CH620760A5

CH620760A5 -

Info

Publication number: CH620760A5
Application number: CH339277A
Authority: CH
Inventors: Akira Togashi
Original assignee: Akira Togashi
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1980-12-15
Also published as: US4245697A; FR2353038A1; NO141964C; BE852196A; DE2712818B2; JPS52143542A; SE7704415L; DE2712818A1; JPS5924359B2; NO770837L; FR2353038B1; SE427067B; NO141964B; GB1579255A

Description

m Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Wärmeübertragung bestimmte Rohre, beispielsweise für Wärmeaustauscher, aus einem Material mit grosser Wärmeleitfähigkeit herzustellen oder diese Rohre mit 15 Kühlrippen zur Vergrösserung der Wärmeübergangsfläche auszurüsten, um den Wärmeübergang zu verbessern. Eine solche Praxis ist trotzdem ungeeignet, ein den verschiedenen Anforderungen entsprechendes Rohr für einen erhöhten Wirkungsgrad eines Wärmeaustauschers herzustellen.

20 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rohrkörper zu schaffen, welcher eine verbesserte Durchmischung eines darin strömenden Mediums und/oder eine verbesserte Wärmeübertragung über seine Mantelfläche von diesem Medium auf ein anderes Medium oder umgekehrt ermöglicht. 25 Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dieser Erfindungsgegenstand erlaubt es, dass das Medium mit unterschiedlicher Geschwindigkeitsverteilung oder unter-30 schiedlicher Temperaturverteilung darin fliessen kann, um eine bessere Durchmischung oder eine bessere Wärmeübertragung des Mediums zu erzielen.

Das Profil der Innenwandung des rohrförmigen Körpers, welche mit dem darin strömenden Medium in Kontakt steht, 35 kann zur Verbesserung der Durchmischung oder der Wärmeübertragung unterschiedlich ausgeführt sein.

Die wellenförmigen Vertiefungen können eine besondere Periodizität aufweisen.

Jede der Vertiefungen kann eine bestimmte Tiefe bezüglich 40 der Aussenseite des rohrförmigen Körpers und einen bestimmten Winkel zu seiner Achsrichtung aufweisen.

Verschiedene weitere Vorteile sind aus der Spezialbeschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen ersichtlich.

45 Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines rohrförmigen Körpers.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Körpers,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen für die Anordnung 50 der Vertiefungen,

Fig. 5 graphische Darstellungen von Einzelheiten,

Fig. 6 eine Schnittansicht durch eine Vertiefung,

Fig. 7 eine Vorderansicht eines als Wärmeübertragungsrohr für einen Wärmeaustauscher ausgebildeten rohrförmigen Kör-55 pers,

Fig. 8 eine Stirnansicht nach der Fig. 7,

Fig. 9 eine Anordnung von rohrförmigen Körpern nach Fig. 7 und

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von 6o rohrförmigen Körpern nach der Fig. 7 in einem Wärmeaustauscher.

In den Figuren 1,2 und 3 sind auf der Aussenseite la eines rohrförmigen Körpers 1 eine Reihe von periodisch wellenförmigen Vertiefungen 2 (siehe Fig. 6) von bestimmter Tiefe und in 65 einem bestimmten Winkel wendeiförmig angeordnet. Auf seiner Innenseite lb weist der rohrförmige Körper 1 dementsprechend eine Reihe von korrespondierenden Vorsprüngen 3 mit einer Wellenform der gleichen Periodizität auf.

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In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die genannten Vertiefungen 2 wendeiförmig auf der Aussenseite la des rohrförmigen Körpers 1 angeordnet, können aber auch gemäss Fig. 4 in Form von zueinander parallelen, in sich geschlossenen Ringen ausgebildet sein. 5

Das Querschnittsprofil des dargestellten rohrförmigen Körpers 1 ist kreisförmig; es sind aber auch beliebige andere Profile möglich.

In den Figuren 3 und 4 sind die Vertiefungen 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt. I0

Unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 werden ferner die genannten wellenförmigen, in einer bestimmten Regelmässigkeit angeordneten Vertiefungen näher erläutert.

