HRP20040819B1

HRP20040819B1 - Cijevi s utorima za reverzibilno korištenje kod izmjenjivača topline

Info

Publication number: HRP20040819B1
Application number: HRP20040819AA
Authority: HR
Inventors: Pascal Leterrible; Nicolas Avanan
Original assignee: Trefimetaux S.A.
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2017-12-01
Also published as: ES2449091T3; FR2837270B1; BR0308372A; YU101804A; CN1636128A; FR2837270A1; KR20040101283A; WO2003076861A1; CA2474558A1; ZA200405864B; EP1851498B1; CA2474558C; NO20044299L; RU2289076C2; RU2004130315A; JP2005526945A; YU76804A; NO338468B1; KR100980755B1; EP1851498A1

Abstract

Izum se odnosi na metalne cijevi (1) s utorima koje imaju vanjski promjer De. Izumljene cijevi imaju s unutarnje strane urezane utore s N spiralnih rebara (2) koja imaju kut na vrhu trokuta α, visinu H, širinu baze LN i kut spirale b, pri čemu su rebra, koja su smještena jedno iza drugoga, odvojena utorima (3) koji imaju ravnu bazu širine LR, s korakom P koji je jednak LR + LN. Navedene cijevi su karakteristične po tome što: a) De je između 4 i 20 mm, b) broj N rebara je između 46 i 98, c) visina H navedenih rebara je između 0.18 mm i 0.4 mm, d) kut na vrhu trokuta α je takav da je 15° Ł α < 30°, i e) kut spirale b je između 18° i 35°. Navedene cijevi omogućavaju istovremeno dobivanje visokog koeficijenta izmjene topline pri isparivanju i kondenzaciji, te mali pad pritiska.

Description

Područje izuma

Izum se odnosi na područje cijevi za izmjenjivače topline koji rade u režimu rada za isparavanje/kondenziranje i u reverzibilnom režimu rada.

Stanje tehnike

Poznat jer veliki broj dokumenata koji otkrivaju geometriju cijevi s utorima, koje se koriste u izmjenjivačima topline.

Na primjer, moguće je spomenuti patentnu prijavu EP-A2-0 148 609 koja otkriva trokutaste ili trapezoidne utore cijevima koje imaju sljedeća karakteristike:

- omjer H/Di između 0.02 i 0.03, gdje se H odnosi na dubinu utora (ili na visinu rebara), a Di se odnosi na unutarnji promjer cijevi s utorima,

- spiralni kut β u odnosu na os cijevi između 7 i 30°,

- omjer S/H između 0.15 i 0.40, gdje se S odnosi na poprečni presjek utora,

- kut na vrhu trokuta α rebara između 30 i 60°.

Karakteristika ovih cijevi je ta, da su prikladne za fluide koji imaju prijelaz faza, pri čemu su jasno analizirana svojstva cijevi kada fluid isparava ili kada se fluid kondenzira.

Japanska prijava broj 57-580088 otkriva cijevi koje imaju udubljenje oblika slova V, s H između 0.02 i 0.2 mm i kut β između 4 i 15°.

Slične cijevi su otkrivene u japanskoj prijavi broj 57-58094.

Japanska prijava broj 52-38663 otkriva cijevi s udubljenjima oblika V ili U, s H između 0.02 i 0.2 mm, korakom P između 0.1 i 0.5 mm i kutom β između 4 i 15°.

US patent broj 4,044,797 otkriva cijevi s utorima oblika V ili U koje su slične gornjim cijevima.

Japanski certifikat za korištenje broj 55-180186 otkriva cijevi s trapeznim utorima i trokutastim rebrima, s visinom H od 0.15 do 0.25 mm, s korakom P od 0.56 mm, s kutom na vrhu trokuta α (kut se odnosi na kut Θ u ovom dokumentu) koji je tipično jednak 73°, s kutom β od 30°, i sa srednjom debljinom od 0.44 mm.

US patent broj 4,545,428 otkriva cijevi s utorima V oblika i trokutastim rebrima, s visinom H između 0.1 i 0.6 mm, s korakom P između 0.2 i 0.6 mm, s kutom na vrhu trokuta α između 50 i 100°, s kutom spirale β između 16 i 35°.

Japanski patent broj 62-25959 otkriva cijevi s trapeznim utorima i rebrima, s dubinom utora H između 0.2 i 0.5 mm, s korakom P između 0.3 i 1.5 mm, pri čemu je srednja širina utora najmanje jednaka srednjoj širini rebra. U jednom slučaju, korak P je 0.70, a kut spirale β je 10°.

