JPH07253287A - 内蔵要素を備えた熱交換管 - Google Patents

内蔵要素を備えた熱交換管

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JPH07253287A
JPH07253287A JP6320826A JP32082694A JPH07253287A JP H07253287 A JPH07253287 A JP H07253287A JP 6320826 A JP6320826 A JP 6320826A JP 32082694 A JP32082694 A JP 32082694A JP H07253287 A JPH07253287 A JP H07253287A
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JP
Japan
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heat exchange
exchange tube
wire spiral
tube according
pipe
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Pending
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JP6320826A
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English (en)
Inventor
Wolfgang Hoefs
ヴオルフガング・ヘフス
Juergen Lohr
ユルゲン・ロール
Winfried Materne
ウインフリート・マテルネ
Franz Thoennessen
フランツ・テンネッセン
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.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • F28F1/405—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element and being formed of wires

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、簡単な方法で種々の条件
に適合される、高い伝熱容量を備えた熱交換管を提供す
ることである。 【構成】 交換可能な静的内蔵要素を備えた液状／ガ
ス状の二相系のための熱交換管において、内蔵要素が、
その外径が熱交換管の内径と略等しいワイヤスパイラル
として形成さていることを特徴とする前記熱交換管。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交換可能な静的内蔵要
素を備えた液状／ガス状二相系のための熱交換管に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】熱交換管の内壁上の伝熱容量は、公知の
ように、著しく管中の流動状況に依存する。
【０００３】伝熱のために特に管の有効な伝熱面の大き
さ及び交換管中を輸送される媒体の物性、例えばその粘
性及びその熱伝導性が決定的要因である。伝熱容量の改
良のために内蔵要素を備えた熱交換管が使用される。内
蔵要素は乱流の激化と比伝熱面の増大により媒体と管の
間の伝熱値を高める。
【０００４】内蔵要素として例えば、環状、ブラシ状及
び巻回状の挿入物が使用され、これらは高度の乱流を発
生しかつそれによって低いレーノルズ数で高い伝熱係数
に繋がる。そのような挿入物の作業範囲は主として層流
と乱流の移行範囲にある。
【０００５】挿入物が媒体の比較的高い圧力損失を生じ
ることは不利である、そのわけは挿入物は熱交換管の流
動横断面を著しく減少させるからである。伝熱容量を改
良する他の方法は、熱交換管がアキシャル方向のウエブ
又は溝を備えることにある。しかしそのような管は大き
なコストをもってのみ製造され従って用途の拡大には好
適ではない。その上ウエブ又は溝を平滑な管に後から装
着することは例外的な場合にのみ可能である。
【０００６】熱交換管からの伝熱を改良するための公知
の両措置は特に一相流動で実証された。しかし液状相及
びガス状相が順次存在する場合（二相流動）、媒体の流
線状態が波動状流れ（ｗａｖｙ ｆｌｏｗ）又はピスト
ン流れ（ｓｌｕｇ ｆｌｏｗ）に相応する場合に、平滑
な管に対する公知の装入物を有する管の伝熱は高い圧力
損失の代償としてのみ改良される。この結果は、公知の
内蔵要素は乱流を増大しかつエネルギーを失いかつその
上管中の内蔵要素によるガス位相の僅かな伝熱容量が面
の増大に相応してのみ高められることに寄与する。
【０００７】特に上方の頂点における僅かな層厚さのた
めに高い外方伝熱数が生じる、水平に配設されている管
の外面での凝縮では、前記措置は波動状流れ又はピスト
ン流れでは伝熱係数の増加の比例度にのみ影響を与え
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
な方法で種々の条件に適合される、高い伝熱容量を備え
た熱交換管を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、内蔵要素がワイヤスパイラルであり、その外径が
