EP0798529B1 - Wärmeaustauscherrohr - Google Patents

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EP0798529B1
EP0798529B1 EP97103505A EP97103505A EP0798529B1 EP 0798529 B1 EP0798529 B1 EP 0798529B1 EP 97103505 A EP97103505 A EP 97103505A EP 97103505 A EP97103505 A EP 97103505A EP 0798529 B1 EP0798529 B1 EP 0798529B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
ribs
exchanger tube
tube according
primary
troughs
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97103505A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0798529A1 (de
Inventor
Ulrich Dipl.-Ing. Naumann
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KM Europa Metal AG
Original Assignee
KM Europa Metal AG
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Filing date
Publication date
Application filed by KM Europa Metal AG filed Critical KM Europa Metal AG
Publication of EP0798529A1 publication Critical patent/EP0798529A1/de
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Publication of EP0798529B1 publication Critical patent/EP0798529B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/04—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by preventing the formation of continuous films of condensate on heat-exchange surfaces, e.g. by promoting droplet formation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

Definitions

  • the invention relates to an exchanger tube for a heat exchanger according to the features in the preamble of the claim 1.
  • the troughs running through the ribs also run at an angle deviating from 90 ° to the pipe longitudinal axis.
  • the flanks of the troughs are convex.
  • the transitions from the flanks on the flat bottoms of the troughs and on the flat head sides of the rib areas between two neighboring hollows of a rib are sharp-edged educated.
  • the depth of the troughs is smaller than the radial one Dimension of the ribs. All troughs are of the same depth educated. In the production of the troughs, this becomes the Deformed material ribs in the front of the troughs Channels deformed into it.
  • the production of the known exchanger tube takes place in preferably in that first in a rolling process the structure of the later inner surface on one side a metal band, then the metal band a slotted tube with an internal surface structure is formed and then the slot edges are welded become.
  • the invention is based on the prior art Task, an exchanger tube with an inner To create surface structure, with which a clearly more intensive flow through the channels can be guaranteed can and take advantage of an equally good Evaporation or condensation performance with reduced Connect rib weight.
  • the embodiment of claim 2 provides that on the one hand all primary ribs and on the other hand all secondary ribs each have the same radial extent. This means, all primary ribs have the same height as well all secondary ribs have the same height.
  • the primary ribs and the secondary ribs at an angle ⁇ 20 °, however ⁇ 90 ° to the pipe longitudinal axis.
  • the features of claim 4 are of particular advantage connected that when pulling in an exchanger tube, e.g. in the fins of a heat exchanger, in particular by Widening by means of a moving through the exchanger tube Tool, the rounded tops of the primary ribs and the Secondary ribs are only slightly flattened. To this Wise is the formation of difficult to tear open Effectively counteracted condensate films.
  • the features of claim 5 also contribute decisively to ensure that the heat exchange between the in the exchanger tube flowing fluid and the wall of the exchanger tube is optimized.
  • a slim rib contour is characterized by the features of the claim 6 scored. Then the flank angle is Primary ribs and the secondary ribs 20 ° to 40 °, preferably 25 °.
  • the size of the radial extension of the primary ribs moves advantageous according to claim 9 between about 0.15 mm and 0.40 mm.
  • the cross-sectional area ratio of the primary ribs relative to the secondary ribs plays to achieve a particularly good heat transfer play an important role.
  • the area ratio of the primary ribs to that of the secondary ribs approximately like 15: 1 to 5: 1, preferably 8: 1 to 6: 1.
  • At least the soles of the channels roughened. It is also conceivable to roughen everyone Surfaces of the primary and secondary ribs. Here it can is a micro roughness. Such Roughness is particularly evident in condensation and Evaporation of refrigerants is noticeable when the exchanger tube integrated into a corresponding heat exchanger becomes.
  • the micro roughness makes it possible due to the large fin surfaces for effective evaporation advantageous large number of projections, edges, tips and to provide depressions as vapor bubble nuclei without that on the other hand larger quantities of material for this would be required.
  • the Depth of the troughs of the radial extension of the primary ribs or the secondary ribs Preferably extend those formed in adjacent primary or secondary ribs Troughs coaxially one behind the other.
  • the troughs and the rib areas have a triangular shape Cross section on.
  • a preferred application of the exchanger tube according to the invention is then according to the features of claim 16 given if it is made of copper or a copper alloy is formed.
  • the exchanger tube can be round or have an oval cross-section.
  • Round exchanger tubes preferably have an outer diameter of about 6 mm to 20 mm on.
  • the exchanger tube made of aluminum or an aluminum alloy or according to Claim 18 is formed from iron or an iron alloy.
  • FIG. 1 in FIG. 1 is a longitudinal section of a longitudinally welded seam Exchanger tube for one otherwise not Heat exchanger shown for condensation and Evaporation of refrigerants.
  • the exchanger tube 1 consists of oxygen-free, phosphorus deoxidized copper (SF-Cu soft). It has a Outside diameter D of 9.52 mm.
  • the exchanger tube which is circular in the outside and inside cross section 1 has a smooth outer surface 2 and one structured inner surface 3.
  • the exchanger tube 1 is produced from a Flat sheet metal strip, not shown, on both sides SF-Cu.
  • the sheet metal strip is a one-step roll stamping process subjected, whereby according to the representation of Figures 2 and 3 one side of the then deformed metal strip 4 smooth remains (the later outer surface 2 of the exchanger tube 1) and the other side with a textured surface (the later inner surface 3 of the exchanger tube 1) is provided. Only those used for welding Edge areas 5 of the metal strip 4 (FIG. 2) remain unstructured.
  • the sheet metal strip 4 is closed molded into a slotted tube and then welded lengthwise as well as divided into lengths.
  • the structure of the inner surface 3 of the exchanger tube 1 (see Figures 2 to 5) comprises at an angle ⁇ of 25 ° parallel to the longitudinal axis 6 of the exchanger tube 1
  • Primary ribs 7 (FIGS. 2 to 4) with inclined flanks 8 ( Figures 3a / b and 4).
  • the flank angle ⁇ of the primary ribs 7 is 25 ° in the exemplary embodiment and the distance A is Middle longitudinal planes MLE of two adjacent primary ribs 7 1.0 mm ( Figure 4). Its height H (radial extension) is to 0.30 mm ( Figure 4).
  • the primary ribs 7 connecting wall 9 of the exchanger tube 1 has a thickness of 0.30 mm ( Figure 4).
  • Figures 2 to 4 also show that between two adjacent primary ribs 7 in height H1 (radial extension) smaller secondary ribs 14 extend.
  • the height H1 of the secondary ribs 14 is 0.10 mm.
  • the crests 15 of the secondary ribs 14 are also rounded.
  • the throats 16 between the flanks 17 of the Secondary ribs 14 and the soles 12 of the channels 13 are also rounded.
  • the flank angle ⁇ is, as with Flank angle ⁇ of the primary ribs 7 25 °.
  • the secondary ribs 14 run at the same angle ⁇ to Longitudinal tube axis 6 as the primary ribs 7.
  • the distance A1 parallel secondary ribs 14 corresponds to the distance A. parallel primary ribs 7 ( Figure 2).
  • each primary rib is 7 seen in longitudinal section with parallel to each other troughs 18 which are triangular in cross section Mistake.
  • Figure 2 are Troughs 18 of adjacent primary ribs 7 at an angle ⁇ of 35 ° to the pipe longitudinal axis 6 aligned one behind the other.
  • the between the central longitudinal plane MLE of the primary ribs 7 and the central longitudinal planes MLE1 of the troughs 18 included Angle ⁇ is 60 °.
  • the distance A2 in the longitudinal direction a primary rib 7 of adjacent troughs 18 is 0.4 mm ( Figures 2 and 5).
  • the troughs 18 have a depth T, which is the height H of the Primary ribs 7 corresponds.
  • the flanks 19 of the troughs 18 are just trained. Between the troughs 18 are trapezoidal Rib areas 20 formed, the tops 21 are flat. The Bottoms 22 of the troughs 18 are rounded ( Figure 5).
  • the secondary ribs 14 also have Troughs 23 according to the arrangement and configuration of the Troughs 18 in the primary ribs 7. In this respect, the hollows 23 not explained again below.
  • At least the soles 12 of the channels 13 are not shown in FIG shown with a micro roughness is generated directly during roll embossing.
