DE19628280C2

DE19628280C2 - Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche

Info

Publication number: DE19628280C2
Application number: DE19628280A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Takiura; Seizo Masukawa; Haruo Kohno; Shunroku Sukumoda
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: DE19628280C3; US5934128A; KR100260112B1; KR970007237A; US5791405A; CN1150645A; DE19628280A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmeübertragungsrohre mit gerillten Innenflächen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Walze zum Herstellen derartiger Wärmeübertragungsrohre.

Derartige Wärmeübertragungsrohre mit gerillten Innenflächen werden hauptsächlich als Verdampfungs- oder Kondensationsrohre in Wärmetauschern und dgl., in Klimageräten oder in Kühlanlagen verwendet. Seit kurzem werden Wärmeübertragungsrohre mit schraubenförmigen Rippen, die über die gesamte Innenfläche ausgeformt sind, in großem Umfang vermarktet.

Die derzeit weitestverbreiteten Wärmeübertragungsrohre werden durch ein Verfahren hergestellt, bei dem Rippen über die gesamte Innenfläche eines Metallrohres durch Rollen ausgeformt werden, indem ein Schwimm kern mit Spiralnuten an der äußeren Umfangsfläche über das Innere eines nahtlosen Rohrs geführt wird, das durch einen Zieh- oder Strangpreßprozeß erhalten wird. Bei den Wärmeübertragungsrohren mit Außendurch messern von ca. 10 mm, die allgemein verwendet werden, beträgt die Höhe der Rippen ca. 0,15-0,20 mm, die Teilung der Rippen (der Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Rippen) beträgt ca. 0,45-0,55 mm, und die Breite des Nutgrundes zwischen den Rippen beträgt ca. 0,20-0,30 mm.

So zeigt die DE-AS 20 32 891 ein Dampferzeuger rohr mit schraubenförmigen Innenzügen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Innenzüge bilden zwei einander kreuzende Systeme, durch de ren Überschneidungen schraubenförmig hintereinan derliegende Vorsprünge entstehen. Bei derartigen nahtlos gezogenen Rohren ist jedoch einerseits ein relativ hoher Fertigungsaufwand zur Erzielung der schraubenförmigen Konturen an den Rohrinnen wänden erforderlich. Zudem bestehen technologi sche Beschränkungen hinsichtlich eines Anschnitt winkels bezüglich der Rohrachse, da bei Unter schreitung eines Mindestwinkels die dabei entste henden hohen Schnittkräfte die Materialfestigkeit überschreiten können.

Bei Wärmeübertragungsrohren mit gerillten Innenflächen und Spiralrippen dieses Typs wird die Wärmeüber tragungsflüssigkeit, die sich am Boden im Inneren des Wärmeübertragungsrohres angesammelt hat, entlang des Spiralrippen nach oben gezogen, indem sie von einem im Rohrinneren fließenden Dampfstrom mitgenommen wird, wodurch sie sich entlang der gesamten Umfangsfläche im Inneren des Rohrs verteilt. Aufgrund dieses Effekts wird die gesamte Umfangsfläche im Inneren des Rohrs nahezu gleichmäßig benetzt, so daß der Bereich, in dem Sieden stattfindet, vergrößert werden kann, um die Siedewirkung zu verbessern, wenn das Rohr als Verdampfungsrohr zum Verdampfen der Wärmeübertragungsflüssigkeit dient. Wird das Rohr als Kondensator rohr zur Verflüssigung des Wärmeübertragungsgases verwendet, so kann außerdem die Kondensationswirkung erhöht werden, indem die Berührungsintensität zwischen den Metalloberflächen und dem Wärmeübertragungs gas durch die Spitzen der Rippen, die aus der Flüssigkeitsoberfläche herausragen, verstärkt wird.

Die US 51 84 674 zeigt ein längsverschweißtes Wärmeübertragungsrohr aus Metall, das beim Her stellungsverfahren mit einer Innenverrippung ver sehen wird, sowie ein Verfahren zu dessen Her stellung. Die Innenverrippung wird hierbei durch Aufwalzen auf ein metallenes Flachmaterial er zielt, das zu einem Rohr geformt und anschließend längsverschweißt wird. Die aus regelmäßigen Spi ralen mit einem Neigungswinkel, vorzugsweise um 45°, bestehende Innenverrippung führt zwar zu ei ner relativ gleichmäßigen Benetzung der Rohrin nenfläche mit dem transportierten Medium. Jedoch ist bei dieser Gestaltung die Durchmischung des Mediums nicht optimal, wodurch auftretende Tempe raturgradienten nur ungenügend verhindert werden.

Es ist jedoch offensichtlich, daß das Wärmeübertragungsvermögen dank der Spiralrippen noch weiter verbes sert werden kann. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten deshalb zahlreiche Typen von Wärmeüber tragungsrohren mit gerillten Innenflächen her, indem sie die Muster der Rillen in den Wärmeübertragungsroh ren änderten und dann Experimente durchführten, um die jeweiligen Resultate zu vergleichen. Als Ergebnis stellte man fest, daß ein besseres Wärmeübertragungsvermögen im Vergleich mit anderen Rillenmustern erzielt werden kann, wenn der Neigungswinkel der Rippen, die auf der Innenfläche der Wärmeübertragungsrohre ausgeformt sind, in Umfangs- oder in axialer Richtung wechselweise geändert wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmeübertragungsrohr mit hervorragendem Wärmeüber tragungsvermögen bereitzustellen. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Wärmeübertra gungsrohr gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1, 5, 9 und 15, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes umfassen. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Walze zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren nach Anspruch 18 gelöst.

Gemäß der Erfindung weist das Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche eine Vielzahl von Rippen auf, die nacheinander in Umfangsrichtung auf einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres ausge formt sind; bei dem die innere Umfangsfläche des Metallrohres in Umfangsrichtung in mindestens zwei Zonen geteilt ist; ein Neigungswinkel der Rippen 10 bis 25° bezogen auf eine Achse des Metallrohres innerhalb ungeradzahliger Zonen bei Zählung ab einer Zone aus diesen Zonen beträgt, und ein Neigungswinkel der Rippen -10 bis -25° bezogen auf eine Achse des Metallrohres innerhalb geradzahliger Zonen bei Zählung ab der einen Zone beträgt.

Bei dem Wärmeübertragungsrohr sind die auf der Innenfläche ausgeformten Rippen so angeordnet, daß sie mindestens ein Paar V-Formen bilden, die sich in stromaufwärtiger Richtung des Stroms des Wärmeübertra gungsmediums öffnen, so daß sich das Wärmeübertragungsmedium, das entlang den Seitenflächen der Rippen strömt, am Verbindungsabschnitt der V-Form vereint und über diesen Verbindungsabschnitt strömt. Während dieses Prozesses wird das Wärmeübertragungsmedium bewegt, um eine chaotische turbulente Strömung zu erzeugen, wodurch das Auftreten von Temperaturgradienten im Strom des Wärmeübertragungsmediums ver hindert wird. Dies fördert den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und den Metall oberflächen, was Steigerungen des Wärmeübertragungsvermögens ermöglicht.

Um den Druckverlust in dem durch das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche strömenden Wär meübertragungsmedium zu verringern, während ein hohes Wärmeübertragungsvermögen aufrechterhalten wird, sind gemäß einem Grundgedanken der Erfindung Spalte zwischen den Umkehrabschnitten der zickzack förmigen Rippen ausgeformt.

Entsprechend diesem Typ Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche sind zwischen den Endabschnit ten der Rippen Spalte ausgeformt, so daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit durch diesen Spalt entweichen kann, um den Druckverlust niedrig zu halten, ohne durch die Steigerungsrate des Wärmeübertragungsvermö gens beeinflußt zu werden.

Weiterhin kann das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche ein Metallohr mit einer Vielzahl von auf seiner Innenfläche ausgeformten Rippen umfassen, die bezogen auf die axiale Richtung des Metallrohres geneigt sind, bei dem die Orientierung des Neigungswinkels der Rippen bezogen auf die axiale Richtung nach jedem vorgegebenen Intervall in der axialen Richtung umgekehrt wird.

Entsprechend diesem Typ Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche wird die Vorwärtsrichtung des durch das Wärmeübertragungsrohr strömenden Wärmeübertragungsmediums von den Rippen schräg gerichtet. Als Ergebnis wird das Wärmeübertragungsmedium bewegt, um den Wärmeaustausch zwischen dem Wärme übertragungsrohr mit gerillter Innenfläche und dem Wärmeübertragungsmedium zu fördern, während die Vorwärtsrichtung des Stroms des Wärmeübertragungsmediums von den Rippen der nächsten Zone durch Rippen mit einem entgegengerichteten Neigungswinkel selbst dann geändert wird wenn das Wärmeübertra gungsmedium an Standardstellen der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs mit gerillter Innenfläche wäh rend dieser Bewegungsphase konzentriert ist wodurch das Wärmeübertragungsmedium erneut bewegt werden kann. Auf diese Weise wird die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums zwangsweise geändert, um einen Bewegungseffekt in vorgegebenen Intervallen zu wiederholen, so daß das Wärmeübertragungsvermögen gesteigert werden kann.

Um darüber hinaus einer örtlichen Verdünnung vorzubeugen, die auf der Ummantelung des Wärmeübertra gungsrohrs mit gerillter Innenfläche auftritt wenn das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche einem Rundformungsverfahren unterzogen wird, kann gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung eine Vielzahl von Rippen vorgesehen sein, die nacheinander in Umfangsrichtung auf einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres ausgeformt sind; bei dem die innere Umfangsfläche des Metallrohres in Umfangsrichtung in mindestens zwei Zonen geteilt ist; ein Neigungswinkel der Rippen bezogen auf eine Achse des Metallrohres innerhalb ungeradzahliger Zonen bei Zählung ab einer Zone einen positiven Wert hat, und ein Neigungswinkel der Rippen bezogen auf eine Achse des Metallrohres innerhalb geradzahliger Zonen bei Zählung ab der einen Zone einen negativen Wert hat; und bei dem Verstärkungsrippen zum Verbinden der Umkehrpunkte der in axialer Richtung des Metallrohres benachbarten Rippen ausgeformt sind.

Entsprechend diesem Typ Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche werden Verstärkungsrippen ausgeformt, um die Umkehrpunkte der zickzackförmigen Rippen zu koppeln, wodurch eine ungeordnete Sprei zung der Spalte zwischen den Umkehrabschnitten der Rippen aufgrund der Zugfestigkeit der Verstärkungsrip pen im Vergleich zu anderen Abschnitten selbst dann vermieden wird, wenn das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche einem Rundformungsverfahren unterzogen wird. Folglich findet im Bereich um die koni schen Endabschnitte der Rippen kein Ausbeulen aus der Außenfläche des Wärmeübertragungsrohrs mit gerill ter Innenfläche statt durch das Beule entstehen, und es ist möglich, Beeinträchtigungen des äußeren Erschei nungsbildes aufgrund der Ausformung solcher Beule und eine verringerte Zuverlässigkeit des Wärmeübertra gungsrohrs mit gerillter Innenfläche aufgrund einer Schwächung an den Beulen zu vermeiden.

Die einfache Herstellung eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerillter Innenfläche, bei dem eine örtlich begrenzte Verdünnung der Ummantelung des Wärmeübertragungsrohrs mit gerillter Innenfläche selbst dann nicht eintritt, wenn ein Rundformungsverfahren ausgeführt wird ist mittels einer Walze gewährleistet, welche mindestens zwei mehrlagige Walzenteilstücke umfaßt von denen jedes eine Vielzahl von Nuten aufweist, die bezogen auf die Umfangsrichtung einer äußeren Umfangsfläche desselben schräg verlaufen. Die Orientierungen der Winkel der Nuten bezogen auf die Umfangsrichtung der äußeren Umfangsflächen benachbarter Walzenteil stücke sind hierbei einander entgegengerichtet, und beide Kanten sind in axialer Richtung jeder der Walzenteil stücke abgeschrägt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerillter Innenfläche entsprechend einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 4 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 5 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 6 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 7 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 8 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 9 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 10 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Grenzabschnitts der Rippe des in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 12 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Modifikation des Grenzabschnitts der Rippe;

Fig. 13 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Modifikation des Grenzabschnitts der Rippe;

Fig. 14 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Modifikation des Grenzabschnitts der Rippe;

Fig. 15 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 16 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 17 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 18 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 19 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 20 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 21 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 22 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 23 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Innenflä che des Rohres teilweise aufgeklappt ist;

Fig. 24 eine vergrößerte Ansicht der Innenfläche des Rohrs entsprechend dem in Fig. 23 dargestellten Ausfüh rungsbeispiels;

Fig. 25 eine Schnittansicht entlang der Line XXV-XXV in Fig. 24;

Fig. 26 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 27 eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 28 eine Gesamtansicht einer Fertigungsvorrichtung für Wärmeübergangsrohre;

Fig. 29 eine Schnittansicht einer Walze zum Erzeugen des Ausführungsbeispiels in Fig. 23;

Fig. 30 eine vergrößerte Vorderansicht eines Abschnitts der in Fig. 29 dargestellten Walze;

Fig. 31 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts der in Fig. 29 dargestellten Walze;

Fig. 32 eine Draufsicht, die eine Problemlösung mittels des in Fig. 23 dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 33 eine vergrößerte Ansicht der Innenfläche eines Rohres, die ein mittels des in Fig. 23 dargestellten Ausführungsbeispiels gelöstes Problem zeigt;

Fig. 34 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung für die Verdampfungswirkung bei Wärmeüber tragungsrohren mit gerillten Innenflächen;

Fig. 35 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung für die Kondensationswirkung bei Wärmeüber tragungsrohren mit gerillten Innenflächen;

Fig. 36 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 1 (Verdampfungswirkung);

Fig. 37 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 1 (Kondensationswirkung);

Fig. 38 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 2 (Verdampfungswirkung und Druckverlust während der Verdampfung);

Fig. 39 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 2 (Kondensationswirkung und Druckver lust während der Kondensation);

Fig. 40 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 2 (Verdampfungswirkung und Druckverlust während der Verdampfung);

Fig. 41 ein Graph zur Darstellung der Ergebnisse von Experiment 2 (Kondensationswirkung und Druckver lust während der Kondensation).

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenflä che entsprechend der vorliegenden Erfindung, in der die Innenfläche des Rohres teilweise aufgeklappt ist. Eine Vielzahl paralleler Rippen 2, die zickzackförmig in Umfangsrichtung verlaufen, sind auf der inneren Umfangsflä che eines Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche ausgeformt, wobei Rillenabschnitte 3 zwischen den Rippen 2 ausgeformt sind. Eine einzige Schweißlinie 4, die in axialer Richtung verläuft, ist auf der Innenflä che des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche ausgebildet, und die Rippen werden durch diese Schweißlinie geteilt. Diese Schweißlinie 4 sollte vorzugsweise einen geringeren Überstand haben als die Rippen 2.

Das Hauptmerkmal des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche der vorliegenden Erfindung besteht in der Anordnung der Rippen. Das heißt, daß die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 in vier Zonen R1 bis R4 geteilt ist, von denen sich jede über 90° in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die ungeradzahli gen Zonen R1 und R3 bei Zählung ab jeder beliebigen Zone (in diesem Fall R1) die Rippen 2 enthalten, die so ausgeformt sind, daß sie einen positiven Winkel α, vorzugsweise 10 bis 25°, bezogen auf die Achse des Wärme übertragungsrohres bilden, während die geradzahligen Zonen R2 und R4 die Rippen 2 enthalten, die so ausge formt sind, daß sie einen negativen Winkel β, vorzugsweise -10 bis -25°, bezogen auf die Achse des Wärme übertragungsrohres bilden. Übersteigen die Neigungswinkel α und β der Rippen 2 einen Absolutwert von 25°, nähern sie sich bezüglich der Strömung der Rechtwinkligkeit, so daß sie die Tendenz haben, die Strömung zu blockieren und den Druckverlust zu erhöhen.

Haben die Neigungswinkel α und β der Rippen 2 Absolutwerte kleiner als 10°, werden sie nahezu parallel zur Strömung, so daß der turbulenzerzeugende Effekt der Rippen 2 vermindert wird.

Die Orientierung der Neigungswinkel α und β kann auch umgekehrt werden, und es ist nur erforderlich, daß die Rippen 2 wechselweise nach jeweils vorgegebenen Strecken in Gegenrichtung geneigt sind, so daß sie insgesamt ein Zickzackmuster bilden. Obwohl die Rippen 2 innerhalb derselben Zone im Beispiel nach Fig. 1 zueinander parallel verlaufen, besteht keine zwangsweise Einschränkung auf ihre Parallelität, so daß die Nei gungswinkel der Rippen innerhalb des obigen Winkelbereichs variieren können.

Während die Querschnittsformen und Abmessungen der Rippen 2 keinen Beschränkungen unterliegen, sollten die Rippen 2 einer Zone vorzugsweise einen Abstand P von 0,3 bis 0,4 mm, am besten 0,34 bis 0,37 mm haben, und die Höhe H der Rippen 2 ab der Innenfläche des Metallrohres sollte 0,15 bis 0,30 mm, am besten 0,21-0,26 mm, betragen, wie in Fig. 2 dargestellt. Werden die Rippen auf diese Weise höher ausgeführt als bei herkömmlichen Produkten, wird der turbulenzerzeugende Effekt verstärkt, so daß er in Zusammenwirken mit dem durch die Zickzackanordnung der Rippen 2 gegebenen Effekt das Wärmeübertragungsvermögen des Wärmeübertra gungsrohres 1 vergrößert.

Des weiteren verbessern diese Typen dünner und hoher Rippen 2 die Ableitung an den Spitzen der Rippen 2, wenn die Innenfläche des Metallrohres 1 mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit benetzt ist, so daß die Metallflä chen der Spitzen der Rippen 2 leicht einen direkten Kontakt mit dem Wärmeübertragungsgas herstellen, wenn das Rohr als Kondensationsrohr dient, woraus eine hervorragende Kondensationswirkung resultiert.

Ein Winkel γ (Spitzenwinkel) zwischen den Seitenflächen der Rippen 2 ist nicht notwendigerweise beschränkt, sollte jedoch vorzugsweise 10 bis 25°, am besten 15 bis 20°, betragen. Hat der Spitzenwinkel der Rippen 2 einen so kleinen Wert, so stehen die Seitenflächen der Rippen 2 nahezu senkrecht auf der Innenfläche des Rohres, so daß neben den Abschnitten, die ein V-förmiges Gebiet zur stromaufwärtigen Seite des Wärmeübertragungsme diums bezogen auf die Rippen 2 bilden, das Wärmeübertragungsmedium nicht aufgrund des Strömungsdrucks vom durch das Wärmeübertragungsrohr 1 strömenden Wärmeübertragungsgas zu den Spitzen der Rippen 2 mitgenommen wird. Folglich wird nicht nur der Strom der Wärmeübertragungsflüssigkeit mittels der Rippen 2 zur Verstärkung des turbulenzerzeugenden Effekts gesteuert, sondern auch die Wahrscheinlichkeit, daß der Spitzenabschnitt jeder Rippe 2 freiliegt, nimmt zu, wenn das Wärmeübertragungsrohr 1 als Kondensations rohr verwendet wird, so daß die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeübertragungsgas und der Metalloberfläche vergrößert wird, um eine höhere Kondensationsrate zu erzielen. Außerdem können die Spitzen der Rippen 2, obwohl sie in den in der Zeichnung dargestellten Beispielen einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, bei der vorliegenden Erfindung auch einen Trapez- oder Dreieck-Querschnitt haben.

Die Abmessungen des Wärmeübertragungsrohres 1, wie z. B. Außendurchmesser, Dicke und Länge, sind nicht beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann auf Wärmeübertragungsrohre mit beliebigen herkömmlicher weise verwendeten Abmessungen angewendet werden. Während normalerweise Kupfer oder eine Kupferlegie rung als Material der Wärmeübertragungsrohre 1 verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht in der Weise beschränkt, und es kann jeder Metalltyp verwendet werden, z. B. Aluminium. Während der Querschnitt des Wärmeübertragungsrohres 1 der vorliegenden Erfindung eine Kreisform hat, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann ein Rohr mit ovalem oder flachem Querschnitt sein. Sie ist außerdem bei Verwendung als Hauptkörper eines Heizrohres wirksam.

Das folgende Verfahren kann zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerillter Innenfläche dieses Typs verwendet werden. Zunächst wird ein Band aus metallenem Flachmaterial hergestellt, und dieses wird zwischen einer Konturwalze und einer Stützwalze durchgeführt, deren Querschnitte komplementär zu den Formen der Rippen 2 und der Rillenabschnitte 3 sind, wodurch die Rippen 2 und die Rillenabschnitte 3 gleichzeitig auf der Oberfläche des Flachmaterials ausgeformt werden. Hinsichtlich der obengenannten Kontur walze kann eine mehrlagige Walze verwendet werden, mit Konturwalzen mit Spiralnuten zum Ausformen der Rippen 2 und der Rillenabschnitte 3, wobei die Richtungen der Spiralen wechselweise umgekehrt sind, so daß in diesem Fall die Form jedes Abschnitts beliebig durch Austauschen der mehrlagigen Walzen eingestellt werden kann.

Danach wird das metallene Flachmaterial mit den darauf ausgeformten Rippen und Rillenabschnitten 3 mit der gerillten Fläche nach innen in einer elektrischen Nahtschweißvorrichtung so angeordnet, daß das Flachmate rial in seitlicher Richtung rundgeformt wird, indem es mehrere Stufen Formwalzen durchläuft, und schließlich werden die zusammengefügten seitlichen Randabschnitte 4 miteinander verschweißt, um das Wärmeübertra gungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Schweißlinie 4, die den seitlichen Randabschnitten 4 entspricht, auf der Innenfläche des Rohres gebildet. Die elektrische Nahtschweißvorrichtung kann von einem beliebigen allgemein verwendeten Typ sein, und die Nahtschweißbedingungen können identisch mit denjenigen des üblichen Prozesses sein. Nachdem der geschweißte Abschnitt der Außenfläche des Wärme übertragungsrohres geglättet worden ist, wird das Wärmeübertragungsrohr zu einem Wickel gewickelt oder in vorgegebene Längen geschnitten.

Bei dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche entsprechend dem obigen Aufbau sind die auf der Innenfläche ausgeformten Rippen 2 so angeordnet, daß sie zwei V-Formen in stromaufwärtiger Richtungen des Stroms eines in einer der beiden Richtung strömenden Wärmeübertragungsmediums bilden, so daß sich das an den Seitenflächen jeder Rippe 2 angesammelte Wärmeübertragungsmedium in angrenzenden Abschnitten der V-Formen vereint, dann über die angrenzenden Abschnitte und weiter strömt. Aufgrund dieses Prozesses wird das Wärmeübertragungsmedium bewegt, um eine chaotische turbulente Strömung zu erzeugen, wodurch das Auftreten von Temperaturgradienten im Strom des Wärmeübertragungsmediums verhindert, der Wärme austausch zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und den Metalloberflächen des Wärmeübertragungsroh res gefördert und das Wärmeübertragungsvermögen gesteigert wird. Speziell bei Verwendung eines gemischten Wärmeübertragungsmediums (eines Gemisches aus einer Vielzahl Wärmeübertragungsmedien) kann eine Tren nung der Komponenten des Wärmeübertragungsmediums verhindert werden, so daß die ursprünglichen Eigen schaften des gemischten Wärmeübertragungsmediums erhalten bleiben.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei Ausführungsbeispiel 1 ist die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 in Umfangsrichtung in vier Zonen R1 bis R4 geteilt; beim vorliegen den Ausführungsbeispiel ist sie in nur zwei Zonen R1 und R2 in Umfangsrichtung geteilt. Ist der Außendurch messer des Wärmeübertragungsrohres identisch, so verdoppelt sich im Vergleich zum vorigen Ausführungsbei spiel die Länge der Rippen in etwa. Hinsichtlich der anderen Merkmale sind sie identisch mit dem vorigen Ausführungsbeispiel.

Nach Ausführungsbeispiel 2 sind die auf der Innenfläche ausgeformten Rippen so angeordnet, daß sie in stromaufwärtiger Richtung der Strömung bezogen auf das in einer der beiden Richtungen strömenden Wärme übertragungsmedium eine einzelne V-Form bilden, so daß sich das Wärmeübertragungsmedium an Abschnitten entsprechend den Vertiefungen der V-Form sammelt. Um diese Eigenschaft zu nutzen, sollte die Auf-/Abwärts orientierung des Wärmeübertragungsrohrs 1 vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anwendung nach Ausfüh rungsbeispiel 2 gewählt werden.

Bei Verwendung als Kondensationsrohr sollten beispielsweise die Metalloberfläche und das Wärmeübertra gungsmedium in direkten Kontakt gebracht werden, so daß der der Vertiefung in der V-Form entsprechende Abschnitt bezogen auf den Dampfstrom nach unten weist. Folglich wird es für das Wärmeübertragungsmedium, das innerhalb des Wärmeübertragungsrohrs 1 sich ansammelt und durchströmt, schwierig, sich entlang der Rippen 2 zur Oberseite der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 zu verteilen, was zusammen mit dem obigen Effekt die Kondensationswirkung verstärkt.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem vorliegenden Beispiel ist die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 in Umfangsrichtung in sechs Zonen R1 bis R6 geteilt, wobei eine Vielzahl zueinander paralleler Rippen 2 in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohrs 1 in jeder dieser Zonen R1 bis R6 ausgeformt ist. Die anderen Merkmale sind identisch mit Ausführungsbeispiel 1, so daß sie die gleichen Bezugszeichen tragen und auf ihre Beschreibung verzichtet wird. Die bemerkenswerten Effekte des Ausführungsbeispiels 1 können von einem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieses Typs gleichermaßen erzielt werden.

Natürlich ist das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche der vorliegenden Erfindung nicht notwen digerweise auf die Strukturen der obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, und verschiedene andere Strukturen sind ebenfalls möglich. Ist beispielsweise der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohrs 1 groß, so kann dessen Innenfläche in acht oder mehr Zonen geteilt werden, und Rippen können erforderlichenfalls gekrümmte Formen haben. Außerdem können in den zentralen Abschnitten der Rippen 2 konkave Bereiche oder Vertiefun gen eingeformt werden.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 5 ist eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei der die Innen fläche des Rohrs teilweise aufgeklappt ist. Die innere Umfangsfläche dieses Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche ist in vier Zonen R1 bis R4 geteilt, von denen sich eine jede über 90° in Umfangsrichtung erstreckt. Jede dieser Zonen R1 bis R4 weist eine Vielzahl von zueinander parallelen Rippen 2 auf, die in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohrs 1 ausgerichtet sind, und zwischen den parallelen Rippen 2 befinden sich Rillenabschnitte 3.

Bei diesem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche sind die Rippen 2 in den ungeradzahligen Zonen R1 und R3 bei Zählung ab einer Zone (in diesem Fall R1) so ausgeformt, daß sie einen Winkel α bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres bilden, und die Rippen 2 in den geradzahligen Zonen R2 und R4 sind so ausgeformt, daß sie einen Winkel β bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres bilden.

Die Neigungswinkel α und β könnten entgegengesetzte Werte haben, und es ist nur erforderlich, daß die Rippen 2, die in Umfangsrichtung benachbart sind, in einander entgegengesetzter Richtung bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres 1 geneigt sind, so daß die Rippen 2 insgesamt in einem Zickzackmuster angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Spitzen der Rippen 2 in Umfangsrichtung ausgerichtet. Obwohl die Rippen 2 innerhalb derselben Zone gemäß Fig. 5 außerdem zueinander parallel sind, brauchen sie nicht notwendigerweise parallel zu sein, so daß der Neigungswinkel für jede Rippe innerhalb des obengenannten Bereichs verschieden sein kann.

Ein Rillenabschnitt 5, der sich in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres 1 erstreckt, ist an den Grenzen zwischen den jeweiligen Zonen R1 bis R4 ausgeformt, wodurch zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Rippen 2 ein konstanter Spalt 5A gebildet wird. Der Boden der Rillenabschnitte 5 kann dieselbe Höhe wie der der Rillenabschnitte 3 erhalten oder etwas höher ausgeführt werden als der der Rillenabschnitte 3. Bei einem Universal-Wärmeübertragungsrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 1 cm sollte die Breite C1 des Spaltes 5A vorzugsweise 0,05 bis 0,5 mm, am besten 0,1 bis 0,3 mm, betragen. Bei einer Breite C1 innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 0,5 mm ist das Gleichgewicht zwischen Druckverlust und Wärmeübertragungsvermö gen gut. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obengenannten Bereiche beschränkt, sondern es können ggf. andere Werte verwendet werden.

Obwohl die Querschnittsform der Rippen 2 nicht notwendigerweise eingeschränkt ist, wäre eine ähnliche Form wie in Ausführungsbeispiel 1 wünschenswert. Sind die Rippen höher als bei herkömmlichen Anwendun gen, wird der turbulenzerzeugende Effekt verbessert, so daß dies zusammen mit den Effekten aufgrund der speziellen Anordnung der Rippen eine deutliche Erhöhung des Wärmeaustauschvermögens des Wärmeübertra gungsrohres 1 bewirkt. Außerdem verleiht dieser Typ dünner und hoher Rippen 2 den Endabschnitten der Rippen 2 hervorragende Ableitungseigenschaften, wenn die Innenfläche des Metallrohrs 1 mit Wärmeübertra gungsflüssigkeit benetzt ist, so daß die Metallflächen an den Enden der Rippen 2 in besseren Kontakt mit dem Wärmeübertragungsgas kommen, wenn das Rohr als Kondensationsrohr verwendet wird was in einer besseren Kondensationswirkung resultiert.

Obwohl der Winkel γ (Spitzenwinkel, der von den Seitenflächen der Rippen 2 gebildet wird, nicht notwendi gerweise beschränkt ist, sollte er vorzugsweise identisch wie in Ausführungsbeispiel 1 eingestellt sein. Obwohl die Spitzen der Rippen 2 in den in der Zeichnung dargestellten Beispielen einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, können sie bei der vorliegenden Erfindung auch einen Trapez- oder Dreieck-Querschnitt erhalten.

Obwohl die Querschnittsform des Wärmeübertragungsrohres 1 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kreis förmig ist, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf einen Kreisquerschnitt beschränkt, und je nach Bedarf kann das Rohr einen ovalen oder flachen Querschnitt erhalten. Außerdem kann das Rohr ebenso wirksam als Hauptkörper eines Heizrohres eingesetzt werden.

Dieser Typ Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche kann ebenfalls auf dieselbe Weise wie Ausfüh rungsbeispiel 1 hergestellt werden. Als Konturwalze zum Ausformen der Rippen 2 auf dem metallenen Flachma terial können eine mehrlagige Walze mit einer Konturwalze mit Spiralnuten zum Ausformen der Rippen und der Rillenabschnitte 3 und eine scheibenförmige Walze zum Ausformen der Rillenabschnitte 5, die wechselweise versetzt sind, verwendet werden, so daß in diesem Fall die Form jedes Abschnitts beliebig durch Austauschen der die Schichten bildenden Walzen eingestellt werden kann.

Mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche entsprechend der obigen Struktur lassen sich nicht nur dieselben Effekte wie mit Ausführungsbeispiel 1 erzielen, sondern zwischen den Endabschnitten der Rippen werden Spalte 5A gebildet, so daß das Wärmeübertragungsmedium durch diesen Spalte 5A strömen kann, um den Druckverlust beim Durchströmen des Wärmeübertragungsrohres 1 unabhängig von der Steige rungsrate des Wärmeübertragungsvermögens gering zu halten. Auf diese Weise besteht ein wichtiger Effekt der vorliegenden Erfindung darin, daß die beiden einander entgegenwirkenden Effekte, nämlich die Erhöhung des Wärmeübertragungsvermögens und die Verringerung des Druckverlustes, gleichzeitig erzielt werden.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Während die Endabschnitte der in Umfangsrichtung benachbarten Rippen 2 beim Ausführungsbeispiel 4 ausgerichtet sind, ist Ausführungsbeispiel 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen 2 in benachbarten Zonen um einen halben Abstand gegeneinander versetzt sind. Die übrigen Merkmale sind identisch mit denjenigen von Ausführungsbeispiel 4.

Durch ein derartiges Versetzen der Rippen 2 in den Zonen R1 bis R4 um einen halben Abstand, kann der Spalt 5A zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Rippen 2 erheblich vergrößert werden, ohne die Breite der Rillenabschnitte 5 zu ändern. Außerdem wird dadurch die Tendenz zur verschränkten Strömung des Wärme übertragungsmediums unterstützt, wie durch die Pfeile in den Zeichnungen angedeutet.

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Während beim vierten Ausfüh rungsbeispiel die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 in die vier Zonen R1 bis R4 geteilt ist, ist sie bei vorliegenden Beispiel in nur zwei Zonen R1 und R2 in Umfangsrichtung geteilt. Ist also der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres gleich, so wird folglich die Länge der Rippen 2 im Vergleich zum obigen Ausführungsbeispiel in etwa doppelt so groß. Die anderen Merkmale können identisch mit denjenigen der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele sein.

Beim Ausführungsbeispiel 6 dieses Typs sind die auf der Innenfläche ausgeformten Rippen 2 so angeordnet, daß sie eine einzelne V-Form bilden, die sich in stromaufwärtiger Richtung der Strömung bezogen auf das in einer der beiden Richtungen strömende Wärmeübertragungsmedium öffnet, so daß sich das Wärmeübertra gungsmedium im Rillenabschnitt 4 an der Seite entsprechend den Vertiefungen der V-Form sammelt. Um diese Eigenschaft zu nutzen, sollte die Auf-/Abwärtsorientierung des Wärmeübertragungsrohrs 1 vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anwendung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gewählt werden. Natürlich ist es auch möglich, den Abstand der Rippen benachbarter Zonen bei diesem Ausführungsbeispiel zu versetzen.

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Beispiel ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 in sechs Zonen R1 bis R6 geteilt ist, wobei eine Vielzahl zueinander paralleler Rippen 2 in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohrs 1 ausgeformt ist. Die anderen Merkmale sind identisch mit denjenigen von Ausführungsbeispiel 4, so daß sie die gleichen Bezugszei chen tragen und auf ihre Beschreibung verzichtet wird.

Die bemerkenswerten Effekte des Ausführungsbeispiels 4 können von einem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieser Struktur gleichermaßen erzielt werden.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 9 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Beispiel gleicht dem Ausfüh rungsbeispiel 4 darin, daß das Wärmeübertragungsrohr 1 in Umfangsrichtung in vier Zonen geteilt ist; allerdings ist in den Grenzbereichen zwischen den Zonen kein Rillenabschnitt 5 ausgeformt. Alternativ ist ein Spalt 6 zwischen Rippen 2 dadurch gebildet, daß die Zonen R1 bis R4 um einen halben Abstand versetzt werden. Bei einem Universal-Wärmeübertragungsrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 1 cm sollte die Breite C1 des Spaltes 5A vorzugsweise 0,05 bis 0,5 mm, am besten 0,1 bis 0,3 mm, betragen. Bei einer Breite C1 innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 0,5 mm ist das Gleichgewicht zwischen Druckverlust und Wärmeübertragungsvermögen gut. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obengenannten Bereiche beschränkt, sondern es können ggf. andere Werte verwendet werden.

Auch bei diesem Strukturtyp sind die auf der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 ausgeformten Rippen 2 so angeordnet, daß sie V-Formpaare (y-Formen) bilden, die sich in stromaufwärtiger Richtung der Strömung bezogen auf das in einer der beiden Richtungen strömende Wärmeübertragungsmedium öffnen, so daß sich das an den Seitenflächen der Rippen 2 angesammelte Wärmeübertragungsmedium in den Verbindungs abschnitten der V-Formen vereinigt und dann durch die Spalte 6 zwischen den Rippen 2 abfließt. Während dieses Prozesses wird das Wärmeübertragungsmedium bewegt, um eine chaotische turbulente Strömung zu erzeugen, wodurch das Auftreten von Temperaturgradienten im Strom des Wärmeübertragungsmediums verhindert und der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und den Metalloberflächen des Wärmeüber tragungsrohres gefördert und damit das Wärmeübertragungsvermögen gesteigert wird. Außerdem werden die Spalte 6 zwischen den Endabschnitten der Rippen 2 gebildet, so daß das Wärmeübertragungsmedium zwischen diesen Spalten 6 entweichen kann, wodurch die bemerkenswerten Effekte eines niedrigen Druckverlustes bei der Strömung durch das Wärmeübertragungsrohr 1 ohne Beeinträchtigung der hohen Steigerungsrate des Wärmeübertragungsvermögens geboten werden. Die Wärmeübertragungsrohre mit gerillter Innenfläche der vorliegenden Erfindung sind nicht notwendigerweise auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele be schränkt, und es sind auch verschiedene andere Strukturtypen möglich. So kann beispielsweise bei einem großen Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres 1 seine Innenfläche in acht oder mehr Zonen geteilt werden, und die Rippen können ggf. gekrümmte Formen erhalten. Außerdem können in den zentralen Abschnitten der Rippen 2 konkave Bereiche oder Vertiefungen eingeformt werden.

Ausführungsbeispiel 9

Fig. 10 ist eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Dieses Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche besitzt eine Vielzahl Rippen 2, die sich zickzackar tig in Umfangsrichtung erstrecken. Diese Rippen 2 sind so ausgeformt, daß die Orientierung der Neigungswinkel α und β nach jedem vorgegebenen Intervall L in axialer Richtung umgekehrt wird (α→α'→α→α'..., β→β'→ β→β'...). Der Abstand zwischen benachbarten Rippen 2 wird als Rillenabschnitt 3 mit konstanter Breite ausgeführt, wobei ein Überstand 7, der eine konstante Breite aufweist und sich entlang des gesamten Umfangs der Innenfläche erstreckt, an der Grenze ausgeformt ist, an der sich die Orientierung der Rippen 2 ändert.

Ein rippenloser Abschnitt 8, der eine konstante Breite aufweist und sich in axialer Richtung erstreckt, ist über die gesamte Länge eines Abschnitts des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche ausgeformt, und eine Schweißlinie ist in der Mitte dieses rippenlosen Abschnitts 8 über die gesamte Länge ausgebildet (siehe Schweißlinie 4 in Fig. 1). Die Rippen 2 werden mittels dieses rippenlosen Abschnitts 8 und der Schweißlinie getrennt. Die Schweißlinie kann von der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres mit gerillter Innenfläche aus nach innen überstehen, der Betrag des Überstandes sollte jedoch kleiner sein als der Betrag, um den die Rippen 2 überstehen, so daß der Rohr-Dehnstopfen nicht auf die Schweißlinie drückt, wenn er zum Aufweiten in das Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche eingebracht wird.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist die Innenfläche des Wärmeübergangsrohres 1 der vorliegenden Erfindung in vier Zonen R1 bis R4 geteilt, von denen sich eine jede über 90° in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die ungeradzahligen Zonen R1 und R3 ab jeder beliebigen Zone (in diesem Fall R1) gezählt werden, und die geradzahligen Zonen R2 und R4 Rippen 2 enthalten, die einander entgegengerichtete Neigungswinkel α und β; α' und β') mit der Axiallinie einschließen. Die Absolutwerte der Neigungswinkel (α, β, α' und β') sollten vorzugsweise zwischen 10 und 25° betragen. Überschreitet der Absolutwert des Neigungswinkels 25°, werden die Rippen 2 bezüglich der Strömung nahezu rechtwinklig, so daß die Strömung blockiert wird und der Druckverlust ansteigt. Wird der Absolutwert des Neigungswinkels kleiner als 10°, werden die Rippen 2 nahezu parallel zur Strömung, so daß der turbulenzerzeugende Effekt der Rippen 2 vermindert wird.

Obwohl die Neigungswinkel α und β sowie α' und β' mit identischem Wert ausgeführt werden können, können sie auch voneinander verschiedene Werte haben, sofern sie innerhalb des obigen Bereichs liegen. Analog können die Neigungswinkel α und α' sowie β und β' mit identischem Wert ausgeführt werden; sie können auch voneinander verschieden sein, sofern sie innerhalb des obigen Bereichs liegen. Obwohl außerdem die Rippen 2 in derselben Zone gemäß Ausführungsbeispiel 9 parallel ausgeführt werden können, besteht nicht notwendiger weise die Beschränkung, daß sie parallel sein müssen, so daß der Neigungswinkel für jede Rippe verschieden sein kann, vorausgesetzt, er liegt innerhalb des obengenannten Bereichs.

Obwohl das Intervall L der Winkelumkehr der Rippen 2 nicht notwendigerweise beschränkt ist, sollte es vorzugsweise zwischen 100 und 500 mm, am besten 200 bis 400 mm, betragen. Innerhalb des Bereichs von 100 bis 500 mm wird der Bewegungseffekt für das Wärmeübertragungsmedium ausreichend wirksam, so daß Ungleich mäßigkeiten innerhalb des Wärmeübertragungsmediums von den Rippen 2 zur Verbesserung des Gleichge wichts zwischen ihnen korrigiert werden können.

Der Überstand 7 hat einen leicht gekrümmten Querschnitt, und sein maximaler Überstandsbetrag ist kleiner als der der Rippen 2, wie aus Fig. 11 ersichtlich ist. Durch ein derartiges Ausformen der Überstände 7 kann die durchschnittliche Dicke des Wärmeübergangsrohres 1 mit gerillter Innenfläche an der Umkehrgrenze der Rippen 2 etwa gleich derjenigen anderer Abschnitte ausgeführt werden, um eine Verringerung der Festigkeit an den Grenzabschnitten der Rippen 2 zu vermeiden.

Andererseits muß der Überstand 7 nicht notwendigerweise im Grenzabschnitt der Rippen 2 ausgeformt werden, wie in Fig. 11 gezeigt, so daß ein Überschneidungsabschnitt 9 mit einer konstanten Breite durch Überlappen der Rippen 2 um eine vorgegebene Länge gebildet werden kann, wie in Fig. 12 dargestellt. Ein Verbindungsabschnitt 10 kann durch Verbinden der Endabschnitte der Rippen 2 gebildet werden, wie in Fig. 13 dargestellt, oder die Rippen 2 können, wie in Fig. 14 dargestellt, kontinuierlich verlaufen. In jedem dieser Fälle ist es möglich, eine Verringerung der einer Verformung entgegenwirkenden Festigkeit im Grenzabschnitt der Rippen 2 zu vermeiden.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, haben die Rippen 2 eine solche Querschnittsform, daß der Abstand P zwischen Rippen 2 in derselben Zone vorzugsweise 0,3 bis 0,45 mm, am besten 0,33 bis 0,38 mm, beträgt; die Höhe H der Rippen 2 ab der der Innenfläche des Metallrohrs beträgt vorzugsweise 0,15 bis 0,30 mm, am besten 0,22 bis 0,26 mm. Werden die Rippen höher ausgeführt als bei herkömmlichen Anwendungen, wird der turbulenzerzeugende Effekt verbessert, so daß dies zusammen mit dem Effekt aufgrund der Zickzack-Anord nung der Rippen eine Erhöhung des Wärmeaustauschvermögens des Wärmeübertragungsrohres 1 bewirkt. Außerdem verbessern diese Typen dünner und hoher Rippen 2 die Ableitung an den Spitzen der Rippen 2, wenn die Innenfläche des Metallrohrs 1 mit Wärmeübertragungsflüssigkeit benetzt ist, so daß die Metallflächen an den Spitzen der Rippen 2 leicht in direkten Kontakt mit dem Wärmeübertragungsgas kommen, wenn das Rohr als Kondensationsrohr verwendet wird, was in einer hervorragenden Kondensationswirkung resultiert.

Der Winkel γ (Spitzenwinkel) zwischen den Seitenflächen der Rippen 2 sollte vorzugsweise 10 bis 25°, am besten 15 bis 20°, betragen. Der Grund ist derselbe wie bei Ausführungsbeispiel 1.

Bei dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche gemäß dem obengenannten Ausführungsbeispiel wird die Vorwärtsrichtung des innerhalb des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche strömenden Wärmeübertragungsmediums entlang den Rippen 2 schräg gerichtet, so daß das Wärmeübertragungsmedium durch diesen Prozeß bewegt wird, um den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche und dem Wärmeübertragungsmedium zu fördern. Selbst dann, wenn das Wärmeübertra gungsmedium an bestimmten Stellen der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche während dieses Bewegungsprozesses konzentriert wird, wird die Vorwärtsrichtung des Wärmeübertragungsme diums erneut von den Rippen 2 der nächsten Zone, in der der Neigungswinkel der Rippen 2 umgekehrt worden ist, schräggerichtet, so daß die Bewegung des Wärmeübertragungsmediums umfassender wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Wärmeübertragungsvermögen zu steigern, indem man die Strömungsrichtung des Wärme übertragungsmediums zwangsweise ändert, um eine Bewegung nach jedem konstanten Intervall L zu bewirken.

Insbesondere sind die Rippen 2 an der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche so angeordnet, daß sie zwei V-Formpaare bilden, die sich zum stromaufwärtigen Ende der Strömung des Wärmeübertragungsmediums öffnen, so daß sich das Wärmeübertragungsmedium in den Verbindungsabschnit ten der V-Formen vereinigt und über diese und an diesen vorbeiströmt. Da dieser Prozeß eine chaotische turbulente Strömung durch die Bewegung des Wärmeübertragungsmediums erzeugt, wirken die Bewegungsef fekte mit den obengenannten Effekten im Sinne einer weiteren Verstärkung zusammen, wodurch das Auftreten von Temperaturgradienten im Strom des Wärmeübertragungsmediums verhindert und der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und den Metalloberflächen gefördert und damit das Wärmeübertra gungsvermögen gesteigert wird.

Ausführungsbeispiel 10

Fig. 15 ist eine Ansicht der Innenfläche des Rohrs im aufgeklappten Zustand entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel 9, mit der Ausnahme, daß die Rippen 2 nicht zickzackartig gekrümmt sind, sondern in einem einfachen Spiralmuster verlaufen.

Bei einem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieses Typs wird das durch das Rohr strömen de Wärmeübertragungsmedium wechselweise mittels der Spiralrippen 2, die nach jedem konstanten Intervall L umgekehrt werden, in die entgegengesetzte Richtung geleitet, wodurch es sich von Wärmeübertragungsrohren 1 mit einfachen Spiralrippen 2 dadurch unterscheidet, daß das Wärmeübertragungsmedium nicht kollektiv in bestimmte Bereiche strömt, wodurch man einen außergewöhnlichen Bewegungseffekt erzielt. Als Ergebnis kann das Wärmeübertragungsvermögen gesteigert werden.

Ausführungsbeispiel 11

Fig. 16 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerill ter Innenfläche entsprechend einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von Ausführungsbeispiel 9 darin, daß die Rippen 2 als V-Formen ausge bildet sind. Das bedeutet, daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Innenfläche des Rohrs in Umfangsrich tung in zwei Zonen R1 und R2 geteilt ist, wobei die Winkel α und β zwischen der Achse und den Rippen 2 einander entgegengerichtete Orientierungen zwischen den Zonen R1 und R2 aufweisen. Außerdem werden die Orientierungen der Neigungswinkel α und β innerhalb jeder Zone R1 und R2 für jedes Standardintervall L in axialer Richtung des Rohrs umgekehrt (α→α'→α→α'..., β→β'→β→β'...). Die übrigen Merkmale sind identisch mit denjenigen von Ausführungsbeispiel 9.

