EP3825636A1 - Wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung beziehungsweise entwurf - Google Patents

Wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung beziehungsweise entwurf Download PDF

Info

Publication number
EP3825636A1
EP3825636A1 EP20208451.3A EP20208451A EP3825636A1 EP 3825636 A1 EP3825636 A1 EP 3825636A1 EP 20208451 A EP20208451 A EP 20208451A EP 3825636 A1 EP3825636 A1 EP 3825636A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
sections
finned tube
ribs
pipe sections
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP20208451.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3825636B1 (de
Inventor
Stefan Leutloff
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.)
Schmoele GmbH
Original Assignee
Schmoele GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmoele GmbH filed Critical Schmoele GmbH
Publication of EP3825636A1 publication Critical patent/EP3825636A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3825636B1 publication Critical patent/EP3825636B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • 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
    • 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
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • 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
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00—Prediction; Simulation; Testing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/08—Assemblies of conduits having different features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing or designing a heat exchanger.
  • a heat exchanger is a device that transfers thermal energy from one material flow to another.
  • the substances are usually fluids, i.e. liquids or gases.
  • one of the substances is a liquid (e.g. water), the other a gas (usually air).
  • the component that separates the substances must have good thermal conductivity and, in particular, a large surface.
  • the component is usually provided by pipe sections in which one of the substances, typically a liquid, is guided.
  • a typical heat exchanger has spiral fin tube sections which are bundled to form compact heat exchangers.
  • Spiral rib tubes are thin-walled, metallic tubes that have spiral or helical ribs to increase the surface area.
  • the density of ribs is also known as the "rib pitch" and has a significant influence on the thermal properties.
  • the idea of the invention consists in using tube sections with different ribs to produce the heat exchanger.
  • the sections can, for example, have different rib inclinations.
  • the ribs of the pipe sections can each have a different height.
  • the pipe sections can have ribs made of a different material.
  • the aforementioned or other parameters are selected on the basis of information that the designer or manufacturer has obtained about the heat exchange behavior of the pipe sections (especially in the area of the fins) depending on their arrangement in the heat exchanger:
  • pipe sections which, according to said information (for example due to their arrangement) have particularly good heat exchange behavior can be ribbed particularly closely and / or provided with particularly high ribs, because it is particularly worthwhile for these pipe sections.
  • At least two of the pipe sections should have different ribs in comparison to one another.
  • all pipe sections can also have different ribs.
  • a pipe section is not provided with ribs at all (for example in the event that this is not worthwhile).
  • the selection of the different ribs is made on the basis of information that is typically obtained or created in a previous method step.
  • This information preferably takes into account the pipe section arrangement (in the heat exchanger).
  • the pipe section arrangement relates in particular to the arrangement of the pipe sections to one another or to one another.
  • the direction of flow of the fluid flowing outside the pipe sections can advantageously be taken into account.
  • the arrangement of the pipe sections is specified depending on the installation space or customer requirements. In other cases a standard pipe section arrangement may be chosen or one any, even optimized, arrangement can be made. This arrangement is then typically the basis for the information on the heat exchange behavior or has a significant influence on it.
  • Corresponding information can be obtained by carrying out simulations (in particular computer-aided) or, alternatively or additionally, by carrying out tests (on real test arrangements).
  • the information obtained or created relates to the heat exchange behavior of the pipe sections, in particular pipe sections can be determined which enable or have better heat exchange behavior or better heat transfer between the two substances or fluids in the specified or selected arrangement.
  • the specified pipe section positions can be stored or entered and based on assumptions about the direction of flow of the external medium (i.e. the fluid that is located outside the pipe sections and is currently not being conducted into them), knowledge about the heat exchange behavior of the different finned pipe sections can then be obtained.
  • the external medium i.e. the fluid that is located outside the pipe sections and is currently not being conducted into them
  • a predetermined rib height can initially be assumed in the simulation.
  • the rib height can then be adjusted.
  • Such a program can display the result of a simulation in particular graphically, preferably color-coded.
  • the display can show data on the simulated or calculated heat exchange behavior in the area of the finned tube sections, in particular relating to the heat flow (for example, values relating to the heat flow density can be displayed in a color-adjusted manner).
  • the method according to the invention relates in particular to the production of a heat exchanger in the sense that, in principle, a method step could also be provided in which the differently ribbed pipe sections are combined to form a heat exchanger or housed or installed in a heat exchanger housing or the like.
  • the method according to the invention is only used for drafting or designing a heat exchanger, for example in the event that a user only wants to determine data about the arrangement to be selected (or the ribs to be used) for a specific application (but not the heat exchanger itself but only forwards the data created about the design of the heat exchanger or the design of the heat exchanger - internally or externally).
  • a heat exchanger according to the invention has at least two (differently) ribbed pipe sections.
  • the heat exchanger can also have more pipe sections than two (for example four, six, eight or even more pipe sections). In any case, two of these must differ in terms of their ribbing.
  • the finned tube sections are arranged next to one another in the heat exchanger, that is to say essentially assigned to one another. Only in this case does it make sense to obtain information, for example in the context of a simulation.
  • the ribbed pipe sections are preferably arranged parallel to one another. This is the typical configuration of a tube bundle in a heat exchanger and is also easy to obtain or creating information, for example as part of a simulation.
  • the finned tube sections can be assigned to completely separate finned tubes:
  • a heat exchanger can have several tube sections which - at least within the heat exchanger housing - are not connected to one another.
  • the invention also includes pipe sections that actually belong to the same finned tube:
  • straight, parallel pipe sections can be provided by a meander-shaped overall finned tube:
  • the individual finned tube sections are arranged straight and parallel to one another. But these are all part of the same overall finned tube.
  • a number of such total finned tubes can also be provided in a heat exchanger.
  • An overall finned tube that is, for example, helical is also conceivable.
  • Individual turns (or turn sections) can represent the pipe sections which run next to one another (and in particular essentially parallel to one another).
  • the pipe sections are essentially straight (their main direction of extent therefore extends along a straight line).
  • the pipe sections can in particular be arranged offset to one another or in alignment with one another.
  • the base bodies of the pipe sections are typically made of copper (or another suitable metal, in particular stainless steel).
  • the ribs can then, for example, consist of the same material (that is to say also copper) or another suitable material, in particular stainless steel (aluminum can also be used as a strip material).
  • the ribs of a pipe section are advantageously provided by more than one band (in particular by two bands or more).
  • a finned tube section can be completed much more quickly given a given distance between two adjacent fins.
  • the belts can have a higher gradient for the same amount of time (for example, twice as high in the case of two belts as in the prior art method, in which only one belt is arranged on the finned tube).
  • the strips that provide the ribs are typically welded to the basic pipe bodies with the aid of (at least) one laser.
  • the basic pipe body of a pipe section is typically provided by an externally smooth round pipe, which is in the form of a straight line or rod-like, and which is then further processed, in particular ribbed.
  • the ribbed band is then attached to the basic pipe body, usually with the aid of a laser, typically in a helical shape.
  • the ribs of the pipe sections in comparison to one another have a different height.
  • at least one pipe section has a different rib height than another pipe section.
  • the height of the ribs essentially corresponds to the width of the strip that is used to create the ribs.
  • ribs of the pipe sections consist of a different material.
  • a first tube section can be provided which has a rib made of a first material and a second tube section which has a rib made of a different material.
  • the rib materials can be, for example, stainless steel or copper or titanium or aluminum or similar materials.
  • the different materials can advantageously be a rustproof material and a non-rustproof material.
  • heat exchangers can be produced which are only equipped with rustproof (more expensive) ribs for areas of high humidity. In this way, expensive alloys in particular can be saved.
  • an individual pipe section it is also possible for an individual pipe section to have strips made of different materials, so that the ribs of this pipe section, for example, consist of a first and consist of a second material.
  • a configuration according to the invention is particularly advantageous in which the ribs of the pipe sections have a different pitch compared to one another.
  • at least one pipe section is provided with a first pitch, and another or second pipe section with a different pitch.
  • the pitch indicates the number of ribs per unit of length (for example inches). The higher the slope, the closer the ribs are together and the more rib material is used.
  • the pipe sections originate from the same pipe. In particular, they were cut off from this original pipe. This means that at least two pipe sections still belonged together to one pipe before a cutting process. After the separation process, for example after cutting off or cutting through or the like, the pipe sections are then used separately in the heat exchanger as (separate) pipe sections.
  • the pipe from which the at least two pipe sections originate is preferably already finned before a cutting process takes place. This facilitates manufacturability.
  • the tube is ribbed in a varying manner, in particular in a gradually varying manner. This enables particularly easy and economical producibility, since in this way pipe sections originating from a pipe or can be separated, which have a different slope to one another. The manufacturing process is kept as simple as possible, since only one tube is actually used.
  • the original pipe can be designed in particular straight or as a straight line in terms of its longitudinal extension.
  • the separated pipe sections then also have a straight shape in terms of their longitudinal extension.
  • a (straight) pipe a few meters long can be ribbed in one piece (preferably ribbed in varying degrees) in this way.
  • a first area of the finned tube can have a first slope, a second area a second slope (possibly a third area, a third slope, etc.).
  • a separation process can then then take place, which separates the first area from the second (and possibly the second from the third, etc.).
  • the pipe can be cut off.
  • each pipe section then has a constant slope, the slope of the pipe sections varying in comparison to one another.
  • Such a varying rib pitch of the original pipe body can in particular be achieved in that one of the The variable tape guide developed by the applicant is used, which can vary the angle of incidence of the tape or tapes during the welding process.
  • the primary pipe can preferably be separated, in particular cut, evenly or into pieces of equal length. This enables the production of a bundle of pipe sections of equal length.
  • At least one pipe section is not ribbed at all based on the information mentioned.
  • it can be decided that it makes no sense at all to rib a certain pipe section, for example because it does not have any noteworthy heat exchange behavior or the like. In this way, a particularly large amount of rib strip material can be saved.
  • the ribs of at least one pipe section consist of at least two strips. Ribbons are typically welded to pipe bodies to produce ribs. The width of the band determines the height of the rib, for example.