  • the exchanger tube 1 illustrated in FIG. 1 has a significantly better heat transfer coefficient k '(not only compared to an exchanger tube 24 with a smooth inner surface, but also to an internally grooved exchanger tube 25 (commercially available V-profile)). W / m 2 K) ( Figure 6).

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Description

Die Erfindung betrifft ein Austauscherrohr für einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Austauscherrohr zählt durch die EP 0 692 694 A2 zum Stand der Technik. Hierbei weisen sowohl die Rippen als auch die von den Rippen seitlich begrenzten Kanäle jeweils einen trapezförmigen Querschnitt auf. Die Flanken der Rippen sind eben ausgebildet. Die Übergänge von den Flanken auf die Kanalsohlen sind scharfkantig gestaltet. Scharfkantige Übergänge sind ferner zwischen den Flanken und den flachen Kopfseiten der Rippen vorhanden. Das Querschnittsvolumen der Rippen ist etwa halb so groß wie das Querschnittsvolumen der Kanäle bemessen. Die zueinander parallel verlaufenden Rippen erstrecken sich unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Rohrlängsachse. Alle Rippen besitzen dieselbe radiale Erstreckung (Höhe).
Die die Rippen quer durchsetzenden Mulden verlaufen ebenfalls unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Rohrlängsachse. Die Flanken der Mulden sind konvex gewölbt. Die Übergänge von den Flanken auf die flachen Böden der Mulden sowie auf die flachen Kopfseiten der Rippenbereiche zwischen zwei benachbarten Mulden einer Rippe sind scharfkantig ausgebildet. Die Tiefe der Mulden ist kleiner als die radiale Erstreckung der Rippen bemessen. Alle Mulden sind gleich tief ausgebildet. Bei der Fertigung der Mulden wird das aus den Rippen verformte Material stirnseitig der Mulden in die Kanäle hinein verformt.
Die Herstellung des bekannten Austauscherrohrs erfolgt in bevorzugter Weise dadurch, daß zunächst in einem Walzprozeß die Struktur der späteren inneren Oberfläche einseitig an einem Metallband erzeugt, anschließend das Metallband zu einem Schlitzrohr mit innenliegender Oberflächenstruktur umgeformt wird und danach die Schlitzkanten verschweißt werden.
Aufgrund der flachen Kopfseiten und der ebenen Flanken der Rippen kann es im praktischen Einsatz des Austauscherrohrs zur Bildung von schwer aufreißbaren, die Kondensation verzögernden Kondensatfilmen kommen. Somit können sich Sperrschichten mit wärmeisolierenden Eigenschaften bilden. Für die Verdampfung stehen dann nur wenige Kanten als Dampfblasenkeime zur Verfügung.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Austauscherrohr mit einer inneren Oberflächenstruktur zu schaffen, bei welchem eine deutlich intensivere Durchströmung der Kanäle gewährleistet werden kann und sich die Vorteile einer gleichermaßen guten Verdampfungs- bzw. Kondensationsleistung bei reduziertem Rippengewicht verbinden.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Dadurch, daß jetzt jede zweite der in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Primär- und Sekundärrippen eine bezüglich der jeweils benachbarten Sekundär- bzw. Primärrippen abweichende radiale Erstreckung (Höhe) aufweist, werden abwechselnd hohe Primärrippen und niedrige Sekundärrippen gebildet. Diese Gestaltung bremst die in den Kanälen gegebene Strömungsgeschwindigkeit nur unwesentlich ab. Dennoch können sich in den Kanälen an geeigneten Stellen stärkere Turbulenzen bilden, die letztlich den Wärmeübergang vom strömenden Fluid auf die Rohrwand intensivieren. Interne Untersuchungen haben gezeigt, daß eine deutliche Leistungssteigerung im Wärmeaustausch durch die alternierenden Höhen der Primär- und Sekundärrippen erreichbar ist.
Die Ausführungsform des Anspruchs 2 sieht vor, daß einerseits alle Primärrippen und andererseits alle Sekundärrippen jeweils dieselbe radiale Erstreckung aufweisen. Das heißt, alle Primärrippen besitzen ein und dieselbe Höhe sowie auch alle Sekundärrippen ein und dieselbe Höhe aufweisen.
Interne Versuche haben ergeben, daß gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 die Primärrippen und die Sekundärrippen unter einem Winkel ≥ 20°, jedoch ≤ 90° zur Rohrlängsachse verlaufen sollten. Bevorzugt erstrecken sich die Primärrippen und die Sekundärrippen unter einem Winkel zwischen 20° und 40° zur Rohrlängsachse.
Die Merkmale des Anspruchs 4 sind mit dem besonderen Vorteil verbunden, daß beim Einziehen eines Austauscherrohrs, z.B. in die Lamellen eines Wärmetauschers, insbesondere durch Aufweiten mittels eines durch das Austauscherrohr bewegten Werkzeugs, die gerundeten Kuppen der Primärrippen und der Sekundärrippen nur unwesentlich abgeplattet werden. Auf diese Weise wird der Bildung von schwer aufreißbaren Kondensatfilmen wirksam entgegengetreten.
Auch die Merkmale des Anspruchs 5 tragen entscheidend mit dazu bei, daß der Wärmeaustausch zwischen dem im Austauscherrohr strömenden Fluid und der Wandung des Austauscherrohrs optimiert wird.
Eine schlanke Rippenkontur wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erzielt. Danach beträgt der Flankenwinkel der Primärrippen und der Sekundärrippen 20° bis 40°, vorzugsweise 25°.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens im Hinblick auf eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs wird in den Merkmalen des Anspruchs 7 erblickt. Hierbei wurde erkannt, daß bei unter einem speziellen Winkel zur Rohrlängsachse liegenden Primärrippen mit abwechselnd in Umfangsrichtung aufeinander folgenden niedrigeren Sekundärrippen das Verhältnis des Abstands der Mittellängsebenen zweier benachbarter Primärrippen zur radialen Erstreckung der Sekundärrippen von besonderer Bedeutung ist. Dieses Verhältnis beträgt 15:1 bis 8:1, vorzugsweise 10:1.
In diesem Zusammenhang hat es sich dann entsprechend Anspruch 8 als besonders zweckmäßig erwiesen, den Abstand der Mittellängsebenen zweier benachbarter Primärrippen zwischen etwa 0,8 mm und 2,0 mm zu bemessen.
Die Größe der radialen Erstreckung der Primärrippen bewegt sich nach Anspruch 9 vorteilhaft zwischen etwa 0,15 mm und 0,40 mm.
Auch das querschnittsmäßige Flächenverhältnis der Primärrippen relativ zu den Sekundärrippen spielt zur Erzielung eines besonders guten Wärmeübergangs eine wichtige Rolle. Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ist das Flächenverhältnis der Primärrippen zu dem der Sekundärrippen etwa wie 15:1 bis 5:1, vorzugsweise 8:1 bis 6:1, bemessen.
Nach Anspruch 11 sind mindestens die Sohlen der Kanäle aufgerauht. Denkbar ist aber auch eine Aufrauhung aller Oberflächen der Primär- und Sekundärrippen. Hierbei kann es sich um eine Mikrorauhigkeit handeln. Eine derartige Rauhigkeit macht sich insbesondere bei der Kondensation und Verdampfung von Kältemitteln bemerkbar, wenn das Austauscherrohr in einen entsprechenden Wärmetauscher eingegliedert wird. Die Mikrorauhigkeit ermöglicht es aufgrund der großen Rippenoberflächen, die für eine effektive Verdampfung vorteilhafte große Anzahl von Vorsprüngen, Kanten, Spitzen und Vertiefungen als Dampfblasenkeime bereitzustellen, ohne daß auf der anderen Seite hierfür größere Materialmengen erforderlich wären.
Gemäß Anspruch 12 ist es desweiteren von Vorteil, wenn die Tiefe der Mulden der radialen Erstreckung der Primärrippen bzw. der Sekundärrippen entspricht. Bevorzugt erstrecken sich die in benachbarten Primär- bzw. Sekundärrippen ausgeformten Mulden koaxial hintereinander.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Austauscherrohrs wird dadurch erleichtert, daß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 der Querschnitt der Mulden etwa dem Querschnitt eines zwei benachbarte Mulden trennenden Rippenbereiches entspricht.
Vorzugsweise weisen in diesem Zusammenhang gemäß Anspruch 14 die Mulden und die Rippenbereiche einen dreieckförmigen Querschnitt auf.
Auch sind hierbei nach Anspruch 15 die konkaven Sohlen der Mulden stärker als die Kuppen der Rippenbereiche gekrümmt.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Austauscherrohrs ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16 dann gegeben, wenn es aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist. Das Austauscherrohr kann einen runden oder einen ovalen Querschnitt besitzen. Runde Austauscherrohre weisen bevorzugt einen Außendurchmesser von etwa 6 mm bis 20 mm auf.
In anders gelagerten Einsatzfällen kann es auch sinnvoll sein, daß nach Anspruch 17 das Austauscherrohr aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bzw. gemäß Anspruch 18 aus Eisen oder einer Eisenlegierung gebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
in der Perspektive einen Längenabschnitt eines Austauscherrohrs;
Figur 2
in der Draufsicht einen Längenabschnitt eines strukturierten Blechbands zur Bildung eines Austauscherrohrs gemäß Figur 1;
Figuren 3a und 3b
in der Perspektive den Ausschnitt III der Figur 2 aus zwei verschiedenen Blickrichtungen;
Figur 4
in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Figur 2;
Figur 5
in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie V-V der Figur 2 und
Figur 6
anhand eines Diagramms einen Leistungsvergleich von Koaxialkondensatoren, bestückt mit verschiedenen Innenrohren.
Mit 1 ist in der Figur 1 ein Längenabschnitt eines längsnahtgeschweißten Austauscherrohrs für einen ansonsten nicht näher dargestellten Wärmetauscher zur Kondensation und Verdampfung von Kältemitteln bezeichnet.
Das Austauscherrohr 1 besteht aus sauerstofffreiem, phosphordesoxidiertem Kupfer (SF-Cu weich). Es hat einen Außendurchmesser D von 9,52 mm.
Das im Außen- und Innenquerschnitt kreisrunde Austauscherrohr 1 besitzt eine glatte äußere Oberfläche 2 und eine strukturierte innere Oberfläche 3.
Die Herstellung des Austauscherrohrs 1 erfolgt aus einem nicht näher dargestellten, beidseitig ebenen Blechband aus SF-Cu. Das Blechband wird einem einstufigen Walzprägevorgang unterworfen, wobei entsprechend der Darstellung der Figuren 2 und 3 eine Seite des dann verformten Blechbands 4 glatt bleibt (die spätere äußere Oberfläche 2 des Austauscherrohrs 1) und die andere Seite mit einer strukturierten Oberfläche (die spätere innere Oberfläche 3 des Austauscherrohrs 1) versehen wird. Lediglich die dem Verschweißen dienenden Randbereiche 5 des Blechbands 4 (Figur 2) bleiben unstrukturiert. Nach dem Walzprägen wird das Blechband 4 zu einem Schlitzrohr eingeformt und dann längsnahtgeschweißt sowie auf Länge abgeteilt.
Die Struktur der inneren Oberfläche 3 des Austauscherrohrs 1 (siehe Figuren 2 bis 5) umfaßt unter einem Winkel α von 25° zur Längsachse 6 des Austauscherrohrs 1 verlaufende parallele Primärrippen 7 (Figuren 2 bis 4) mit geneigten Flanken 8 (Figuren 3a/b und 4). Der Flankenwinkel β der Primärrippen 7 beträgt beim Ausführungsbeispiel 25° und der Abstand A der Mittellängsebenen MLE zweier benachbarter Primärrippen 7 1,0 mm (Figur 4). Ihre Höhe H (radiale Erstreckung) beläuft sich auf 0,30 mm (Figur 4). Die die Primärrippen 7 verbindende Wand 9 des Austauscherrohrs 1 hat eine Dicke von 0,30 mm (Figur 4).
Zur Verdeutlichung der jeweiligen Blickrichtung ist in den Figuren 3a und 3b die Längsachse 6 des Austauscherrohrs eingetragen. Ferner ist aus den Figuren 3a und 3b zu erkennen, daß die Kuppen 10 der Primärrippen 7 flach ausgebildet sind. Die Kehlen 11 zwischen den Flanken 8 und den ebenen Sohlen 12 der Kanäle 13 sind gerundet (Figur 4). Das Querschnittsvolumen der Primärrippen 7 ist deutlich kleiner als das Querschnittsvolumen der Kanäle 13 zwischen den Primärrippen 7 bemessen.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen darüber hinaus, daß sich zwischen zwei einander benachbarten Primärrippen 7 in der Höhe H1 (radiale Erstreckung) kleiner bemessene Sekundärrippen 14 erstrecken. Die Höhe H1 der Sekundärrippen 14 beträgt 0,10 mm. Auch die Kuppen 15 der Sekundärrippen 14 sind gerundet. Die Kehlen 16 zwischen den Flanken 17 der Sekundärrippen 14 und den Sohlen 12 der Kanäle 13 sind ebenfalls gerundet. Der Flankenwinkel β beträgt, wie beim Flankenwinkel β der Primärrippen 7 25°.
Die Sekundärrippen 14 verlaufen unter demselben Winkel α zur Rohrlängsachse 6 wie die Primärrippen 7. Der Abstand A1 paralleler Sekundärrippen 14 entspricht dem Abstand A paralleler Primärrippen 7 (Figur 2).
Wie die Figuren 3a und 5 veranschaulichen, ist jede Primärrippe 7 im Längsschnitt gesehen mit parallel zueinander verlaufenden, im Querschnitt dreieckförmigen Mulden 18 versehen. Wie in diesem Zusammenhang die Figur 2 zeigt, sind Mulden 18 benachbarter Primärrippen 7 in einem Winkel γ von 35° zur Rohrlängsachse 6 fluchtend hintereinander angeordnet. Der zwischen der Mittellängsebene MLE der Primärrippen 7 und den Mittellängsebenen MLE1 der Mulden 18 eingeschlossene Winkel δ beträgt 60°. Der Abstand A2 zweier in Längsrichtung einer Primärrippe 7 benachbarter Mulden 18 beträgt 0,4 mm (Figuren 2 und 5).
Die Mulden 18 haben eine Tiefe T, welche der Höhe H der Primärrippen 7 entspricht. Die Flanken 19 der Mulden 18 sind eben ausgebildet. Zwischen den Mulden 18 werden trapezförmige Rippenbereiche 20 gebildet, deren Kuppen 21 flach sind. Die Böden 22 der Mulden 18 sind gerundet (Figur 5).
Auch die Sekundärrippen 14 weisen, wie die Figur 3a zeigt, Mulden 23 entsprechend der Anordnung und Konfiguration der Mulden 18 in den Primärrippen 7 auf. Insofern sind die Mulden 23 nachfolgend nicht noch einmal erläutert.
Zumindest die Sohlen 12 der Kanäle 13 sind in nicht näher dargestellter Weise mit einer Mikrorauhigkeit versehen, die unmittelbar beim Walzprägen mit erzeugt wird.
Aufgrund der strukturierten inneren Oberfläche 3 hat das in Figur 1 veranschaulichte Austauscherrohr 1 im Vergleich nicht nur zu einem Austauscherrohr 24 mit einer glatten inneren Oberfläche, sondern auch zu einem innen einfach gerillten Austauscherrohr 25 (marktüblichen V-Profil) einen wesentlich besseren Wärmedurchgangskoeffizienten k' (W/m2K) (Figur 6).
Dieser Sachverhalt ist aus dem aufgrund vergleichender Untersuchungen erstellten Diagramm gemäß Figur 6 ohne zusätzliche Erläuterungen erkennbar.
Bezugszeichenaufstellung
1 -
Austauscherrohr
2 -
äußere Oberfläche v. 1
3 -
innere Oberfläche v. 1
4 -
Blechband
5 -
Randbereiche v. 4
6 -
Rohrlängsachse
7 -
Primärrippen
8 -
Flanken v. 7
9 -
Wand v. 1
10 -
Kuppen v. 7
11 -
Kehlen zw. 8 u. 12
12 -
Sohlen v. 13
13 -
Kanäle
14 -
Sekundärrippen
15 -
Kuppen v. 14
16 -
Kehlen zw. 17 u. 12
17 -
Flanken v. 14
18 -
Mulden in 7
19 -
Flanken v. 18
20 -
Rippenbereiche
21 -
Kuppen v. 20
22 -
Böden v. 18
23 -
Mulden in 14
24 -
Austauscherrohr, glatt
25 -
Austauscherrohr, gerillt
α -
Winkel zw. 7 bzw. 14 u. 6
β -
Flankenwinkel v. 7 u. 14
γ -
Winkel zwischen 18 u. 6
δ -
Winkel zw. MLE und MLE1
A -
Abstand v. 7
A1 -
Abstand v. 14
A2 -
Abstand v. 18
D -
Durchmesser v. 1
D1 -
Dicke v. 9
H -
Höhe v. 7
H1 -
Höhe v. 14
MLE-
Mittellängsebene v. 7
MLE1-
Mittellängsebene v. 18
T -
Tiefe v. 18

Claims (18)

  1. Austauscherrohr für einen Wärmetauscher, das eine strukturierte innere Oberfläche (3) aufweist, die aus unter einem von 90° abweichenden Winkel (α) zur Rohrlängsachse (6) verlaufenden Rippen (7,14) mit geneigten Flanken (8, 17), von den Rippen (7, 14) seitlich begrenzten Kanälen (13) und die Rippen (7, 14) quer durchsetzenden Mulden (18, 23) mit ebenfalls geneigten Flanken (19) gebildet ist, welche sich unter einem von 90° abweichenden Winkel (γ) zur Rohrlängsachse (6) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei in Umfangsrichtung nebeneinander verlaufenden Rippen (7, 14) eine der Rippen, die Primärrippe (7), eine größere radiale Erstreckung (H) als die benachbarte Rippe, die Sekundärrippe (14), aufweist, wobei abwechselnd hohe Primärrippen (7) und niedrige Sekundärrippen (14) gebildet sind, und die radiale Erstreckung (H) der Primärrippen (7) zur radialen Erstreckung (H1) der Sekundärrippen (14) etwa wie 3 : 1 bemessen ist.
  2. Austauscherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Primärrippen (7) und alle Sekundärrippen (14) jeweils dieselbe radiale Erstreckung (H bzw. H1) aufweisen.
  3. Austauscherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärrippen (7) und die Sekundärrippen (14) unter einem Winkel (α) ≥ 20° jedoch ≤ 90°, bevorzugt 20° bis 40°, zur Rohrlängsachse (6) verlaufen.
  4. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Primärrippen (7) als auch die Sekundärrippen (14) gerundete Kuppen (10, 15) und ebene Flanken (8, 17) aufweisen.
  5. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (8) der Primärrippen (7) über gerundete Kehlen (11) und die Flanken (17) der Sekundärrippen (14) über gerundete Kehlen (16) in die Sohlen (12) der Kanäle (13) einlaufen.
  6. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel (β) der Primärrippen (7) und der Sekundärrippen (14) 20° bis 40°, vorzugsweise 25°, beträgt.
  7. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstands (A) der Mittellängsebenen (MLE) zweier benachbarter Primärrippen (7) zur radialen Erstreckung (H1) der Sekundärrippen (14) 15:1 bis 8:1, vorzugsweise 10:1, beträgt.
  8. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der Mittellängsebenen (MLE) zweier benachbarter Primärrippen (7) zwischen etwa 0,8 mm und 2,0 mm beträgt.
  9. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung (H) der Primärrippen (7) zwischen 0,15 mm und 0,40 mm beträgt.
  10. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß - im Querschnitt gesehen - das Flächenverhältnis der Primärrippen (7) zu dem der Sekundärrippen (14) etwa wie 15:1 bis 5:1, vorzugsweise 8:1 bis 6:1, bemessen ist.
  11. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Sohlen (12) der Kanäle (13) aufgerauht sind.
  12. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) der Mulden (18, 23) der radialen Erstreckung (H) der Primärrippen (7) bzw. (H1) der Sekundärrippen (14) entspricht.
  13. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Mulden (18, 23) etwa dem Querschnitt eines zwei benachbarte Mulden (18, 23) trennenden Rippenbereiches (20) entspricht.
  14. Austauscherrohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulden (18, 23) und die Rippenbereiche (20) einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.
  15. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohlen (22) der Mulden (18, 23) stärker als die Kuppen (21) der Rippenbereiche (20) gekrümmt sind.
  16. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist.
  17. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
  18. Austauscherrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Eisen oder einer Eisenlegierung gebildet ist.
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