Bei einem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieses Typs hat das innerhalb des Rohrs strömende Wärmeübertragungsmedium eine Tendenz, sich in Richtung der Vertiefungsabschnitte der V-förmi gen Rippen 2 zu konzentrieren, so daß sich die Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Vertiefungsabschnitten der V-Form ansammelt. Da die Orientierung der Rippen 2 dann umgekehrt wird, wird die Wärmeübertragungsflüs sigkeit nach links und rechts geteilt, so daß sie sich erneut in einem Vertiefungsabschnitt an einer Stelle ansammelt, die bezogen auf die Umfangsrichtung auf der entgegengesetzten Seite liegt. Durch Wiederholen dieses Zyklus für jedes konstante Intervall L wird das Wärmeübertragungsvermögen zwischen dem Wärme übertragungsmedium und dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche gesteigert und damit verbes sert.

Ausführungsbeispiel 12

Fig. 17 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche entsprechend einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von Ausführungsbeispiel 9 darin, daß die aufgeklappte Form der Rippen 2 sechs Umkehrpunkte in Umfangsrichtung hat und somit ein "VVV"-Muster bildet. Das bedeutet, daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Innenfläche des Rohrs in sechs Zonen R1 bis R6 geteilt ist, wobei die Winkel α und β zwischen den Rippen 2 und der Achse wechselweise zwischen diesen sechs Zonen R1 bis R6 umgekehrt werden. Außerdem sind die Neigungswinkel α und β innerhalb der Zonen R1 bis R6 so ausgeformt, daß sich ihre Orientierung für jedes konstante Intervall L in axialer Richtung des Rohrs umkehrt (α→α'→α→ α'..., β→β'→β→β'...). Die übrigen Merkmale sind identisch mit denjenigen von Ausführungsbeispiel 9. Mit diesem Typ Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche lassen sich dieselben Effekte erzielen wie mit dem Ausführungsbeispiel 9.

Wird die Anzahl der Zonen zu groß, so wird der Strömungswiderstand aufgrund der Rippen 2 zu hoch, so daß dann, wenn der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres 1 10 mm oder weniger beträgt, vorzugswei se 2 bis 6 Zonen vorgesehen werden sollten. Außerdem braucht die Anzahl der Zonen nicht geradzahlig zu sein, so daß die Effekte nicht stark durch eine ungeradzahlige Anzahl Zonen beeinflußt werden.

Ausführungsbeispiel 13

Fig. 18 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerill ter Innenfläche entsprechend einem 13. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Spalt 11 im zentralen Abschnitt der in Fig. 16 dargestellten V-förmigen Rippen 2 ausgeformt. Das heißt, daß das Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche zwei schräge Rippen 2 aufweist, die entlang der Innenfläche des Rohres in Umfangsrichtung mit einem dazwischen ausgeformten Abstand angeordnet sind. Die Neigungswinkel sowie die übrigen Merkmale sind identisch mit denjenigen des Ausführungsbeispiels in Fig. 16.

Obwohl die Breite C3 des Spalts 11 nicht einer besonderen Beschränkung unterliegt, sollte sie bei einem normalen Wärmeübertragungsrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 10 mm vorzugsweise 0,05 mm bis 0,5 mm betragen. Innerhalb dieses Bereichs kann ein hervorragendes Wärmeübertragungsvermögen erzielt werden, während der Strömungswiderstand des Wärmeübertragungsmediums deutlich gesenkt wird. Der Effekt des reduzierten Strömungswiderstandes ist hervorragend, wenn die Tiefe des Spalts 11 gleich der der Rillenab schnitte 3 ausgeführt wird, aber der Spalt kann auch flacher als die Rillenabschnitte 3 ausgeführt werden, wenn dies die jeweilige Situation erfordert.

Bei dem diesem Strukturtyp entsprechenden Ausführungsbeispiel 13 vereinigt sich das an den Seitenflächen der Rippen 2 angesammelte Wärmeübertragungsmedium in den Verbindungsabschnitten der V-Formen und strömt dann durch den Spalt 11, wodurch das Wärmeübertragungsmedium bewegt wird. Folglich wird der Druckverlust des Wärmeübertragungsmediums bei der Strömung durch das Wärmeübertragungsrohr 1 niedrig gehalten, ohne den Bewegungseffekt des Wärmeübertragungsmediums durch die Rippen 2 zu beeinträchtigen. Ein wichtiger Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die beiden einander entgegenwirkenden Effekte, nämlich die Erhöhung des Wärmeübertragungsvermögens und die Verringerung des Druckverlustes, auf diese Weise erzielt werden. Selbstverständlich kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Strömung des Wärmeübertragungsmediums abwechselnd verteilt und konzentriert sein, da der Neigungswinkel der Rippen 2 nach jedem konstanten Intervall L in axialer Richtung des Rohrs umgekehrt wird.

Ausführungsbeispiel 14

Fig. 19 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines 14. Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche gemäß der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß Spalte 11 an den Umkehrpunkten der in Fig. 10 dargestell ten W-förmigen Rippen 2 ausgeformt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Strömungswiderstand des Wärmeübertragungsmediums mittels der Spalte 11 verringert werden, während der Druckverlust in dem im Wärmeübertragungsrohr 1 strömenden Wärmeübertragungsmedium niedrig gehalten wird, ohne die Effekte bei Ausführungsbeispiel 10 zu beeinträchtigen.

Ausführungsbeispiel 15

Fig. 20 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerill ter Innenfläche entsprechend einem 15. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß Spalte 20 in konstanten Intervallen in Längsrichtung der in Fig. 15 dargestellten Spiralrippen 2 ausgeformt sind. Auch in diesem Fall kann der Druckverlust in dem im Wärmeübertragungsrohr 1 strömenden Wärmeübertragungsmedium dadurch niedrig gehalten werden, daß das Wärmeübertragungsmedium in geeigneter Weise über die Spalte 20 entweichen kann, während die durch das Ausführungsbeispiel in Fig. 15 bereitgestellten Effekte erhalten bleiben.

Ausführungsbeispiel 16

Fig. 21 ist eine Ansicht der Innenfläche im aufgeklappten Zustand eines Wärmeübertragungsrohrs mit gerill ter Innenfläche entsprechend einem 16. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß Spalte 11 an jedem zweiten Umkehrpunkt der in Fig. 17 dargestellten "VVV"-förmigen Rippen 2 ausgeformt sind. Auch in diesem Fall kann der Druckverlust in dem im Wärmeübertragungsrohr 1 strömenden Wärmeübertragungsmedium dadurch niedrig gehalten werden, daß das Wärmeübertragungsmedium in geeigneter Weise über die Spalte 20 entweichen kann, während die durch das Ausführungsbeispiel in Fig. 17 bereitgestellten Effekte erhalten bleiben.

Ausführungsbeispiel 17

Fig. 22 ist eine Ansicht eines 17. Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im aufgeklappten Zustand. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß das Intervall, nach dem die Neigungsrich tung der Rippen 2 umgekehrt wird, für jede Zone verschieden ist. Das heißt, die Positionen der Überstände 7A und 7B, die an den Umkehrgrenzen ausgeformt sind, sind in axialer Richtung des Rohrs gegeneinander versetzt. Auch in diesem Fall kann die Form des Grenzabschnitts jeder der in Fig. 11, 12, 13 und 14 dargestellten Strukturen entsprechen.

Das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche der vorliegenden Erfindung ist nicht notwendigerwei se auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Ist beispielsweise der Außendurchmesser des Wärmeüber tragungsrohres groß, dann kann seine Innenfläche in sieben oder mehr Zonen geteilt werden; es ist auch möglich, die Rippen 2 ggf. so zu formen, daß sie im aufgeklappten Zustand Bögen anstelle von Geraden beschreiben. Außerdem können zusätzlich Änderungen vorgenommen werden, z. B. die Rippen nur in geradzahligen oder ungeradzahligen Zonen um einen halben Abstand in axialer Richtung des Rohrs zu versetzen, oder konkave Abschnitte oder Vertiefungen in geeigneten Stellen der Rippen 2 auszuformen.

Ausführungsbeispiel 18

Die Erfinder stellten bei der Herstellung eines Wärmeübergangsrohres mit gerillter Innenfläche, wie in Fig. 1 dargestellt, fest, daß sich bei Rundformen dieses Wärmeübergangsrohres mit gerillter Innenfläche zu einer U-Form Beulen 72 entlang der gepunkteten Linie in Fig. 32 bilden.

Als Ergebnis einer sorgfältigen Untersuchung dieses Phänomens stellt man fest, daß die Beulen 72 deshalb entstehen, weil die Rippen 73 im Vergleich zu den dünnwandigen Rillenabschnitten 74 zwischen den Rippen, wie in Fig. 33 dargestellt, sehr hart sind, so daß die Härte an den Spitzen der Umkehrabschnitte der zickzackförmi gen Rippen 73 bewirkt, daß die dünnen Abschnitte 74 neben diesen Spitzenabschnitten während des Rundform prozesses lokal gedehnt werden. Da diese Beulen 72 die dünnwandigen Abschnitte 74 noch dünner machen, beeinträchtigen sie nicht nur das äußere Erscheinungsbild sondern sind auch unerwünscht, wenn die Zuverläs sigkeit der Wärmeübertragungsrohre von Bedeutung ist.

Die folgenden Ausführungsbeispiele haben die Aufgabe, diese Probleme zu lösen.

Fig. 23 ist eine Draufsicht eines 18. Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungsrohres mit gerillter Innen fläche gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Innenfläche dieses Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche besitzt eine Vielzahl paralleler Rippen 2, die zickzackförmig bezogen auf die Umfangsrichtung verlaufen, wobei Rillenabschnitte 3 zwischen den Rippen 2 ausgeformt sind. Außerdem ist auf der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche eine einzige Schweißlinie 4 so ausgebildet, daß sie entlang der gesamten Länge in axialer Richtung des Rohrs nach innen übersteht. Die Rippen 2 werden durch diese Schweißlinie 4 geteilt. Diese Schweißlinie 4 sollte vorzugsweise einen geringeren Überstand haben als die Rippen 2.

Die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 ist in vier Zonen R1 bis R4 geteilt, von denen sich jede über 90° in Umfangsrichtung erstreckt. Wie beim Ausführungsbeispiel 1 haben die ungeradzahligen Zonen R1 und R3 bei Zählung ab einer Zone (in diesem Fall R1) Rippen 2, die so ausgeformt sind, daß sie einen positiven Winkel α, bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres bilden, während die geradzahligen Zonen R2 und R4 die Rippen 2 enthalten, die so ausgeformt sind, daß sie einen negativen Winkel β, bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres bilden. Die Orientierung der Neigungswinkel α und β kann umgekehrt werden, vorausgesetzt die Rippen 2 sind wechselweise in entgegengerichteten Winkeln, bezogen auf die Achse des Wärmeübertragungsrohres über eine jeweils vorgegebene Länge geneigt, so daß sie insgesamt ein Zickzackmu ster bilden. Obwohl die Rippen 2 innerhalb derselben Zone in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel zueinander parallel verlaufen, brauchen sich nicht unbedingt parallel zu sein, so daß der Neigungswinkel der Rippen 2 innerhalb des obigen Winkelbereichs variieren kann. Außerdem sind die Breiten der Zonen R1 bis R4 nicht notwendigerweise auf gleiche Werte beschränkt, so daß sie voneinander verschieden sein können.

Das Hauptmerkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, daß gerade Verstärkungsrippen 14, die die Umkehrpunkte benachbarter Rippen in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres verbinden, entlang den Grenzen zwischen jeder der Zonen R1 bis R4 ausgeformt sind. Diese Verstärkungsrippen 14 sind bezogen auf die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche und die Rippen 2 gleichmäßig ausge formt, wie in Fig. 24 und 25 dargestellt. Die Verstärkungsrippen haben einen annähernd dreieckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt. Die Grenze zwischen den Verstärkungsrippen 14 und der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche sollte vorzugsweise abgeschrägt sein, um die Entstehung von Spannungen zu vermeiden. Obwohl die Verstärkungsrippen 14 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang der gesamten Länge des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche ausgeformt sind, können sie auch nur in den Abschnitten des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche vorgesehen werden, die rundgeformt sind.

