Halbzeuge Wärmetransporter

Stranggepresste Innenrippen-Rohre bietet effektive Strömungen für Fließmedien. Rohre aus Aluminium verbinden in idealer Weise geringes Gewicht mit hoher Stabilität. Diese Eigenschaft macht sie zu...

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Rohre aus Aluminium verbinden in idealer Weise geringes Gewicht mit hoher Stabilität. Diese Eigenschaft macht sie zu einem interessanten Problemlöser in allen Bereichen der industriellen Technik. Ein neues, stranggepresstes Innenrippen-Rohr soll, nach Angaben seines Herstellers, vor allem den Markt für Wärmetauscher erobern.Wärmeübertragungsprozesse in Kälte- und Klimaanlagen, bei Tiefkühlung, Energiewandlung, Automobiltechnik oder Computertechnik sind für hochtechnisierte Verfahrensabläufe unabdingbar und sichern nicht zuletzt auch das Funktionieren des Prozesses durch einen reibungslosen Kühlmitteltransport. Wie die Erfahrung gezeigt hat, ergibt der herkömmliche Ansatz, Fluide per Druck linear durch Rohre pressen zu wollen, zwangsläufig ein selbstblockierendes System. Die Natur dagegen offenbart, in welchen Strukturen die Fluidströmung optimal zu organisieren ist und selbstbeschleunigende Systeme der Normalfall sind.Effiziente Strömungsstrukturen mit drallförmiger VerrippungDaher suchten Verfahrensingenieure seit Jahren nach effizienten Strömungsstrukturen in Wärmeübertragern. Bei der F. W. Brökelmann führte diese Suche zu der Entwicklung der so genannten „Tornado-Flow-Rohre“, die aus Aluminium hergestellt, für wesentlich bessere Ergebnisse im Bereich des Wärmetausches und der Energiewandlung sorgen sollen (Bild 1).Brökelmann hat mit dem neuen Innenrippenrohr eine Lösung erarbeitet, die Anlagenbauer, Konstrukteure und Planer in die Lage versetzen soll, ihre Produkte energetisch zu optimieren und kompakter und leichter zu gestalten. Das Rohr wird dabei aus der korrosionsbeständigen und gut lötbaren Legierung AlMn1 mit einem Strangpressverfahren hergestellt. Es zeichnet sich durch eine bisher nicht erreichte Rippenhöhe aus, die bis zu 90% des Rohr-Innenradius beträgt. Die Rippen reichen somit nahezu bis an die Rohrachse heran. Sie lassen sich drallförmig mit unterschiedlichen Steigungen gestalten . Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Rohr mit eingeschobenem Stern weist das Tornado-Flow-Rohr jedoch keinen massiven Kern, sondern einen freien zentralen Strömungskanal auf. Werden die in geringem Abstand gegenüberliegenden Rippenspitzen über die Längs-achse verwunden, bildet das innere Fluid in Dreieckskanälen eine gerichtete Kernströmung mit kontinuierlicher Abzweigung von Teilströmungen quer zur Hauptrichtung. Somit kommunizieren, anders als bei den Stern-Rohren, alle Strömungskanäle miteinander. Damit gelingt es, spezifische Strömungsstrukturen für unterschiedliche Fluide zu erzeugen, mit denen hohe Leistungssteigerungen im Vergleich zum Glattrohr nachgewiesen wurden. Die Ausbildung einer kontrollierten und effektiven Kernströmung über den Rippenspitzen in der Rohrachse führt zu massiv erhöhten Leistungswerten oder Energieeinsparungen in Wärmetauschprozessen, auch wegen geringer Verschmutzungsgefahr. Das neuartige Wärmeübertrager-Element für industrielle Anlagen wurde durch umfassende Untersuchungen erprobt und vermessen. Die an die Entwicklung gestellten Erwartungen konnten durch Experimente voll bestätigt werden. Thermisch-hydraulische Untersuchungen am Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik der Universität Paderborn ergaben, abhängig vom untersuchten Medium, 3,5- (bei Luft) bis 12-fach (bei Öl) höhere Leistungswerte im Vergleich zu einem Glattrohr. Korrosionsansätze zeigten sich nach mehrmonatigen Testläufen weder auf der Außen- noch auf der Innenseite.Flexibel in Durchmesser, Rippenzahl und RippenformIn den umfangreichen und experimentellen Untersuchungen wurde die Geometrie der Rohre und der Rippen kaum variiert, so dass es noch Spielraum für eine optimierte Gestaltung der Rohrgeometrie gibt. Die Geometrie lässt sich sowohl in den Durchmessern als auch in der Rippenanzahl, Rippendicke und Rippenform weiter modifizieren. Damit die wärmetechnisch ideale Gestaltung der Rohrinnenseite voll zum Tragen kommt, ist ein ebenso effektiver Wärmetransport auf der Rohraußenseite erforderlich. Dazu bieten sich unterschiedliche Varianten an, beispielsweise Längsrippen, Querrippen oder Lamellen. Für den Einsatz als Tauchkühler, kann das Tornado-Flow-Rohr auch in Spiralen oder Wendeln gewickelt werden.