DE202007016841U1 - Wärmeübertragungsrohr - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertragungsrohr für Verdampfer oder Verflüssiger von Heiz- und Kühlaggregaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsrohr (1) auf der Außenseite mindestens eine axial verlaufende und flügelartig ausgebildete vergrößerte Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) aufweist, die aus dem Rohrmaterial des Rohrs (2) ausgeformt oder mit dem Wärmeübertragungsrohr (1) metallisch verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr für Verdampfer oder Verflüssiger von Heiz- und Kühlaggregaten.
  • Wärmeübertragungsrohre für Verdampfer oder Verflüssiger von Heiz- und Kühlaggregaten, die beispielsweise zur Verdampfung und zur Verflüssigung eines Kältemittels bei Kühlschränken oder bei Klimaanlagen im Fahrzeugbau aber auch allgemeinen zur Wärmeübertragung genutzt werden, bestehen, wie allgemein bekannt, aus einem Rohr mit einer glatten Oberfläche, über die eine Wärmeübertragung allgemein von einem durchströmenden Medium oder einem verdampften kalten oder erwärmten verflüssigten Kältemittel an die Umgebung erfolgt.
  • Um die Wärmeübertragungsoberfläche der Rohre zu vergrößern und damit den Wärmeübergangskoeffizienten zu erhöhen, werden nach dem gegenwärtig allgemeinen bekannten Stand der Technik die Rohre mit einem zusätzlichen wärmeleitfähigen Material ergänzt, das mit dem Rohr metallisch in Kontakt steht oder mit dem Rohr metallisch durch eine Löt- oder Schweißverbindung verbunden ist.
  • Diese zusätzlichen wärmeleitfähigen Materialien sind nach dem allgemeinen Stand der Technik Lamellen aus dünnem Blech, die auf die Rohre beabstandet geschoben werden und die bevorzugt zur Vergrößerung der Kontaktfläche zum Rohr mit einem umlaufend angewinkelten Rand versehen sind oder Bleche, auf denen das Rohr festgelegt ist oder beabstandete Einzeldrähte, die auch bei einem mäanderförmig verlegten Wärmeübertragungsrohr als Drahtgitter mit den Wärmeübertragungsrohr metallisch verbunden sind.
  • Durch die ergänzenden zusätzlichen wärmeleitfähigen Materialien ist zum einen die Herstellung der Verdampfer und Verflüssiger sehr material- und kostenintensiv und damit unwirtschaftlich und zum anderen wird die zusätzlich geschaffene Wärmeübertragungsfläche nicht gleichmäßig bei der Wärmeübertragung beaufschlagt, was zu einer Verringerung des Wärmeübergangskoeffizienten führt. Darüber hinaus besteht insbesondere bei Verdampfern, bei denen das Wärmeübertragsrohr aus Stahl besteht und zum Korrosionsschutz lackiert sind, die Gefahr, dass infolge der wechselnden Wärmeausdehnung, der ein Verdampfer unterliegt, dass die lackierte Schicht mit der Dauer an den Kontaktstellen reißt, so dass an den Rissstellen eine Korrosion unvermeidbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wärmeübertragungsrohr zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Verdampfer oder Verflüssiger insbesondere für die eingangs genannten Einsatzzwecke wirtschaftlich mit einem verbesserten Wärmeübergangskoeffizienten herstellbar ist und der unabhängig von dem eingesetzten wärmeleitfähigen Material dauerhaft nach einer Oberflächenbehandlung eine Korrosion ausschließt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wärmeübertragungsrohr gelöst, dass auf der Außenseite mindestens eine axial verlaufende und flü gelartig ausgebildete vergrößerte Wärmeübertragungsfläche aufweist, die aus dem Rohrmaterial des Rohrs ausgeformt oder mit dem Wärmebertragungsrohr metallisch verbunden ist.
  • Durch die flügelartig axial zur Außenseite des Rohrs verlaufende Wärmeübertragungsfläche haben Versuchsmessungen überraschend ergeben, dass allein mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeübertragungsrohr ein Wärmeübergangskoeffizient erreicht werden kann, der höher ist als der Wärmeübergangskoeffizient, der eingangs genannten Ausführungsformen von Verdampfern und Verflüssigern mit ergänzenden wärmeleitfähigen Materialien. Darüber hinaus zeigte sich aber auch, dass die Wärmeabstrahlung über die Gesamtfläche des Wärmeübertragungsrohres annähernd gleichmäßig erfolgte.
