DE8432762U1 - HEAT EXCHANGERS, ESPECIALLY FOR HEAT PUMPS AND REFRIGERATION SYSTEMS - Google Patents

HEAT EXCHANGERS, ESPECIALLY FOR HEAT PUMPS AND REFRIGERATION SYSTEMS

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DE8432762U1 DE19848432762 DE8432762U DE8432762U1 DE 8432762 U1 DE8432762 U1 DE 8432762U1 DE 19848432762 DE19848432762 DE 19848432762 DE 8432762 U DE8432762 U DE 8432762U DE 8432762 U1 DE8432762 U1 DE 8432762U1
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R & G SCHMÖLE METALLWERKE GMBH & CO KG, 5750 MendenR & G SCHMÖLE METALLWERKE GMBH & CO KG, 5750 Menden

Wärmeaustauscher, Insbesondere für Wärmepumpen und KälteanlagenHeat exchangers, in particular for heat pumps and refrigeration systems

Die Erfindung bezieht sich auf einen gewickelten Wärmeaustauscher gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a wound heat exchanger according to the features in the preamble of claim 1.

Die moderne Kältetechnik fordert möglichst leistungsfähige, kompakte Wärmeaustauscher, die bei allen Betriebszuständen der Wärmeübertragungsmedien gleichbleibend optimierte Wärmeübertragungseigenschaf ten haben sollen.Modern refrigeration technology requires the most powerful and compact possible Heat exchangers that work in all operating states of the heat transfer media consistently optimized heat transfer properties should have.

Bei bereits bekannten Wärmeaustauschern der genannten Art, sogenannten Koaxial-Kondensatoren, wird die Rohraußenseite des Innenrohres entsprechend dem schlechteren Wärmeübergang bei der Kondensation handelsüblicher Kältemittel durch Berippung vergrößert. Beispielsweise werden außenberippte Innenrohre mit in einem Walzprozeß gefertigten integrierten, schraubenförmig umlaufenden Rippen eingesetzt. Die Innenoberfläche dieser Rohre, durch welche im 3egenstrom das zweite flüssige Wärmeübertragungsinedium, z.B. Wasser, geführt wird, ist aufgrund des besseren Wärmeübergangs zwischen Flüssigkeit und Rohrinnenwand glatt. Nachteilig bei derartigen Wärmeaustauschern mit innen glatten Rippenrohr-en ist die größere Abhängigkeit der Gesamtwärmeübertragungsleistung von der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Wärmeübertragungsraediums im Innenrohr.In already known heat exchangers of the type mentioned, so-called Coaxial condensers, the outer side of the inner tube is corresponding to the poorer heat transfer during condensation commercial refrigerant enlarged by ribbing. For example, outer-ribbed inner tubes are in one Integrated, helical circumferential ribs manufactured by the rolling process. The inner surface of these pipes through which in countercurrent the second liquid heat transfer medium, e.g. Water that is led is smooth due to the better heat transfer between the liquid and the inner wall of the pipe. Disadvantage of such Heat exchangers with finned tubes that are smooth on the inside is the greater dependence of the total heat transfer capacity on the flow rate of the liquid heat transfer medium in the Inner tube.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Wärmeaustauscher der genannten Gattung so auszubilden, daß bei \ertretbarem Material- und Fertigungsaufwand eine Wärmeübertragungs-Leistungssteigerung erreicht wird, die in den Grenzen eines noch vertretbaren Druckverlustes für das im Innenrohr geführt© flüssige Wärmeaustauschmedium über weite Strömungsgeschwindigkeitsbereiche aufrecht erhalten ist.Proceeding from this, the invention is based on the object of providing heat exchangers of the type mentioned in such a way that an increase in heat transfer performance with acceptable material and manufacturing costs is achieved that is within the limits of an acceptable pressure loss for the liquid heat exchange medium carried in the inner tube is maintained over wide flow velocity ranges.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäfö dadurch gelöst, daß als Innenrohr ein Rippenrohr mit jeweils an der Rohrwand angeformten äußeren und Inneren wendeiförmigen Rippen unterschiedlicher Konfiguration Einsatz findet; wobei die Außenrippen in bekannter wie im Stand der Technik beschriebener Ausführung einen etwa dreiecksförmigen Querschnitt mit geringer Rippensteigung haben, die zusätzlichen Innenrippen Jedoch einen etwa trapezförmigen Querschnitt haben bei größerer Steigung.The object is achieved according to the invention in that the inner tube a finned tube with outer and inner helical ribs of different configuration, each molded onto the tube wall Is used; the outer ribs in a known embodiment as described in the prior art having an approximately triangular shape Have a cross-section with a low rib slope, but the additional inner ribs have an approximately trapezoidal cross-section greater slope.