  • the ribs of a pipe section are provided by at least two strips, which are typically formed separately (that is in this case in particular that these run parallel to one another, preferably helically).
  • the ribs assigned to one side of the pipe section are always provided alternately by one of the bands.
  • This embodiment has the particular advantage that it facilitates a varying rib incline for the ribbing of the original pipe (from which the pipe sections can be cut out).
  • it is difficult to achieve a varying, in particular a gradually varying, rib pitch on a pipe if only one band is used.
  • This embodiment thus enables a significantly more reliable control of the rib fastening process, which in the end also enables varying rib slopes in a reliable manner.
  • a ribbed original pipe can be produced, which is then divided into several pipe sections by a cutting process, which in turn can be built into the heat exchanger, so that the individual pipe sections actually have different slopes compared to each other.
  • the information on the heat exchange behavior of the pipe sections can preferably be obtained by means of a computer-aided simulation.
  • a computer program can be used, for example a computer program that can be executed on a conventional PC, notebook, tablet, mobile phone or the like.
  • pipe sections can preferably be arranged according to certain specifications, and on the basis of this arrangement the heat exchange behavior of these pipe sections can be calculated taking into account the flow behavior of the fluid flowing outside the pipe sections.
  • the simulation can, of course, take into account any parameters that can be sensibly selected for the simulation, such as the type of flowing medium, the direction of flow, condensation effects and / or a prescribable rib height.
  • Such a simulation can advantageously be offered, embedded or executed as a tool or app or the like in a CAD program.
  • This has the advantage that the designer who operates the CAD program can use the information obtained via this simulation directly to define different ribs for different pipe sections and to specify, save or take into account directly in the CAD program.
  • the simulation tool is integrated into a design program.
  • the results of the simulation are displayed directly to the CAD program user, in particular color-coded, in order to clarify the calculated / expected heat exchange behavior of the pipe sections.
  • Such a computer-aided program can particularly advantageously be calibrated, adapted or configured at the factory or by the user by taking real measurement data into account. A measurement can thus take place in an actual wind tunnel or the like, and these real results can then be taken into account in order to adjust, correct or calibrate the computer-aided simulation.
  • the object on which the invention is based is achieved by a heat exchanger according to claim 10, which accordingly has the peculiarity that the finned tube sections are ribbed differently.
  • the heat exchanger thus has finned tube sections which are provided with different fins.
  • the rib height and / or the slope of the ribs and / or the material of the ribs can differ.
  • the heat exchanger can in particular also have a housing or the like, or corresponding connections for the finned tube sections and / or for the substance conducted within the finned tubes.
  • heat exchangers in which the pipe sections have a different pitch and / or a different height and / or a different material compared to one another should also be considered to be disclosed.
  • the pipe sections can belong to the same pipe or come from the same pipe. Regardless of this, they can be formed separately - at least within the housing. For example, they can then be brought together outside the housing (or inside) for a common connection or drain or the like. This list is to be understood explicitly but not conclusively.
  • Fig. 1a shows first a very schematic side view of a first embodiment of a heat exchanger 10 according to the invention.
  • the heat exchanger 10 essentially consists of a housing 11 with an inlet 12 and an outlet 13 for a first fluid 14 flowing through the housing of the heat exchanger, which can in particular be a gas, for example air, such as smoke air or the like.
  • the first fluid 14 flows from the inlet 12 to the outlet 13 of the housing 11 and flows around a finned tube bundle 15 in the main flow direction H.
  • Such a finned tube bundle 15 typically consists of a plurality of finned tube sections 16 arranged next to one another.
  • FIG. 1a two finned tube sections 16a and 16b are shown by way of example, which in this exemplary embodiment are straight and are arranged parallel to one another.
  • the main direction of extent E, or the longitudinal extent of the finned tube sections 16, is oriented transversely or orthogonally to the main direction of flow H of the first fluid 14.
  • the finned tube sections 16 run through the interior of the housing 11 so transversely to the main flow direction H.
  • the finned tube sections 16 are aligned with the outlets 17 of the housing 11, respectively.
  • Seals not shown may be arranged to seal the interior of the housing 11 from the atmosphere.
  • the finned tube sections 16 can be continued as desired.
  • further tubes in particular smooth tubes, can be connected to the finned tube sections and can further transport a second fluid 18 transported in the finned tube sections 16.
  • Fig. 1a deliberately leaves open with the dashed lines outside the housing 11 whether the channels formed by the finned tube sections 16a and 16b are brought together outside the housing 1a (as with regard to FIG Fig. 1a indicated below the housing 11) or whether these are continued separately (as with respect to Fig. 1a indicated above the housing 11).
  • This is not important for the main aspect of the invention. Rather, it is important that the second fluid is transported within the finned tube sections 16, whereby it is the second fluid can, for example, be a liquid such as water or the like.
  • the heat exchanger 10 enables heat to be transferred between the first fluid 14 inside the housing 11 (but outside the finned tube sections 16) and the second fluid 18 inside the finned tube sections 16 Surface of the pipe section) ribs 19.
  • These ribs 19 are provided by bands that run in a spiral around the respective pipe section, which bands are typically welded to the pipe section base body (in particular with the aid of lasers).
  • the ribs 19, or bands can typically consist of copper or stainless steel or another suitable material.
  • the basic pipe bodies of the finned pipe sections 16 are usually made of stainless steel or copper or some other suitable material, in particular metal.
  • Fig. 1a is identical for both finned tube sections 16a and 16b
  • the finned tube sections 16a and 16b differ according to the invention in that they have a different fin pitch.
  • the rib slope essentially describes the density of the ribs, that is to say the number of ribs per unit of length (for example per inch or per centimeter or the like).
  • the finned tube section 16a has a higher fin pitch than the finned tube section 16b. This has in particular to do with the fact that the finned tube section 16a is closer to the inlet of the first fluid than the second finned tube section 16b. It is based on the assumption that the heat flow density or the heat flow behavior at the fins 19a of the first finned tube section 16a tends to be greater than at the fins 19b of the second finned tube section 16b.
  • the heat transfer takes place here between the first fluid 14 and the second fluid 18, in the exemplary embodiment according to FIG Fig. 1a for example from the first gaseous fluid 14 to the liquid fluid 18 conducted in the finned tube sections 16.
  • the water conducted in the tubes 16 is heated by hot gas 14.
  • the efficiency of the heat exchanger can be increased by assigning more strip material to the finned tube section 16a and less to the finned tube section 16b (assuming that the same amount of strip material is to be used as with an even distribution of the strip material between the two finned tube sections 16).
  • the ribs 19a and 19b can be formed from just a single band. But there is also the Possibility that the ribs 19a and / or 19b are each formed by a plurality of strips, which then typically run parallel in a helical manner.
  • FIG. 1b shows, for the sake of completeness, a very schematic, sectioned plan view of the device 10 according to FIG Fig. 1a , approximately along the view arrows Ib in Fig. 1a.
  • Figure 1b clearly shows that the finned tube bundle 15 does not only consist of a pair of finned tube sections 16a and 16b, but typically a larger number, namely in the illustrated case of exemplary four finned tube sections 16a to 16d (in practice, however, these are actually for a finned tube bundle 15 even more finned tube sections are provided).
  • finned tube sections 16 shown for the finned tube bundle is merely an example of an offset arrangement of the tubes.
  • an aligned pipe arrangement or an aligned offset pipe arrangement can also be provided.
  • two rows of finned tube sections are provided.
  • finned tube bundles 15 actually have more rows, in particular each with more tube sections than two in a row.
  • the configuration is in accordance with Figures 1a and 1b only to be understood as very exemplary.
  • FIG. 1a can also Figure 1b it can be seen that the finned tube sections 16a and 16b (like the other finned tube sections 16c and 16d) each have the same fin height h.
  • the finned tube sections 16 differ, however - as also to Fig. 1a executed - in the rib slope, which in the plan according to Figure 1b is indistinguishable. But it is related to this it is acceptable that the finned tube section 16c should have a higher pitch than the finned tube sections 16d and 16b.
  • the finned tube sections 16 are provided with different slopes, based on information that the user himself has created on the basis of considerations and assumptions (finned tube sections in an arrangement closer to the inlet 12 ensure a more effective heat exchange).
  • the applicant has found that a computer-aided simulation of the heat transfer behavior, in particular the heat flux density, on the fins can provide particularly meaningful information about the fins to be selected for a finned tube section:
  • Fig. 2 a schematic representation of the result of a computer-aided simulation of the heat flow density along the fins 19 of finned tube sections 16, in a configuration approximately according to FIG Figure 1b .
  • the result of the computer-aided simulation demonstrably shows Fig. 2 a broken window area, for example in the manner of a flow channel, a main flow direction H for the first fluid 14 being specified.
  • Fig. 2 shows here an example of the distribution of the heat flux density at the ribs 19 of the four exemplary finned tube sections 16 given the specification of specific parameters that are not specified at this point.
  • the fins 19a and 19c of the finned tube sections 16a and 16c have much higher heat flux densities and therefore also participate more effectively in a heat transfer between the two fluids (inside and outside the finned tube sections) than the fins 19b and 19d of the finned tube sections 16b and 16d.
  • rib slope instead of or in addition to the rib slope, other rib parameters can also be changed depending on the simulation results (to achieve a more effective heat exchanger or to save strip material):
  • FIG. 3 shows Fig. 3 in a very schematic plan view, which roughly corresponds to the plan view Figure 1b corresponds to a second embodiment 10 'of a heat exchanger according to the invention.
  • the finned tube sections 16 are shown in FIG Fig. 3 identical in terms of their position to those in terms of their position Figure 1b arranged in a housing 11. Instead of or in addition to a different rib inclination, the finned tube sections 16 now have different fin heights h - which can be seen very clearly in the top view Fig.
  • this finned tube section 16a has now been assigned a particularly large fin height h 1 , which is, for example, much greater than the fin height h 2 of the finned tube section 16d following in the flow direction H. In this way, finned tube material can be saved in the finned tube section 16d, which in any case does not take part particularly effectively in a heat transfer.
  • ribs are completely dispensed with in this finned tube section, so that the finned tube material can be saved particularly effectively.
  • FIGS Figures 1a and 1b are identical fin heights of the different finned tube sections 16
  • the finned tube sections 16 show there Figure 1b an identical rib height h.
