EP3825636B1 - Heat exchanger and method for its production or design - Google Patents

Heat exchanger and method for its production or design Download PDF

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EP3825636B1
EP3825636B1 EP20208451.3A EP20208451A EP3825636B1 EP 3825636 B1 EP3825636 B1 EP 3825636B1 EP 20208451 A EP20208451 A EP 20208451A EP 3825636 B1 EP3825636 B1 EP 3825636B1
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EP
European Patent Office
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finned tube
sections
pipe
ribs
heat exchanger
Prior art date
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Active
Application number
EP20208451.3A
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German (de)
French (fr)
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EP3825636A1 (en
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Schmoele GmbH filed Critical Schmoele GmbH
Publication of EP3825636A1 publication Critical patent/EP3825636A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3825636B1 publication Critical patent/EP3825636B1/en
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    • F28D7/16Heat-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
    • F28D7/1615Heat-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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    • F28D7/08Heat-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
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    • F28F2210/08Assemblies of conduits having different features
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00Fins
    • F28F2215/04Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • the invention relates to a method for producing or designing a heat exchanger.
  • a heat exchanger is a device that transfers thermal energy from one material stream to another.
  • the substances are usually fluids, i.e. liquids or gases.
  • one of the substances is a liquid (e.g. water) and the other is a gas (usually air).
  • the component that separates the substances must have good thermal conductivity and, in particular, a large surface area.
  • the component is usually provided by pipe sections in which one of the substances, typically a liquid, is carried.
  • a typical heat exchanger has spiral finned tube sections that are bundled into compact heat exchangers.
  • Spiral finned tubes are thin-walled, metallic tubes that have spiral or helical ribs to increase the surface area.
  • the density of ribs is also called “rib pitch” and has a significant influence on the thermal properties.
  • finned tubes with a given pitch to form heat exchangers.
  • a (common) rib pitch can be selected for the pipe sections.
  • the fin height can also be adjusted for all finned tube sections.
  • Variances, especially regarding the pitch, are generally known in heat exchangers with regard to the ribs; for example, as shown by the US 2006/0008394 A1 , which discloses a heat exchanger with the features in the preamble of claim 1, or the US 2016/0376986 A1 , although these two publications come from the area of exhaust gas purification in (coal-powered) power plants, in which the fins of the finned tubes usually come from the Pipe to be rolled out.
  • the sections can, for example, have a different rib pitch.
  • 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 (particularly 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 particularly narrowly finned and/or provided with particularly high fins because it is particularly worthwhile for these pipe sections.
  • At least two of the pipe sections should have different ribs compared 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 based on information that is typically obtained or created in a previous process 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 relative to one another or among each other.
  • the flow direction of the fluid flowing outside the pipe sections can be taken into account.
  • the arrangement of the pipe sections is dictated by 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 heat exchange behavior or has a significant influence on it.
  • Corresponding information can be obtained by carrying out simulations (particularly computer-aided) or alternatively or additionally by carrying out tests (on real test setups).
  • the information obtained or created therefore relates to the heat exchange behavior of the pipe sections, whereby in particular pipe sections can be determined which, in the given or selected arrangement, enable or have better heat exchange behavior or better heat transfer between the two substances or fluids.
  • a computer program or an app can be used.
  • the specified pipe section positions can then be stored or entered in this program and based on assumptions about the flow direction of the external medium (i.e. the fluid that is located outside the pipe sections and is not currently being fed into them), knowledge can then be gained about the heat exchange behavior of the different finned pipe sections.
  • the simulation can initially be based on a predetermined rib height.
  • 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 about the simulated or calculated heat exchange behavior in the area of the finned tube sections, in particular regarding the heat flow (for example, values relating to the heat flow density can be displayed in adjusted colors).
  • 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 finned pipe sections are combined to form a heat exchanger or accommodated or installed in a heat exchanger housing or similar.
  • the method according to the invention is only used for the design of 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 passes on the data created about the design of the heat exchanger or the draft of the heat exchanger - internally or externally).
  • a heat exchanger according to the invention has at least two (differently) finned pipe sections.
  • the heat exchanger can also have more pipe sections than two (for example four, six, eight or even more pipe sections). At least 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 obtaining information, for example through a simulation, make sense.
  • 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 also makes it easier 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 are not connected to one another - at least within the heat exchanger housing.
  • the invention also includes tube sections which actually belong to the same finned tube: Even straight, parallel tube sections can, for example, be provided by a meandering overall finned tube: In this case, the individual finned tube sections are arranged straight and parallel to one another. But these are all part of the same overall finned tube. Of course, several such overall finned tubes can be provided in a heat exchanger.
  • a helical overall finned tube for example, 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 extension therefore extends along a straight line).
  • the pipe sections can in particular be arranged offset from one another or aligned with one another.
  • the base bodies of the pipe sections typically consist of copper (or another suitable metal, in particular stainless steel).
  • the ribs can then, for example, consist of the same material (including 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 provided by more than one band (in particular by two bands or more).
  • a finned tube section can be completed much more quickly at a given distance between two adjacent fins.
  • the bands can have a higher pitch for the same amount of time (for example, with two bands, twice as high as in the prior art method, in which only one band is arranged on the finned tube).
  • the bands that provide the ribs are typically welded to the tube bodies using (at least) a laser.
  • the pipe base 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 finning band is then attached to the pipe base body, usually using a laser, typically in a helical shape.
  • the ribs of the pipe sections are compared to one another have a different height.
  • at least one pipe section has a different rib height than another pipe section.
  • the rib height essentially corresponds to the width of the band that is used to create the ribs.
  • ribs of the pipe sections consist of a different material.
  • a first pipe section can be provided which has a rib made of a first material and a second pipe 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 that are only equipped with stainless (more expensive) fins 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 bands made of different materials, so that the ribs of this pipe section, for example, consist of a first and consist of a second material.
  • another pipe section which has ribs of only one of these materials (or another material) would therefore represent a pipe section with ribs made of a different or different material in the sense of the invention.
  • An embodiment 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 length (for example inches). The higher the pitch, the closer the ribs are together and the more rib material is used.
  • a higher pitch is used for the pipe sections, which, according to the information obtained or created (due to their arrangement), have better heat exchange behavior, since the use of the fin material is more worthwhile or more efficient here.
  • the pipe sections come from the same pipe. In particular, they were cut off from this primordial tube. This means that at least two pipe sections were still part of one pipe before a cutting process. After the separation process, for example after cutting or cutting through or similar, 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 come is already finned before a separation process occurs. This makes it easier to produce.
  • the tube is ribbed in varying ways, in particular varying gradually. This makes it particularly easy and economical to produce, since in this way pipe sections can come from or be separated from a pipe and have a different pitch to one another. The manufacturing process is kept very simple, as only one tube is actually used.
  • the original tube can in particular be designed to be straight or straight along its longitudinal extent.
  • the separated pipe sections then also have a straight shape along their longitudinal extent.
  • a (straight) pipe a few meters long can be ribbed in one piece in this way (preferably ribbed in varying degrees).
  • 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 take place which separates the first area from the second (and possibly the second from the third, etc.).
  • the pipe can be cut off. If the gradient varies gradually, it naturally makes sense for each pipe section to have a constant gradient, with the gradient of the pipe sections varying in comparison to one another.
  • Such a varying rib pitch of the Urrohr body can be achieved in particular in that one of the Variable band guide developed by the applicant is used, which can vary the angle of attack of the band or bands during the welding process.
  • the original tube 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 to fin a specific pipe section, for example because it does not have any significant heat exchange behavior or something similar. In this way, a particularly large amount of rib band material can be saved.
  • the ribs of at least one pipe section consist of at least two bands. Bands are typically welded to tube bases to produce ribs. The width of the band determines, for example, the height of the rib.
  • the ribs of a pipe section are provided by at least two bands, which are typically designed separately (that means in this case in particular that they run parallel to one another, preferably helically).
  • the ribs assigned to one side of the pipe section are always alternately provided by one of the bands.
  • This embodiment has the particular advantage that this facilitates a varying rib pitch for finning the original tube (from which the tube 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 much more reliable control of the rib fastening process, which ultimately also reliably enables varying rib pitches.
  • a finned original tube can be produced, which is then divided into several tube sections by a separation process, which can then in turn be installed in the heat exchanger, such that the individual tube sections actually have different slopes compared to one another.
  • the information on the heat exchange behavior of the pipe sections can be obtained through a computer-aided simulation.
  • a computer program can be used, for example a computer program that can be executed on a conventional PC, a notebook, tablet, cell phone or similar.
  • 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 meaningfully selected for the simulation, such as the type of flowing medium, the direction of flow, condensation effects and/or a predeterminable rib height.
