PL201843B1

PL201843B1 - Rura nawrotna żłobkowana dla wymiennika ciepła, wymiennik ciepła oraz zastosowanie rury

Info

Publication number: PL201843B1
Application number: PL370690A
Authority: PL
Inventors: Pascal Leterrible; Nicolas Avanan
Original assignee: Trefimetaux
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2009-05-29
Also published as: ES2449091T3; FR2837270B1; BR0308372A; YU101804A; CN1636128A; FR2837270A1; KR20040101283A; WO2003076861A1; CA2474558A1; ZA200405864B; EP1851498B1; CA2474558C; NO20044299L; RU2289076C2; RU2004130315A; JP2005526945A; YU76804A; NO338468B1; KR100980755B1; EP1851498A1

Abstract

1. Rura nawrotna zlobkowana dla wymienni- ka ciep la, posiadaj aca grubo sc Tf na dnie zlob- ka, srednic e zewn etrzn a De, przeznaczona zw laszcza dla odpowiedniego wymiennika cie- p la pracuj acego przy parowaniu albo przy skra- planiu, przy czym rura jest zlobkowana we- wn etrznie N zebrami srubowymi o k acie wierz- cho lkowym a, wysoko sci H, szeroko sci podsta- wy L N i k acie pochylenia linii srubowej ß, a dwa kolejne zebra s a rozdzielone przez zlobek ty- powo o p laskim dnie szeroko sci L R , i o skoku linii srubowej P równym L R +L N , znamienna tym, ze srednica zewn etrzna De jest zawarta pomi e- dzy 4 i 20 mm, liczba N zeber wynosi od 46 do 98, wysoko sc H zeber wynosi od 0,18 mm do 0,40 mm, k at wierzcho lkowy a wynosi od 15° do 30°, k at pochylenia linii srubowej ß wynosi od 18° do 35°, rura ma wspó lczynnik Cavalliniego co najmniej równy 3,1. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rura nawrotna żłobkowana dla wymiennika ciepła, wymiennik ciepła oraz zastosowanie rury i wymiennika wielorurowego do klimatyzatora odwracalnego takiego jak chłodnica, zwłaszcza wymienników ciepła działających przy parowaniu/skraplaniu i w sposób odwracalny.

Ze zgłoszenia patentowego EP-A2-0 148 609 znana jest rura ze żłobkami trójkątnymi albo trapezoidalnymi mające stosunek H/Di zawarty pomiędzy 0,02 i 0,03, H oznacza głębokość żłobków (lub wysokość żeber), a Di średnicę wewnętrzną rury żłobkowanej, kąt pochylenia linii śrubowej w stosunku do osi rury zawarty pomiędzy 7 i 30°, stosunek S/H zawarty pomiędzy 0,15 i 0,40, gdzie S oznacza przekrój poprzeczny żłobka, kąt wierzchołkowy żeber zawarty pomiędzy 30 i 60.

Te charakterystyki rury są dostosowane do płynów zmieniających fazę, parametry rury są analizowane w różny sposób dla parowania płynu i dla skraplania płynu.

Ze zgłoszenia japońskiego nr 57-58088 znana jest rura ze żłobkami w kształcie V, przy głębokości żłobków H zawartym pomiędzy 0,02 mm i 0,2 mm, i przy kącie β zawartym pomiędzy 4° i 15°.

Podobne rury znane są ze zgłoszenia japońskiego 57-58094.

Ze zgłoszenia japońskiego 52-38663 znana jest rura ze żłobkami w kształcie V albo U, gdzie głębokość żłobków H jest zawarte pomiędzy 0,02 mm i 0,2 mm, skok linii śrubowej P jest zawarty pomiędzy 0,1 mm i 0,5 mm i kąt β zawarty pomiędzy 4° i 15°.

Z patentu USA nr 4,044,797 znana jest rura ze żłobkami w kształcie V albo U podobne do rur omówionych poprzednio.

Z japoń skiego wzoru uż ytkowego nr 55-180186 znana jest rura ze żłobkami trapezoidalnymi i ż ebrami trójką tnymi, o wysokoś ci żłobków H od 0,15 mm do 0,25 mm, skoku linii ś rubowej P 0,56 mm, kącie wierzchołkowym (kąt oznaczony θ w tym dokumencie) typowo równy 73°, kącie β 30°,i średniej grubości 0,44 mm.

Z patentów USA nr 4, 545,428 i nr 4, 480,684 znana jest rura ze żłobkami w kształ cie V i ż ebrami trójkątnymi, o wysokości żłobków H zawartej pomiędzy 0,1 mm i 0,6 mm, skokiem linii śrubowej P zawartym pomiędzy 0,2 mm i 0,6 mm, kątem wierzchołkowym zawartym pomiędzy 50° i 100°, kątem pochylenia linii śrubowej P zawartym pomiędzy 16° i 35°.

Z patentu japońskiego 62-25959 znana jest rura ze żłobkami i żebrami trapezoidalnymi, o głębokości żłobkowania H zawartej pomiędzy 0,2 mm i 0,5 mm, skoku linii śrubowej P zawartym pomiędzy 0,3 mm i 1,5 mm, średnia szerokość żłobków jest co najmniej równa średniej szerokości żeber. W przykł adzie, skok P jest równy 0,70 mm, a ką t pochylenia linii ś rubowej P jest równy 10°.

Z patentu europejskiego EP-B1-701 680, znana jest rura żłobkowana, ze żłobkami typowo o pł askim dnie i z żebrach o różnej wysokości H, kącie pochylenia linii śrubowej zawartym pomiędzy 5° i 50°, ką cie wierzchoł kowym a zawartym pomię dzy 30° i 60°, w taki sposób aby uzyskać najlepsze parametry po zaciśnięciu rury i montażu w wymiennikach.

W sposób ogólny, parametry techniczne i ekonomiczne rury, które wynikają z wyboru kombinacji elementów definiujących rury (H, P, α, β, kształtu żłobków i żeber, itd...), powinny być zadowalające w czterech zakresach wymagań dotyczących z jednej strony, charakterystyk dotyczące przenoszenia (współczynnik wymiany ciepła), dziedzina w której rury żłobkowane są znacznie korzystniejsze niż rury nieżłobkowane, tak, że dla równoważnej wymiany termicznej, wymagana długość rury żłobkowanej będzie mniejsza od długości rury nieżłobkowanej, z drugiej strony, charakterystyk dotyczących strat obciążeniowych, małe straty obciążeniowe umożliwiają stosowanie pomp albo sprężarek o mniejszej mocy, wymiarach i koszcie. Ponadto, charakterystyk dotyczących właściwości mechanicznych rury, typowo związanych z rodzajem zastosowanych stopów albo z średnią grubością rury, grubością która warunkuje ciężar rury na jednostkę długości, a więc wpływa na koszt jej wykonania. Na koniec, możliwość wykonania przemysłowego rury i prędkość produkcji, która warunkuje koszt jej wykonania rury u producenta. Istnieje wielka liczba i wielka róż norodno ść informacji dotyczą cych rur żłobkowanych, które ogólnie służą optymalizacji wymiany ciepła i zmniejszeniu strat obciążenia.

Z drugiej strony, każda z tych informacji najczęściej sama przedstawia szeroki zakres możliwości, parametry są na ogół zdefiniowane dla stosunkowo szerokiego zakresu wartości.

Te informacje dotyczą, gdy jest to określone, wymiany przy użyciu czynnika chłodniczego, płynu który typowo, paruje albo skrapla się w układzie chłodniczym, płyn zachowujący się różnie przy parowaniu i przy skraplaniu. Dotychczas te informacje dotyczą rur żłobkowanych dla wymienników pracujących albo przy skraplaniu albo przy parowaniu.

PL 201 843 B1

Ostatecznie, fachowiec ma duże trudności próbując wyciągnąć kwintesencję ze stanu techniki, z poś ród wielkiej liczby danych, często sprzecznych.

Fachowiec wie natomiast, że typowa rura dostępna w handlu, z żebrami trójkątnymi jak pokazano na fig. 1, ma typowo następujące charakterystyki: średnica zewnętrzna De = 12 mm, wysokość żebra H = 0,25 mm, grubość ścianki rury Tf = 0,35 mm, liczba żeber N = 65, kąt pochylenia linii śrubowej β = 15°, kąt wierzchołkowy a = 55.

Celem wynalazku jest opracowanie rur dla wymienników o zastosowaniu odwracalnym, to znaczy rur albo wymienników, które mogą być zastosowane dla płynów chłodniczych zmieniających fazę, raz przez parowanie, raz przez skraplanie, to znaczy albo dla chłodzenie, na przykład jako klimatyzatory, albo dla grzanie, na przykład jako elementy grzejne, typowo powietrze płyn wtórny. Szczególnie rury które, nie tylko zapewniają doskonały kompromis pomiędzy parametrami termicznymi w trybie parowanie i w trybie skraplanie płynu chłodniczego, ale które ponadto, mają w istocie ulepszone parametry zarówno przy parowaniu jak i skraplaniu, jednocześnie ekonomicznych, o stosunkowo małym ciężarze na metr i podwyższonych właściwościach wymiany cieplnej, jednocześnie przy parowaniu i przy skraplaniu.

Rura nawrotna żłobkowana dla wymiennika ciepła, posiadająca grubość Tf na dnie żłobka, średnicę zewnętrzną De, przeznaczona zwłaszcza dla odpowiedniego wymiennika ciepła pracującego przy parowaniu albo przy skraplaniu, przy czym rura jest żłobkowana wewnętrznie N żebrami śrubowymi o kącie wierzchołkowym α, wysokości H, szerokości podstawy LN i kącie pochylenia linii śrubowej β, a dwa kolejne żebra są rozdzielone przez żłobek typowo o płaskim dnie szerokości LR, i o skoku linii śrubowej P równym LR +LN, według wynalazku charakteryzuje się tym, że średnica zewnętrzna De jest zawarta pomiędzy 4 i 20 mm, liczba N żeber wynosi od 46 do 98, wysokość H żeber wynosi od 0,18 mm do 0,40 mm, kąt wierzchołkowy a wynosi od 15° do 30°, kąt pochylenia linii śrubowej β wynosi od 18° do 35°, rura ma współczynnik Cavalliniego co najmniej równy 3,1.

Korzystnie, dla średnicy zewnętrznej De mniejszej albo równej 9,55 mm, wysokość H żeber wynosi od 0,18 mm do 0,3 mm, a korzystnie od 0,20 mm do 0,25 mm, i/lub liczba N żeber jest mniejsza od 75, a korzystnie od 64 do 70.

Korzystnie, dla średnicy zewnętrznej De co najmniej równej 9,55 mm, wysokość H żeber wynosi od 0,25 mm do 0,40 mm, a liczba N żeber od 70 do 98.

Korzystnie, żebra tworzą ciąg żeber o wysokości H1 = H i wysokości H2 = a x H1, gdzie a jest zawarte pomiędzy 0,6 i 0,9.

Korzystnie, ciąg jest ciągiem przemiennym żeber o wysokości H1 i żeber o wysokości H2 rozdzielonych przez dno żłobka typowo płaskie.

Korzystnie, kąt wierzchołkowy α jest zawarty w zakresie od 20° do 28°.

Korzystnie, kąt wierzchołkowy α jest zawarty w zakresie od 22° do 25°.

Korzystnie, kąt pochylenia linii śrubowej β jest zawarty w zakresie od 22° do 30°.

Korzystnie, kąt pochylenia linii śrubowej β jest zawarty w zakresie od 25° do 28°.

Korzystnie, żebra mają profil typu trapezu z podstawą i wierzchołkiem, przy czym ten wierzchołek zawiera część środkową w przybliżeniu płaską, i ewentualnie nachyloną w stosunku do podstawy.

Korzystnie, wierzchołek żebra tworzący mały bok trapezu ma krawędzie zaokrąglone.

Korzystnie, zaokrąglony wierzchołek albo zaokrąglone boki mają promień krzywizny typowo od 40 μm do 100 μm, a korzystnie od 50 μm do 80 μm.

Korzystnie, szerokość LR płaskiego dna żłobka i szerokość LN podstawy żebra są takie, że LR = b x LN przy czym b ma wartość 1 do 2, a korzystnie od 1,1 do 1,8.

Korzystnie, żebra i płaskie dno żłobków są połączone przy promieniu krzywizny mniejszym od 50 μm, a korzystnie mniejszym od 20 μm.

Korzystnie, współczynnik Cavalliniego jest co najmniej równy 3,5, a korzystnie co najmniej równy 4,0.

Korzystnie, rura ponadto zawiera żłobkowanie osiowe, tworzące w żebrach wycięcia o profilu typowo trójkątnym o zaokrąglonym wierzchołku, ten wierzchołek ma kąt γ zawarty w zakresie od 25° do 65°, część dolna albo wierzchołek jest w odległości h od dna żłobków wynoszącej od 0 mm do 0,2 mm.

Korzystnie, rura jest wykonana z miedzi i stopów miedzi, aluminium i stopów aluminium.

Korzystnie, rura uzyskana przez żłobkowanie rur, albo ewentualnie, przez żłobkowanie na płask taśmy metalowej, a następnie wykonanie spawanej rury.

PL 201 843 B1

Wymiennik ciepła według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykorzystuje rurę według wynalazku.

Zastosowanie rury i wymiennika według wynalazku charakteryzuje się tym, że rurę i wymiennik ciepła stosuje się do klimatyzatora odwracalnego i wymiennika wielorurowego takiego jak chłodnica.

W wyniku prac badawczych, zgłaszającemu udało się rozwiązać przedstawione problemy przez kombinację przez elementów i zespołu charakterystyk przedstawionych powyżej.

Charakterystyka określona pod a) określa zakres średnic zewnętrznych De rur w zakresie zastosowania rur według wynalazku.

Charakterystyka określona pod b) odnośnie liczby N żłobków, a więc i odpowiadającego skoku linii śrubowej P, określa, że ta liczba powinna być stosunkowo duża. Badania zgłaszającego dla użebrowanych baterii wykazały, że liczba żłobków ma wielki wpływ na parametry cieplne wymienników.

Tak więc, na przykład, dla średnicy rury De 9,52 mm, gdy liczba żłobków N jest mniejsza od 46, stwierdzono, że parametry wymiennika pogarszają się znacznie. W zakresie górnego ograniczenia liczby żłobków N, jest ona określona zasadniczo przez technologię i praktykę, i zależy od możliwości technicznych wytwarzania rur żłobkowanych, to górne ograniczenie jest zmienne i wzrasta przy zwiększaniu średnicy De rury.

Zaobserwowano, że dla rury o średnicy De 12 mm, liczba N żłobków 98 zapewnia podwyższone parametry cieplne wymiennika przy parowaniu i przy skraplaniu.

W zakresie charakterystyki określonej pod c) dotyczącej wysokości H żeber albo głębokości żłobków, ograniczenia wysokości H żeber wynikają z obserwacji dla wartości wysokości H żeber większych od 0,40 mm, stwierdzono gorszą techniczną możliwość wykonania, bo nie jest łatwo wykonywać żebra o bardzo dużej wysokości, stwierdzono ponadto zwiększenie strat obciążenia, dla wartości wysokości H żeber mniejszych od 0,20 mm, stwierdzono, że parametry wymiany cieplna pogarszają się znacznie i stają się niewystarczające.

Wysokość H żeber może zmieniać się zależnie od średnicy rury, rury o większej średnicy mają korzystnie żebra ponadto o większej wysokości.

W zakresie charakterystyki określonej pod d), dotyczącej ką ta wierzchołkowego, przewiduje się, że ten kąt powinien być wybrany w stosunkowo wąskim zakresie (15° - 30°) i przy wartościach kąta wierzchołkowego stosunkowo małych.

Z jednej strony, mała wartość kąta jest korzystna dla poprawy parametrów przenoszenie dla zmniejszenia strat obciążenia i dla zmniejszenia ciężaru rury/m. Przy żebrach trapezoidalnych kąt α może być najmniejszy.

Jednakże, limit dolny jest zasadniczo związany z wytwarzaniem rury żłobkowanej według wynalazku dla zachowania dużego tempa produkcji.

W zakresie charakterystyki okreś lonej pod e), dotyczą cej ką ta pochylenia linii ś rubowej β , wykazano, że ten kąt powinien być co najmniej równy 18° dla rozwiązania problemów wynalazku, i co najwyżej równy 35° ze względu na znaczne zwiększenie strat obciążeniowych, zwłaszcza przy pewnych płynach chłodniczych, na przykład płynie chłodniczym R134a.

W zakresie gruboś ci Tf rury na dnie żłobkowania, moż e ona zmieniać się w funkcji ś rednicy De, w taki sposób aby uzyskać wystarczające parametry mechaniczne, zwłaszcza wytrzymałość na ciśnienie wewnętrzne, maksymalną oszczędność materiału, a więc optymalny koszt materiału, i ciężar metra możliwie jak najlżejszy. Ta grubość Tf jest 0,28 mm dla rury o średnicy De 9,55 mm, i 0,35 mm dla rury o średnicy De 12,7 mm.

Zespół tych elementów umożliwia określenie wyboru rur, specyficznych rur szczególnie dostosowanych do wymienników z płynami chłodniczymi zmieniającymi fazę, w taki sposób aby uzyskać jednocześnie podwyższony współczynnik wymiany ciepła przy parowaniu i przy skraplaniu, małe straty obciążenia i rurę możliwie jak najlżejszą.

Zaletą wynalazku jest to, że parametry są poprawione zarówno przy parowaniu jak i przy skraplaniu, co umożliwia wykorzystanie tej samej rury do dwóch zastosowań. Ponadto, rury mają stosunkowo mały ciężar na metr, co jest bardzo korzystne zarówno z punktu widzenia praktyki, i punktu widzenia ekonomicznego bo koszt materiału jest stosunkowo niski. Rury według wynalazku nie wymagają do wytwarzanie specjalnych elementów. Mogą one być wytwarzane przy wykorzystaniu standardowego wyposażenia a zwłaszcza przy typowej prędkości produkcji.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia widok częściowy rury żłobkowanej z kątem pochylenia linii śrubowej w częściowym przekroju wzdłuż osi rury, fig. 1b przedstawia widok częściowy rury żłobkowanej zawierającej ciąg żeber,

PL 201 843 B1 w częściowym przekroju prostopadły do osi rury, fig. 2a przedstawia trzy żebra pełne i dwa żebra częściowe, rozdzielone przez żłobki z ukazaniem skali 200 μm, fig. 2b przedstawia dwa żebra pełne z ukazaniem skali 100 μm, fig. 2c przedstawia jedno pojedyncze żebro z ukazaniem skalę 50 μm, fig. 3 przedstawia widok częściowego przekroju rury według wynalazku, fig. 4 i fig. 5 przedstawiają wykresy współczynnika wymiany Hi na rzędnej w funkcji wydatku płynu G na odciętej, odpowiednio przy skraplaniu i parowaniu, fig. 6 i 7 przedstawiają, na rzędnej, moc chłodniczą wymiany mierzoną w watach baterii rur i żeber w funkcji, na odciętej, prędkości czołowej powietrza, które przepływa pomiędzy żebrami wyrażonej w m/s, fig. 8 przedstawia uproszczony widok perspektywiczny baterii oraz rur z żebrami służącej do prób, fig. 9 przedstawia na rzędnej wykresy przyrostu mocy chłodniczej przy parowaniu baterii z fig. 7 w funkcji współczynnika Cavalliniego na odciętej dla różnych badanych rur, fig. 10 przedstawia na rzędnej wykresy współczynnika wymiany ciepła Hi w funkcji, na odciętej, procentu wagowego pary w płynie chłodniczym, fig. 11 przedstawia widok części powierzchni wewnętrznej rury żłobkowanej według wynalazku wyposażonej w przeciw żłobkowanie osiowe.

Fig. 1b przedstawia przypadek rury zawierającej ciąg żeber 2 o wysokości H, żebra w kształcie w przybliżeniu trójkątnym, o szerokości podstawy LN i kącie wierzchołkowym α, rozdzielone przez żłobki 3 w kształcie w przybliżeniu trapezoidalnym i szerokości LR, LR jest odległością pomiędzy dwoma żłobkami żeber jak i szerokością żłobka. Ta rura ma grubość Tf, średnicę zewnętrzną De, średnicę wewnętrzną Di i skok linii śrubowej P równy LR + LN.

Różne wykresy z fig. 4 przedstawiają, przy skraplaniu w 30°C płynu R22, współczynnik wymiany Hi (w W/m² x K) na rzędnej w funkcji wydatku płynu G, na odciętej (w Kg/m² x s). Różne wykresy z fig. 5 przedstawiają, przy parowaniu w 0°C płynu R22, współczynnik wymiany Hi (w W/m² x K) na rzędnej w funkcji wydatku płynu G, na odciętej (w Kg/m² x s) .

Te wykresy odpowiadają rurze według wynalazku oznaczonej E na fig. 3, i rurom ze stanu techniki A, C, D i S, wszystkie te rury mają taka samą średnicę zewnętrzną De = 9,52 mm.

Wykresy z fig. 6 i fig. 7 odpowiadają rurze według wynalazku oznaczonej E na fig. 2a do 2c, i rurom ze stanu techniki oznaczonym A, B i S, wszystkie te rury mają taka samą średnicę zewnętrzną De = 8,00 mm.

Bateria 4, pokazana na fig. 8, jest utworzona z rur 1 o De = 9,52 mm i tworzy blok wymiarach: 400 mm x 400 mm x 65 mm, przy gęstości 12 żeber 5 na 25,4 mm, bateria 4 zawiera 3 rzędy 16 rur żłobkowanych 1, a płynem chłodniczym jest R22.

Fig. 6 odpowiada pomiarom przy skraplaniu na tej samej baterii co poprzednio, przy temperaturze wlotu powietrza 23,5°C i temperaturze skraplania 36°C płynu chłodniczego R22.

Fig. 7 odpowiada pomiarom przy skraplaniu na tej samej baterii, przy temperaturze wlotu 26,5°C, i temperaturze parowania płynu chłodniczego R22 6°C.

Fig. 9 przedstawia testowane baterie, przy prędkości powietrza odniesieni 1,25 m/s, dla różnych badanych rur (rura gładka S, rura E według wynalazku, i rury A i B ze stanu techniki).

Fig. 10 przedstawia pomiar współczynnika wymiany ciepła Hi (W/m² x K) na rurach przy parowaniu dla płynu chłodniczego R407C, w funkcji, temperatura parowania wynosiła 5°C. Pomiary były wykonane przy strumieniu ciepła 12 kW/m² i wydatku masy 100 albo 200 kg/m² x s płynu chłodniczego R407C, jak pokazano na figurze, na rurach o średnicy De równej 9,52 mm.

Fig. 2a do 2c przedstawiają widok w przekroju rury o średnicy De 8 mm i grubości Tf 0,26 mm, w którym żebra tworzą ciąg przemienny żeber trapezoidalnych o wysokości H1 i wysokości H2 < H1, w różnych skalach. Żebra mogą tworzyć ciąg żeber o wysokości H1=H i wysokości H2 = a x H1, gdzie a jest zawarte pomiędzy 0,6 i 0,9, a korzystnie zawarte pomiędzy 0,70 i 0,85, wartość a jest bliska 0,75 na fig. 2a do 2c.

Typowo, i jak pokazano na tych figurach, ten ciąg może być ciągiem przemiennym żeber o wysokości H1 i żeber o wysokości H2 rozdzielonych przez dno żłobka typowo płaskie.

Fig. 3 przedstawiają widok częściowego przekroju rury o średnicy De 9,52 mm i grubości Tf 0,30 mm. Rury żłobkowane według wynalazku nie zawierają koniecznie takiego ciągu przemiennego żeber o różnych wysokościach jak na fig. 2a do 2c, żebra mogą mieć w przybliżeniu taką samą wysokość.

Typowo, w przypadku rury o średnicy De 9,52 mm, mogą mieć:

- wysokość H żeber od 0,18 mm do 0,3 mm,

- i/lub liczbę żłobków N mniejsze od 75, i korzystnie zawarte pomiędzy 64 i 70.

Również, gdy De jest co najmniej równe 9,55 mm, mogą mieć:

- wysokość H żeber od 0,25 mm do 0,40 mm,

- liczbę żłobków N od 70 do 98.

PL 201 843 B1

W zakresie kąta wierzchołkowego, korzystny zakres kąta wierzchołkowego jest zawarty pomiędzy 20° i 28°, zakres bardziej ograniczony to 22° do 25° zapewniający najlepszy kompromis pomiędzy wymaganiami w zakresie parametrów technicznych i związanych z rozszerzalnością rur ze względu na ich mocowanie do żeber baterii.

W zakresie kąta pochylenia linii śrubowej β, korzystny zakres kąta pochylenia linii śrubowej β jest zawarty pomiędzy 22° i 30°, zakres bardziej ograniczony to 25° do 28° zapewniający najlepszy kompromis pomiędzy wymaganiami w zakresie parametrów technicznych i związanych ze stratami obciążenia. Ten kąt może zmieniać się ze średnicą wewnętrzną Di: stwierdzono, że korzystnie stosunek β/Di ma wartość większą od 2,40 /mm, korzystniej większą od 3 /mm.

Korzystnie, żebra mają profil typu trapezu z podstawą o szerokości LN i wierzchołkiem, połączonym przez brzegi boczne tworzące między sobą kąt wierzchołkowy α, jak pokazano na fig. 2c, ten wierzchołek zawiera część środkową w przybliżeniu płaską, typowo równoległą do podstawy, ale ewentualnie nachyloną w stosunku do podstawy.

Niezależnie od przypadku wierzchołek żebra tworzący mały bok trapezu może mieć brzegi zaokrąglone albo nie, to znaczy o bardzo małym promieniu krzywizny, te brzegi tworzą połączenie wierzchołka z brzegami bocznymi.

Brzegi zaokrąglone mogą mieć promień krzywizny typowo od 40 μ^ι, do 100 μm, a korzystnie od 50 um do 80 μm, jak pokazano na fig. 2a do 2c. Te zakresy promienia krzywizny odpowiadają kompromisowi pomiędzy parametrami cieplnymi rur i możliwością wykonania rur, narzędzia przeznaczone do wykonywania rur o najmniejszych promieniach krzywizny mają większą tendencję do zużywania się.

Gdy brzegi nie są zaokrąglone, jak pokazano na fig. 3, promień krzywizny może być typowo mniejszy od 50 μm, a nawet mniejszy od 20 μm.

Według wynalazku, szerokość LR płaskiego dna żłobka i szerokość LN podstawy żebra mogą być takie, że LR = b x LN przy czym b ma wartość 1 do 2, a korzystnie od 1,1 do 1,8, w taki sposób aby rura miała stosunkowo mały ciężar na metr.

Typowo i jak pokazano na fig. 2a do 2c i 3, żebra i płaskie dno żłobków mogą się łączyć przy promieniu krzywizny mniejszym od 50 μm, a korzystnie mniejszym od 20 μm. W tym przypadku, wydaje się, że będzie najlepsze odrywanie się strugi płynu chłodniczego od ścianki wewnętrznej rury, co wspomaga wymianę ciepła.

Rury według wynalazku mogą mieć, nawet przy braku żłobkowania osiowego, współczynnik Cavalliniego co najmniej równy 3,1. Mogą one mieć korzystnie współczynnik Cavalliniego co najmniej równy 3,5 a korzystnie co najmniej równy 4,0.

Współczynnik Cavalliniego Rx² który jest uwzględniany w modelach dla określania współczynnika wymiany, jest współczynnikiem ściśle geometrycznym równym:

[[2 x N x H x (1-Sin(a/2))/(3,14 x Di x Cos(a/2)) + 1]/Cose]²

W taki sposób aby jeszcze zwiększyć współczynnik Cavalliniego i jak pokazano na fig. 11, rury według wynalazku mogą ponadto zawierać żłobkowanie osiowe 30 tworzące w żebrach wycięcia o profilu typowo trójkątnym o zaokrąglonym wierzchołku, ten wierzchołek ma kąty zawarte w zakresie od 25° do 65°, część dolna albo wierzchołek jest w odległości h od dna żłobków wynoszącej od 0 mm do 0,2 mm.

Takie żłobkowanie osiowe może być uzyskane podczas tworzenia żeber przez przejście narzędzia do moletowania, żłobkującego w kierunku osiowym.

Rury żłobkowane według wynalazku mogą być wykonane z miedzi i stopów miedzi, aluminium i stopów aluminium. Te rury mogą być typowo uzyskane przez żłobkowanie rur, albo ewentualnie, przez żłobkowanie na płask taśmy metalowej a następnie wykonanie spawanej rury.

Inny przedmiot wynalazku stanowią wymienniki ciepła wykorzystujące rury według wynalazku.

Te wymienniki ciepła mogą zawierać żebra wymiany cieplna stykające się z rurami na odcinku rur, gdzie maksymalna odległość pomiędzy żebrami i rurami, na odcinku gdzie nie ma styku, jest mniejsza niż 0,01 mm, a korzystnie mniejsza niż 0,005 mm.

Inny przedmiot wynalazku stanowi wykorzystanie rur i wymienników według wynalazku, dla klimatyzatorów odwracalnych i wymienników wielorurowych takich jak chłodnice.

Próby wytwarzania rur były wykonywane dla rur z miedzi o średnicy zewnętrznej 8,0 mm albo 9,52 mm.

Wykonano rurę E według wynalazku z fig. 2a do 2c o średnicy De 8,0 mm, i z fig. 3 o średnicy De 9,52 mm, jak również rury porównawcze S lub gładkie, C, D, które mają zwiększony kąt poPL 201 843 B1 chylenia linii śrubowej P (co najmniej równy 20°), przeznaczone w stanie techniki do skraplania i rury porównawcze A i B, które mają zwiększony kąt wierzchołkowy (co najmniej równy 40°) i mały kąt pochylenia linii śrubowej (co najwyżej równy 18°) , przeznaczone w stanie techniki do parowania.

Rury E, A, B, C są wykonane przez żłobkowanie gładkiej rury z miedzi - rury S, podczas gdy rura D była wykonana przez żłobkowanie na płask taśmy metalowej a następnie wykonanie spawanej rury.

Pewna liczba prób była wykonana dla rur z miedzi o średnicy zewnętrznej De 9,52 mm. Te rury mają następujące charakterystyki:

Typ rury	H w mm	Kąta α	Kąt β	N	Typ żebra	Tf mm	Lr/Ln
E fig. 3	0,20	25	25	66	Trapezoidalne	0,30	2,3
B	0,20-0,17	40	16	74	Trójkątne przemienne	0,30	1,88
A	0,20	50	18	60	T rójkątne	0,30	2,00
C	0,20	40	30	60	T rójkątne	0,30	1,94
D	0,20	15	20	72	Podwójne żebra*	0,30	3,66
S	-	-	-	-	Rura gładka	0,30	-

* 72 żebra podstawowe o kącie pochylenia linii śrubowej β równym +20° poprzecinane żłobkami wtórnymi pochylonymi pod kątem -20° w stosunku do osi rury, głębokość żłobków jest w przybliżeniu równa wysokości żeber podstawowych.