  • the fin slopes of the individual finned tube sections 16 differ, however.
  • FIG Fig. 4 a still connected
  • a first sector 22a has a particularly high rib slope
  • sector 22b has a medium rib slope
  • sector 22c has a low rib slope.
  • the sector 22d then has no ribs at all.
  • the ribs in this exemplary embodiment generally have an identical height h and are typically provided by more than one band. In this exemplary embodiment, the length of the sectors is 1/4.
  • the invention also includes heat exchangers whose rib tube sections (at least partially) have different materials: Since this cannot or can hardly be represented graphically, a corresponding Figure omitted. It is only indicated that, for example, in the Fig. 1a and 1b or 3 finned tube sections 16 shown could have different materials: For example, in Fig. 1a the rib material of the ribs 19a may be different from the rib material of the ribs 19b (but this also applies to the Figure 3 ).
  • the fins of an individual finned tube section (for example of the finned tube section 16a according to FIG Fig. 1a consist of several strips of different materials;
  • the ribs 19b of the finned tube section 16b could then only consist of one material, completely regardless of whether the finned tube sections 16 have the same fin pitch and / or height).
  • FIG. 5 is then intended to make it clear that the finned tube sections 16 are not as shown in FIG Fig. 1a (indicated there in particular above the housing 11) must run independently of one another. Rather, they can be assigned to a common pipe or be formed from sections of this pipe: So shows Fig. 5 that the finned tube sections 16 ′ are all integral components of an overall tube 23 which, in addition to the straight finned tube sections 16 ′, also has curved finned tube sections 24. Also such finned tube sections, or such an overall tube 23, can in principle be used in heat exchangers, the arrangement in a housing then of course being somewhat different from that according to FIG Fig. 1a deviates. Nevertheless, they are basically suitable for guiding the second fluid 18 in their interior.
  • FIG. 6 Another different exemplary embodiment of an overall pipe 23 ′ is then shown Fig. 6 :
  • the finned tube sections 16 belong as in Fig. 5 to a common overall pipe 23 '. In this case, however, they are not straight, or their main direction of extent is not aligned along a straight line, but rather curved in an arc-like manner. The reason for this is that the overall pipe 23 has an essentially helical configuration.
  • FIG. 9 is intended to make it clear that finned tube sections 16 arranged next to one another (for example finned tube sections 16i, 16ii and 16iii) can also have different ribs: Even if this cannot be seen in FIG.
  • the rib pitch and / or vary the height of the ribs are also intended to be encompassed by the invention.
  • the overall pipe 23 'could be ribbed in a manner similar to that in FIG Fig. 4 represented (i.e. gradually or continuously variable) and then converted or bent into its helical end shape. This is also intended to be encompassed by the invention.

Abstract

Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers mit mehreren nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, angeordneten, berippten Rohrabschnitten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:• Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte auf Basis einer vorgegebenen oder gewählten Rohrabschnittsanordnung, vorzugsweise durch die Durchführung einer Simulation,• Auswahl unterschiedlicher Rippen für die Rohrabschnitte, basierend auf besagten Informationen.

Description

  • Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers.
  • Ein Wärmetauscher ist ein Apparat, der thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragt. Bei den Stoffen handelt es sich dabei üblicherweise um Fluide, also um Flüssigkeiten oder Gase. Typischerweise ist einer der Stoffe eine Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser), der andere ein Gas (meist Luft).
  • Für eine gute Effizienz muss das Bauteil, das die Stoffe trennt, eine gute Wärmeleitfähigkeit und insbesondere eine große Oberfläche aufweisen. Das Bauteil wird in der Regel von Rohrabschnitten bereitgestellt, in welchen einer der Stoffe, typischerweise eine Flüssigkeit, geführt wird.
  • Um die Oberfläche, beziehungsweise die Wärmeleitfähigkeit, des Rohrabschnittes zu erhöhen, ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, das Rohr zu berippen, beziehungsweise mit umlaufenden Rippen zu versehen, was zu einer verbesserten Energieübertragung führt.
  • Ein typischer Wärmetauscher weist Spiralrippenrohrabschnitte auf, welche zu kompakten Wärmetauschern gebündelt werden. Spiralrippenrohre sind dabei dünnwandige, metallische Rohre, welche spiralförmige oder wendelartige Rippen besitzen, um die Oberfläche zu vergrößern. Die Dichte an Rippen wird auch "Rippensteigung" genannt und beeinflusst wesentlich die thermischen Eigenschaften.
  • Da die Einbauumgebungen von Wärmetauschern hinsichtlich ihrer Bedingungen variieren, ist es, je nach Anwendungsfall, ferner bekannt, Rippenrohre einer vorgegebenen Steigung zu Wärmetauschern zusammenzufassen. Je nach Anforderung kann für die Rohrabschnitte eine (gemeinsame) Rippensteigung gewählt werden. Auch kann - je nach Einsatzfall - die Rippenhöhe gemeinsam für alle Rippenrohrabschnitte angepasst werden.
  • Besagte Wärmetauscher des Standes der Technik funktionieren meist hinreichend gut. Jedoch besteht ein steter Drang, die Effizienz und auch die Herstellungskosten eines derartigen Wärmetauschers zu optimieren.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem ersten Aspekt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, insbesondere mit den des Kennzeichenteils, und ist demnach durch folgende Schritte gekennzeichnet:
    • Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte auf Basis einer vorgegebenen oder gewählten Rohrabschnittsanordnung (vorzugsweise durch die Durchführung einer Simulation),
    • Auswahl unterschiedlicher Rippen für die Rohrabschnitte, basierend auf besagten Informationen.
  • Mit anderen Worten besteht die Idee der Erfindung darin, zur Herstellung des Wärmetauschers unterschiedlich berippte Rohrabschnitte zu verwenden. Die Abschnitte können beispielsweise eine unterschiedliche Rippensteigung aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Rippen der Rohrabschnitte jeweils eine andere Höhe aufweisen.
  • Weiter alternativ oder zusätzlich können die Rohrabschnitte Rippen eines unterschiedlichen Materials aufweisen.
  • Die Auswahl vorgenannter oder anderer Parameter erfolgt dabei erfindungsgemäß auf Basis von Informationen, welche der Entwerfer oder Hersteller über das Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte (insbesondere im Bereich der Rippen) in Abhängigkeit ihrer Anordnung im Wärmetauscher erlangt hat:
    Beispielsweise können Rohrabschnitte, welche nach besagten Informationen (zum Beispiel aufgrund ihrer Anordnung) ein besonders gutes Wärmetauschverhalten aufweisen, besonders eng berippt sein und/oder mit besonders hohen Rippen versehen sein, weil es sich bei diesen Rohrabschnitten besonders lohnt.
  • Rohrabschnitte, welche laut besagter Information (zum Beispiel aufgrund ihrer Anordnung) ein besonders schlechtes Wärmetauschverhalten aufweisen, können beispielsweise eine niedrigere Rippendichte und/oder Rippenhöhe (im Extremfall sogar gar keine Rippen) aufweisen, weil es sich möglicherweise nicht lohnt, für besagten Rippenrohrabschnitt kostspieliges Rippenmaterial "zu verschwenden".
  • Natürlich sind aber auch genau gegenteilige Berippungssituationen vorstellbar: So könnte es sein, dass Rohrabschnitte, welche ohnehin schon ein gutes Wärmetauschverhalten aufweisen mit weniger Rippenmaterial versehen werden, als diejenigen, welche laut den erlangten oder erstellten Informationen ein schlechtes Wärmetauschverhalten aufweisen. Dies gilt beispielsweise für den Fall, dass man im Vergleich der Rohrabschnitte ein besonders gleichmäßiges Wärmetauschverhalten erzielen will (mit anderen Worten die in den Rohren transportierten Fluide gleichmäßig temperiert werden sollen).
  • In diesem Sinne sollen also zumindest zwei der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander unterschiedliche Rippen aufweisen. Insbesondere können aber auch sämtliche Rohrabschnitte unterschiedliche Rippen aufweisen. Es ist, je nach Zielvorgabe und vorliegenden Informationen, aber auch möglich, dass ein Rohrabschnitt überhaupt nicht mit Rippen versehen wird (beispielsweise für den Fall, dass sich dies nicht lohnt).
  • Die Berücksichtigung der Informationen bei der Auswahl der unterschiedlichen Rippen kann auf diese Weise einerseits zu einem verbesserten Temperaturübertragungsergebnis führen (beispielsweise indem Rohrabschnitte aufgrund ihrer Anordnung mit einer besonders hohen oder niedrigen Rippensteigung oder mit besonders hohen oder flachen Rippen versehen werden), und andererseits kann auch eine Kostenoptimierung dahingehend erfolgen, dass das Rippenmaterial nur da eingesetzt wird, wo es effektiv wirken kann (hingegen bei anderen Rohrabschnitten das kostspieligere Rippenmaterial minimiert wird).
  • Die Auswahl der unterschiedlichen Rippen erfolgt dabei auf Basis von Informationen, welche typischerweise in einem vorherigen Verfahrensschritt erlangt oder erstellt werden.
  • Diese Informationen berücksichtigen vorzugsweise die Rohrabschnittsanordnung (im Wärmetauscher). Die Rohrabschnittsanordnung betrifft dabei also insbesondere die Anordnung der Rohrabschnitte zueinander beziehungsweise untereinander.
  • Vorteilhafterweise kann insbesondere die Strömungsrichtung des außerhalb der Rohrabschnitte strömenden Fluids berücksichtigt werden.
  • In manchen Einsatzfällen ist die Anordnung der Rohrabschnitte bauraum- oder kundenwunschbedingt vorgegeben. In anderen Fällen kann eine Standardrohrabschnittsanordnung gewählt werden oder eine beliebige, auch optimierte, Anordnung getroffen werden. Diese Anordnung liegt dabei dann typischerweise den Informationen zum Wärmetauschverhalten zugrunde, beziehungsweise beeinflusst diese wesentlich.
  • Entsprechende Informationen können hierbei durch die Durchführung von Simulationen (insbesondere computergestützt) oder alternativ oder zusätzlich auch durch die Durchführung von Versuchen (an realen Versuchsanordnungen) erlangt werden.
