(19) |
 |
|
(11) |
EP 1 182 416 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
03.10.2007 Patentblatt 2007/40 |
(22) |
Anmeldetag: 16.08.2001 |
|
(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
|
|
(54) |
Innenberipptes Wärmeaustauschrohr mit versetzt angeordneten Rippen unterschiedlicher
Höhe
Heat exchanger tube with inner offset fins with variable height
Tube d'échangeur de chaleur avec ailettes intérieures décalées et de hauteur variable
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
(30) |
Priorität: |
25.08.2000 DE 10041919
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
27.02.2002 Patentblatt 2002/09 |
(73) |
Patentinhaber: WIELAND-WERKE AG |
|
89070 Ulm (DE) |
|
(72) |
Erfinder: |
|
- Walther, Christoph, Dr.-Ing.
89233 Neu-Ulm (DE)
- Wamsler, Rolf, Dipl.-Ing.
89077 Ulm (DE)
|
(56) |
Entgegenhaltungen: :
|
|
|
|
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 017, Nr. 053 (M-1361), 3. Februar 1993 (1993-02-03)
-& JP 04 263792 A (HITACHI CABLE LTD), 18. September 1992 (1992-09-18)
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 014, Nr. 418 (M-1022), 10. September 1990 (1990-09-10)
-& JP 02 161290 A (FURUKAWA ELECTRIC CO LTD:THE), 21. Juni 1990 (1990-06-21)
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 1998, Nr. 02, 30. Januar 1998 (1998-01-30) -& JP 09
257383 A (TOYO RADIATOR CO LTD), 3. Oktober 1997 (1997-10-03)
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 10, 17. November 2000 (2000-11-17) -& JP 2000
205781 A (MITSUBISHI SHINDOH CO LTD), 28. Juli 2000 (2000-07-28)
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschrohr mit einer inneren strukturierten Oberfläche
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. etwa
JP-A-4/158.193) bzw. der Ansprüche 2/3 (vgl. etwa
DE-A-196 28 280). Das Wärmeaustauschrohr ist insbes. zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen
oder Gemischen auf der Rohrinnenseite geeignet. Es bietet aber auch Vorteile bei der
Kondensation von Dämpfen.
[0002] Ein weltweiter Wettbewerb bei Wärmeaustauschern, z.B. Lamellenblock-Wärmeaustauschern
(vgl. Fig. 1) für die Kälte- und Klimatechnik, erfordert hochleistende, mit wenig
Material (geringes resultierendes Rohrgewicht) und kostengünstig in wenigen Arbeitsschritten
produzierte Wärmeaustauschrohre. Die Wärmeaustauschrohre werden in oftmals zwischen
Verdampfung und Kondensation umschaltbaren Lamellenblock-Wärmeaustauschern eingesetzt
und sind dabei zumeist horizontal in die Lamellenblock-Wärmeaustauscher eingebaut.
[0003] Zum Stand der Technik zählt ein Wärmeaustauschrohr nach
- US-A-5.332.034, bei dem in zwei nacheinander erfolgenden Walzgängen zunächst Rippen einheitlicher
Höhe auf ein Band gewalzt werden und im zweiten Walzgang Mulden in die Rippen geformt
werden. Dabei wird das aus den Rippen verdrängte Material seitlich der Rippen in die
Kanäle hinein verschoben. Das zweistufige Walzverfahren erfordert mehrere hintereinander
geschaltete Walzwerkzeuge bei entsprechend höherem wirtschaftlichen Aufwand. Zudem
wird durch diesen zweistufigen Walzprozeß eine Reduzierung des Rohrgewichtes trotz
des Ausformens der Mulden nicht erreicht. Die Mulden benachbarter Rippen sind fluchtend
angeordnet, so daß sich in Wandnähe neben den parallel zu und zwischen den Rippen
verlaufenden Kanälen eine zweite prädestinierte Strömungsrichtung in Richtung der
fluchtenden Mulden ergibt. Diese zweite Vorzugsrichtung dient zwar dem Queraustausch
zwischen den Kanälen der erstgenannten Vorzugsrichtung, der zusätzlichen Turbulenzerzeugung
und Steigerung der Verdampfungsleistung, doch erschwert andererseits die Existenz
einer zweiten Vorzugsrichtung die gewünschte Ausbildung einer Drallströmung im wandnahen
Bereich.
- DE-A-196 12 470, bei dem auf der inneren Oberfläche parallel und alternierend (oder auch einander
kreuzend) hohe und niedrige Rippen mit zusätzlich in die Rippen eingebrachten Mulden
ausgeformt sind. Auch hier sind die Mulden benachbarter Rippen fluchtend angeordnet.
- DE-A-196 28 280, bei dem in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen zwei verschiedenen
Richtungen für die Ausrichtung der Rippen gewechselt wird. Eine Drallströmung kann
sich hier - aufgrund der fehlenden Vorzugsrichtung und im Gegensatz zu helixförmigen
Strukturen - nicht ausbilden. Diese Form der Strukturierung der inneren Oberfläche
erweist sich bei Verdampfung als wenig geeignet, da deutlich geringere Verdampfungsleistungen
erzielt werden als in Rohren, deren Oberfläche eine eindeutige Vorzugsrichtung für
die wandnahe Strömung aufweist. Bei Kondensation hingegen erweist sich diese Art der
Oberflächenstrukturierung als vorteilhaft.
