DE10019975A1 - Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand - Google Patents

Abstract

Ein Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand, in welchem eine Vielzahl von Rippen an einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres 1 in einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Zickzack-Anordnung geformt und ein Vertiefungsbereich 6 in wenigstens einem geradlinigen Bereich der Rippen 2 geformt ist. Der Vertiefungsbereich 6 ist entlang einer spiralförmigen gedachten Linie, die gegenüber der Achse des Metallrohres 1 schräg verläuft, angeordnet. Mit solch einem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand kann der Wärmetauschwerwirkungsgrad erhöht und Druckverluste unterdrückt werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmetauscher­ rohr mit gerillter Innenwand und an der Innenwand eines Metallrohres geformte Rippen zur Verbesserung des Wärmetauscherwirkungsgrades.

Stand der Technik

Diese Art von Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand wird hauptsächlich als Verdampferrohr oder Kondensa­ tionsrohr in Wärmetauschern und dergleichen in Klimaan­ lagen und Kühlgeräten benutzt. In jüngster Zeit sind Wärmetauscherrohre, die mit über die gesamte Fläche der Innenwand verteilten spiralförmigen Rippen versehen sind, weit verbreitet auf dem Markt angeboten worden.

Die zur Zeit am weitesten verbreiteten Wärmetauscher­ rohre werden durch ein Verfahren hergestellt, bei dem die Rippen durch Profilwalzen auf der gesamten Innen­ fläche eines Metallrohres geformt werden, indem ein loser Ziehstopfens mit angeformten spiralförmigen Rillen an der äußeren Umfangsfläche durch das Innere eines nahtlosen (ohne Fugen) Rohres, das durch ein Ziehverfahren oder ein Extrusionsverfahren erhalten wurde, gezogen wird.

In Wärmetauscherrohren mit gerillter Innenwand und geformten spiralförmigen Rippen der oben genannten Art wird die Wärmetauscherflüssigkeit, die sich am Boden des Innenraums gesammelt hat, durch die spiralförmigen Rippen nach oben gezogen, wenn der Dampfstrom, der im Inneren des Rohres fließt, genügend schnell ist, indem die Flüssigkeit durch den Dampfstrom angeblasen wird, so daß sie sich über die gesamte Umfangsfläche inner­ halb des Rohres verteilen kann. Durch diesen Effekt wird die gesamte Umfangsfläche innerhalb des Rohres fast gleichmäßig benetzt, so daß das sogenannte Austrocknen, d. h. ein Teil der Innenfläche des Rohres wird trocken, verhindert werden kann. Außerdem kann der Bereich, in dem Verdampfung stattfindet, vergrößert werden, so daß der Verdampfungswirkungsgrad verbessert wird.

Jedoch haben die Wärmetauscherrohre mit gerillter Innenwand und spiralförmigen Rippen die Tendenz, über die gesamte Innenfläche einen Flüssigkeitsfilm mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke zu bilden, da die Wärmetauscherflüssigkeit einheitlich über die gesamte Innenfläche des Wärmetauscherrohres fließt. Wenn daher das Rohr als Kondensationsrohr benutzt wird, wird der Wärmetausch zwischen der Metalloberfläche der Rippen und dem Wärmetauschergas durch den gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm beeinträchtigt, und daher der Wärme­ tauscherwirkungsgrad beeinträchtigt.

Um dieses Problem zu verbessern, ist daher ein Wärme­ tauscherrohr mit gerillter Innenwand und angeformten Rippen an der Innenfläche des Metallrohres, die sich in einer Zickzackanordnung in der Umfangsrichtung erstrecken, vorgeschlagen worden. Mit einem Wärmetau­ scherrohr mit solchen Zickzackrippen sammelt sich das Wärmetauscherfluid in dem nahen Bereich des Rippenbie­ gungsscheitelpunktes (im folgenden als Trogbereich bezeichnet) an, welcher konvex zur stromabwärts gerich­ teten Seite des Wärmemediumstroms ist, und das Wärme­ tauscherfluid fließt so, daß es an dem Rippenbiegungs­ scheitelpunkt des Trogbereiches konvergiert. Daher kann die Dicke des Flüssigkeitsfilms in anderen Bereichen relativ dünn eingestellt werden, so daß die Wahrschein­ lichkeit, daß die Metalloberfläche der Rippe in direk­ tem Kontakt mit dem Wärmemediumgas steht, größer wird und daher eine Verbesserung des Kondensationswirkungs­ grades des Wärmemediumgases ermöglicht wird.

An dem Trogbereich, in welchen das Wärmetauscherfluid fließt und konvergiert, fließt jedoch das Wärmetau­ scherfluid, indem sie Schritt für Schritt über die Biegungsscheitelpunkte der einzelnen Rippen läuft. Dies hat zur Folge, daß im Vergleich zu dem Wärmetauscher­ rohr mit gerillter Innenwand und mit einfachen spiral­ förmigen Rippen die Druckverluste größer sind.