  • Folglich ist damit die Voraussetzung gegeben, dass ein Verdampfer oder Verflüssiger mit einem verbesserten Wärmeübergangskoeffizient im Wesentlichen nur aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeübertragungsrohr und damit mit dem geringsten Materialaufwand wirtschaftlich hergestellt werden kann. Vielmehr, durch die ausgeformte oder metallisch verbundene Wärmeübertragungsfläche am Rohr ist auch die Voraussetzung gegeben, dass bedeckungslos als Wärmeübertragungsrohr auch ein Stahlrohr eingesetzt werden kann, da infolge der ausgeformten Wärmeübertragungsfläche aus dem Rohr oder metallischen Verbindung derselben die Wärmeausdehnung kompensiert wird, so dass bei einem lackierten Wärmeübertragungsrohr Lackrisse und damit eine Korrosionsgefahr völlig ausgeschlossen werden kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeübertragungsrohr mit der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche um die Rohrmittellinie spiralförmig gedreht. Auf diese Weise wird die Wärmeabstrahlung der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche noch zusätzlich durch die entstehende Luftströmung begünstigt, wodurch der Wärmeübergangskoeffzient weiter verbessert wird.
  • Um die Wärmeübertragung über die flügelartig ausgebildete Wärmeübertragungsfläche weiter zu begünstigen, kann die flügelartig ausgebildete vergrößerte Wärmeübertragungsfläche mit einer flächenvergrößerten Profilierung ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise sind am Wärmeübertragungsrohr mindestens zwei oder auch mehrere Wärmeübertragungsflächen angeformt oder mit dem Rohr metallisch verbunden, die am Umfang des Wärmeübertragungsrohrs gleichmäßig versetzt sind. Damit kann zum einen die Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragungsrohrs wesentlich erhöht und die Wärmeabstrahlung davon weiter vergleichmäßigt werden.
  • Die aus dem Rohr ausgeformte flügelartig ausgebildete Wärmeübertragungsfläche kann dabei nach dem Ausformen spaltfrei verpresst sein, um die Stabilität der Wärmeübertragungsflächen insbesondere bei geringen Wandstärken zu erhöhen.
  • Zur verbesserten Einbeziehung der aus dem Rohr ausgeformten flügelartig ausgebildeten Wärmeübertragungsfläche in den Wärmeübergangsprozess ist es vorteilhaft, wenn die ausgeformten flügelartigen Wärmeübertragungsflächen mit einem zum Rohrinnendurchmesser verbleibenden offenen Spalt ausgebildet sind. Auf diese Weise werden die ausgeformten Wärmeübertragungsflächen aus dem Rohr dünnschichtig durchströmt, so dass die Wärmeübertragung weiter begünstigt werden kann.
  • Zur Ausbildung eines Verdampfers oder Verflüssigers ist das Wärmeübertragungsrohr mit der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche bevorzugt, wie bekannt, mäanderförmig zu einem Wärmeübertrager flächig verlegt und zu einem Paket gefaltet. In diesem Fall ist vorteilhafterweise die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche nur in den geraden Rohrabschnitt des Mäanders vorgesehen.
  • Je nach Einsatzzweck kann das Wärmeübertragungsrohr aus einem Material bestehen, dass aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Stahl, Stahllegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen umfasst.
  • Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, näher beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1: einen Abschnitt eines Wärmeübertragungsrohrs nach der Erfindung,
  • 2: eine Querschnittsform eines Wärmeübertragungsrohrs,
  • 3: eine weitere Querschnittsform eines Wärmeübertragungsrohrs,
  • 4: einen Abschnitt eines Wärmeübertragungsrohrs mit Spiralförmigen Verlauf,
  • 5: einen Abschnitt eines mäanderförmig verlegten Wärmeübertragungsrohrs.
  • In den 1 bis 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmeübertragungsrohrs 1 gezeigt, bei dem die axial verlaufenden flügelartig ausgebildeten Wärmeübertragungsflächen 3–3x aus dem Rohr 2 mit einem hier nicht näher erläuterten Herstellungsverfahren ausgeformt sind.