  • such a simulation can be offered, embedded or executed as a tool or app or similar in a CAD program.
  • This has the advantage that the designer who operates the CAD program can directly use the information obtained via this simulation to define different ribs for different pipe sections and to specify, save or take them 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 to illustrate the calculated/expected heat exchange behavior of the pipe sections.
  • such a computer-aided program can be calibrated, adjusted or configured at the factory or by the user by taking real measurement data into account. So a measurement can take place in an actual wind tunnel or similar, and these real results can then be taken into account to adjust, correct or calibrate the computer-based simulation.
  • data such as pressure loss of the medium as it flows through the finned tube bundle (using an inclined tube manometer) and/or the amount of condensate (using a calibrated measuring vessel and stopwatch) and/or the vapor pressure (using a Urrohr manometer) and/or air can be collected - and outlet, steam and condensate temperatures (with thermocouples) are measured and then taken into account in a simulation.
  • the underlying object is achieved by a heat exchanger according to claim 1, which therefore has the special feature that the finned tube sections are finned differently, the ribs of a finned tube section being formed by a finned band which is attached to the tube base body in a helical shape, and the heat exchanger having two or more rows of finned tube sections.
  • the heat exchanger has finned tube sections which are provided with different fins.
  • the rib height can differ and/or the pitch of the ribs and/or the material of the ribs.
  • 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 material conducted within the finned tubes.
  • heat exchangers are also intended to be disclosed in which the pipe sections have a different pitch and/or a different height and/or a different material compared to one another.
  • the pipe sections can belong to the same pipe or come from the same pipe. Regardless of this, they can be designed separately - at least within the housing. For example, they can be merged outside the case (or inside) for one common connection or drain or similar. This list should be understood as explicit but not exhaustive.
  • Fig. 1a first shows a very schematic side view of a first exemplary 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.
  • Two finned tube sections 16a and 16b are shown as an example, which in this exemplary embodiment are straight and arranged parallel to one another.
  • the main extension direction E or the longitudinal extension of the finned tube sections 16, is aligned transversely or orthogonally to the main flow direction H of the first fluid 14.
  • the finned tube sections 16 pass through the interior of the housing 11 transversely to the main flow direction H.
  • the finned tube sections 16 are aligned with outputs 17 of the housing 11.
  • Seals 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 The dashed line outside the housing 11 deliberately leaves open whether the channels formed by the finned tube sections 16a and 16b are brought together outside the housing 1a (as with regard to Fig. 1a indicated below the housing 11) or whether these are continued separately (as with regard 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 be, for example, a liquid such as water or the like.
  • the heat exchanger 10 enables heat transfer between the first fluid 14 within the housing 11 (but outside the finned tube sections 16) and the second fluid 18 within the finned tube sections 16.
  • the two finned tube sections 16 in particular to increase the Surface of the pipe section) ribs 19.
  • These ribs 19 are provided by bands running helically around the respective pipe section, which bands are typically welded to the pipe section base body (in particular using lasers).
  • the ribs 19, or bands can typically be made of copper or stainless steel or another suitable material.
  • the basic tube bodies of the finned tube sections 16 usually consist of stainless steel or copper or another 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 pitch essentially describes the density of the ribs, i.e. the number of ribs per unit length (for example per inch or per centimeter or similar).
  • the finned tube section 16a has a higher fin pitch than the finned tube section 16b. This has to do in particular with the fact that the finned tube section 16a is located 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 on the ribs 19a of the first finned tube section 16a tends to be greater than on the ribs 19b of the second finned tube section 16b.
  • the heat transfer takes place between the first fluid 14 and the second fluid 18, in the exemplary embodiment according to Fig. 1a
  • 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 allocating 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 should 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 by only a single band. But there is also that Possibility that the ribs 19a and / or 19b are each formed by several bands, which then typically run parallel in a helical manner.
  • Fig. 1b shows a very schematic, sectional top view of the device 10 Fig. 1a , approximately along the view arrows lb in Fig. 1a.
  • Fig. 1b clearly shows that the finned tube bundle 15 consists not only of a pair of finned tube sections 16a and 16b, but typically of a larger plurality, in the case shown, namely of four exemplary finned tube sections 16a to 16d (but in practice they are actually for a finned tube bundle 15 significantly more finned tube sections are provided).
  • FIG. 1b The configuration or arrangement of finned tube sections 16 visible for the finned tube bundle 15 represents only an example of an offset arrangement of the tubes.
  • an aligned tube arrangement can of course also be provided or an aligned offset tube arrangement.
  • two rows of finned tube sections are provided.
  • finned tube bundles 15 actually have more rows, in particular with more tube sections than two in a row.
  • the configuration is as per Figs. 1a and 1b can only be understood as an example.
  • Fig. 1a can also be Fig. 1b see 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 - as well Fig. 1a executed - in the rib pitch, which is shown in the top view Fig. 1b is indistinguishable. But it is in this regard 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 pitches based on information that the user himself has created based on considerations and assumptions (finned tube sections in an arrangement closer to the inlet 12 provide a more effective heat exchange).
  • 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 finning to be selected for a finned tube section: So shows Fig. 2 a schematic representation of the result of a computer-aided simulation of the heat flux density along the fins 19 of finned tube sections 16, in a configuration approximately according to Fig. 1b .
  • the result of the computer-aided simulation clearly shows Fig. 2 a broken window area, for example in the manner of a flow channel, with a main flow direction H being specified for the first fluid 14.
  • tube and fin materials e.g. copper
  • surface quality of tube and/or ribs for example smooth
  • the temperature coupling between a finned tube and the air knowledge can be gained about the flow behavior outside the tubes within the framework of a simulation. This includes in particular the pressure loss but also the heat transfer and/or the temperatures in the heat exchanger in general.
  • Fig. 2 shows an example of the distribution of the heat flow density on the fins 19 of the four exemplary finned tube sections 16 when specifying specific parameters that are not mentioned in more detail here.
  • the legend which is also shown, illustrates the hatching as heat density increases, although in practice a display uses color coding instead of hatching.
  • ribs 19a and 19c of the finned tube sections 16a and 16c have much higher heat flux densities and are therefore more effective in heat transfer between the two fluids (inside and outside the finned tube sections) than the ribs 19b and 19d of the finned tube sections 16b and 16d.
  • Fig. 3 shows a very schematic supervision, which roughly corresponds to the supervision
  • Fig. 1b corresponds to a second embodiment 10 ⁇ of a heat exchanger according to the invention.
  • the finned tube sections 16 are according to Fig. 3 in their position identical to those according to Fig. 1b arranged in a housing 11.
  • the finned tube sections 16 - which can be clearly seen when viewed from above - now have different fin heights h:
  • the finned tube section 16a shows according to the simulation result Fig.
  • this finned tube section 16a has now been assigned a particularly large fin height h 1 , which is, for example, much larger 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 does not participate particularly effectively in heat transfer anyway.
  • Fig. 2 Participates particularly little in the heat transfer, or does not have particularly good heat transfer properties due to its arrangement, is shown in the exemplary embodiment Fig. 3
  • finning is completely dispensed with, so that the finned tube material can be saved particularly effectively.
  • a first sector 22a has a particularly high rib pitch
  • sector 22b has a medium rib pitch
  • sector 22c has a low rib pitch.
  • the sector 22d then has no ribs at all.
  • the ribs in this embodiment typically have an identical height h and are typically provided by more than one band.
  • the length of the sectors is I/4.
  • the sectoring and finning of the original tube 21 according to Fig. 4 is to be understood only as an example and in particular the sector 22d without any ribbing certainly represents a special case (which corresponds to the exemplary embodiment Fig. 1b cannot be transferred directly, since all finned tube sections 16 are finned).
  • the heat exchanger 10 is not exactly made from the original tube 21 Figs. 1a and 1b made, but a heat exchanger, not shown, with an identical finned tube section arrangement but with Fig. 1b different ribbing (particularly different rib pitch).
  • the invention also includes heat exchangers whose finned tube sections have (at least partially) different materials: Since this cannot or can hardly be represented graphically, a corresponding one is used Figure omitted. It is only suggested that, for example, the ones in the Figs. 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 than the rib material of the ribs 19b (but this also applies to the Figure 3 ).
  • the ribs of a single finned tube section (for example the finned tube section 16a according to Fig. 1a consist of several bands of different materials;
  • the ribs 19b of the finned tube section 16b could then only consist of one material, completely independent of whether the finned tube sections 16 have the same rib pitch and/or height).
  • Fig. 5 should then make it clear that the finned tube sections 16 are not as in 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 can be formed by sections of this pipe: This shows Fig. 5 that the finned tube sections 16' are all cohesive components of an overall tube 23, which, in addition to the straight finned tube sections 16', also has arcuate finned tube sections 24. Such finned tube sections, or such an entire tube 23, can in principle be used in heat exchangers, with the arrangement in a housing then of course being somewhat different from that according to Fig. 1a differs. Nevertheless, they are fundamentally suitable for guiding the second fluid 18 inside them.
  • FIG. 6 A further different exemplary embodiment of an entire tube 23 'then shows Fig. 6 :
  • the finned tube sections 16 belong as in Fig. 5 to a common overall tube 23 ⁇ . However, in this case they are not straight, or are not aligned along a straight line in their main direction of extension, but are curved like an arc. This is due to the fact that the overall tube 23 has a substantially helical configuration.
  • 9 is intended to make it clear that finned tube sections 16 arranged next to one another in this way (for example finned tube sections 16i, 16ii and 16iii) can also have different finning: Even if this is not visible in FIG. 9 for the sake of clarity, the rib pitch and / or or the rib height can vary.
  • the entire tube 23 'could be ribbed similarly, as in Fig. 4 represented (i.e. gradually or continuously variable) and then converted or bent into its helical final shape. This should also be covered by the invention.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung oder zum Entwurf eines Wärmetauschers.According to a first aspect, the invention relates to a method for producing or designing a heat exchanger.