In der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 9-257384, wird ein Wärmetauscher­ rohr mit gerillter Innenwand und Rippen, die einen Zickzackform an der Innenseite des Metallrohres bilden, sowie mit flachen Rillen, die so geformt sind, daß sie sich in der axialen Richtung des Rohres durch die gebogenen Bereiche der Rippen erstrecken, vorgeschla­ gen. In solch einem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand fließt das Wärmetauscherfluid glatt konver­ gierend entlang der an den Biegungsscheitelpunkten geformten Längsrillen, wenn sich das Wärmetauscherfluid in den Trogbereichen sammelt, so daß dadurch Druckver­ luste verringert werden können.

Es ist jedoch klar, daß unzweifelhaft dort, wo der Druckverlust gering ist, der Effekt der Verbesserung in der Wärmetauscherwirkungsgrad klein ist im Vergleich zu der Leistung, die durch das Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand der vorgenannten Veröffentlichung gemacht wird. Der Grund dafür kann aus den Resultaten detaillierter Tests, die durch die Erfinder dieser Anmeldung durchgeführt wurden, wie folgt abgeleitet werden. Das heißt, der Strom des Wärmetauscherfluids im Inneren des Wärmetauscherrohres mit gerillter Innenwand und mit geformten Zickzackrillen schließt nicht nur einfaches Sammeln in den Trogbereichen ein; und im Falle eines Heizmediums, das mit einem gewissen Agita­ tionsgrad fließt, springt ein Teil des Wärmetauscher­ fluids von der Rohrwandung ab und, sobald es sich in den Raum gehoben hat, springt es wieder zurück auf die Rohrwandung, wenn das Wärmetauscherfluid über die Rippenbiegungsscheitelpunkte der Trogbereiche fließt. Durch die Wiederholung dieses Phänomens schwebt ein Teil des Wärmetauscherfluids immer im Raum, und mit diesem Teil ist die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen der Metalloberfläche und dem Wärmetauscherga­ ses hoch. Außerdem wird aufgrund dieses Dispersionsef­ fektes die Agitation des Wärmetauscherfluids oder des Wärmetausches zwischen dem Wärmetauscherfluid und dem Wärmetauschergases gefördert. Daher ist der Wärmetau­ scherwirkungsgrad durch die synergistischen Effekte größer.

Andererseits wird in bezug auf das Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand, das in der japanischen unge­ prüften Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 9- 257384, offenbart ist, gedacht, daß der Wärmetauscher­ wirkungsgrad nicht so verbessert wird wie zu erwarten ist, obwohl der Druckverlust reduziert ist, da der Effekt der Dispersion des Wärmetauscherfluids an dem Rippenbiegungsscheitelpunkt minimal ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zieht die oben genannte Situation in Betracht und stellt sich die Aufgabe, ein Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand bereitzustel­ len, mit dem der Wärmetauscherwirkungsgrad gesteigert wird und Druckverluste unterdrückt werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rippen an der Umfangsinnenfläche eines Metallrohres angeformt sind und sich in der Umfangsrichtung in Zickzack-Anord­ nung erstrecken, und daß ein Vertiefungsbereich in wenigstens einem geradlinigen Teil der Rippen vorgese­ hen ist.

Dieser Vertiefungsbereich kann entlang einer gedachten Linie, die sich in der axialen Richtung des Metallroh­ res erstreckt, angeordnet sein. Darüberhinaus kann er sich entlang einer gedachten spiralförmigen Linie erstrecken, die sich schräg zu einer Achse des Metall­ rohres erstreckt. Darüberhinaus kann er entlang einer gedachten meanderförmigen Linie, die sich oszillierend in der Umfangsrichtung und in der Längsrichtung des Metallrohres erstreckt, angeordnet sein. Auch kann er entlang einer gedachten Linie, die sich in der Umfangs­ richtung des Metallrohres erstreckt, angeordnet sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohr mit gerill­ ter Innenwand fließt ein Teil des Wärmetauscherfluids, das innerhalb des Wärmetauscherrohres mit gerillter Innenwandfließt, entlang der schrägen Rippe, und dieser Teil fließt durch die Vertiefungsbereich, um durch die Rippe zu treten. Darüberhinaus sammelt sich der andere Teil im Rippenbiegungsscheitelpunkt, der einen Trog in bezug auf den Wärmemediumstrom darstellt, und fließt über den Rippenbiegungsscheitelpunkt. Demnach können der Anteil des Wärmetauscherfluidmenge, der durch die Rippen tritt, und der Anteil des Wärmetauscherfluidmen­ ge, der über den Rippenbiegungsscheitelpunkt fließt, angepaßt werden, so daß der Druckverlust des Wärmetau­ scherfluids, das entlang dem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand fließt, reduziert werden kann.