Konačno, Europski patent EP-B1-701 680, koji je podnesen od strane ovog prijavitelja, otkriva cijevi s utorima, s utorima koja imaju tipično ravno dno i s rebrima raznih visina H, s kutom spirale β između 5 i 50°, s kutom na vrhu trokuta α između 30 i 60°, tako da se dobiju poboljšana svojstva nakon što se cijevi naboraju i ugrade u izmjenjivač.

Kao opće pravilo, tehničke i komercijalne karakteristike cijevi, koje su rezultat izbora kombinacije sredstava koja definiraju cijevi (H, P, α, β, oblik utora, rebara i tako dalje), moraju zadovoljiti četiri zahtjeva koji se odnose na:

- prvo, karakteristike koje se odnose na prijenos topline (koeficijent izmjene topline), područje u kojemu su cijevi s utorima mnogo bolje od cijevi bez utora, tako da kod ekvivalentne izmjene topline, zahtijevana duljina cijevi s utorima će biti manja nego ona kod cijevi bez utora,

- drugo, karakteristike koje se odnose na gubitke pritiska, niski gubici pritiska omogućavaju upotrebu pumpi ili kompresora niže snage, manje veličine i niže cijene,

- također, karakteristike se odnose na mehanička svojstva cijevi, tipično na vrstu primijenjene legure ili srednje debljine cijevi, koji određuje težinu cijevi po jedinici duljine i stoga utječu na veličinu cijene,

- konačno, industrijska raspoloživost cijevi i veličina proizvodnje koja određuje veličinu cijene cijevi za proizvođača cijevi.

Prikaz problema

Prvo, budući da su cijevi posljedica stanja tehnike, postoji velik broj vrlo širokog područja otkrića koja se odnose na cijevi s utorima, pri čemu cijevi imaju općenito za cilj optimiranje izmjene topline i smanjenje gubitka pritiska.

Drugo, svako od ovih otkrića redom nudi često široko područje mogućnost, pri čemu su parametri općenito definirani u relativno širokom području vrijednost.

Konačno, ova otkrića se odnose, kada su specificirana, na izmjene vezane uz rashladno sredstvo, koje se, tipično, isparuje ili kondenzira u rashladnom krugu, pri čemu rashladno sredstvo ima različito ponašanje kod isparavanja i kod kondenziranja. Danas se ova otkrića odnose na cijevi s utorima za izmjenjivače koji rade ili pri kondenzaciji ili pri isparavanju.

Konačno, onima koji su kvalificirani u ovoj struci susreću znatne teškoće u izvlačenju bitnih stvari u stanju tehnike iz ovako širokog područja ponekad kontradiktornih podataka.

Međutim, onima koji su kvalificirani u ovoj struci znaju da tipična komercijalno raspoloživa cijev, s trokutastim rebrima kao što je prikazana na slici 1, tipično obuhvaća sljedeće karakteristike: vanjski promjer De = 12 mm, visina rebra H = 0.25 mm, debljina stjenke cijevi Tf = 0.35 mm, broj rebara N = 65, kut spirale β = 15°, kut na vrhu trokuta α = 55°.

Da bi se tako zadovoljile potrebe tržišta, cilj predmetnog izuma se odnosi na cijevi za izmjenjivače s reverzibilnom primjenom, to jest na cijevi ili na izmjenjivače koji se mogu koristiti sa sredstvima za hlađenje koja mogu mijenjati fazu, i kod isparavanja i kod kondenzacije, to jest ili za hlađenje, na primjer kao jedinice za klimatizaciju zraka, ili za grijanje, na primjer kao sredstva za grijanje, tipično zraka ili sekundarnog fluida.

Više specifično, predmetni izum se odnosi na cijevi koje nude ne samo odličan kompromis između termičkih karakteristika u režimu rada isparavanja sredstva za hlađenje i u režimu rada kondenzacije, već koje, dodatno, u sebi sadržavaju dobra svojstva i u uvjetima isparavanja i u uvjetima kondenzacije.

Stoga je ovaj prijavitelj istraživao cijevi i izmjenjivače koji su ekonomični, s relativno niskom težinom po metru duljine i visokim karakteristikama kod izmjenjivanja topline, i to u uvjetima isparavanja kao i u uvjetima kondenzacije.

Opis izuma

U skladu s izumom, metalne cijevi s utorima, debljine Tf na dnu utora, vanjskog promjera De, tipično su namijenjene za proizvodnju izmjenjivača koji rade u režimu rada pri isparivanju ili pri kondenzaciji ili u reverzibilnom režimu rada i koriste rashladno sredstvo koje mijenja fazu, koje imaju s nutarnje strane urezane utore s N spiralnih rebara, koja imaju kut na vrhu trokuta α, visinu H, širinu baze LN i kut spirale β, pri čemu su dva rebra, koja su jedno do drugoga, odvojena udubljenjem koje ima tipično ravno dno širine LR, s korakom P koji je jednak LR + LN, karakteristične su po tome što,

a) imaju vanjski promjer De od između 4 i 20 mm,

b) broj N rebara iznosi od 46 do 98, naročito je funkcija promjera De,

c) visina H rebara iznosi od 0.18 mm do 0.40 mm, naročito je funkcija promjera De,

d) kut na vrhu trokuta α iznosi od 15° do 30°,

e) kut spirale β iznosi od 18° do 35°,

tako da se istovremeno dobiva visok koeficijent izmjene topline i kod isparavanje i kod kondenzacije, nizak gubitak pritiska i najlakša moguća cijev, bez stvaranja dodatnog troška u odnosu na specifične cijevi za isparavanje ili kondenzaciju.

