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Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschrohr
mit einer strukturierten inneren Oberfläche nach dem Oberbegriff des
Anspruch 1 zur Verdampfung von Flüssigkeiten oder Kondensation
von Gasen, bestehend aus Reinstoffen oder Gemischen, auf der Rohrinnenseite.
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Ein weltweiter Wettbewerb bei Wärmeaustauschern,
z.B. Lamellenblock-Wärmeaustauschern (vgl. 1) für die Kälte- und Klimatechnik, erfordert hochleistende,
mit wenig Material und kostengünstig in
wenigen Arbeitsschritten produzierte Wärmeaustauschrohre. Die Wärmeaustauschrohre
sind dabei in Lamellenblock-Wärmeaustauschern
zumeist horizontal angeordnet.
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Da Klimageräte oftmals als umschaltbar
zwischen Sommer(Kühl)-Winter(Heiz)-Betrieb ausgelegt sind,
müssen
die Lamellenblock-Wärmeaustauscher und
somit die Wärmeaustauschrohre
der Innenraum- bzw. Außen-Einheit
einer Klimaanlage je nach Betriebsart mal im Verdampfungs- und mal
im Kondensationsmodus betrieben werden. Entsprechend werden oft
Rohre mit guten Leistungseigenschaften in beiden Modi gefordert.
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Zum Stand der Technik zählt ein
Wärmeaustauschrohr
nach
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- – EP 0.591.094 A1 ,
bei dem auf der inneren Oberfläche
Rippen gleicher Form unter einem Steigungswinkel gegenüber der
Längsrichtung
des Rohres spiralförmig
umlaufen. Insbesondere bei Verdampfung fördert die Spiralstruktur eine
vollständige
Benetzung des gesamten Rohrumfangs und erzielt so eine Verbesserung
des Wärmeübergangs.
Allerdings fällt
die Wärmeübergangsleistung
insbesondere bei Kondensation gegenüber den nachstehend aufgeführten Strukturen deutlich
zurück.
- – DE 196 28 280 C2 ,
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 andererseits zeigt diese Struktur, da
einen vollständige
Benetzung eben nicht durch die Struktur gefördert und dadurch die den Wärmeübergang
bei Kondensation limitierende Filmdicke in der oberen Rohrhälfte dünn gehalten
wird , herausragende Wärmeübergangsleistungen,
bei allerdings auch deutlich vergrößertem Druckabfall.
- – US 6.298.909 B1 ,
bei dem ähnlich
zu DE 196 28 280
C2 in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen
zwei verschiedenen Richtungen für
die Ausrichtung der Rippen gewechselt wird. Um dem deutlich höheren Druckabfall
dieser Strukturen zu begegnen, wurde die Rippenhöhe im Übergangsbereich zweier Sektionen
erniedrigt durch eine entsprechende Werkzeuggestaltung mit dem Nachteil,
dass in diesem Übergangsbereich
die Wanddicke ansteigt und so das Rohrgewicht erhöht wird,
ohne dieses zusätzliche
Material weder zur Verbesserung der Wärmeübergangsleistung zu nutzen
noch zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu benötigen. Wie zuvor
zeigt diese Struktur sehr gute Kondensations-, aber gegenüber dem
Stand der Technik deutlich abfallende Verdampfungsergebnisse.
- – EP 1.087.198 A1 und JP-OS 10-047.880 (Kobe Steel),
bei denen ähnlich
zu DE 196 28 280 C2 in Umfangsrichtung
des Rohres sektionsweise zwischen zwei verschiedenen Richtungen
für die Ausrichtung
der Rippen gewechselt wird. Allerdings sind hier die Zonen alternierend
unterschiedlich breit ausgeführt,
so dass sich wieder eine dominierende spiralförmige Vorzugsrichtung ausbilden
kann, welche bei Verdampfung die vollständige Benetzung des Rohrumfangs
unterstützt und
den Wärmeübergang
fördert.