Auch ist die Menge des Wärmetauscherfluids an den Ripgenbiegungsscheitelpunkten, die in stromaufwärts gesehener Richtung des Stroms des Wärmemediums konvex sind, reduziert, und der Füssigkeitsfilm wird so dünner. Gleichzeitig mit der Erleichterung des direkten Kontaktes der Rippen mit dem Wärmetauscherfluid wird ein Teil des Wärmetauscherfluids an dem Rippenbiegungs­ scheitelpunkt dispergiert und schwebt von der Rohrwan­ dung weg. Dadurch kann der Anteil an Wärmetauscher­ fluid, der mit der Rohrwandung in Kontakt ist, reduziert werden. So wird der freie Anteil der Metalloberfläche der Rippe vergrößert und so der Wärmetauscherwirkungs­ grad erhöht. Durch den Synergismus mit dem Effekt der Reduzierung des Druckverlustes kann die Wärmetauscher­ wirkungsgrad verbessert werden, besonders für den Fall, daß eine Verwendung als Kondensationsrohr vorgesehen ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise abgewickelte Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohres mit gerillter Innenwand.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform nach Fig. 1.

Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht in der Nähe eines Rippenbiegungsscheitelpunktes der Ausführungsform.

Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die die Umgebung eines Rippenbiegungsscheitel­ punktes einer abgewandelten Ausführungsform zeigt.

Fig. 5 ist eine Draufsicht einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung, worin eine Innenwand teil­ weise abgewickelt ist.

Fig. 6 ist eine Draufsicht einer dritten Ausführungs­ form der Erfindung, worin eine Innenwand teil­ weise abgewickelt ist.

Fig. 7 ist eine Draufsicht einer vierten Ausführungs­ form der Erfindung, worin eine Innenwand teil­ weise abgewickelt ist.

Fig. 8 ist eine Draufsicht einer fünften Ausführungs­ form der Erfindung, worin eine Innenwand teil­ weise abgewickelt ist.

Fig. 9 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die die Umgebung eines Rippenbiegungsscheitel­ punktes der Ausführungsform nach Fig. 8 zeigt.

Fig. 10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die die Umgebung eines Rippenbiegungsscheitel­ punktes einer abgewandelten Ausführungsform der Fig. 8 zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Ausführungsform 1

Fig. 1 and Fig. 2 zeigen jeweils eine abgewickelte Ansicht und eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohres mit gerillter Innenwand. Dieses Wärmetauscherrohr 1 mit gerillter Innenwand ist gene­ rell aus Metall hergestellt, wie z. B. Kupfer, Kupferle­ gierung, Aluminium und Aluminiumlegierung, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine Vielzahl an parallelen Rippen, die in der Umfangsrichtung zickzackartig verlaufen, ist an der inneren Umfangswand des Wärmetau­ scherrohres 1 mit gerillter Innenwand angeformt, wobei Rillen 4 zwischen den Rippen 2 gebildet sind. Darüber­ hinaus sind Vertiefungsbereiche 6 in wenigstens einem Teil des geradlinigen Bereichs (Bereich, der nicht die Biegungsbereiche umfaßt) einer jeden Rippe vorgesehen.

Da die Rippen dieser Ausführungsform jeweils bei 90° in der Umfangsrichtung gebogen sind, ergibt sich in dem abgewickelten Zustand, wie in Fig. 1 gezeigt, daß jede Rippe 2 eine "W"-Form hat. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt, und die Rippen 2 können auch jeweils bei 180° in der Umfangsrichtung gebogen sein und so eine "V"-Form bilden. Darüberhinaus können sie auch bei jeweils 60° in der Umfangsrichtung gebogen sein und eine "VVV"-Form bilden, oder bei jeweils 45°, 36° oder 30° in der Umfangsrichtung, um jede dieser Formen zu bilden. Bevorzugt ist die Anzahl der Rippenbiegungen in der Umfangsrichtung geradzahlig, kann jedoch je nach den Erfordernissen auch ungeradzah­ lig sein. Darüberhinaus kann der Biegungsabstand der Rippen 2 in der Umfangsrichtung ungleichmäßig sein.

Ein Neigungswinkel α, begrenzt durch den geradlinigen Bereich der Rippen 2 und die Rohrachse, ist nicht eingeschränkt, aber bevorzugt ist er 5 bis 20°. Wenn der Neigungswinkel 20° überschreitet, wird der Effekt der Rippen 2, die den Durchfluß hindern, groß, so daß der Druckverlust ansteigt, was unerwünscht ist. Wenn der Neigungswinkel α dagegen weniger als 5° beträgt, sind die Rippen 2 fast parallel zur Durchflußrichtung, so daß der Effekt der nach oben gerichteten Ablenkung der Wärmetauscherflüssigkeit und der Effekt der Verbes­ serung des Wärmetauscherwirkungsgrades reduziert werden.