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).A heat exchanger is a device that transfers thermal energy from one material stream to another. The substances are usually fluids, i.e. liquids or gases. Typically one of the substances is a liquid (e.g. water) and the other is a gas (usually air).

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.For good efficiency, the component that separates the substances must have good thermal conductivity and, in particular, a large surface area. The component is usually provided by pipe sections in which one of the substances, typically a liquid, is carried.

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.In order to increase the surface area or the thermal conductivity of the pipe section, it is also known from the prior art to rib the pipe or to provide it with circumferential ribs, which leads to improved energy transfer.

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.A typical heat exchanger has spiral finned tube sections that are bundled into compact heat exchangers. Spiral finned tubes are thin-walled, metallic tubes that have spiral or helical ribs to increase the surface area. The density of ribs is also called “rib pitch” and has a significant influence on the thermal properties.

Da die Einbauumgebungen von Wärmetauschern hinsichtlich ihrer Bedingungen variieren, ist es, je nach Anwendungsfall, ferner bekannt,Since the installation environments of heat exchangers vary in terms of their conditions, it is also known, depending on the application,

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.Combining finned tubes with a given pitch to form heat exchangers. Depending on the requirements, a (common) rib pitch can be selected for the pipe sections. Depending on the application, the fin height can also be adjusted for all finned tube sections.