Rippenrohre mit zusätzlichen trapezförmigen Innenrippen großer Steigung sind zwar durch DE-P 24 31 162 bekannt, Jedoch nicht deren Einsatz in gewickelten Wärmeaustauschern der genannten Gattung.Ribbed tubes with additional trapezoidal inner ribs with a large pitch are known from DE-P 24 31 162, but not theirs Use in wound heat exchangers of the type mentioned.

Zur Erzielung guter Wärmeübertragungseigenschaften empfiehlt es sich, 6 bis 24 gleichmäßig über den Umfang verteilte trapezförmige, wendelförmig umlaufende Innenrippen anzuordnen, mit einer Rippensteigung (t) von 40 bis 80 mm pro 36GJ Rippenumlauf; wobei vorzugsweise die Rippenfußbreite (f) 1,4 bis 1,6 mm, die Rippenkopfbreite (k) 0,4 bis 0,8 mm und die Rippenhöhe (h) 0,3 bis 0,7 mm, gemessen in einer senkrecht zur Rohrachse stehenden Ebene, betragen sollte.To achieve good heat transfer properties, it is advisable to arrange 6 to 24 trapezoidal, helically circumferential inner ribs evenly distributed over the circumference, with a rib pitch (t) of 40 to 80 mm per 36G J rib circumference; where preferably the rib foot width (f) 1.4 to 1.6 mm, the rib head width (k) 0.4 to 0.8 mm and the rib height (h) 0.3 to 0.7 mm, measured in a direction perpendicular to the pipe axis standing level, should be.

In bekannter Weise werden ein oder mehrere dieser Rippenrohre mit Abstandshaltern in ein Mantelrohr eingebracht und zu einem gewickelten Wärmeaustauscher gewendelt mit vorzugsweise kreisförmiger oder flachovaler Grundfläche. Die Enden des Mantelrohres und des Innenrohres oder der Innenrohre werden durch Fittings oder Spezialarmaturen verbunden, die eine gleichmäßige Durchflußverteilung der Wärmeaustauschmedien gewährleisten.In a known manner, one or more of these finned tubes with spacers are introduced into a jacket tube and wound into a Coiled heat exchanger with a preferably circular or flat oval base. The ends of the jacket pipe and the Inner pipe or the inner pipes are made by fittings or special armatures connected, which ensure a uniform flow distribution of the heat exchange media.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmeaustauscher mit Führung des Kältemittels im Mantelraum und des zweiten Wärmeübertragungsraediums dazu im Gegenstrom im Innenraum der Rippenrohre hat den Vorteil, daß im Vergleich zu den bekannten Doppelrohrsystemen beim Einsatz als Kältemittelkondensator eine erhebliche Leistungssteigerung bei vertretbaren Druckverlusten möglich ist ohne den Material- und Fertigungsaufwand entsprechend zu vergrößern. Insbesondere ist die Leistungssteigerung bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten des im Innenraum der Rippenrohre fließenden Wärraeaustauschmediums bedeutend, wodurch sich der erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeaustauscher bevorzugt für den Einsatz in Kälteanlagen und Wärmepumpen eignet, die für stark wechselnde Leistungsbereiche konzipiert sind.A heat exchanger designed according to the invention with guidance of the Refrigerant in the shell space and the second heat transfer medium to this in countercurrent in the interior of the finned tubes has the advantage that in comparison to the known double tube systems in use As a refrigerant condenser, a considerable increase in performance with acceptable pressure losses is possible without the material and To increase manufacturing costs accordingly. In particular, the increase in performance at lower flow velocities of the im The interior of the finned tubes meaning flowing heat exchange medium, whereby the heat exchanger designed according to the invention is preferred for use in refrigeration systems and heat pumps that are designed for strongly changing performance areas.

· Λ · Λ

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmeaustauschers unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.The following is a preferred embodiment of one according to the invention trained heat exchanger with reference to the associated Drawings described.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

Fig. 1 einen Wärmeaustauscher mit einem innen und außen berippten Innenrohr im QuerschnittFig. 1 shows a heat exchanger with an internally and externally ribbed Inner tube in cross section

Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher nach Fig. 1FIG. 2 schematically shows a longitudinal section through the heat exchanger according to FIG. 1

Fig. 3 einen zu einer Wendel verformten Wärmeaustauscher in Seitenansicht3 shows a heat exchanger deformed to form a helix, in a side view

Fig. 4 einen zu einer Wendel verformten Wärmeaustauscher in Draufsicht 4 shows a heat exchanger deformed into a helix in a plan view

Fig. 5 grafische Darstellung der Meßergebnisse mit einem erfindungsgeraäßen Kondensator.Fig. 5 graphical representation of the measurement results with a device according to the invention Capacitor.

