DE102012005513A1

DE102012005513A1 - Wärmetauscher, Verfahren zu seiner Herstellung sowie verschiedene Anlagen mit einem derartigen Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102012005513A1
Application number: DE102012005513A
Authority: DE
Inventors: Jörg Kirchner; Bengt Viklund
Original assignee: BUNDY REFRIGERATION GmbH
Current assignee: Grandholm Production Services Ltd Gb
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-19
Also published as: MX2014010812A; EP2828598B1; BR112014023031B1; TR201908573T4; MX369390B; EP2828598A1; US20150053379A1; WO2013139507A1; PL2828598T3

Abstract

Wärmetauscher 1 zum Abführen von Wärme aus einem Medium mit mindestens einem in einem Gehäuse angeordneten serpentinenförmigen Flügelrohr 20 dessen geradlinige Flügelabschnitte 30 derart angeordnet sind, dass die Flügel 24 der Flügelabschnitte 30 mit einer Strömungsrichtung S einen Winkel im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° einschließen.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus einem Medium, ein serpentinenförmiges Flügelrohr als ein wesentlicher Bestandteil eines derartigen Wärmetauschers, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen serpentinenförmigen Flügelrohrs sowie ein Verfahren zur Herstellung des oben genannten Wärmetauschers.
2. Hintergrund der Erfindung
Wärmetauscher sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie werden in Kühlsystemen und Klimaanlagen bzw. Klimasystemen eingesetzt, um einem erwärmten Medium Wärme zu entziehen und diese an die Umgebung abzugeben. Aufgrund dieser Funktionalität werden die Wärmetauscher basierend auf der Umwandlung des in ihnen abzukühlenden Mediums auch als Verflüssiger oder Verdampfer bezeichnet.
Derartige Wärmetauscher bestehen gewöhnlich aus mindestens zwei gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden, zwischen denen eine aus Rohren bestehende Gitterstruktur angeordnet ist. Diese Rohre bilden einen Durchflusspfad, durch den ein abzukühlendes Medium geleitet werden kann. Die Außenseite der Rohre wird beispielsweise durch einen Luftstrom umspült, der mithilfe eines Gebläses auf die Rohranordnung geleitet wird.
In Abhängigkeit von der Art der Rohranordnung der Rohre, die dem kühlenden Luft- oder Gasstrom ausgesetzt ist, kühlt das in den Rohren geleitete Medium ab. Um den Wärmeentzug durch das umspülende Medium zu vergrößern, wird beispielsweise die umspülte Rohroberfläche vergrößert. Zu diesem Zweck sind die Rohre des Wärmetauschers mit radial abstehenden Flügeln, sogenannten Flügelrohren, ausgestattet, wie sie beispielgebend in WO 2009/068979 offenbart sind. Derartige Flügelrohre bestehen aus wärmeleitfähigen Metallen oder Legierungen davon, wie beispielsweise Stahl, Stahllegierung, Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die Flügelrohre werden entweder durch Walzen oder durch Metall-Extrusion hergestellt.
In dem Wärmetauscher der WO 2009/068979 sind mehrere geradlinige Flügelrohre zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden angeordnet. Jeweils im Bereich der Seitenwände sind die geradlinigen Flügelrohre über gebogene Verbindungsstücke miteinander verbunden. Derartige Verbindungsstücke werden einzeln mit den beiden zu verbindenden geradlinigen Flügelrohren verlötet, um eine flüssigkeitsdichte oder gasdichte Verbindung zwischen den beiden geradlinigen Flügelrohren herzustellen. Dieses Herstellungsverfahren des Wärmetauschers ist aufgrund der Vielzahl der Arbeitsschritte arbeitsaufwändig und somit teuer. Des Weiteren sind die geradlinigen Flügelrohre gleichmäßig im Verhältnis zueinander angeordnet, was zu einer Abschattung benachbarter Flügelrohre und somit zu einer reduzierten Effizienz des Wärmetauschers führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei zu engmaschiger Anordnung der Rohre des Wärmetauschers Verschmutzung auftreten kann, die regelmäßig zu entfernen ist. Dies wird besonders deutlich, wenn Lamellenstrukturen in dem Wärmetauscher eingesetzt werden. Entsprechend ist ein hoher Wartungsaufwand erforderlich, um den Wärmetauscher regelmäßig zu reinigen.
Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Wärmetauscher mit im Vergleich zum Stand der Technik verbesserter Effizienz, geringem Wartungsaufwand und basierend auf einem vereinfachten Herstellungsverfahren bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
Vorliegende Erfindung umfasst einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus einem Medium, der die folgenden Merkmale aufweist: mindestens zwei Außenwände, die zwischen sich eine Öffnung definieren, durch die ein Gasstrom in einer Strömungsrichtung leitbar ist, mindestens ein erstes und ein zweites serpentinenförmiges Flügelrohr bestehend aus einem Rohr und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend, erstreckenden Flügeln, wobei jeweils das Flügelrohr mindestens zwei geradlinige Flügelabschnitte verbunden über flügellose gebogene Rohrabschnitte aufweist, die Flügelabschnitte des mindestens ersten und zweiten Flügelrohrs sind jeweils in mindestens einer Rohrebene pro Flügelrohr angeordnet, die senkrecht zur Strömungsrichtung orientiert ist, wobei die Flügel der Flügelabschnitte zumindest des ersten Flügelrohrs in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Flügelebenen angeordnet sind, die in einem definierten Winkel bezogen auf die Strömungsrichtung im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Wärmetauschers basiert auf mindestens einem in Form einer Schlangenlinie oder Serpentine gebogenen Flügelrohr, durch welches ein abzukühlendes Medium geleitet werden kann. Dieses schlangenlinienförmig gebogene Flügelrohr umfasst geradlinige Flügelabschnitte, die dem umströmenden und kühlenden Medium im späteren Wärmetauscher ausgesetzt sind sowie gebogene flügellose Rohrabschnitte, die zwei benachbarte geradlinige Flügelabschnitte miteinander verbinden. Da das serpentinenförmige Flügelrohr vorzugsweise integral ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform durch die Extrusion von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sind auch die geradlinigen Flügelabschnitte und die flügellosen gebogenen Rohrabschnitte integral miteinander verbunden und erfordern keine zusätzlichen Verbindungsverfahren, wie beispielsweise das Hartlöten, während der Herstellung des Wärmetauschers. Des Weiteren sind bevorzugt die geradlinigen Flügelabschnitte des serpentinenförmigen Flügelrohrs in mindestens einer Rohrebene senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet, um eine geordnete Gitterstruktur des Wärmetauschers und damit eine Anströmung einer möglichst großen Oberfläche des Wärmetauschers durch das kühlende Medium zu gewährleisten.