In dem Fall, in dem der Außendurchmesser des Wärmetau­ scherrohrs mit gerillter Innenwand kleiner als 7 mm ist, ist der Neigungswinkel α jedoch bevorzugt kleiner, 5 bis 15°. Dies ist dadurch bedingt, daß in dem Fall, daß der Außendurchmesser des Wärmetauscherrohres mit gerillter Innenwand weniger als 7 mm ist, der Druckver­ lust erhöht wird, wenn der Neigungswinkel nicht klein ist.

Die Höhe H der Rippen 2 von der inneren Bodenfläche der Rillen 4 (vgl. Fig. 3) ist nicht eingeschränkt durch die vorliegende Erfindung, aber sie ist bevorzugt 0,15 bis 0,25 mm. Dies ist dadurch bedingt, daß der Effekt der Abhebung der Wärmetauscherflüssigkeit reduziert wird, wenn die Rippen 2 zu niedrig sind, und der Druck­ verlust ansteigt, wenn die Rippen 2 zu hoch sind. Obwohl es keine Begrenzung für die Bodenbreite W der Rippen 2 gibt (die Breite senkrecht zur Rohrachse: vgl. Fig. 1), ist sie bevorzugt 0,05 bis 0,5 mm und beson­ ders bevorzugt 0,10 bis 0,25 mm. Mit der Höhe der Rippen 2 als H und der Bodenbreite W ergibt sich ein Verhältnis H/W von ungefähr 0,3 bis 3,0. Wenn man sich innerhalb dieses Bereiches befindet, ist das Gleichge­ wicht zwischen dem Abhebungseffekt und dem Druckverlust für die Wärmetauscherflüssigkeit optimal.

Die Querschnittsform der Rippen 2 kann beliebig sein, z. B. ein Dreieck, ein gleichseitiges Dreieck, eine Dreiecksform mit einer gerundeten Scheitelpunktkante, eine Halbkreisform, eine Kreisbogenform, eine Recht­ ecksform, eine Trapezform oder eine Trapezform mit gerundeten Kanten. Darüberhinaus kann der Winkel, begrenzt durch die entsprechenden Seiten der Rippen 2 und die Innenwand des Metallrohres, an der stromauf­ wärts gerichteten Seite des Wärmetauschermediums, das in dem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand fließt, kleiner sein als an der stromabwärts gerichte­ ten Seite. In diesem Fall kann das Wärmetauscherfluid leichter über die Rippen 2 fließen. Daher ergibt sich für dieselbe Höhe der Rippen 2 ein kleinerer Druckver­ lust.

Darüberhinaus, wie in der Fig. 4 gezeigt, kann auf der Innenseite (Seite des spitzen Winkels) des Biegungs­ scheitelpunktes 2A der Rippen 2 eine relativ sanft ansteigende Stirnseite 10 vorhanden sein. Wenn solch eine ansteigende Stirnfläche 10 gebildet ist, kann die Wärmetauscherflüssigkeit leichter über den Biegungs­ scheitelpunkt 2A der Rippen 2 fließen. Daher ergibt sich für die gleiche Höhe der Rippen 2 ein noch geringerer Druckverlust. Der Winkel, begrenzt durch die ansteigen­ de Stirnfläche 10 und die Rohrachse, ist bevorzugt zwischen 10 bis 85° und besonders bevorzugt 60 bis 80°.

Die Vertiefungsbereiche 6 dieser Ausführungsform verlaufen parallel mit der Rohrachse entlang der Mitte der entsprechenden geradlinigen Bereiche der Rippen 2. Das bedeutet, daß insgesamt vier Vertiefungsbereiche 6 für eine Rippe 2 geformt werden. Jedoch ist die Ausfüh­ rung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und, vorausgesetzt, daß sie in den geradli­ nigen Bereichen der Rippen 2 geformt sind, können sie in Bereichen, die entfernt von den geradlinigen Berei­ chen sind, geformt werden. D. h., zwei oder mehr Vertie­ fungsbereiche 6 können in jedem geradlinigen Bereich geformt werden.

Obwohl es keine Einschränkung für die offene Weite W2 der Vertiefungsbereiche 6 (die Weite senkrecht zur Rohrachse: vgl. Fig. 1) gibt, ist die Weite bevorzugt 0,05 bis 2 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm. Wenn die offene Weite W2 in diesem Bereich liegt, ist der Effekt der Druckverlustreduzierung verbessert. Darüberhinaus gibt es keinen Verlust des inherenten Wärmetauscherwirkungsgrades der zickzack-artigen Rippe.