Wie in der Fig. 5 (a) (b) (c) (d) dargestellt, ist für die auf der Aussenseite la des rohrförmigen Körpers 1 wendeiförmig ange- I5 ordneten Vertiefungen 2 eine Basislinie S! der genannten Reihe der Vertiefungen 2 mit einer Wellenform einer bestimmten Periodizität vorausgesetzt, die einen Steigungswinkel a aufweist. Dieser Steigungswinkel a kann 1 bis 30° betragen.

Bei einer ringförmigen Anordnung der genannten Vertie- 20 fungen 2 auf der Aussenseite la (Fig. 4) des rohrförmigen Körpers 1 kann der Berührungswinkel zwischen der Basislinie S, und der Querschnittslinie S in einem Bereich zwischen 1 und 30° liegen, wobei der Querschnitt auf die Längsachse des rohrförmigen Körpers 1 bezogen ist. 25

Gemäss der vorstehenden Beschreibung soll der Steigungswinkel a oder der Berührungswinkel a im Bereich zwischen 1° und 30° liegen, welcher den häufigsten Werten entspricht,

jedoch ist dieser Bereich nicht der einzig mögliche Bereich.

Die in Fig. 6 mit d bezeichnete Tiefe der Vertiefungen 2 30 kann im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm liegen, welcher den häufigsten Werten entspricht, jedoch ist dieser Bereich nicht der einzig mögliche Bereich.

In der Fig. 5 (a) ist die Wellenlinie eine Fortsetzung des kreisförmigen Teils Rt und des geraden Teils R2, wobei eine 35 Reihe von Vertiefungen 2 mit einer solchen Wellenlinie auf dem rohrförmigen Körper 1 angeordnet ist. In diesem Fall liegt die Länge einer Periode /der Wellenlinie im Bereich zwischen 3,5 und 50 mm und der Schnittwinkel ß zwischen dem geraden Teil R2 und der Basislinie St liegt im Bereich zwischen 5 und 60°. In 40 der Fig. 5 (a) ist die Wellenlinie eine Fortsetzung des kreisförmigen Teils R! und des geraden Teils R2, jedoch ist dieses nicht die einzig mögliche Form ; es kann auch eine sinusförmige Welle mit Sin ß oder eine cosinusförmige Welle mit Cos ß sein, wobei der Winkel ß in einem Bereich zwischen 5 und 60° und eine 45 Periode / von Scheitelpunkt zu Scheitelpunkt im Bereich zwischen 3,5 und 50 mm liegt.

In der Fig. 5 (b) entspricht die Wellenform einem Sägezahn, wobei eine Reihe solcher sägezahnförmigen Vertiefungen 2 als Perioden / dem rohrförmigen Körper 1 angeordnet ist. Eine Periode /liegt dabei in einem Bereich zwischen 3,5 und 50 mm und der Winkel ß zwischen der sägezahnförmigen Welle und der Basislinie S! liegt in einem Bereich zwischen 5 und 60°.

Die zur Fig. 5 (a) (b) angegebenen Bereiche, beispielsweise für ß 5 bis 60° und für /3,5 bis 50 mm entsprechen den häufigsten Werten, sind aber nicht die einzig möglichen Bereiche.

form auf dem rohrförmigen Körper angeordnet sind. Eine Periode /liegt im Bereich zwischen 3,5 und 50 mm und der Schnittwinke] ß zwischen der rechteckigen Wellenform und der Basislinie S] liegt im Bereich zwischen 1 und 90°.

Die zur Fig. 5 (c) (d) angegebenen Bereiche, beispielsweise für ß von Î bis 90° und für /von 3,5 bis 50 mm entsprechen den häufigsten Werten, sind aber nicht die einzig möglichen Bereiche. Andere als in der Fig. 5 gezeigte Wellenformen sind auch möglich.

Die Resultate von Versuchen unter Verwendung eines rohrförmigen Körpers nach der vorliegenden Erfindung werden im folgenden Teil beschrieben.

Während der Versuche wurde der rohrförmige Körper 1 von aussen mit einer bestimmten Luftmenge auf eine bestimmte Temperatur beheizt. Ein Medium mit einer bestimmten Temperatur wurde durch den rohrförmigen Körper 1 geleitet und die Temperatur des Mediums am Ausgang desselben gemessen, wobei der erfindungsgemässe Rohrkörper mit einem konventionellen verglichen wurde.

Versuch A

Luftmenge im Rohr 38 m3/h 27 m3/h 18 m3/h 10 m3/h

Durchschnittliche Ausgangstemperatur des Mediums bei einer Eingangstemperatur von 20° C Art konventionell erfindungsgemäss

56,29° C 64,24° C 76,0° C 93,12° C

81,47° C 97,82° C 118,15° C 146,06° C

Bei diesem Versuch war die Wärmeübergangsfläche für beide Rohrkörper gleich und die Aussentemperatur der Heizung betrug 280° C.

Versuch B

Luftmenge im Rohr 41 m3/h 28 m3/h 17 m3/h 10m3/h

Durchschnittliche Ausgangstemperatur des Mediums bei einer Eingangstemperatur von 18° C Art konventionell erfindungsgemäss

32,32° C 36,32° C 44,82° C 51,76° C

43,06° C 49,47° C 62,82° C 76,59° C

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In der Fig. 5 (c) besteht die Wellenform aus einer periodischen Reihenfolge des halbkreisförmigen Teils R3 und seiner 60 Umkehrung R4, wovon eine Reihe von Vertiefungen 2 mit einer solchen Wellenform auf dem rohrförmigen Körper 1 angeordnet ist. Eine Periode / von Scheitel zu Scheitel liegt in einem Bereich von 3,5 bis 50 mm und der Schnittwinkel ß zwischen der Basislinie S! und der Übergangslinie S3 vom Teilkreis R3 zum Teilkreis R4 liegt in einem Bereich zwischen 1 und 90°.

In der Fig. 5 (d) hat die Wellenlinie eine Rechteckform,

wovon eine Reihe von Vertiefungen 2 mit einer solchen WellenBei diesem Versuch war die Wärmeübergangsfläche die Hälfte derjenigen des Versuchs A und die Heiztemperatur war reduziert auf 200° C.

Beim Versuch A war die durchschnittliche Ausgangstemperatur des erfindungsgemässen Rohrkörpers 1,5 bis 1,6 mal so hoch wie diejenige des konventionellen Rohrkörpers und beim Versuch 8 war sie 1,3 bis 1,5 mal so hoch. Das Resultat bezeugt die Verbesserung der Wärmeübertragung des Rohrkörpers 1 nach der vorliegenden Erfindung.

Ein Beispiel eines als Wärmeübertragungsrohr eines Wärmeaustauschers verwendeten Rohrkörpers 1 der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben.

In den Figuren 7 und 8 sind zwei Enden 1 ', 1 " des Rohrkörpers 1 zu einer Mündung 4 abgeflacht, welche im Querschnitt rechteckig ist und deren zwei Seiten 4a, 4b gleichermassen nach aussen ausgebuchtet sind.

Wie die Figuren 9 und 10 zeigen, bilden mehrere parallel angeordnete Rohrkörper 1 ein Gitter (die Anordnung ist nicht auf diese eine begrenzt). Mit allen an den Enden 1', 1" zusammengesetzten Rohrkörpern sind die Seiten der angrenzenden Körper miteinander quer verschweisst, 4a mit 4a, 4b mit 4b so

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gut wie der Länge nach 4a mit 4b. Dabei ist der Spalt C zwischen den aneinandergrenzenden Rohrkörpern durch unterschiedliche Ausbuchtungen bei 4a, 4b zu wählen und demge-mäss kann die Durchflussmenge eines Mediums durch den Spalt C durch geeignete Wahl der Ausbuchtungen gesteigert werden oder durch Verlängerung der Seiten 4a, 4b in Querrichtung.

