DE69401434T2

DE69401434T2 - Rippenröhre für wärmetauscher für klima und kühlungsanlagen und entsprechende wärmetauscher

Info

Publication number: DE69401434T2
Application number: DE69401434T
Authority: DE
Inventors: Michel F-78000 Versailles Messant; Veronique F-92000 Nanterre Pinet; Rene F-08600 Landrichamps Predki
Original assignee: Trefimetaux SAS
Current assignee: Trefimetaux SAS
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2014-06-03
Also published as: KR960702900A; MY110604A; EP0701680A1; CN1125000A; ES2096473T3; AU677850B2; EP0701680B1; IL109752A0; WO1994029661A1; US5692560A; CA2164515C; CA2164515A1; GR3022274T3; DE69401434D1; CN1065044C; AU6932194A; FR2706197B1; KR100300237B1; SA94150259B1; BR9406753A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Rohre, die zur Herstellung der Wärmetauscher von Klima- und Kühlungsanlagen oder für jede andere Erhitzungs- oder Abkühlungsverwendung dienen, welche Rohre zur Sicherung des Wärmeaustausches zwischen einem in diesen Rohren zirkulierenden Fluid und der in diesen Austauschern zirkulierenden Atmosphäre beitragen.
Die Erfindung betrifft auch diese Austauscher, die allgemein eine Gruppierung von Kupfer-, Aluminium- oder Stahlrohren, allgemein in "Haarnadel"-Form (gerade Teile + Krümmer), und von Flügeln genannten Platten aus Kupfer oder Aluminium im Wärmekontakt mit diesen Rohren und allgemein senkrecht zu diesen geraden Teilen der Rohre bei Bieten einer großen Austauschoberfläche mit der Atmosphäre aufweisen.

STAND DER TECHNIK

Man kennt bereits sehr zahlreiche Varianten von Rohren, allgemein von Rohren aus Kupfer und Kupferlegierungen, und von Mitteln, um die Wärmetauschvorgänge zwischen dem im Rohr zirkulierenden Fluid und der äußeren Atmosphäre zu verbessern.
Als Beispiel zur Erläuterung dieser Varianten kann man das Patent US-A-4 480 684 sowie die europäischen Anmeldungen EP-A-148 609 und EP-A-0 518 312 nennen, die innen gerillte Rohre beschreiben.
Im Patent US-A-4 480 684 sind die Rillen durch die Kombination der folgenden Mittel gekennzeichnet:
- schraubenförmige Rillen mit einem Schraubenwinkel bezüglich der Achse des Rohres im Bereich von 16º bis 35º,
- Rillen, deren Tiefe im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm ist,
- Rillen, deren Ganghöhe im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm ist,
- Rillen mit "V"-Querschnitt eines Winkels im Bereich von 50º bis 100º.
Die Fig. 2 und 6 dieses Patents veranschaulichen einen Austauscher bzw. einen Rohrprofilteil gemäß einem zur Achse des Rohres senkrechten Schnitt, wo Rillen von "V"-Form gezeigt sind, die durch Rippen von "V"-Form mit gleichem, sog. Scheitelwinkel (alpha) getrennt sind.
Die europäische Anmeldung EP-A-148 609 beschreibt auch gerillte Rohre, deren schraubenförmige Rillen von trapezförmigem Querschnitt und deren Rippen von Dreieckquerschnitt sind, welche Rohre durch die Kombination der folgenden Mittel gekennzeichnet sind:
- Das Verhältnis der Tiefe H dieser Rillen - oder der Höhe H der Rippen - zum Innendurchmesser Di des Rohres ist im Bereich von 0,02 bis 0,03,
- der Schraubenwinkel dieser Rillen ist im Bereich von 7º bis 30º,
- das Verhältnis des Querschnitts S der Rille bezüglich der Tiefe H ist im Bereich von 0,15 bis 0,40 mm,
- der Scheitelwinkel einer Rippe ist im Bereich von 30º bis 60º.
Schließlich beschreibt die Anmeldung EP-A-0 518 312 ein Rohr, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.