Damit zum Anströmen durch das kühlende Medium eine ausreichend große Oberfläche durch das serpentinenförmige Flügelrohr bereitgestellt wird, sind die Flügel der Flügelabschnitte des serpentinenförmigen Flügelrohrs in einem definierten Winkel bezogen auf die Strömungsrichtung des einströmenden kühlenden Mediums oder in einem definierten Winkel bezogen auf die Normale der Rohrebene, in der die Flügelabschnitte angeordnet sind, ausgerichtet. Dieser definierte Winkel der Flügel der Flügelabschnitte erstreckt sich in einem Bereich von 10° ≤ α ≤ 30°. Mithilfe der Variation des Winkels der Flügel der Flügelabschnitte ist einerseits die Größe der angeströmten Oberfläche des Wärmetauschers einstellbar. Zudem ist es möglich, gleiche oder unterschiedliche Anströmverhältnisse innerhalb des Wärmetauschers bereitzustellen. Aufgrund dieser Variabilität lässt sich beispielsweise eine Abschattung von in Strömungsrichtung nachgelagerten Flügelabschnitten reduzieren, was wiederum die Effizienz des Wärmetauschers verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die Flügelabschnitte des mindestens ersten und zweiten serpentinenförmigen Flügelrohrs des Wärmetauschers in zwei Rohrebenen pro Flügelrohr derart angeordnet, dass benachbarte Flügelabschnitte eines Flügelrohrs in unterschiedlichen Rohrebenen angeordnet sind. Des Weiteren ist es bevorzugt, die Flügel der Flügelabschnitte des zweiten Flügelrohrs in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten zweiten Flügelebenen anzuordnen, die in einem zweiten definierten Winkel bezogen auf die Strömungsrichtung im Bereich von 10° ≤ β ≤ 30° angeordnet sind. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung dieser Anordnung liegen der erste oder der zweite oder der erste und der zweite definierte Winkel in einem Bereich von 10° ≤ α, β ≤ 20°, weiter bevorzugt in einem Bereich von 12° ≤ α, β ≤ 18° und noch mehr bevorzugt bei einem Winkel von 15°.
In Abhängigkeit von den oben genannten Winkelbereichen verändert sich die dem anströmenden Medium, beispielsweise Luft, entgegen gestellte Oberfläche in ihrer Größe sowie die Verwirbelung des einströmenden kühlenden Mediums im Wärmetauscher, sodass sich der Entzug von Wärme aus dem in den Flügelrohren geleiteten Medium sukzessive steigert. Es hat sich gezeigt, dass eine gesteigerte Effizienz des Wärmetauschers bei einer Einstellung der Flügel der Flügelabschnitte in einem Winkel von 12–18° und noch besser von 15° in Bezug auf die Strömungsrichtung oder die Normale der Rohrebene erreichbar ist. Allgemein sind bereits zufriedenstellende Wärmetauscher-Ergebnisse in einem Winkelbereich der Flügelabschnitte von 10°–30° erzielbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind die Flügelabschnitte des mindestens ersten und zweiten Flügelrohrs in Strömungsrichtung nebeneinander und/oder versetzt zueinander angeordnet. Zudem werden gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung mindestens drei oder vier serpentinenförmige Flügelrohre verwendet, deren Flügelabschnitte jeweils in mindestens einer Rohrebene pro Flügelrohr angeordnet sind.
Um einen kompakten und leistungsfähigen Wärmetauscher bereitzustellen ist es zudem bevorzugt, die flügellosen gebogenen Abschnitte des serpentinenförmigen Flügelrohrs jeweils an einer Seite der serpentinenförmigen Flügelrohre in einer Mehrzahl von zueinander parallelen Biegeebenen anzuordnen, die in einem Winkel zur Rohrebene des Flügelrohrs verlaufen, der dem Winkel der Flügelebene bezogen auf die Strömungsrichtung entspricht. Dies ist gerade dann von Vorteil, wenn die serpentinenförmigen Flügelrohre gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung integrale, vorzugsweise extrudierte, Flügelrohre bevorzugte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind. Basierend auf der oben beschriebenen Form der Flügelrohre bestehend aus Flügelabschnitt und flügellosen gebogenen Abschnitten ist es dann möglich, die flügellosen gebogenen Abschnitte in dafür vorgesehene Langlöcher in den Seitenwänden des Wärmetauschers einzusetzen und dort zu halten. Weitere Befestigungsverfahren oder Verbindungsverfahren zwischen den gebogenen Abschnitten und den Flügelabschnitten sind daher zunächst nicht erforderlich, wenn die serpentinenförmigen Flügelrohre als integrale Flügelrohre realisiert sind.
Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein serpentinenförmiges Flügelrohr für den oben beschriebenen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus einem in dem serpentinenförmigen Flügelrohr geleiteten Medium. Dieses serpentinenförmige Flügelrohr umfasst die folgenden Merkmale: ein Rohr und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend, erstreckende Flügel, wobei das Flügelrohr mindestens drei geradlinige Flügelabschnitte verbunden über flügellose gebogene Rohrabschnitte aufweist, die Flügelabschnitte des serpentinenförmigen Flügelrohrs sind in mindestens einer Rohrebene angeordnet, wobei die Flügel der Flügelabschnitte in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Flügelebenen angeordnet sind, die in einem definierten Winkel bezogen auf eine Normale der ersten Rohrebene im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind. Die bevorzugten konstruktiven Eigenschaften des serpentinenförmigen Flügelrohrs wurden bereits oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäß bevorzugten Wärmetauscher diskutiert.
Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Verfahren zum Herstellen eines serpentinenförmigen Flügelrohrs, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines geradlinigen Flügelrohrs bestehend aus einem Rohr und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend, erstreckenden Hügeln, entfernen der Flügel in bestimmten Teilbereichen, sodass geradlinige flügellose Rohrabschnitte angrenzend an Flügelabschnitte entstehen, Biegen der flügellosen Rohrabschnitte in einer 180°-Krümmung, sodass die Flügelabschnitte in einer Ebene liegen und die Flügel der Flügelabschnitte annähernd senkrecht zu dieser Ebene orientiert sind, und Verdrehen von aneinander angrenzenden U-förmigen Abschnitten jeweils bestehend aus zwei benachbarten Flügelabschnitten verbunden durch einen gebogenen flügellosen Rohrabschnitt gegeneinander derart, dass zumindest jeweils ein erster Flügelabschnitt des U-förmigen Abschnitts in einer ersten Rohrebene angeordnet ist und die Flügel der Flügelabschnitte in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Flügelebenen angeordnet sind, die in einem definierten Winkel bezogen auf eine Normale der ersten Rohrebene im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Erfindungsgemäß werden die serpentinenförmigen Flügelrohre, die das Kernstück des Wärmetauschers bilden, aus einem einteiligen Flügelrohr hergestellt. Die geradlinigen Flügelabschnitte liegen beispielsweise schon nach dem Extrudieren des Flügelrohrs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung vor. Die späteren gebogenen flügellosen Rohrabschnitte werden durch Entfernen der Flügel von dem vorliegenden Flügelrohr erzeugt. Zum Bereitstellen einer übersichtlichen Ordnung und strukturierten Anordnung der Flügelabschnitte im späteren Wärmetauscher werden benachbarte Flügelabschnitte jeweils paarweise in U-förmigen Abschnitten angeordnet. Dabei sind die paarweisen Flügelabschnitte über die flügellosen Rohrabschnitte und deren entsprechende Biegung miteinander verbunden. Um nun ein serpentinenförmiges Rohr mit einer Ausrichtung der Flügel in einem bestimmten Winkel zur späteren Strömungsrichtung des kühlenden Mediums herzustellen, werden die U-förmigen Abschnitte aus einer gemeinsamen Ebene des serpentinenförmigen Flügelrohrs derart gegeneinander verdreht, dass die Flügel der Flügelabschnitte in Bezug auf die spätere Strömungsrichtung in einem Winkel von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind. Es ist bevorzugt, die U-förmigen Abschnitte des serpentinenförmigen Flügelrohrs derart gegeneinander zu verdrehen, dass die benachbarten Flügelabschnitte eines U-förmigen Abschnitts in einer ersten und einer zweiten Rohrebene angeordnet sind. Jeweils bezogen auf die Normale der Rohrebene oder die Strömungsrichtung des später einströmenden kühlenden Mediums sind die Flügel der Flügelabschnitte der ersten und zweiten Rohrebene in einem Winkelbereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet. Da dieser Winkel jeweils den kleinsten Drehwinkel zwischen Flügel und Normale der Rohrebene oder Strömungsrichtung betrifft, können die Flügel in einem mathematischen Winkelbereich von 10° ≤ α ≤ 30° und –30° ≤ α ≤ –10° um die Strömungsrichtung oder die Normale der Rohrebene angeordnet sein, der im Weiteren aber vorzeichenunabhängig als Winkel im Bereich von 10°–30° diskutiert wird. Dieses Verständnis gilt auch für die übrigen im Folgenden diskutierten Winkel.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Wärmetauschers, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses bestehend aus mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden mit einer Mehrzahl von, vorzugsweise parallel zueinander angeordneten, Langlöchern, Einsetzen mindestens eines serpentinenförmigen Flügelrohrs in die Mehrzahl von Langlöchern der gegenüberliegenden Seitenwände derart, dass eine Mehrzahl von gebogenen flügellosen Rohrabschnitten in die Mehrzahl von Langlöchern eingreift, und anschließend von jeweils einer Verbindungsleitung an die offenen Enden des serpentinenförmigen Flügelrohrs. Gemäß eines weiteren bevorzugten Verfahrensschritts werden zwei, drei, vier oder mehr serpentinenförmige Flügelrohre in die Mehrzahl von Langlöchern eingesetzt und es werden die serpentinenförmigen Flügelrohre miteinander verbunden.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Klimaanlage, eine Kühlanlage sowie eine Solarthermieanlage mit einem Wärmetauscher, wie er oben beschrieben worden ist.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß bevorzugten Wärmetauschers,
2 eine Seitenansicht des Wärmetauschers aus 1,
3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
4 eine Seitenansicht des Wärmetauschers aus 3,
5 eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs aus 4,
6 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines serpentinenförmigen Flügelrohrs,
7 eine Seitenansicht des serpentinenförmigen Flügelrohrs aus 6,
8 eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs aus 7,
9 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines serpentinenförmigen Flügelrohrs,
10 eine Seitenansicht des serpentinenförmigen Flügelrohrs aus 9,
11 eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs aus 10,
12 eine bevorzugte Ausführungsform eines serpentinenförmigen Flügelrohrs mit den Flügelabschnitten in nur einer Rohrebene,
13 eine bevorzugte Ausführungsform eines serpentinenförmigen Flügelrohrs mit den Flügelabschnitten in einer ersten und einer zweiten Rohrebene,
14 Installationssequenzen gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers,
15 eine bevorzugter Zusammenhang zwischen der Energieabgabe des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Winkelorientierung der Flügel des serpentinenförmigen Flügelrohrs,
16 eine bevorzugte normierte Energieabfuhr von Wärmetauschern unterschiedlicher Konstruktion in Abhängigkeit vom Winkel der Flügel zur Strömungsrichtung, wenn die Anordnung der Flügelabschnitte in Bezug zueinandder verändert wird,
17 eine vergrößerte Darstellung eines bevorzugten Flügelrohrs mit Flügelabschnitten und einem flügellosen Rohrabschnitt,
18 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Herstellungsverfahrens eines serpentinenförmigen Flügelrohrs,
19 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Herstellungsverfahrens eines Wärmetauschers.
