd Cooling system, and electronic device using the same
DE102014002829A1 (en) * 2014-02-27 2015-08-27 Wieland-Werke Ag Metallic heat exchanger tube
US10337802B2 (en) * 2014-10-01 2019-07-02 Georgia Tech Research Corporation Evaporation cooling devices and systems and methods of removing heat from hot spots
JP1541385S (en) * 2015-05-21 2016-01-12
EP3104418B8 (en) * 2015-06-08 2018-04-04 Meyer Burger (Germany) GmbH Method and device for texturing a silicon surface
US9945618B1 (en) * 2017-01-04 2018-04-17 Wieland Copper Products, Llc Heat transfer surface
KR101832432B1 (en) * 2017-03-31 2018-02-26 한국과학기술원 Plate pulsating heat spreader with artificial cavities
JP7444715B2 (en) * 2020-06-30 2024-03-06 古河電気工業株式会社 Heat transfer member and cooling device having heat transfer member

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1865575A (en) 1928-11-30 1932-07-05 Wolverine Tube Company Apparatus for manufacturing integral finned tubing
BE669560A (en) 1964-12-28
US3696861A (en) * 1970-05-18 1972-10-10 Trane Co Heat transfer surface having a high boiling heat transfer coefficient
JPS5325379B2 (en) * 1974-10-21 1978-07-26
JPS5237260A (en) * 1975-09-19 1977-03-23 Hitachi Cable Ltd Boiling heat-conducting wall
JPS53105751A (en) * 1977-02-25 1978-09-14 Furukawa Metals Co Heat transfer tube for boiling type heat exchanger and method of fabricating the same
DE2808080C2 (en) * 1977-02-25 1982-12-30 Furukawa Metals Co., Ltd., Tokyo Heat transfer tube for boiling heat exchangers and process for its manufacture
US4313248A (en) * 1977-02-25 1982-02-02 Fukurawa Metals Co., Ltd. Method of producing heat transfer tube for use in boiling type heat exchangers
JPS5416766A (en) * 1977-07-08 1979-02-07 Hitachi Ltd Boiling heat transfer wall
US4179911A (en) * 1977-08-09 1979-12-25 Wieland-Werke Aktiengesellschaft Y and T-finned tubes and methods and apparatus for their making
DE2758526C2 (en) * 1977-12-28 1986-03-06 Wieland-Werke Ag, 7900 Ulm Method and device for manufacturing a finned tube
JPS5835394A (en) * 1981-08-28 1983-03-02 Hitachi Ltd Heat-exchanging wall and production thereof
JPS5942486U (en) * 1982-09-08 1984-03-19 株式会社神戸製鋼所 Heat exchanger tubes for boiling type heat exchangers
JPS5984095A (en) * 1982-11-04 1984-05-15 Hitachi Ltd Heat exchanging wall
US4577381A (en) * 1983-04-01 1986-03-25 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Boiling heat transfer pipes
US4653163A (en) * 1984-09-14 1987-03-31 Hitachi, Ltd. Method for producing a heat transfer wall for vaporizing liquids
JPS61208496A (en) * 1985-03-12 1986-09-16 Hitachi Cable Ltd Evaporation heat transfer wall
US4660630A (en) * 1985-06-12 1987-04-28 Wolverine Tube, Inc. Heat transfer tube having internal ridges, and method of making same
JPS63172892A (en) * 1987-01-12 1988-07-16 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Heat transfer pipe for evaporation and its manufacture
US5054548A (en) * 1990-10-24 1991-10-08 Carrier Corporation High performance heat transfer surface for high pressure refrigerants
US5203404A (en) * 1992-03-02 1993-04-20 Carrier Corporation Heat exchanger tube
DE4404357C2 (en) * 1994-02-11 1998-05-20 Wieland Werke Ag Heat exchange tube for condensing steam
US5597039A (en) * 1994-03-23 1997-01-28 High Performance Tube, Inc. Evaporator tube
DE4420756C1 (en) * 1994-06-15 1995-11-30 Wieland Werke Ag Ribbed heat exchanger tube
ES2171519T3 (en) * 1994-11-17 2002-09-16 Carrier Corp HEAT TRANSFER TUBE.

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