EP1182416B1

EP1182416B1 - Heat exchanger tube with inner offset fins with variable height

Info

Publication number: EP1182416B1
Application number: EP01119589A
Authority: EP
Inventors: Christoph Dr.-Ing. Walther; Rolf Dipl.-Ing. Wamsler
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: US6631758B2; ATE374916T1; US20030006031A1; CN1243950C; US20030111215A1; EP1182416A3; JP2002115987A; CN1340689A; US6722420B2; DE10041919C1; DE50113077D1; EP1182416A2

Abstract

A heat transfer tube with a finned inner surface is divided into at least two zones (Z1 to Zm) in a peripheral direction. The fins extend at an angle of inclination alpha with respect to the longitudinal axis of the tube, are arranged in the individual zones (Z1 to Zm) in any desired periodic combination and sequence of at least two fin heights (H1 to Hn, H1>H2> . . . >Hn). Adjacent zones border thereby on one another so that the fin sequence is staggered for at least one fin in longitudinal direction of the tube. Modifications include the finned inner surface being divided into groups of zones, in which the angle of inclination of the fins is uniform, however, varies between adjacent groups.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschrohr mit einer inneren strukturierten Oberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. etwa JP-A-4/158.193 ) bzw. der Ansprüche 2/3 (vgl. etwa DE-A-196 28 280 ). Das Wärmeaustauschrohr ist insbes. zur Verdampfung von Flüssigkeiten aus Reinstoffen oder Gemischen auf der Rohrinnenseite geeignet. Es bietet aber auch Vorteile bei der Kondensation von Dämpfen.The invention relates to a heat exchange tube having an inner structured surface according to the preamble of claim 1 (cf. JP-A-4/158193 ) or the claims 2/3 (see DE-A-196 28 280 ). The heat exchange tube is esp. For evaporation of liquids from pure substances or mixtures on the tube inside suitable. But it also offers advantages in the condensation of vapors.

Ein weltweiter Wettbewerb bei Wärmeaustauschern, z.B. Lamellenblock-Wärmeaustauschern (vgl. Fig. 1) für die Kälte- und Klimatechnik, erfordert hochleistende, mit wenig Material (geringes resultierendes Rohrgewicht) und kostengünstig in wenigen Arbeitsschritten produzierte Wärmeaustauschrohre. Die Wärmeaustauschrohre werden in oftmals zwischen Verdampfung und Kondensation umschaltbaren Lamellenblock-Wärmeaustauschern eingesetzt und sind dabei zumeist horizontal in die Lamellenblock-Wärmeaustauscher eingebaut.Global competition in heat exchangers, e.g. Laminated-block heat exchangers (see Fig. 1) for the refrigeration and air conditioning technology, requires high-performance, with little material (low resulting tube weight) and inexpensive in a few steps produced heat exchange tubes. The heat exchange tubes are used in often switchable between evaporation and condensation finned block heat exchangers and are usually installed horizontally in the finned block heat exchangers.

Zum Stand der Technik zählt ein Wärmeaustauschrohr nach

US-A-5.332.034 , bei dem in zwei nacheinander erfolgenden Walzgängen zunächst Rippen einheitlicher Höhe auf ein Band gewalzt werden und im zweiten Walzgang Mulden in die Rippen geformt werden. Dabei wird das aus den Rippen verdrängte Material seitlich der Rippen in die Kanäle hinein verschoben. Das zweistufige Walzverfahren erfordert mehrere hintereinander geschaltete Walzwerkzeuge bei entsprechend höherem wirtschaftlichen Aufwand. Zudem wird durch diesen zweistufigen Walzprozeß eine Reduzierung des Rohrgewichtes trotz des Ausformens der Mulden nicht erreicht. Die Mulden benachbarter Rippen sind fluchtend angeordnet, so daß sich in Wandnähe neben den parallel zu und zwischen den Rippen verlaufenden Kanälen eine zweite prädestinierte Strömungsrichtung in Richtung der fluchtenden Mulden ergibt. Diese zweite Vorzugsrichtung dient zwar dem Queraustausch zwischen den Kanälen der erstgenannten Vorzugsrichtung, der zusätzlichen Turbulenzerzeugung und Steigerung der Verdampfungsleistung, doch erschwert andererseits die Existenz einer zweiten Vorzugsrichtung die gewünschte Ausbildung einer Drallströmung im wandnahen Bereich.
DE-A-196 12 470 , bei dem auf der inneren Oberfläche parallel und alternierend (oder auch einander kreuzend) hohe und niedrige Rippen mit zusätzlich in die Rippen eingebrachten Mulden ausgeformt sind. Auch hier sind die Mulden benachbarter Rippen fluchtend angeordnet.
DE-A-196 28 280 , bei dem in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen zwei verschiedenen Richtungen für die Ausrichtung der Rippen gewechselt wird. Eine Drallströmung kann sich hier - aufgrund der fehlenden Vorzugsrichtung und im Gegensatz zu helixförmigen Strukturen - nicht ausbilden. Diese Form der Strukturierung der inneren Oberfläche erweist sich bei Verdampfung als wenig geeignet, da deutlich geringere Verdampfungsleistungen erzielt werden als in Rohren, deren Oberfläche eine eindeutige Vorzugsrichtung für die wandnahe Strömung aufweist. Bei Kondensation hingegen erweist sich diese Art der Oberflächenstrukturierung als vorteilhaft.
JP-A-4/158.193 , bei dem in Umfangsrichtung des Rohres sektionsweise zwischen Bereichen niedriger und hoher Rippenhöhe unterschieden wird. Allerdings wird so neben der ersten Vorzugsrichtung in Richtung der fluchtenden Rippenelemente eine zweite in Längsrichtung des Rohres über die kleinen Rippen hinweg verlaufende ausgebildet, wodurch insbesondere die Verdampferleistung stark negativ beeinflußt wird, da das strömende Fluid nicht mehr unbedingt in eine auch die obere Rohrhälfte benetzende Drallströmung gezwungen wird, sondern schlicht entlang der Sektionen niedriger Rippenhöhe und über diese kleinen Elemente hinweg in axialer Richtung abfließt.