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den 1 und 3 sind bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 gezeigt. Der Wärmetauscher 1 umfasst ein Gehäuse mit mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden 10. Bevorzugte weist das Gehäuse vier als Rechteck angeordnete Seitenwände 10 sowie eine Frontplatte 12 auf, die eine Einlass- oder Auslassöffnung 14 definiert. Gegenüber der Einlass- oder Auslassöffnung 14 ist das Gehäuse offen oder es weist eine weitere Öffnung (nicht gezeigt) auf. Basierend auf dieser Konstruktion kann Luft oder ein anderes kühlendes gasförmiges Medium durch das Gehäuse in einer Strömungsrichtung S (vgl. 1) geleitet werden. Die Seitenwände 10 bestehen gemäß einer Ausführungsform aus Blech mit einer lackierten oder anderweitig korrosionsbeständig beschichteten Oberfläche. Auf diese Weise hält das Gehäuse den thermischen Belastungen sowie den Belastungen durch Feuchtigkeit stand. Wenn beschichtete oder lackierte Bleche zur Herstellung des Gehäuses verwendet werden, dann werden diese vorzugsweise mittels Clinchen oder Nieten mit einander verbunden, um die Bleche bzw. die darauf befindliche Schutzschicht oder Oberflächenvergütung nicht zu beschädigen. Es ist natürlich ebenfalls bevorzugt, das Gehäuse aus Kunststoff herzustellen, solange die Anforderungen an Stabilität und Lebensdauer des Gehäuses erfüllt sind.
Gewöhnlich wird Luft in Strömungsrichtung S durch das Gehäuse geleitet. Dazu wird sie mit einem entsprechenden Gebläse (nicht gezeigt), das vorzugsweise an der Rückseite des Wärmetauschers 1 angeordnet ist, in Strömungsrichtung S bewegt, beispielsweise gesaugt. Es ist ebenfalls denkbar, die Luft mittels Gebläse durch den Wärmetauscher 1 zu blasen.
Der Wärmetauscher 1 umfasst eine Mehrzahl von Flügelrohren 20, die innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers angeordnet sind. Vorzugsweise erstrecken sich die Flügelrohre 20 quer zur Strömungsrichtung S und sind in regelmäßigen Abständen in einer gitterähnlichen Struktur angeordnet. Beispielgebend zeigt 17 eine bevorzugte Ausführungsform eines Flügelrohrs 20 bestehend aus einem Rohr 22 und sich radial davon erstreckenden Flügeln 24. Vorzugsweise sind die Flügel 24 einander gegenüberliegend angeordnet und geradlinig ausgebildet. Es ist ebenfalls denkbar, die Flügel 24 in einer gewellten oder durchbrochenen Struktur vorzusehen oder mehr als zwei radiale Flügel 24 am Rohr 22 umfänglich verteilt anzuordnen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Flügelrohr 20 aus extrudiertem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Flügelrohr 20 kann ebenfalls auf andere Weise als durch Extrudieren hergestellt werden, wie beispielsweise durch Walzen. Zudem sind für derartige Flügelrohre 20 alle wärmeleitfähigen Stoffe geeignet, mit denen sich ein Flügelrohr 20 herstellen lässt.
Das Flügelrohr 20 ist innen hohl, sodass ein Medium, beispielsweise Flüssigkeiten oder Gase, durch das Flügelrohr 20 geleitet werden können. Strömt beispielsweise Luft in Strömungsrichtung S durch den Wärmetauscher 1 und somit an dem Flügelrohr 20 vorbei, wird durch den Luftstrom dem im Flügelrohr 20 geleiteten Medium Wärme entzogen und an die Umwelt abgeführt. Die Flügel 24 des Flügelrohrs 20 stellen dabei eine große Oberfläche bereit, sodass die vorbeiströmende Luft dem Medium im Flügelrohr 20 Wärme entziehen kann, sofern die Lufttemperatur geringer ist als die Temperatur des Mediums im Flügelrohr 20. (vgl. 17)
Vorzugsweise wird das Flügelrohr 20 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise Metall, hergestellt (vgl. 18). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung derartiger Flügelrohre wird das Flügelrohr 20 extrudiert (SI). Das Rohr 22 umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Außendurchmesser von ungefähr 8 mm und eine Wandstärke von ca. 0,7 mm. Die Flügel 24 erstrecken sich in radialer Richtung gegenüberliegend voneinander über jeweils 7 mm. Somit hat das Flügelrohr 20 mit Flügeln 24 eine Gesamtbreite von ca. 22 mm. Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden andere als die oben beschriebenen Materialien und Dimensionen zur Herstellung des Flügelrohrs 20 verwendet, sofern sie den Anforderungen des Wärmetauschers 1 entsprechen.