熱交換管の内径と略等しいことによって特徴づけられ
る、冒頭の分野の熱交換管によって解決される。
【００１０】驚くべき方法で、熱交換管の効率は管内方
へのワイヤスパイラルの挿入によって改良される。この
ことは、特に液状／ガス状の二相系が水平に配設されて
いる管中で蒸発され又は凝縮されるべき場合に通じる。
スパイラルは例えば縦方向に移動されて管内方で特定の
位置を占める。スパイラルは管内壁に当接し、即ちその
外径は熱交換管の内径に略等しい。
【００１１】低い圧力低下でかつ二相流管を備えた水平
に配設されている熱交換器において、流れパターンは通
常波動状流れ又はピストン流れを示す。管の外壁での良
好な伝熱係数による高い熱伝導は、液体が管の内壁を流
れる範囲においてのみ達成される。これに対して、内壁
を輸送されるガス相は伝熱容量を減少させる。特に管外
面での凝縮の際管中のガス流は伝熱容量を減少させる。
液状相の割合は波動状流れ又はピストン流れではガス状
相に比して低いので、結局、ガス流によって特定された
伝熱係数が設定される。
【００１２】本発明によれば、熱交換管中に挿入される
ワイヤスパイラルによって、管の下方範囲にある冷却さ
れるべき又は加熱されるべきかつ管軸線方向に流動する
媒体に、接線方向に向いた速度成分が付与される。速度
成分は一種のねじれ流動を発生させ、その際線形速度は
特に壁に近い範囲、即ち交換面では、明らかに純粋のア
キシャル方向の流動の場合よりも大きい。交換管の内壁
の完全な利用が生じかつそれによって管壁と液状相との
間の境界層における伝熱の改良が行われる。伝熱はねじ
れ効果に基づくガスと液体との間の熱交換の増大によっ
て一層強化される。
【００１３】本発明により熱交換管中に挿入されたワイ
ヤスパイラルは、好適に作業条件の下で変形されない材
質、例えば鋼又は銅のような金属から成る。しかしワイ
ヤの概念は金属から成るスパイラルのみならず、ポリプ
ロピレン、ポリテトラフルオルエチレンのような合成樹
脂又はセラミックから成るワイヤをも含む。本発明によ
るワイヤスパイラルのための好適な材質の多様性は、種
々の使用領域のための熱交換管への使用を可能にする。
材質の選択は特に熱交換管中を流動する媒体に対して充
分な耐久性及び特別の使用領域に従って行われる。
【００１４】ワイヤスパイラルはそのピッチ、横断面及
びワイヤの太さの変更によって各熱交換問題に適合され
ることができる。スパイラルのピッチは管内壁の湿しの
程度に影響する。高いガス進入速度ではスパイラルを小
さいピッチ、即ち２０〜８０ｍｍ／巻、好ましくは４０
〜６０ｍｍ／巻にすることが推奨される。この方法で、
内壁の完全な湿しを達成するために、ガスの推進力が利
用される。
【００１５】小さいガス速度と関連した高い液体応力は
大ピッチのスパイラルを必要とし、１００ｍｍ／巻、好
ましくは１５０〜２５０ｍｍ／巻のピッチが実証され
た。その上、ピッチがその長さに渡って変化するスパイ
ラルも使用されることができ、即ちスパイラルはその長
さに渡って相異なるピッチを有する。それによって内方
の伝熱が外方の伝熱に適合され、例えば外方管における
高い凝縮容量に関連して内方管中の高い蒸発速度が設定
される。
【００１６】ワイヤスパイラルの輪郭も自由に選択され
ることができ、使用される装置又は使用される方法の個
々の条件に適合して、例えば円形、楕円、正方形又は矩
形であり得る。結局ワイヤの直径は重要である。ワイヤ
の直径は熱交換管の直径に応じて設定されかつ１対５〜
１対１５、好ましくは１対６〜１対１０の比にされる。
この値の保持は、熱交換管の自由横断面の非常に僅かな
減少で高い伝熱を確保する。
【００１７】熱交換管のための本発明による使用の特別
な利点は、既に運転中の装置に挿入することを可能に
し、その結果その効率が高められかつ熱交換管装置の大
型化が回避されることにある。この場合、他の解決の可
能性に比して、熱交換管中の大きな自由横断面保持及び
それと関連して前置され又は後置された装置自体におい
ては無視可能な小さい圧力損失の発生が重要である。
【００１８】本発明内蔵要素は熱交換管中に緩く挿入さ
れかつ熱交換管と取り外し可能に結合する。取り外し可
能な結合は、例えば熱交換管中へのスパイラルの簡単な
挿入又は固定装置、例えばねじ／ナット結合によって実
現されることができる。
【００１９】添付した図面は本発明の実施例を示す。水
平に配設されている熱交換管１中にワイヤスパイラル２
が、その巻回３が熱交換管４の内壁に接触するように配
設されている。ワイヤスパイラルのピッチは２つの巻回
ａ−ｂの間隔によって設定される。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な方法で種々の条
件に適合される、高い伝熱容量を備えた熱交換管が得ら
れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換管のワイヤスパイラルを示
す図である。
【符号の説明】
１ 熱交換管 ２ ワイヤスパイラル ３ 巻回 ４ 熱交換管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウインフリート・マテルネ ドイツ連邦共和国、58300 ヴエッター、 オスターフエルトストラーセ、26 (72)発明者 フランツ・テンネッセン ドイツ連邦共和国、46147 オーバーハウ ゼン、リユートツォフストラーセ、49