The prior art includes a heat exchange tube

US-A-5332034 in which in two successive rolling passes first ribs of uniform height are rolled onto a belt and formed in the second rolling pass troughs in the ribs. In this case, the material displaced from the ribs is laterally of the ribs in the channels moved into it. The two-stage rolling process requires several successively connected rolling tools at a correspondingly higher cost. In addition, a reduction in the tube weight is not achieved despite the molding of the wells by this two-stage rolling process. The wells of adjacent ribs are arranged in alignment, so that there is a second predestined flow direction in the direction of the aligned wells next to the wall next to the parallel to and between the ribs extending channels. Although this second preferred direction serves the transverse exchange between the channels of the former preferred direction, the additional turbulence generation and increase the evaporation performance, but on the other hand, the existence of a second preferred direction complicates the desired formation of a swirl flow in the near-wall region.
DE-A-196 12 470 in which on the inner surface parallel and alternating (or even crossing) high and low ribs are formed with additionally introduced into the ribs troughs. Again, the troughs of adjacent ribs are arranged in alignment.
DE-A-196 28 280 in which in the circumferential direction of the tube is changed in sections between two different directions for the orientation of the ribs. A swirling flow can not form here - due to the lack of preferential direction and in contrast to helical structures. This form of structuring the inner surface proves to be less suitable for evaporation, since significantly lower evaporation rates are achieved than in pipes whose surface has a clear preferred direction for the near-wall flow. In condensation, however, this type of surface structuring proves to be advantageous.
JP-A-4/158193 , in which a distinction is made in the circumferential direction of the pipe sections between areas low and high rib height. However, in addition to the first preferred direction in the direction of the aligned rib elements, a second extending in the longitudinal direction of the tube over the small ribs away, which in particular the evaporator performance is strongly adversely affected, since the flowing fluid is no longer necessarily in a swirling the upper half tube swirl flow is forced, but simply along the sections of low rib height and flows over these small elements away in the axial direction.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmeaustauschrohr mit einer inneren Oberflächenstruktur zu schaffen, welche die Vorteile einer im Vergleich zum Stand der Technik guten oder verbesserten Verdampfungsleistung und gleichzeitig eines gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Rohrgewichtes und eines verminderten, nach Anzahl der Arbeits- und Walzschritte zählenden Produktionsaufwandes verbindet.The object of the invention is to provide a heat exchange tube with an internal surface structure, which has the advantages of a good or improved compared to the prior art evaporation performance and at the same time reduced compared to the prior art tube weight and a reduced number of working and rolling steps connecting production costs.

Die Aufgabe wird bei Wärmeaustauschrohren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 3 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rippen in den einzelnen Zonen (Z₁ bis Z_m) in Rohrlängsrichtung in beliebiger periodischer Kombination und Abfolge mindestens zweier Rippenhöhen (H₁ bis H_n, H₁>H₂>...>H_n) angeordnet sind, wobei benachbarte Zonen (Z₁ bis Z_m) so aneinander grenzen, dass am Übergang zweier Zonen die Rippenabfolge in Rohrlängsrichtung um mindestens eine Rippe gegeneinander versetzt ist.The object is achieved in heat exchange tubes according to the preamble of claims 1, 2 and 3 according to the invention that the ribs in the individual zones (Z ₁ to Z _m ) in the tube longitudinal direction in any periodic combination and sequence of at least two rib heights (H ₁ to H _n , H ₁ > H ₂ >...> H _n ), wherein adjacent zones (Z ₁ to Z _m ) adjoin one another such that at the transition of two zones the fin sequence is offset in the tube longitudinal direction by at least one rib.