- JP-A-4/158.193, bei dem in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen Bereichen niedriger
und hoher Rippenhöhe unterschieden wird. Allerdings wird so neben der ersten Vorzugsrichtung
in Richtung der fluchtenden Rippenelemente eine zweite in Längsrichtung des Rohres
über die kleinen Rippen hinweg verlaufende ausgebildet, wodurch insbesondere die Verdampferleistung
stark negativ beeinflußt wird, da das strömende Fluid nicht mehr unbedingt in eine
auch die obere Rohrhälfte benetzende Drallströmung gezwungen wird, sondern schlicht
entlang der Sektionen niedriger Rippenhöhe und über diese kleinen Elemente hinweg
in axialer Richtung abfließt.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmeaustauschrohr mit einer inneren Oberflächenstruktur
zu schaffen, welche die Vorteile einer im Vergleich zum Stand der Technik guten oder
verbesserten Verdampfungsleistung und gleichzeitig eines gegenüber dem Stand der Technik
reduzierten Rohrgewichtes und eines verminderten, nach Anzahl der Arbeits- und Walzschritte
zählenden Produktionsaufwandes verbindet.
[0005] Die Aufgabe wird bei Wärmeaustauschrohren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2
und 3 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rippen in den einzelnen Zonen (Z
1 bis Z
m) in Rohrlängsrichtung in beliebiger periodischer Kombination und Abfolge mindestens
zweier Rippenhöhen (H
1 bis H
n, H
1>H
2>...>H
n) angeordnet sind, wobei benachbarte Zonen (Z
1 bis Z
m) so aneinander grenzen, dass am Übergang zweier Zonen die Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung
um mindestens eine Rippe gegeneinander versetzt ist.
[0006] Damit ergeben sich folgende Vorteile der Erfindung:
- Durch den alternierenden Wechsel hoher und niedriger Rippen in deren Längsrichtung
bietet sich über die Rippen niedriger Höhe hinweg die Möglichkeit eines Queraustausches
zwischen den Kanälen mit einer entsprechenden zusätzlichen Turbulenzerzeugung. Es
wird allerdings durch die versetzte Anordnung der Rippen niedriger Höhe eine der fluchtenden
Anordnung der Mulden aus US-A-5.332.034 ähnliche, zweite und störende Vorzugsrichtung vermieden.
- Es liegt genau eine eindeutige Vorzugsrichtung der wandnahen Strömung vor, so daß
durch die so erzwungene Drallströmung eine für eine gute und verbesserte Verdampfungsleistung
erforderliche, vollständige Benetzung des gesamten Rohrumfangs und gerade der oben
liegenden Abschnitte der inneren Rohroberfläche erzielt wird. Bei Strukturen ohne
eine einheitliche Vorzugsrichtung, wie DE-A-196 28 280, kommt es hingegen zu einer Austrocknung der oberen Abschnitte des Rohrumfangs und
somit zu einer starken Reduzierung der Verdampfungsleistung.
- Im Gegensatz zum nachträglichen Formen der Mulden in einem zweiten Walzgang kann diese
Struktur in einem einzigen Walzgang erzeugt werden, so daß anstelle des Verdrängens
von Material aus den Rippen heraus in die Kanäle hinein, tatsächlich eine Materialeinsparung
und eine Gewichtsreduzierung erzielt und zudem eine Verminderung des nach Anzahl der
Arbeits- und Walzschritte zählenden Produktionsaufwandes erreicht wird.
- Strukturen mit zonenweise variierendem Steigungswinkel der Rippen nach Anspruch 2
bzw. 3, bieten vor allem aus umformtechnischer Sicht bedeutende Vorteile, da sich
evtl. auftretende, durch die schräg zur Bandrichtung verlaufenden Nuten und Rippen
bedingte Seitenkräfte im Walzprozeß zumindest teilweise kompensieren können und so
die Bandführung erleichtert wird. Ihre wärmetechnische Leistung kann durch die erfindungsgemäß
durch die verschiedenen Höhen, Fußbreiten und Querschnittsformen der Rippen unterschiedlicher
Höhe zusätzlich in die Oberflächenstruktur eingebrachten Kanten, scharfkantige oder
auch abgerundete Vor- und Rücksprünge noch gesteigert werden.
[0007] Die Ansprüche 4 bis 19 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Wärmeaustauschrohre.
[0008] Durch die verschiedenen Höhen, Fußbreiten und Querschnittsformen der Rippen unterschiedlicher
Höhe werden zusätzlich Kanten, scharfkantige oder auch abgerundete Vor- und Rücksprünge
in die Oberflächenstruktur und in die seitlichen Begrenzungen der wandnahen Kanäle
eingebracht, die einer weiteren Turbulenzerzeugung und - insbesondere bei Gemischen
- einem Stören und Aufreißen sich eventuell ausbildender Temperatur- und Konzentrationsgrenzschichten
dienen und als zusätzliche Dampfblasenkeime zur Verfügung stehen. (Vorteil gegenüber
DE-A-196 12 470).
