DE3010450A1 - PIPE FOR HEAT EXCHANGER PURPOSES, ESPECIALLY FOR EVAPORATORS - Google Patents
PIPE FOR HEAT EXCHANGER PURPOSES, ESPECIALLY FOR EVAPORATORSInfo
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Description
Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft
1-1742 17.03.801-1742 03/17/80
Die Erfindung betrifft ein Rohr für Wärmetauscherzwecke insbesondere für Verdampfer, bestehend aus einem Metallrohr mit ring- oder schraubenförmiger WeIlung.The invention relates to a pipe for heat exchanger purposes, in particular for evaporators, consisting of a metal pipe with annular or helical corrugation.
Es ist bekannt, Wellrohre für Wärmetauscher einzusetzen und sich hierbei die durch die Wellung erzeugte Oberflächenvergrößerung zunutze zu machen. Derartige Rohre treten in Wettbewerb mit den sogenannten Rippenrohren.It is known to use corrugated tubes for heat exchangers and to increase the surface area produced by the corrugation to take advantage of. Such tubes compete with the so-called finned tubes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für den Einsatz als Verdampfer,die bekannten Wellrohrwärmetauscherrohte dahingehend zu verbessern, daß eine Verdampfung an der Oberfläche der Wellrohre wesentlich intensiviert wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die innere und/oder die äußere Oberfläche des Wellrohres derart plastisch verformt ist, daß eine gleichmäßige Mikrorauhigkeit mit einer Tiefe von 10 bis 250 um entsteht. Durch die Mikrorauhigkeit wird die Dampfblasenbildung beschleunigt, die Dampfblasenfrequenz erhöht, und die Anzahl der Dampfblasenbildungszentren pro Flächeneinheit wesentlich vergrößert, so daß Wärme-The invention is based on the object, in particular for use as an evaporator, the known corrugated tube heat exchanger tubes to improve to the effect that an evaporation on the surface of the corrugated pipes is significantly intensified will. This object is achieved according to the invention in that the inner and / or the outer surface of the corrugated pipe is so plastically deformed that a uniform micro-roughness with a depth of 10 to 250 µm arises. The micro-roughness accelerates the formation of vapor bubbles, the vapor bubble frequency increased, and the number of vapor bubble centers per unit area increased significantly, so that heat
tauscher, in denen Rohre gemäß der Lehre der Erfindung eingesetzt sind, einen höheren Wirkungsgrad als die bekannten Wärmetauscher aufweisen. Mit besonderem Vorteil entsteht die Mikrorauhigkeit durch eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Kegeln. Eine solche Mikrorauhigkeit läßt sich in besonders wirtschaftlicher Weise herstellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche des Wellrohres sandzustrahlen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohres.exchanger in which tubes are used according to the teaching of the invention, a higher efficiency than the known Have heat exchangers. The micro-roughness is particularly advantageously created by a large number of uniformly distributed cones. Such a micro-roughness can be produced in a particularly economical manner. One Another possibility is to sandblast the surface of the corrugated pipe. The invention also relates to a method for manufacturing a heat exchanger tube.
Bei diesem Verfahren wird ein von einer Vorratsspule kontinuierlich abgezogenes Metallband, vorzugsweise aus Kupfer, zwischen zwei Walzen hindurchgeführt, von denen mindestens eine eine Rändelung auf ihrer Arbeitsfläche aufweist, -das Metallband zum Schlitzrohr verformt werden und seine Bandkanten mittels Lichtbogenschweißung unter Schutzgas verbunden. Abschließend wird das Rohr gewellt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es gelungen, Wellrohre mit einer gleichmäßigen Mikrorauhigkeit wirtschaftlich herzustellen. Insbesondere ist das Verfahren geeignet, die innere Oberfläche eines relativ dünnwandigen Rohres mit einer Wanddicke von weniger als 0,5 mm und einem Durchmesser von weniger als 30 mm in wirtschaftlicher Weise mit der erwünschten Mikrorauhigkeit zu versehen.In this method, a metal strip continuously withdrawn from a supply reel, preferably from Copper, passed between two rollers, at least one of which has a knurl on its work surface has, -the metal band are deformed to form a slotted tube and its strip edges connected by means of arc welding under protective gas. Finally the pipe is corrugated. With the help of the method according to the invention it has been possible to Economical manufacture of corrugated pipes with a uniform micro-roughness. In particular, the procedure suitable, the inner surface of a relatively thin-walled pipe with a wall thickness of less than 0.5 mm and a diameter of less than 30 mm in economic Way to provide the desired micro-roughness.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail on the basis of the exemplary embodiments shown schematically in FIGS.