Der Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 bis 4 besteht aus einem Mantelrohr (1), in dem ein als Rippenrohr ausgebildetes Innenrohr (2) koaxial angeordnet 1st.The heat exchanger according to FIGS. 1 to 4 consists of a jacket tube (1), in which an inner tube (2) designed as a ribbed tube is arranged coaxially.

Gemäß Fig. 4 sind an den Enden des Mantelrohres (1) Fittings (3) für den Ein- und Austritt eines Kältemittels, beispielsweise Frlgen, vorgesehen, während ein wärmeaufnehmendes Medium, z. B. Wasser, im Gegenstromprinzlp in das durch die Fittings geführte, an den Enden (4) außenseitig unberippte Innenrohr (2.) zu- bzw- abgeleitet wird.According to FIG. 4, fittings (3) for the inlet and outlet of a refrigerant, for example Frlgen, provided while a heat-absorbing medium, e.g. B. water, in the countercurrent principle in that led through the fittings, at the ends (4) the inner tube (2.) which is not finned on the outside, is supplied or discharged.

Die außen an das Innenrohr (2) angeformten wendelförmig umlaufenden Rippen (5) mit etwa Dreiecks-Querschnitt und mit geringer Rippensteigung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.The helically circumferential ones formed on the outside of the inner tube (2) Ribs (5) with an approximately triangular cross-section and with a low rib slope are shown in FIGS.

Zusätzlich sind im gleichen Arbeitsgang an die Innenseite des Innenrohres (2) wendelförmig umlaufende, trapezförmige Innenrippen (6) angeformt. In Fig. 2 ist beispielsweise der Verlauf einer dieser Innenrlppen (6) über einen Rippenumlauf von 180° dargestellt, wobei das Maß t/2 die Hälfte der Rippensteigung (t) pro 360° Rippenumlauf wiedergibt.In addition, the inside of the Inner tube (2) helically encircling, trapezoidal inner ribs (6) formed. In Fig. 2, for example, the course is a these inner ribs (6) shown over a rib circumference of 180 °, where the dimension t / 2 is half of the rib pitch (t) per 360 ° rib rotation.

In Fig. 1 bezeichnet das Maß (f) die Rippenfußbreite, das Maß (k) die Rippenkopfbreite und das Maß (h) die Rippenhöhe.In Fig. 1, dimension (f) denotes the width of the rib foot, dimension (k) the rib head width and the dimension (h) the rib height.

Beispiel:Example:

Es wurde ein zu einer Wendel verformter Wärmeaustauscher (Windungszahl: 7j5) mit einem Mantelrohr aus Kupfer 35 x 1>5 mm und einem innen und außen berippten Innenrohr hergestellt. Die Abmessungen des Innenrohres betrugen:A heat exchanger deformed into a coil (number of turns: 7j5) with a jacket pipe made of copper 35 x 1> 5 mm and a Inside and outside ribbed inner tube made. The dimensions of the inner tube were:

Kernrohr-Außendurchmesser 16,0 mmCore tube outer diameter 16.0 mm

Kernrohr-Innendurchmesser 14,5 mmInner tube diameter 14.5 mm

Rippenhöhe außen 1,5 mmRib height outside 1.5 mm

Rippenteilung außen 1,0 mmExternal rib division 1.0 mm

Rippenfußbreite innen 1,5 mmInner rib foot width 1.5 mm

Rippenkopfbreite innen 0,7 mmRib head width inside 0.7 mm

Rippenhöhe innen 0,6 mmInner rib height 0.6 mm

Rippensteigung 42,5 mm/URib pitch 42.5 mm / rev

Anzahl der Innenrippen 10Number of inner ribs 10

Bei Durchfluß von Wasser im Innenrohr mit einer Eintrittstemperatur von 35 0C und von Kältemittel R 22 mit einer Kondensationstemperatur von 45 0C im Mantelraum wurden beim Einsatz des Wärmeaustauschers als Gegenstrom-Kondensator in einer Wärmepumpe die in Fig. 5 durch Kurve (7) wiedergegebenen Wärmeübertragungsleistungen in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Innenrohr gemessen.With the flow of water in the inner tube with an inlet temperature of 35 ° C. and of refrigerant R 22 with a condensation temperature of 45 ° C. in the jacket space, those shown in FIG. 5 by curve (7) were reproduced when the heat exchanger was used as a countercurrent condenser in a heat pump Heat transfer performance measured as a function of the flow velocity of the water in the inner pipe.