[0009] Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres basiert beispielhaft auf
dem im Folgenden näher beschriebenen Verfahren. Üblicherweise wird Kupfer oder eine
Kupferlegierung als Material der Wärmeaustauschrohre verwendet, jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt. Vielmehr kann jeder Metalltyp zur Anwendung
kommen, z.B. Aluminium. Zunächst wird ein metallisches Flachband einem einstufigen
Walzprägeschritt unterworfen, in dem es zwischen einer Strukturwalze mit einer zur
erfindungsgemäßen Struktur komplementären Oberflächengestaltung und einer Stützwalze
hindurchgeführt wird. Dabei wird eine Seite des Flachbandes mit der erfindungsgemäßen
Struktur versehen, während die zweite Seite glatt bleibt oder auch eine hier nicht
näher beschriebene Strukturierung aufweist. Lediglich die dem nachfolgenden Verschweißen
dienenden Randbereiche der ersten Seite können eventuell andersartig strukturiert
werden oder auch unstrukturiert bleiben. Nach dem Walzprägeschritt wird das strukturierte
Flachband zu einem Schlitzrohr eingeformt, in einem Schweißprozess längsnahtgeschweißt
und das Rohr gegebenenfalls noch in einem abschließenden Ziehprozeß auf den gewünschten
Aussendurchmesser gebracht. Eine mögliche Beeinflussung des Wärmeübertragungsvermögens
des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres durch den die Schweißnaht umgebenden, andersartig
strukturierten oder auch unstrukturierten Bereich ist unbedeutend und kann vernachlässigt
werden.
[0010] Der Anspruch 20 betrifft die bevorzugte Ausführungsform einer Strukturwalze zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre. Der modulare Aufbau der Walze aus Scheiben
bzw. Ringen, der ein schnelles Erstellen und Bewerten zahlreicher Strukturvarianten
im Rahmen eines Versuchsplanes und eine zügige Anpassung der Oberflächenstrukturierung
an neue Fluide und veränderte Betriebszustände durch Änderung der Zahl, Form und (Nuten-)Geometrie
der Scheiben und Ringe bzw. durch Austausch einzelner Scheiben/Ringe nach dem Baukastenprinzip
ermöglicht, zeigt sich als weiterer Vorteil der Erfindung.
[0011] Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
[0012] Es zeigt:
- Fig. 1
- einen Lamellenblock-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik,
- Fig.2
- perspektivisch einen Abschnitt eines innenberippten Wärmeaustauschrohres,
- Fig.3
- schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter,
berippter Innenoberfläche,
- Fig.4
- im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt senkrecht zu den Rippenmittellinien durch
eine hohe und eine niedrige Rippe nach Fig.3,
- Fig.5
- schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres analog zu
Fig.3, bei dem hohe und niedrige Rippen jeweils durch einen Spalt voneinander getrennt
sind,
- Fig.6
- schematisch den Aufbau einer Strukturwalze zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre,
- Fig.7
- in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in vier Zonen aufgeteilt ist,
- Fig.8
- eine Innenoberfläche nach Fig.7, bei der hohe und niedrige Rippen jeweils durch einen
Spalt getrennt sind,
- Fig. 9
- in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in sechs Zonen aufgeteilt ist, wobei die Rippen
positive und negative Steigungswinkel aufweisen, und
- Fig. 10
- in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in sechs Zonen aufgeteilt ist, wobei die Rippen
in den beiden mittleren Zonen einen anderen Steigungswinkel aufweisen als die Rippen
in den beiden jeweiligen Randzonen.
[0013] Fig. 1 zeigt einen Lamellenblock-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik mit
horizontal angeordneten Wärmeaustauschrohren 1 und nicht näher bezifferten Lamellen.
[0014] In Fig. 2 ist ein Längenabschnitt eines längsnahtgeschweißten Wärmeaustauschrohres
1 mit dem Außendurchmesser D dargestellt. Das Wärmeaustauschrohr 1 weist eine glatte
äußere Oberfläche und eine strukturierte Innenoberfläche auf.
[0015] Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die aufgeklappte Innenoberfläche eines
solchen berippten Wärmeaustauschrohres 1. Die Innenoberfläche ist in Umfangsrichtung
in vier Zonen (Z
1 bis Z
4) aufgeteilt. In jeder Zone (Z
1 bis Z
4) sind alternierend (in Rohrlängsrichtung) hohe Rippen 2 (Rippenhöhe H
1) und niedrige Rippen 3 (Rippenhöhe H
2) eingeformt, die durch Nuten 4 voneinander getrennt sind. Die Rippen 2, 3 - und die
Nuten 4 - verlaufen schräg zur Rohrlängsrichtung, d.h. die Mittellinien 5 der Rippen
2, 3 bilden mit der Rohrlängsrichtung den Steigungswinkel α. Benachbarte Zonen (Z
1 bis Z
4) sind so gegeneinander versetzt, daß an den Grenzen der Zonen (Z
1 bis Z
4) jeweils eine hohe Rippe 2 und eine niedrige Rippe 3 zusammenstoßen. Die Rippenlänge
innerhalb einer Zone, gemessen längs der Mittellinien 5 der Rippen 2, 3, ist mit L
bezeichnet.
[0016] Fig.4 zeigt im Detail die Rippenteilung t (Abstand von Rippenmitte zu Rippenmitte,
gemessen senkrecht zu den Rippenmittellinien 5), die Flankenwinkel γ
1 bzw. γ
2, die Rippenhöhen H
1 bzw. H
2 und die Rippenfußbreiten F
1 bzw. F
2. Die Flankenwinkel γ
1, γ
2 und die Fußbreiten F
1, F
2 werden ebenfalls in einer Querschnittsebene senkrecht zu den Rippenmittellinien 5
gemessen.