Andererseits wird die Spiralstruktur genügend oft unterbrochen, so dass
diese Struktur bezüglich
der Kondensationsleistung ähnlich
gute Werte zeigt wie Strukturen nach DE 196 28 280 C2 . Nachteilig wirkt sich ähnlich wie
bei DE 196 28 280
C2 der hohe Druckabfall der Rohre aus.
- – JP-OS 04-158.193 (Furukawa),
bei dem die Rohrinnenoberfläche
in Umfangsrichtung des Rohres in Sektionen unterteilt ist und sektionsweise
die Rippengeometrie bzgl. Steigungswinkel, Rippenanzahl und Rippenhöhe wechselt.
- – JP-OS 2000-283.680 (Kobe
Steel), bei dem in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen
Zonen mit schräg
zur Längsachse
verlaufenden Rippen und Zonen, in denen diese Rippen zusätzlich gekerbt
wurden, gewechselt wird. Nachteilig ist, dass die Kerbung der Rippen
einen zweiten Walzschritt und ein zusätzliches Werkzeug erfordert
und so den Produktionsaufwand vergrößert. Zudem wird eine Reduzierung
des Rohrgewichtes trotz des Ausformens der Mulden nicht erreicht,
da dass Material lediglich in die zuvor geformten Kanäle zwischen
den Rippen verdrängt
wird.
- – JP-OS 02-280.933 (Furukawa),
bei dem auf dem gesamten Rohrumfang eine gitterartige Rippenstruktur
vorliegt. Allerdings behindern die grundsätzlich in den Kanälen zwischen
den Primärrippen
vorhandenen Sekundärrippen
das Entstehen einer Drallströmung
und somit eine die Verdampfung fördernde vollständige Benetzung des
Rohrumfangs, da Bereiche mit einer eindeutigen und auch durch Sekundärrippen
nicht gestörten
Zone nicht vorliegen.
- – Aus
der DE 100 41 919
C1 ist ein innenberipptes Wärmetauscherrohr mit versetzt
angeordneten Rippen unterschiedlicher Höhe bekannt. Die berippte Innenoberfläche ist
in mindestens zwei Zonen aufgeteilt. Benachbarte Zonen grenzen so aneinander,
dass die Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung
um mindestens eine Rippe versetzt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Wärmeaustauschrohr
mit einer inneren Oberflächenstruktur
zu schaffen, welche ein Optimum zwischen folgenden Anforderungen
darstellt: einer gegenüber
dem Stand der Technik guten oder verbesserten Wärmeübergangsleistung bei sowohl
Kondensation als auch Verdampfung, einem geringen Druckabfall, einem möglichst
niedrigem Rohrgewicht und einem verminderten, nach Anzahl der Struktur-Prägeschritte
zählenden
Produktionsaufwand.
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Die Aufgabe wird bei Wärmeaustauschrohren
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 efindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass in Zonen mindestens einer weiteren Zonenklasse (Kj+1,
Kj+2, ..., Km) Rippen
mit einem Steigungswinkel α2 zur Rohrlängsrichtung und mit einer Rippenhöhe h2 vorliegen und von unter einem Steigungswinkel α3 zur
Rohrlängsrichtung
verlaufenden Rippen einer Rippenhöhe h3 gekreuzt
werden (α3 ≠ α2),
wobei die Rippenhöhen
h2 und h3 der sich
kreuzenden Rippen in den Zonen der Zonenklassen (Kj+1,
Kj+2, ..., Km) gleich
oder vorzugsweise kleiner als die Rippenhöhen h1 der
Rippen in den in Umfangsrichtung nächstliegenden Zonen der Zonenklassen
(K1, K2,..., Kj) sind.
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Damit ergeben sich die folgenden
Vorteile der Erfindung:
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- – Durch
den Wechsel von Zonen mit unter einem Winkel zur Rohrlängsachse
verlaufenden Rippen einerseits und Zonen mit sich in gitterartigem Muster
kreuzenden Rippen andererseits ist durch die erstgenannten Zonen
die Möglichkeit
zur Ausbildung einer bevorzugten Richtung einer Drallströmung gegeben,
die aufgrund ihres Dralls eine vollständige Benetzung des Rohrumfangs
unterstützt
und so zu einer guten und verbesserten Wärmeübergangsleistung bei Verdampfung
beiträgt.