Die Querschnittsform der Vertiefungsbereiche 6 ist nicht eingeschränkt und kann V-förmig, C-förmig oder trapezförmig mit einer im wesentlichen flachen Boden­ fläche oder U-förmig mit einer gekrümmten Bodenfläche sein. Die Tiefe der Vertiefungsbereiche 6 von der Ober­ kante der Rippen 2 ist bevorzugt geringer als die Höhe H der Rippen 2 und ist bevorzugt 60 bis 90% der Höhe H. Wenn sie innerhalb dieses Bereiches ist, kann dies die relative Reduzierung der Stabilität des Wärmetau­ scherrohres mit gerillter Innenwand an den Stellen entlang der Vertiefungsbereiche 6, die in der Rohrach­ senrichtung nebeneinander angeordnet sind, verhindern.

Es gibt keine besondere Einschränkung in bezug auf den Durchmesser und die Dicke des Wärmetauscherrohres 1 mit gerillter Innenwand, und sie können den Dimensionen und der Dicke eines herkömmlichen Wärmetauscherrohres entsprechen. Der Durchmesser kann z. B. 4 bis 10 mm sein, und die Dicke kann 0,2 bis 0,5 mm sein. Natürlich sind auch Ausbildungen außerhalb dieses Bereiches möglich.

Es gibt keine besondere Einschränkung in bezug auf das Verfahren der Herstellung des Wärmetauscherrohres 1 mit gerillter Innenwand, und das folgende Verfahren stellt eine Möglichkeit dar. Zuerst wird ein Metallstreifen vorbereitet, und die Rippen 2 und Rillen 4 werden in die Oberfläche des Streifen profilgewalzt. In diesem Fall des Profilwalzens kann das Profilwalzen mit einer Profilwalze mit daran angeformten Rillen und Vorsprün­ gen, die die Komplementärformen der Rippen 2 und Rillen 4 darstellen, durchgeführt werden. Danach können die Vertiefungsbereiche 6 auf die Metalloberfläche, an der die Rippen 2 und Rillen 4 geformt sind, profilgewalzt werden, in dem eine Profilwalze mit Vorsprüngen, die komplementär zu den Vertiefungsbereichen 6 sind, verwendet wird. Nach Beendigung des Profilwalzens kann der Streifen in die Form eines Rohres mittels eines Profilwalzverfahrens rundgeformt werden, und die Stoß­ kantenpaare können kontinuierlich verschweißt werden. Wenn solch ein Nahtschweißverfahren benutzt wird, kann das Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand effizient hergestellt werden. In diesem Fall, wie in der Fig. 2 gezeigt, wird an einem Teil des Umfangs des Wärmetau­ scherrohres 1 mit gerillter Innenwand eine Schweißlinie 8, die in der Rohrachsenrichtung verläuft, gebildet. Es gibt keine Einschränkung bzgl. der Position der Schweißlinie 8, und sie kann durch die Biegungsschei­ telpunkte der Rippen 2 verlaufen.

In dem Fall, in dem die Schweißlinie 8, wie in Fig. 2 gezeigt, geformt ist, können rillenlose Bereiche 12 konstanter Breite parallel mit der Schweißlinie 8 auf gegenüberliegenden Seiten der Schweißlinie 8 in dem Bereich geformt werden, wo die Rippen 2 und die Schweißlinie 8 sich schneiden. Diese rillenlosen Berei­ che 12 sind wünschenswert, um die Dichte des Schweiß­ stroms, der an den Kantenflächen des Streifenmaterials gebildet wird, gleichförmig zu machen, wenn das Streifenmaterial mittels elektrischem Nahtschweißen zu dem Rohr gefügt wird.

Damit die Schweißlinie 8 nicht einen Rohraufweitungs­ prozeß behindert, welcher das Durchführen eines Rohr­ aufweitungsstopfens durch das Wärmetauscherrohr 1 umfaßt, springt sie mit einem Vorsprung, der kleiner als der der Rippen 2 ist, vor. Es gibt keine Einschrän­ kung hinsichtlich der Querschnittsform der Schweißlinie 8, sie ist jedoch üblicherweise halbelliptisch oder dergleichen. Falls notwendig, kann die Schweißlinie 8, die durch das Schweißnahtverfahren vorspringend geformt wird, mechanisch entfernt werden.

Obwohl die Querschnittsform des Wärmetauscherrohres 1 dieser Ausführungsform kreisförmig ist, ist die Erfin­ dung nicht auf Kreisformen beschränkt und je nach Bedarf, kann auch eine ovale Querschnittsform oder eine abgeflachte Rohrform vorhanden sein. Darüberhinaus ist es auch effektiv, ein Arbeitsfluid wie etwa reines Wasser, Alkohol, Fluorkohlenwasserstoffe und Lösungs­ mittelgemische unter geringem Druck in den Innenraum des Wärmetauscherrohres 1 mit gerillter Innenwand zu geben, beide Enden des Rohres zu verschließen und dieses dann als Heizrohr zu verwenden.