[0017] Fig. 5 zeigt schematisch und analog zu Fig.3 eine Draufsicht auf die aufgeklappte
Innenoberfläche eines berippten Wärmeaustauschrohres 1, bei der hohe und niedrige
Rippen am Übergang benachbarter Zonen jeweils durch einen Spalt 12 der Länge B (gemessen
längs der verlängerten Mittellinien 5 der Rippen 2, 3) voneinander getrennt sind.
[0018] In Fig. 6 ist schematisch der Aufbau einer Strukturwalze 6 zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Wärmeaustauschrohre 1 dargestellt.
[0019] Die Walze 6 ist aus mehreren Scheiben 7 aufgebaut, die in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt sind. In die einzelnen Scheiben 7 sind alternierend tiefe und weniger tiefe
Nuten 8, 9 eingebracht, die beim Abrollen der Walze 6 auf dem Blechband 10 in einem
Walzprägevorgang die hohen Rippen 2 und die niedrigeren Rippen 3 in den einzelnen
Zonen Z
1 bis Z
5 erzeugen. Nach der Strukturierung wird das Blechband 10 zu einem Schlitzrohr geformt
und längsgeschweißt (Schweißnaht 11).
[0020] Die Fig. 7 bis 10 zeigen in Schwarzweiß-Darstellung weitere Ausführungsformen der
Erfindung, wobei die Rippenspitzen/-flanken weiß und der Grund der zwischen den Rippen
2, 3 verlaufenen Nuten 4 schwarz gehalten wird.
[0021] Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform mit jeweils vier Zonen (Z
1 bis Z
4), wobei sich die Fig.8 durch die zusätzliche Anordnung von Spalten 12 der Länge B
zwischen hohen Rippen 2 und niedrigen Rippen 3 unterscheidet. Diese Verhältnisse sind
anhand der Darstellung gemäß Fig. 5 verdeutlicht.
[0022] Die Innenoberfläche des Wärmeaustauschrohres 1 nach Fig. 9 ist in 6 Zonen (Z
1 bis Z
6) aufgeteilt. In der Gruppe G
1 mit den drei Zonen (Z
1 bis Z
3) verlaufen die Rippen 2, 3 unter dem Steigungswinkel α, in der Gruppe 2 mit den drei
Zonen (Z
4 bis Z
6) unter dem bzgl. der Grenzlinie zwischen benachbarten Gruppen spiegelsymmetrisch
entgegen gesetzten (negativen) Winkel α' = -α.
[0023] Die Innenoberfläche des Wärmeaustauschrohres 1 nach Fig. 10 ist ebenfalls in 6 Zonen
(Z
1 bis Z
6) aufgeteilt. In den Gruppen G
1 und G
3 mit den Zonen Z
1/Z
2 und Z
5/Z
6 verlaufen die Rippen 2, 3 unter dem Steigungswinkel α, in der Gruppe 2 mit den Zonen
Z
3/Z
4 unter einem betragsmäßig anderen Steigungswinkel |α'| ≠ |α|.
Zahlenbeispiel:
[0024] Zur Herstellung eines Wärmeaustauschrohres 1 mit einem Aussendurchmesser von D =
7 mm wird die Strukturwalze 6 aufgebaut aus 19 Scheiben 7 des Durchmessers 33 mm und
der Stärke 1,2 mm, so dass die resultierende Strukturierung der Innenoberfläche des
Wärmeaustauschrohres 1 vor dem abschließenden Ziehprozeß entsprechend Fig. 2 aus 19
1,2 mm breiten Zonen besteht, in denen sich in Längsrichtung des Bandes 10 alternierend
hohe und niedrigere Rippen 2, 3 abwechseln und unter einem Winkel von α = 14,3° gegenüber
der Längsrichtung des Flachbandes 10 verlaufen. Je Zone sind in dieser Ausführung
bei einem Schnitt in Umfangsrichtung genau eine hohe und eine niedrigere Rippe 2,
3 enthalten, so dass insgesamt in Umfangsrichtung 19 hohe Rippen 2 und 19 niedrigere
Rippen 3 resultieren. Die Rippenhöhen betragen H
1 = 0,14 mm bzw. H
2 = 0,07 mm, die Flankenwinkel γ = 45°, die Längen der Rippen L = 4,86 mm und die Teilung
(der Abstand hohe - niedrige Rippe gemessen senkrecht zur Rippe) beträgt t = 0,58
mm. Als Versatz der Zonen bzw. als Winkelversatz der Scheiben 7 der Strukturwalze
6 gegeneinander wird ein Winkel von 90° eingestellt.
1. Wärmeaustauschrohr (1) mit berippter Innenoberfläche, die in Umfangsrichtung in mindestens
zwei Zonen (Z1 bis Zm) aufgeteilt ist, wobei sich unter einem Steigungswinkel α zur Rohrlängsachse verlaufende
Rippen (2,3) unterschiedlicher Rippenhöhe in benachbarten Zonen (Z1 bis Zm) abwechseln,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen (2, 3) in den einzelnen Zonen (Z1 bis Zm) in Rohrlängsrichtung in beliebiger periodischer Kombination und Abfolge mindestens
zweier Rippenhöhen (H1 bis Hn, H1>H2>...>Hn) angeordnet sind, wobei benachbarte Zonen (Z1 bis Zm) so aneinander grenzen, dass am Übergang zweier Zonen die Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung
um mindestens eine Rippe gegeneinander versetzt ist.