Pewna liczba prób była wykonana dla rur z miedzi o średnicy zewnętrznej De 8,0 mm. Te rury mają następujące charakterystyki:

Typ rury	H w mm	Kąt α	Kąt β	N	Typ żebra	Tf mm	Lr/Ln
E fig. 2a	0,20-016	21	18	46	Trapezoid. przem.	0,26	2,5
B	0,18-0,16	40	18	64	Trójkątne przemienne	0,26	2,38
A	0,18	40	18	50	T rójkątne	0,26	2,33
S	-	-	-	-	Rura gładka	0,30	-

Wykonano także baterie z żebrami taka jak na fig. 8 z wykorzystaniem tych rur, umieszczając rury w osadzeniach żeber a następnie dociskając rury do brzegów osadzenia przez rozszerzanie rur za pomocą przebijaka wierzchołkowego. Te baterie tworzą blok o wymiarach: 400 mm x 400 mm x 65 mm, gęstości 12 żeber na 25,4 mm, bateria zawiera 3 rzędy 16 rur, płynem chłodniczym był R22.

Uzyskane wyniki są ukazane na fig. 4 do 7, i 9 do 10. Wyniki uzyskane dla rur przedstawiają się następująco:

A) Wyniki uzyskane przy skraplaniu z płynem chłodniczym R22 dla rur o De równej 9,52 mm:

Rury =>	E Fig. 3	A	C	D	S
Właściwości
Ciężar g/m	89	93,5	95	95	78
Straty obciąż dP**	2500±100	-	2400±100	3000±100
Wsp. Cavalliniego	3,94	2,72	3,53	—	1
Śr. Wsp. Wymiany Hi*	6850 ± 50	4950 ± 50	6300 ± 50	6000 ± 50	2850 ± 50

* Współczynnik wymiany Hi w W/m² K dla wydatku płynu G równego 350 Kg/m² x s.

₂

Warunki pomiaru: temperatura 30°C, długość rury 6 m, i wydatek płynu G równy 350 kg/m² x s ** w Pa/m mierzony dla wydatku płynu G równego 350 kg/m² x s

PL 201 843 B1

B) Wyniki uzyskane dla przy parowaniu z płynem chłodniczym R22 dla rur o De równej 8,0 mm:

Rury =>	E Fig. 2a	B	A	S
Właściwości
Ciężar g/m	66	66	66	66
Straty obciąż dP**	6700±100	8000± 100	7000±100	5800±100
Wsp. Cavalliniego	3,13	3,02	2,68	1
Śr. Wsp. Wymiany	10500±100	9500±100	8500±100	4500 ±100

* Współczynnik wymiany Hi w W/m² x K dla wydatku płynu G równego 200 Kg/m² x s.

Warunki pomiaru: temperatura 0°C, długość rury 3 m, flux de 10 a 12 kW/m² x K, zawartość pary od 0,2 do 0,9, i wydatek płynu G równy 200 kg/rms ₂ ** w Pa/m mierzony dla wydatku płynu G równego 200 kg/m ^s

C) Wyniki uzyskane dla przy parowaniu z płynem chłodniczym R407C dla rur o De równej 9,52 mm:

Rury =>	E Fig. 3	B
Właściwości
Ciężar g/m	89	92,3
Wsp. Cavalliniego	3,94	3,3
Straty obciąż dP* ^**	600 ± 40	700 ± 40
Lokaln. Wsp. Wymiany Hi:*	6000 ±100	2500 ±100
Straty obciąż dP**	1200±40	1200±40
Śr. Wsp. Wymiany Hi**	11000±100	3000 ±100

₂

Warunki pomiaru: temperatura 5°C i strumień 12 kw/m² x K. Patrz fig.10.

* Współczynnik wymiany Hi w W/m2 x K i straty obciążenia dP w Pa/m określone przy wydatku płynu G równym 100 Kg/m² x s i przy zawartości pary 0,6.

** Współczynnik wymiany Hi w W/m² x K i straty obciążenia dP w Pa/m określone przy wydatku płynu G równym 200 Kg/m² x s i przy zawartości pary 0,3.

Wyniki uzyskane dla baterii przedstawiają się następująco:

Baterie	E	B	A	S
Właściwości
Moc* Skraplania(wat) Fig. 6	5025±150	4230 ±127	4100±164	4050±121
Moc** Parowania(wat) Fig. 7	4650± 140	4350+175	4200 ± 90	4050±121

* dla prędkości czołowej powietrza przyjętej jako równa 2,8 m/s.

** dla prędkości czołowej powietrza przyjętej jako równa 1,5 m/s

Wszystkie te wyniki wskazują, że rury i wymienniki albo baterie rur według wynalazku mają właściwości lepsze od analogicznych produktów ze stanu techniki, jednocześnie przy parowaniu i przy skraplaniu.

W konsekwencji, i w sposób nieoczekiwany, rury według wynalazku nie stanowią jedynie dobrego kompromisu parametrów przy parowaniu i przy skraplaniu, ale mają także w sensie, bezwzględnym, doskonałe parametry w stosunku do rur ze stanu techniki stosowanych przy parowaniu i stosowanych przy skraplaniu, co jest wielką zaletą praktyczną.

