DE10021771A1

DE10021771A1 - Rohr für Wärmetauscherzwecke

Info

Publication number: DE10021771A1
Application number: DE2000121771
Authority: DE
Inventors: Herbert Bittner
Original assignee: Brugg Rohrsysteme GmbH
Current assignee: Brugg Rohr AG Holding
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2001-11-29

Abstract

Es wird ein Rohr für Wärmetauschzwecke, umfassend ein Innenrohr sowie ein das Innenrohr umgebendes Außenrohr (3) vorgeschlagen, wobei das Innenrohr ein Doppelwandrohr (1, 2) mit einem inneren (1) und einem äußeren (2) Rohr ist, das äußere Rohr (2) eine schraubenlinienförmig verlaufende Wellung aufweist und mit seinen Wellentälern auf dem inneren Rohr (1) aufliegt, das innere Rohr (1) durch die Wellung des äußeren Rohres (2) profiliert ist und wobei das Außenrohr (3) einen ovalen Querschnitt aufweist und im Bereich seiner kurzen Achse das Innenrohr (1, 2) zumindest einseitig kontaktiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohr für Wärmetauscherzwecke nach dem Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres für Wärmetauscherzwecke nach Anspruch 6, sowie einen Wärmetauscher nach dem Anspruch 9.

Aus der DE-A-15 01 531 ist ein Mehrlagen-Wärmetauscherrohr bekannt, welches aus Zwischenräume bildend ineinander eingesetzten, untereinander über gut wärmeleitende Brücken in Berührung stehenden Rohrlagen besteht, bei dem die Zwischenräume für sich ein abgeschlossenes System bilden, das mit einem Füllfluid zur Anzeige von Lecks in den Rohrlagen gefüllt ist. Das Wärmetauscherrohr besteht aus drei Lagen von denen zumindest eine Lage durch ein gewelltes Rohr gebildet ist. Die Zwischenräume können dabei mit einer Kontrolleinrichtung verbunden sein, die auf eine kontinuierliche Druck- oder Niveauänderung des Füllfluids über das durch Wärmeausdehnung gegebene Maß hinaus reagiert, oder das Füllfluid kann intensiv färbend sein, so daß sich ein Leck durch Färbung eines Wärmetauscherfluids anzeigt. Der Wärmetausch erfolgt bei dieser Rohrkonstruktion zwischen einem im Innern des Innenrohres strömenden ersten Wärmetauschermedium und einem das Außenrohr umströmenden zweiten Wärmetauschermedium. Das bedeutet, daß das Wärmetauscherrohr zu einem Wärmetauscher geformt werden und von einem das zweite Wärmetauschermedium aufnehmenden Gehäuse umgeben sein muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscherrohr bereitzustellen, welches von beiden Wärmetauschmedien in Längsrichtung durchströmbar ist und bei welchem eine Vermischung der beiden Wärmetauschmedien sehr schnell detektierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 erfaßten Merkmale gelöst.

Bei dem Wärmetauscherrohr nach der Lehre der Erfindung strömt das erste Wärmetauschmedium durch das Innenrohr und das zweite Wärmetauschmedium durch den zwischen dem Innenrohr und dem ovalen Außenrohr gebildeten Spalt. Neben der Bildung eines freien Querschnitts für das zweite Wärmetauschmedium hat das oval verformte Außenrohr die Aufgabe, das Innenrohr zu fixieren. Ein Wärmetausch findet nur zwischen dem Innenraum des Innenrohres und dem Spalt zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr statt.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das innere Rohr des Doppelwandrohres ein nahtloses Kupferrohr, welches kostengünstig auf dem Markt erhältlich ist. Vorteilhafterweise ist das Kupferrohr im weichgeglühten Zustand. Dadurch verbessert sich die Biegbarkeit des erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohres. Darüberhinaus wird die Verformung des nahtlosen Kupferrohres durch den Wellvorgang des äußeren Rohres des Doppelwandrohres vereinfacht.

Das äußere Rohr des Doppelwandrohres ist ein längsnahtgeschweißtes und gewelltes Kupferrohr. Durch die Wellung wird ein schraubenlinienförmig verlaufender Kanal für die Überwachung geschaffen. Um den Wärmeübergang zwischen dem Innenraum des Innenrohres und dem Spalt zu optimieren, ist die Einwellung des inneren Rohres des Doppelwandrohres so beschaffen, daß der Bereich, in dem sich das innere Rohr und das äußere Rohr des Doppelwandrohres berühren, wesentlich größer ist als der Bereich, in dem keine Berührung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr des Doppelwandrohres stattfindet. Vorteilhafterweise ist auch das Außenrohr ein längsnahtgeschweißtes gewelltes Kupferrohr.

Das in Anspruch 6 beanspruchte Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Fertigung der Wärmetauscherrohre in nahezu unbegrenzter Länge. Dabei wird das fertige Wärmetauscherrohr auf eine Trommel über seine kurze Achse gewickelt.

Bei einem Wärmetauscher aus einem Rohr nach den Ansprüchen 1 bis 5 bzw. eines nach den Ansprüchen 6 bis 8 hergestellten Rohres durchströmen die Wärmetauschmedien das innere Rohr des Doppelwandrohres und den Spalt in entgegengesetzter Richtung. Vorteilhafterweise wird das auf einem höheren Temperaturniveau liegende Medium im inneren Rohr des Doppelwandrohres transportiert.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sowohl im inneren Rohr des Doppelwandrohres als auch im Spalt durch die gewellten Rohre die Wärmetauschmedien verwirbelt werden, so daß ein nahezu optimaler Wärmetausch erfolgt. Im Falle einer Leckage eines der Rohre des Doppelwandrohres kann diese sehr schnell detektiert werden.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Wärmetauscherrohres gemäß der Erfindung z. T. aufgebrochen

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die Wandung des Doppelwandrohres

Fig. 3 einen Querschnitt des Wärmetauscherrohres

Fig. 4 einen Wärmetauscher.

Das Wärmetauscherrohr nach Fig. 1 besteht aus einem glattwandigen, nahtlosen Kupferrohr 1, einem auf dem glattwandigen Kupferrohr aufliegenden längsnahtgeschweißten und mit einer schraubenlinienförmigen Wellung versehenen dünnwandigen Kupferrohr 2 sowie einem längsnahtgeschweißten ring- oder schraubenlinienförmig gewellten dünnwandigen Kupferrohr 3.

Die Wellung des längsnahtgeschweißten dünnwandigen Kupferrohres 2 ist so ausgeführt, daß das ursprünglich glattwandige Kupferrohr 1 derart verformt wird, daß sich an seiner inneren Oberfläche eine der Wellung des Rohres 2 entsprechende Profilierung 1a ergibt. Wesentlich ist, daß die Wellung des Rohres 2 so ausgebildet ist, daß sich zwischen den Rohren 1 und 2 ein schraubenlinienförmig verlaufender Kanal 4 ergibt.

Fig. 2 verdeutlicht dies in einem gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab. Deutlich zu erkennen ist auch, daß der Bereich A im Wellental, in dem sich Rohr 1 und Rohr 2 kontaktieren, wesentlich größer ist als der Bereich B im Wellenberg, in dem keine Berührung stattfindet. Das Verhältnis von A zu B sollte zwischen 1 : 0,5 und 1 : 0,25 liegen.

Die Rohre 1 und 2 sind fest miteinander verbunden und bilden ein Doppelwandrohr 1, 2 mit einem schraubenlinienförmig verlaufenden Kanal 4, der zur Überwachung des Wärmetauscherrohres auf Dichtigkeit verwendet werden kann.

Das oval verformte Außenrohr 3 umhüllt das Doppelwandrohr 1, 2 und liegt im Bereich seiner kurzen Achse C beidseitig an dem Doppelwandrohr 1, 2 an. Auch das Außenrohr 3 ist als längsnahtgeschweißtes, gewelltes, dünnwandiges Kupferrohr ausgebildet. Das Rohr 3 fixiert das Doppelwandrohr 1, 2. Die Profilierung 1a des Rohres 1, die Wellung der Rohre 2 und 3 sorgen für eine starke Verwirbelung der in dem Rohr 1 bzw. im Spalt 5 transportierten Medien und somit für einen guten Wärmeübergang.