Ein Kupferrohr 1 mit schraubenlinienförmiger Wellung, welches eine Wanddicke von 0,3 mm und einen Außendurchmesser von 15 mm aufweist, weist an seiner inneren Oberfläche eine durch eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Einprägungen erzeugte Mikrorauhigkeit 2 auf. Ein derartig ausgebildetes Wärmetauscherrohr findet bevorzugt dort Anwendung, wo eine im Innern eines Rohres strömende Flüssigkeit durch von außen durch die Rohrwandung hindurchgeführte Wärme verdampft werden soll.A copper pipe 1 with helical corrugation, which has a wall thickness of 0.3 mm and an outer diameter of 15 mm, has on its inner surface one by a multitude of evenly distributed Embossings produced microroughness 2. A heat exchanger tube designed in this way is preferably used where where a liquid flowing inside a pipe is passed through the pipe wall from the outside Heat is to be evaporated.
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Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Rohrwandung, die innen mit künstlichen Siedekeimstellen (Einprägungen 3) versehen ist. Die Keimstellengeometrie ist in Form und Anordnung vorzugsweise regelmäßig. Besonders günstig erweist sich eine Keimstellenanordnung, bei der die Abstände der Keimstellen untereinander gleich sind (gleichseitige Dreiecke).FIG. 2 shows a section through part of the pipe wall, which is covered with artificial boiling nuclei (impressions 3) is provided. The seed site geometry is preferably regular in shape and arrangement. Particularly An arrangement of the germination sites in which the distances between the germination sites are the same (equilateral Triangles).
Die geometrische Form der Keimstellen ist abhängig von den Zustandgrößen des Fluids sowie von der Wandüberhitzung. Je kleiner der Öffnungsdurchmesser der Keimstellen ist, desto größer muß die Wandtemperatur gegenüber der Sattdampftemperatur sein, um die Keimstellen aktiv zu machen. Diese Überhitzungstemperatur der Heizwand kann nach Lord Kelvin und Helmholtz berechnet werden, wenn für den Blasendurchmesser derjenige der Keimstellenöffnung eingesetzt wird:The geometric shape of the nucleation sites depends on the state of the fluid and the overheating of the wall. Ever The smaller the opening diameter of the nucleation sites, the greater the wall temperature must be compared to the saturated steam temperature to make the germination sites active. This overheating temperature the heating wall can be calculated according to Lord Kelvin and Helmholtz if for the bubble diameter the one of the germination site opening is used:
Es gilt:The following applies:
cIk = Öffnungsdurchmesser der KeimstellecIk = opening diameter of the germination site
ς£ = Oberflächenspannung an der Grenzfläche ς £ = surface tension at the interface
Flüssigkeit - Dampf x>* = spezifisches Volumen des DampfesLiquid - vapor x> * = specific volume of the vapor
/5 = Sattdampftemperatur V" = Verdampfungswärme/ 5 = saturated steam temperature V "= heat of vaporization
A'"p = Temperaturdifferenz zwischen Heizwandtemperatur und SattdampftemperaturA '"p = temperature difference between heating wall temperature and saturated steam temperature
Um die E:-fergieverluste so klein wie möglich zu halten, ist ein kleiner Wert von Al anzustreben. Dieses aber bedeutet, relativ große Keimstellen herzustellen. Für zu verdampfende Flüssigkeiten, deren temperaturabhängige Dichten im Bereich von 500 kg/m bis 1.600 kg/m liegen, sollten die Keimstellentiefen zwischen 50 bis 150 um und die Öffnungsdurchmesser der Keimstellen zwischen 10 bis 200 um liegen. Eine günstige Keimstellengeometrie stellt die Kreiskegelform dar. Besonders einfach ist eine Kegelform mit quadratischer Grundfläche herzustellen.In order to keep the E: fergie losses as small as possible, is to aim for a small value of Al. However, this means producing relatively large nucleation sites. For to be evaporated Liquids whose temperature-dependent densities are in the range from 500 kg / m to 1,600 kg / m should have the depth of the nucleus between 50 and 150 µm and the opening diameters of the nucleation sites are between 10 and 200 µm. One The circular cone shape represents favorable germination point geometry. A cone shape with a square base area is particularly simple to manufacture.
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Der Abstand von Keimstelle zu Keimstelle sollte so bemessen sein, daß sich die Blasen beim Abreißen von der Heizwand gegenseitig nicht berühren.The distance from germination point to germination point should be measured in this way so that the bubbles do not touch each other when they tear off the heating wall.
Das Verfahren zur Herstellung des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Wärmetauscherrohres soll anhand der Figur 3 näher erläutert werden.The method for producing the heat exchanger tube shown in FIGS. 1 and 2 should be based on FIG are explained in more detail.