Ponadto, w zakresie ciężaru na metr, wartości uzyskane dla rur według wynalazku odpowiadają poprawie od 3,7% do 6,7% w stosunku do rur ze stanu techniki, przy tej samej średnica i tej samej grubości Tf, co należy uznać za bardzo istotne.

Rury według wynalazku typu E mogą być wytwarzane korzystnie przez szybkie żłobkowanie rur z miedzi nieżłobkowanych gładkich, typowo z prędkością żłobkowania bliską prędkości stosowanej dla rur typu B, to znaczy co najmniej 80 m/min.

Claims

1. Rura nawrotna żłobkowana dla wymiennika ciepł a, posiadają ca grubość Tf na dnie żłobka, średnicę zewnętrzną De, przeznaczona zwłaszcza dla odpowiedniego wymiennika ciepła pracującego przy parowaniu albo przy skraplaniu, przy czym rura jest żłobkowana wewnętrznie N żebrami śrubowymi o kącie wierzchołkowym α, wysokości H, szerokości podstawy LN i kącie pochylenia linii śrubowej β, a dwa kolejne żebra są rozdzielone przez żłobek typowo o płaskim dnie szerokości LR, i o skoku linii śrubowej P równym LR +LN, znamienna tym, że średnica zewnętrzna De jest zawarta pomiędzy 4 i 20 mm, liczba N ż eber wynosi od 46 do 98, wysokość H ż eber wynosi od 0,18 mm do 0,40 mm, ką t wierzchołkowy α wynosi od 15° do 30°, kąt pochylenia linii śrubowej β wynosi od 18° do 35°, rura ma współczynnik Cavalliniego co najmniej równy 3,1.

2. Rura wedł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e dla ś rednicy zewnę trznej De mniejszej albo równej 9,55 mm, wysokość H żeber wynosi od 0,18 mm do 0,3 mm, a korzystnie od 0,20 mm do 0,25 mm, i/lub liczba N żeber jest mniejsza od 75, a korzystnie od 64 do 70.

3. Rura wed ł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e dla ś rednicy zewnę trznej De co najmniej równej 9,55 mm, wysokość H żeber wynosi od 0,25 mm do 0,40 mm, a liczba N żeber od 70 do 98.

4. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo, 3, znamienna tym, ż e żebra tworzą ciąg ż eber o wysokości H1 = H i wysokości H2 = a x H1, gdzie a jest zawarte pomiędzy 0,6 i 0,9.

5. Rura wed ł ug zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, ż e cią g jest cią giem przemiennym żeber o wysokości H1 i żeber o wysokości H2 rozdzielonych przez dno żłobka typowo płaskie.

6. Rura według zastrz. 1, znamienna tym, ż e kąt wierzchołkowy a jest zawarty w zakresie od 20° do 28°.

7. Rura według zastrz. 6, znamienna tym, że kąt wierzchołkowy α jest zawarty w zakresie od 22° do 25°.

8. Rura według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt pochylenia linii śrubowej β jest zawarty w zakresie od 22° do 30°.

9. Rura wedł ug zastrz. 1, albo 8, znamienna tym, ż e ką t pochylenia linii ś rubowej β jest zawarty w zakresie od 25° do 28°.

10. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że żebra mają profil typu trapezu z podstawą i wierzchołkiem, przy czym ten wierzchołek zawiera część ś rodkową w przybliżeniu płaską, i ewentualnie nachyloną w stosunku do podstawy.

11. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że wierzchołek żebra tworzący mały bok trapezu ma krawędzie zaokrąglone.

12. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że zaokrąglony wierzchołek albo zaokrąglone boki mają promień krzywizny typowo od 40 μm do 100 μm, a korzystnie od 50 μm do 80 μm.

13. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że szerokość LR płaskiego dna żłobka i szerokość LN podstawy żebra są takie, że LR = b x LN przy czym b ma wartość 1 do 2, a korzystnie od 1,1 do 1,8.

14. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że żebra i płaskie dno żłobków są połączone przy promieniu krzywizny mniejszym od 50 μm, a korzystnie mniejszym od 20 μm.

15. Rura według zastrz. 1, znamienna tym, że współczynnik Cavalliniego jest co najmniej równy 3,5, a korzystnie co najmniej równy 4,0.

16. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienna tym, że ponadto zawiera żłobkowanie osiowe, tworzące w żebrach wycięcia o profilu typowo trójkątnym o zaokrąglonym wierzchołku, ten wierzchołek ma kąt γ zawarty w zakresie od 25° do 65°, część dolna albo wierzchołek jest w odległości h od dna żłobków wynoszącej od 0 mm do 0,2 mm.

17. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 6, albo 7, albo 8, albo 15, znamienna tym, że jest wykonana z miedzi i stopów miedzi, aluminium i stopów aluminium.

18. Rura według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 6, albo 7, albo 8, albo 15, znamienna tym, że jest uzyskana przez żłobkowanie rur, albo ewentualnie, przez żłobkowanie na płask taśmy metalowej, a następnie wykonanie spawanej rury.

19. Wymiennik ciepła wykorzystujący rurę według zastrz. od 1 do 18.

20. Zastosowanie rury określonej w zastrz. od 1 do 18 i wymiennika określonego w zastrz. 19, do klimatyzatora odwracalnego i wymiennika wielorurowego takiego jak chłodnica.