DE7115225U - Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren - Google Patents

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DR.-ING. W. STUHLMANN — DlPL.-ING. R: WILL-ERT. DR.-ING. P. H.OID1MANN

AKTEN-NR. 271 Ihr Zeichen

483BOCHUM. 26.4.1974 Postschließfach 34 BO Fernruf 0 2331/14081 Bergstraße 1ΒΘ Telegr.: Stuhlmannpatent

R. & G. Schmöle, Metallwerke, Menden/Sauerland Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren

Die Neuerung betrifft ein Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren, welches außenseitig von dem zu kondensierender. Kältemittel beaufschlagt und innenseitig von Kühlwasser durchströmt ist und welches aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C besteht und das außenseitig mit vorzugsweise durch Walzen hergestellten Rippen versehen ist, wobei die Rippenhöhe höchstens 1,5 mm und die Rippendicke höchstens 0,4 mm beträgt, während die Rippenteilung sich auf höchstens 1,34 mm beläuft.

Es ist bekannt, daß unter bestimmten Bedingungen außenseitig mit Rippen versehene Wärmetauscherrohre wesentlich günstiger für die Wärmeübertragung von einem Medium auf das andere sind als unberippte Rohre. Mit Hilfe berippter Wärmetauscherrohre lassen sich vor allem vorhandene unterschiedliche Wärmeübergangsbedingungen der im Wärmeaustausch stehenden Medien zumindest aneinander annähern, wenn nicht sogar ausgleichen. Zum Beispiel strömt bei einem Kältemittel-Kondensator für halogenierte Kohlenwasserstoffe als Kältemittel (Preon) das die Rohre innenseitig durchströmende Kühlmittel (Wasser) im allgemeinen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 bis 4,5 m/s durch das System aus Wärmetauscherrohren, während das die Rohraußenseite umspülende dampfförmige Kältemittel auf der Rohroberfläche kondensiert. Die Stoff werte der halogenierten Kohlenwasserstoffe, insbesondere ihre Wärmeleitfähigkeit, bedingen einen verhältnismäßig geringen Wärmeübergang im Vergleich zu dem auf der Rohrinnenseite strömenden,

aus Wasser bestehenden Kühlmittel. Auf der Seite des schlechterer. Wärmeübergangs - nämlich der Außenseite des Warmetauseherrohres - hat man daher bereits eine Berippung vorgesehen, um dort die wärmeübertragende Außenflache des Wärmetauscherrohres zu vergrößern und über diese vergrößerte Fläche den schlechteren Wärmeübergangswert des kondensierenden Kältemittels auszugleichen.

Abgesehen von den durch die Eigenschaften der im Wärmeaustausch stehenden Medien bedingten Wärmeübergangswerten und den herrschenden Temperaturbedingungen ist bei einem Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren die Geometrie der Kondensationsoberfläche, d.h. der Rohraußenseite, bestimmend für die Höhe des Wärmeübergangswertes auf die Außenseite des Wärmetau sehe it öhres. Für glatte Wärmetauscherrohre ist als charakteristische Länge (Abströmlänge des anfallenden Kondensates) der Rohrdurchmesser bei horizontaler Anordnung des Rohres, die hier zugrundegelegt wirdj maßgebend. Die Bedingungen für die charakteristische Abströmlänge werden günstiger, d.h. die charakteristische Abströmlänge wird kleiner, wenn das Wärmetauscherrohr außenseitig mit Rippen versehen wird. Und zwar wird die Abströmlänge entlang der Rippe kleiner und damit günstiger als am Kernrohr. Aus den WärmeübergangsVerhältnissen am Kernrohr einerseits und den Rippen andererseits läßt sich ein äquivalenter Durchmesser des Rippenrohres definieren, der kleiner ist als der Durchmesser eines Glattrohres. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß ein außenseitig beripptes Wärmetauscherrohr für einen Kältemittel-Kondensator eine wesentlich höhere Kühl- oder Kondensationsleistung besitzt, als ein Glattrohr gleicher Abmessungen.

Wärmetauscherrippen werden in der verschiedensten Weise auf die Kernrohre aufgebracht. So ist es bereits beispielsweise bekannt, Wärmetauscherrohre durch Walzen mit schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen zu versehen. Solche Wärmetauscherrohre zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine einwand-

freie wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kernrohr und den Rippen besitzen, daß sie sich einwandfrei biegen lassen und daß sie eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichen.