Jeweils kurz gestört
wird diese Drallströmung
andererseits durch die, vorzugsweise aber nicht notwendigerweise,
schmaleren Zonen mit gitterartigem Muster, welche für eine Verwirbelung und
ein Aufbrechen von Temperatur- und Konzentrationsgrenzschichten
sorgen und somit den Wärmeübergang
weiter steigern können,
ehe die Strömung
wieder in die bevorzugte Drallrichtung gezwungen wird. Der Schnittwinkel
der sich kreuzenden Rippen in den Zonen der Zonenklassen (Kj+1, Kj+2, ..., Km) mit gitterartigem Muster, berechnet als
der Betrag des kleineren der beiden Komplementärwinkel |(α2 – α3)| bzw. |180° – (α2 – α3)| , beträgt vorzugsweise
30° bis
90° (Anspruch
2).
- – Für den Kondensationsbetrieb
andererseits wird die Spiralstruktur mit Vorzugsrichtung genügend oft
unterbrochen und eine Drallströmung
gestört durch
Zonen der Zonenklassen (Kj+1, Kj+2,
..., Km) mit sich in gitterartigem Muster
kreuzenden Rippen, in denen in der oberen Rohrhälfte ein Abführen des
Kondensats und somit eine Reduzierung der Filmdicke des Kondensats
erleichtert wird. Daher zeigt diese Struktur eine sehr gute Kondensationsleistung.
Die gewählte
Breite der Zonen gitterartigen Musters der Zonenklassen (Kj+1, Kj+2, ..., Km) und die so erzwungene Störung einer
reinen Drallströmung
stellt einen Kompromiss dar zwischen guten Verdampfungs- und Kondensationsleistungen.
Vorzugsweise wird die Breite der Zonen sich kreuzender Rippen schmaler
gewählt als
die Zonen mit einfacher Berippung; insbesondere sollte die Breite
der Zonen sich kreuzender Rippen 3–70% der Breite der Zonen mit
einfacher Berippung betragen (Ansprüche 6 und 7).
- – Gegenüber dem
Stand der Technik in EP 1.087.198 weist
die erfindungsgemäße Struktur einen
verringerten Druckabfall auf, der sich aufgrund der Verringerung
der Höhe
der Rippen in den parallel zur Rohrlängsrichtung verlaufenden Zonen
gitterartigen Musters der Zonenklassen (Kj+1,
Kj+2, ..., Km) ergibt.
Die Rippen sind im Vergleich zu den Rippen der Höhe h, in vorzugsweise geringerer
Rippenhöhe
h2 bzw. h3 ausgeführt. So trifft
hier die dem Drall folgende Strömung
entgegen dem Stand der Technik gemäß EP 1.087.198 lediglich auf Erhebungen
geringerer Höhe.
- – Allerdings
fließt
das durch die Reduzierung der Höhe
der Erhebungen verfügbare
Material nicht wie in US 6.298.909 in
eine unnötige
lokale Verstärkung
der Wanddicke und somit in eine unnötige Vergrößerung des Rohrgewichtes, sondern wird
erfindungsgemäß durch
Aufbau des gitterartigen Musters bzw. der sich kreuzenden Rippen zur
weiteren Vergrößerung der
Wärmeübertragungsfläche und
letztlich der Leistung genutzt, während die Wanddicke, gemessen
am Nutgrund zwischen den Rippen der Höhe h, in den Zonen der Zonenklassen
(K1, K2, ..., Kj) bzw. in den Vertiefungen zwischen den
Rippen in den Zonen gitterartigen Musters der Zonenklassen (Kj+1, Kj+2, ..., Km) außerhalb
eines möglicherweise
vorhandenen Schweißnahtabschnittes,
in Umfangsrichtung des Rohres einheitlich ist (Anspruch 9). Weiterhin kann
so sichergestellt werden, dass trotz der reduzierten Rippenhöhe in den
Zonen gitterartigen Musters der Zonenklassen (Kj+1,
Kj+2, ..., Km) bzgl. der
Bandlängung
beim Walzen vergleichbare Werte wie in den Zonen der Zonenklassen
(K1, K2, ..., Kj) vorliegen. Unnötige Spannungen sowie eine
eventuell auftretende Welligkeit des Bandes können so vermieden werden.
- – Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Struktur entsprechend den
Ansprüchen
1 bis 9 besteht darin, dass diese Strukturierung in einem einzigen
Walzschritt und mit einem einzigen Walzwerkzeug zu erzielen ist.
Gegenüber
gekerbten Strukturen wird so der nach Anzahl der Walz- und Arbeitsschritte
zählende
Produktionsaufwand reduziert. Jedoch kann eine zusätzliche
Kerbung der Rippen in einzelnen Zonen der Zonenklassen (K1, K2, ..., Kj) (Anspruch 10) weitere Vorteile, insbesondere
bzgl. einer weiteren Erhöhung
der Leistung, zeigen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 8.
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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 efindungsgemäßen 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.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt:
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- 1 einen
Lamellenblock-Wärmeaustauscher nach
dem Stand der Technik,
- 2 perspektivisch
einen Abschnitt eines innenberippten Wärmeaustauschrohres, bei dem
ein Schweißnahtabschnitt
in Rohrlängsrichtung
verläuft,
- 3 schematisch eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche,
- 4 schematisch die
Definition des Steigungswinkels α,
- 5 schematisch eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 3, bei dem in den Zonen gerader Nummer
die sich kreuzenden Rippen ein gitterartiges Muster bilden,
- 6 schematisch eine
Draufsicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 3,
- 7 schematisch eine
Draufsicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche, bei dem in den Zonen ungerader Nummer
der Steigungswinkel von Zone zu Zone verschieden ist, und
- 8 schematisch eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 7, bei dem die Breite der Zonen verschieden ist,
und
- 9 schematisch eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 5, bei der die Rippen in den Zonen ungerader Nummer
(Z1, Z3, ...) eine
Kerbung aufweisen, und
- 10 in vergrößertem Maßstab einen
Schnitt A-A aus 8,
- 11 schematisch den
Aufbau einer Strukturwalze zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre.
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1 zeigt
einen Lamellenblock-Wärmeaustauscher
nach dem Stand der Technik mit horizontal angeordneten Wärmeaustauschrohren
(4) und nicht näher
bezifferten Lamellen.
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In 2 ist
ein Längenabschnitt
eines längsnahtgeschweißten Wärmeaustauschrohres
(4) mit dem Außendurchmesser
D dargestellt. Das Wärmeaustauschrohr
(4) weist eine glatte äußere Oberfläche, eine
strukturierte Innenoberfläche
und einen Schweißnahtabschnitt
(7) auf. Eine Beeinflussung der Leistung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
(4) durch die geringfügige
Unterbrechung der Struktur der Innenoberfläche durch einen Schweißnahtabschnitt
(7) kann vernachlässigt
werden. Der Schweißnahtabschnitt
(7) verläuft
parallel zur Rohrlängsachse
und liegt zwischen zwei in den nachfolgenden Figuren näher dargestellten
Zonen Z, ohne das Wirken des Zonenwechsels merklich zu beeinflussen.