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.Said heat exchangers of the prior art usually work sufficiently well. However, there is a constant urge to optimize the efficiency and also the manufacturing costs of such a heat exchanger.

Die Erfindung betrifft dabei insbesondere folgende 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.
The invention relates in particular to the following steps:
  • Obtaining or creating information about the heat exchange behavior of the pipe sections based on a given or selected pipe section arrangement (preferably by carrying out a simulation),
  • Selection of different ribs for the pipe sections based on said information.

Varianzen, insbesondere die Steigung betreffend, sind bei Wärmetauschern hinsichtlich der Rippen grundsätzlich bekannt; so beispielsweise ausweislich der US 2006/0008394 A1 , der ein Wärmetauscher mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart, oder der
US 2016/0376986 A1 , wobei diese beiden Druckschriften jedoch aus dem Bereich der Abgasreinigung bei (kohlebetriebenen) Kraftanlagen stammen, bei welchen die Rippen der Rippenrohre üblicherweise aus dem Rohr herausgewalzt werden. Aus diesem Bereich der Technik sind ausweislich der DE 10 2011 118 164 A1 auch Koaxialrohre bekannt, bei welchen das Innenrohr sickenförmig ausgebildet ist, um zwischen den beiden Rohrwänden des Koaxialrohres spiralartige Räume zu schaffen, wobei vergleichbare Sicken auch an umströmten Außenrohren bekannt sind, so beispielsweise aus der JP S 57 187 589 A . Schließlich werden Rippen auf dem Gebiet der Klimaanlagen für PKWs ausweislich der DE 10 2016 100 192 A1 ausgewalzt, wobei insbesondere die zuletzt genannten Druckschriften des Standes der Technik keine nebeneinander angeordneten Rohrabschnitte offenbaren, welche unterschiedlich berippt sind, schon gar nicht auf Basis irgendwelcher Messungen.
Variances, especially regarding the pitch, are generally known in heat exchangers with regard to the ribs; for example, as shown by the US 2006/0008394 A1 , which discloses a heat exchanger with the features in the preamble of claim 1, or the
US 2016/0376986 A1 , although these two publications come from the area of exhaust gas purification in (coal-powered) power plants, in which the fins of the finned tubes usually come from the Pipe to be rolled out. From this area of technology are evidently the DE 10 2011 118 164 A1 Coaxial tubes are also known in which the inner tube is bead-shaped in order to create spiral-like spaces between the two tube walls of the coaxial tube, with comparable beads also being known on outer tubes with flow around them, for example from JP S 57 187 589 A . Finally, ribs are evident in the field of air conditioning systems for cars DE 10 2016 100 192 A1 rolled out, in particular the last-mentioned prior art documents do not disclose pipe sections arranged next to one another which are ribbed differently, certainly not on the basis of any measurements.

Offenbart ist somit, zur Herstellung des Wärmetauschers unterschiedlich berippte Rohrabschnitte zu verwenden. Die Abschnitte können beispielsweise eine unterschiedliche Rippensteigung aufweisen.It is therefore disclosed to use differently finned pipe sections to produce the heat exchanger. The sections can, for example, have a different rib pitch.

Alternativ oder zusätzlich können die Rippen der Rohrabschnitte jeweils eine andere Höhe aufweisen.Alternatively or additionally, the ribs of the pipe sections can each have a different height.

Weiter alternativ oder zusätzlich können die Rohrabschnitte Rippen eines unterschiedlichen Materials aufweisen.Alternatively or additionally, the pipe sections can have ribs made of a different material.

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.
According to the invention, 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 (particularly in the area of the fins) depending on their arrangement in the heat exchanger:
For example, pipe sections which, according to said information (for example due to their arrangement) have particularly good heat exchange behavior, can be particularly narrowly finned and/or provided with particularly high fins because it is particularly worthwhile for these pipe sections.

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".Pipe sections which, according to said information (for example due to their arrangement), have particularly poor heat exchange behavior, can, for example, have a lower fin density and/or fin height (in extreme cases even no fins at all) because it may not be worthwhile to use expensive fin material for said finned pipe section "to waste".

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).Of course, exactly the opposite finning situations are also conceivable: It could be that pipe sections that already have good heat exchange behavior are provided with less fin material than those that, according to the information obtained or created, have poor heat exchange behavior. This applies, for example, to the case where you want to achieve a particularly uniform heat exchange behavior when comparing the pipe sections (in other words, the fluids transported in the pipes should be uniformly tempered).

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).In this sense, at least two of the pipe sections should have different ribs compared to one another. In particular, all pipe sections can also have different ribs. Depending on the objectives and the information available, it is also possible that a pipe section is not provided with ribs at all (for example in the event that this is not worthwhile).

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).Taking the information into account when selecting the different ribs can, on the one hand, lead to an improved temperature transfer result (for example, by providing pipe sections with a particularly high or low rib pitch or with particularly high or flat ribs due to their arrangement), and on the other hand, it can also Cost optimization is carried out in such a way that the fin material is only used where it can be effective (whereas the more expensive fin material is minimized for other pipe sections).

Die Auswahl der unterschiedlichen Rippen erfolgt dabei auf Basis von Informationen, welche typischerweise in einem vorherigen Verfahrensschritt erlangt oder erstellt werden.The selection of the different ribs is based on information that is typically obtained or created in a previous process step.

Diese Informationen berücksichtigen vorzugsweise die Rohrabschnittsanordnung (im Wärmetauscher). Die Rohrabschnittsanordnung betrifft dabei also insbesondere die Anordnung der Rohrabschnitte zueinander beziehungsweise untereinander.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 relative to one another or among each other.

Vorteilhafterweise kann insbesondere die Strömungsrichtung des außerhalb der Rohrabschnitte strömenden Fluids berücksichtigt werden.Advantageously, in particular the flow direction of the fluid flowing outside the pipe sections can be taken into account.

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.In some applications, the arrangement of the pipe sections is dictated by 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 heat exchange behavior or has a significant influence on it.

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.Corresponding information can be obtained by carrying out simulations (particularly computer-aided) or alternatively or additionally by carrying out tests (on real test setups).

Auch ist das Erstellen von Informationen lediglich auf Basis von Annahmen oder Erfahrungswerten von der Erfindung umfasst.The creation of information solely on the basis of assumptions or empirical values is also covered by the invention.

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.The information obtained or created therefore relates to the heat exchange behavior of the pipe sections, whereby in particular pipe sections can be determined which, in the given or selected arrangement, enable or have better heat exchange behavior or better heat transfer between the two substances or fluids.

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.For example, if a pipe section has relatively poor heat exchange behavior due to its arrangement (for example because it is arranged downstream in the flow direction of the external fluid), this can be taken into account when selecting the ribs of this pipe section (as described above).

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.To obtain the information, it has proven to be particularly advantageous if computer-aided simulations are carried out. For example, a computer program or an app can be used. For example, the specified pipe section positions can then be stored or entered in this program and based on assumptions about the flow direction of the external medium (i.e. the fluid that is located outside the pipe sections and is not currently being fed into them), knowledge can then be gained about the heat exchange behavior of the different finned pipe sections.

Insbesondere kann bei der Simulation zunächst von einer vorgegebenen Rippenhöhe ausgegangen werden. Hier kann, nach Ergebnis der Simulation, die Rippenhöhe anschließend angepasst werden.In particular, the simulation can initially be based on a predetermined rib height. Here, based on the results of the simulation, the rib height can then be adjusted.

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).Such a program can display the result of a simulation, in particular graphically, preferably color-coded. In particular, the display can show data about the simulated or calculated heat exchange behavior in the area of the finned tube sections, in particular regarding the heat flow (for example, values relating to the heat flow density can be displayed in adjusted colors).

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.Particularly advantageously, it can be provided that such a computer-aided simulation is compared with measurement data from a real test, and therefore the program is calibrated or calibrated with this data.

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.In this sense, it could be provided that real measurements are carried out in a previous process step and that these measurements are taken into account in the configuration of a computer program in a further process step (whereby a computer-aided simulation can then be carried out). This has the particular advantage that a real test does not have to be carried out for changed or future test arrangements. Rather, the computer-aided program can then be used.

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.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 finned pipe sections are combined to form a heat exchanger or accommodated or installed in a heat exchanger housing or similar.

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).Alternatively, the method according to the invention is only used for the design of 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 passes on the data created about the design of the heat exchanger or the draft of the heat exchanger - internally or externally).

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.A heat exchanger according to the invention has at least two (differently) finned pipe sections. Of course, the heat exchanger can also have more pipe sections than two (for example four, six, eight or even more pipe sections). At least two of these must differ in terms of their ribbing.

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.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 obtaining information, for example through a simulation, make sense.

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.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 also makes it easier to obtain or creating information, for example as part of a 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.The finned tube sections can be assigned to completely separate finned tubes: For example, a heat exchanger can have several tube sections which are not connected to one another - at least within the heat exchanger housing.

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.For economic reasons, however, it makes sense that said pipe sections of the heat exchanger are brought together (at least outside of a housing), for example to enable a common inlet or outlet of the material carried in them.

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.In principle, the invention also includes tube sections which actually belong to the same finned tube: Even straight, parallel tube sections can, for example, be provided by a meandering overall finned tube: In this case, the individual finned tube sections are arranged straight and parallel to one another. But these are all part of the same overall finned tube. Of course, several such overall finned tubes can be provided in a heat exchanger.

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.A helical overall finned tube, for example, 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).

Gemäß der bevorzugsten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrabschnitte aber im Wesentlichen gerade ausgeführt (ihre Haupterstreckungsrichtung erstreckt sich also entlang einer Geraden).According to the most preferred embodiment of the invention, the pipe sections are essentially straight (their main direction of extension therefore extends along a straight line).

Die Rohrabschnitte können insbesondere versetzt zueinander oder fluchtend zueinander angeordnet sein.The pipe sections can in particular be arranged offset from one another or aligned with one another.

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).The base bodies of the pipe sections typically consist of copper (or another suitable metal, in particular stainless steel). The ribs can then, for example, consist of the same material (including copper) or another suitable material, in particular stainless steel (aluminum can also be used as a strip material).

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).Advantageously, the ribs of a pipe section are provided by more than one band (in particular by two bands or more). In this way, a finned tube section can be completed much more quickly at a given distance between two adjacent fins. On the other hand, the bands can have a higher pitch for the same amount of time (for example, with two bands, twice as high as in the prior art method, in which only one band is arranged on the finned tube).

Die Bänder, welche die Rippen bereitstellen, werden an den Rohrgrundkörpern typischerweise mithilfe (mindestens) eines Lasers verschweißt.The bands that provide the ribs are typically welded to the tube bodies using (at least) a laser.

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.The pipe base 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 finning band is then attached to the pipe base body, usually using a laser, typically in a helical shape.

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.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the ribs of the pipe sections are compared to one another have a different height. In this sense, at least one pipe section has a different rib height than another pipe section. The rib height essentially corresponds to the width of the band that is used to create the ribs.

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.It can generally be assumed that the heat exchange behavior of the corresponding pipe section improves the higher the rib is designed. However, in practice there are maximum heights that should not be exceeded for stability reasons.

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.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is additionally or alternatively advantageous that the ribs of the pipe sections consist of a different material. In this sense, a first pipe section can be provided which has a rib made of a first material and a second pipe section which has a rib made of a different material.

Bei den Rippenmaterialien kann es sich, wie bereits angedeutet, beispielsweise um Edelstahl oder Kupfer oder Titanium oder Aluminium oder ähnliche Materialien handeln.As already indicated, the rib materials can be, for example, stainless steel or copper or titanium or aluminum or similar materials.

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.The different materials can advantageously be a rustproof material and a non-rustproof material. In this sense, by changing the material, heat exchangers can be produced that are only equipped with stainless (more expensive) fins for areas of high humidity. In this way, expensive alloys in particular can be saved.

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.In principle, it is also possible for an individual pipe section to have bands made of different materials, so that the ribs of this pipe section, for example, consist of a first and consist of a second material. In this sense, another pipe section which has ribs of only one of these materials (or another material) would therefore represent a pipe section with ribs made of a different or different material in the sense of the invention.

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.An embodiment according to the invention is particularly advantageous in which the ribs of the pipe sections have a different pitch compared to one another. In this sense, at least one pipe section is provided with a first pitch, and another or second pipe section with a different pitch.

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.The pitch indicates the number of ribs per unit length (for example inches). The higher the pitch, the closer the ribs are together and the more rib material is used.

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.Typically, for example, a higher pitch is used for the pipe sections, which, according to the information obtained or created (due to their arrangement), have better heat exchange behavior, since the use of the fin material is more worthwhile or more efficient here.

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.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the pipe sections come from the same pipe. In particular, they were cut off from this primordial tube. This means that at least two pipe sections were still part of one pipe before a cutting process. After the separation process, for example after cutting or cutting through or similar, the pipe sections are then used separately in the heat exchanger as (separate) pipe sections.

Vorzugweise ist das Rohr, von welchem die mindestens zwei Rohrabschnitte stammen, bereits berippt, bevor es zu einem Trennvorgang kommt. Dies erleichtert die Herstellbarkeit.Preferably, the pipe from which the at least two pipe sections come is already finned before a separation process occurs. This makes it easier to produce.