Auf der Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche sind rillenlose Abschnitte 16 mit konstanter Breite, die sich parallel zur Schweißlinie 4 erstrecken, an beiden Seiten der Schweißlinie 4 ausgeformt, wie in Fig. 23 dargestellt. Außerdem sind Verstärkungsrippen 18 zur Verbindung der Endabschnitte der Rippen 2 in den Grenzen zwischen den rillenlosen Abschnitten 16 und den Endabschnitten der Rippen 2 ausgeformt. Die rillenlosen Abschnitte 16 sind dazu erforderlich, um eine gleichmäßige Dichte des an den Endflächen des Flachmaterials erzeugten Schweißstroms zu bewirken, wenn das Flachmaterial durch elektri sches Naht schweißen zu einem Rohr geformt wird. Die Verstärkungsrippen 18 verhindern eine Schwächung des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche an den Bereichen, die den Endbereichen der Rippen 2 entsprechen, und dienen auch dazu, die Querschnittsform der rillenlosen Abschnitte 16 aufrechtzuerhalten, wenn die Rippen 2 aufgeformt werden.

Die Höhe H2 der Verstärkungsrippen 14 gegenüber der inneren Umfangsfläche sollte kleiner sein als die Höhe H1 der Rippen 2 gegenüber der inneren Umfangsfläche, vorzugsweise 5 bis 90%, am besten 10 bis 70%. Sind die Verstärkungsrippen 14 höher als die Rippen 2, so kann das Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche durch Einführen eines Rohr-Dehnstopfens nicht gleichmäßig aufgeweitet werden. Ist außerdem H2 höher als 90% von H1, dann sind die Verstärkungsrippen 14 zu hart, so daß der Querschnitt des rundgeformten Abschnittes keine saubere elliptische Form bildet, wenn das Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche rundgeformt wird. Ein normales Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche und einem Außendurch messer von 10 mm oder weniger sollte vorzugsweise mit Rippen ausgeführt sein, die eine Höhe von 0,05-0,15 mm ab der Innenfläche aufweisen. Dies gilt gleichermaßen für die Verstärkungsrippen 18.

Die Querschnittsform der Rippen 2 und der Winkel γ (Spitzenwinkel) zwischen den Seitenflächen der Rippen 2 sollten vorzugsweise denjenigen von Ausführungsbeispiel 1 ähnlich sein.

Bei den Wärmeübertragungsrohren mit gerillter Innenfläche gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel werden Verstärkungsrippen 14 zum Verbinden der Umkehrpunkte der in Zickzackform verlaufenden Rippen ausgebil det, so daß selbst bei Rundformen des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche zu einer U-Form eine ungeordnete Spreizung der Spalte zwischen den Umkehrabschnitten der Rippen 2 aufgrund der Zugfestig keit der Verstärkungsrippen 14 im Vergleich zu anderen Abschnitten vermieden wird. Folglich werden im Bereich um die Spitzenabschnitte der Rippen 2 keine Beulen auf der Außenfläche des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche gebildet, so daß es möglich ist, Beeinträchtigungen des äußeren Erscheinungsbildes aufgrund der Ausformung solcher Beulen und eine verringerte Zuverlässigkeit des Wärmeübertragungsrohrs 1 mit gerillter Innenfläche aufgrund einer Schwächung an den Beulen zu vermeiden.

Außerdem sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rippen 2 an der Innenfläche so angeordnet, daß sie zwei V-Formpaare bilden, die sich in stromaufwärtiger Richtung der Strömung bezogen auf ein Wärmeüber tragungsmedium öffnen, das in einer der beiden Richtungen strömt, so daß sich das an den Seitenflächen der Rippen 2 angesammelte Wärmeübertragungsmedium in den Verbindungsabschnitten der V-Formen vereinigt und über diese strömt. Da das Wärmeübertragungsmedium während dieses Prozesses zur Erzeugung einer chaotischen turbulenten Strömung bewegt wird, kann das Entstehen von Temperaturgradienten im Strom des Wärmeübertragungsmediums verhindert werden, so daß der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeübertra gungsmedium und den Metalloberflächen des Wärmeübertragungsrohres gefördert und damit das Wärmeüber tragungsvermögen gesteigert werden kann. Speziell bei Verwendung eines gemischten Wärmeübertragungsme diums (eines Gemisches aus einer Vielzahl Wärmeübertragungsmedien) kann eine Trennung der Komponenten des Wärmeübertragungsmediums verhindert werden, so daß die ursprünglichen Eigenschaften des gemischten Wärmeübertragungsmediums erhalten bleiben.

Während die obengenannten außerordentlichen Bewegungseffekte erzielt werden, kann das Wärmeübertra gungsmedium aufgrund der Ausbildung der Verstärkungsrippen 14 in den Verbindungsabschnitten der Rippen 2 außerdem relativ leicht die Verbindungsabschnitte der Rippen 2 passieren, so daß das vorliegende Ausführungs beispiel außerdem den Vorteil bietet, daß der Strömungswiderstand nicht stark zunimmt.

Ausführungsbeispiel 19

Fig. 26 zeigt ein 19. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Während die Innenfläche des Wärme übergangsrohres 1 beim Ausführungsbeispiel 18 in der Umfangsrichtung in vier Zonen R1 bis R4 geteilt ist, ist die Innenfläche beim vorliegenden Beispiel in nur zwei Zonen R1 und R2 in Umfangsrichtung geteilt. Ist also der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres gleich, so wird im Vergleich zum vorigen Ausführungsbei spiel die Länge der Rippen folglich etwa doppelt so groß. Die anderen Merkmale sind identisch mit denjenigen der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele.

Bei Ausführungsbeispiel 19 dieses Typs beult sich aufgrund der Zugfestigkeit der Verstärkungsrippen 14 der Bereich um die Endabschnitte der Rippen 2 nicht aus der Außenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche zu Beulen aus, so daß Oberflächenfehler aufgrund der Ausbildung von Beulen und eine Verringerung der Zuverlässigkeit des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche aufgrund der Schwächung an diesen Beulenabschnitten vermieden werden können.

Ausführungsbeispiel 20

Fig. 27 zeigt ein 20. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche in sechs Zonen R1 bis R6 geteilt ist. Jede dieser Zonen R1 bis R6 weist eine Vielzahl zueinander paralleler Rippen in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche auf. Die anderen Merkmale sind identisch mit denjenigen von Ausführungsbeispiel 18, so daß sie die gleichen Bezugszeichen tragen und auf ihre Beschreibung verzichtet wird. Die bemerkenswerten Effekte des Ausführungsbeispiels 18 können von einem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieser Struktur gleichermaßen erzielt werden.

Bei dem Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche dieses Typs kann seine Innenfläche in acht oder mehr Zonen geteilt werden, sofern der Außendurchmesser des Wärmeübertragungsrohres groß ist, und die Rippen 2 können ggf. bogenförmig ausgebildet sein. Außerdem ist es möglich, Rillen in die Oberseiten der Umkehrabschnitte der Rippen 2 einzuformen, wobei die Höhe der Bodenabschnitte der Rillen auf die Höhe der Verstärkungsrippen 14 abgestimmt ist. Werden Rillen auf diese Weise ausgeformt, wird das Wärmeübertra gungsmedium veranlaßt, durch diese Rillen zu strömen, so daß der Strömungswiderstand des im Wärmeübertra gungsrohr 1 mit gerillter Oberfläche strömenden Wärmeübertragungsmediums weiter gesenkt werden kann, während das Risiko einer Beulenbildung durch Vermindern der Härte der Spitzen der Umkehrbereiche der Rippen 2 verringert wird.

Beispiel für Walzen zum Herstellen von Wärmeübergangsrohren mit gerillter Innenfläche

Anschließend wird eine beispielhafte Walze zum Herstellen des Wärmeübergangsrohres mit gerillter Innen fläche gemäß Ausführungsbeispiel 18 erläutert, wobei zunächst eine zusammenfassende Beschreibung des Aufbaus dieser Vorrichtung gegeben wird. In den Zeichnungen kennzeichnet 21 einen Abwickler für die kontinuierliche Zufuhr eines metallenen Flachmaterials T mit einer konstanten Breite. Das zugeführte Flachma terial T wird durch ein Druckwalzenpaar geführt und läuft dann zwischen einer Konturwalze 24 und einer glatten Walze 26, die ein Paar bilden, durch, wodurch die Konturwalze 24 Rippen 12 und Rillen 13 ausformt. Die Konturwalze 24 und die glatte Walze 26 können synchron mit dem Vorschub des Flachmaterials T getrieben werden oder sich einfach ohne Antrieb passiv drehen. Die Konturwalze 24 hat die Aufgabe, die gerillte Innenfläche des Wärmeübertragungsrohrs der vorliegenden Erfindung herzustellen.

Nach dem Einformen der Rillen in das Flachmaterial T mittels der Konturwalze 24 und der glatten Walze 26 durchläuft das Flachmaterial T ein Walzenpaar 28 und wird dann allmählich zu einer Rohrform rundgeformt, indem es eine Vielzahl von Formwalzenpaaren 30 durchläuft. Während der Abstand zwischen den zu verbinden den Kanten des Flachmaterials durch eine Trennwalze 31 konstant gehalten wird, werden die Kanten beim Durchlauf durch eine Induktionsheizspule 32 erhitzt. Das zu einem Rohr geformte und erhitzte Flachmaterial T wird durch ein Schweißwalzenpaar 34 geführt, so daß die erhitzten Kantenabschnitte durch den Druck von beiden Seiten verbunden und verschweißt werden. Die durch das herausgepreßte geschmolzene Material auf der Außenfläche des auf diese Weise geschweißten Wärmeübertragungsrohres 1 mit gerillter Innenfläche gebildeten Wülste werden durch einen Wulstfräser 36 entfernt.

Das Wärmeübertragungsrohr 1 mit gerillter Innenfläche, von dem die Wülste entfernt worden sind, wird beim Durchlauf durch einen Kühlbehälter 38 zwangsgekühlt und beim Durchlauf durch eine Vielzahl Kalibrierwal zenpaare 40 auf einen vorgegebenen Außendurchmesser geschrumpft.

Fig. 29 ist eine Ansicht eines Schnitts entlang der Achse der Konturwalze 24 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Konturwalze 24 besitzt einen Walzenhauptkörper 50, der einen zylindrischen Abschnitt 50B mit kleinem Durchmesser und einen ringförmigen Flanschabschnitt 50A umfaßt, der koaxial mit einem Ende dieses Abschnitts 50B mit kleinem Durchmesser in axialer Richtung ausgeformt ist Vier ringförmige Walzenteilstücke 52 mit identischen Abmessungen werden über den Abschnitt 50B mit kleinem Durchmesser des Walzenhaupt körpers 50 geschoben, und außerdem ist ein Druckring 54 vorgesehen. Danach werden Schrauben 56, die durch den Flanschabschnitt 50A, die vier Walzenteilstücke 52 und den Druckring 54 hindurchgehen, in Standardabstän den in Umfangsrichtung der Flanschabschnitte 50A so eingesetzt, daß sie diese Elemente zwangsweise verbin den. Ein Paßstift 59 ist zwischen dem Innenumfang des Druckrings 54 und dem Außenumfang des Abschnitts 50B mit kleinem Durchmesser so eingesetzt, daß er ein Lockern des Druckrings 54 verhindert. Außerdem ist eine ringförmige Walzenoberfläche 58 zum Pressen des rillenlosen Abschnitts 16 neben den Walzenteilstücken 52 auf den Außenumfangsflächen des Druckrings 54 und des Flanschabschnitts 50A ausgeformt.

Obwohl für die Konturwalze 24 vier Walzenteilstücke 52 verwendet werden, da das Wärmeübertragungsrohr mit gerillter Innenfläche gemäß Ausführungsbeispiel 18 in vier Zonen R1 bis R4 geteilt ist, können Breite und Anzahl der Walzenteilstücke 52 bei einer anderen Anzahl Zonen entsprechend geändert werden.