Damit ergeben sich folgende Vorteile der Erfindung:

Durch den alternierenden Wechsel hoher und niedriger Rippen in deren Längsrichtung bietet sich über die Rippen niedriger Höhe hinweg die Möglichkeit eines Queraustausches zwischen den Kanälen mit einer entsprechenden zusätzlichen Turbulenzerzeugung. Es wird allerdings durch die versetzte Anordnung der Rippen niedriger Höhe eine der fluchtenden Anordnung der Mulden aus US-A-5.332.034 ähnliche, zweite und störende Vorzugsrichtung vermieden.
Es liegt genau eine eindeutige Vorzugsrichtung der wandnahen Strömung vor, so daß durch die so erzwungene Drallströmung eine für eine gute und verbesserte Verdampfungsleistung erforderliche, vollständige Benetzung des gesamten Rohrumfangs und gerade der oben liegenden Abschnitte der inneren Rohroberfläche erzielt wird. Bei Strukturen ohne eine einheitliche Vorzugsrichtung, wie DE-A-196 28 280 , kommt es hingegen zu einer Austrocknung der oberen Abschnitte des Rohrumfangs und somit zu einer starken Reduzierung der Verdampfungsleistung.
Im Gegensatz zum nachträglichen Formen der Mulden in einem zweiten Walzgang kann diese Struktur in einem einzigen Walzgang erzeugt werden, so daß anstelle des Verdrängens von Material aus den Rippen heraus in die Kanäle hinein, tatsächlich eine Materialeinsparung und eine Gewichtsreduzierung erzielt und zudem eine Verminderung des nach Anzahl der Arbeits- und Walzschritte zählenden Produktionsaufwandes erreicht wird.
Strukturen mit zonenweise variierendem Steigungswinkel der Rippen nach Anspruch 2 bzw. 3, bieten vor allem aus umformtechnischer Sicht bedeutende Vorteile, da sich evtl. auftretende, durch die schräg zur Bandrichtung verlaufenden Nuten und Rippen bedingte Seitenkräfte im Walzprozeß zumindest teilweise kompensieren können und so die Bandführung erleichtert wird. Ihre wärmetechnische Leistung kann durch die erfindungsgemäß durch die verschiedenen Höhen, Fußbreiten und Querschnittsformen der Rippen unterschiedlicher Höhe zusätzlich in die Oberflächenstruktur eingebrachten Kanten, scharfkantige oder auch abgerundete Vor- und Rücksprünge noch gesteigert werden.

This results in the following advantages of the invention:

Due to the alternating change of high and low ribs in the longitudinal direction offers over the ribs of low height, the possibility of a cross exchange between the channels with a corresponding additional turbulence generation. However, it is due to the staggered arrangement of the ribs low height one of the aligned arrangement of the wells US-A-5332034 similar, second and disturbing preferred direction avoided.
There is exactly one unambiguous preferred direction of the near-wall flow, so that a required for a good and improved evaporation performance, complete wetting of the entire pipe circumference and just the overhead sections of the inner pipe surface is achieved by the forced swirl flow. For structures without a uniform preferred direction, such as DE-A-196 28 280 However, it comes to a drying of the upper portions of the tube circumference and thus to a strong reduction in evaporation performance.
In contrast to the subsequent shaping of the troughs in a second rolling pass, this structure can be produced in a single pass, so that instead of displacing material out of the fins into the passages, material savings and weight reduction are achieved, and also a reduction in the after-pass Number of labor and rolling steps counting production costs is achieved.
Structures with zonewise varying pitch angle of the ribs according to claim 2 or 3, offer significant advantages especially from Umformtechnischer perspective, since possibly occurring, caused by the obliquely to the belt direction grooves and ribs side forces in the rolling process can at least partially compensate and so the tape guide is relieved. Their thermal performance can be further increased by the present invention by the different heights, foot widths and cross-sectional shapes of the ribs of different heights additionally introduced into the surface structure edges, sharp-edged or rounded projections and recesses.

Die Ansprüche 4 bis 19 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre.Claims 4 to 19 relate to preferred embodiments of the heat exchange tubes according to the invention.

Durch die verschiedenen Höhen, Fußbreiten und Querschnittsformen der Rippen unterschiedlicher Höhe werden zusätzlich Kanten, scharfkantige oder auch abgerundete Vor- und Rücksprünge in die Oberflächenstruktur und in die seitlichen Begrenzungen der wandnahen Kanäle eingebracht, die einer weiteren Turbulenzerzeugung und - insbesondere bei Gemischen - einem Stören und Aufreißen sich eventuell ausbildender Temperatur- und Konzentrationsgrenzschichten dienen und als zusätzliche Dampfblasenkeime zur Verfügung stehen. (Vorteil gegenüber DE-A-196 12 470 ).Due to the different heights, foot widths and cross-sectional shapes of the ribs of different height edges, sharp-edged or rounded projections and recesses are introduced into the surface structure and in the lateral boundaries of the near-wall channels, which further turbulence generation and - especially in mixtures - a disturbance and Breaking up possibly forming temperature and concentration boundary layers serve and are available as additional Dampfblasenkeime. (Advantage over DE-A-196 12 470 ).