Die zur Verbesserung der Wärmeübertragungsbedingungen mit Hilfe von Wärmetauscherrippen angestrebte Vergrößerung der wärmetauschenden Flächen auf der Rohraußenseite kann über die Rippenhöhe, die Rippendicke und die Rippenteilung sehr unterschiedlich gestaltet werden. Bei den hier zu betrachtenden gewalzten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren hat man bislang unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit des metallischen Werkstoffes, aus denen die Wärmetauscherrohre hergestellt sind, eine Rippenhöhe von etwa 1,5 bis 1,6 mm - im allgemeinen 1,59 mm = l/l6" - bei einer Rippenteilung von etwa 1,3^ oder 1,59 "ü" (19 oder 16 Rippen/Zoll) gewählt; während ηιειη den Rippen eine Dicke von etwa 0,4 mm gegeben hat. Diese AbmessungsVerhältnisse hinsichtlich der Rippenhöhe, der Rippenteilung; und der Rippendicke hat man unabhängig davon angewandt, ob die Wärmetauscherrohre aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, wie z.B. Kupfer, oder aber einem metallischen Werkstoff hergestellt waren, der gegenüber Kupfer eine geringere Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 100 kcal/ mh°C, besitzt. Hierbei war überdies in der Fachwelt die Auffassung vorhanden, daß man bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren eine Rippenteilung von 1,Jh mm (19 Rippen/Zoll) nicht unterschreiten darf, da man anderenfalls wegen zu kleinen Rippenabstandes eine Kapillarwirkung befürchtete, durch die der Wirkungsgrad beeinträchtigt wird. Auch war man offenbar der Auffassung, daß bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren ~ unabhängig von dem Wärmeleitvermögen des metallischen Werkstoffes, aus dem diese Rippenrohre hergestellt sind - eine Mindesthöhe der Rippen von etwa 1,5 mm nicht unterschritten werden darf, weil man anderenfalls ebenfalls eine unzulässige Verringerung des Wirkungsgrades befürchtete.

Des weiteren war bislang der Fachwelt die Erkenntnis völlig fremd, daß die zweckmäßigste und vorteilhafteste Rippen-

geometrie, d.h. die optimalen Werte von Rippenhöhe, Rippenteilung und Rippendicke, bei Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren von dem Wärmeleitvermögen des Jeweils für die Rohrherstellung verwendeten metallischen Werkstoffes abhängig ist. Man hat daher bislang bei gewalzten Warmetauscherrohren aus metallischen Werkstoffen, die gegenüber Kupfer eine geringere Wärme leitfähigkeit, nämlich nur bis zu etwa 100 kcal/mh°C, besitzen, genau dieselben Rippenhöhen, Rippenteilungen und Rippendicken angewandt, wie bei aus Kupfer oder ähnlich gut wärmeleitenden me- * tallischen Werkstoffen hergestellten Rippenrohren. Bei den vorerwähnten, nur eine Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C aufweisenden Werkstoffen für die Herstellung von Warmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren handelt es sich vor allem um Messinglegierungen, wie z.B. CuZn 28 Sn und CuZn 20 Al, Kohlen stoff stähle, rostfreie Stähle, wie z-B, Chrom-Nickel-Stähle, Kupfer-Nickel-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Zinn-Legierungen und ähnliche Legierungen, die eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 10 und 90 kcal/mh°C besitzen. Diese Werkstoffe besitzen eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer und sind außerdem teilweise gegenüber Kupfer wesentlich schwerer verformbar, werden jedoch trotzdem für bestimmte Korrosionsbedingungen vielfach Kupfer vorgezogen.

Die bekannten Wärmetauscherrohre für Kältemittel-Kondensatoren mit den vorerwähnten, bislang unabhängig von den Eigenschaften des verwendeten Werkstoffes benutzten Abmessungsverhältnisse, welche aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C bestehen, besitzen den wesentlichen Nachteil, daß bei ihnen der Werkstoff im Hinblick auf die Wärmeübertragung bei weitem nicht ausgenutzt wird. Dies bedeutet, daß bei den bekannten Wärmetauscherrohren dieser Art wesentlich mehr Werkstoff für die Herstellung der Rippen verwendet wird als zur Erzielung gleicher Wärmeübertragungsleistung tatsächlich erforderlich Ist. Dies hat zunächst zur Folge, daß die Rohre erheblich schwerer sind als sie eigentlich

zu sein brauchten. Außerdem sind die Außenabmessungen dieser bekannten Wärmetauscherrohre erheblich größer als dies an sich erforderlich wäre, so daß sie einen entsprechend großen P.latzbedarf besitzen. Daher sind auch die Abmessungen der Kältemittel-Kondensatoren, in denen diese Wärmetauscherrohre verwendet werden, größer als dies eigentlich erforderlich wäre, wodurch die Einbaumöglichkeiten dieser Kältemittel-Kondensatoren beeinträchtigt werden. Außerdem wird bei der Herstellung der bekannten Wärmetauscherrohre der vorstehend beschriebenen Art eine viel zu große Werkstoffmenge verbraucht, die bei weitem nicht ausgenutzt wird und daher eingespart werden könnte.

Die vorstehend beschriebenen bekannten gewalzten Wärmetauscherrohre für Kältemittel-Kondensatoren sind somit schon allein wegen ihres hohen Gewichtes, ihres großen Platzbedarfes und ihres hohen Materialverbrauchs unwirtschaftlich. Diese Nachteile sind die Folge davon, daß die Rippenhöhe und die Rippendicke bei den bekannten Wärmetauscherrohren zu groß bemessen ist und infolgedessen mehr Werkstoff aufgewendet wird als zur Übertragung der gleichen Wärmemenge notwendig und zur Erzielung der erforderlichen mechanischen Festigkeit unbedingt benötigt wird. Außerdem hat man bei diesen bekannten Wärmetaubcherrohren aber auch die Rippenteilung wegen der befürchteten Kapillarwirkung zu groß gewählt.

Vor allem durch die zu große Rippenhöhe,, aber auch durch die zu große Rippendicke, ergeben sich bdrächtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung der gewalzten Wärmetauscherrohre bekannter Bauart, was zu einer relativ hohen Ausschußquote führt. So kommt es z.B. beim Walzvorgang leicht zu einem Aufreißen der Rohre, weil diese während des Walzvorganges erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Außerdem wird mit zunehmender Rippenhöhe auch der Werkstoff im Bereich der äußeren Rippenkanten, zunehmend stark beansprucht, was häufig zu Rissen in den äußeren Bereichen der Rippen führt. Man benötigt wegen der großen Rippenhöhe und Rippendicke als Ausgangsmaterial für

den WalzvorÖang Rohre mit verhältnismäßig dicker Wand, wobei dann der Verformungsgrad des Materials sehr hoch ist. Die Rippendicke konnte deshalb bei den bekannten Wärmetauscherrohren nicht verringert werden, weil wegen der relativ großen Rippenhöhe bei einer geringeren Rippendicke Schwierigkeiten bei der Verformung während des Walzens der Rippenrohre aufgetreten wären. Der bei den bekannten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren erforderliche hohe Verformungsgrad bedingt naturgemäß Walzmaschinen größerer Antriebsleistung und stabilerer Ausfüh- ■f rung, was wiederum die Investitionskosten und die Betriebskosten erheblich ansteigen läßt. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Walzgeschwindigkeit beim Herstellen der Rippen wegen des größeren Verformungsgrades aufgrund der relativ hohen und dicken Rippen relativ niedrig gehalte* v/erden muß, so daß auch die Fertigungszeit verhältnismäßig lang ist, was sich ebenfalls auf die Herstellungskosten der bekannten Wärmetauscherrohre für Kältemittel-Kondensatoren nachteilig auswirkt.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren, die aus einem Met* 1 oder einer Metallegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C bestehen und außenseitig mit vorzugsweise durch Walzen hergestellten Rippen versehen sind, eine Optimierung der Wärmeübertragungsleistung bezogen auf das Gewicht des Rippenrohres bzw. die für die Herstellung des Rippenrohres benötigte Materialmenge zu erreichen, d.h. eine möglichst hohe Viärmeübertragungsleistung bei möglichst geringem Materialeinsatz zu erreichen. Gleichzeitig soll eine einfachere und billigere Herstellung derartiger Wärmetauscherrohre mit einem geringeren Verformungsaufwand sowie eine Verminderung des Ausschußanteils erreicht werden.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Rippenhöhe beträgt etwa 0,8 bis 1,25 mm, vorzugsweise etwa 1,0 mm,

b) die Rippendicke beträgt etwa 0,2 bis 0,3 nun,

c) die Rippenteilung ist kleiner als 1,3^ mm (mehr als 19 Rippen pro Zoll).