  • Auch ist das Erstellen von Informationen lediglich auf Basis von Annahmen oder Erfahrungswerten von der Erfindung umfasst.
  • Die erlangten oder erstellten Informationen betreffen also das Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte, wobei insbesondere Rohrabschnitte bestimmt werden können, welche bei der vorgegebenen beziehungsweise gewählten Anordnung ein besseres Wärmetauschverhalten beziehungsweise eine bessere Wärmeübertragung zwischen den beiden Stoffen beziehungsweise Fluiden ermöglichen oder aufweisen.
  • Weist ein Rohrabschnitt aufgrund seiner Anordnung beispielsweise ein relativ schlechtes Wärmetauschverhalten auf (zum Beispiel weil es in Strömungsrichtung des Außenfluides nachfolgend angeordnet ist), kann dies bei der Auswahl der Rippen dieses Rohrabschnittes (wie oben beschrieben) berücksichtigt werden.
  • Zur Erlangung der Informationen hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn hierfür computergestützte Simulationen durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Computerprogramm oder eine App genutzt werden. In diesem Programm können dann beispielsweise die vorgegebenen Rohrabschnittspositionen hinterlegt oder eingepflegt werden, und anhand von Annahmen zur Strömungsrichtung des Außenmediums (also des Fluides, welches sich außerhalb der Rohrabschnitte befindet und gerade nicht in diesen geleitet wird) können dann Erkenntnisse über das Wärmetauschverhalten der unterschiedlichen Rippenrohrabschnitte gewonnen werden.
  • Insbesondere kann bei der Simulation zunächst von einer vorgegebenen Rippenhöhe ausgegangen werden. Hier kann, nach Ergebnis der Simulation, die Rippenhöhe anschließend angepasst werden.
  • Ein derartiges Programm kann das Ergebnis einer Simulation insbesondere graphisch anzeigen, vorzugsweise farblich kodiert. Insbesondere kann die Anzeige Daten über das simulierte oder errechnete Wärmetauschverhalten im Bereich der Rippenrohrabschnitte anzeigen, insbesondere den Wärmestrom betreffend (es können also beispielsweise Werte die Wärmestromdichte betreffend farblich angepasst dargestellt werden).
  • Besonders vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass eine derartige computergestützte Simulation mit Messdaten eines realen Versuchs abgeglichen wird, mithin das Programm mit diesen Daten kalibriert oder geeicht wird.
  • In diesem Sinne könnte also vorgesehen werden, dass in einem vorangehenden Verfahrensschritt reale Messungen erfolgen und in einem weiteren Verfahrensschritt diese Messungen bei der Konfigurierung eines Computerprogrammes berücksichtigt werden (wobei dann anschließend eine computergestützte Simulation erfolgen kann). Dies hat insbesondere den Vorteil, dass für geänderte oder zukünftige Versuchsanordnungen nicht jeweils eine realer Versuch durchzuführen ist. Vielmehr kann dann auf das computergestützte Programm zurückgegriffen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft dabei insbesondere die Herstellung eines Wärmetauschers in dem Sinne, dass grundsätzlich auch ein Verfahrensschritt vorgesehen werden könnte, bei welchem die unterschiedlich berippten Rohrabschnitte zu einem Wärmetauscher zusammengefasst oder in einem Wärmetauschergehäuse untergebracht beziehungsweise verbaut werden oder ähnliches.
  • Alternativ wird das erfindungsgemäße Verfahren nur zum Entwurf beziehungsweise zum Design eines Wärmetauschers genutzt, beispielsweise für den Fall, dass ein Nutzer lediglich Daten über die zu wählende Anordnung (beziehungsweise die zu nutzenden Rippen) für einen konkreten Anwendungsfall ermitteln möchte (dieser den Wärmetauscher aber nicht selber herstellt, sondern die erstellten Daten über das Design des Wärmetauschers beziehungsweise den Entwurf des Wärmetauschers lediglich - intern oder extern - weitergibt).
  • Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher weist dabei mindestens zwei (unterschiedlich) berippte Rohrabschnitte auf. Natürlich kann der Wärmetauscher auch mehr Rohrabschnitte als zwei (beispielsweise vier, sechs, acht oder auch mehr Rohrabschnitte) aufweisen. Jedenfalls zwei von diesen müssen sich aber hinsichtlich ihrer Berippung unterscheiden.
  • Die Rippenrohrabschnitte sind im Wärmetauscher nebeneinander angeordnet, das heißt also im Wesentlichen einander zugeordnet. Erst in diesem Fall macht die Erlangung von Informationen, beispielsweise im Rahmen einer Simulation, Sinn.
  • Vorzugsweise sind die berippten Rohrabschnitte dabei parallel zueinander angeordnet. Dies ist die typische Konfiguration eines Rohrbündels in einem Wärmetauscher und erleichtert auch das Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen, beispielsweise im Rahmen einer Simulation.
  • Die berippten Rohrabschnitte können dabei völlig separaten Rippenrohren zugeordnet sein: So kann ein Wärmetauscher beispielsweise mehrere Rohrabschnitte aufweisen, welche - jedenfalls innerhalb des Wärmetauschergehäuses - nicht miteinander verbunden sind.
  • Aus ökonomischen Gründen macht es aber Sinn, dass besagte Rohrabschnitte des Wärmetauschers (jedenfalls außerhalb eines Gehäuses) zusammengeführt sind, beispielsweise um einen gemeinsamen Zulauf oder Ablauf des in ihnen geführten Stoffes zu ermöglichen.
  • Grundsätzlich sind von der Erfindung aber auch Rohrabschnitte umfasst, welche tatsächlich zu demselben Rippenrohr gehören: So können selbst gerade, parallele Rohrabschnitte beispielsweise von einem mäanderförmigen Gesamtrippenrohr bereitgestellt werden: In diesem Fall sind die einzelnen Rippenrohrabschnitte gerade und parallel zueinander angeordnet. Diese sind aber alle Teil desselben Gesamtrippenrohres. Von derartigen Gesamtrippenrohren können in einem Wärmetauscher natürlich auch mehrere vorgesehen sein.
  • Auch ein beispielsweise wendelförmiges Gesamtrippenrohr ist vorstellbar. Einzelne Windungen (oder Windungsabschnitte) können hierbei die Rohrabschnitte darstellen, welche nebeneinander (und insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander) verlaufen.
  • Gemäß der bevorzugsten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrabschnitte aber im Wesentlichen gerade ausgeführt (ihre Haupterstreckungsrichtung erstreckt sich also entlang einer Geraden).
  • Die Rohrabschnitte können insbesondere versetzt zueinander oder fluchtend zueinander angeordnet sein.
  • Die Grundkörper der Rohrabschnitte bestehen typischerweise aus Kupfer (oder einem anderen, geeigneten Metall, insbesondere Edelstahl). Die Rippen können dann beispielsweise aus demselben Material (also auch Kupfer) oder einem anderen, geeigneten Material, insbesondere Edelstahl, bestehen (auch Aluminium ist als Bandmaterial verwendbar).
  • Vorteilhafterweise werden die Rippen eines Rohrabschnittes von mehr als einem Band bereitgestellt (insbesondere von zwei Bändern oder mehr). Auf diese Weise kann ein Rippenrohrabschnitt bei einem vorgegebenen Abstand zweier benachbarter Rippen viel schneller fertiggestellt werden. Andererseits können die Bänder bei gleichem Zeitaufwand eine höhere Steigung aufweisen (bei zwei Bändern beispielsweise doppelt so hoch wie bei dem Verfahren des Standes der Technik, bei welchem lediglich ein Band am Rippenrohr angeordnet wird).
  • Die Bänder, welche die Rippen bereitstellen, werden an den Rohrgrundkörpern typischerweise mithilfe (mindestens) eines Lasers verschweißt.
  • Der Rohrgrundkörper eines Rohrabschnittes wird typischerweise von einem außen glatten Rundrohr bereitgestellt, welches in Form einer Geraden oder stangenartig vorliegt, und welches dann weiterbearbeitet, insbesondere berippt wird. Das Berippungsband wird dann am Rohrgrundkörper, üblicherweise mithilfe eines Lasers, typischerweise in einer Wendelform, angebracht.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rippen der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Höhe aufweisen. In diesem Sinne weist mindestens ein Rohrabschnitt eine andere Rippenhöhe auf als ein anderer Rohrabschnitt. Die Rippenhöhe entspricht dabei also im Wesentlichen der Breite des Bandes, welches zur Erstellung der Rippen genutzt wird.
  • Hierbei ist grundsätzlich davon auszugehen, dass sich das Wärmetauschverhalten des entsprechenden Rohrabschnittes verbessert, je höher die Rippe ausgebildet ist. Allerdings gibt es in der Praxis maximale Höhen, welche aus Stabilitätsgründen nicht überschritten werden sollten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es zusätzlich oder alternativ vorteilhaft, dass die Rippen der Rohrabschnitte aus einem unterschiedlichen Material bestehen. In diesem Sinne kann ein erster Rohrabschnitt vorgesehen werden, welcher eine Rippe aus einem ersten Material aufweist und ein zweiter Rohrabschnitt, welcher eine Rippe aus einem anderen Material aufweist.
  • Bei den Rippenmaterialien kann es sich, wie bereits angedeutet, beispielsweise um Edelstahl oder Kupfer oder Titanium oder Aluminium oder ähnliche Materialien handeln.
  • Bei den unterschiedlichen Materialien kann es sich vorteilhafterweise um ein rostfreies Material handeln und um ein nicht-rostfreies Material. In diesem Sinne können durch einen Materialwechsel Wärmetauscher hergestellt werden, welche nur für die Bereiche großer Feuchtigkeit mit rostfreien (teureren) Rippen bestückt sind. Auf diese Weise können insbesondere teure Legierungen eingespart werden.
  • Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass ein einzelner Rohrabschnitt Bänder aus unterschiedlichen Materialien aufweist, sodass die Rippen dieses Rohrabschnittes beispielsweise aus einem ersten und einem zweiten Material bestehen. In diesem Sinne würde ein anderer Rohrabschnitt, welcher Rippen lediglich eines dieser Materialien (oder eines anderen Materials) aufweist, also im Sinne der Erfindung ein Rohrabschnitt mit Rippen aus einem unterschiedlichen oder anderen Material darstellen.
  • Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei welcher die Rippen der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Steigung aufweisen. In diesem Sinne ist mindestens ein Rohrabschnitt mit einer ersten Steigung vorgesehen, und ein anderer oder zweiter Rohrabschnitt mit einer anderen Steigung.
  • Die Steigung gibt hierbei die Anzahl von Rippen pro Längeneinheit (beispielsweise Zoll) an. Je höher die Steigung, desto enger stehen die Rippen zusammen und desto mehr Rippenmaterial wird eingesetzt.
  • Typischerweise wird daher beispielsweise eine höhere Steigung bei den Rohrabschnitten eingesetzt, welche gemäß den erlangten beziehungsweise erstellten Informationen (aufgrund ihrer Anordnung) ein besseres Wärmetauschverhalten aufweisen, da sich der Einsatz des Rippenmaterials hier mehr lohnt beziehungsweise effizienter ist.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stammen die Rohrabschnitte von demselben Rohr (ab). Insbesondere wurden sie von diesem Urrohr abgeschnitten. Dies bedeutet, dass mindestens zwei Rohrabschnitte vor einem Trennvorgang noch gemeinsam einem Rohr angehörten. Nach dem Trennvorgang, beispielsweise nach einem Abschneiden oder Durchschneiden oder ähnlichem, werden die Rohrabschnitte dann gesondert im Wärmetauscher als (separate) Rohrabschnitte verwendet.
  • Vorzugweise ist das Rohr, von welchem die mindestens zwei Rohrabschnitte stammen, bereits berippt, bevor es zu einem Trennvorgang kommt. Dies erleichtert die Herstellbarkeit.
  • Besonders vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Rohr variierend berippt ist, insbesondere graduell variierend. Dies ermöglicht eine besonders leichte und ökonomische Herstellbarkeit, da auf diese Weise Rohrabschnitte von einem Rohr stammen beziehungsweise abgetrennt sein können, welche eine unterschiedliche Steigung zueinander aufweisen. Hierbei wird der Herstellungsvorgang denkbar einfach gehalten, da tatsächlich lediglich ein Rohr verwendet wird.
  • Das Urrohr kann hierbei seiner Längserstreckung nach insbesondere gerade oder als Gerade ausgebildet sein. Die abgetrennten Rohrabschnitte weisen dann ihrer Längserstreckung nach ebenfalls eine gerade Form auf.
  • Beispielsweise kann auf diese Weise also ein (gerades) Rohr von einigen Metern Länge am Stück berippt werden (vorzugsweise variierend berippt). Ein erster Bereich des berippten Rohres kann dabei eine erste Steigung aufweisen, ein zweiter Bereich eine zweite Steigung (gegebenenfalls ein dritter Bereich eine dritte Steigung usw.). Anschließend kann dann ein Trennvorgang erfolgen, der den ersten Bereich von dem Zweiten (und gegebenenfalls den Zweiten von dem Dritten usw.) abtrennt. Beispielsweise kann das Rohr also abgeschnitten werden. Bei einer graduellen Variation der Steigung macht es natürlich Sinn, dass danach jeder Rohrabschnitt für sich eine konstante Steigung aufweist, wobei die Steigung der Rohrabschnitte im Vergleich zueinander variiert.
  • Eine derartige variierende Rippensteigung des Urrohrkörpers kann hierbei insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine von der Anmelderin entwickelte variable Bandführung eingesetzt wird, welche den Anstellwinkel des Bandes oder der Bänder während des Verschweiß-Vorgangs variieren kann.
  • Unabhängig von der Art der Berippung kann das Urrohr vorzugsweise gleichmäßig oder in gleich lange Stücke getrennt, insbesondere geschnitten, werden. Dies ermöglicht die Herstellung eines Bündels gleich langer Rohrabschnitte.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Rohrabschnitt basierend auf den genannten Informationen gar nicht berippt wird. Mit anderen Worten kann auf Basis der erlangten beziehungsweise der erstellten Informationen entschieden werden, dass es gar keinen Sinn macht, einen bestimmten Rohrabschnitt zu berippen, beispielsweise da dieser überhaupt gar kein nennenswertes Wärmetauschverhalten aufweist oder ähnliches. Auf diese Weise kann besonders viel Rippenbandmaterial eingespart werden.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Rippen mindestens eines Rohrabschnittes aus mindestens zwei Bändern. Bänder werden typischerweise zur Herstellung von Rippen an Rohrgrundkörpern verschweißt. Die Breite des Bandes gibt dabei beispielsweise die Höhe der Rippe vor.
  • Erfindungsgemäß ist nun gemäß dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die Rippen eines Rohrabschnittes von mindestens zwei Bändern bereitgestellt werden, welche typischerweise separat ausgebildet sind (das heißt in diesem Fall insbesondere, dass diese parallel zueinander, vorzugsweise wendelförmig, verlaufen). Mit anderen Worten werden die einer Seite des Rohrabschnittes zugeordneten Rippen immer abwechselnd von jeweils einem der Bänder bereitgestellt.
  • Diese Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass hierdurch eine variierende Rippensteigung zur Berippung des Urrohres (aus welchem die Rohrabschnitte herausschneidbar sind) erleichtert wird. In der Praxis ist es nämlich schwierig, eine variierende, insbesondere eine graduell variierende, Rippensteigung an einem Rohr zu bewerkstelligen, wenn lediglich ein Band genutzt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht somit eine wesentlich zuverlässigere Steuerung des Rippenbefestigungsprozesses, wodurch im Endeffekt auch variierende Rippensteigungen zuverlässig ermöglicht werden.
  • Auf diese Weise kann - wie oben beschrieben - beispielsweise ein beripptes Urrohr hergestellt werden, welches dann durch einen Trennvorgang in mehrere Rohrabschnitte aufgeteilt wird, die dann wiederum in dem Wärmetauscher verbaubar sind, derart dass die einzelnen Rohrabschnitte tatsächlich auch unterschiedliche Steigungen im Vergleich zueinander aufweisen.
  • Vorzugsweise können die Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte durch eine computergestützte Simulation erlangt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Computerprogramm benutzt werden, beispielsweise ein Computerprogramm, welches auf einem herkömmlichen PC, einem Notebook, Tablet, Handy oder ähnlichem ausführbar ist. In diesem Programm können vorzugsweise Rohrabschnitte nach bestimmten Vorgaben angeordnet werden, und auf Basis dieser Anordnung kann das Wärmetauschverhalten dieser Rohrabschnitte unter Berücksichtigung des Strömungsverhaltens des außerhalb der Rohrabschnitte strömenden Fluids berechnet werden.
  • Hierbei kann die Simulation natürlich beliebige Parameter, welche für die Simulation sinnvoll gewählt werden können, berücksichtigen, wie beispielsweise die Art des strömenden Mediums, die Strömungsrichtung, Kondensationseffekte und/oder eine vorgebbare Rippenhöhe.
  • Vorteilhafterweise kann eine derartige Simulation als Tool oder App oder ähnliches in einem CAD-Programm angeboten, eingebettet oder ausgeführt werden. Dies weist den Vorteil auf, dass der Konstrukteur, welcher das CAD-Programm bedient, die über diese Simulation erhaltenen Informationen direkt nutzen kann, um unterschiedliche Rippen für unterschiedliche Rohrabschnitte festzulegen und direkt im CAD-Programm anzugeben, abzuspeichern oder zu berücksichtigen. Mit anderen Worten findet eine Integration des Simulationstools in ein Konstruktionsprogramm statt. Beispielsweise werden die Ergebnisse der Simulation dem CAD-Programm-Nutzer direkt angezeigt, insbesondere farblich kodiert, um das errechnete/erwartete Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte zu verdeutlichen.
  • Besonders vorteilhafterweise kann ein derartiges computergestütztes Programm werkseitig oder nutzerseitig durch die Berücksichtigung von realen Messdaten kalibriert, angepasst oder konfiguriert werden. So kann eine Messung in einem tatsächlichen Windkanal oder ähnlichem stattfinden, und diese realen Ergebnisse können dann berücksichtigt werden, um die computergestützte Simulation abzugleichen, zu korrigieren oder zu kalibrieren.
  • Bei einem derartigen Versuch können beispielsweise Daten wie Druckverlust des Mediums beim Durchströmen des Rippenrohrbündels (mittels Schrägrohr-manometer) und/oder die Kondensat-Menge (mittels geeichtem Messgefäß und Stoppuhr) und/oder der Dampfdruck (mittels Urrohr-manometer) und/oder Luftein- und austritts, Dampf- und Kondensat-Temperaturen (mit Thermoelementen) gemessen und dann bei einer Simulation berücksichtigt werden.
  • Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 10 gelöst, welcher demnach die Besonderheit aufweist, dass die Rippenrohrabschnitte unterschiedlich berippt sind.
  • In diesem Sinne weist der Wärmetauscher also Rippenrohrabschnitte auf, welche mit unterschiedlichen Rippen versehen sind. Beispielsweise kann sich die Rippenhöhe unterscheiden und/oder die Steigung der Rippen und/oder das Material der Rippen. Der Wärmetauscher kann zusätzlich zu den Rippenrohrabschnitten insbesondere auch ein Gehäuse oder ähnliches aufweisen, beziehungsweise entsprechende Anschlüsse für die Rippenrohrabschnitte und/oder für den innerhalb der Rippenrohre geleiteten Stoff.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass sämtliche im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Verfahren erläuterten Vorteile und Unteransprüche beziehungsweise besonderen Ausbildungen selbstverständlich auch auf den auf einen Wärmetauscher gerichteten unabhängigen Anspruch übertragbar sind.