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.Particularly advantageously, it is provided that the tube is ribbed in varying ways, in particular varying gradually. This makes it particularly easy and economical to produce, since in this way pipe sections can come from or be separated from a pipe and have a different pitch to one another. The manufacturing process is kept very simple, as only one tube is actually used.

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.The original tube can in particular be designed to be straight or straight along its longitudinal extent. The separated pipe sections then also have a straight shape along their longitudinal extent.

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.For example, a (straight) pipe a few meters long can be ribbed in one piece in this way (preferably ribbed in varying degrees). 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 take place which separates the first area from the second (and possibly the second from the third, etc.). For example, the pipe can be cut off. If the gradient varies gradually, it naturally makes sense for each pipe section to have a constant gradient, with the gradient of the pipe sections varying in comparison to one another.

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.Such a varying rib pitch of the Urrohr body can be achieved in particular in that one of the Variable band guide developed by the applicant is used, which can vary the angle of attack of the band or bands during the welding process.

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.Regardless of the type of finning, the original tube 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.

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.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one pipe section is not ribbed at all based on the information mentioned. In other words, based on the information obtained or created, it can be decided that it makes no sense to fin a specific pipe section, for example because it does not have any significant heat exchange behavior or something similar. In this way, a particularly large amount of rib band material can be saved.

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.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the ribs of at least one pipe section consist of at least two bands. Bands are typically welded to tube bases to produce ribs. The width of the band determines, for example, the height of the rib.

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.According to the invention, it is now provided according to this embodiment that the ribs of a pipe section are provided by at least two bands, which are typically designed separately (that means in this case in particular that they run parallel to one another, preferably helically). In other words, the ribs assigned to one side of the pipe section are always alternately provided by one of the bands.

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.This embodiment has the particular advantage that this facilitates a varying rib pitch for finning the original tube (from which the tube sections can be cut out). In practice, 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 much more reliable control of the rib fastening process, which ultimately also reliably enables varying rib pitches.

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.In this way - as described above - for example, a finned original tube can be produced, which is then divided into several tube sections by a separation process, which can then in turn be installed in the heat exchanger, such that the individual tube sections actually have different slopes compared to one another.

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.Preferably, the information on the heat exchange behavior of the pipe sections can be obtained through a computer-aided simulation. For this purpose, for example, a computer program can be used, for example a computer program that can be executed on a conventional PC, a notebook, tablet, cell phone or similar. In this program, 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.

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.The simulation can of course take into account any parameters that can be meaningfully selected for the simulation, such as the type of flowing medium, the direction of flow, condensation effects and/or a predeterminable rib height.

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.Advantageously, such a simulation can be offered, embedded or executed as a tool or app or similar in a CAD program. This has the advantage that the designer who operates the CAD program can directly use the information obtained via this simulation to define different ribs for different pipe sections and to specify, save or take them into account directly in the CAD program. In other words, the simulation tool is integrated into a design program. For example, the results of the simulation are displayed directly to the CAD program user, in particular color-coded to illustrate the calculated/expected heat exchange behavior of the pipe sections.

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.Particularly advantageously, such a computer-aided program can be calibrated, adjusted or configured at the factory or by the user by taking real measurement data into account. So a measurement can take place in an actual wind tunnel or similar, and these real results can then be taken into account to adjust, correct or calibrate the computer-based simulation.

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.In such an experiment, for example, data such as pressure loss of the medium as it flows through the finned tube bundle (using an inclined tube manometer) and/or the amount of condensate (using a calibrated measuring vessel and stopwatch) and/or the vapor pressure (using a Urrohr manometer) and/or air can be collected - and outlet, steam and condensate temperatures (with thermocouples) are measured and then taken into account in a simulation.

Erfindungsgemäß wird die zugrundeliegende Aufgabe durch einen Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 1 gelöst, welcher demnach die Besonderheit aufweist, dass die Rippenrohrabschnitte unterschiedlich berippt sind, wobei die Rippen eines Rippenrohrabschnittes von einem Berippungsband ausgebildet sind, welches am Rohrgrundkörper in einer Wendelform angebracht ist, und wobei der Wärmetauscher zwei oder mehr Reihen an Rippenrohrabschnitten aufweist.According to the invention, the underlying object is achieved by a heat exchanger according to claim 1, which therefore has the special feature that the finned tube sections are finned differently, the ribs of a finned tube section being formed by a finned band which is attached to the tube base body in a helical shape, and the heat exchanger having two or more rows of finned tube sections.

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.In this sense, the heat exchanger has finned tube sections which are provided with different fins. For example, the rib height can differ and/or the pitch of the ribs and/or the material of the ribs. In addition to the finned tube sections, 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 material conducted within the finned tubes.

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.It should be noted at this point that all advantages and subclaims or special training explained in connection with the methods described above can of course also be transferred to the independent claim directed to a heat exchanger.

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.In this sense, it should only be pointed out as an example that heat exchangers are also intended to be disclosed in which the pipe sections have a different pitch and/or a different height and/or a different material compared to one another. The pipe sections can belong to the same pipe or come from the same pipe. Regardless of this, they can be designed separately - at least within the housing. For example, they can be merged outside the case (or inside) for one common connection or drain or similar. This list should be understood as explicit but not exhaustive.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den gegebenenfalls nicht zitierten Unteransprüchen, sowie aus der nun folgenden Figurenbeschreibung.Further advantages of the invention result from the subclaims, which may not be cited, as well as from the description of the figures that follows.

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.
The figures show:
Fig. 1a
in a very schematic, partially sectioned side view of a heat exchanger with a bundle of finned tube sections arranged in a housing, for the sake of clarity only two of the finned tube sections (with different fin pitches) are shown,
Fig. 1b
a very schematic top view of a section through the in Fig. 1a Device shown, approximately according to the view arrows Ib in Fig. 1a , where the fin height of all finned tube sections is identical,
Fig. 2
a very schematic view of the result of a simulation of the heat exchange behavior of four exemplary finned tube sections in a top view, approximately according to Fig. 1b , including legend,
Fig. 3
in one view, something like this Fig. 1b , another embodiment of a heat exchanger according to the invention with ribs of different heights,
Fig. 4
a very schematic side view of a finned original tube for producing four separate finned tube sections,
Fig. 5
in a very schematic representation, four pipe sections, which are assigned to a common finned tube of a heat exchanger that is not otherwise shown, and
Fig. 6
a helical finned tube of a heat exchanger of a further exemplary embodiment not otherwise shown.