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3 zeigt
schematisch eine Draufsicht auf die aufgeklappte Innenoberfläche eines
erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
(4). Die Innenoberfläche
ist in Umfangsrichtung in 5 Zonen (Z1 bis Z5) unterschiedlicher Breite (B1 bis
B5) unterteilt, wobei in Zonen (Z1, Z3, ...) der Zonenklasse
K1 Rippen (1) unter einem Steigungswinkel α, zur Rohrlängsrichtung
verlaufen. In den Zonen (Z2, Z4,
...) der Zonenklasse K2 verlaufen Rippen
(2) unter einem Steigungswinkel α2 mit
gleicher Rippenhöhe
h2, wobei die Rippen (2) gekreuzt
werden durch Rippen (3) gleicher Höhe. Innerhalb einer Zonenklasse
K weisen die zugehörigen
Zonen die gleiche Strukturierung hinsichtlich des Rippenmusters,
der Rippenhöhe
und des Steigungswinkels auf. Bei den sich kreuzenden Rippen (2)
und (3) in Zonen der Zonenklasse K2 sind die
jeweiligen Steigungswinkel α2 und α3 verschieden voneinander. Dargestellt ist
auch die Kernwanddicke t. In dieser besonderen Ausführungsform
sind die Rippen (2) fluchtend zu den Rippen (1)
angeordnet und verlaufen unter gleichem Steigungswinkel (α2 = α1)
zur Rohrlängsrichtung.
Die Breiten der Zonen einer Zonenklasse sind jeweils gleich, während die
Zonen (Z1, Z3, Z5) der Zonenklasse K1 breiter
ausgeführt sind
als die Zonen (Z2, Z4)
der Zonenklasse K2.
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In 4 ist
schematisch die Angabe der Steigungswinkel α verdeutlicht. Dabei wird die
Rohrlängsrichtung
als Nullpunkt (0°)
aufgefasst, während Rippen
(1a), die in Rohrlängsrichtung
nach rechts von dieser 0°-Linie
weglaufen, mit positivem Winkel (α > 0) und Rippen (1b),
die in Rohrlängsrichtung nach
links von dieser 0°-Linie
weglaufen, mit negativem Winkel (α < 0) beschrieben
werden.
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5 zeigt
schematisch eine Draufsicht eines efindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter,
berippter Innenoberfläche
analog zu 3, bei dem
in den Zonen der Zonenklasse K2 die sich
kreuzenden Rippen (2) und (3) einen Schnittwinkel,
berechnet als der Betrag des kleineren der beiden Komplementärwinkel |(α2 – α3)| bzw. |(180° – (α2 – α3))|, von circa 40° bilden.
Dabei umschließen
in den Zonen der Zonenklasse K2 die sich
kreuzenden Rippen (2) und (3) eine Vertiefung
(5) vollständig,
in dem sie einen geschlossenen Rippenzug rautenförmiger Art (6) bilden.
Es entsteht ein gitterartiges Muster. Dabei sind die Rippen (2)
und (3) in den Zonen der Zonenklasse K2 mit
einer Rippenhöhe
von h2 bzw. h3 kleiner
als die Rippen (1) in den Zonen der Zonenklasse K1 mit der Rippenhöhe h, ausgeführt. Die
Rippen (3) verlaufen unter einem Winkel α3 gegenüber der
Rohrlängsrichtung.
Die Kernwanddicke t des Wärmeaustauschrohres
(4), gemessen am Nutgrund (9) zwischen den Rippen
(1) in den Zonen (Z1, Z3, ...) der Zonenklasse K1 bzw.
in den Vertiefungen (5) zwischen den Rippen (2,3)
in den Zonen (Z2, Z4,
...) der Zonenklasse K2 außerhalb
eines Schweißnahtabschnittes
(7), ist in Umfangsrichtung des Rohres einheitlich.
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6 zeigt
schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 3, bei dem in Zonen (Z2,
Z4, ...) der Zonenklasse K2 die
sich kreuzenden Rippen (2) und (3) einen Schnittwinkel,
berechnet als der Betrag des kleineren der beiden Komplementärwinkel |(α2 – α3)| bzw. |(180° – (α2 – α3))|, von circa 90° bilden.
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7 zeigt
schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche, bei dem die Zonen Z1 bis Z5 in drei
Zonenklassen K1 bis K3 unterteilt
sind. In den Zonen (Z1, Z5)
der Zonenklasse K1 ist der Steigungswinkel
der Rippen (1) α1, während
in der Zone Z3 der Zonenklasse K2 der Steigungswinkel α1* ist.
In der gezeigten Ausführungsform
wird der Steigungswinkel der Rippen (1) gegenüber der
Rohrlängsrichtung
in den Zonen ungerader Nummer (Z1, Z3, Z5) von Zone zu
Zone alternierend gewechselt zwischen α1 und α1*.