GESTELLTES PROBLEM

Der Fachmann weiß seit langem den Vorteil gerillter Rohre zur Verbesserung des Wärmetausches zwischen dem Fluid, das im Inneren des Rohres zirkuliert, und dem Rohr selbst.
Der Fachmann weiß, daß es fur ein typisches Kupferrohr von 9,52 mm Außendurchmesser vorzuziehen ist, schraubenförmige Rippen/Rillen (Schraubenwinkel im Bereich von 10 bis 30º) in ausreichender Zahl (von 45 bis 65) zu haben.
Jedoch bietet, wenn diese Eigenschaften aus der Analyse des Standes der Technik durch den Fachmann zu stammen scheinen, der Stand der Technik im Gegensatz dazu für viele andere Eigenschaften bezüglich der genauen Form der Rippen und Rillen kein einheitliches Bild, keine homogene Lehre, zu der der Fachmann gelangen könnte, um mit sicherem Griff ein mit erhöhten Leistungen ausgestattetes Tauscherrohr zu erhalten.
Andererseits verwendete die Anmelderin im Rahmen ihrer Arbeiten, um kompakte Batterien mit verbessertem Wärmekontakt zwischen Rohren und Flügeln zu erreichen, an sich bekannte Mittel, um die gerillten Rohre des Standes der Technik aufzuweiten und um sie an den Flügeln zu befestigen, nämlich typisch mit Hilfe eines das Innere des Rohres durchlaufenden Dorns derart, um eine geringe Aufweitung des Rohres gegen den Rand der Öffnungen der Flügel hervorzurufen und so einen ausgezeichneten Wärmekontakt zu erzielen, ohne auf lastige Schweiß- oder Löttechniken zurückzugreifen.
Die Anmelderin stellte durch Untersuchungen an Schnitten eingepreßter Rohre (Standardrohr mit 60 "V"-Rippen) eine Quetschung der Rippen fest, die zu einer wesentlichen Verringerung der Tiefe H und des Querschnitts S der Rille führt:
Was den Wärmetausch zwischen dem im Rohr zirkulierenden Fluid und dem Rohr selbst betrifft, bestätigten die Vergleichsmessungen, die an Teilen von Rohren vor und nach der Quetschverbindung vorgenommen wurden, die Verschlechterung der Leistungen nach dem Quetschverbinden aufgrund der Verringerung des Querschnitts S um 60 %.
So gelangte die Anmelderin zu der Schlußfolgerung, gemäß der die Berücksichtigung und Optimierung der Leistungen eines Rohres selbst nicht von großem Nutzen sein würden, wenn man nicht auch die Verformungen der Rippen/Rillen in Betracht zöge, die sich während der Verbindung der Rohre und der Flügel ergeben können.
Die Anmelderin strebte daher ein Rillen/Rippen-Profil an, das unter Berücksichtigung der Quetschverbindung optimiert ist und daher eine Begrenzung der ungünstigen Auswirkungen der Quetschverbindung ermöglicht, die ansonsten günstige Wirkungen auf den Wärmetausch zwischen dem Rohr und den Flügeln hat und eine wirtschaftliche Verbindungstechnik darstellt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das Rohr als erster Gegenstand der Erfindung, das zur Herstellung von Wärmetauschern durch Quetschverbindung des Rohres mit Flügeln bestimmt ist und einen Außendurchmesser De zwischen 3 und 30 mm aufweist, ist innen durch n schraubenförmige Rippen gerillt, wobei n im Bereich von 35 bis 90 ist, der Schraubenwinkel im Bereich von 5 bis 50º ist und der Scheitelwinkel (alpha) im Bereich von 30 bis 60º ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen ein periodisches Profil mit wenigstens zwei Rippen verschiedener Höhe, von denen die eine, "hohe" genannte von einer Höhe Hh ist und die andere, "niedrige" genannte von einer Höhe Hb ist, bilden, wobei das Verhältnis Hb/Hh im Bereich von 0,40 bis 0,97 ist und jede "hohe" Rippe zwischen zwei Rillen mit ebenem Boden liegt.
Man nennt periodisches Profil die Folge von Rippen und Flügeln, die regelmäßig in jedem Schritt p wiederholt wird.
Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche zeigten, daß ein Verhältnis Hb/Hh, selbst nur etwas unter 1, bereits genügt, um eine merkliche Wirkung zu erhalten. Vorzugsweise liegt dieses Verhältnis Hb/Hh jedoch im Bereich von 0,6 bis 0,95, wobei sich die Wärmetauschkapazität des Rohres nach der Quetschverbindung mit den Flügeln außerhalb dieser Grenzen verringert und sich außerhalb der Grenzen von 0,40 bis 0,97 noch mehr verringert.
Die gefundene Lösung weist allgemein zwei wesentliche Mittel auf, die einerseits durch ein periodisches Profil mit wenigstens zwei Rippen verschiedener Höhe (Hh und Hb) und andererseits durch die Tatsache gebildet werden, daß jede "hohe" Rippe zwischen zwei Rillen mit flachem Boden und mit einer Querschnittsfläche S angeordnet ist.
Diese beiden Elemente sind für die Erfindung wesentlich, um nach der Quetschverbindung der gerillten Rohre und der Flügel Rohre zu erhalten, deren Rillen mit flachem Boden eine Querschnittsfläche S'< S, jedoch von ausreichendem Wert aufweisen, um einen wirksamen Wärmetausch zu erhalten.
In unvorhergesehener Weise beobachtete die Anmelderin, daß das periodische Profil gemäß der Erfindung günstig war, was die Wärmetauschleistungen nach der Verbindung der Rohre (gerade und gekrümmte Teile) und der Flügel durch Quetschverbindung betrifft.
Tatsächlich ließ die Tatsache, die Rippen durch ihre Höhe zu unterscheiden, was dazu führt, ihnen unterschiedliche Funktionen bei der Quetschverbindung zuzuordnen (die "hohen" Rippen haben eine "Schutz"- oder "Opfer"-Funktion, die "niedrigen" Rippen selbst werden "geschützt"), die gemäß der Erfindung erzielten Ergebnisse nicht voraussagen.
So begnügte sich die Anmelderin nicht, die innere Ausgestaltung der als solche betrachteten Rohre durch ihre Wärmetauscheigenschaften (beim Verdampfen oder beim Kondensieren) zu optimieren, sondern sie berücksichtigte gleichzeitig die Herstellung der Rohre selbst sowie die der entsprechenden Austauscher durch Verbindung von Rohren und Flügeln mit Hilfe eines Quetschdorns. In diesem Rahmen stellt die Erfindung eine wirksame Lösung für das gestellte Problem dar.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Fig. 1a und 1b stellen einen Querschnittsteil eines gerillten Rohres 1 des Standes der Technik dar, welcher Schnitt senkrecht zur Achse des Rohres ist, wobei der helle Teil des Fotos auf schwarzem Grund dem Rohr entspricht.
In der Fig. 1a weist das Rohr 1 Rippen 2 mit dreieckigem Querschnitt und einem Scheitelwinkel nahe 90º auf, die zwischen sich Rillen eines im wesentlichen dreieckigen Querschnitts bilden.
In der Fig. 1b bilden die Rippen 2 mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt und einem Scheitelwinkel nahe 50º zwischen sich Rillen von trapezförmigem Querschnitt.
Die Fig. 2 bezieht sich auf den Stand der Technik und entspricht der Fig. 1b nach Einquetschen eines Rohres in die Flügel beim Zusammenbau einer Batterie mit abgeflachten und deformierten Rippen 20, wobei der helle Teil des Fotos auf schwarzem Grund dem Rohr entspricht.
Die Fig. 3a zeigt einen Querschnittsteil eines gerillten Rohres 1 gemäß der Erfindung, welcher Schnitt senkrecht zur Achse des Rohres ist, wobei der helle Teil des Fotos auf schwarzem Grund dem Rohr entspricht. Es ist aus einer abwechselnden Folge von "hohen" Rippen 2h und "niedrigen" Rippen 2b gebildet.
Die Fig. 3b ist das dem Foto 3a entsprechende Schema, auf dem die beiden Rippentypen 2h und 2b einer Höhe von Hh bzw. Hb, die Rillen 3 mit einer Querschnittsfläche S, der Außendurchmesser De und die Dicke Ep des Rohres (Dicke am Boden der Rille) gezeigt sind.
Mit p bezeichnet ist der Schritt dieses periodischen Profils, bestehend aus der Folge: "hohe" Rippe 2h / Rille mit flachem Boden 3 / "niedrige" Rippe 2b / Rille mit flachem Boden 3 / usw... Dieses Profil kann das Symbol "h/b" erhalten, wo h eine "hohe" Rippe und b eine "niedrige" Rippe bezeichnen, wenn man die Beschreibung auf die Rippen beschränkt.