Dieses Wärmetauscherrohr 1 mit gerillter Innenwand kann zum Beispiel verwendet werden, wenn es als Wärmetau­ scher montiert ist, wie etwa eine Klimaanlage oder Kühleinrichtung. In diesem Zusammenhang kann es als Verdampferrohr zum Zweck der Verdampfung des Wärmetau­ scherfluids, das innerhalb des Rohres fließt, in Abhän­ gigkeit von der Wärmemenge, die von außen dem Rohr zugeführt wird, benutzt werden oder als Kondensations­ rohr zum Zweck der Kondensation des Wärmetauscher­ fluids, das innerhalb des Rohres fließt, und zur Abgabe der Wärme nach außen.

In jedem der oben genannten Fälle, wie in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt, fließt ein Teil des Wärmetauscher­ fluids, das innerhalb des Wärmetauscherrohres 1 mit gerillter Innenwand fließt, entlang der Rippen 2, die dessen Weg behindern, und dieser Teil fließt durch die Vertiefungsbereiche 6, um so die Rippen zu durchtreten. Darüberhinaus wird der andere Teil in dem Rippenbie­ gungsscheitelpunkt 2A gesammelt, der in Richtung der stromabwärts zeigenden Seite des Wärmemediumstroms konvex geformt ist, und fließt über den Rippenbiegungs­ scheitelpunkt 2A.

Das bedeutet, daß, da die Vertiefungsbereiche 6 in dem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand geformt sind, der Anteil der Wärmetauscherflüssigkeitsmenge, der durch die Rippen 2 fließt, und der Anteil der Wärmetau­ scherflüssigkeitsmenge, der über die Rippenbiegungs­ scheitelpunkte 2A fließt, gesteuert werden kann. Darü­ berhinaus kann der Druckverlust des Wärmemediums, das in dem Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand fließt, reduziert werden. Hinzu kommt, daß die Menge an Wärmetauscherflüssigkeit an den Rippenbiegungsscheitel­ punkten 2A, die relativ zu der stromaufwärts weisenden Seite des Wärmemediumstroms konvex sind, reduziert wird und der Flüssigkeitsfilm so dünner wird, so daß der direkte Kontakt zwischen den Rippen 2 und dem Wärmeme­ diumgas erleichtert wird. Daher kann, wenn das Rohr als Kondensationsrohr benutzt wird, der Wärmetauscherwir­ kungsgrad verbessert werden.

Darüberhinaus, da die Vertiefungsbereiche 6 nicht an dem Rippenbiegungsscheitelpunkt 2A geformt sind, kann ein Teil des Wärmetauscherfluids von dem Rippenbie­ gungsscheitelpunkt 2A dispergiert werden und von der Rohrwandung abheben, so daß der Anteil an Wärmetau­ scherfluid, der mit der Rohrwandung in Kontakt ist, reduziert werden kann. Daraus ergibt sich, daß die freien Bereiche der Metalloberfläche der Rippen 2 vergrößert werden können und so die Wärmeleitfähigkeit vergrößert wird, und aufgrund des synergistischen Effektes der Reduzierung des oben genannten Druckverlu­ stes und der Vergrößerung des freien Bereiche der Metalloberfläche der Wärmetauscherwirkungsgrad gestei­ gert werden kann.

Ausführungsform 2

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Wärmetauscherrohres mit gerillter Innen­ wand. In der ersten Ausführungsform waren die Vertie­ fungsbereiche 6 auf einer gedachten Linie parallel zur Rohrachse angeordnet. Das kennzeichnende Merkmal dieser Ausführungsform ist jedoch, daß die Vertiefungsbereiche 6 auf gedachten spiralförmigen Linien angeordnet sind, die schräg zur Rohrachse verlaufen. Mit solch einer Anordnung fließt ein Teil des Wärmetauscherfluids spiralförmig entlang der Vertiefungsbereiche 6. Daher kann eine übermäßig ungleichmäßige Verteilung des Wärmetauscherfluids verhindert werden. Darüberhinaus, da die Vertiefungsbereiche 6 derart angeordnet sind, daß sie nicht mit der Rohrachsenrichtung übereinstim­ men, können Probleme, die sich zum Zeitpunkt der Verformung des Metallstreifen in die Rohrform durch Profilwalzen nach dem Profilwalzen der Vertiefungsbe­ reiche 6 ergeben können, dadurch daß die Querschnitts­ form des Metallstreifens eine vielfach gewinkelte Form annehmen kann, verhindert werden. Zudem hat die Anord­ nung der Vertiefungsbereiche 6 in einer Spiralform den Vorteil, daß, wenn eine Kraft von außen auf das Wärme­ tauscherrohr mit gerillter Innenwand aufgebracht wird, ein geringeres Schadensrisiko als mit der ersten Ausführungsform gegeben ist.

Es gibt keine besondere Einschränkung in bezug auf die Anzahl der gedachten Linien, jedoch werden typischer­ weise 2 bis 16 bevorzugt. Der Grund dafür ist der, daß bei einer zu kleinen Anzahl der Effekt der Druckredu­ zierung verfehlt wird und bei einer zu großen Zahl der inherente ausgezeichnete Effekt der zickzack-förmigen Rippen verloren geht.