In den Zonen (Z2, Z4)
der Zonenklasse K3 bilden die sich kreuzenden
Rippen (2) und (3) ein gitterartiges Muster, in
dem sie mehrere Vertiefungen (5) vollständig in jeweils einem geschlossenen
Rippenzug rautenförmiger
Art (6) umschließen.
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8 zeigt
schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter,
berippter Innenoberfläche
analog zu 7, bei dem
die Breite der Zonen der Zonenklasse K3(B2, B4) nur circa
50% der Breite der Zonen der Zonenklassen K1 und
K2(B1, B3, B5) beträgt.
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9 zeigt
schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter,
berippter Innenoberfläche
analog zu 5, bei der
die Rippen in einzelnen Zonen eine Kerbung (8) aufweisen.
In der gezeigten Ausführungsform
weisen die Rippen (1) der Zone Z3 der
Zonenklasse K2 Kerben (8) auf,
die fluchtend hintereinander auf Linien liegen, welche unter einem
Steigungswinkel α4 gegenüber
der Rohrlängsrichtung verlaufen.
Die Kerbtiefe k der Kerben (8) entsprechend der Darstellung
in 10 beträgt mindestens 20%
der Rippenhöhe
h1 der Rippen (1).
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In 11 ist
schematisch der Aufbau einer Strukturwalze (11) zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre
(4) dargestellt. Die Walze (11) ist aus mehreren
Scheiben (12) aufgebaut. In die einzelnen Scheiben (12)
sind Nuten (13, 14, 15) eingebracht,
die beim Abrollen der Walze (11) auf dem Blechband (10), unterstützt von
einer glatten Stützwalze
(16), in einem Walzprägevorgang
die Rippen (1, 2, 3) in den einzelnen
Zonen Z1 bis Z5 erzeugen.
Nach der dargestellten Strukturierung wird das Blechband (10)
zu einem Schlitzrohr geformt und längsnahtgeschweißt, so dass
ein Schweißnahtabschnitt
(7) resultiert.
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Zahlenbeispiel:
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sEine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche analog zu 5 ist gekennzeichnet durch einen Rohraußendurchmesser von
9,52 mm und eine innere Oberfläche,
welche in Umfangsrichtung des Rohres in sieben Zonen unterschiedlicher
Breite unterteilt ist. Die Breite der Zonen ist alternierend durch
einen Umfangswinkel von 72° (4
breite Zonen) bzw. 24° (3
schmale Zonen) vorgegeben. In den breiten Zonen sind in Umfangsrichtung jeweils
12 Rippen (1) mit der Rippenhöhe h, von 0.25 mm ausgebildet,
die unter einem Steigungswinkel α1 von +20° zur
Rohrlängsachse
verlaufen und in den schmalen Zonen fluchtend unter gleichem Steigungswinkel
(α2 = α1) aber mit reduzierter Rippenhöhe h2 von 0.15 mm fortgesetzt werden. So liegen
in den schmalen Zonen in Umfangsrichtung jeweils 4 Rippen (2)
vor. Die Rippen (2) werden in den Zonen gerader Nummer
gekreuzt von Rippen (3), welche unter einem entgegengesetzten
Steigungswinkel α3 von –20° zur Rohrlängsrichtung
verlaufen, so dass der Schnittwinkel zwischen den Rippen (2)
und (3) 40° beträgt. Die
Rippenhöhe
h3 beträgt
0.15 mm. Die Rippendichte der Rippen (3) in den Zonen gerader Nummer
(Z2, Z4, ...), gemessen
als Rippenanzahl pro Längeneinheit
in Richtung der Rippen (2), beträgt 1,45 pro Millimeter. Diese
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres
zeigte gegenüber
einem Rohr nach dem Stand der Technik besonders gute Eigenschaften
bzgl. der Wärmeübergangsleistung
und des Druckabfalls bei kleinem Metergewicht des Rohres.