Die Mündungen 4 der zusammengesetzten Rohrkörper 1 sind in einen Rahmen 5 eingesetzt, welcher diese Rohrkörper in ihrer Position hält. Dann sind Streifen 6,7 aus einem nachgiebig elastischen Material in die zwischen den Mündungen 4 der Rohrkörper 1 gebildete Spalte in Längsrichtung zum Rahmen 5 eingesetzt. Dadurch kann die in vertikaler Richtung (Fig. 10) verursachte thermische Beanspruchung der Mündungen 4 infolge thermischer Ausdehnung durch die Nachgiebigkeit dieser Streifen aufgefangen werden, während die thermische Beanspruchung in der Querrichtung der Mündungen bezüglich der Schweissnähte durch den aus dem selben Werkstoff wie die Rohrkörper 1 hergestellten Rahmen 5 ausgeglichen werden kann. Unterdessen kann die thermische Beanspruchung in der 5 Längsrichtung der Rohrkörper 1 durch den Spalt C (Fig. 9) zwischen den aneinandergrenzenden Rohrkörpern 1 aufgenommen werden. In diesem Beispiel ist die Mündung 4 durch Abflachung der Enden 1', 1" des Rohrkörpers 1 gebildet, jedoch kann sie auch durch Verlängerung dieser Enden gebildet io sein (Fig. 7).

Wie ersichtlich, gestattet die vorliegende Erfindung, die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur Verteilung innerhalb und ausserhalb des Rohrkörpers variabel zu gestalten, wobei die Wärmeübertragung oder der Mischeffekt eines im 15 Rohrkörper strömenden Mediums gesteigert werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Rohrkörper, insbesondere zur Wärmeübertragung und/ oder zur Durchmischung strömender Medien, gekennzeichnet durch periodische, wellenförmige Vertiefungen (2) auf seiner Aussenseite (la), die auf seiner Innenseite (lb) als korrespondierende Vorsprünge (3) hervortreten, wobei die Vertiefungen (2) bezüglich einer zur Längsachse des Rohrkörpers (1) rechtwinkligen Ebene um einen festgelegten Winkel geneigt angeordnet sind.

2. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) wendeiförmig auf ihm angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rohrkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basislinie (Sl) der Vertiefungen (2) einen Steigungswinkel (a) im Bereich zwischen 1 und 30° aufweist.

4. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) in Form von zueinander parallelen, in sich geschlossenen Ringen ausgebildet sind. (Fig. 4).

5. Rohrkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der in einer Ebene verlaufenden Basislinie (Sl) der ringförmigen Vertiefungen (2) und einer zur Längsachse des Rohrkörpers rechtwinkligen Ebene im Bereich zwischen 1 und 30° liegt.

6. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (d) der Vertiefungen (2) 0,5 bis 5 mm beträgt.

7. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Periode (/) der wellenförmigen Vertiefungen (2) abwechselnd einen abgerundeten (Rl) und einen geraden Teil (R2) aufweist.

8. Rohrkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Periode (/) eine Länge zwischen 3,5 und 50 mm aufweist.

9. Rohrkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) zwischen einer Basislinie (Sl) der Vertiefungen (2) und dem geraden Teil (R2) einer Periode (/) 5 bis 60° beträgt.

10. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) sinusförmig sind.

11. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) cosinusförmig sind.

12. Rohrkörper nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Wert des Winkels (ß) zwischen den wellenförmigen Vertiefungen und den Basislinien (Sl) 5 bis 60° beträgt.

13. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) eine Sägezahn-Wellenform aufweisen.

14. Rohrkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode (/) der Sägezahn-Wellenform 3,5 bis 50 mm lang ist. —

15. Rohrkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) zwischen einer Basislinie (Sl) der Vertiefungen (2) und der Sägezahnwelle 5 bis 60° beträgt.

16. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenform der Vertiefungen (2) aus abwechselnd einander entgegengesetzt gerichteten und aneinandergereihten Kreisbögen (R3, R4) besteht.

17. Rohrkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode (/) der Wellenform 3,5 bis 50 mm lang ist.

18. Rohrkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) zwischen einer Basislinie (Sl) der Vertiefungen (2) und einer zwischen den einander entgegengesetzten Kreisbögen (R3, R4) liegenden Berührungslinie (S3) 1 bis 90° beträgt.

19. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2) die Form von Rechteckwellen aufweisen.

20. Rohrkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periode (/) der Rechteckwellen 3,5 bis 50 mm lang ist.

21. Rohrkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) am Schnittpunkt zwischen einer Basisli-5 nie (Sl) der Vertiefungen (2) und der Rechteckwelle 1 bis 90° beträgt.