  • Lediglich exemplarisch soll in diesem Sinne darauf hingewiesen werden, dass hiermit auch Wärmetauscher als offenbart gelten sollen, bei welchen die Rohrabschnitte im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Steigung und/oder eine unterschiedliche Höhe und/oder ein unterschiedliches Material aufweisen. Die Rohrabschnitte können dabei zum selben Rohr gehören oder vom selben Rohr abstammen. Unabhängig davon können sie - jedenfalls innerhalb des Gehäuses - separat ausgebildet sein. Sie können beispielsweise außerhalb des Gehäuses (oder innerhalb) dann zusammengeführt sein, für einen gemeinsamen Anschluss oder Ablauf oder ähnliches. Diese Aufzählung ist explizit aber nicht abschließend zu verstehen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den gegebenenfalls nicht zitierten Unteransprüchen, sowie aus der nun folgenden Figurenbeschreibung.
  • Darin zeigen in den Figuren:
    • Fig. 1a
    in einer sehr schematischen, teilgeschnittenen Seitenansicht einen Wärmetauscher mit einem in einem Gehäuse angeordneten Rippenrohrabschnittsbündel, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich zwei der Rippenrohrabschnitte (mit unterschiedlicher Rippensteigung) dargestellt sind,
    Fig. 1b
    eine sehr schematische Aufsicht auf einen Schnitt durch die in Fig. 1a dargestellte Vorrichtung, etwa gemäß den Ansichtspfeilen Ib in Fig. 1a, wobei die Rippenhöhe aller Rippenrohrabschnitte identisch ist,
    Fig. 2
    eine sehr schematische Ansicht des Ergebnisses einer Simulation des Wärmetauschverhaltens von vier exemplarischen Rippenrohrabschnitten in einer Aufsichtsdarstellung, etwa gemäß Fig. 1b, samt Legende,
    Fig. 3
    in einer Ansicht, etwa gemäß Fig. 1b, ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit unterschiedlich hohen Rippen,
    Fig. 4
    eine sehr schematische Seitenansicht eines berippten Urrohres zur Herstellung von vier separaten Rippenrohrabschnitten,
    Fig. 5
    in einer sehr schematischen Darstellung vier Rohrabschnitte, welche einem gemeinsamen Rippenrohr eines ansonsten nicht dargestellten Wärmetauschers zugeordnet sind, und
    Fig. 6
    ein wendelartiges Rippenrohr eines Wärmetauschers eines ansonsten nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiels.
  • Der nachfolgenden Figurenbeschreibung sei vorangestellt, dass gleiche oder vergleichbare Teile gegebenenfalls mit identischen Bezugszeichen versehen sind, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben oder von Apostrophen. Gleiches gilt auch für die anschließenden Patentansprüche.
  • Fig. 1a zeigt zunächst eine sehr schematische seitliche Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10.
  • Der Wärmetauscher 10 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 11 mit einem Zulauf 12 und einem Ablauf 13 für ein das Gehäuse des Wärmetauschers durchströmendes erstes Fluid 14, bei welchem es sich insbesondere um ein Gas, beispielsweise um Luft, wie Rauchluft oder ähnliches, handeln kann.
  • Das erste Fluid 14 strömt von dem Zulauf 12 zum Ablauf 13 des Gehäuses 11 und umströmt dabei ein Rippenrohrbündel 15 in Hauptströmungsrichtung H.
  • Ein derartiges Rippenrohrbündel 15 besteht typischerweise aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rippenrohrabschnitten 16.
  • In der Ansicht gemäß Fig. 1a sind exemplarisch zwei Rippenrohrabschnitte 16a und 16b dargestellt, welche in diesem Ausführungsbeispiel gerade ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind.
  • Die Haupterstreckungsrichtung E, beziehungsweise die Längserstreckung der Rippenrohrabschnitte 16, ist dabei quer, beziehungsweise orthogonal zur Hauptströmungsrichtung H des ersten Fluides 14 ausgerichtet. Die Rippenrohrabschnitte 16 durchlaufen den Innenraum des Gehäuses 11 also quer zur Hauptströmungsrichtung H.
  • An ihren Enden fluchten die Rippenrohrabschnitte 16 hierbei mit Einbeziehungsweise Ausgängen 17 des Gehäuses 11. Im Bereich der Ein- und Ausgänge können typischerweise in der Fig. 1a nicht näher dargestellte Dichtungen angeordnet sein, um das Innere des Gehäuses 11 gegen die Atmosphäre abzudichten.
  • Außerhalb des Gehäuses 11 können die Rippenrohrabschnitte 16 beliebig fortgesetzt werden. Beispielsweise können weitere Rohre, insbesondere Glattrohre, an die Rippenrohrabschnitte angeschlossen sein und ein in den Rippenrohrabschnitten 16 transportiertes zweites Fluid 18 weitertransportieren.
  • Fig. 1a lässt dabei durch die Strichelung außerhalb des Gehäuses 11 bewusst offen, ob die von den Rippenrohrabschnitten 16a und 16b gebildeten Kanäle außerhalb des Gehäuses 1a zusammengeführt werden (wie bezüglich Fig. 1a unterhalb des Gehäuses 11 angedeutet) oder ob diese separat weitergeführt werden (wie bezüglich Fig. 1a oberhalb des Gehäuses 11 angedeutet). Hierdrauf kommt es für den Hauptaspekt der Erfindung nicht an. Vielmehr ist es wichtig, dass innerhalb der Rippenrohrabschnitte 16 das zweite Fluid transportiert wird, wobei es sich bei dem zweiten Fluid beispielsweise um eine Flüssigkeit, wie Wasser oder ähnliches, handeln kann.
  • Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 10 ermöglicht hierbei eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid 14 innerhalb des Gehäuses 11 (aber außerhalb der Rippenrohrabschnitte 16) und dem zweiten Fluid 18 innerhalb der Rippenrohrabschnitte 16. Um diesen Wärmetauscheffekt zu verbessern, weisen die beiden Rippenrohrabschnitte 16 (insbesondere zur Vergrößerung der Oberfläche des Rohrabschnittes) Rippen 19 auf.
  • Diese Rippen 19 werden dabei von wendelartig um den jeweiligen Rohrabschnitt herum verlaufenden Bändern bereitgestellt, welche Bänder an dem Rohrabschnittgrundkörper typischerweise (insbesondere mithilfe von Lasern) verschweißt sind.
  • Die Rippen 19, beziehungsweise Bänder, können typischerweise aus Kupfer bestehen oder Edelstahl oder einem anderen geeigneten Material. Die Rohrgrundkörper der Rippenrohrabschnitte 16 bestehen meist aus Edelstahl oder Kupfer oder einem anderen geeigneten Material, insbesondere Metall.
  • Während die Rippenhöhe h der Rippen der beiden Rippenrohrabschnitte 16a und 16b ausweislich Fig. 1a für beide Rippenrohrabschnitte 16a und 16b identisch ist, unterscheiden sich die Rippenrohrabschnitte 16a und 16b erfindungsgemäß dadurch, dass sie eine andere Rippensteigung aufweisen. Die Rippensteigung beschreibt dabei im Wesentlichen die Dichte der Rippen, also die Anzahl der Rippen pro Längeneinheit (beispielsweise pro Zoll oder pro Zentimeter oder ähnliches).
  • Fig. 1a lässt sich diesbezüglich entnehmen, dass der Rippenrohrabschnitt 16a eine höhere Rippensteigung aufweist als der Rippenrohrabschnitt 16b. Dies hat insbesondere damit zu tun, dass sich der Rippenrohrabschnitt 16a näher am Zulauf des ersten Fluides befindet als der zweite Rippenrohrabschnitt 16b. Dabei geht man von der Annahme aus, dass die Wärmestromdichte beziehungsweise das Wärmestromverhalten an den Rippen 19a des ersten Rippenrohrabschnittes 16a tendenziell größer ist als an den Rippen 19b des zweiten Rippenrohrabschnittes 16b.
  • Unter dieser Annahme wird dem ersten Rippenrohrabschnitt 16a mehr Bandmaterial zugeordnet (beziehungsweise eine höhere Rippensteigung), während bei dem zweiten Rippenrohrabschnitt 16b, von welchem ohnehin nicht so eine effektive Wärmeübertragung erwartet wird, Bandmaterial eingespart wird (also eine kleinere Rippensteigung vorliegt).
  • Die Wärmeübertragung erfolgt hierbei zwischen dem ersten Fluid 14 und dem zweiten Fluid 18, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a beispielsweise von dem ersten gasförmigen Fluid 14 auf das in den Rippenrohrabschnitten 16 geleitete flüssige Fluid 18. So wird zum Beispiel durch heißes Gas 14 das in den Rohren 16 geleitete Wasser erwärmt.
  • Die Effizienz des Wärmetauschers kann dadurch erhöht werden, dass dem Rippenrohrabschnitt 16a mehr Bandmaterial zugeordnet wird und dem Rippenrohrabschnitt 16b weniger (unter der Annahme, dass genauso viel Bandmaterial verwendet werden soll wie bei einer gleichmäßigen Aufteilung des Bandmaterials auf die beiden Rippenrohrabschnitte 16).
  • Zu Fig. 1a bleibt abschließend der Vollständigkeit halber anzumerken, dass die Rippen 19a und 19b zwar von lediglich einem einzigen Band ausgebildet sein können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Rippen 19a und/oder 19b jeweils von mehreren Bändern ausgebildet werden, die dann typischerweise wendelartig parallel verlaufen.
  • Fig. 1b zeigt der Vollständigkeit halber eine sehr schematische, geschnittene Aufsicht auf die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1a, etwa entlang der Ansichtspfeile Ib in Fig. 1a. Fig. 1b lässt hierbei offensichtlich erkennen, dass das Rippenrohrbündel 15 nicht nur aus einem Paar von Rippenrohrabschnitten 16a und 16b besteht, sondern typischerweise aus einer größeren Mehrzahl, in dem dargestellten Fall nämlich aus exemplarischen vier Rippenrohrabschnitten 16a bis 16d (in der Praxis sind aber tatsächlich für ein Rippenrohrbündel 15 noch deutlich mehr Rippenrohrabschnitte vorgesehen).