2. Wärmeaustauschrohr (1) mit berippter Innenoberfläche, die in Umfangsrichtung in mindestens
zwei Gruppen (G1 bis Gp) von Zonen (Z1 bis Zm) aufgeteilt ist, wobei jede Gruppe mindestens zwei Zonen umfaßt und der Steigungswinkel
(α, α') der Rippen (2, 3) in den Zonen einer Gruppe jeweils einheitlich ist, zwischen
benachbarten Gruppen aber dergestalt variiert, daß bei Zählung ab einer Gruppe G1 in Gruppen mit ungeradzahliger Nummer ein betragsmäßig anderer Steigungswinkel α
der Rippen (2, 3) vorliegt als der Steigungswinkel α' in Gruppen geradzahliger Nummer
(|α'| ≠ |α|),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen (2, 3) in den einzelnen Zonen (Z1 bis Zm) in Rohrlängsrichtung in beliebiger periodischer Kombination und Abfolge mindestens
zweier Rippenhöhen (H1 bis Hn, H1>H2>...>Hn) angeordnet sind, wobei benachbarte Zonen (Z1 bis Zm) einer Gruppe so aneinander grenzen, dass am Übergang zweier Zonen einer Gruppe die
Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung um mindestens eine Rippe gegeneinander versetzt
ist.
3. Wärmeaustauschrohr (1) mit berippter Innenoberfläche, die in Umfangsrichtung in mindestens
zwei Gruppen (G1 bis Gp) von Zonen (Z1 bis Zm) aufgeteilt ist, wobei jede Gruppe mindestens zwei Zonen umfaßt und der Steigungswinkel
(α, α') der Rippen (2, 3) in den Zonen einer Gruppe jeweils einheitlich ist, zwischen
benachbarten Gruppen aber dergestalt variiert, daß bei Zählung ab einer Gruppe G1 in Gruppen mit ungeradzahliger Nummer ein Steigungswinkel α der Rippen (2, 3), in
Gruppen geradzahliger Nummer ein bzgl. der Grenzlinie zwischen benachbarten Gruppen
spiegelsymmetrisch entgegengesetzter Steigungswinkel α' = -α der Rippen (2, 3) vorliegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen (2, 3) in den einzelnen Zonen (Z1 bis Zm) in Rohrlängsrichtung in beliebiger periodischer Kombination und Abfolge mindestens
zweier Rippenhöhen (H1 bis Hn, H1>H2>...>Hn) angeordnet sind, wobei benachbarte Zonen (Z1 bis Zm) einer Gruppe so aneinander grenzen, dass am Übergang zweier Zonen einer Gruppe die
Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung um mindestens eine Rippe gegeneinander versetzt
ist.
4. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeder Zone (Z1 bis Zm) in periodischer Wiederholung auf genau eine Rippe mit der Rippenhöhe Hi (i=1 bis n) jeweils genau eine Rippe mit der Rippenhöhe Hj (j=1 bis n, j≠i, Hj≠Hi) und eventuell weitere Rippen der Höhen Hk (k=1 bis n, k≠i, j, Hk≠Hi,Hj) in Rohrlängsrichtung folgen.
5. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeder Zone (Z1 bis Zm) in periodischer Wiederholung auf zwei oder mehr Rippen mit der Rippenhöhe Hi (i=1 bis n) jeweils genau eine Rippe mit der Rippenhöhe Hj (j=1 bis n, j≠i, Hj≠Hi) und eventuell weitere Rippen der Höhen Hk (k=1 bis n, k≠i, j, Hk≠Hi,Hj) in Rohrlängsrichtung folgen.
6. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeder Zone (Z1 bis Zm) in periodischer Wiederholung auf genau eine Rippe mit der Rippenhöhe Hi (i=1 bis n) jeweils zwei oder mehr Rippen mit der Rippenhöhe Hj (j=1 bis n, j*i, Hj≠Hi) und eventuell weitere Rippen der Höhen Hk (k=1 bis n, k≠i, j, Hk≠Hi,Hj) in Rohrlängsrichtung folgen.
7. Wärmeaustauschrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeder Zone (Z1 bis Zm) in periodischer Wiederholung auf zwei oder mehr Rippen mit der Rippenhöhe Hi (i=1 bis n) jeweils zwei oder mehr Rippen mit der Rippenhöhe Hj (j=1 bis n, j≠i, Hj≠Hi) und eventuell weitere Rippen der Höhen Hk (k=1 bis n, k≠i, j, Hk≠Hi,Hj) in Rohrlängsrichtung folgen.
8. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem äußeren Rohrdurchmesser von D = 3 bis 20 mm der Steigungswinkel α = 5 bis
85°, die größte Rippenhöhe H1 = 0,05 bis 0,5 mm und die Rippenlänge je Zone L = 0,5 bis 15 mm betragen.
9. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem äußeren Rohrdurchmesser von D = 6 bis 12,7 mm der Steigungswinkel α = 10
bis 40°, die größte Rippenhöhe H1 = 0,1 bis 0,3 mm und die Rippenlänge je Zone L = 0,5 bis 10 mm betragen.
10. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhen Hj (j=2 bis n), verglichen zur größten Rippenhöhe H1, Hj/H1 = 0,1 bis 0,9, insbes. 0,2 bis 0,8 betragen.
11. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhe H2, verglichen zur größten Rippenhöhe H1, H2/H1 = 0,2 bis 0,7, insbes. 0,4 bis 0,6 beträgt.
12. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenteilung t = 0,1 bis 0,8 mm und die Flankenwinkel γ1 bis γn = 10 bis 60° betragen.
13. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenteilung t = 0,2 bis 0,6 mm und die Flankenwinkel γ1 bis γn = 20 bis 50° betragen.
14. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnitte der Rippen (2, 3) geometrisch ähnlich sind.
15. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnitte der Rippen (2, 3) geometrisch verschieden sind.
16. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Rippen (2, 3) benachbarter Zonen (Z1 bis Zm), von denen eine in der Verlängerung der Mittellinie (5) der anderen liegt, jeweils
durch einen Spalt (12) voneinander getrennt sind.
17. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spaltlänge B < 0,5 x Rippenlänge L beträgt.
18. Wärmeaustauschrohr nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spaltlänge B < 0,2 x Rippenlänge L beträgt.
19. Wärmeaustauschrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß es zumindest eine Schweißnaht (11), insbes. in Rohrlängsrichtung, aufweist.
20. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschrohres nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 19, mit einer Strukturwalze,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strukturwalze aus Scheiben oder Ringen (7) aufgebaut ist, deren Anzahl und Breite
der Anzahl und Breite der Zonen (Z1 bis Zm) des Wärmeaustauschrohres (1) entspricht, die schräg verlaufende Nuten (8, 9) mit
alternierend unterschiedlicher Tiefe aufweisen und die in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt sind.
1. Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral
direction into at least two zones (Z1 to Zm), ribs (2, 3) of differing rib height which extend at an angle of pitch α relative
to the longitudinal axis of the pipe alternating in adjacent zones (Z1 to Zm),
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z1 to Zm) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and
sequence of at least two rib heights (H1 to Hn, H1>H2>...>Hn), adjacent zones (Z1 to Zm) adjoining each other in such a manner that, at the transition of two zones, the
rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction of the pipe by at least
one rib.
2. Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral
direction into at least two groups (G1 to Gp) of zones (Z1 to Zm), each group comprising at least two zones and the angle of pitch (α, α') of the
ribs (2, 3) in the zones of a group being uniform in each case, but varying between
adjacent groups in such a manner that, when counting from a group G1 in groups with an uneven number, there is a differently valued angle of pitch α of
the ribs (2, 3) from the angle of pitch α' in groups with an even number (|α'| ≠ |α|),
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z1 to Zm) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and
sequence of at least two rib heights (H1 to Hn, H1>H2>...>Hn), adjacent zones (Z1 to Zm) of a group adjoining each other in such a manner that, at the transition of two
zones of a group, the rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction
of the pipe by at least one rib.
3. Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral
direction into at least two groups (G1 to Gp) of zones (Z1 to Zm), each group comprising at least two zones and the angle of pitch (α, α') of the
ribs (2, 3) in the zones of a group being uniform in each case, but varying between
adjacent groups in such a manner that, when counting from a group G1 in groups with an uneven number, there is an angle of pitch α of the ribs (2, 3),
and in groups having an even number, an angle of pitch α' = -α of the ribs (2, 3)
that is opposite in a mirror-symmetrical manner relative to the borderline between
adjacent groups,
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z1 to Zm) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and
sequence of at least two rib heights (H1 to Hn, H1>H2>...>Hn), adjacent zones (Z1 to Zm) of a group adjoining each other in such a manner that, at the transition of two
zones of a group, the rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction
of the pipe by at least one rib.
4. Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z1 to Zm), in periodic repetition, precisely one rib having the rib height Hi (i=1 to n) is followed by precisely one rib having the rib height Hj (j=1 to n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) and optionally other ribs having the heights Hk (k=1 to n, k ≠ i,j, Hk ≠ Hi, Hj) in the longitudinal direction of the pipe.
5. Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z1 to Zm), in periodic repetition, two or more ribs having the rib height Hi (i = 1 to n) are followed in each case by precisely one rib having the rib height
Hj (j = 1 to n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) and optionally other ribs having the heights Hk (k = 1 to n, k ≠ i, j , Hk ≠ Hi,Hj) in the longitudinal direction of the pipe.
6. Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z1 to Zm), in periodic repetition, precisely one rib having the rib height Hi (i = 1 to n) is followed in each case by two or more ribs having the rib height Hj (j = 1 to n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) and optionally other ribs having the heights Hk (k = 1 to n, k ≠ i, j , Hk ≠ Hi,Hj) in the longitudinal direction of the pipe.
7. Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z1 to Zm), in periodic repetition, two or more ribs having the rib height Hi (i = 1 to n) are followed in each case by two or more ribs having the rib height
Hj (j = 1 to n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) and optionally other ribs having the heights Hk (k = 1 to n, k ≠ i, j , Hk ≠ Hi,Hj) in the longitudinal direction of the pipe.
8. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 7, characterised in that
with an outer pipe diameter of D = 3 to 20 mm, the angle of pitch α is from 5 to 85°,
the largest rib height H1 is from 0.05 to 0.5 mm and the rib length for each zone L is from 0.5 to 15 mm.
9. Heat-exchange pipe according to claim 8, characterised in that
with an outer pipe diameter of D = 6 to 12.7 mm, the angle of pitch α is from 10 to
40°, the largest rib height H1 is from 0.1 to 0.3 mm and the rib length for each zone L is from 0.5 to 10 mm.
10. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 9, characterised in that
the rib heights Hj (j=2 to n), compared with the largest rib height H1, Hj/H1 are from 0.1 to 0.9, in particular 0.2 to 0.8.
11. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 4 to 9, characterised in that
the rib height H2, compared with the largest rib height H1, H2/H1 is from 0.2 to 0.7, in particular 0.4 to 0.6.
12. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 11, characterised in that
the rib distribution t is from 0.1 to 0.8 mm and the flank angle γ1 to γn is from 10 to 60°.
13. Heat-exchange pipe according to claim 12, characterised in that
the rib distribution t is 0.2 to 0.6 mm and the flank angle γ1 to γn is from 20 to 50°.
14. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 13, characterised in that
the cross-sections of the ribs (2, 3) are geometrically similar.
15. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 13, characterised in that
the cross-sections of the ribs (2, 3) are geometrically different.
16. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 15, characterised in that
two ribs (2, 3) of adjacent zones (Z1 to Zm), one of which is located in the extension of the centre line (5) of the other, are
separated from each other in each case by means of a gap (12).
17. Heat-exchange pipe according to claim 16, characterised in that
the gap length is B < 0.5 x rib length L.
18. Heat-exchange pipe according to claim 17, characterised in that
the gap length is B < 0.2 x rib length L.
19. Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 18, characterised in that
it has at least one weld seam (11), in particular in the longitudinal direction of
the pipe.
20. Method for producing a heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to
19, having a structure roller,
characterised in that
the structure roller is constructed from discs or rings (7), the number and width
of which corresponds to the number and width of the zones (Z1 to Zm) of the heat-exchange pipe (1), and which have grooves (8, 9) which extend in an
inclined manner and which have different depths in an alternating manner and which
are mutually offset in a peripheral direction.
1. Tube échangeur de chaleur (1) avec surface intérieure nervurée, qui est subdivisé
en direction périphérique en au moins deux zones (Z1 à Zm), dans lequel des nervures
(2, 3) qui s'étendent sous un angle de pas α par rapport à l'axe longitudinal du tube
présentent des hauteurs de nervures différentes en alternance dans des zones voisines
(Z1 à Zm),
caractérisé en ce que
les nervures (2, 3) dans les zones individuelles (Z1 à Zm) sont agencées en combinaison
et en succession périodique quelconque en direction longitudinale du tube avec au
moins deux hauteurs de nervures (H1 à Hn, H1>H2>...>Hn), et des zones voisines (Z1
à Zm) sont mutuellement adjacentes de telle façon qu'à la transition de deux zones,
la succession des nervures en direction longitudinale du tube est décalé d'au moins
une nervure.
2. Tube échangeur de chaleur (1) avec surface intérieure nervurée, qui est subdivisé
en direction périphérique en au moins deux groupes (G1 à Gp) de zones (Z1 à Zm), chaque
groupe comprenant au moins deux zones, et l'angle de pas (α, α') des nervures (2,
3) dans les zones d'un groupe est à chaque fois unitaire, mais celui-ci varie entre
les groupes voisins de telle manière qu'en comptant à partir d'un groupe G1, dans
des groupes présentant un numéro impair, on obtient un angle de pas α des nervures
(2, 3) d'une valeur différente à l'angle de pas α' dans des groupes présentant un
numéro pair (|α'|≠|α|),
caractérisé en ce que
les nervures (2, 3) dans les zones individuelles (Z1 à Zm) en direction longitudinale
du tube sont agencées en combinaison et en succession périodique quelconque avec au
moins deux hauteurs de nervures (H1 à Hn, H1>H2>...>Hn), des zones voisines (Z1 à
Zm) d'un groupe étant adjacentes de telle manière qu'à la transition de deux zones
d'un groupe, la succession des nervures en direction longitudinale du tube est décalée
d'au moins une nervure.
3. Tube échangeur de chaleur (1) avec surface intérieure nervurée, qui est subdivisé
en direction périphérique en au moins deux groupes (G1 à Gp) de zones (Z1 à Zm), chaque
groupe comprenant au moins deux zones, et l'angle de pas (α, α') des nervures (2,
3) est à chaque fois unitaire dans les zones d'un groupe, mais varie entre des groupes
voisins de telle façon qu'en comptant à partir d'un groupe G1 en groupes de numéros
impairs, il existe un angle de pas α des nervures (2, 3), alors qu'en comptant en
groupes de numéros pairs, il existe un angle de pas α' des nervures (2, 3) symétrique
et opposé par rapport à la ligne frontière entre les groupes voisins, tels que α'
= -α,
caractérisé en ce que les nervures (2, 3) dans les zones individuelles (Z1 à Zm) sont agencés en combinaison
et en succession périodique quelconque en direction longitudinale du tube avec au
moins deux hauteurs de nervures (H 1 à Hn, H1>H2>...>Hn), et dans lequel des zones
voisines (Z1 à Zm) d'un groupe sont mutuellement adjacentes de telle façon qu'à la
transition de deux zones d'un groupe, la succession des nervures en direction longitudinale
du tube est décalée d'au moins une nervure.