Die Kurve (8) gibt die gleiche Abhängigkeit für einen bisher üblichen Wärmeaustauscher gleic^or Abmessung, jedoch mit innen glattem Innenrohr, wieder.The curve (8) gives the same dependency for a previously common heat exchanger of the same size, but with the inside smooth inner tube, again.

Der Fachmann erkennt leicht die durch den Einsatz des ef-findungsgemäßen Wärmeaustauschers erreichte höhere Leistung, welche - zusätzlich erkennbar an den unterschiedlichen Steigungen der Kurven - bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten weniger stark abfällt.The person skilled in the art easily recognizes the through the use of the ef according to the invention Heat exchanger achieved higher performance, which - also recognizable by the different slopes of the Curves - drops less sharply at lower flow velocities.

Claims (5)

- 2 Ansprüche - 2 claims .^ Gewickelte Wärmeaustauscher, insbesondere für die Kondensation von Kältemitteln in Wärmepumpen oder Kälteanlagen, bestehend aus einem Mantelrohr (1), aus wenigstens einem darin angeordneten Rippenrohr (2) mit an seiner Innen- und Außenseite angeformten, schraubenförmig umlaufenden Rippen (5, 6), und aus Endfittings (3) mit jeweils einer Öffnung für ein Kältemittel zum Durchstrom im Raum zwischen Mantelrohr (1) und Innenrohr (2) und mit jeweils eine*' Öffnung für ein zweites Wärmeübertragungs-Medium zum Durchstrom im Innenrohr (2)
•^dadurch gekennzeichnet,
. ^ Coiled heat exchangers, in particular for the condensation of refrigerants in heat pumps or refrigeration systems, consisting of a jacket tube (1), of at least one finned tube (2) arranged therein with helically encircling ribs (5, 6) formed on its inside and outside. , and end fittings (3) each with an opening for a refrigerant to flow through in the space between the jacket tube (1) and inner tube (2) and each with an * 'opening for a second heat transfer medium to flow through the inner tube (2)
• ^ characterized by
daß die Innenrippen (6) des Innenrohres (7) mit einer im Rippenquerschnitt gleichbleibenden Trapezform und einer größeren Steigung als derjenigen der Außenrippen (5) umlaufen.that the inner ribs (6) of the inner tube (7) with a rib cross-section constant trapezoidal shape and a greater slope than that of the outer ribs (5).
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrippenoteigung (t) des Innenrohres (2) pro Rippenumlauf von 360° 40 bis 80 mm beträgt.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the Inner rib inclination (t) of the inner tube (2) per rib circumference of 360 ° is 40 to 80 mm. 3· Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 6 bis 24 gleichmäßig am Umfang verteilte Innenrippen (6) vorgesehen sind.3 · Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that that 6 to 24 evenly distributed on the circumference inner ribs (6) are provided. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gemessen in einer senkrecht zur Rohrachse stehenden Ebene für die Innenrippen (6) die Rippenfußbreite (f) 1,4 bis 1,6 mm, die Rippenkopfbreite (k) 0,4 bis 0,8 mm und die Rippenhöhe (h) 0,3 bis 0,7 mm betragen.4. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that that measured in a plane perpendicular to the pipe axis for the inner ribs (6) the rib foot width (f) 1.4 to 1.6 mm, the The rib head width (k) is 0.4 to 0.8 mm and the rib height (h) is 0.3 to 0.7 mm. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (1) mit einem oder mehreren innenliegenden Rippenrohren (2) in bekannter Weise zu einem gewickelten Wärmeaustauscher mit kreisförmiger oder flachcvaler Grundfläche geformt ist.5. Heat exchanger according to claim 1 to 5> characterized in that that the jacket tube (1) with one or more internal finned tubes (2) in a known manner to form a wound heat exchanger is shaped with a circular or flat-oval base.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3643782A1 (en) * 1986-12-20 1988-07-07 Wieland Werke Ag FUEL COOLER
DE3735915A1 (en) * 1987-10-23 1989-05-03 Wieland Werke Ag Heat exchanger
DE4136003A1 (en) * 1991-10-31 1993-05-06 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Pre-heating heat-exchanger for combustion engines - passes medium under pressure through tubes with increased internal and external surfaces and having fins on inner and outer surfaces

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