Es gibt keine besondere Einschränkung für den Winkel β, begrenzt durch die gedachte Linie und die Rohrachse, jedoch ist er bevorzugt ungefähr 0 bis 30° und beson­ ders bevorzugt 0 bis 5°. Wenn er in diesem Bereich liegt, ist der Effekt der Verhinderung der übermäßig ungleichmäßigen Verteilung des Wärmetauscherfluids größer, weil das Wärmetauscherfluid in einer Spirale entlang der Vertiefungsbereiche 6 fließt.

Um die Rippen 2 und Vertiefungsbereiche 6 entsprechend kreuzen zu lassen, ist der Anordnungswinkel β der Vertiefungsbereiche 6 bevorzugt kleiner als der Steigungswinkel α der geradlinigen Rippenbereiche. Eine besonders wünschenswerte Anordnung resultiert, wenn der Winkel α 5 bis 20° ist und der Winkel β 0 bis 5° ist. Es muß nicht besonders hervorgehoben werden, daß diese Winkel beide absolute Winkel sind.

In dem Fall, in dem der äußere Durchmesser des Wärme­ tauscherrohres mit gerillter Innenwand weniger als 7 mm beträgt, ist der Winkel α bevorzugt 10 bis 15° und der Winkel β bevorzugt 0 bis 5°. In diesem Fall wird das Wärmetauscherfluid entlang der Vertiefungsbereiche 6 gedreht und über die Innenfläche des Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand verteilt, so daß eine übermäßig ungleichmäßige Verteilung des Wärmetauscherfluidsnicht auftritt, und die Wahrscheinlichkeit eines direkten Kontaktes zwischen der Metalloberfläche und dem Wärme­ tauschergas wird durch die Zickzackform der Rippen 2 größer. Darüberhinaus kann der Druckverlust reduziert und ein hoher Wärmetauscherwirkungsgrad erreicht werden. Andere Konstruktionen können identisch mit denen der ersten Ausführungsform sein.

Ausführungsform 3

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Das Kennzeichen dieser Ausführungsform ist, daß die Vertiefungsbereiche 6 entlang gedachter Linien, die in der Rohrachsenrichtung verlaufen und in der Umfangsrichtung meanderförmig, z. B. sinusförmig, sind, angeordnet sind. Mit dieser Anordnung fließt auch ein Teil des Wärmetauscherfluids meanderförmig entlang der Vertiefungsbereiche 6. Daher kann eine übermäßig ungleichmäßige Verteilung des Wärmetauscherfluids verhindert werden. Darüberhinaus, da die Vertiefungsbe­ reiche 6 so angeordnet sind, daß sie nicht mit der Rohrachsenrichtung übereinstimmen, können Probleme, die sich zum Zeitpunkt der Verformung des Metallstreifen in die Rohrform durch Profilwalzen nach dem Profilwalzen der Vertiefungsbereiche 6 ergeben können, dadurch daß die Querschnittsform des Metallstreifens eine vielfach gewinkelte Form annehmen kann, verhindert werden. Zudem hat die Anordnung der Vertiefungsbereiche 6 in einer Meanderform den Vorteil, daß, wenn eine Kraft von außen auf das Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand aufgebracht wird, ein geringeres Schadensrisiko gegeben ist. Andere Konstruktionen können identisch mit denen der vorhergehenden Ausführungsformen sein.

Es gibt keine besondere Einschränkung in bezug auf die Anzahl der gedachten Linien, jedoch werden typischer­ weise 4 bis 16 bevorzugt. Der Grund dafür ist der, daß bei einer zu kleinen Anzahl der Effekt der Druckredu­ zierung verfehlt wird und bei einer zu großen Zahl der inherente ausgezeichnete Effekt der zickzack-förmigen Rippen verloren geht. Die Vertiefungsbereiche 6 können auch so geformt sein, daß sie die Rippenbiegungsschei­ telpunkte 2A kreuzen, um so die jeweiligen Reihen der geradlinigen Rippenbereiche zu überbrücken. Darüberhi­ naus können sie auch nur für bestimmte Reihen der jeweiligen Reihen von geradlinigen Rippenbereichen geformt werden.

Die Periode und Amplitude der Meanderstrecke der gedachten Linie ist bevorzugt so, daß ein maximaler Winkel, begrenzt durch die gedachte Linie und die Rohr­ achse, innerhalb eines Bereiches liegt, der kleiner ist als der Steigungswinkel α der geradlinigen Rippenberei­ che. Der Grund dafür ist, daß es für eine zu starke Meanderform für die durch die Vertiefungsbereiche 6 fließende Wärmetauscherflüssigkeit schwierig wird, durchzufließen. Einige der Vertiefungsbereiche 6 können an den Rippenbiegungsscheitelpunkten 2A geformt werden, jedoch sollte deren Anzahl so gering wie möglich gehal­ ten werden.