Bei dem neuerungsgemäßen Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren, das aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C besteht, ist sowohl die Rippenhöhe als auch die Rippendicke sowie auch die Rippenteilung wesentlich kleiner bemessen als bei den bislang bei Kältemittel-Kondensatoren verwendeten Rippenrohren, bei denen man unabhängig von dem Wärmeleitvermögen des tür ihre Herstellung verwendeten metallischen Werkstoffes die Rippenhöhe, die Rippendicke und die Rippenteilung jeweils gleich, und zwar wesentlich größer bemessen hat als dies die neuerungsgemäße Kombination vorschlägt.

Von der Neuerung wurde erstn Is erkannt, daß man zur Optimierung der Wärmeübertragungsleistung - bezogen auf das Rippenrohr-Gewicht bzw. die für die Herstellung des Rippenrohres verwendete Materialmenge - bei metallischen Werkstoffen mit einem Wärmeleitvermögen bis zu 100 kcal/mh°C für die Rippenhöhe, die Rippendicke und die Rippen *· ei lung Werte anwenden muß, die jeweils wesentlich niedriger liegen als die bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren bislang verwendeten Werte für die Ripperhöhe, die Rippendicke und die Rippenteilung. Bislang war der Fachwelt die Erkenntnis völlig fremd, daß man zur Lösung der der Neuerung zugrundeliegenden Aufgabe von den bislang bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren üblichen Werten für die Rippenhöhe, die Rippendicke und die Rippenteilung völlig abweichende Werte dann anwenden muß, wenn die Rippenrohre aus einem metallischen Werkstoff mit gegenüber Kupfer wesentlich geringerem Wärmeleitvermögen bis zu etwa 100 kcal/mh°C hergestellt werden. Hierbei mußte ferner von der Neuerung eine in der Fachwelt offensichtlich

bestehende Voreingenommenheit hinsichtlich der einzuhaltenden Mindestwerte beim Rippenabstand und bei der Rippenhöhe von Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren überwunden werden. Außerdem bedurfte es eines glücklichen Griffes aus der Fülle der vorhandenen Möglichkeiten, um aus diesen die durch den Stand der Technik in keiner Weise nahegelegte, neuerungsgemäß vorgeschlagene Kombination von Rippenhöhe, Rippendicke und Rippenteilung auszuwählen.

Von der Neuerung wurde erkannt, daß die- bislang bei Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren verwendete Rippenhöhe von 1,5 bis 1,6 mm bei den in Rede stehenden Werkstoffen mit ein«r Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C viel zu groß gewählt ist. Dies verursacht einen völlig überflüssigen Materialaufwand, da eine derart große Rippenhöhe bei metallischen Werkstoffen der angegebenen Art dann, wenn gemäß d^¹- Neuerung das Wärmetauscherrohr außenseitig von dem zu kondensierenden Kältemittel beaufschlagt und innenseitig von Kühlwasser durchströmt ist, nicht ausgenutzt wird. Es wurde vielmehr erkannt, daß die in der Zeiteinheit übertragene Wärmemenge bei metallischen Werkstoffen der angegebenen Art und dem bestimmten Anwendungsfall der Neuerung auch dann die gleiche bleibt, wenn die Rippenhöhe wesentlich niedriger als bisher gehalten wird und nur etwa 0,8 bis 1,25 mm, vorzugsweise etwa 1,0 mm, beträgt. Der Grund hierfür liegt vor allem darin, daß die Wärmeleitfähigkeit der in Rede stehenden Werkstoffe nicht ausreicht, um eine genügend große Wärmemenge von dem äußeren Randbereich der Rippen bis zu der vom Kühlwasser beaufschlagten Innenwandung des Wärmetauscherrohres zu leiten. Der Wärmeleitwlderatand der in Rede stehenden Werkstoffe 1st vielmehr so groß, daß die äußeren Randabschnitte der Rippen bei den bokfcumten Wärmetauscherrohren für die Wärmeübertragung von dem kondensierenden Kältemittel auf das die Rohre innenseitig durchströmende Kühlwasser kaum nutzbar gemacht werden können. Von dar Neuerung ist somit erkannt worden, daß die durch die größere Rippenhöhe bei den bekannten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren vorhandene größere

Wärmetauscherfläche bei Herstellung derartiger Wärmetauscherrohre aus metallischen Werkstoffen mit einem Wärmeleitvermögen bis zu etwa 100 kcal/mh°C nutzlos ist.