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交換可能な静的内蔵要素を備えた液状／
    ガス状の二相系のための熱交換管において、 内蔵要素が、その外径が熱交換管の内径と略等しいワイ
    ヤスパイラルとして形成されていることを特徴とする前
    記熱交換管。
  2. 【請求項２】 ワイヤスパイラルが金属から成る請求項
    １記載の熱交換管。
  3. 【請求項３】 ワイヤスパイラルが銅から成る請求項２
    記載の熱交換管。
  4. 【請求項４】 ワイヤスパイラルが鋼から成る請求項２
    記載の熱交換管。
  5. 【請求項５】 ワイヤスパイラルが合成樹脂から成る、
    請求項１記載の熱交換管。
  6. 【請求項６】 ワイヤスパイラルがセラミックから成る
    請求項１記載の熱交換管。
  7. 【請求項７】 ワイヤスパイラルが円形横断面に形成さ
    れている、請求項１から６までのうちのいずれか一記載
    の熱交換管。
  8. 【請求項８】 ワイヤスパイラルが楕円状横断面に形成
    されている、請求項１から６までのうちのいずれか一記
    載の熱交換管。
  9. 【請求項９】 ワイヤスパイラルが矩形横断面に形成さ
    れている、請求項１から６までのうちのいずれか一記載
    の熱交換管。
  10. 【請求項１０】 ワイヤスパイラルが正方形横断面に形
    成されている、請求項１から６までのうちのいずれか一
    記載の熱交換管。
  11. 【請求項１１】 ワイヤスパイラルが２０〜８０ｍｍ／
    巻のピッチを有する、請求項１から１０までのうちのい
    ずれか一記載の熱交換管。
  12. 【請求項１２】 ワイヤスパイラルが４０〜６０ｍｍ／
    巻のピッチを有する、請求項１から１０までのうちのい
    ずれか一記載の熱交換管。
  13. 【請求項１３】 ワイヤスパイラルが１００〜３００ｍ
    ｍ／巻のピッチを有する、請求項１から１０までのうち
    のいずれか一記載の熱交換管。
  14. 【請求項１４】 ワイヤスパイラルが１５０〜２５０ｍ
    ｍ／巻のピッチを有する、請求項１から１０までのうち
    のいずれか一記載の熱交換管。
  15. 【請求項１５】 ワイヤスパイラルの直径と熱交換管の
    直径との比が１対５〜１対１５である請求項１から１４
    までのうちのいずれか一記載の熱交換管。
  16. 【請求項１６】 ワイヤスパイラルの直径と熱交換管の
    直径との比が１対６〜１対１０である請求項１から１４
    までのうちのいずれか一記載の熱交換管。
  17. 【請求項１７】 ワイヤスパイラルが熱交換管に取り外
    し可能に結合されている、請求項１から１６までのうち
    のいずれか一記載の熱交換管。
  18. 【請求項１８】 熱交換管が水平に配設されている、請
    求項１から１７までのうちのいずれか一記載の熱交換
    管。
JP6320826A 1993-12-31 1994-12-22 内蔵要素を備えた熱交換管 Pending JPH07253287A (ja)

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DE4345045:8 1993-12-31
DE4345045A DE4345045A1 (de) 1993-12-31 1993-12-31 Wärmeaustauschrohr mit Einbauelement

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JPH07253287A true JPH07253287A (ja) 1995-10-03

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EP (1) EP0661511A1 (ja)
JP (1) JPH07253287A (ja)
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CA (1) CA2139041A1 (ja)
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