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres basiert beispielhaft auf dem im Folgenden näher beschriebenen Verfahren. Üblicherweise wird Kupfer oder eine Kupferlegierung als Material der Wärmeaustauschrohre verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt. Vielmehr kann jeder Metalltyp zur Anwendung kommen, z.B. Aluminium. Zunächst wird ein metallisches Flachband einem einstufigen Walzprägeschritt unterworfen, in dem es zwischen einer Strukturwalze mit einer zur erfindungsgemäßen Struktur komplementären Oberflächengestaltung und einer Stützwalze hindurchgeführt wird. Dabei wird eine Seite des Flachbandes mit der erfindungsgemäßen Struktur versehen, während die zweite Seite glatt bleibt oder auch eine hier nicht näher beschriebene Strukturierung aufweist. Lediglich die dem nachfolgenden Verschweißen dienenden Randbereiche der ersten Seite können eventuell andersartig strukturiert werden oder auch unstrukturiert bleiben. Nach dem Walzprägeschritt wird das strukturierte Flachband zu einem Schlitzrohr eingeformt, in einem Schweißprozess längsnahtgeschweißt und das Rohr gegebenenfalls noch in einem abschließenden Ziehprozeß auf den gewünschten Aussendurchmesser gebracht. Eine mögliche Beeinflussung des Wärmeübertragungsvermögens des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres durch den die Schweißnaht umgebenden, andersartig strukturierten oder auch unstrukturierten Bereich ist unbedeutend und kann vernachlässigt werden.The production of the heat exchange tube according to the invention is based, for example, on the method described in more detail below. Usually, copper or a copper alloy is used as the material of the heat exchange tubes, but the present invention is not limited in this way. Rather, any type of metal can be used, eg aluminum. First, a metallic flat strip is subjected to a single-stage roll embossing step in which it is passed between a textured roll having a surface configuration complementary to the structure according to the invention and a backing roll. In this case, one side of the flat strip is provided with the structure according to the invention, while the second side remains smooth or has a structuring not described here in detail. Only the marginal areas of the first page serving for the subsequent welding can possibly be structured differently or remain unstructured. After the roll embossing step, the structured flat strip is formed into a slot tube, longitudinally welded in a welding process, and the tube is optionally brought to the desired outside diameter in a final drawing process. A possible influence on the heat transfer capacity of the heat exchange tube according to the invention by the weld seam surrounding, differently structured or unstructured area is insignificant and can be neglected.

Der Anspruch 20 betrifft die bevorzugte Ausführungsform einer Strukturwalze zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre. Der modulare Aufbau der Walze aus Scheiben bzw. Ringen, der ein schnelles Erstellen und Bewerten zahlreicher Strukturvarianten im Rahmen eines Versuchsplanes und eine zügige Anpassung der Oberflächenstrukturierung an neue Fluide und veränderte Betriebszustände durch Änderung der Zahl, Form und (Nuten-)Geometrie der Scheiben und Ringe bzw. durch Austausch einzelner Scheiben/Ringe nach dem Baukastenprinzip ermöglicht, zeigt sich als weiterer Vorteil der Erfindung.Claim 20 relates to the preferred embodiment of a structure roller for producing the heat exchange tubes according to the invention. The modular structure of the wheel of discs or rings, the rapid creation and evaluation of numerous structural variants in the context of a design plan and a rapid adaptation of surface structuring to new fluids and changed operating conditions by changing the number, shape and (slot) geometry of the discs and Rings or by replacing individual discs / rings made possible on the modular principle, shows itself as a further advantage of the invention.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments.

Es zeigt:

Fig. 1: einen Lamellenblock-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik,
Fig.2: perspektivisch einen Abschnitt eines innenberippten Wärmeaustauschrohres,
Fig.3: schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter, berippter Innenoberfläche,
Fig.4: im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt senkrecht zu den Rippenmittellinien durch eine hohe und eine niedrige Rippe nach Fig.3,
Fig.5: schematisch eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres analog zu Fig.3, bei dem hohe und niedrige Rippen jeweils durch einen Spalt voneinander getrennt sind,
Fig.6: schematisch den Aufbau einer Strukturwalze zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre,
Fig.7: in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in vier Zonen aufgeteilt ist,
Fig.8: eine Innenoberfläche nach Fig.7, bei der hohe und niedrige Rippen jeweils durch einen Spalt getrennt sind,
Fig. 9: in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in sechs Zonen aufgeteilt ist, wobei die Rippen positive und negative Steigungswinkel aufweisen, und
Fig. 10: in Schwarzweiß-Darstellung eine Draufsicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohres mit aufgeklappter Innenoberfläche, die in sechs Zonen aufgeteilt ist, wobei die Rippen in den beiden mittleren Zonen einen anderen Steigungswinkel aufweisen als die Rippen in den beiden jeweiligen Randzonen.