  • 2 zeigt einen Querschnitt des Wärmeübertragungsrohrs 1, bei dem bevorzugt zwei um 180° versetzte Wärmeübertragungsflächen 3, 3x ausgeformt sind, die nach dem Ausformen spaltfrei verpresst sind.
  • 3 zeigt einen Querschnitt des Wärmeüberragungsrohrs 1, bei dem ebenfalls zwei um 180° versetzte Wärmeübertragungsflächen 3, 3x ausgeformt sind, die zwischen den innen liegenden Flächen jeweils einen Spalt 5 ausbilden, der zum Rohrinnendurchmesser 4 hin offen ist und vom einem durchströmenden Mediums mit dünnschichtig durchströmt wird.
  • In 4 ist ein Abschnitt einer Ausführungsform des Wärmeübertragungsrohrs mit flügelartigen Wärmeübertragungsflächen 3–3x gezeigt, das um die Rohrmittelinie spiralförmig gedreht ist.
  • 5 zeigt ein mäanderförmig zu einem Verdampfer oder Verflüssiger verlegtes Wärmeübertragungsrohr 1 mit ausgeformten axial verlaufenden Wärmeübertragungsflächen 3–3x, das um die Rohrmittellinie spiralförmig verdreht ist. Wie bei der in 5 gezeigten bevorzugten Ausführung weiter zu erkennen ist, liegen die ausgeformten Wärmeübertragungsflächen 3–3x ausschließlich in den geraden Rohrabschnitten 7 und die Bögen 8 sind frei von ausgeformten Wärmeübertragungsflächen 3–3x. Durch die frei von ausgeformten Wärmeübertragerflächen 3, 3x Rohrabschnitte der Bögen 8 ist das Wärmeübertragungsrohr 1 problemlos mäanderförmig zu einem flächigen Verdampfer oder Verflüssiger zu verlegen oder die flächigen Mäander zu einem Verdampfer- oder Verflüssigerpaket zu falten, wobei bei einer Paketausbildung des Verdampfers oder des Verflüssigers die Übergangsabschnitte von einem zum anderen flächig verlegten Mäander bevorzugt ebenfalls frei von ausgeformten flügelartig ausgeformten Wärmeübertragungsflächen 3–3x sind.
    • 1
    Wärmeübertragungsrohr
    2
    Rohr
    3, 3x
    ausgeformte Wärmeübertragungsfläche
    4
    Rohrinnendurchmesser
    5
    Spalt
    6
    Mäander
    7
    Rohrabschnitt
    8
    Bogen

Claims (9)

  1. Wärmeübertragungsrohr für Verdampfer oder Verflüssiger von Heiz- und Kühlaggregaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsrohr (1) auf der Außenseite mindestens eine axial verlaufende und flügelartig ausgebildete vergrößerte Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) aufweist, die aus dem Rohrmaterial des Rohrs (2) ausgeformt oder mit dem Wärmeübertragungsrohr (1) metallisch verbunden ist.
  2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsrohr (1) mit der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) um die Rohrmittellinie spiralförmig verdreht ist
  3. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flügelartig ausgebildete vergrößerte Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) mit einer flächenvergrößerten Profilierung ausgebildet ist.
  4. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei oder mehreren angeformten oder metallisch verbundenen Wärmeübertragungsflächen (3–3) die Wärmeübertragungsflächen (3–3x) am Umfang des Wärmeübertragungsrohrs (1) gleichmäßig versetzt sind.
  5. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Rohr (2) ausgeformte flügelartig ausgebildete Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) spaltfrei verpresst ist.
  6. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Rohr (29 ausgeformte flügelartig ausgebildete Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) mit einem zum Rohrinnendurchmesser (7) verbleibenden offenen Spalt (5) ausgebildet ist.
  7. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsrohr (1) mit der vergrößerten Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) mäanderförmig zu einem Wärmeübertrager flächig verlegt und zu einem Paket gefaltet ist.
  8. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mäanderförmig verlegten Wärmeübertragungsrohr (1) die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche (3; 3x) nur in den geraden Rohrabschnitt (7) vorgesehen ist.
  9. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsrohr (1) aus einem Material besteht, dass aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Stahl, Stahllegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen umfasst.
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