Im Falle eines Lecks entweder im Rohr 1 oder im Rohr 2 dringt das Wärmetauschmedium aus dem Rohr 1 oder dem Spalt 5 in den Kanal 4 ein und kann am Ende des Wärmetauscherrohres detektiert werden.

Falls gewünscht kann auf das Außenrohr 4 vor der Verformung zum Ovalrohr noch ein nicht dargestellter Kunststoffmantel aufextrudiert werden.

Da die Rohre 1, 2 und 3 alle aus dem Werkstoff Kupfer bestehen, kann eine Korrosion im Prinzip nicht auftreten, und ein optimaler Wärmetausch zwischen den im Rohr 1 und dem Spalt 5 fließenden Medien ist gewährleistet.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohres kann in großen Längen erfolgen. Dabei wird ein weiches nahtlos gezogenes Kupferrohr mit einer Abmessung von beispielsweise 15 × 1 mm kontinuierlich von einem Ring abgezogen und gerichtet. Um das gerichtete Rohr wird ein dünnwandiges Kupferband zu einem Schlitzrohr mit größerem Durchmesser als das nahtlos gezogene Kupferrohr herumgeformt und der Längsschlitz verschweißt. Hinter der Schweißstelle wird das geschweißte Rohr mit einer schraubenlinienförmigen Wellung versehen, die das nahtlose gezogene Kupferrohr derart verformt, daß sich der Verlauf der Wellung an der inneren Oberfläche des nahtlosgezogenen Rohres abzeichnet. Das auf diese Weise gefertigte Doppelwandrohr wird in einem nächsten Arbeitsschritt von einem dünnwandigen Kupferband umhüllt, welches zum Schlitzrohr mit einem erheblich größeren Durchmesser als das Doppelwandrohr geformt wird. Der Längsschlitz des Kupferrohres wird verschweißt und das geschweißte Rohr mit einer ring- oder schraubenlinienförmigen Wellung versehen. Gegebenenfalls kann auf das gewellte Rohr ein Kunststoffmantel aufextrudiert werden.

Das geschweißte Kupferrohr wird dann durch Quetschrollen zu einem Ovalrohr verformt. Wegen der Elastizität des Außenrohres ist eine beidseitige Kontaktierung des Doppelwandrohres nicht möglich, jedoch ist das Doppelwandrohr durch das Außenrohr aufgrund der Wellprofile in seiner Lage fixiert.

Das fertige Wärmetauscherrohr wird dann auf eine übliche Trommel aufgewickelt, wobei das Rohr über seine kurze Achse auf die Trommel aufgewickelt wird.

Das Wärmetauscherrohr gemäß der Lehre der Erfindung findet bevorzugt dort Anwendung, wo eine Vermischung der beiden Wärmetauschmedien mit hoher Sicherheit vermieden werden muß, z. B. bei der Abkühlung von Milch oder der Erwärmung von bei Raumtemperatur festen Lebensmitteln.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Wärmetauschers unter Verwendung eines Wärmetauscherrohres nach der Lehre der Erfindung. Derartige Wärmetauscher werden insbesondere zur Erwärmung von Brauchwasser in Gebäuden mit Fernheizwasser als Wärmequelle eingesetzt. Da das Wasser aus Fernheizsystemen durch Zusätze aufbereitet ist, die gesundheitsgefährdend sind, ist eine Überwachung solcher Wärmetauscher auf Dichtigkeit unbedingt erforderlich.

Der Wärmetauscher ist durch wendelförmiges Wickeln des Wärmetauscherrohres hergestellt.

Die Rohre 1, 2, und 3 sind an beiden Enden abgesetzt. Der Spalt 5 zwischen den Rohren 2 und 3 ist an beiden Enden abgedichtet und mit einem Zulauf 6 und einem Ablauf 7 verbunden.

Das Fernheizwasser wird über den Zulauf 6 in den Spalt 5 eingeleitet und verläßt den Spalt 5 über den Ablauf 7. Das zu erwärmende Brauchwasser durchströmt vorzugsweise im Gegenstrom das Innenrohr 1.