It shows:

Fig. 1: a prior art fin block heat exchanger,
Fig.2: in perspective, a portion of a innenberippten heat exchange tube,
Figure 3: FIG. 2 schematically a top view of a heat exchange tube according to the invention with unfolded, ribbed inner surface, FIG.
Figure 4: on an enlarged scale a cross-section perpendicular to the rib center lines through a high and a low rib according to Figure 3,
Figure 5: 3 is a schematic plan view of a heat exchange tube according to the invention analogous to FIG. 3, in which high and low ribs are separated from each other by a gap,
Figure 6: FIG. 2 schematically shows the structure of a structure roller for producing the heat exchange tubes according to the invention, FIG.
Figure 7: in black and white representation, a top view of a heat exchange tube according to the invention with unfolded inner surface, which is divided into four zones,
Figure 8: an inner surface according to Figure 7, in which high and low ribs are each separated by a gap,
Fig. 9: in black and white representation of a plan view of another heat exchange tube according to the invention with unfolded inner surface, which is divided into six zones, wherein the ribs have positive and negative pitch angles, and
Fig. 10: in black and white representation of a plan view of another heat exchange tube according to the invention with unfolded inner surface, which is divided into six zones, wherein the ribs in the two central zones have a different pitch angle than the ribs in the two respective edge zones.

Fig. 1 zeigt einen Lamellenblock-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik mit horizontal angeordneten Wärmeaustauschrohren 1 und nicht näher bezifferten Lamellen.Fig. 1 shows a fin block heat exchanger according to the prior art with horizontally disposed heat exchange tubes 1 and not numbered fins.

In Fig. 2 ist ein Längenabschnitt eines längsnahtgeschweißten Wärmeaustauschrohres 1 mit dem Außendurchmesser D dargestellt. Das Wärmeaustauschrohr 1 weist eine glatte äußere Oberfläche und eine strukturierte Innenoberfläche auf.In Fig. 2, a longitudinal section of a longitudinally welded heat exchange tube 1 is shown with the outer diameter D. The heat exchange tube 1 has a smooth outer surface and a textured inner surface.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die aufgeklappte Innenoberfläche eines solchen berippten Wärmeaustauschrohres 1. Die Innenoberfläche ist in Umfangsrichtung in vier Zonen (Z₁ bis Z₄) aufgeteilt. In jeder Zone (Z₁ bis Z₄) sind alternierend (in Rohrlängsrichtung) hohe Rippen 2 (Rippenhöhe H₁) und niedrige Rippen 3 (Rippenhöhe H₂) eingeformt, die durch Nuten 4 voneinander getrennt sind. Die Rippen 2, 3 - und die Nuten 4 - verlaufen schräg zur Rohrlängsrichtung, d.h. die Mittellinien 5 der Rippen 2, 3 bilden mit der Rohrlängsrichtung den Steigungswinkel α. Benachbarte Zonen (Z₁ bis Z₄) sind so gegeneinander versetzt, daß an den Grenzen der Zonen (Z₁ bis Z₄) jeweils eine hohe Rippe 2 und eine niedrige Rippe 3 zusammenstoßen. Die Rippenlänge innerhalb einer Zone, gemessen längs der Mittellinien 5 der Rippen 2, 3, ist mit L bezeichnet.Fig. 3 shows schematically a plan view of the unfolded inner surface of such a finned heat exchange tube 1. The inner surface is divided in the circumferential direction into four zones (Z ₁ to Z ₄ ). In each zone (Z ₁ to Z ₄ ) are alternately formed (in the tube longitudinal direction) high ribs 2 (rib height H ₁ ) and low ribs 3 (rib height H ₂ ), which are separated by grooves 4. The ribs 2, 3 - and the grooves 4 - extend obliquely to the tube longitudinal direction, ie the center lines 5 of the ribs 2, 3 form the pitch angle α with the tube longitudinal direction. Adjacent zones (Z ₁ to Z ₄ ) are offset from each other so that at the boundaries of the zones (Z ₁ to Z ₄ ) each have a high rib 2 and a low rib 3 collide. The rib length within a zone, measured along the center lines 5 of the ribs 2, 3, is denoted by L.