Die Fig. 4a und 4b entsprechen den Fig. 3a und 3b, jedoch nach der Quetschverbindung der Flügel und des Rohres. Die Rippe 2h (vor der Quetschverbindung) wurde (nach der Quetschverbindung) die trapezförmige Rippe 20h der Höhe H'h, wobei H'h< Hh ist, und ebenso entspricht die mit 20b bezeichnete Rippe der ursprünglichen Rippe 2b, wobei die Quetschverbindung sie praktisch nicht verändert hat (H'b = Hb).
In der Fig. 4b ist die neue Rille 30 dargestellt, deren Querschnitt eine Fläche S'< S aufweist.
Die der Fig. 4b analogen Fig. 5a bis 5c stellen verschiedene Abänderungen der Erfindung dar. In den selben Figuren sind jeweils das Profil der Rippen 2h und 2b vor der Quetschverbindung (in dickem Strich) und das Profil der Rippen 20h und 20b nach der Quetschverbindung (in dünnem Strich) mit den entsprechenden Breiten Lh und Lb auf halber Höhe sowie die Flächen S und S' der Querschnitte der Rillen 3 und 30 vor bzw. nach der Quetschverbindung dargestellt.
In der Fig. 5a ist die Rippe 2h trapezförmig, und nach der Quetschverbindung ist H'h > H'b bei H'b = Hb.
In der Fig. 5b ist die Rippe 2h (Scheitelwinkel 50º) dreieckförmig, desgleichen die Rippe 2b (Scheitelwinkel 30º). Nach der Quetschverbindung ist H'h nahe H'b bei H'b = Hb.
In der Fig. 5c sind die Rippen 2h und 2b dreieckförmig. Nach der Quetschverbindung ist H'h nahe H'b, und H'b < Hb.
Die Fig. 6a und 6b zeigen im Schnitt längs der Achse des gerillten Rohres 1 die Quetschverbindung von Flügeln 4 mit Hilfe eines Dorns 5 vor dem Beginn des Quetschverbindens bzw. im Quetschverbindungsverlauf.
Die Fig. 7a und 7b zeigen schematisch verschiedene Profile gemäß der Erfindung.
Diese Figuren stellen ein Profil vom Typ h/b/b mit den in der Fig. 3b definierten Festlegungen dar, wobei das Profil zwischen den zwei "niedrigen" Rippen 2b im Fall der Fig. 7a eine trapezförmige Rille 3 mit flachem Boden und im Fall der Fig. 7b eine dreieckförmige Rille hat. In allen Fällen befindet sich jede "hohe" Rippe 2h zwischen zwei Rillen 3 mit flachem Boden.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vorzugsweise umfaßt das periodische Profil die mit h/b bezeichnete Abwechslung einer "hohen" Rippe 2h und einer "niedrigen" Rippe 2b, wie in den Fig. 3a und 3b dargestellt, oder die mit h/b/b bezeichnete Aufeinanderfolge einer "hohen" Rippe und zweier "niedrigen" Rippen, wie in den Fig. 7a und 7b dargestellt.
Unter den Profilen h/b und h/b/b zieht man das Profil h/b mit einer Abwechslung von "hohen" 2h und "niedrigen" Rippen 2b, die zwischen sich Rillen 3 mit flachem Boden bilden, vor.
Die Erfindung ist auf Rohre eines sehr unterschiedlichen Außendurchmessers De anwendbar, der von 3 bis 30 mm gehen kann. Die Höhe Hh der "hohen" Rippen ändert sich mit De, jedoch nicht notwendigerweise proportional.
In einer allgemeinen Weise ist es, um die optimale Wirksamkeit der gerillten Rohre nach der Quetschverbindung beizubehalten, nötig, daß das Verhältnis Hh/De im Bereich von 0,003 bis 0,05 und vorzugsweise im Bereich von 0,015 bis 0,04 liegt.
Nach einer Ausführungsart der Erfindung weist die "hohe" Rippe 2h einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt einer Höhe Hh auf. Wie in den Fig. 3a und 3b veranschaulicht, versteht man unter im wesentlichen dreieckigem Querschnitt einen Querschnitt, dessen Gipfelwinkel ziemlich abgerundet ist, wie dies insbesondere die Fig. 3a zeigt, die einem Querschnitt eines realen Rohres (dem im Beispiel beschriebenen) entspricht, der aus einer Photographie erhalten wurde.
Nach einer anderen Ausführungsart weist die "hohe" Rippe 2h einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt einer Höhe Hh auf, wie in der Fig. 5a dargestellt ist.
Vorzugsweise weist die "niedrige" Rippe 2b einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt einer Höhe Hb auf, wie man in den Fig. 3a und 3b beobachten kann und für welchen die vorstehende, die Auslegung des Begriffs "im wesentlichen dreieckförmig" betreffende Bemerkung ebenfalls zutrifft.
Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, Rohre zu wählen, deren nicht-trapezförmige (denn Hh > Hb) Rillen 3 mit flachem Boden eine Querschnittsfläche S im Bereich von 0,020 bis 0,15 mm² und vorzugsweise im Bereich von 0,060 bis 0,15 mm² im Fall eines Rohres mit einem Außendurchmesser De über oder gleich 7,93 mm und vorzugsweise im Bereich von 0,020 bis 0,70 mm² im Fall eines Rohres eines Außendurchmessers De unter 7,93 mm aufweisen.
Diese Werte werden typisch erhalten für:
* eine Höhe Hb im Bereich von 0,10 bis 0,20 mm,
* eine Höhe Hh im Bereich von 0,20 bis 0,30 mm,
* einen flachen Boden (im wesentlichen flach, ohne Berücksichtigung der Krümmung des Rohres) einer Länge im Bereich von 0,10 bis 0,20 mm, wobei die Ganghöhe (Ganghöhe = Summe der Länge des flachen Bodens plus Halbbasis der "hohen" Rippe, plus Halbbasis der "niedrigen" Rippe) allgemein im Bereich von 0,40 bis 0,50 mm für ein Standardrohr eines Innendurchmessers (am Rillenboden) der Größenordnung von 8,8 mm ist.
Im Fall eines Rohres mit kleinerem Durchmesser (beispielsweise 7 mm) würden die Höhen Hb und Hh, insbesondere die Höhe Hh, verringert (5 die Beispiele 5 und 6).
Was die Fläche S betrifft, ergibt sich ihre untere Grenze aus der Notwendigkeit, einen ausreichend hohen Wärmeaustausch zwischen dem im Inneren des Rohres zirkulierenden Fluid und der äußeren Atmosphäre zu haben.
Dagegen ergibt sich die Obergrenze der Fläche S zunächst aus Betrachtungen geometrischer Art, unter Berücksichtigung der üblichen Abmessungen der Rohre und der Zahl n von Rippen 2h, 2b.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist der Wärmetauscher, der durch Quetschverbindung von Flügeln und gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 gerillten Rohren gebildet ist, bei dem nach dem Durchgang eines Quetschdorns durch das Innere der Rohre zum Verbinden der Flügel und der Rohre dank einer Aufweitung der Rohre unter der Wirkung des Dorns die Rippen ein periodisches Profil mit wenigstens zwei Rippen veschiedener Breite bilden, von denen die eine, "breite" genannte 20h einen trapezförmigen Querschnitt und eine auf halber Höhe hohe Breite Lh hat und die andere, "schmale" genannte 20b einen dreieckförmigen oder trapezförmigen Querschnitt und eine auf halber Höhe niedrige Breite Lb hat, wobei das Verhältnis (Lh-Lb)/De wenigstens gleich 0,003 ist und der Wert von Lh-Lb allgemein wenigstens gleich 0,03 mm für ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 9,52 mm ist.
In den Fig. 5a bis 5c ist das Profil der Rippen und Rillen vor und nach der Quetschverbindung dargestellt: Die "hohe" Rippe 2h vor dem Quetschverbinden wird die Rippe 20h geringerer Höhe nach dem Quetschverbinden, wogegen die "niedrige" Rippe 2b zur Rippe 20b nach dem Quetschverbinden - durch Bezeichnungssymmetrie - wird, doch wird sie tatsächlich durch das Quetschverbinden wenig verändert (in der Fig. 5c etwas abgeflacht, in den Fig. 5a und 5b unverändert).
Im besonderen Fall, wo die "niedrige" Rille 2b eine relativ große Höhe aufweist oder, was im wesentlichen auf das gleiche hinauskommt, wenn Hh-Hb gering ist, dann haben nach dem Quetschverbinden die "breite" Rippe und die "enge" Rippe im wesentlichen die gleiche Höhe (H'h = H'b), und die Querschnittsfläche S' der Rillen 30 mit flachem Boden ist trapezförmig.
Man beobachtet stets eine Verringerung der Fläche S des Querschnitts der Rillen 3, wobei die Fläche S zu S'< S nach dem Quetschverbinden wird, doch ist diese Verringerung dank der Erfindung sehr begrenzt. Allgemein weist der Querschnitt S' der Rillen 30 mit flachem Boden eine Fläche im Bereich von 0,015 bis 0,060 mm², vorzugsweise im Bereich von 0,035 bis 0,060 für ein Rohr von 9,52 mm Außendurchmesser auf.