Nachdem das Flügelrohr 20 als ein zusammenhängender Teil hergestellt worden ist (SI), werden in bestimmten Teilbereichen in Längsrichtung des Flügelrohrs 20 die Flügel 24 entfernt (SII). Dadurch entstehen Flügelabschnitte 30 und flügellose Rohrabschnitte 40, wie es in 17 gezeigt ist. Wie man anhand der 1 und 3 erkennen kann, sind im Wärmetauscher 1 die Flügelabschnitte 30 im Wesentlichen zwischen den Seitenwänden 10 angeordnet und werden in Strömungsrichtung S umströmt. Die flügellosen Rohrabschnitte 40 sind gebogen ausgebildet und im Bereich der Seitenwände 10 angeordnet, um das Flügelrohr 20 innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers 1 zu halten.
Nachdem das Flügelrohr 20 hergestellt und die Flügel 24 in Teilbereichen entfernt worden sind, liegt ein geradliniges Flügelrohr 20 bestehend aus geradlinigen Flügelabschnitte 30 und geradlinigen flügellosen Rohrabschnitten 40 vor. Nachfolgend werden die flügellosen Rohrabschnitte 40 um 180° gebogen, sodass ein serpentinenförmiges Flügelrohr 20 vorliegt. Innerhalb des serpentinenförmigen Flügelrohrs 20 ergeben sich U-förmige Abschnitte 26 mit jeweils zwei zueinander benachbarten Flügelabschnitten 30, die über einen gebogenen flügellosen Rohrabschnitt 40 miteinander verbunden sind (vgl. 12). Das serpentinenförmige Flügelrohr 20 ist vorzugsweise derart gebogen (SIII), dass die Flügelabschnitte 30 in einer gemeinsamen Rohrebene R1 liegen und die Flügel 24 quer zu dieser Rohrebene R1 orientiert sind.
Nachfolgend werden zueinander benachbarte U-förmige Abschnitte 26a, 26b, 26c derart verdreht (SIV), dass ein Teil der parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte 30 außerhalb der Rohrebene R1 liegen (vgl. 7, 8, 10, 11, 13). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, werden die U-förmigen Abschnitten 26a, 26b, 26c derart um ihre längsverlaufende Mittelachse gedreht, dass die U-förmigen Abschnitte 26a, 26b, 26c danach parallel zueinander ausgerichtet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser parallelen Anordnung der U-förmigen Abschnitte 26a–26c befindet sich jeweils ein Rohrabschnitt 30 eines U-förmigen Abschnitts 26a in Rohrebene R1 und der andere Rohrabschnitt 30 des U-förmigen Abschnitts 26a in Rohrebene R2. Es ist ebenfalls bevorzugt, die U-förmigen Abschnitte 26a–26c derart zu verdrehen, dass die Rohrabschnitte 30 in weiteren Rohrebenen (nicht gezeigt) angeordnet sind. Nach Einbau des serpentinenförmigen Flügelrohrs 20 im Gehäuse des Wärmetauschers 1 sind die Rohrebenen R1 und R2 und somit die Rohabschnitte 30 vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung S angeordnet, wie es beispielsweise anhand von 1 zu erkennen ist.
Vorzugsweise ist in einem Wärmetauscher 1 mindestens ein serpentinenförmiges Flügelrohr 20 angeordnet. Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen werden zwei, drei, vier oder mehr serpentinenförmige Flügelrohre 20a, 20b, 20c, 20d im Gehäuse des Wärmetauschers 1 installiert, wie es in den 1, 2, 4, 14 erkennbar ist.
Während die sich quer zur Strömungsrichtung S erstreckenden Flügelabschnitte 30 zwischen den Seitenwänden 10 angeordnet sind, werden die flügellosen gebogenen Rohrabschnitte 40 in jeweils einem Langloch 16 (vg. 2) positioniert und gehalten. Die Langlöcher 16 sind entsprechend der Größe der flügellosen gebogenen Rohrabschnitte 40 und deren Neigung im Vergleich zu einer der Rohrebenen R1, R2 ausgebildet. Um das mindestens eine serpentinenförmige Flügelroh 20 im Wärmetauscher 1 zu halten, werden die flügellosen gebogenen Rohrabschnitte 40 in beiden gegenüberliegenden Seitenwänden 10 in den dafür vorgesehenen Langlöchern 16 eingesetzt und gehalten (SIV). Da diese Seitenwände 10 in einem definierten Abstand zueinander im Wärmetauscher 1 fixiert sind, können sich die serpentinenförmigen Flügelrohre 20 nicht aus den Langlöchern 16 lösen und sind auf einfach Weise dauerhaft befestigt.
Wie man anhand von 4 erkennen kann, die einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in 3 wiedergibt, sind vier serpentinenförmige Flügelrohre 20 im Wärmetauscher 1 installiert. Die Flügelabschnitte 30 jedes serpentinenförmigen Flügelrohrs 20 sind jeweils in zwei Rohrebenen R1, R2 angeordnet. Zudem sind die in Strömungsrichtung S gesehen benachbarten Flügelabschnitte 30 unterschiedlicher serpentinenförmiger Flügelrohre 20 nebeneinander angeordnet. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Flügelabschnitte 30 versetzt zueinander anzuordnen, um ihre Umströmung zu verändern (nicht gezeigt).