Slijedeći svoj istraživački rad, ovaj prijavitelj je uspio u rješenju problema koji se postavljaju kombinacijom sredstava i gore navedenih karakteristika.

Karakteristika koja je određena u a) određuje područje za vanjski promjer De cijevi u ciljanom području primjene cijevi, koje su u skladu s ovim izumom.

Karakteristika u b), koja se odnosi na broj N utora, i stoga na odgovarajući korak P, naročito navodi da taj broj mora biti relativno visok. Ispitivanja prijavitelja s baterijama koje imaju krilca pokazala su da taj broj utora ima znatan utjecaj na termička svojstva izmjenjivača.

Na taj način, na primjer, za promjer cijevi De 9.52 mm:

- kada je broj N manji od 46, bilo je primijećeno da je učinak izmjenjivača znatno smanjene,

- u odnosu na gornji limit broja N, on je uglavnom tehnološke i praktične prirode i ovisi o tehničkim mogućnostima proizvodnje cijevi s utorima; stoga, ta gornja granica varira i raste s promjerom cijevi De.

Bilo je primijećeno na cijevi promjera De od 12 mm da broj rebara N od 96 osigurava visoka termička svojstva izmjenjivača kod isparavanja i kod kondenzacije.

Obzirom na karakteristiku u c), koja se odnosi na visok H rebara ili na dubinu utora, ograničenja za H su posljedica sljedećih razmatranja:

- za vrijednosti H, koje su veće od 0.40 mm, primijećena je niža tehnička izvedivost, budući da nije lako proizvesti vrlo visoka rebra, također je primijećen i porast gubitka pritiska,

- za vrijednosti H, koje su manje od 0.20 mm, bilo je primijećeno da je učinak izmjenjivača pretjerano smanjen i postaje nedovoljan.

Navedena visina H može varirati s promjerom cijevi, što je veći promjer cijevi, povoljnije je da su rebra viša.

Karakteristika u d), koja se odnosi na kut na vrhu trokuta α, naročito navodi da taj kut mora biti odabran u relativno uskom području (15° - 30°) i s relativno niskom vrijednošću kuta na vrhu trokuta α.

Prvo, niska vrijednost kuta ne vrhu trokuta α je poželjna da bi se poboljšao učinak prijenosa topline, da bi se smanjio gubitak pritiska i da bi se smanjila težina/m cijevi. Najmanji kut α se dobiva s trapeznim rebrima.

Međutim, niža granica se uglavnom odnosi na proizvodnju cijevi s utorima koje su u skladu s ovim izumom, da bi se održao velik opseg proizvodnje.

Karakteristika u e), koja se odnosi na kut spirale β, pokazuje da taj kut mora biti barem jednak 18°, da bi se riješili problemi ovog izuma, u najboljem slučaju jednak 35° zbog znatnog porasta gubitka pritiska, naročito s određenim rashladnim sredstvima, na primjer, s rashladnim sredstvom R134a.

S obzirom na debljinu cijevi Tf uz dno utora, ona može varirati kao funkcija promjera De, tako da se dobivaju, u isto vrijeme, zadovoljavajuća mehanička svojstva, naročito otpornost na unutarnji pritisak, maksimalno održavanje u dobrom stanju materijala, i stoga optimalna cijena materijala, i najniža moguća težina po metru. Ova debljina Tf je 0.28 mm za cijev promjera De od 9.55 mm, i 0.35 mm za cijev promjera De od 12.7 mm.

Sva ta sredstva čine mogućim da se odredi izbor cijevi, posebnih cijevi koje su naročito prikladne za izmjenjivače sa rashladnim sredstvom koje ima prijelaz faza, tako da se dobiva istovremeno visok koeficijent izmjene topline kod isparavanja i kod kondenzacije, mali gubitak pritiska i najlakša moguća cijev.

Opis slika

Slike 1a i 1b su namijenjene da prikažu važnost različitih parametara koji se koriste za definiranje cijevi koje su u skladu s ovim izumom.

Slika 1a predstavlja djelomičan izgled cijevi s utorima 1, u djelomičnom presjeku duž osi cijevi, tako da se prikaže kut spirale β.