Wie in Fig. 30 dargestellt, haben die Außenumfangsflächen der Walzenteilstücke 52 Rippenformnuten 60 zum Ausformen der Rippen 2 auf der Oberfläche des Flachmaterials T. Diese Rippenformnuten 60 weisen eine Schraubenform auf, deren Mittelachse von der Achse des Walzenteilstücks 52 gebildet wird, und die Orientie rung der Neigungswinkel der Rippenformnuten 60 wird zwischen benachbarten Walzenteilstücken 52 bezüglich der Umfangsrichtung umgekehrt. Die Querschnittsform der Rippenformnuten 60 ist komplementär zur Form der Rippen 2, und die offenen Kanten 60A der Rippenformnuten 60 werden ggf. abgeschrägt. Andererseites brauchen die offenen Kanten 60A nicht abgeschrägt zu werden, wenn dafür keine Notwendigkeit besteht.

Das Hauptmerkmal der Konturwalze 24 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Umfangs kanten an beiden Enden bezogen auf die axiale Richtung der Walzenteilstücke 52 um ihren gesamten Umfang abgeschrägt sind, so daß sie abgeschrägte Abschnitte 62 bilden. Da keine Notwendigkeit besteht, dieses Ab schrägungsverfahren bei Nahtstellen herkömmlicher Walzen auszuführen, gibt es keine herkömmlichen Walzen mit diesem Abschrägungstyp. Durch die Bildung dieser abgeschrägten Abschnitte 62 bilden aneinanderliegende Paare abgeschrägter Abschnitte 62 Nuten an den Grenzen der mehrlagigen Walzenteilstücke 52. Diese Nuten formen die Verstärkungsrippen 14 auf dem Flachmaterial T.

Fig. 31 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der abgeschrägten Abschnitte 62. Die abgeschrägten Abschnitte 62 werden nur an der Grenze zwischen den Endflächen 52A der Walzenteilstücke 52 ausgeformt, so daß die Innenflächenseite der Kanten 60B zwischen den Innenflächen der Rippenformnuten und den Endflächen 52A der Walzenteilstücke 52 nicht abgeschrägt sind. Dies hat den Grund, daß dann, wenn diese Abschnitte abgeschrägt wären, die Höhe der Rippen örtlich begrenzt extrem hoch werden würde.

Die Querschnittsformen der abgeschrägten Abschnitte 62 unterliegen keiner besonderen Einschränkung; sie können beispielsweise jede beliebige Querschnitts form haben, die sich durch ein normales Abschrägungsverfah ren erzielen läßt, wie gekrümmte, lineare oder elliptische Formen. Das Ausmaß der Abschrägung sollte unter Berücksichtigung der Höhe der auszuformenden Verstärkungsrippen 14 festgelegt werden; ein allgemein geeig netes Beispiel für den Krümmungsradius der abgeschrägten Abschnitte 62 ist der Bereich R = 0,05 bis 0,1 mm.

In diesem Fall sollte der seitliche Abschnitt der Kante 60B des Walzenumfangs zwischen der Innenfläche der Rippenformnuten 60 und der Endfläche 62A vorzugsweise gleichzeitig mit einem Krümmungsradius R = 0,05 bis 0,1 mm an der Seite 62A abgeschrägt werden, wo sich die Rippenformnuten 60 und die Endflächen 52A in einem stumpfen Winkel schneiden, und die Seite 62B, wo sich die Rippenformnuten 60 und die Endflächen 52A in einem spitzen Winkel schneiden, sollten vorzugsweise mit einem Krümmungsradius R = 0,05 bis 0,2 mm stärker als an der Seite des stumpfen Winkels abgeschrägt werden. Auf diese Weise kann die Rißbildung in dem spitzwinkligen Endabschnitt 62B während der Rillenausformung dadurch vermieden werden, daß die Seite 62B, wo sich der Rippenformnuten 60 und die Endfläche 52A in einem spitzen Winkel schneiden, relativ stärker abgeschrägt wird als die Seite 62A des stumpfen Winkels 62A.

Beispiele von Verfahren zum Ausformen der abgeschrägten Abschnitte 62 sind Polieren mittels z. B. Schleif schwammscheibe, Abziehen mittels verschiedenen Typen von Abziehsteinen oder Schrot-, Sand- oder Kugel strahlen. Strahlen eignet sich am besten, da die abgeschrägten Abschnitte 62 durch diesen Prozeß gehärtet werden können.

Mit der Walze 24 zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohres mit gerillter Innenfläche der obigen Struktur, ist es möglich, auf einfache Weise Wärmeübergangsrohre herzustellen, die die obigen Effekte bieten. Außerdem wird die Seite 62B, wo sich die Rippenformnuten 60 und die Endfläche 52A in einem spitzen Winkel schneiden, abgeschrägt, um während des Walzens der Rillen Risse im spitzwinkligen Ende 62B zu vermeiden.

Selbstverständlich ist die Struktur zur gegenseitigen Verankerung der Walzenteilstücke 52 nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte Struktur beschränkt, und ggf. können Änderungen vorgenommen werden.

Obwohl oben eine Anzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist diese nicht darauf beschränkt, und selbstverständlich können die Strukturen der Ausführungsbeispiele ggf. kombiniert werden.

BEISPIELHAFTE EXPERIMENTE Experiment 1

Zwischen den in Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Wärmeübertragungsrohren mit gerillter Innenfläche (elektrisch nahtgeschweißte Rohre) und herkömmlichen Wärmeübertragungsrohren mit gerillter Innenfläche (elektrisch nahtgeschweißte Rohre), die mit einfachen Spiralnuten ausgeführt waren, fand eine vergleichende Bewertung statt.

Zunächst wurden sieben Typen Wärmeübertragungsrohre A1 bis A3, B1 bis B4, mit verschiedenen Kombina tionen für die planare Form und die Querschnittsform der Rippen hergestellt und das Wärmeübertragungsver mögen dieser Wärmeübertragungsrohre verglichen. Die Außendurchmesser dieser Wärmeübertragungsrohre betrugen einheitlich 9,52 mm, und auch die durchschnittlichen Dicken waren gleich.

Für die Muster der Rippen wurden vier Typen gewählt: Spiralform (herkömmliches Produkt), V-Form (zwei Zonen gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3), W-Form (vier Zonen gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1) und VVV-Form (sechs Zonen gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4). Der Neigungswinkel der Rippen gegenüber der Achse des Wärmeübertragungsrohres betrug beim Wärmeübertragungsrohr des Spiral typs 15°; für alle anderen Typen wurde der Winkel α = 15° und der Winkel β = 15° gewählt.

Für die Querschnittsformen der Rippen wurden zwei Typen gewählt: ein hoher Typ, bei dem alle Rippen hoch und dünn sind und ein kurzer Typ (herkömmlicher Typ), bei dem die Rippen kurz und breit sind. Die Abmessun gen der Rippen dieser beiden Typen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die fertiggestellten Wärmeübertra gungsrohre A1 bis A3 und B1 bis B4 hatten außerdem die in Tabelle 2 aufgeführten Strukturen.

TABELLE 1

TABELLE 2

Danach wurde das Wärmeübertragungsvermögen (Verdampfungs-, Kondensationswirkung) jedes der resul tierenden Wärmeübertragungsrohre A1 bis A3 und B1 bis B4 mittels der in Fig. 34 und 35 dargestellten Vorrichtung bestimmt. Während der Messung wurde jedes der Wärmeübertragungsrohre in die in der Zeich nung dargestellte Meßstrecke zur Bestimmung der Verdampfungs- und Kondensationswirkung nach den folgen den Bewertungsverfahren eingeschaltet. Die Bewertungsbedingungen sind nachstehend aufgeführt.

Bewertungsverfahren:

Gegenstrom-Doppelrohrsystem aktuelle Geschwindigkeit: 1,5 m/s
Gesamtlänge Wärmeübertragungsrohr: 3,5 m
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 5°C
Grad der Überhitzung: 3°
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 45°C
Grad der Überhitzung: 5°
Wärmeübertragungsmedium: Freon R-22 (Handelsname)

Die Ergebnisse des obigen Experiments sind in Fig. 36 und 37 als Verhältnis bezüglich der Verdampfungs-, Kondensations-, und Druckverlustwerte für das Wärmeübertragungsrohr des Typs A1 dargestellt. Wie aus diesen Graphen ersichtlich ist wiesen die Wärmeübertragungsrohre mit V-Form A2 und B2, diejenigen mit W-Form, A3 und B3, und das Wärmeübertragungsrohr mit VVV-Form, B4, im Vergleich zum Typ A1 mit einfachen spiralförmigen Rippen eine hervorragende Verdampfungs- und Kondensationswirkung insbesondere bei einer hohen Durchflußrate des Wärmeübertragungsmediums auf.

Die Typen B2, B3 und B4 mit hohen Rippen wiesen außerdem selbst dann eine gute Verdampfungs- und Kondensationswirkung auf, wenn die Durchflußrate des Wärmeübertragungsmediums vergleichweise niedrig war.

Experiment 2

Das Wärmeübertragungsvermögen der in Fig. 1, 3, 4, 5, 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiele wurde mit dem herkömmlicher Wärmeübertragungsrohre mit einfachen Spiralnuten verglichen.

Die folgenden acht Typen Wärmeübertragungsrohre, die sich nur in der Form der Rippen voneinander unterscheiden, wurden hergestellt, und Wärmeübertragungsvermögen und Druckverlust dieser Wärmeübertra gungsrohre wurden verglichen. Die Außendurchmesser dieser Wärmeübertragungsrohre betrugen einheitlich 9,52 mm, und auch die durchschnittlichen Dicken waren gleich.
Typ a1:
Wärmeübertragungsrohr mit auf der Innenfläche ausgeformten Spitalnuten (herkömmliches Produkt).
Typ b2:
Wärmeübertragungsrohr mit zwei Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie eine einzige V-Form auf der Innenfläche bilden, ohne zwischen benachbarten Rippen in Umfangsrichtung ausgeformten Spalten (Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 3).
Typ c1:
Wärmeübertragungsrohr mit vier Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie zwei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, ohne zwischen benachbarten Rippen in Umfangsrichtung ausgeformten Spalten (Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 1).
Typ d1:
Wärmeübertragungsrohr mit sechs Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie drei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, ohne zwischen benachbarten Rippen in Umfangsrichtung ausgeformten Spalten (Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 4).
Typ c2:
Wärmeübertragungsrohr mit vier Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie zwei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, mit zwischen benachbarten Rippen in Umfangsrichtung ausgeformten Spalten (Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 5).
Typ d2:
Wärmeübertragungsrohr mit sechs Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie drei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, mit zwischen benachbarten Rippen in Umfangsrichtung ausgeformten Spalten (Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 8).
Typ c3:
Wärmeübertragungsrohr mit vier Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie zwei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, mit zwischen benachbarten Rippen ausgeformten Spalten, die in Umfangsrichtung um einen halben Abstand versetzt sind (Ausführungsbeispiel in Fig. 9).
Typ d3:
Wärmeübertragungsrohr mit sechs Reihen Rippen, die so ausgeformt sind, daß sie drei V-Formpaare auf der Innenfläche bilden, mit zwischen benachbarten Rippen ausgeformten Spalten, die in Umfangsrichtung um einen halben Abstand versetzt sind (Ausführungsbeispiel in Fig. 5).

Die Abmessungen aller Wärmeübertragungsrohre entsprachen den nachstehenden Werten:
Abstand der Rippen P = 0,36 mm
Höhe der Rippen H = 0,24 mm
Spitzenwinkel der Rippen γ = 17°
(Querschnittswinkel der Rippen bei einem zur Rohrachse senkrecht verlaufenden Schnitt = 20°)
Breite der Rillenabschnitte 3 = 0,22 mm
(Breite der Rillen in axialer Richtung = 0,85 mm)

Der Neigungswinkel der Rippen gegenüber der Achse des Wärmeübertragungsrohres betrugt bei den Wär meübertragungsrohren des Spiraltyps 15°; für allen anderen Typen wurde der Winkel α = 150 und der Winkel β = -15° gewählt. Die Breite der Spalte C1 der Wärmeübertragungsrohre der Typen c2 und d2 betrug 0,2 mm, die Breite C2 der Wärmeübertragungsrohre der Typen c3 und d3 betrug ebenfalls 0,2 mm.