BEISPIELE

Alle in den Beispielen beschriebenen Rohre wurden nach einem an sich bekannten Verfahren unter Verwendung eines beweglichen, außen gerillten Dorns (wobei die Rillen und Rippen an der Außenoberfläche des Dorns den an der Innenoberfläche der Rohre zu erhaltenden Rippen und Rillen entsprechen) hergestellt, einem Verfahren des Typs, wie es im Patent US 4 373 366 beschrieben ist.
Die Beispiele 1, 3, 5, 6, 8 und 9 sind gemäß der Erfindung mit einem Rohrprofil gemäß den Fig. 3a/3b, während die Beispiele 2, 4 und 7 Vergleichsbeispiele nach dem Stand der Technik sind.
Die Rohre aller Beispiele wurden aus Kupfer (Cub1-DHP) entsprechend der Norm NFA 51123 (= ASTM B68 und 280) hergestellt.

BEISPIELE 1 und 2

Man stellte innen gerillte Rohre eines Außendurchmessers De von 9,52 mm und einer Dicke Ep am Rillenboden von 0,30 mm her.
Diese Arten von Rohren wurden anschließend mit Flügeln durch Quetschverbindung mit Hilfe eines Dorns verbunden, wie in den Fig. 6a und 6b dargestellt ist.
Man entnahm Proben von gequetschten Rohren zur Untersuchung der geometrischen Eigenschaften der Innenrippen und -rillen:
Schließlich nahm man eine vergleichende Auswertung der Leistungen der Rohre der Beispiele 1 und 2 vor und nach der Quetschverbindung durch Messen des mittleren Austauschkoeffizienten (W/m².K) bei Kondensation (Dampfgehalt = 50 % und Sättigungstemperatur = 30 ºC) und bei Verdampfung (Dampfgehalt = 30 % und Sättigungstemperatur = 10 ºC) einer Standard-Chlorfluorkohlenstoff (Fréon R22 (R)) - Kühlflüssigkeit bei einer Massengschwindigkeit von 160 kg/m².s vor.
Man fand die folgenden Werte:
Der Vergleich dieser Werte zeigt, daß, wenn die Rohre gemäß der Erfindung nur nahe bis etwas über einem als Probe genommenem Rohr des Standes der Technik (bei Kondensation bzw. bei Verdampfung) sind, sie im Gegensatz dazu nach der Quetschverbindung einem Rohr des Standes der Technik merklich überlegen sind, ob es nun bei Kondensation oder Verdampfung sei, was den ganzen Vorteil der Erfindung veranschaulicht.

BEISPIELE 3 und 4

Man stellte innen gerillte Rohre eines Außendurchmessers De von 7 mm und einer Dicke Ep am Rillenboden von 0,25 mm her.
Diese Arten von Rohren wurden anschließend mit Flügeln durch Quetschverbindung mit Hilfe eines Dorns, wie in den Fig. 6a und 6b dargestellt, verbunden.
Diese Rohre wurden vor und nach Quetschverbindung der Flügel auf den Rohren geprüft, und die gleichen Änderungen der Leistungen wie die zwischen den Rohren des Beispiels 1 und des Beispiels 2 festgestellten wurden beobachtet:
- Vor dem Quetschverbinden: ähnliche Leistungen der Rohre nach den Beispielen 3 und 4.
- Nach dem Quetschverbinden: höhere Leistungen der Rohre nach dem Beispiel 3 (Erfindung) im Vergleich mit den Rohren nach dem Beispiel 4 (Stand der Technik).
Wie im Fall der Beispiele 1 und 2 beobachtet man mit den Beispielen 3 und 4, daß die Senkung der Leistungen, die sich aufgrund der Quetschverbindung der Flügel auf den Rohren ergibt, bei den Rohren gemäß der Erfindung geringer ist