Eine geringfügige Verbesserung könnte man zwar dadurch erzielen, daß man die Rippendicke gegenüber dem beanspruchten Bereich vergrößert, was jedoch den Nachteil hätte, daß man die Rippenteilung größer wählen und damit die Anzahl der Rippen je Längeneinheit des Rohres verkleinern müßte, wodurch die insgesamt zur Verfugung stehende wärmetauschende Oberfläche auf der Außenseite des Wärmetauscherrohres entsprechend verringert würde. Außerdem wirkt sich eine Vergrößerung der Rippendicke auf die Verbesserung eines Rechenwertes für den Rippenwirkungsgrad der betreffenden Rippe in geringerem Maße aus als die Veränderung der Rippenhöhe. Die neuerungsgemäß vorgeschlagene Abmessungsverhältnisse für Wärmetauschsrrohre für Kältemittel-Kondensatoren mit durch Walzen hergestellten Rippen, die aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh°C bestehen, bilden ein Optimum, bei dem bei geringstem Materialaufwand eine größtmögliche Wärmemenge von einem die Rohre außenseitig beaufschlagenden dampfförmigen Kältemittel auf das die Rohre innenseitig durchströmende Kühlwasser übertragen wird.

Die neuerungsgemäße Ausbildung des Wärmetauscherrohres für Kältemittel-Kondensatoren hat somit den Vorteil, daß bei gleicher Leistung eine wesentlich geringere Menge des meist verhältnismäßig teuren Werkstoffes für die Herstellung der Rohre gebraucht wird, was sich vorteilhaft auf den Herstellungspreis auswirkt. Außerdem hat der geringere Materialaufwand auch ein geringeres Gewicht des Wärmetauscherrohres zur Folge, so daß die Halterungen, das Gehäuse od. dgl. der Geräte, in denen das neuerungsgemäße Wärmetauscherrohr verwendet wird, wesentlich leichter gebaut werden können und auch hierbei Gewicht, Werkstoff und Kosten eingespart werden. Ferner nimmt das neuerungsgemäße Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren wegen der geringeren Rippenhöhe wesentlich weniger Platz in Anspruch, so

daß die Geräte, in die dieses Wärmetauscherrohr eingebaut wird, einen geringeren Platzbedarf haben und sich infolgedessen beim Einbau wesentlich leichter unterbringen lassen.

Die geringere Rippenhöhe erleichtert auch die Fertigung des Wärmetauscherrohres, selbst wenn dieses aus relativ schwer verformbaren Werkstoffen, wie z.B. rostfreiem Stahl, hergestellt wird, erheblich, weil der Verformungsgrad beim Walzen bei geringerer Rippenhöhe naturgemäß niedriger liegt. Infolgedessen ist ein Reißen des Wärmetauscherrohres während des WalζVorganges nicht zu befürchten. Ebenso werden die äußeren Randabschnitte der durch Walzen hergestellten Rippen bei weitem nicht so hoch beansprucht, daß sie einreißen, wie dies bei den bekannten Wärmetauscherrohren vorkommt. Infolgedessen ist die Ausschußquote bei der Herstellung des neuerungsgemäßen Wärmetauscherrohres wesentlich niedriger und kaum nennenswert. Außerdem kann man bei dem neuerungsgemäßen Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren mit einer wesentlich geringeren Ausgangswandstärke des noch ungewalzten Rohres auskommen, was ebenfalls verdeutlicht, daß der Verformungsgrad beim Walzen und die Menge des erforderlichen Werkstoffes wesentlich geringer ist als bei den bekannten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren. Ferner läßt sich die Walzgeschwindigkeit wesentlich erhöhen, so daß die Herstellungszeit kürzer ist, was sich ebenfalls vorteilhaft auf den Herstellungspreis auswirkt. Schließlich ist es möglich, wegen des niedrigeren Verformungsgrades mit Walzmaschinen geringerer Leistung auszukommen, was sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten dieser Maschinen erheblich senkt.

Da - wie bereits dargelegt - die Rippendicke keinen nennenswerten Einfluß auf die Menge der übertragenen Wärme hat, ist die Rippendicke bei dem neuerungsgemäßen Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren ebenfalls erheblich geringer als bei den bekannten Wärmetauscherrohren dieser Art. Die Rippendicke ist nach obeu hin dadurch begrenzt, daß eine Vergrößerung der