Slika 1b predstavlja djelomičan izgled cijevi s utorima 1, u djelomičnom presjeku koji je okomit na os cijevi, tako da se prokaže slučaj cijevi koji sadržava niz rebara 2 visine H, pri čemu navedena rebra imaju otprilike trokutast oblik, sa širinom baze LN i kutom na vrhu trokuta α, koja rebra su odvojena utorima 3, koja imaju približno oblik trapeza i širini LR, pri čemu je LR razmak između dva rebra u utoru. Navedena cijev ima debljinu Tf, vanjski promjer De, unutarnji promjer Di i korak P koji je jednak LR + LN.

Slike 2a do 2c su djelomični presjeci cijevi koja ima promjer De od 8 mm i debljinu Tf od 0.26 mm, koja cijev je u skladu s jednim primjerom ostvarenja izuma, u kojemu rebra čine alternaciju trapezoidnih rebara visine H1 i visine H2 < H1, u različitim mjerilima.

Slika 2a predstavlja 3 kompletna rebra 2 i 2 djelomična rebra, koja rebra su razdvojena utorima 3, kod mjerila od “200 μm”.

Slika 2b predstavlja 2 kompletna rebra kod mjerila od “100 μm”.

Slika 2c predstavlja samo jedno rebro 2 kod mjerila od “50 μm”.

Slika 3 predstavlja djelomičan presjek cijevi promjera De od 9.52 mm i debljine Tf od 0.30 mm koja cijev je u skladu s izumom.

Različite krivulje na slici 4 daju, pri kondenzaciji kod 30°C s fluidom R22, koeficijent izmjene topline Hi (u W/m2.K) na Y-osi kao funkciju količine protoka fluida G na X-osi (u kg/m2.s).

Razne krivulje na slici 5 daju, pri isparavanju kod 0°C s fluidom R22, koeficijent izmjene topline Hi (u W/m2.K) na Y-osi kao funkciju količine protoka fluida G na X-osi (u kg/m2.s).

Ove krivulje odgovaraju cijevi koja je u skladu s izumom - koja je označena kao E na slici 3, a cijevi koje su u skladu sa stanjem tehnike označene su kao “A”, “C”, “D” i “S”, pri čemu su sve navedene cijevi istog vanjskog promjera De = 9.52 mm. Vidi primjere ostvarenja.

Slike 6 i 7 prikazuju, na Y-osi, kapacitet izmjene toplina kod hlađenja, izmjeren u Wattima, baterije s cijevima i krilcima, kao funkciju, na X-osi frontalne brzine zraka koji cirkulira između krilaca, izražene u m/s.

Ove krivulje koje odgovaraju cijevi koja je u skladu s ovim izumom - odnose se na E u slikama 2a do 2c, a cijevi koje su u skladu sa stanjem tehnike odnose se na “A”, “B” i “S”, pri čemu sve navedene cijevi imaju isti vanjski promjer De = 8.00 mm. Vidi primjere ostvarenja.

Baterija 4, koja je prikazana na slici 8, je izvedena od cijevi 1 promjera De = 9.52 mm, i baterija čini jedinicu koja ima sljedeće dimenzije: 400 mm × 400 mm × 65 mm, s gustoćom krilaca od 12 krilaca 5 po inču, pri čemu baterija sadržava 3 reda od po 16 cijevi s utorima 1 i rashladno sredstvo R22.

Slika 6 se odnosi na mjerenja kondenzacije na istoj bateriji kao što je gore opisano, sa zrakom na ulazu koji ima temperaturu od 23.5°C i temperaturu kondenzacije sredstva za hlađenje R22 od 36°C.

Slika 7se odnosi na mjerenja isparavanja na istoj bateriji, sa zrakom na ulazu koji ima temperaturu od 26.5°C i temperaturu isparavanja od 6°C sredstva za hlađenje R22.

Slika 8 je shematski pogled u perspektivi na bateriju 4 cijevi 1 s krilcima 5, koja baterija se koristila za ispitivanja.

Slika 9 predstavlja slikoviti prikaz, na Y-osi, dobitka u kapacitetu hlađenja isparavanja baterija iz slike 7, s referentnom brzinom zraka od 1.25 m/s, kao funkciju Cavallinijevog faktora za razne ispitane cijevi: glatku cijev S, cijev E koja je u skladu s ovim izumom, i cijevi A i B koje su u skladu sa stanjem tehnike.

Slika 10 je prikaz koji pokazuje, na Y-osi, koeficijent izmjene topline Hi (W/m2.K) na cijevima pri isparavanju sa sredstvom za hlađenje R407C, kao funkciju postotnog iznosa težine pare u rashladnom sredstvu, na X-osi, pri čemu je temperatura isparavanja 5°C. Mjerenja su bila izvedena s protokom topline od kW/m2 i količine mase protoka od 100 ili 200 kg/m2.s rashladnog sredstva R407C, kao što je prikazano na slici, na cijevima promjera De koji je jednak 9.52 mm.