BEISPIELE 5, 6 und 7

Für die Beispiele 5 und 7 stellte man innen gerillte Rohre eines Außendurchmessers De von 9,52 mm und einer Dicke Ep am Rillenboden von 0,30 mm her.
Für das Beispiel 6 stellte man innen gerillte Rohre eines Außendurchmessers De von 7,93 mm und einer Dicke Ep am Rillenboden von 0,30 mm her.
Es wurden vor und nach dem Quetschverbinden die Druckverluste (oder Lastverluste) für einen Fréon-Durchsatz von 110 kg/m².s und einen Dampfmassenanteil im Bereich von 10 bis 60 % gemessen.
Man fand, daß der Lastverlust der Rohre der Beispiele 5 und 6 gemäß der Erfindung vor dem Quetschverbinden um 15 % niedriger als der des Rohres des Beispiels 7 war und nach dem Quetschverbinden um 13 % unter dem des Rohres des Beispiels 7 war.

BEISPIELE 8, 9 und 10

Man stellte innen gerillte Rohre eines Außendurchmessers De von 12,70 mm und einer Dicke Ep am Rillenboden von 0,36 mm her.
Man ermittelte die Wärmetauschkoeffizienten (W/m².K) als Funktion des Schraubenwinkels (18º für das Rohr des Versuchs 8, 30º für das Rohr des Versuchs 9 und 0º für das Rohr des Versuchs 10) der Rohre nach der Quetschverbindung.
Die Messungen wurden bei Kondensation für verschiedene Fréon-R22-Duchsatzwerte durchgeführt.
Ergebnisse = Wert des Wärmetauschkoeffizienten in W/m².K.
Diese Versuche sowie andere, mit einem Schraubenwinkel über 30º durchgeführte zeigten, daß, wenn man den Wärmetauschkoeffizienten bevorzugen wollte, es zweckmäßig war, einen Schraubenwinkel von wenigstens gleich 30º und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 50º zu wählen, wobei die Herstellungsgeschwindigkeit in dem Maß zur Verminderung neigt, wie man einen höheren Schraubenwinkel wählt.
Wenn man dagegen die Herstellungsgeschwindigkeit bevorzugen will, wählt man vorzugsweise einen Schraubenwinkel, der von 5 bis 30º geht.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist also, die Verringerung der Leistungen (insbesondere Austauschkoeffizient) während der Verbindung der Rohre und der Flügel durch Quetschverbinden zu begrenzen, um einen Wärmetauscher herzustellen.
Dank der Erfindung, also dank der Idee des periodischen Profils mit wenigstens zwei Rippen verschiedener Höhe, von denen eine während des Quetschverbindens "geopfert wird", um die niedrigere(n) Rippe(n) "zu schützen", ist es also möglich, ein wirtschaftliches und wirkungsvolles Verbindungsverfahren anzuwenden und dabei gleichzeitig eine hohe Wärmetauschkapazität für das Rohr selbst zu bewahren.
Andererseits wird, da die Herstellung von Rohren gemäß der Erfindung keine anderen Mittel als die üblichen Mittel zur Herstellung der gerillten Standardrohre erfordert, das Rohr gemäß der Erfindung also nicht teurer als nach dem Stand der Technik.
Die gerillten Rohre gemäß der Erfindung haben auch den Vorteil, besonders zu Herstellung von Wärmetauschern mit quetschverbundenen Flügeln geeignet zu sein, ohne gleichwohl ihre Wirksamkeit im Vergleich mit gerillten Rohren des Standes der Technik in den Verwendungsfällen zu verlieren, die die Rillen der Ausgangsrohre nicht oder wenig verändem, beispielsweise in den Austauschern mit geschweißten oder gelöteten Flügeln.
Es ist wichtig, insbesondere die sehr positive Wirkung der Erfindung auf den Lastverlust zu bemerken, wie in den Beispielen 5, 6 und 7 gezeigt ist.
Eine merkliche Durchmesserverringerung des Rohres (Außendurchmesser = 9,52 mm für die Rohre des Beispiels 5 und 7,93 mm für die Rohre des Beispiels 6) führte zu keiner merklichen Erhöhung des Lastverlusts, im Gegensatz zu dem, der sich mit den Rohren des Standes der Technik ergibt.
Außerdem ist die mit den Rohren gemäß der Erfindung im Vergleich mit den Rohren des Standes der Technik beobachtete Lastverlustverringerung ein großer praktischer Vorteil zur Verringerung der Kosten, des Platzbedarfs und des Gewichts des im Kühlkreis verwendeten Kompressors.