Die gedachten Linien können parallel zueinander sein oder, wie in Fig. 6 gezeigt, mit linearer Symmetrie zu der Linie, die die Rippenbiegungsscheitelpunkte 2A verbindet, angeordnet sein. Der Fall der Anordnung mit linearer Symmetrie hat den Vorteil, daß sich dann eine geringere Tendenz bezüglich Abweichungen zwischen der Rollwalze und dem Metallstreifen während des Walzens der Vertiefungsbereiche 6 ergibt.

Ausführungsform 4

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Das Kennzeichen dieser Ausführungsform ist, daß die Vertiefungsbereiche 6 entlang gedachter Linien, die senkrecht zur Rohrachsenrichtung verlaufen, angeordnet sind. Mit dieser Anordnung fließt auch ein Teil des Wärmetauscherfluids entlang der Vertiefungsbe­ reiche 6, um durch die Rippen zu treten. Daher kann der Druckverlust reduziert und eine übermäßig ungleichmäßi­ ge Verteilung des Wärmetauscherfluids verhindert werden. Darüberhinaus, da die Vertiefungsbereiche 6 so angeordnet sind, daß sie nicht mit der Rohrachsenrich­ tung übereinstimmen, können Probleme, die sich zum Zeitpunkt der Verformung des Metallstreifen in die Rohrform durch Profilwalzen nach dem Profilwalzen der Vertiefungsbereiche 6 ergeben können, dadurch daß die Querschnittsform des Metallstreifens eine vielfach gewinkelte Form annehmen kann, verhindert werden. Zudem hat die Anordnung der Vertiefungsbereiche 6 in einer versetzten Form den Vorteil, daß, wenn eine Kraft von außen auf das Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand aufgebracht wird, eine geringeres Schadensrisiko gege­ ben ist. Andere Konstruktionen können identisch mit denen der vorhergehenden Ausführungsformen sein.

Ausführungsform 5

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausführungsform löst ein Problem der ersten Ausführungsform, d. h., ein Problem, das darin liegt, daß die Stabilität von Berei­ chen entlang der Anordnungslinien der Vertiefungsberei­ che reduziert ist. Das Kennzeichen der fünften Ausfüh­ rungsform ist eine Verstärkungsrippe 6A, die die Vertiefungsbereiche 6 miteinander verbindet. In dieser Ausführungsform ist besonders die obere Kantenfläche der Verstärkungsrippe 6A so geformt, daß sie die gleiche Höhe und auch die gleiche Breite hat wie die Bodenfläche der Vertiefungsbereiche 6. Die Quer­ schnittsform der Verstärkungsrippe 6A kann trapezförmig oder rechteckig sein oder auch kuppelartig. Darüberhi­ naus, wie in Fig. 10 gezeigt, kann eine sanft anstei­ gende Stirnfläche 10 an der Trogseite des Rippenbie­ gungsscheitelpunkt 2A geformt sein. Andere Konstruktio­ nen können identisch mit denen der vorhergehenden Ausführungsformen sein.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind einzeln beschrieben worden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die oben genannten Ausführungs­ formen beschränkt, und die Konstruktion der oben genannten verschiedenen Ausführungsformen können mitei­ nander in passender Weise kombiniert werden. Zum Beispiel kann die Verstärkungsrippe 6a der fünften Ausführungsform mit den zweiten bis vierten Ausfüh­ rungsformenkombiniert werden.

Claims (6)

1. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand, in welchem eine Vielzahl von Rippen (2) an einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres (1) in einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Zick­ zack-Anordnung geformt ist, und wenigstens ein Vertiefungsbereich (6) in wenigstens einem gerad­ linigen Bereich der Rippen (2) geformt ist.

2. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach Anspruch 1, in welchem der Vertiefungsbereich (6) entlang einer gedachten Linie, die in der axialen Richtung des Metallrohres (1) verläuft, angeordnet ist.

3. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach Anspruch 1, in welchem der Vertiefungsbereich (6) entlang einer spiralförmigen gedachten Linie, die gegenüber der Achse des Metallrohres (1) schräg verläuft, angeordnet ist.

4. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach Anspruch 1, in welchem der Vertiefungsbereich (6) entlang einer meanderförmigen gedachten Linie, die in der Umfangsrichtung oszilliert und in der Längsrichtung des Metallrohres (1) verläuft, ange­ ordnet ist.

5. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach Anspruch 1, in welchem der Vertiefungsbereich (6) entlang einer gedachten Linie, die in der Umfangs­ richtung des Metallrohres (1) verläuft, angeordnet ist.

6. Wärmetauscherrohr mit gerillter Innenwand nach Anspruch 1, in welchem der Vertiefungsbereich (6) nicht in Biegungsbereichen der Rippen (2) geformt ist.