Slika 11 je izgled dijela unutarnje površine cijevi s utorima koja je u skladu s ovim izumom i koja ima aksijalni utor 30 koji je u suprotnom smjeru, s, ispod toga, njegovim shematskim prikazom.

Detaljan opis izuma

U skladu s ostvarenjem izuma koji je prikazan na slikama 2a do 2c, navedena rebra mogu biti načinjena od niza rebara visine H1 = H i visine H2 = a.H1, gdje je a između 0.6 i 0.9, i poželjno između 0.70 i 0.85, pri čemu je na slikama 2a do 2c ta vrijednost u blizini 0.75.

Tipično, i kao što je prikazano na ovim slikama, nizanje rebara može biti izmjenjivanje rebara visine H1 i rebara visine H2, koja rebra su razdvojena tipičnim udubljenjem s ravnim dnom.

Međutim, kao što je prikazano na slici 3, cijevi s utorima koje su u skladu s ovim izumom, ne moraju imati takvo izmjenjivanje rebara s visinama koje se razlikuju, kao što je to na slikama 2a do 2c, pri čemu je moguće da rebra imaju približno istu visinu.

Tipično, u slučaju cijevi promjera De od 9.52 mm, moguće je da imaju:

- H u opsegu od 0.18 do 0.3 mm,

- i/ili N koji je manji od 75, i koji je poželjno u opseg od 64 do 70.

Slično, kada je De najmanje jednak 9.52 mm, moguće je da cijevi imaju:

- H u opsegu od 0.25 do 0.40 mm,

- N u opsegu od 70 do 98.

S obzirom na kut na vrhu trokuta α, poželjni opseg kuta na vrhu trokuta α može obuhvaćati od 20° do 28°, još ograničeniji kut obuhvaća od 22° do 25° osiguravajući najbolji kompromis između zahtjeva što se tiče tehničke izvedbe i one izvedbe koja se odnose na proširenje cijevi s obzirom na njeno spajanje s krilcima baterije.

S obzirom na kut spirale β, poželjno je da opseg kuta spirale β može obuhvaćati od 22° do 30°, još ograničeniji kut obuhvaća od 25° do 28°, osiguravajući najbolji kompromis između zahtjeva što se tiče tehničke izvedbe i one izvedbe koja se odnosi na gubitak pritiska. Kut može varirati s unutarnjim promjerom Di: bilo je nađeno da je povoljno imati omjer β/Di veći od 2.40°/mm i poželjnije veći od 3°/mm.

Poželjno je da rebra imaju “trapezni” tip profila s bazom širine LN i vrhom, koji se dotiče bočnih rubova tvoreći navedeni kut na vrhu trokuta α između bridova, kao što je prikazano na slici 2c, pri čemu navedeni vrh ima približno ravan središnji dio, tipično paralelan s navedenom bazom, ali može biti skošen u odnosu na navedenu bazu.

U svakom slučaju navedeni vrh navedenog rebra koji čini malu stranicu trapeza može imati zaobljene rubove ili ih ne mora imati zaobljene, to jest s vrlo malim polumjerom zakrivljenja, pri čemu navedeni rubovi čine spajalište navedenih gornjih rubova na navedene bočne rubove.

Navedeni zaobljeni rubovi mogu imati polumjer zakrivljenja koji iznosi tipično od 4o µm do 110 µm, a poželjno je da iznosi od 50 µm do 80 µm, kao što je prikazano na slikama 2a do 2c. Navedeno područje polumjera zakrivljenosti odgovara kompromisu između termičkog učinka cijevi i izvedivosti cijevi, jer alati za proizvodnju cijevi s manjim polumjerima zakrivljenosti imaju sklonost da se troše.

Kada rubovi nisu zaobljeni, kao što je prikazano na slici 3, polumjer zakrivljenosti može biti tipično manji od 50 µm, pa čak i manji od 20 µm.

U skladu s ovim izumom, širina LR ravnog dna navedenog utora i širina LN baze navedenog rebra mogu biti takvi da je LR = b. LN gdje b iznosi od 1 do 2, a poželjno je od 1.1 do 1.8, tako da se dobije cijev koja ima relativno malu težinu po metru.

Tipično je, i kao što je prikazano na slikama 2a do 2c i 3, da navedena rebra i navedeno ravno dno navedenih utora mogu biti spojeni s polumjerom zakrivljenosti manjim od 50 µm, a poželjno je s manjim od 20 mm. U tom slučaju se čini da je bolje odvajanje filma tekućine rashladnog sredstva od unutarnje stjenke cijevi, što poboljšava izmjenu topline.