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.The following description of the figures should be preceded by the fact that the same or comparable parts may be provided with identical reference numbers, sometimes with the addition of small letters or apostrophes. The same applies to the subsequent patent claims.

Fig. 1a zeigt zunächst eine sehr schematische seitliche Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10. Fig. 1a first shows a very schematic side view of a first exemplary embodiment of a heat exchanger 10 according to the invention.

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.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.

Das erste Fluid 14 strömt von dem Zulauf 12 zum Ablauf 13 des Gehäuses 11 und umströmt dabei ein Rippenrohrbündel 15 in Hauptströmungsrichtung H.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.

Ein derartiges Rippenrohrbündel 15 besteht typischerweise aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rippenrohrabschnitten 16.Such a finned tube bundle 15 typically consists of a plurality of finned tube sections 16 arranged next to one another.

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.According to the view Fig. 1a Two finned tube sections 16a and 16b are shown as an example, which in this exemplary embodiment are straight and arranged parallel to one another.

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.The main extension direction E, or the longitudinal extension of the finned tube sections 16, is aligned transversely or orthogonally to the main flow direction H of the first fluid 14. The finned tube sections 16 pass through the interior of the housing 11 transversely to the main flow direction 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.At their ends, the finned tube sections 16 are aligned with outputs 17 of the housing 11. In the area of the inputs and outputs, typically in the Fig. 1a Seals (not shown) may be arranged to seal the interior of the housing 11 from the atmosphere.

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.Outside the housing 11, the finned tube sections 16 can be continued as desired. For example, 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 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. Fig. 1a The dashed line outside the housing 11 deliberately leaves open whether the channels formed by the finned tube sections 16a and 16b are brought together outside the housing 1a (as with regard to Fig. 1a indicated below the housing 11) or whether these are continued separately (as with regard 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 be, for example, a liquid such as water or the like.

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.The heat exchanger 10 according to the invention enables heat transfer between the first fluid 14 within the housing 11 (but outside the finned tube sections 16) and the second fluid 18 within the finned tube sections 16. In order to improve this heat exchange effect, the two finned tube sections 16 (in particular to increase the Surface of the pipe section) ribs 19.

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.These ribs 19 are provided by bands running helically around the respective pipe section, which bands are typically welded to the pipe section base body (in particular using lasers).

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.The ribs 19, or bands, can typically be made of copper or stainless steel or another suitable material. The basic tube bodies of the finned tube sections 16 usually consist of stainless steel or copper or another suitable material, in particular metal.

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).While the rib height h of the ribs of the two ribbed tube sections 16a and 16b is evident 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 pitch essentially describes the density of the ribs, i.e. the number of ribs per unit length (for example per inch or per centimeter or similar).

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. Fig. 1a In this regard, it can be seen that the finned tube section 16a has a higher fin pitch than the finned tube section 16b. This has to do in particular with the fact that the finned tube section 16a is located 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 on the ribs 19a of the first finned tube section 16a tends to be greater than on the ribs 19b of the second finned tube section 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).Under this assumption, more strip material is assigned to the first finned tube section 16a (or a higher fin pitch), while in the second finned tube section 16b, from which such effective heat transfer is not expected anyway, strip material is saved (i.e. there is a smaller fin pitch).

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.The heat transfer takes place between the first fluid 14 and the second fluid 18, in the exemplary embodiment according to Fig. 1a For example, from the first gaseous fluid 14 to the liquid fluid 18 conducted in the finned tube sections 16. For example, the water conducted in the tubes 16 is heated by hot gas 14.

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).The efficiency of the heat exchanger can be increased by allocating 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 should be used as with an even distribution of the strip material between the two finned tube sections 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.To Fig. 1a Finally, for the sake of completeness, it should be noted that the ribs 19a and 19b can be formed by only a single band. But there is also that Possibility that the ribs 19a and / or 19b are each formed by several bands, which then typically run parallel in a helical manner.

Fig. 1b zeigt der Vollständigkeit halber eine sehr schematische, geschnittene Aufsicht auf die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1a, etwa entlang der Ansichtspfeile lb 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). Fig. 1b For the sake of completeness, shows a very schematic, sectional top view of the device 10 Fig. 1a , approximately along the view arrows lb in Fig. 1a. Fig. 1b clearly shows that the finned tube bundle 15 consists not only of a pair of finned tube sections 16a and 16b, but typically of a larger plurality, in the case shown, namely of four exemplary finned tube sections 16a to 16d (but in practice they are actually for a finned tube bundle 15 significantly more finned tube sections are provided).

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.In the Fig. 1b The configuration or arrangement of finned tube sections 16 visible for the finned tube bundle 15 represents only an example of an offset arrangement of the tubes. Depending on the application, an aligned tube arrangement can of course also be provided or an aligned offset tube arrangement. In the exemplary embodiment, two rows of finned tube sections (each with two finned tube sections) are provided. In practice, however, finned tube bundles 15 actually have more rows, in particular with more tube sections than two in a row. In this respect the configuration is as per Figs. 1a and 1b can only be understood as an example.

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.As already mentioned Fig. 1a noted, can also be Fig. 1b see that the finned tube sections 16a and 16b (like the other finned tube sections 16c and 16d) each have the same fin height h. However, the finned tube sections 16 differ - as well Fig. 1a executed - in the rib pitch, which is shown in the top view Fig. 1b is indistinguishable. But it is in this regard It is acceptable that the finned tube section 16c should have a higher pitch than the finned tube sections 16d and 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).As indicated above, in the exemplary embodiment Figs. 1a and 1b the finned tube sections 16 are provided with different pitches based on information that the user himself has created based on considerations and assumptions (finned tube sections in an arrangement closer to the inlet 12 provide a more effective heat exchange).

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.Typically, however, simple assumptions and considerations can sometimes prove to be insufficient or incorrect, so that according to the invention it could be advantageous to base the information underlying the choice of the rib pitch not on assumptions, but on knowledge acquired through tests or simulations.

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.
In particular, 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 finning to be selected for a finned tube section:
So shows Fig. 2 a schematic representation of the result of a computer-aided simulation of the heat flux density along the fins 19 of finned tube sections 16, in a configuration approximately according to Fig. 1b . The result of the computer-aided simulation clearly shows Fig. 2 a broken window area, for example in the manner of a flow channel, with a main flow direction H being specified for the first fluid 14.

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.Taking various parameters into account, such as tube and fin materials (e.g. copper), surface quality of tube and/or ribs (for example smooth), the temperature, the flow velocity of the first fluid, possibly the density and/or the type of the first fluid, a (saturated) steam temperature, the consideration of possible condensation effects and/or a fundamental By taking into account the temperature coupling between a finned tube and the air, knowledge can be gained about the flow behavior outside the tubes within the framework of a simulation. This includes in particular the pressure loss but also the heat transfer and/or the temperatures in the heat exchanger in general.