Danach wurde das Wärmeübertragungsvermögen (Verdampfungs-, Kondensationswirkung) der resultieren d 04660 00070 552 001000280000000200012000285910454900040 0002019628280 00004 04541en Wärmeübertragungsrohre mittels der in Fig. 34 und 35 dargestellten Vorrichtung bestimmt. Während der Messung wurden die Wärmeübertragungsrohre in die in der Zeichnung dargestellte Meßstrecke zur Bestim mung der Verdampfungs- und Kondensationswirkung nach den folgenden Bewertungsverfahren eingeschaltet. Gleichzeitig wurde der Druckverlust gemessen. Die Bewertungsbedingungen sind nachstehend aufgeführt.

Bewertungsverfahren:
Gegenstrom-Doppelrohrsystem aktuelle Geschwindigkeit: 1,5 m/s
Gesamtlänge Wärmeübertragungsrohr: 3,5 m
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 5°C
Grad der Überhitzung: 3°
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 45°C
Grad der Überhitzung; 5°
Wärmeübertragungsmedium: Freon R-22 (Handelsname)

Die Ergebnisse des obigen Experiments sind in Fig. 38 und 39 als Verhältnis bezüglich der Verdampfungs-, Kondensations-, und Druckverlustwerte für das Wärmeübertragungsrohr des Typs a1 dargestellt. Wie aus diesen Graphen ersichtlich ist, wiesen die Wärmeübertragungsrohre des Typs c2, c3, d2 und d3 ein hohes Wärmeübertragungsvermögen auf, während sie gleichzeitig in etwa den gleichen Druckverlust wie das einfache Spiralrohr des Typs a1 zeigten.

Experiment 3

Das Wärmeübertragungsvermögen der in Fig. 10 und 15 bis 17 dargestellten Ausführungsbeispiele und das eine herkömmlichen Wärmeübertragungsrohres mit einfachen Spiralnuten wurden verglichen.

Zunächst wurden fünf Typen Wärmeübertragungsrohre E1 bis E5 hergestellt, die sich nur in den planaren Formen der Rippen jedes Wärmeübertragungsrohres unterscheiden. Die planaren Formen der Rippen jedes Wärmeübertragungsrohres wurden wie folgt gewählt:
E1:
Einfache Spiralform ohne Umkehr der Rippenwinkel (herkömmliches Produkt).
E2:
Spiralform mit Umkehr der Rippenwinkel nach jeweils 300 mm in axialer Richtung (Fig. 15).
E3:
V-Form mit Umkehr der V-förmigen Rippen nach jeweils 300 mm in axialer Richtung (Fig. 16).
E4:
W-Form mit Umkehr der W-förmigen Rippen nach jeweils 300 mm in axialer Richtung (Fig. 10).
E5:
VVV-Form mit Umkehr der VVV-förmigen Rippen nach jeweils 300 mm in axialer Richtung (Fig. 11).

Die Neigungswinkel der Rippen gegenüber der Achse des Wärmeübertragungsrohres betrugen α = 15° und β = -15°, wobei die Rippen 2 dünner und höher waren als bei herkömmlichen Produkten.
Abstand der Rippen P = 0,36 mm
Höhe der Rippen H = 0,24 mm
Spitzenwinkel der Rippen γ = 17°
Breite der Rillenabschnitte 3 = 0,22 mm

Die Wärmeübertragungsrohre 1 mit gerillter Innenfläche hatten des weiteren einen Außendurchmesser von 8,0 mm, eine durchschnittliche Dicke von 0,35 mm und bestanden aus Kupfermaterial.

Danach wurde das Wärmeübertragungsvermögen (Verdampfungs-, Kondensationswirkung) der resultieren den Wärmeübertragungsrohre E1 bis E5 mittels der in Fig. 34 und 35 dargestellten Vorrichtung bestimmt. Während der Messung wurden die Wärmeübertragungsrohre in die in der Zeichnung dargestellte Meßstrecke zur Bestimmung der Verdampfungs- und Kondensationswirkung nach den folgenden Bewertungsverfahren eingeschaltet. Gleichzeitig wurde der Druckverlust gemessen. Die Bewertungsbedingungen sind nachstehend aufgeführt.

Bewertungsverfahren:
Gegenstrom-Doppelrohrsystem aktuelle Geschwindigkeit: 1,5 m/s
Gesamtlänge Wärmeübertragungsrohr: 3,5 m
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 5°C
Grad der Überhitzung: 3°
Sättigungstemperatur während der Verdampfung: 45°C
Grad der Überhitzung: 5°
Wärmeübertragungsmedium: Freon R-22 (Handelsname)

Die Ergebnisse des obigen Experiments sind in Fig. 40 und 41 als Verhältnis bezüglich der Verdampfungs-, Kondensations-, und Druckverlustwerte für das Wärmeübertragungsrohr des Typs E1 dargestellt. Wie aus diesen Graphen ersichtlich ist, wiesen die Wärmeübertragungsrohre des Typs E2 bis E5, bei denen die Neigungs winkel der Rippen nach jedem Standardintervall in axialer Richtung umgekehrt wurden, einen ziemlich hohen Druckverlust auf, der jedoch dank einer verbesserten Verdampfungs- und Kondensationswirkung mehr als ausgeglichen wurde. Die Wärmeübertragungsrohre des Typs E4 und E5 zeigten außerdem selbst bei denjenigen Ausführungen mit umgekehrten Rippenwinkeln eine hervorragende Kondensationswirkung.

Claims

1. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten In nenfläche, mit einer Vielzahl von Rippen (2), die nacheinander in Umfangsrichtung an einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsfläche des Metallrohres in Um fangsrichtung in mindestens zwei Zonen (R1-R4) geteilt ist, wobei der Neigungswinkel (α) der Rippen (2) 10 bis 25° bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb ungeradzahliger Zonen (R1; R3) bei Zählung ab einer Zone (R1) aus diesen Zo nen (R1-R4) beträgt, und wobei der Neigungswinkel (β) der Rippen (2) -10 bis -25° bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb geradzahliger Zonen (R2; R4) bei Zählung ab der einen Zone (R1) beträgt.

2. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr ein elektrisch nahtgeschweißtes Rohr ist und die Rippen (2) durch eine Schweißlinie (4) an einer einzigen Stelle der inneren Umfangsfläche getrennt sind.

3. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Abstand (P) der Rippen (2) 0,3 bis 0,4 mm, die Höhe der Rippen ab der inneren Umfangsfläche des Metallrohrs 0,15 bis 0,30 mm und der zwischen den Seitenflächen jeder der Rippen (2) gebildete Winkel (γ) 10 bis 20° beträgt.

4. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anzahl der Zonen (R1-R6) zwei, vier oder sechs ist.

5. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche, gekennzeichnet durch:
ein Metallrohr mit einer inneren Umfangsfläche, die in Umfangsrichtung in mindestens zwei Zonen (R1-R4) geteilt ist; und
eine Vielzahl von Rippen (2), die in jeder der Zonen in axialer Richtung des Metallrohrs ausgeformt sind;
wobei der Neigungswinkel (α) der Rippen (2) 10 bis 25° bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb ungeradzahliger Zonen (R1; R3) bei Zählung ab einer Zone (R1) aus diesen Zonen (R1-R4) beträgt, und der Neigungswinkel (β) der Rippen (2) -10 bis -25° bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb geradzahliger Zonen (R2; R4) bei Zählung ab der einen Zone (R1) beträgt; und
Spalte (5A) zwischen den Kantenabschnitten der Rippen (2) ausgeformt sind, die in Umfangsrichtung gegenseitig benachbart sind.

6. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (2), die sich innerhalb derselben Zone (R1; R2; R3; R4) befinden, zueinander parallel sind.

7. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die Rippen (2), die sich innerhalb benachbarter Zonen befinden, symmetrisch zur Grenzlinie (5) zwischen den Zonen (R1-R4) ausgeformt sind, und die Breite (C1) der Spalte (5A) 0,05 bis 05 mm beträgt.

8. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach einem Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rippen (2), die sich innerhalb benachbarter Zonen befinden, so ausgeformt sind, daß ihre Teilung in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohrs versetzt ist und die Breite (C1) der Spalte (5A) 0,05 bis 0,5 beträgt.

9. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche, gekennzeichnet durch:
ein Metallrohr mit einer Vielzahl von Rippen (2), die bezogen auf die axiale Richtung des Metallrohrs schräg verlaufend an einer inneren Umfangsfläche desselben ausgeformt sind;
wobei die Orientierung des Neigungswinkels (α; β) der Rippen (2) bezogen auf die axiale Richtung nach einem jeden vorgegebenen Intervall (L) in axialer Richtung umgekehrt wird.

10. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert des Neigungswinkels (α; β) der Rippen (2) 10 bis 25° bezogen auf die axiale Richtung beträgt.

11. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß jede der Rippen (2) eine kontinuierliche Zickzackform in Umfangsrichtung der Innenfläche des Metallrohrs aufweist.

12. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rippen (2) in eine Vielzahl von Abschnitten (R1-R4) in Umfangsrichtung der Innenfläche des Metallrohrs geteilt ist, und in Umfangsrichtung benachbarte Rippen (2) entgegengerichtete Winkel (α; β) bezogen auf die axiale Richtung aufweisen.

13. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rippen (2) in eine Vielzahl von Abschnitten (R1-R4) in Umfangsrichtung der Innenfläche des Metallrohrs geteilt ist, und in Umfangsrichtung benachbarte Rippen (2) einander gleiche Winkel (α; β) bezogen auf die axiale Richtung aufweisen.

14. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Spalte (6) zwischen den Endabschnitten der Rippen (2) ausgeformt sind, die in Um fangsrichtung benachbart sind.

15. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten In nenfläche, mit einer Vielzahl von Rippen (2), die nacheinander in Umfangsrichtung an einer inneren Umfangsfläche eines Metallrohres ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsfläche des Metallrohres in Um fangsrichtung in mindestens zwei Zonen (R1-R4) geteilt ist, wobei der Neigungswinkel (α) der Rippen (2) bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb ungeradzahliger Zonen (R1; R3) bei Zäh lung ab einer Zone (R1) einen positiven Wert hat, ein Neigungswinkel (β) der Rippen (2) bezogen auf die Achse des Metallrohres innerhalb geradzahli ger Zonen (R2; R4) bei Zählung ab der einen Zone (R1) einen negativen Wert hat, und wobei Verstär kungsrippen (14) zur Verbindung der Umkehrpunkte der in axialer Richtung des Metallrohrs benach barten Rippen (2) ausgeformt sind.

16. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr ein elektrisch nahtgeschweißtes Rohr ist, und die Rippen (2) durch eine Schweißlinie (4) an einer einzigen Stelle der inneren Umfangsfläche getrennt sind.

17. Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Größe (H2) des Überstandes der Verstärkungsrippen (14) gegenüber der inneren Um fangsfläche des Metallrohrs 5 bis 90% der Größe (H1) des Überstands der Rippen (2) gegenüber der inneren Umfangsfläche des Metallrohrs entspricht.

18. Walze zum Herstellen von Wärmeübertragungsrohren mit gerillten Innenflächen gekennzeichnet durch: mindestens zwei mehrlagige Walzenteilstücke (52), von denen jede eine Vielzahl von Nuten (60) aufweist, die bezogen auf die Umfangsrichtung der äußeren Umfangsfläche derselben schräg verlaufen; wobei die Orientierungen der Winkel der Nuten (60) bezogen auf die Umfangsrichtung der äußeren Umfangsflächen benachbarter Walzenteilstücke (52) einander entgegengerichtet sind; und beide Kanten in axialer Richtung jeder der Walzenteilstücke (52) abgeschrägt sind.