Cijevi koje su u skladu s ovim izumom mogu imati, čak i u odsutnosti aksijalnih utora, Cavallinijev faktor najmanje jednak iznosu 3.1. Povoljno je da mogu imati Cavallinijev faktor najmanje jednak iznosu 3.5 i još povoljnije najmanje jednak iznosu 4.0.

Cavallinijev faktor Rx^2(Rx.Rx) koji je uključen u modele evaluacije koeficijenta izmjene, je čisti geometrijski faktor koji je jednak:

[ [2.N.H.(1-sin (α/2) / 3.14.Di.cos (α/2) ) + 1] / cos β ] ^2

Da bi se još povećao Cavallinijev faktor, i kao što je prikazano na slici 11, cijevi koje su u skladu s ovim izumom mogu također obuhvaćati i aksijalne utore 30 koji su načinjeni u navedenim rebrima i koji su urezani tako da imaju tipično trokutast profil sa zaobljenim vrhom, pri čemu taj zaobljeni vrh ima kut γ koji obuhvaća od 25 do 65°, i pri čemu je navedeni donji dio ili vrh na razmaku h od donjeg dijela navedenog utora i iznosi od 0 do 0.2 mm.

Takvi aksijalno izvedeni utori mogu biti dobiveni, kada su već izrađeni navedeni utori, prolazom kotačića za urezivanje utora u aksijalnom smjeru.

Cijevi s utorima koje su u skladu s ovim izumom mogu biti načinjene od bakra i od bakrenih legura, aluminija i aluminijevih legura. Te cijevi mogu biti dobivene tipično urezivanjem utora u cijevi, ili eventualno, urezivanjem utora u metalnu traku i zatim oblikovanjem cijevi koja se zavari.

Daljnji predmet ovog izuma čine izmjenjivači topline koji koriste cijevi koje su u skladu s ovim izumom.

Ovi izmjenjivači topline mogu osim toga sadržavati i krilca za termičku izmjenu koja su u kontaktu s navedenim cijevima na dijelu navedenih cijevi, na kojima je maksimalni razmak između navedenih krilaca i navedene cijevi, na dijelu koji nije u kontaktu, manji od 0.01 mm, i poželjnije manje od 0.005 mm.

Jedan daljnji predmet ovog izuma se sastoji u tome da se koriste cijevi i izmjenjivači koji su u skladu s ovim izumom za reverzibilne uređaje za klimatizaciju i za mnogocijevne izmjenjivače kao što su hladnjaci.

Primjeri ostvarenja

I - Proizvodnja cijevi

Ispitivanja su bila provedena na bakrenim cijevima s vanjskim promjerom od 0.8 mm ili 9.52 mm. Cijev “E”, koja je u skladu s ovim izumom, bila je proizvedena u skladu sa slikama 2a do 2c s promjerom De od 8.0 mm, i u skladu sa slikom 3 s promjerom De od 9.52 mm, zajedno s usporedbenim cijevima “S” ili glatkom cijevi, “C”, “D”, koje imaju veliki kut spirale β (koji je najmanje jednak 20°), koje su namijenjene za kondenzaciju u skladu sa stanjem tehnike, i s usporedbenim cijevima “A” i “B”, koje imaju veliki kut uz vrh trokuta α (koji je najmanje jednak 40°) i mali kut spirale β (ne više od 18°), koji su namijenjeni za isparivanje u skladu sa stanjem tehnike.

Cijevi E, A, B, C su bile proizvedene urezivanjem utora u glatku bakrenu cijev - cijev S, dok je cijev D bila proizvedena pomoću urezivanja utora u ravnu metalnu traku iza čega je slijedilo oblikovanje zavarene cijevi.

Stanovit broj ispitivanja bio je proveden na bakrenim cijevima s vanjskim promjerom De od 9.52 mm. Ove cijevi su pokazale sljedeće karakteristike:

[image] *72 glavna rebra s kutom spirale β koji je jednak +20° i koja rebra su razdvojena pomoću drugih utora koji su skošeni pod kutom od -20° u odnosu na os cijevi, pri čemu je dubina utora približno jednaka visini glavnih rebara.

Stanovit broj ispitivanja bio je proveden na bakrenim cijevima s vanjskim promjerom De od 8.0 mm. Ove cijevi pokazuju sljedeće karakteristike:

[image]

II - Proizvodnja baterije ili izmjenjivača:

Baterije s krilcima su bile proizvedene u skladu sa slikom 8 koristeći ove cijevi, stavljanjem cijevi u ovratnike od krilaca i guranjem cijevi prema rubu ovratnika proširivanjem cijevi uz pomoć konusnog trna. Ove baterije čine jedinicu koja ima dimenzije 400 × 400 × 65 mm, s gustoćom cijevi od 12 cijevi po inču, pri čemu baterija sadržava 3 reda od po 16 cijevi, a sredstvo za hlađenje je R22.