4. Tube échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que :
dans chaque zone (Z 1 à Zm) en répétition périodique, à exactement une nervure présentant
la hauteur Hi (i = 1 à n) suivent respectivement exactement une nervure présentant
la hauteur Hj (j = 1 à n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) et éventuellement d'autres nervures présentant
les hauteurs Hk (k = 1 à n, k ≠ i, j, Hk ≠ Hi, Hj) en direction longitudinale du tube.
5. Tube échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que :
dans chaque zone (Z1 à Zm), en répétition périodique, à deux ou plusieurs nervures
présentant la hauteur Hi (i = 1 à n) suivent respectivement exactement une nervure
présentant la hauteur Hj (j = 1 à n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) et éventuellement d'autres nervures
présentant les hauteurs Hk (k = 1 à n, k ≠ i, j, Hk ≠ Hi, Hj) en direction longitudinale
du tube.
6. Tube échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que :
dans chaque zone (Z1 à Zm) en répétition périodique, à exactement une nervure présentant
la hauteur Hi (i = 1 à n) suivent respectivement deux ou plusieurs nervures présentant
la hauteur Hj (j = 1 à n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) et éventuellement d'autres nervures présentant les hauteurs Hk (k = 1 à n,
k ≠ i, j, Hk ≠ Hi, Hj) en direction longitudinale du tube.
7. Tube échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que :
dans chaque zone (Z1 à Zm) en répétition périodique, à deux ou plusieurs nervures
présentant la hauteur Hi (i = 1 à n) suivent respectivement deux ou plusieurs nervures
présentant la hauteur Hj (j = 1 à n, j ≠ i, Hj ≠ Hi) et éventuellement d'autres nervures
présentant les hauteurs Hk (k = 1 à n, k ≠ i, j, Hk ≠ Hi, Hj) en direction longitudinale
du tube.
8. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que :
pour un diamètre extérieur de tube de D = 3 à 20 mm, l'angle de pas s'élève à α =
5 à 85°, la hauteur maximum des nervures s'élève à H1 = 0,05 à 0,5 mm, et la longueur
des nervures par zone s'élève à L = 0,5 à 15 mm.
9. Tube échangeur de chaleur selon la revendication 8,
caractérisé en ce que :
pour un diamètre extérieur de tube de D = 6 à 12,7 mm, l'angle de pas s'élève à α
= 10 à 40°, la hauteur maximum des nervures s'élève à H1 = 0,1 à 0,3 mm, et la longueur
des nervures par zone s'élève à L = 0,5 à 10 mm.
10. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que :
les hauteurs Hj des nervures (j = 2 à n), comparées à la hauteur maximum H1 des nervures,
s'élève à Hj/H1 = 0,1 à 0,9, et en particulier 0,2 à 0,8.
11. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 4 à 9,
caractérisé en ce que :
la hauteur H2 des nervures, comparée à la hauteur maximum H1 des nervures, s'élève
à H2/H1 = 0,2 à 0,7, en particulier 0,4 à 0,6.
12. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,
caractérisé en ce que :
le pas des nervures s'élève à t = 0,1 à 0,8 mm, et l'angle des flancs γ1 à γn s'élève
de 10 à 60°.
13. Tube échangeur de chaleur selon la revendication 12,
caractérisé en ce que :
le pas des nervures s'élève à t = 0,2 à 0,6 mm, et l'angle des flancs γ1 à γn s'élève
de 20 à 50°.
14. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les sections des nervures (2, 3) sont géométriquement semblables.
15. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 13,
caractérisé en ce que :
les sections des nervures (2, 3) sont géométriquement différentes.
16. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 15,
caractérisé en ce que :
deux nervures (2, 3) de zones voisines (Z1 à Zm), dont l'une se situe dans le prolongement
de la ligne médiane (5) de l'autre, sont respectivement séparées l'une de l'autre
par une fente (12).
17. Tube échangeur de chaleur selon la revendication 16,
caractérisé en ce que :
la longueur de fente B est inférieure à 0,5 fois la longueur de nervure L.
18. Tube échangeur de chaleur selon la revendication 17, caractérisé en ce que la longueur de fente B est inférieure à 0,2 fois la longueur de nervure L.
19. Tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 18,
caractérisé en ce que :
il comprend au moins un cordon de soudure (11), en particulier dans la direction longitudinale
du tube.
20. Procédé pour la fabrication d'un tube échangeur de chaleur selon l'une ou plusieurs
des revendications 1 à 19, comprenant un cylindre structuré,
caractérisé en ce que
le cylindre structuré est constitué par des disques ou par des anneaux (7), dont le
nombre et la largeur correspondent au nombre et à la largeur des zones (Z1 à Zm) du
tube échangeur de chaleur (1), lesquelles comportent des gorges (8, 9) qui s'étendent
en oblique avec des profondeurs différentes alternées, et qui sont décalées les unes
par rapport aux autres en direction périphérique.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information
des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes.
Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei
Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente