WÄRMEÜBERTRAGER

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend mindestens zwei nacheinander von einem ersten, fluiden Wärmeträgermedium durch- und von einem zweiten, gasförmigen Wärmeträgermedium umströmte Rohrabschnitte (1, 2), wobei Längsachsen (1.1, 2.1) dieser beiden miteinander verbundenen Rohrabschnitte (1, 2) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Rohrabschnitt (1, 2) zur Aufprägung eines innerhalb des jeweiligen Rohrabschnitts (1, 2) drehrichtungsstabilen Dralls auf das erste, fluide Wärmeträgermedium einen Innenwandabschnitt (1.2, 2.2) mit einer schraubenlinienförmig ausgebildeten Oberflächenstruktur (1.3, 2.3) aufweist, wobei die Oberflächenstrukturen (1.3, 2.3) der beiden Rohrabschnitte (1, 2) zueinander entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 10 2010 021 692 A1 bekannt. Dieser Wärmeübertrager besteht aus mindestens zwei nacheinander von einem ersten, fluiden Wärmeträgermedium durch- und von einem zweiten, gasförmigen Wärmeträgermedium umströmten Rohrabschnitten, wobei Längsachsen dieser beiden miteinander verbundenen Rohrabschnitte parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Lösung geht es insbesondere um das Herstellungsverfahren dieses Wärmeübertragers.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Wärmeübertrager mit einer noch besseren Wärmeübertragung geschaffen werden.

[0004] Diese Aufgabe ist mit einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

[0005] Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass jeder Rohrabschnitt zur Aufprägung eines innerhalb des jeweiligen Rohrabschnitts drehrichtungsstabilen Dralls auf das erste, fluide Wärmeträgermedium einen Innenwandabschnitt mit einer schraubenlinienförmig ausgebildeten Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberflächenstrukturen der beiden Rohrabschnitte zueinander entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.

[0006] Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass das erste, fluide Wärmeträgermedium trotz der Gegenläufigkeit der Rohrabschnitte, aber Dank der entgegengesetzten Windungsrichtungen gezielt auf eine Seite des Wärmeübertragers gelenkt wird. Dies wiederum führt dazu, dass auf dieser Seite höhere Wärmestromdichten erreichbar sind, was bei entsprechender Anströmung mit dem zweiten, gasförmigen Wärmeträgermedium von dieser Seite gezielt für eine verbesserte Wärmeübertragung genutzt werden kann. Dabei liegt das erste, fluide Wärmeträgermedium, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, vorzugsweise in zwei Phasen vor, nämlich einer gasförmigen und einer flüssigen Phase.

[0007] Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0008] Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0009] Es zeigt schematisch

Figur 1

in Seitenansicht den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit insgesamt drei Rohrabschnitten;

Figur 2

als Ausschnitt und teilweise im Schnitt die beiden oberen Rohrabschnitte des Wärmeübertragers gemäß Figur 1; und

Figur 3

im Querschnitt ein einseitig (hier: von links) angeströmter Rohrabschnitt.

[0010] Der in den Figuren dargestellte Wärmeübertrager besteht aus mindestens zwei nacheinander von einem ersten, fluiden Wärmeträgermedium durch- und von einem zweiten, gasförmigen Wärmeträgermedium umströmten Rohrabschnitten 1, 2, wobei Längsachsen 1.1, 2.1 dieser beiden miteinander verbundenen Rohrabschnitte 1, 2 parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Dabei ist, wie dargestellt, bevorzugt vorgesehen, dass die Rohrabschnitte 1, 2 geradlinig erstreckt ausgebildet sind. Außerdem weisen die Rohrabschnitte 1, 2 vorzugsweise einen runden (zum Beispiel auch ovalen), besonders bevorzugt einen kreisrunden, Innenquerschnitt auf. Ebenso können aber auch rechteckige, insbesondere quadratische, Querschnitte vorgesehen sein. Die rechteckigen Querschnitte können dann wahlweise liegend oder stehend ausgebildet sein und vorzugsweise ein besonders kleines oder großes Aspektverhältnis aufweisen.

[0011] Weiterhin ist grundsätzlich bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager als Verdampfer arbeitend ausgebildet ist. Noch etwas genauer betrachtet, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Rohrabschnitte 1, 2 wahlweise von einem Kältemittel eines Kältekreismittelkreislaufs als erstem Wärmeträgermedium vorzugsweise einer Wärmepumpe durch- und/oder von Luft (insbesondere Umgebungsluft) als zweitem Wärmeträgermedium umströmt ausgebildet sind.

[0012] Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Rohrabschnitte 1, 2 über einen Verbindungsrohrabschnitt 3 miteinander verbunden ausgebildet sind.

[0013] Dabei ist der Verbindungsrohrabschnitt 3 vorzugsweise u-förmig gebogen ausgebildet.

[0014] Zur Ausbildung eines möglichst effizienten Wärmeübertragers ist weiterhin noch bevorzugt vorgesehen (allerdings nicht extra dargestellt), dass an den Rohrabschnitten 1, 2 Lamellen angeordnet sind. Dabei sind diese Lamellen vorzugsweise in einer senkrecht zu den Längsachsen 1.1, 2.1 angeordneten Ebene erstreckt ausgebildet.

[0015] Wesentlich für den erfindungsgemäße Wärmeübertrager ist nun, dass jeder Rohrabschnitt 1, 2 zur Aufprägung eines innerhalb des jeweiligen Rohrabschnitts 1, 2 drehrichtungsstabilen Dralls auf das erste, fluide Wärmeträgermedium einen Innenwandabschnitt 1.2, 2.2 mit einer schraubenlinienförmig bzw. helixförmig ausgebildeten Oberflächenstruktur 1.3, 2.3 aufweist, wobei die Oberflächenstrukturen 1.3, 2.3 der beiden Rohrabschnitte 1, 2 zueinander entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen. Wie eingangs erläutert, dient diese Maßgabe dazu, das erste Wärmeträgermedium gezielt zur vom zweiten Wärmeträgermedium angeströmten Seite des Rohrabschnitts zu befördern, um die Wärmeübertragung des Wärmeübertragers (weiter) zu verbessern. Bei den vorgenannten rechteckigen Querschnitten ist die Oberflächenstruktur 1.3, 2.3 entsprechend angenähert schraubenlinien- bzw. helixförmig ausgebildet.

[0016] Noch etwas genauer betrachtet, ist dazu besonders bevorzugt vorgesehen, dass jeder Rohrabschnitt 1, 2 eine vom zweiten Wärmeträgermedium angeströmte Außenwandung 1.4, 2.4 aufweist und dass die schraubenlinienförmig ausgebildete Oberflächenstruktur 1.3, 2.3 in den Rohrabschnitt 1, 2 einströmendes erstes Wärmeträgermedium in Richtung der angeströmten Außenwandung 1.4, 2.4 leitend ausgebildet ist. Die besagte Außenwandung 1.4, 2.4 umfasst dabei bevorzugt die Hälfte der Außenoberfläche des jeweiligen Rohrabschnitts 1, 2.

[0017] Zur Realisierung des vorgenannten "drehrichtungsstabilen Dralls", also eines Dralls, der sich über die gesamte Länge eines Rohrabschnitts 1, 2 nicht (wesentlich) ändert, insbesondere seine Drehrichtung beibehält (und höchstens abnimmt, sich aber nicht umkehrt), sind ferner bevorzugt pro Rohrabschnitt 1, 2 wahlweise schraubenlinienförmig ausgebildete Oberflächenstrukturen 1.2, 2.2 mit gleicher Windungsrichtung oder glatte Wandungsabschnitte 1.5, 2.5 vorgesehen.

[0018] Zur frühzeitigen Aufprägung des Dralls ist dabei ferner bevorzugt vorgesehen, dass die schraubenlinienförmig ausgebildeten Oberflächenstrukturen 1.2, 2.2 jeweils mindestens am Anfang der Rohrabschnitte 1, 2 angeordnet sind, vorzugsweise über die gesamte Länge der Rohrabschnitte 1, 2.

[0019] Schließlich ist, da sich auf diese Weise die Wärmeübertragung noch weiter steigern lässt, bevorzugt vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium am Eintritt des ersten Rohrabschnitts 1 einen Dampfgehalt von mindestens 0,02, vorzugsweise von mindestens 0,03, noch bevorzugter von mindestens 0,05, ganz besonders bevorzugt von mindestens 0,1, aufweist. Ferner ist umgekehrt betrachtet noch bevorzugt vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium am Ende des letzten Innenwandabschnitts (1.2, 2.2) einen Dampfgehalt von mindestens 0,5, vorzugsweise von mindestens 0,7, noch bevorzugter von mindestens 0,9, aufweist. Dabei gilt stets, dass zum Beispiel ein Dampfgehalt von 0,3 einem Kältemittelanteil von 30 Gewichtsprozent Gas und 70 Gewichtsprozent Flüssigkeit entspricht.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Rohrabschnitt

1.1

Längsachse

1.2

Innenwandabschnitt

1.3

Oberflächenstruktur

1.4

Außenwandung

1.5

glatter Wandungsabschnitt

2

Rohrabschnitt

2.1

Längsachse

2.2

Innenwandabschnitt

2.3

Oberflächenstruktur

2.4

Außenwandung

2.5

glatter Wandungsabschnitt

3

Verbindungsrohrabschnitt

Ansprüche

1. Wärmeübertrager, umfassend mindestens zwei nacheinander von einem ersten, fluiden Wärmeträgermedium durch- und von einem zweiten, gasförmigen Wärmeträgermedium umströmte Rohrabschnitte (1, 2), wobei Längsachsen (1.1, 2.1) dieser beiden miteinander verbundenen Rohrabschnitte (1, 2) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Rohrabschnitt (1, 2) zur Aufprägung eines innerhalb des jeweiligen Rohrabschnitts (1, 2) drehrichtungsstabilen Dralls auf das erste, fluide Wärmeträgermedium einen Innenwandabschnitt (1.2, 2.2) mit einer schraubenlinienförmig ausgebildeten Oberflächenstruktur (1.3, 2.3) aufweist, wobei die Oberflächenstrukturen (1.3, 2.3) der beiden Rohrabschnitte (1, 2) zueinander entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Rohrabschnitt (1, 2) eine vom zweiten Wärmeträgermedium angeströmte Außenwandung (1.4, 2.4) aufweist und dass die schraubenlinienförmig ausgebildete Oberflächenstruktur (1.3, 2.3) in den Rohrabschnitt (1, 2) einströmendes erstes Wärmeträgermedium in Richtung der angeströmten Außenwandung (1.4, 2.4) leitend ausgebildet ist.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass pro Rohrabschnitt (1, 2) wahlweise schraubenlinienförmig ausgebildete Oberflächenstrukturen (1.2, 2.2) mit gleicher Windungsrichtung oder glatte Wandungsabschnitte (1.5, 2.5) vorgesehen sind.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die schraubenlinienförmig ausgebildeten Oberflächenstrukturen (1.2, 2.2) jeweils mindestens am Anfang der Rohrabschnitte (1, 2) angeordnet sind.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste, fluide Wärmeträgermedium am Eintritt des ersten Rohrabschnitts (1) einen Dampfgehalt von mindestens 0,02 aufweist.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohrabschnitte (1, 2) über einen Verbindungsrohrabschnitt (3) miteinander verbunden ausgebildet sind.

7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verbindungsrohrabschnitt (3) u-förmig gebogen ausgebildet ist.

8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Rohrabschnitten (1, 2) Lamellen angeordnet sind.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen in einer senkrecht zu den Längsachsen (1.1, 2.1) angeordneten Ebene erstreckt ausgebildet sind.

10. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohrabschnitte (1, 2) einen runden Innenquerschnitt aufweisen.

Zeichnung