Claims

1. Rohr (1), das zur Herstellung von Wärmetauschern durch Quetschverbindung des Rohres (1) mit Flügeln (4) bestimmt ist, mit einem Außendurchmesser De zwischen 3 und 30 mm, das innen durch n schraubenförmige Rippen (2) gerillt ist, wobei n im Bereich von 35 bis 90 ist, der Schraubenwinkel im Bereich von 5 bis so ist und der Scheitelwinkel (α) im Bereich von 30 bis 60º ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rippen (2) ein periodisches Profil mit wenigstens zwei Rippen verschiedener Höhe, von denen die eine, "hohe" genannte (2h) von einer Höhe Hh ist und die andere, "niedrige" genannte (2b) von einer Höhe Hb ist, bilden, wobei das Verhältnis Hb/Hh im Bereich von 0,40 bis 0,97 ist und jede "hohe" Rippe (2h) zwischen zwei Rillen (3) mit ebenem Boden liegt.

2. Rohr nach dem Anspruch 1, bei dem das Verhältnis Hb/Hh vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 0,95 ist.

3. Rohr nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, bei dem das periodische Profil die mit h/b bezeichnete Abwechslung einer "hohen" Rippe (2h) und einer "niedrigen" Rippe (2b) oder die mit h/b/b bezeichnete Aufeinanderfolge einer "hohen" Rippe und zweier "niedrigen" Rippen aufweist.

4. Rohr nach dem Anspruch 3, bei dem das periodische Profil aus der Abwechslung h/b von "hohen" (2h) und "niedrigen" Rippen (2b) besteht, die zwischen sich Rillen (3) mit ebenem Boden bilden.

5. Rohr nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die "hohe" Rippe (2h) eine solche Höhe Hh aufweist, daß Hh/De im Bereich von 0,003 bis 0,05 und vorzugsweise von 0,015 bis 0,04 ist.

6. Rohr nach dem Anspruch 5, bei dem die "hohe" Rippe (2h) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt der Höhe Hh aufweist.

7. Rohr nach dem Anspruch 5, bei dem die "hohe" Rippe (2h) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt der Höhe Hh aufweist.

8. Rohr nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die "niedrige" Rippe (2b) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt der Höhe Hb aufweist.

9. Rohr nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Querschnitt der Rillen (3) mit ebenem Boden nicht trapezförmig ist und eine Fläche S im Bereich von 0,020 bis 0,15 mm² und vorzugsweise von 0,060 bis 0,15 mm² für ein Rohr eines Außendurchmessers De von wenigstens gleich 7,93 mm aufweist.

10. Wärmetauscher, der durch Quetschverbindung von Flügeln und gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 gerillten Rohren gebildet ist, bei dem nach dem Durchgang eines Quetschdorns durch das Innere der Rohre zum Verbinden der Flügel und der Rohre die Rippen ein periodisches Profil mit wenigstens zwei Rippen verschiedener Breite bilden, von denen die eine, "breite" genannte (20h) einen trapezförmigen Querschnitt und eine auf halber Höhe hohe Breite Lh hat und die andere, "schmale" genannte (20b) einen dreieckförmigen oder trapezförmigen Querschnitt und eine auf halber Höhe niedrige Breite Lb hat, wobei das Verhältnis (Lh-Lb)/De wenigstens gleich 0,003 ist.

11. Tauscher nach dem Anspruch 10, bei dem das periodische Profil die mit he bezeichnete Abwechslung einer "breiten" Rippe (20h) und einer "schmalen" Rippe (20b) oder die mit liele bezeichnete Aufeinanderfolge einer "breiten" Rippe und zweiter "schmalen" Rippen aufweist.

12. Tauscher nach Anspruch 11, bei dem die "breite" Rippe (20h) und die "schmale" Rippe (20b) im wesentlichen die gleiche Höhe (H'h = H'b) haben und bei dem die Rillen (30) mit ebenem Boden eine trapezförmige Querschnittsfläche S' aufweisen.

13. Tauscher nach dem Anspruch 10, bei dem der Querschnitt der Rillen (30) mit ebenem Boden eine Fläche S' zwischen 0,015 und 0,060 mm² aufweist.