Fig.4 zeigt im Detail die Rippenteilung t (Abstand von Rippenmitte zu Rippenmitte, gemessen senkrecht zu den Rippenmittellinien 5), die Flankenwinkel γ₁ bzw. γ₂, die Rippenhöhen H₁ bzw. H₂ und die Rippenfußbreiten F₁ bzw. F₂. Die Flankenwinkel γ₁, γ₂ und die Fußbreiten F₁, F₂ werden ebenfalls in einer Querschnittsebene senkrecht zu den Rippenmittellinien 5 gemessen.4 shows in detail the rib pitch t (distance from the center of the rib to the middle of the rib measured perpendicular to the rib center lines 5), the flank angles γ ₁ and γ ₂ , the rib heights H ₁ and H ₂ and the rib foot widths F ₁ and F _2, respectively , The flank angles γ ₁ , γ ₂ and the foot widths F ₁ , F ₂ are also measured in a cross-sectional plane perpendicular to the rib center lines 5.

Fig. 5 zeigt schematisch und analog zu Fig.3 eine Draufsicht auf die aufgeklappte Innenoberfläche eines berippten Wärmeaustauschrohres 1, bei der hohe und niedrige Rippen am Übergang benachbarter Zonen jeweils durch einen Spalt 12 der Länge B (gemessen längs der verlängerten Mittellinien 5 der Rippen 2, 3) voneinander getrennt sind.5 shows, schematically and analogously to FIG. 3, a plan view of the unfolded inner surface of a finned heat exchange tube 1, with high and low fins at the transition of adjacent zones respectively through a gap 12 of length B (measured along the extended centerlines 5 of the fins 2 , 3) are separated from each other.

In Fig. 6 ist schematisch der Aufbau einer Strukturwalze 6 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschrohre 1 dargestellt.In Fig. 6, the structure of a structure roller 6 for producing the heat exchange tubes 1 according to the invention is shown schematically.

Die Walze 6 ist aus mehreren Scheiben 7 aufgebaut, die in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. In die einzelnen Scheiben 7 sind alternierend tiefe und weniger tiefe Nuten 8, 9 eingebracht, die beim Abrollen der Walze 6 auf dem Blechband 10 in einem Walzprägevorgang die hohen Rippen 2 und die niedrigeren Rippen 3 in den einzelnen Zonen Z₁ bis Z₅ erzeugen. Nach der Strukturierung wird das Blechband 10 zu einem Schlitzrohr geformt und längsgeschweißt (Schweißnaht 11).The roller 6 is composed of a plurality of discs 7, which are offset in the circumferential direction against each other. In the individual disks 7 are alternately deep and less deep grooves 8, 9 are introduced, which produce the high ribs 2 and the lower ribs 3 in the individual zones Z ₁ to Z ₅ when rolling the roller 6 on the strip 10 in a roll embossing. After structuring, the sheet metal strip 10 is formed into a slot tube and longitudinally welded (weld seam 11).

Die Fig. 7 bis 10 zeigen in Schwarzweiß-Darstellung weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Rippenspitzen/-flanken weiß und der Grund der zwischen den Rippen 2, 3 verlaufenen Nuten 4 schwarz gehalten wird.7 to 10 show in black and white representation of further embodiments of the invention, wherein the rib tips / flanks white and the bottom of the running between the ribs 2, 3 grooves 4 is kept black.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform mit jeweils vier Zonen (Z₁ bis Z₄), wobei sich die Fig.8 durch die zusätzliche Anordnung von Spalten 12 der Länge B zwischen hohen Rippen 2 und niedrigen Rippen 3 unterscheidet. Diese Verhältnisse sind anhand der Darstellung gemäß Fig. 5 verdeutlicht.FIGS. 7 and 8 show an embodiment with four zones each (Z ₁ to Z ₄ ), wherein FIG. 8 differs by the additional arrangement of gaps 12 of length B between high ribs 2 and low ribs 3. These relationships are illustrated by the representation of FIG. 5.

Die Innenoberfläche des Wärmeaustauschrohres 1 nach Fig. 9 ist in 6 Zonen (Z₁ bis Z₆) aufgeteilt. In der Gruppe G₁ mit den drei Zonen (Z₁ bis Z₃) verlaufen die Rippen 2, 3 unter dem Steigungswinkel α, in der Gruppe 2 mit den drei Zonen (Z₄ bis Z₆) unter dem bzgl. der Grenzlinie zwischen benachbarten Gruppen spiegelsymmetrisch entgegen gesetzten (negativen) Winkel α' = -α.The inner surface of the heat exchange tube 1 of FIG. 9 is divided into 6 zones (Z ₁ to Z ₆ ). In the group G ₁ with the three zones (Z ₁ to Z ₃ ) extend the ribs 2, 3 at the pitch angle α, in the group 2 with the three zones (Z ₄ to Z ₆ ) under the respect. The boundary line between adjacent Groups of mirror symmetry opposed (negative) angles α '= -α.