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. Fig. 2 shows an example of the distribution of the heat flow density on the fins 19 of the four exemplary finned tube sections 16 when specifying specific parameters that are not mentioned in more detail here.

Die ebenfalls dargestellte Legende verdeutlicht die Schraffuren bei zunehmender Wärmedichte, wobei eine Anzeige in der Praxis anstelle von Schraffuren eher farbliche Kodierungen verwendet.The legend, which is also shown, illustrates the hatching as heat density increases, although in practice a display uses color coding instead of hatching.

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.According to the result Fig. 2 It can be seen that the ribs 19a and 19c of the finned tube sections 16a and 16c (as expected) have much higher heat flux densities and are therefore more effective in heat transfer between the two fluids (inside and outside the finned tube sections) than the ribs 19b and 19d of the finned tube sections 16b and 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.Based on this simulation result, in order to increase effectiveness, a user could now come to the conclusion that a higher fin pitch should be provided for the finned tube sections 16a and 16c than for the finned tube sections 16b and 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.
Instead of or in addition to the fin pitch, other finning parameters can also be changed depending on the simulation results (to achieve a more effective heat exchanger or to save strip material):
So shows Fig. 3 in a very schematic supervision, which roughly corresponds to the supervision Fig. 1b corresponds to a second embodiment 10` of a heat exchanger according to the invention. The finned tube sections 16 are according to Fig. 3 in their position identical to those according to Fig. 1b arranged in a housing 11. Instead of or in addition to a different fin pitch, the finned tube sections 16 - which can be clearly seen when viewed from above - now have different fin heights h: As the finned tube section 16a shows according to the simulation result Fig. 2 Participates particularly well in heat transfer, or supports it particularly effectively, this finned tube section 16a has now been assigned a particularly large fin height h 1 , which is, for example, much larger 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 does not participate particularly effectively in heat transfer anyway.

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.As the finned tube section 16b shows Fig. 2 Participates particularly little in the heat transfer, or does not have particularly good heat transfer properties due to its arrangement, is shown in the exemplary embodiment Fig. 3 In this finned tube section, finning is completely dispensed with, so that the finned tube material can be saved particularly effectively.

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 I/4.
While the device 10 'according to Fig. 3 thus (also) different rib heights of the different ribbed tube sections 16, should at this point once again refer to the exemplary embodiment of the heat exchanger 10 according to Figs. 1a and 1b be jumped back: This is how the finned tube sections 16 clearly point there Fig. 1b an identical rib height h. However, the rib pitches of the individual ribbed tube sections 16 differ. According to a further aspect of the invention, the applicant has now developed a particularly elegant manufacturing process for such an embodiment: In this sense, shows Fig. 4 a (still connected) original tube 21 with a length I (typically a few meters), which has a gradual, variable ribbing:
A first sector 22a has a particularly high rib pitch, sector 22b has a medium rib pitch and sector 22c has a low rib pitch. The sector 22d then has no ribs at all. The ribs in this embodiment typically have an identical height h and are typically provided by more than one band. In this exemplary embodiment, the length of the sectors is I/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.The applicant has found that such a (gradual) finning of a single original tube 21 is advantageously possible using several bands (and then also typically several lasers for welding the several bands). Such gradual finning thus allows the particularly simple production of a heat exchanger according to the invention, namely in that the in Fig. 4 shown, gradually ribbed, typically a few meters long primordial tube 21 is separated along its sector boundaries.

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.If the original pipe is 21 according to Fig. 4 Separated along the sector boundaries, four independent, typically straight, finned tube sections of length l/4 are created, which are then according to Fig. 1b can be installed in a corresponding heat exchanger.

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).At this point it should be noted that the sectoring and finning of the original tube 21 according to Fig. 4 is to be understood only as an example and in particular the sector 22d without any ribbing certainly represents a special case (which corresponds to the exemplary embodiment Fig. 1b cannot be transferred directly, since all finned tube sections 16 are finned). The heat exchanger 10 is not exactly made from the original tube 21 Figs. 1a and 1b made, but a heat exchanger, not shown, with an identical finned tube section arrangement but with Fig. 1b different ribbing (particularly different rib pitch).

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).Alternatively or in addition to varying the fin height and/or the fin pitch between the individual finned tube sections, the invention also includes heat exchangers whose finned tube sections have (at least partially) different materials: Since this cannot or can hardly be represented graphically, a corresponding one is used Figure omitted. It is only suggested that, for example, the ones in the Figs. 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 than the rib material of the ribs 19b (but this also applies to the Figure 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).In particular, the ribs of a single finned tube section (for example the finned tube section 16a according to Fig. 1a consist of several bands of different materials; In contrast, the ribs 19b of the finned tube section 16b could then only consist of one material, completely independent of whether the finned tube sections 16 have the same rib pitch and/or height).

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. Fig. 5 should then make it clear that the finned tube sections 16 are not as in 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 can be formed by sections of this pipe: This shows Fig. 5 that the finned tube sections 16' are all cohesive components of an overall tube 23, which, in addition to the straight finned tube sections 16', also has arcuate finned tube sections 24. Such finned tube sections, or such an entire tube 23, can in principle be used in heat exchangers, with the arrangement in a housing then of course being somewhat different from that according to Fig. 1a differs. Nevertheless, they are fundamentally suitable for guiding the second fluid 18 inside them.

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.A further different exemplary embodiment of an entire tube 23 'then shows Fig. 6 : Here the finned tube sections 16 belong as in Fig. 5 to a common overall tube 23`. However, in this case they are not straight, or are not aligned along a straight line in their main direction of extension, but are curved like an arc. This is due to the fact that the overall tube 23 has a substantially helical configuration. 9 is intended to make it clear that finned tube sections 16 arranged next to one another in this way (for example finned tube sections 16i, 16ii and 16iii) can also have different finning: Even if this is not visible in FIG. 9 for the sake of clarity, the rib pitch and / or or the rib height can vary. In particular, the entire tube 23 'could be ribbed similarly, as in Fig. 4 represented (i.e. gradually or continuously variable) and then converted or bent into its helical final shape. This should also be covered by the invention.

Claims (1)

  1. Heat exchanger (10) having several ribbed pipe sections (16) arranged next to one another, in particular parallel to one another, wherein the ribs (16) of a ribbed pipe section (16) are formed from a ribbing band, which is attached to the basic pipe body in a helical shape, and wherein the heat exchanger (10) has two or more rows of ribbed pipe sections (16), characterised in that the ribbed pipe sections (16) are ribbed differently.
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