Sowohl im Innenrohr 1 als auch im Spalt 5 werden die Medien intensiv wegen der gewellten Oberfläche der Rohre 1, 2 und 3 durchwirbelt und optimieren somit den Wärmeübergang.

Im Falle einer Undichtigkeit eines der Rohre 1 oder 2 tritt am Ende des Wärmetauscherrohres aus dem Spalt 4 zwischen den Rohren 1 und 2 entweder Brauchwasser oder Fernheizwasser aus. In diesem Fall muß der Wärmetauscher aus Sicherheitsgründen sofort ausgetauscht werden.

Claims

1. Rohr für Wärmetauschzwecke umfassend ein Innenrohr sowie ein das Innenrohr umgebendes Außenrohr (3), wobei das Innenrohr ein Doppelwandrohr (1, 2) mit einem inneren (1) und einem äußeren (2) Rohr ist, das äußere Rohr (2) eine schraubenlinienförmig verlaufende Wellung aufweist und mit seinen Wellentälern auf dem inneren Rohr (1) aufliegt, das innere Rohr (1) durch die Wellung des äußeren Rohres (2) profiliert ist und wobei das Außenrohr (3) einen ovalen Querschnitt aufweist und im Bereich seiner kurzen Achse das Innenrohr (1, 2) zumindest einseitig kontaktiert.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (1) des Doppelwandrohres (1, 2) ein nahtloses Kupferrohr ist.

3. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (2) des Doppelwandrohres (1, 2) ein längsnahtgeschweißtes und gewelltes Kupferrohr ist.

4. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Berührungsfläche A im Bereich der Wellentäler zwischen dem inneren (1) und dem äußeren Rohr (2) des Doppelwandrohres und dem Bereich der Wellenberge ohne Berührung zwischen dem inneren (1) und dem äußeren Rohr (2) des Doppelwandrohres (1, 2) im Bereich zwischen 1 : 0,5 und 1 : 0,25 liegt.

5. Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) ein längsnahtgeschweißtes, schraubenlinien- oder ringförmig gewelltes Kupferrohr ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Rohres für Wärmetauscherzwecke umfassend die Schritte

a) Bereitstellen eines glattwandigen Metallrohres
b) Umhüllen des glattwandigen Metallrohres in kontinuierlicher Arbeitsweise mit einem Kupferband, Verschweißen der Längsnaht des umhüllenden Kupferbandes, Wellen des längsnahtgeschweißten Kupferrohres
c) Umhüllen des nach den Schritten a) und b) gebildeten Doppelwandrohres mit einem Metallband aus Kupfer, Verschweißen der Längsnaht des Metallbandes aus Kupfer und Wellen des längsnahtgeschweißten Kupferrohres und
d) Verformen des nach Schritt c) hergestellten Kupferrohres zu einem Rohr mit ovalem Querschnitt dergestalt, daß das äußere Kupferrohr das innere Doppelwandrohr fixiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellen des nach Schritt b) hergestellten äußeren Rohres des Doppelwandrohres derart erfolgt, daß das innere Rohr des Doppelwandrohres im Bereich der Wellentäler an seiner inneren Oberfläche eine der Wellung entsprechende Profilierung erfährt und zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr des Doppelwandrohres ein schraubenlinienförmig verlaufender Kanal verbleibt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Herstellung des Rohres für Wärmetauscherzwecke in großen Längen das gefertigte Rohr auf eine Trommel aufgewickelt wird, wobei das Rohr über die kurze Achse des oval verformten Außenrohres gewickelt wird.

9. Wärmetauscher mit einem Rohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bzw. eines nach einem der Ansprüche 6 bis 8 hergestellten Rohres, bei dem die Wärmetauschmedien im Innern des inneren Rohres (1) des Doppelwandrohres (1, 2) sowie in dem zwischen dem Doppelwandrohr (1, 2) und dem Außenrohr (3) gebildeten freien Querschnitt (5) vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung transportiert werden und der in dem Doppelwandrohr (1, 2) schraubenlinienförmig verlaufenden Kanal (3) zur Dichtigkeitsüberwachung verwendbar ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das auf einem höheren Temperaturniveau befindliche Medium im Innenrohr (1) transportiert wird.