Die Innenoberfläche des Wärmeaustauschrohres 1 nach Fig. 10 ist ebenfalls in 6 Zonen (Z₁ bis Z₆) aufgeteilt. In den Gruppen G₁ und G₃ mit den Zonen Z₁/Z₂ und Z₅/Z₆ verlaufen die Rippen 2, 3 unter dem Steigungswinkel α, in der Gruppe 2 mit den Zonen Z₃/Z₄ unter einem betragsmäßig anderen Steigungswinkel |α'| ≠ |α|.The inner surface of the heat exchange tube 1 of Fig. 10 is also divided into 6 zones (Z ₁ to Z ₆ ). In the groups G ₁ and G ₃ with the zones Z ₁ / Z ₂ and Z ₅ / Z ₆ , the ribs 2, 3 extend under the pitch angle α, in the group 2 with the zones Z ₃ / Z ₄ under a different pitch angle | α '| ≠ | α |.

Numerical example:

Zur Herstellung eines Wärmeaustauschrohres 1 mit einem Aussendurchmesser von D = 7 mm wird die Strukturwalze 6 aufgebaut aus 19 Scheiben 7 des Durchmessers 33 mm und der Stärke 1,2 mm, so dass die resultierende Strukturierung der Innenoberfläche des Wärmeaustauschrohres 1 vor dem abschließenden Ziehprozeß entsprechend Fig. 2 aus 19 1,2 mm breiten Zonen besteht, in denen sich in Längsrichtung des Bandes 10 alternierend hohe und niedrigere Rippen 2, 3 abwechseln und unter einem Winkel von α = 14,3° gegenüber der Längsrichtung des Flachbandes 10 verlaufen. Je Zone sind in dieser Ausführung bei einem Schnitt in Umfangsrichtung genau eine hohe und eine niedrigere Rippe 2, 3 enthalten, so dass insgesamt in Umfangsrichtung 19 hohe Rippen 2 und 19 niedrigere Rippen 3 resultieren. Die Rippenhöhen betragen H₁ = 0,14 mm bzw. H₂ = 0,07 mm, die Flankenwinkel γ = 45°, die Längen der Rippen L = 4,86 mm und die Teilung (der Abstand hohe - niedrige Rippe gemessen senkrecht zur Rippe) beträgt t = 0,58 mm. Als Versatz der Zonen bzw. als Winkelversatz der Scheiben 7 der Strukturwalze 6 gegeneinander wird ein Winkel von 90° eingestellt.To produce a heat exchange tube 1 with an outer diameter of D = 7 mm, the structure roller 6 is constructed from 19 discs 7 of diameter 33 mm and 1.2 mm thick, so that the resulting structuring of the inner surface of the heat exchange tube 1 before the final drawing process shown in FIG 2 consists of 19 1.2 mm wide zones in which alternating in the longitudinal direction of the belt 10 alternate high and low ribs 2, 3 and at an angle of α = 14.3 ° relative to the longitudinal direction of the flat strip 10. Depending on the zone, in this embodiment, exactly one high and one lower rib 2, 3 are included in a section in the circumferential direction, so that overall high ribs 2 and 19 result in lower ribs 3 in the circumferential direction 19. The rib heights are H ₁ = 0.14 mm or H ₂ = 0.07 mm, the flank angle γ = 45 °, the lengths of the ribs L = 4.86 mm and the pitch (the distance high - low rib measured perpendicular to Rib) is t = 0.58 mm. As an offset of the zones or as an angular offset of the discs 7 of the structure roller 6 against each other, an angle of 90 ° is set.