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Rippendicke über einen Wert von etwa 0,3 mm hinaus nur noch eine derart geringe Steigerung der Wärmeübertragung bewirkt, daß sich der dazu erforderliche Materialaufwand nicht mehr auszahlt. Wegen der gegenüber den bekannten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren wesentlich geringeren Rippenhöhe ist es überdies bei dem neuerungsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscherrohr ohne weiteres möglich, die Rippendicke wesentlich kleiner zu bemessen als bei den bekannten Bauarten, da trotz einer wesentlich geringeren Rippendicke bei der durch Walzen erfolgenden Herstellung der Rippen keine unzulässigen Verformungen der Rippen, insbesondere kein Einreißen der äußeren Randabschnitte der Rippen, befürchtet zu werden brauchen. Nach unten hin ist die Rippendicke durch die Fertigungsmöglichkeiten und durch die Mindestanforderungen an die mechanische Festigkeit der Rippen begrenzt. Es sollten deshalb etwa 0,2 ram nicht unterschritten werden*

Außer durch die Rippenhöhe und die Rippendicke läßt sich die wärmetauschende Fläche pro Meter Wärmetauscherrohr noch durch die Rippenteilung verändern. Infolge der gegenüber den bekannten Wärmetauscherrohren für Kältemittel-Kondensatoren wesentlich kleineren Rippenteilung des neuerungsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscherrohres und der dadurch bewirkten erheblichen Vergrößerung der Anzahl der Rippen je Längeneinheit des Rohres wird die wärmetauschende Fläche je Längeneinheit des Rohres wesentlich vergrößert. Von der Neuerung wurde erkannt, daß sich optimale Verhältnisse bei den von der Neuerung vorgeschlagenen Werten für die Rippenhöhe und die Rippendicke dann ergeben, wenn die Rippenteilung kleiner als 1,34 mm gewählt ist, was einer Rippenzahl von mehr als 19 Rippen pro Zoll entspricht. Hierbei wurde außerdem erkannt, daß die von der Fachwelt bislang gehegte Befürchtung, daß bei Untersehreitung einer Rippenteilung von 1,3^ mm (I/19 Zoll) sich infolge Kapillarwirkung eine Verschlechterung der Wärmeübertragung bzw. ein Haften des die Rippenrohre außenseitig beaufschlagenden zu kondensierenden Kältemittels zwischen den Rippen ergeben würde, jedenfalls bei der neuerungsgemäß vorgeschlagenen sehr geringen Rippenhöhe von nur etwa 0,8 bis 1,25 mm unbegründet ist.

Die neuerungsgemäß vorgeschlagene sehr enge Rippenteilung hat zur Folge, daß die wärmetausehende Oberfläche je Längeneinheit des Rohres wesentlich größer ist als bei den bekannten Bauarten. Nach unten hin ist die Rippenteilung allerdings dadurch begrenzt, daß sich bei einer sehr engen Teilung von z.B. 0,7 bis 0,8 mm bei den vorgeschlagenen Werten der Rippenhöhe und Rippend?cke infolge einer dann offenbar auftretenden Kapillarwirkung die äußere Beaufschlagung der wärmetauschenden Oberfläche verschlechtert. Es empfiehlt sich daher im allgemeinen, die Rippenteilung nicht kleiner als etwa 0,8 bis 0,9 mm zu ** wählen. Eine Vergrößerung der Rippenteilung auf 1,^4 mm und mehr (19 und weniger Rippen pro Zoll) führt einerseits zu einer unerwünschten Verkleinerung der wärmetauschenden Außenfläche des Rohres und ist auch deshalb nachteilig, weil dann keine Verbesserung der Beaufschlagung der Rippen durch das die Rohre außenseitig beaufschlagende dampfförmige Kältemittel mehr eintritt, sondern lediglich Rohrlänge verschenkt wird.

Die neuerungsgemäß vorgeschlagene Kombination einer gegenüber den bislang bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren angewendeten Werten wesentlich geringeren Rippenhöhe, Rippendicke und Rippenteilung bei Herstellung derartiger Rippenj rohre aus metallischen Werkstoffen mit einem Wärmeleitvermögen

von weniger als 100 kcal/mh°C findet im Stand der Technik keinerlei Vorbild. Die Neuerung ist vielmehr mit der von ihr vorgeschlagenen Pippengeometrie in einen bislang von der Fachwelt völlig ausgesparten Bereich hineingestoßen, wobei es eines besonders glücklichen Griffes aus der Fülle der vorhandenen Kombinationsmöglichke. ten bedurft hat, um bei geringäbnöglichem Materialeinsatz ein Optimum an Wärmeübertragungsleistung zu erzielen. Bislang war der Fachwelt der Gedanke völlig frema, bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren die Rippenhöhe, die Rippendicke und die Rippenteilung in ganz besonderer Weise auf das Wärmeleitvermögen des jeweils verwendeten Rohrwerkstoffes abzustimmen, um auf diese Weise das Verhältnis zwischen Wärmeübertragungsleistung und Materialverbrauch zu optimieren. Um zu der

neuerungsgemäß vorgeschlagenen Kombination einer gegenüber den bislang gebräuchlichen Werten wesentlich geringeren Rippenhöhe, Rippendicke und Rippenteilung bei einem Rippenrohr für Kältemittel-Kondensatoren zu gelangen, bedurfte es ferner der Überwindung der in der Fachwelt offenbar vorhandenen Voreingenommenheit, daß bei derartigen Rippenrohren die bislang gebräuchlichen größeren Rippenhöhen und Rippenteilungen nicht unterschritten werden dürfen. Die Neuerung ist unter Überwindung dieser Voreingenommenheit in einen weder im Schrifttum noch in der Praxis als in Betracht kommend angesehenen, bislang niemals ausgenutzten freien Bereich hineingestoßen, durch dessen Erschließung - was offensichtlich bislang nicht erkannt worden ist - ganz besondere Vorteile erzielt werden. Hierbei ist außerdem zu berücksichtigen, daß es sich bei dem neuerungsgemäß vorgeschlagenen Wärmetauscherrohr um einen in außerordentlich großen Längen hergestellten ausgesprochenen Massenartikel handelt, bei welchem allein die erzielte große Materialersparnis bei gleicher Wärmeübertragungsleistung als erhebliche Bereicherung der Technik angesehen werden muß. Mit der neuerungsgemäß vorgeschlagenen Kombination einer gegenüber den bisherigen Rohren wesentlich geringeren Rippenhöhe, Rippendicke und Rippenteilung ist die Neuerung in technisches Neuland vorgestoßen und hat einen bislang völlig ausgesparten Bereich der Rippengeometrie erschlossen, durch den bei einem ausgesprochenen Massenartikel nicht hoch genug einzuschätzende Vorteile erreicht werden. Ohne Präge war es nicht vorhersehbar, daß man durch die neuerungsgemäß vorgeschlagene Kombination bei Rippenrohren für Kältemittel-Kondensatoren, die aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einem Wärmeleitvermögen bis zu etwa 100 kcal/mh°C bestehen, allein durch Änderung der Rippengeometrie gegenüber den bekannten Rohrformen auf der einen Seite eine erhebliche Materialmenge einsparen und damit die Herstellung erheblich verbilligen und vereinfachen kann, während man andererseits trotzdem die gleiche Warnieubertragungsleistung erzielt.

Infolge der außerordentlich großen Anzahl von vorhandenen Kombinationsmöglichkeiten für die Rippenhöhe, die Rippen-

dicke und >$.e Rippenteilung war es ferner nicht möglich, zu der neuerungsgemäß vorgeschlagenen Kombination durch systematische Versuche zu gelangen, zumal hierzu eine außerordentlich große Anzahl von Versuchen notwendig gewesen wäre, die insgesamt einen technisch und wirtschaftlich völlig untragbaren Aufwand verursacht hätten. Außerdem sind die Verhältnisse bei Rippenrohren der neuerungsgemäßen Art nicht mehr rechenbar. Es bedurfte daher, um zu der neuerungsgemäß vorgeschlagenen Kombination, die ein Optimum hinsichtlich des Verhältnisses zwischen V/ärtneübertragungsleistung und Materialaufwand darstellt, zu gelangen, eines glücklichen Griffes aus der Fülle der vorhandenen Möglichkeiten, d.h. einer über das normale Fachkönnen hinausgehenden Leistung. Hierbei war es weder vorhersehbar noch rechenbar, wie die Kombination der Rippenhöhe, der Rippendicke und Φ· ,· Rippenteilung sowie auch die besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Werkstoffes das Warmeübergangsgeschehen tatsächlich beeinflussen würde.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß dann, wenn das Rohr und seine Rippen in an sich bekannter Weise aus ein Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 10 bis 50 kcal/ mh°C bestehen, die Rippenhöhe etwa 0,8 bis 1,0 mm beträgt. Demgegenüber empfiehlt es sich dann., wenn das Rohr und seine Rippen in an sich bekannter Weise aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 50 bis 90 kcal/mh°C bestehen, die Rippenhöhe auf etwa 1,0 bis 1,25 ram bemessen wird. Hieraus ergibt sich, daß bei einer höheren Wärmeleitfähigkeit des Rohr- und Rippenwerkstoffes auch die Rippenhöhe zweckmäßigerweise größer bemessen wird, während sie bei geringerer Wärmeleitfähigkeit entsprechend niedriger zu halten ist. Eine Vergrößerung der Rippenhöhe über die vorstehend genannten Werte würde bei einem Werkstoff relativ geringer Wärmeleitfähigkeit bei Kältemittel-Kondensatoren keine nennenswerte Verbesserung der pro Zeiteinheit übertragenen Wärmemenge mit sich bringen.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung liegt die Rippenteilung zwischen 1,34 und 0,975 mm. die einer Rippenzahl von 19 bis 26 Rippen pro Zoll entspricht. Eine an der oberen Grenze dieses Bereiches in der Nähe von etwa 1,34 ^mm liegende Rippenteilung wird man in erster Linie bei relativ schwer verformbaren Werkstoffen, wie z.B. Kohlenstoff-Stahl und Chrom-Nickel-Stahl, wegen der bei diesen Werkstoffen im allgemeinen verwendeten, etwas größeren Rippendicke von etwa 0,3 mm anwenden, während man bei leichter verformbaren Werkstoffen, wie z.B. Messing-Legierungen und Zinnbronzen, eine kleinere Rippenteilung von beispielsweise 0,975 nun (entsprechend 26 Rippen pro Zoll) anwenden wird, da bei derartigen Werkstoffen wegen ihrer besseren Verformbarkeit die Rippendicke wesentlich kleiner gehalten werden kann als bei relativ schwer verformbaren Werkstoffen und nur etwa 0,2 mm zu betragen braucht.