Von einer Vorratsspule 5 wird kontinuierlich ein weichgeglühtes Kupferband 6 abgezogen und zwischen zwei Walzen 7 und 8, die entweder angetrieben oder als Schleppwalzen ausgebildet sein können, hindurchgeführt. Die Oberwalze 8 weist an ihrer Arbeitsfläche eine Rändelung auf, welche in das Kupferband 6 die Einprägungen 3 in gleichmäßiger Verteilung einbringt. Hinter den Walzen 7 und 8 gelangt das Kupferband 6 in eine nicht näher dargestellte Formvorrichtung, in welcher das Kupferband 6 zum Schlitzrohr 9 geformt wird, und deren letzte Formstufe ein Ziehring 10 ist, welcher die Bandkanten eng zusammenhalt. Hinter dem Ziehring, 10 ist eine Schweiß\oirichtung 11 angeordnet, welche das Schlitzrohr 9 unter Schutzgas mittels einer nicht abschmelzenden Elektrode zum Rohr verschweißt. Mit 12 ist ein Spannbackenabzug bezeichnet, welcher das Kupferband 6 sowie das verschweißte Rohr durch die Anlage hindurchzieht und das Rohr einer Wellvorrichtung 13 zuführt, in welcher das Rohr zu einem Wellrohr 14 verformt wird. Das Wellrohr 14 wird anschließend auf eine übliche Spule 15 auf getrommelt.A soft-annealed copper strip 6 is continuously drawn off from a supply reel 5 and placed between two rollers 7 and 8, which can either be driven or designed as drag rollers, passed through. The top roller 8 has a knurling on its working surface, which in the copper strip 6 the embossments 3 in a uniform distribution brings in. Behind the rollers 7 and 8, the copper strip 6 passes into a shaping device (not shown in detail), in which the copper strip 6 is formed into the slotted tube 9, and the last stage of which is a drawing ring 10, which holds the belt edges tightly together. A welding device 11 is arranged behind the drawing ring 10, which the slot tube 9 under protective gas by means of a non-melting Electrode welded to the pipe. A jaw puller is designated by 12, which pulls the copper band 6 and pulls the welded pipe through the system and feeds the pipe to a corrugating device 13 in which the tube is deformed into a corrugated tube 14. The corrugated tube 14 is then drummed onto a conventional spool 15.
Sollte die durch die Walzen 7 und 8 hervorgerufene plastische Verformung des Kupferbandes 6 zu einer Aufhärtung des Materials führen, die ein Formen des Bandes 6 zum Rohr erschwert bzw. die Flexibilität des Wellrohres 14 einschränkt, kann hinter den Walzen 7 und 8 eine Durchlaufglüheinrichtung vorgesehen werden, die die Aushärtung des Materials wieder rückgängig macht.Should the plastic deformation of the copper strip 6 caused by the rollers 7 and 8 lead to a hardening of the material lead, which makes it difficult to shape the strip 6 into the pipe or restricts the flexibility of the corrugated pipe 14, a continuous annealing device can be provided behind the rollers 7 and 8 to re-harden the material undoes.
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Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, das
Kupferband 6 nach dem Rändeln durch die Walzen 7 und 8
durch ein nicht dargestelltes Glättwalzenpaar hindurchzuführen, um die beim Rändeln entstandenen Wülste im Randfoereich
der Einprägungen einzuebenen bzw. "hinterschnitteneIS
Einprägungen zu erzeugen, die die Dampfblasenablösung noch
beschleunigen.For some applications it can be advantageous to have the
Copper band 6 after knurling through rollers 7 and 8
pass through a pair of smoothing rollers, not shown, in order to level the bulges in the edge area of the embossments or to produce "undercut IS embossings that accelerate the vapor bubble detachment.
Die Wärmetauscherrohre gemäß der Lehre der Erfindung
finden bevorzugt Anwendung als Verdampferrohre in Wärme-The heat exchanger tubes according to the teaching of the invention
are preferably used as evaporator tubes in heat
tauschern für Wärmepumpenanlagen, wobei das Kältemittel im Innern des Rohres strömt und dort durch Zuführung von Wärme von außen verdampft wird. Ein anderes bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das sogenannte Wärmerohr. Hierunter versteht man ein an beiden Enden vakuumdicht verschlossenes Rohr,exchangers for heat pump systems, whereby the refrigerant flows inside the pipe and there by supplying heat is evaporated from the outside. Another preferred field of application is the so-called heat pipe. This is understood to mean a vacuum-tight tube at both ends,
welches in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium
gefüllt ist. Wird diesem Wärmerohr an einem Ende Wärme zugeführt, so verdampft die dort befindliche Flüssigkeit und
strömt zum kühleren Ende des Wärmerohres, wo der Dampf
kondensiert und das Kondensat aufgrund von Schwerkraftwhich in a precisely measured manner with a working medium
is filled. If heat is supplied to one end of this heat pipe, the liquid located there evaporates and flows to the cooler end of the heat pipe, where the steam
condenses and the condensate due to gravity
oder Kapillarkräften zum warmen Ende des Rohres zurücktransportiert wird. Durch die Mikrorauhigkeit wird ein Siedeverzug mit Sicherheit vermieden und der Wärmeübergang verbessert. or capillary forces transported back to the warm end of the tube will. Due to the micro-roughness, a boiling delay is definitely avoided and the heat transfer is improved.
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e e r s ee e r s e
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