Nachdem das Gehäuse bestehend aus den mindestens zwei Seitenwänden 10 bereitgestellt worden ist (Schritt H1), werden die serpentinenförmigen Flügelrohre 20 in die Langlöcher 16 der Seitenwände 10 eingesetzt (Schritt H2). Anschließend werden die Seitenwände 10 über mindestens eine weitere Gehäusewand, beispielsweise die Frontplatte 12, aneinander befestigt oder auf einer Grundplatte montiert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Seitenwände 10 in einem definierten Abstand zueinander festgelegt sind, sodass die serpentinenförmigen Flügelrohre 20 nicht aus den Langlöchern 16 herausfallen können (vgl. 14). Danach werden benachbarte serpentinenförmige Flügelrohre 20 miteinander verbunden, um einen durchgehenden Strömungsweg des abzukühlenden Mediums durch alle im Wärmetauscher 1 verbauten serpentinenförmigen Flügelrohre 20 bereitzustellen (Schritt H3). (vgl. 19) Nachfolgend werden Anschlussrohre mit dem Eingang und dem Ausgang der miteinander verbundenen serpentinenförmigen Flügelrohre 20 verbunden, vorzugsweise gelötet, um den Wärmetauscher 1 in eine Kühlanlage, eine Klimaanlage oder eine Solarthermieanlage integrieren zu können (Schritt H4). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Wärmetauscher 1 mit einem eigenen Gebläse (nicht gezeigt) ausgestattet, mit dem beispielsweise kühlende Luft über die Flügelabschnitte 30 geleitet, das heißt gesaugt oder geblasen, wird (vgl. 8).
Wie man anhand von 12 erkennen kann, sind die Flügel 24 senkrecht zur Rohrebene R1 ausgerichtet. Nachdem die U-förmigen Abschnitte 26a–26c um ihre mittlere Längsachse verdreht worden sind, sind die Flügel in einer Mehrzahl von Flügelebenen F angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in den 6–8 veranschaulicht ist, liegen die Flügel 24 eines serpentinenförmigen Flügelrohrs 20 in einer Schar oder Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Flügelebenen F1, Die Flügelebenen F1 und somit auch die Flügel 24 schließen mit der Strömungsrichtung S einen Winkel α gemäß 8 ein, die eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs aus 7 zeigt. In Abhängigkeit von der Größe des Winkels α wird eine unterschiedlich große Fläche des Flügelabschnitts 30 durch das kühlende Medium angeströmt. Die angeströmte Flache verändert sich in einer idealisierten Betrachtung in Abhängigkeit vom Kosinus des Winkels α, das heißt die angeströmte Fläche ist minimal bei einem Winkel von α = 0° und sie ist maximal bei einem Winkel von α = 90° zur Strömungsrichtung S.
Ein weiteres im Wärmetauscher 1 angeordnetes serpentinenförmiges Flügelrohr 20b zeigen die 9–11. Basierend auf der Verdrehung der U-förmigen Abschnitte 26 (siehe oben) sind die Flügel 24 in den Flügelebenen F2 angeordnet. Es ist bevorzugt, dass die Flügelebenen F2 des serpentinenförmigen Flügelrohrs 20b parallel zueinander angeordnet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die Flügel 24 in nicht parallel zueinander angeordneten Flügelebenen F.
Wie 11 verdeutlicht, schließen die Flügelebenen F2 und somit die Flügel 24 des serpentinenförmigen Flügelrohrs 20b mit der Strömungsrichtung S einen Winkel β ein. Gemäß unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsformen ist der Winkel β genauso groß wie der Winkel α des benachbarten serpentinenförmigen Flügelrohrs 20a. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Flügel 20 benachbarter oder allgemein im Wärmetauscher 1 eingesetzter serpentinenförmiger Flügelrohre 20a–20d im gleichen oder in verschiedenen Winkeln auszurichten, um auf diese Weise das Umströmen der Flügelrohre 20 und somit die Effizienz der Wärmeabfuhr des Wärmetauschers 1 gezielt zu beeinflussen.
15 zeigt einen qualitativen Zusammenhang zwischen dem Einstellwinkel α, β der Flügel 24 bezogen auf die Strömungsrichtung S und der vom Wärmetauscher 1 abgegebenen Wärme W. Dieser Zusammenhang wurde mit einem Wärmetauscher 1 bestimmt, der vier serpentinenförmige Flügelrohre 20 umfasst. Die Flügelabschnitte 30 unterschiedlicher serpentinenförmiger Flügelrohre 20a, 20b, 20c, 20d sind vorzugsweise in Strömungsrichtung S hintereinander angeordnet (siehe 4). Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die näher benachbarten Flügelabschnitte 30 unterschiedlicher serpentinenförmiger Flügelrohre 20a, 20b, 20c, 20d einen Versatz von 2 mm senkrecht zur Strömungsrichtung S zueinander ähnlich der Anordnung in 4.
Man kann erkennen, dass die Wärmeabfuhr beginnend bei einem Winkel von 10° stetig zunimmt und bei 15° ein Maximum erreicht. Für Winkel > 15° sinkt die Wärmeabfuhr wieder, bis sie bei ca. 18° den Wert erreicht, der einem Einstellwinkel zwischen Flügel 24 und Strömungsrichtung S von 10° entspricht. Basierend auf diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, die Flügel 20 in einem Winkelbereich von 10° ≤ α, β ≤ 30°, weiter bevorzugt 12° ≤ α, β ≤ 18°, und am meisten bevorzugt mit einem Winkel von α, β = 15° anzuordnen.