In der Zeichnung ist ein kurzer Längenabschnitt eines neuerungsgemäßen Wärmetauscherrohres 1 für Kältemittel-Kondensatoren im Längsschnitt dargestellt. Wie deutlich erkennbar, besitzt das mit 2 bezeichnete Kernrohr Wärmetauscherrippen 3* die einstückig mit dem Kernrohr 2 ausgebildet und durch Walzen eines glatten Rohres hergestellt sind. Die Rippen 3 umgeben das Kernrohr 2 schraubenlinienförmig, was in der Zeichnung nicht zu erkennen ist. Demgegenüber veranschaulicht die Zeichnung jedoch die Rippenhöhe h, die Rippendicke d und die Rippenteilung t. Das Wärmetauscherrohr 1 ist außenseitig von einem dampfförmigen Kältemittel, beispielsweise halogeniertem Kohlenwasserstoff, beaufschlagt, während es innenseitig von Kühlwasser durchströmt wird.

Claims (4)

DR.-ING. W. STUHLMANN - DiPL.-IMG. R. WILLERT DR.-!NG. P. HOIDTMANN AKTEN-NR. Ihr Zeichen 4 63 BOCHUM,^· 4· Posiicnlleßfac!-. 2A5O Fernruf O 2331/1 4O61 Bergstraße 159 Telegr.: Stuhlmannpatent XY/Di R. & G. Schmöle, Metall· werke, Menden/Sauerland Schutzansprüche;

1. Wärmetauscherrohr für Kältemittel-Kondensatoren, welches außenseitig von dem zu kondensierenden Kältemittel beaufschlagt und innenseitig von Kühlwasser durchströmt ist und welches aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 100 kcal/mh^o^ besteht und das außenseitig mit vorzugsweise durch Walzen hergestellten Rippen versehen ist, wobei die Rippenhöhe höchstens 1,5 mm und die Rippendicke höchstens 0,4 mm beträgt, während die Rippenteilung sich auf höchstens 1,34 mm beläuft, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Rippenhöhe (h) beträgt etwa C S - 1,25 mm* vorzugsweise etwa 1,0 mm,

b) die Rippendicke (d) beträgt etwa 0,2 - 0,3 mm,

c) die Rippenteilung (t) ist kleiner als 1,34 mm (mehr als 19 Rippen pro Zoll).

2. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß das Rohr ( 1 ) und seine Rippen (3) in an sich bekannter Weise aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 10 bis 50 kcal/mh°C bestehen und daß die Rippenhöhe etwa 0,8 bis 1,0 mm beträgt.

3. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (1) und seine Rippen (3) in an sich bekannter Weise aus einem Werkstoff mit einer

Wärmeleitfähigkeit von etwa ^O bis 90 kcal/mh C bestehen und daß die Rippenhöhe (h) etv/a 1,0 bis 1,25 mm beträgt.

4. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenteilung (t) zwischen 1,34 und 0,975 mm (19 bis 26 Rippen pro Zoll) liegt.