Claims

Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral direction into at least two zones (Z₁ to Z_m), ribs (2, 3) of differing rib height which extend at an angle of pitch α relative to the longitudinal axis of the pipe alternating in adjacent zones (Z₁ to Z_m),
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z₁ to Z_m) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and sequence of at least two rib heights (H₁ to H_n, H₁>H₂>...>H_n), adjacent zones (Z₁ to Z_m) adjoining each other in such a manner that, at the transition of two zones, the rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction of the pipe by at least one rib.
Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral direction into at least two groups (G₁ to G_p) of zones (Z₁ to Z_m), each group comprising at least two zones and the angle of pitch (α, α') of the ribs (2, 3) in the zones of a group being uniform in each case, but varying between adjacent groups in such a manner that, when counting from a group G₁ in groups with an uneven number, there is a differently valued angle of pitch α of the ribs (2, 3) from the angle of pitch α' in groups with an even number (|α'| ≠ |α|),
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z₁ to Z_m) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and sequence of at least two rib heights (H₁ to H_n, H₁>H₂>...>H_n), adjacent zones (Z₁ to Z_m) of a group adjoining each other in such a manner that, at the transition of two zones of a group, the rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction of the pipe by at least one rib.
Heat-exchange pipe (1) having a ribbed inner surface which is divided in a peripheral direction into at least two groups (G₁ to G_p) of zones (Z₁ to Z_m), each group comprising at least two zones and the angle of pitch (α, α') of the ribs (2, 3) in the zones of a group being uniform in each case, but varying between adjacent groups in such a manner that, when counting from a group G₁ in groups with an uneven number, there is an angle of pitch α of the ribs (2, 3), and in groups having an even number, an angle of pitch α' = -α of the ribs (2, 3) that is opposite in a mirror-symmetrical manner relative to the borderline between adjacent groups,
characterised in that
the ribs (2, 3) are arranged in the individual zones (Z₁ to Z_m) in the longitudinal direction of the pipe in any desired periodic combination and sequence of at least two rib heights (H₁ to H_n, H₁>H₂>...>H_n), adjacent zones (Z₁ to Z_m) of a group adjoining each other in such a manner that, at the transition of two zones of a group, the rib sequence is mutually offset in the longitudinal direction of the pipe by at least one rib.
Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z₁ to Z_m), in periodic repetition, precisely one rib having the rib height H_i (i=1 to n) is followed by precisely one rib having the rib height H_j (j=1 to n, j ≠ i, H_j ≠ H_i) and optionally other ribs having the heights H_k (k=1 to n, k ≠ i,j, H_k ≠ H_i, H_j) in the longitudinal direction of the pipe.
Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z₁ to Z_m), in periodic repetition, two or more ribs having the rib height H_i (i = 1 to n) are followed in each case by precisely one rib having the rib height H_j (j = 1 to n, j ≠ i, H_j ≠ H_i) and optionally other ribs having the heights H_k (k = 1 to n, k ≠ i, j , H_k ≠ H_i,H_j) in the longitudinal direction of the pipe.
Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z₁ to Z_m), in periodic repetition, precisely one rib having the rib height H_i (i = 1 to n) is followed in each case by two or more ribs having the rib height H_j (j = 1 to n, j ≠ i, H_j ≠ H_i) and optionally other ribs having the heights H_k (k = 1 to n, k ≠ i, j , H_k ≠ H_i,H_j) in the longitudinal direction of the pipe.
Heat-exchange pipe according to any one of claims 1 to 3,
characterised in that
in each zone (Z₁ to Z_m), in periodic repetition, two or more ribs having the rib height H_i (i = 1 to n) are followed in each case by two or more ribs having the rib height H_j (j = 1 to n, j ≠ i, H_j ≠ H_i) and optionally other ribs having the heights H_k (k = 1 to n, k ≠ i, j , H_k ≠ H_i,H_j) in the longitudinal direction of the pipe.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 7, characterised in that
with an outer pipe diameter of D = 3 to 20 mm, the angle of pitch α is from 5 to 85°, the largest rib height H₁ is from 0.05 to 0.5 mm and the rib length for each zone L is from 0.5 to 15 mm.
Heat-exchange pipe according to claim 8, characterised in that
with an outer pipe diameter of D = 6 to 12.7 mm, the angle of pitch α is from 10 to 40°, the largest rib height H₁ is from 0.1 to 0.3 mm and the rib length for each zone L is from 0.5 to 10 mm.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 9, characterised in that
the rib heights H_j (j=2 to n), compared with the largest rib height H₁, H_j/H₁ are from 0.1 to 0.9, in particular 0.2 to 0.8.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 4 to 9, characterised in that
the rib height H₂, compared with the largest rib height H₁, H_2/H₁ is from 0.2 to 0.7, in particular 0.4 to 0.6.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 11, characterised in that
the rib distribution t is from 0.1 to 0.8 mm and the flank angle γ₁ to γ_n is from 10 to 60°.
Heat-exchange pipe according to claim 12, characterised in that
the rib distribution t is 0.2 to 0.6 mm and the flank angle γ₁ to γ_n is from 20 to 50°.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 13, characterised in that
the cross-sections of the ribs (2, 3) are geometrically similar.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 13, characterised in that
the cross-sections of the ribs (2, 3) are geometrically different.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 15, characterised in that
two ribs (2, 3) of adjacent zones (Z₁ to Z_m), one of which is located in the extension of the centre line (5) of the other, are separated from each other in each case by means of a gap (12).
Heat-exchange pipe according to claim 16, characterised in that
the gap length is B < 0.5 x rib length L.
Heat-exchange pipe according to claim 17, characterised in that
the gap length is B < 0.2 x rib length L.
Heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 18, characterised in that
it has at least one weld seam (11), in particular in the longitudinal direction of the pipe.
Method for producing a heat-exchange pipe according to one or more of claims 1 to 19, having a structure roller,
characterised in that
the structure roller is constructed from discs or rings (7), the number and width of which corresponds to the number and width of the zones (Z₁ to Z_m) of the heat-exchange pipe (1), and which have grooves (8, 9) which extend in an inclined manner and which have different depths in an alternating manner and which are mutually offset in a peripheral direction.