III - Dobiveni rezultati

Slike 4 do 7 i slike 9 do 10 pokazuju razne rezultate ovog izuma.

III - 1 Rezultati dobiveni na cijevima:

a) Rezultati dobiveni pri kondenzaciji s rashladnim sredstvom R22 na cijevima od De jednako 9.52 mm:

[image] * koeficijent izmjene Hi u W/m2.K za količinu protoka fluida G koja je jednaka 350 kg/m2.s. Uvjeti mjerenja: temperatura od 30°C, cijev duljine od 6 m i količina protoka fluida G koja je jednaka 350 kg/m2.s.

** u Pa/m mjereno za količinu protoka fluida koja je jednaka 350 kg/m2.s.

B) Podaci dobiveni pri isparavanju s rashladnim sredstvom R22 na cijevima od De jednako 8.00 mm:

[image] * koeficijent izmjene Hi u W/m2.K za količinu protoka fluida G koja je jednaka 200 kg/m2.s. Uvjeti mjerenja: temperatura od 0°C, cijev duljine od 3 m, protok od 10 do 12 kW/m2.K, titar pare iznosi od 0.2 do 0.9 i količina protoka fluida jednaka je 200 kg/m2.s.

C) Rezultati dobiveni pri isparavanju sa sredstvom za hlađenje R407C na cijevima od De jednako 9.52 mm:

[image]

Uvjeti mjerenja: temperatura od 5°C i protok od 12 kW/m2.K. Vidi sliku 10.

* koeficijent izmjene Hi u W/m2.K i gubitak pritiska dP u Pa/m uzeti su kod količine protoka fluida G koji je jednak 100 kg/m2.s i sa srednjim titrom pare od 0.6.

** koeficijent izmjene Hi u W/m2.K i gubitak pritiska dP u Pa/m uzeti su kod količine protoka fluida G koji je jednak 200 kg/m2.s i sa srednjim titrom pare od 0.3.

III - 2 Rezultati dobiveni na baterijama:

[image] * za frontalnu brzinu zraka uzeto je da bude jednaka 2.8 m/s.

** za frontalnu brzinu zraka uzeto je da bude jednaka 1.5 m/s.

IV - Zaključci:

Svi ovi rezultati pokazuju da cijevi i izmjenjivači ili baterije cijevi, koji su u skladu s ovim izumom, nude bolja svojstva u odnosu na usporedive proizvode iz stanja tehnike, i kod isparavanja i kod kondenzacije.

Kao rezultat, na iznenađenje, cijevi koje su u skladu s ovim izumom ne samo da predstavljaju dobar kompromis učinka pri isparavanju i pri kondenzaciji, već također nude, u apsolutnim vrijednostima, izvanredne učinke u odnosu na cijevi iz stanja tehnike, koje se koriste pri isparavanju i to u onim uvjetima koji nisu u praksi od posebnog interesa.

Dodatno, s obzirom na težinu po metru, dobivene vrijednosti sa cijevima koje su u skladu s ovim izumom, odgovaraju koristi koja iznosi od 3.7 do 6.7% u odnosu na cijevi koje su u skladu sa stanjem tehnike, kada se uzmu s istim promjerom i s istom debljinom Tf, što se smatra da je vrlo važno.

Konačno, tip cijevi E, koje su u skladu s ovim izumom, mogu se proizvoditi na povoljan način s visokim proizvodnim učinkom iz glatkih bakrenih cijevi, s tipičnom brzinom urezivanja utora koja je slična onoj brzini koja se koristi za cijevi tipa B, to jest najmanje 80 m/min.

Prednosti izuma

Izum nudi velike prednosti.

Zapravo, prvo, cijevi i baterije koje su dobivene u skladu s ovim izumom nude bolja bitna unutarnja svojstva.

Drugo, ova svojstva su dobra i u uvjetima isparavanja i u uvjetima kondenzacije, omogućavajući upotrebu iste cijevi za obje primjene.

Dodatno, cijevi imaju relativno nisku težinu po metru, što je vrlo povoljno s praktičnog stanovišta i sa stanovišta ekonomije s obzirom na relativno niske troškove za materijal.

Konačno, cijevi koje su u skladu s ovim izumom ne zahtijevaju posebna sredstva za proizvodnju. One se mogu proizvoditi sa standardnom opremom, i naročito u standardnim proizvodnim količinama.