Die Effizienz in der Wärmeabfuhr des Wärmetauschers 1 kann weiterhin durch die Anordnung der Flügelabschnitte 30 innerhalb des Wärmetauschers beeinflusst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die auch in 4 verdeutlicht ist, werden die Flügelabschnitte 30 in Strömungsrichtung S hintereinander angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die Flügelabschnitte 30 unterschiedlicher serpentinenförmiger Flügelrohre 20a, 20b, 20c, 20d senkrecht zur Strömungsrichtung S versetzt zueinander angeordnet. Mit einem zunehmenden Versatz der Flügelabschnitte 30 unterschiedlicher serpentinenförmiger Flügelrohre 20a, 20b, 20c, 20d zueinander bis hin zu einer mittigen Anordnung eines Flügelabschnitts 30 eines serpentinenförmigen Flügelrohrs 20b bezogen auf zwei benachbarte Flügelabschnitte 30 eines benachbarten serpentinenförmigen Flügelrohrs 20a, 20c, verschiebt sich die maximale Wärmeabfuhr des Wärmetauschers 1 zu größeren Winkeln α, β zwischen Flügel und Strömungsrichtung S (siehe oben). Dieser Zusammenhang ist in 16 veranschaulicht. 16 zeigt als Kurve 1 eine normierte Wärmeabfuhr eines Wärmetauschers 1 mit in Strömungsrichtung S hintereinander angeordneten Flügelabschnitten 30, wie es in 4 gezeigt ist. Die Kurve 2 zeigt die normierte Wärmeabfuhr für einen Wärmetauscher 1, bei dem die Flügelabschnitte 30 eines serpentinenförmigen Flügelrohrs 20b mittig versetzt zu den Flügelabschnitten 30 benachbarter serpentinenförmiger Flügelrohre 20a, 20b angeordnet sind. Der Pfeil in 16 veranschaulicht, wie sich das normierte Maximum der Wärmeabfuhr mit zunehmendem Versatz der Flügelabschnitte 30 zueinander bis maximal zu der oben beschriebenen mittigen Anordnung verschiebt. Sobald der Flügelabschnitt 30 eines serpentinenförmigen Flügelrohrs 20b außermittig bezogen auf die benachbarten Flügelabschnitte 30 eines benachbarten Flügelrohrs 20a, 20c angeordnet ist, stellt sich das normierte Maximum der Wärmeabfuhr zwischen den Maxima der Kurven 1 und 2 ein.
Den 8 und 11 ist ebenfalls zu entnehmen, dass die flügellosen gebogenen Rohrabschnitte 40a, 40b in jeweils einer Biegeebene B1, B2 angeordnet sind. Die Biegeebenen B1, B2 schließen mit der angrenzenden Rohrebene R1, R2 den gleichen Winkel ein, wie die jeweiligen Flügel 24 des serpentinenförmigen Flügelrohrs 20 und die Strömungsrichtung S. Da die Langlöcher 16 in den Seitenwänden 10 an die Neigung der flügellosen gebogenen Rohrabschnitte 40a, 40b angepasst sind, sind die Langlöcher 16 ebenfalls in diesem Winkel geneigt bezogen auf die Senkrechte zur Strömungsrichtung S angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Wärmetauscher
10: Seitenwand
11: Frontplatte
14: Öffnung
16: Langloch
20: Flügelrohr, serpentinenförmiges Flügelrohr
22: Rohr
24: Flügel
26: U-förmiger Abschnitt
30: Flügelabschnitt
40: flügelloser Rohrabschnitt
S: Strömungsrichtung
W: Wärme
B1, B2: Biegeebene
R1, R2: Rohrebene
F1, F2: Flügelebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/068979 [0004, 0005]

Claims

Wärmetauscher (1) zum Abführen von Wärme aus einem Medium, der die folgenden Merkmale aufweist: a. mindestens zwei Außenwände (10), die zwischen sich eine Öffnung (14) definieren, durch die ein Gasstrom in einer Strömungsrichtung (S) leitbar b. mindestens ein erstes serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) bestehend aus einem Rohr (22) und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend erstreckenden Flügeln (24), wobei das Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) mindestens drei geradlinige Flügelabschnitte (30) verbunden über flügellose gebogene Rohrabschnitte (40) aufweist, c. die Flügelabschnitte (30) des mindestens ersten Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) sind in mindestens einer Rohrebene (R1; R2) pro Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) angeordnet, die senkrecht zur Strömungsrichtung (S) orientiert ist, wobei d. die Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) zumindest des ersten Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Flügelebenen (F1; F2) angeordnet sind, die in einem definierten Winkel (α) bezogen auf die Strömungsrichtung (S) im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1, in dem mindestens ein zweites serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) vorgesehen ist und die Flügelabschnitte (30) des mindestens ersten und zweiten serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in zwei Rohrebenen (R1; R2) pro Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) derart angeordnet sind, dass benachbarte Flügelabschnitte (30) eines Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in unterschiedlichen Rohrebenen (R1; R2) angeordnet sind.
Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dessen Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) des zweiten Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten zweiten Flügelebenen (F1; F2) angeordnet ist, die in einem zweiten definierten Winkel (β) bezogen auf die Strömungsrichtung (S) im Bereich von 10° ≤ β ≤ 30° angeordnet sind.
Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 3, dessen erster (α) oder dessen erster (α) und zweiter (β) definierter Winkel in einem Bereich von 10° ≤ α, β ≤ 20° liegt.
Wärmetauscher (1) gemäß Anspruch 1 oder 3, dessen erster (α) oder dessen erster (α) und zweiter (β) definierter Winkel in einem Bereich von 12° ≤ α, β ≤ 18° oder bei 15° liegt.
Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Flügelabschnitte (30) des mindestens ersten und zweiten Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in Strömungsrichtung (S) nebeneinander und/oder versetzt zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens drei oder vier serpentinenförmige Flügelrohre (20a; 20b; 20c; 20d) aufweist, deren Flügelabschnitte (30) jeweils in mindestens einer Rohrebene (R1; R2) pro Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) angeordnet sind.
Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen flügellose gebogene Abschnitte (40) jeweils an einer Seite der serpentinenförmigen Flügelrohre (20a; 20b; 20c; 20d) in einer Mehrzahl von zueinander parallelen Biegeebenen (B1; B2) angeordnet sind, die in einem Winkel zur Rohrebene (R1; R2) des Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) verlaufen, der dem Winkel der Flügelebene (F1; F2) bezogen auf die Strömungsrichtung (S) entspricht.
Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen mindestens ein serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) integrale, vorzugsweise extrudierte, Flügelrohre (20a; 20b; 20c; 20d) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind.
Wärmetauscher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen mindestens ein serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) jeweils nur an seinem Anfangs- und Endpunkt mit einer weiteren Leitung oder einem weiteren Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) über eine separate Leitung verbunden ist.
Serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) für einen Wärmetauscher (1) zum Abführen von Wärme aus einem Medium, dass die folgenden Merkmale aufweist: a. ein Rohr (22) und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend, erstreckende Flügel (24), wobei das Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) mindestens drei geradlinige Flügelabschnitte (30) verbunden über flügellose gebogene Rohrabschnitte (40) aufweist, b. die Flügelabschnitte (30) des serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) sind in mindestens einer Rohrebene (R1; R2) angeordnet, wobei c. die Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Flügelebenen (F1; F2) angeordnet sind, die in einem definierten Winkel (α) bezogen auf eine Normale der ersten Rohrebene (R1; R2) im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20; 20c; 20d) gemäß Anspruch 11, in dem die Flügelabschnitte (30) in zwei Rohrebenen (R1; R2) derart angeordnet sind, dass benachbarte Flügelabschnitte (30) in unterschiedlichen Rohrebenen (R1; R2) angeordnet sind.
Serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) gemäß Anspruch 11 oder 12, dessen Flügelabschnitte (30) in einem Winkel (α) von 10° ≤ α ≤ 20°, vorzugsweise 12° ≤ α ≤ 18° oder 15°, angeordnet sind.
Serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) gemäß einem der Ansprüche 11–13, dessen flügellose gebogene Abschnitte (40) jeweils an einer Seite des serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) in einer Mehrzahl von zueinander parallelen Biegeebenen (B1; B2) angeordnet sind, die in einem Winkel zur Rohrebene (R1; R2) des Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d) verlaufen, der dem Winkel der Flügelebene (F1; F2) bezogen auf die Normale der Rohrebene (R1; R2) entspricht.
Serpentinenförmiges Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d), dass als ein integrales Flügelrohr (20a; 20b; 20c; 20d) bestehend aus extrudiertem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d), das die folgenden Schritte umfasst: a. Bereitstellen (SI) eines geradlinigen Flügelrohrs (20) bestehend aus einem Rohr (22) und mindestens zwei sich radial davon, vorzugsweise gegenüberliegend, erstreckenden Flügeln (24), b. Entfernen (511) der Flügel (24) in bestimmten Teilbereichen (40), sodass geradlinige flügellose Rohrabschnitte (40) angrenzend an Flügelabschnitte (30) entstehen, c. Biegen (SIII) der flügellosen Rohrabschnitte (40) in eine 180°-Krümmung, sodass die Flügelabschnitte (30) in einer Ebene liegen und die Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) annähernd senkrecht zu dieser Ebene orientiert sind, und d. Verdrehen (SIV) von aneinander angrenzenden U-förmigen Abschnitten (26a; 26b; 26c) jeweils bestehend aus zwei benachbarten Flügelabschnitten (30) verbunden durch einen gebogenen flügellosen Rohrabschnitt (40) derart, dass zumindest jeweils ein erster Flügelabschnitt des U-förmigen Abschnitts (26a; 26b; 26c) in einer ersten Rohrebene (R1; R2) angeordnet ist und die Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Flügelebenen (F1; F2) angeordnet sind, die in einem definierten Winkel (α) bezogen auf eine Normale der ersten Rohrebene (R1; R2) im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, mit dem weiteren Schritt: Verdrehen (SIV) der aneinander angrenzenden U-förmigen Abschnitten (26a; 26b; 26c) jeweils bestehend aus zwei benachbarten Flügelabschnitten (30) verbunden durch einen gebogenen flügellosen Rohrabschnitt (40) derart, dass jeweils ein zweiter Flügelabschnitt (30) des U-förmigen Abschnitts (26a; 26b; 26c) in einer zweiten Rohrebene (R1; R2) angeordnet ist und die Flügel (24) der Flügelabschnitte (30) in mindestens einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten zweiten Flügelebenen (F1; F2) angeordnet sind, die in einem definierten Winkel (α) bezogen auf eine Normale der zweiten Rohrebene (R1; R2) im Bereich von 10° ≤ α ≤ 30° angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 17, mit dem weiteren Schritt: Anordnen der gebogenen flügellosen Rohrabschnitte (40) jeweils einseitig in einer Mehrzahl von parallelen Biegeebenen (B1; B2).
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1), das die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen (H1) eines Gehäuses bestehend aus mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (10) mit einer Mehrzahl von, vorzugsweise parallel zueinander angeordneten, Langlöchern (16), b. Einsetzen (H2) mindestens eines serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d), vorzugsweise hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 16–18, in die Mehrzahl von Langlöchern (16) der gegenüberliegenden Seitenwände (10) derart, dass eine Mehrzahl von gebogenen flügellosen Rohrabschnitten (40) in die Mehrzahl von Langlöchern (16) eingreift, und c. Anschließen (H4) von jeweils einer Verbindungsleitung an ein offenes Ende des serpentinenförmigen Flügelrohrs (20a; 20b; 20c; 20d).
Verfahren nach Anspruch 19 mit dem weiteren Schritt: Einsetzen (H2) von zwei, drei, vier oder mehr serpentinenförmigen Flügelrohren (20a; 20b; 20c; 20d) in die Mehrzahl von Langlöchern (16) und Verbinden der serpentinenförmigen Flügelrohre (20a; 20b; 20c; 20d) miteinander.
Klimaanlage mit einem Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1–10.
Kühlanlage mit einem Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1–10.
Solarthermieanlage mit einem Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1–10.