  • Die in Fig. 1b für das Rippenrohrbündel 15 ersichtliche Konfiguration beziehungsweise Anordnung von Rippenrohrabschnitten 16 stellt lediglich exemplarisch eine versetzte Anordnung der Rohre dar. Je nach Anwendungsfall kann selbstverständlich aber auch eine fluchtende Rohranordnung vorgesehen sein oder auch eine fluchtend versetzte Rohranordnung. In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Reihen an Rippenrohrabschnitten (mit jeweils zwei Rippenrohrabschnitten) vorgesehen. In der Praxis weisen Rippenrohrbündel 15 aber tatsächlich mehr Reihen auf, insbesondere mit jeweils auch mehr Rohrabschnitten als zwei in einer Reihe. Insofern ist die Konfiguration gemäß Fig. 1a und 1b lediglich sehr exemplarisch zu verstehen.
  • Wie bereits zu Fig. 1a angemerkt, lässt sich auch Fig. 1b entnehmen, dass die Rippenrohrabschnitte 16a und 16b (so wie die anderen Rippenrohrabschnitte 16c und 16d) jeweils eine gleiche Rippenhöhe h aufweisen. Die Rippenrohrabschnitte 16 unterscheiden sich aber - wie ebenfalls zu Fig. 1a ausgeführt - in der Rippensteigung, welche in der Aufsicht gemäß Fig. 1b nicht unterscheidbar ist. Es ist aber diesbezüglich annehmbar, dass der Rippenrohrabschnitt 16c eine höhere Steigung haben sollte als die Rippenrohrabschnitte 16d und 16b.
  • Wie oben angedeutet sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a und 1b die Rippenrohrabschnitte 16 mit unterschiedlichen Steigungen versehen, basierend auf Informationen, die der Nutzer selber aufgrund von Überlegungen und Annahmen erstellt hat (Rippenrohrabschnitte in einer Anordnung näher zum Zulauf 12 gewähren einen effektiveren Wärmetausch).
  • Typischerweise können sich einfache Annahmen und Überlegungen aber teilweise auch als nicht hinreichend oder falsch erweisen, so dass es erfindungsgemäß vorteilhaft sein könnte, die der Wahl der Rippensteigung zugrundeliegenden Informationen nicht auf Vermutungen zu basieren, sondern auf durch Versuche oder Simulationen erlangte Kenntnisse.
  • Insbesondere hat die Anmelderin herausgefunden, dass eine computergestützte Simulation des Wärmeübertragungsverhaltens, insbesondere der Wärmestromdichte, an den Rippen besonders vielsagende Informationen über die für einen Rippenrohrabschnitt zu wählende Berippung liefern kann:
  • So zeigt Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ergebnisses einer computergestützten Simulation der Wärmestromdichte entlang der Rippen 19 von Rippenrohrabschnitten 16, in einer Konfiguration etwa gemäß Fig. 1b. Das Ergebnis der computergestützten Simulation zeigt ausweislich Fig. 2 einen abgebrochenen Fensterbereich, etwa nach Art eines Strömungskanals, wobei eine Hauptströmungsrichtung H für das erste Fluid 14 vorgegeben wird.
  • Unter Berücksichtigung diverser Parameter, wie beispielsweise Rohr- und Rippenmaterialien (zum Beispiel Kupfer), Oberflächenbeschaffenheit von Rohr- und/oder Rippen (zum Beispiel glatt), der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluides, gegebenenfalls der Dichte und/oder der Art des ersten Fluides, einer (Satt-)Dampftemperatur, der Berücksichtigung möglicher Kondensationseffekte und/oder einer grundsätzlichen Berücksichtigung der Temperaturkopplung zwischen einem Rippenrohr und der Luft, lassen sich im Rahmen einer Simulation Erkenntnisse über das Strömungsverhalten außerhalb der Rohre gewinnen. Hierzu zählen insbesondere der Druckverlust aber auch die Wärmeübertragung und/oder die Temperaturen im Wärmetauscher im Allgemeinen.
  • Fig. 2 zeigt hierbei exemplarisch die Verteilung der Wärmestromdichte an den Rippen 19 der vier exemplarischen Rippenrohrabschnitte 16 bei Vorgabe spezifischer, an dieser Stelle nicht näher genannter Parameter.
  • Die ebenfalls dargestellte Legende verdeutlicht die Schraffuren bei zunehmender Wärmedichte, wobei eine Anzeige in der Praxis anstelle von Schraffuren eher farbliche Kodierungen verwendet.
  • Dem Ergebnis gemäß Fig. 2 lässt sich dabei entnehmen, dass die Rippen 19a und 19c der Rippenrohrabschnitte 16a und 16c (erwartungsgemäß) sehr viel höhere Wärmestromdichten aufweisen und daher auch effektiver an einer Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden (innerhalb und außerhalb der Rippenrohrabschnitte) beteiligt sind, als die Rippen 19b und 19d der Rippenrohrabschnitte 16b und 16d.
  • Ausgehend von diesem Simulationsergebnis könnte ein Nutzer nunmehr zur Erhöhung der Effektivität zu dem Ergebnis gelangen, für die Rippenrohrabschnitte 16a und 16c demnach eine höhere Rippensteigung vorzusehen, als für die Rippenrohrabschnitte 16b und 16d.
  • Anstelle oder zusätzlich zur Rippensteigung lassen sich aber auch andere Berippungsparameter in Abhängigkeit der Simulationsergebnisse (zur Erlangung eines effektiveren Wärmetauschers beziehungsweise zur Einsparung von Bandmaterial) verändern:
  • So zeigt Fig. 3 in einer sehr schematischen Aufsicht, welche etwa der Aufsicht gemäß Fig. 1b entspricht, ein zweites Ausführungsbeispiel 10' eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Die Rippenrohrabschnitte 16 sind gemäß Fig. 3 ihrer Position nach identisch zu denen gemäß Fig. 1b in einem Gehäuse 11 angeordnet. Anstelle oder zusätzlich zu einer unterschiedlichen Rippensteigung weisen die Rippenrohrabschnitte 16 - in der Aufsicht sehr gut erkennbar - nunmehr unterschiedliche Rippenhöhen h auf: Da der Rippenrohrabschnitt 16a ausweislich des Simulationsergebnisses gemäß Fig. 2 besonders gut an einer Wärmeübertragung teilnimmt, beziehungsweise diese besonders effektiv unterstützt, wurde diesem Rippenrohrabschnitt 16a nunmehr eine besonders große Rippenhöhe h1 zugeordnet, welche beispielsweise sehr viel größer ist, als die Rippenhöhe h2 des in Strömungsrichtung H nachfolgenden Rippenrohrabschnittes 16d. Auf diese Weise kann bei dem Rippenrohrabschnitt 16d, welcher ohnehin nicht besonders effektiv an einer Wärmeübertragung teilnimmt, Rippenrohrmaterial eingespart werden.
  • Da der Rippenrohrabschnitt 16b ausweislich Fig. 2 besonders wenig an der Wärmeübertragung teilnimmt, beziehungsweise aufgrund seiner Anordnung keine besonders guten Wärmeübertragungseigenschaften aufweist, wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bei diesem Rippenrohrabschnitt komplett auf eine Berippung verzichtet, so dass das Rippenrohrmaterial besonders effektiv eingespart werden kann.
  • Während die Vorrichtung 10' gemäß Fig. 3 somit (auch) unterschiedliche Rippenhöhen der unterschiedlichen Rippenrohrabschnitte 16 aufweist, soll an dieser Stelle noch einmal auf das Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 10 gemäß den Fig. 1a und 1b zurückgesprungen werden: So weisen die Rippenrohrabschnitte 16 dort ausweislich Fig. 1b eine identische Rippenhöhe h auf. Die Rippensteigungen der einzelnen Rippenrohrabschnitte 16 unterscheiden sich aber. Die Anmelderin hat nunmehr gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung für eine derartige Ausgestaltung ein besonders elegantes Herstellungsverfahren entwickelt: In diesem Sinne zeigt Fig. 4 ein (noch zusammenhängendes) Urrohr 21 mit einer Länge I (von typischerweise einigen Metern), welches eine graduelle, variable Berippung aufweist:
  • So weist ein erster Sektor 22a eine besonders hohe Rippensteigung auf, der Sektor 22b eine mittlere Rippensteigung und der Sektor 22c eine geringe Rippensteigung. Der Sektor 22d weist dann gar keine Rippen auf. Die Rippen in diesem Ausführungsbeispiel weisen in der Regel eine identische Höhe h auf und werden typischerweise von mehr als einem Band bereitgestellt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Sektoren l/4.
  • Die Anmelderin hat herausgefunden, dass eine derartige (graduelle) Berippung eines einzigen Urrohres 21 vorteilhaft unter Einsatz von mehreren Bändern (und dann auch typischerweise von mehreren Lasern zum Verschweißen der mehreren Bänder) möglich wird. Eine derartige graduelle Berippung erlaubt somit die besonders einfache Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, indem nämlich das in Fig. 4 dargestellte, graduell berippte, typischerweise einige Meter lange Urrohr 21 entlang seiner Sektorengrenzen getrennt wird.
  • Wird das Urrohr 21 gemäß Fig. 4 entlang der Sektorengrenzen getrennt, entstehen somit vier unabhängige, typischerweise gerade, Rippenrohrabschnitte der Länge l/4, welche dann gemäß Fig. 1b in einen entsprechenden Wärmetauscher einbaubar sind.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Sektorierung und Berippung des Urrohres 21 gemäß Fig. 4 lediglich exemplarisch zu verstehen ist und insbesondere der Sektor 22d ohne jegliche Berippung sicherlich eher einen Sonderfall darstellt (welcher auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b nicht unmittelbar übertragbar ist, da dort alle Rippenrohrabschnitte 16 berippt sind). Aus dem Urrohr 21 wird also nicht genau der Wärmetauscher 10 gemäß Fig. 1a und 1b hergestellt, sondern ein nicht näher dargestellter Wärmetauscher mit identischer Rippenrohrabschnittsanordnung aber mit von Fig. 1b abweichender Berippung (insbesondere abweichender Rippensteigung).