Popis referentnih oznaka

Cijev s utorima 1

Rebro 2

Utor 3

Aksijalni utor 30

Baterija 4

Krilce 5

Claims

1. Uporaba izmjenjivača topline koji rade u reverzibilnom režimu rada, pri isparavanju ili kondenzaciji koristeći rashladno sredstvo koje mijenja fazu naznačena time, što navedeni izmjenjivač sadrži metalne cijevi s utorima (1), koje imaju debljinu Tf na dnu utora, vanjski promjer De, pri čemu navedene cijevi imaju unutarnje utore s N spiralnih rebara (2) koja rebra imaju kut na vrhu trokuta α, visinu H, širinu baze LN i kut spirale β, pri čemu su po dva rebra koja se nalaze jedno kraj drugoga razdvojena utorom (3) koji ima tipično ravno dno širine LR, s korakom P koji je jednak LR + LN, a) se vanjski promjer De nalazi između 4 i 20 mm, b) broj N utora iznosi od 46 do 98 i naročito u je u funkciji promjera De, c) visina H rebara iznosi od 0.18 mm do 0.40 mm i naročito je u funkciji promjera De, d) kut na vrhu trokuta α iznosi 20° ≤ α < 28°, e) kut spirale β iznosi od 18° do 35°, f) navedena cijev ima Cavallinijev faktor koji je najmanje jednak 3.5, tako da se istovremeno dobiva visok koeficijent izmjene topline i pri isparavanju i pri kondenzaciji, te nizak gubitak pritiska, i dobiva se cijev s najnižom mogućom težinom.

2. Uporaba u skladu s patentnim zahtjevom 1, naznačena time, što navedena rebra čine niz rebara koja imaju visinu H1=H i visinu H2=a.H1, gdje se a nalazi između 0.6 i 0.9.

3. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 2, naznačena time, što je navedeni niz naizmjenično stavljanje rebara visine H1 i rebara visine H2 koji su razdvojeni dnom utora koje je tipično ravno.

4. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 3, naznačena time, što je De manje od 9.55 mm ili je jednako toj veličini, što daje: - H koji iznosi od 0.18 do 0.3 mm, a poželjno je da iznosi od 0.20 do 0.25 mm, - i/ili N koji je ispod 75, a poželjno je da iznosi od 64 do 70.

5. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 3, naznačena time, što je De najmanje jednako 9.55 mm, što daje: - H koji iznosi od 0.25 do 0.40 mm, - N koji iznosi od 70 do 98.

6. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 5, naznačena time, što kut na vrhu trokuta α iznosi od 22° do 25°.

7. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 6, naznačena time, što kut spirale β iznosi od 22° do 30°.

8. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 7, naznačena time, što kut spirale β iznosi od 25° do 28°.

9. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 8, naznačena time, što rebra imaju profil “trapeznog” tipa s bazom i s vrhom, pri čemu vrh ima jedan centralni dio koji je približno ravan, i koji može biti nagnut u odnosu na navedenu bazu.

10. Uporaba u skladu s patentnim zahtjevom 9, naznačena time, što navedeni vrh navedenog rebra koji čini malu stranicu trapeza ima zaobljene bridove.

11. Uporaba u skladu s patentnim zahtjevom 10, naznačena time, što navedeni zaobljeni vrh ili navedeni zaobljeni bridovi imaju polumjer zakrivljenja koji tipično iznosi od 40 µm do 100 µm, a poželjno je od 50 µm do 80 µm.

12. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 11, naznačena time, što su širina LR ravnog dna navedenog utora i širina LN baze navedenog rebra tolike da LR = b. LN gdje b iznosi od 1 do 2, a poželjno je da iznosi od 1.10 do 1.80.

13. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 12, naznačena time, što su navedena rebra i ravno dno navedenih utora spojeni s polumjerom zakrivljenja koji je tipično manji od 50 µm, a poželjno je da je manji od 20 µm.

14. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 13, naznačena time, što je Cavallinijev faktor najmanje jednak 4.0.

15. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 14, naznačena time, što također sadržavaju aksijalne utore koji tvore u navedenim rebrima ureze koji imaju tipično trokutasti profil sa zaobljenim vrhom, pri čemu navedeni vrh ima kut γ koji iznosi od 25 do 65°, i pri čemu je donji dio ili vrh na razmaku h od dna navedenih utora koji iznosi od 0 do 0.2 mm.

16. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 15, naznačena time, što su načinjene od bakra ili legura bakra, aluminija ili legura aluminija.

17. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 16, naznačena time, što su dobivene tipično urezivanjem utora u cijevima, ili eventualno, urezivanjem utora na metalnoj traci, a zatim se formira zavarena cijev.

18. Uporaba u skladu s bilo kojim od patentnih zahtjeva 1 do 17 naznačena time, što se koriste za reverzibilne uređaje za klimatizaciju i za mnogocijevne izmjenjivače topline kao naprave za hlađenje.