  • Alternativ oder zusätzlich zur einer Variation der Rippenhöhe und/oder der Rippensteigung zwischen den einzelnen Rippenrohrabschnitten sind von der Erfindung aber auch Wärmetauscher umfasst, deren Rippenrohrabschnitte (jedenfalls teilweise) unterschiedliche Materialien aufweisen: Da dies graphisch aber nicht oder kaum darstellbar ist, wird auf eine entsprechende Figur verzichtet. Es wird lediglich angedeutet, dass beispielsweise die in den Fig. 1a und 1b oder 3 dargestellten Rippenrohrabschnitte 16 unterschiedliche Materialien aufweisen könnten: So könnte beispielsweise in Fig. 1a das Rippenmaterial der Rippen 19a ein anderes als das Rippenmaterial der Rippen 19b sein (dies gilt aber auch für die Figur 3).
  • Insbesondere könnten die Rippen eines einzelnen Rippenrohrabschnittes (zum Beispiel des Rippenrohrabschnittes 16a gemäß Fig. 1a aus mehreren Bändern unterschiedlicher Materialien bestehen; im Gegensatz dazu könnten die Rippen 19b des Rippenrohrabschnittes 16b dann lediglich aus einem Material bestehen, völlig unabhängig davon, ob die Rippenrohrabschnitte 16 eine gleiche Rippensteigung und/oder Höhe aufweisen).
  • Fig. 5 soll dann verdeutlichen, dass die Rippenrohrabschnitte 16 nicht wie in Fig. 1a (dort insbesondere oberhalb des Gehäuses 11 angedeutet) unabhängig voneinander verlaufen müssen. Sie können vielmehr einem gemeinsamen Rohr zugeordnet sein beziehungsweise von Abschnitten dieses Rohres gebildet sein: So zeigt Fig. 5, dass die Rippenrohrabschnitte 16' sämtlich stoffschlüssige Bestandteile eines Gesamtrohres 23 sind, welches neben den geraden Rippenrohrabschnitten 16' auch bogenförmige Rippenrohrabschnitte 24 aufweist. Auch derartige Rippenrohrabschnitte, beziehungsweise ein derartiges Gesamtrohr 23, sind grundsätzlich in Wärmetauschern einsetzbar, wobei die Anordnung in einem Gehäuse dann natürlich etwas von der gemäß Fig. 1a abweicht. Nichtsdestotrotz sind sie grundsätzlich geeignet, das zweite Fluid 18 in ihrem Inneren zu führen.
  • Ein weiteres abweichendes Ausführungsbeispiel eines Gesamtrohrs 23' zeigt dann Fig. 6: Hier gehören die Rippenrohrabschnitte 16 wie bei Fig. 5 zu einem gemeinsamen Gesamtrohr 23'. Allerdings sind sie in diesem Fall nicht gerade, beziehungsweise ihrer Haupterstreckungsrichtung nach nicht entlang einer Geraden ausgerichtet, sondern bogenartig gekrümmt. Dies liegt darin begründet, dass das Gesamtrohr 23 eine im Wesentlichen wendelförmige Ausgestaltung aufweist. Fig. 9 soll aber verdeutlichen, dass auch derartig nebeneinander angeordnete Rippenrohrabschnitte 16 (beispielsweise Rippenrohrabschnitte 16i, 16ii und 16iii) eine unterschiedliche Berippung aufweisen können: Auch wenn dies in Fig. 9 der Übersichtlichkeit halber nicht erkennbar ist, so kann hier die Rippensteigung und/oder die Rippenhöhe durchaus variieren. Insbesondere könnte das Gesamtrohr 23' ähnlich berippt werden, wie in Fig. 4 dargestellt (also graduell oder kontinuierlich variabel) und dann in seine wendelförmige Endform überführt beziehungsweise gebogen werden. Auch dies soll von der Erfindung umfasst sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers (10) mit mehreren nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, angeordneten, berippten Rohrabschnitten (16), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    • Erlangen beziehungsweise Erstellen von Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte (16) auf Basis einer vorgegebenen oder gewählten Rohrabschnittsanordnung, vorzugsweise durch die Durchführung einer Simulation,
    • Auswahl unterschiedlicher Rippen (19) für die Rohrabschnitte (16), basierend auf besagten Informationen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Rohrabschnitte (16) im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Höhe (h) aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Rohrabschnitte (16) aus einem unterschiedlichen Material bestehen.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) der Rohrabschnitte (16) im Vergleich zueinander eine unterschiedliche Steigung aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (16) von demselben, vorzugsweise bereits berippten, Rohr (21) stammen, insbesondere von diesem abgeschnitten sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (21) eine, insbesondere graduell, variierende Rippensteigung aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrabschnitt (16b) basierend auf besagten Informationen nicht berippt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (19) eines Rohrabschnittes (16) aus mindestens zwei, insbesondere separaten, Bändern bestehen beziehungsweise hergestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zum Wärmetauschverhalten der Rohrabschnitte (16) durch eine computergestützte Simulation, insbesondere in einem CAD-Programm, erlangt werden.
  10. Wärmetauscher (10) mit mehreren nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, angeordneten Rippenrohrabschnitten (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenrohrabschnitte (16) unterschiedlich berippt sind.
EP20208451.3A 2019-11-20 2020-11-18 Wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung beziehungsweise entwurf Active EP3825636B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019131323.6A DE102019131323A1 (de) 2019-11-20 2019-11-20 Wärmetauscher und Verfahren zu dessen Herstellung beziehungsweise Entwurf

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3825636A1 true EP3825636A1 (de) 2021-05-26
EP3825636B1 EP3825636B1 (de) 2024-01-24

Family

ID=73476038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20208451.3A Active EP3825636B1 (de) 2019-11-20 2020-11-18 Wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung beziehungsweise entwurf

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3825636B1 (de)
DE (1) DE102019131323A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57187589A (en) * 1981-05-12 1982-11-18 Babu Hitachi Eng Service Kk Heat recovering apparatus
US20060008394A1 (en) * 2002-11-05 2006-01-12 Kouji Muramoto Exhaust gas treating apparatus
DE102011118164A1 (de) * 2010-12-29 2012-07-05 Thesys Gmbh Wärmeübertrager und Verfahren zum Betreiben eines Wärmeübertragers
US20160376986A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Hrst, Inc. Dual Purpose Heat Transfer Surface Device
DE102016100192A1 (de) * 2016-01-06 2017-07-06 Hanon Systems Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE475338C (de) * 1929-04-22 Walter Koenig Verfahren zur Befestigung von Thermoelementen auf einem Heizrohr aus keramischem oder sonstigem Material
US2868515A (en) * 1955-11-25 1959-01-13 Carrler Corp Heat exchanger construction
US3138201A (en) * 1960-03-30 1964-06-23 Huet Andre Heat exchanger with grooved tubes
JPH0610593B2 (ja) * 1984-02-14 1994-02-09 住友金属工業株式会社 スパイラルフィン付き伝熱管の製造方法
JP5023911B2 (ja) * 2007-09-19 2012-09-12 パナソニック株式会社 スパイラルフィンチューブ型熱交換器
US20140284038A1 (en) * 2013-03-21 2014-09-25 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger design and fabrication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57187589A (en) * 1981-05-12 1982-11-18 Babu Hitachi Eng Service Kk Heat recovering apparatus
US20060008394A1 (en) * 2002-11-05 2006-01-12 Kouji Muramoto Exhaust gas treating apparatus
DE102011118164A1 (de) * 2010-12-29 2012-07-05 Thesys Gmbh Wärmeübertrager und Verfahren zum Betreiben eines Wärmeübertragers
US20160376986A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Hrst, Inc. Dual Purpose Heat Transfer Surface Device
DE102016100192A1 (de) * 2016-01-06 2017-07-06 Hanon Systems Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VARUN SINGH ET AL: "Simulation of air-to-refrigerant fin-and-tube heat exchanger with CFD-based air propagation", INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRIGERATION, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 34, no. 8, 26 July 2011 (2011-07-26), pages 1883 - 1897, XP028106804, ISSN: 0140-7007, [retrieved on 20110812], DOI: 10.1016/J.IJREFRIG.2011.07.007 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3825636B1 (de) 2024-01-24
DE102019131323A1 (de) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2926623A1 (de) Heizelement und prozessheizer
DE102006018688B4 (de) Verfahren zum Biegen von Multiportrohren für Wärmeübertrager
DE112013007041T5 (de) Wärmetauscher
EP1703227B1 (de) Wärmetauscher
DE1501458A1 (de) Waermetauschvorrichtung
EP3825636B1 (de) Wärmetauscher und verfahren zu dessen herstellung beziehungsweise entwurf
DE2712818A1 (de) Rohrfoermiger koerper
EP0937218B1 (de) Verfahren zum betreiben eines durchlaufdampferzeugers und durchlaufdampferzeuger zur durchführung des verfahrens
DE2550035C3 (de) Wärmetauscher mit einer Vielzahl mit Abstand voneinander angeordneter Wärmetauschmedium-Strömungsrohre
WO2020074117A1 (de) Gewickelter wärmeübertrager, verfahren zur herstellung eines gewickelten wärmeübertragers und verfahren zum wärmeaustausch zwischen einem ersten fluid und einem zweiten fluid
DE3701614A1 (de) Rohrwaermetauscher
DE102009026546B4 (de) Sonnenkollektor
EP1540662B1 (de) Abstandhalter
DE1802729C3 (de) Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten beziehungsweise Gasen
DE1778362A1 (de) Waermeaustauschkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2809143A1 (de) Rippenrohr-waermeaustauscher
EP0171558A2 (de) Wärmeübertrager
EP2390610A1 (de) Lamellenwärmeübertrager
CH646511A5 (de) Waermeuebertragungsrohr und verfahren zu dessen herstellung.
DE10138626A1 (de) Vorrichtung für den Eintritt von Heißgas in ein Heizflächenrohr eines Abhitzekessels
DE202019103964U1 (de) Wärmeaustauscher
DE7806410U1 (de) Rippenrohr-Wärmeaustauscher
EP1348914B1 (de) Wärmetauscher, Verbrennungsvorrichtung, einen Wärmetauscher umfassend, Absperrelement zur Verwendung in einem solchen Wärmetauscher, und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
DE10341644B4 (de) Wendelförmiger Wärmeaustauscher
EP0972998A2 (de) Heiz- bzw. Kühlkörper-Verteileranordnung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211116

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230922

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502020006823

Country of ref document: DE