DE102015120487A1

DE102015120487A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE102015120487A1
Application number: DE102015120487.8A
Authority: DE
Inventors: Vladimir PARFENOV; Michael Kozica
Original assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Current assignee: AKG Thermotechnik International GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-06-02
Also published as: DE202014105709U1

Abstract

Ein Wärmeaustauscher (1), insbesondere eines Wärmepumpen-Trockners, weist wenigstens ein über mehrere Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr (2) zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums auf, zwischen den Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) angeordnete Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums, wobei die Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) über Lagenverbindungsstücke (23, 25) miteinander verbunden sind, wobei in Nockenrücken (31, 32) der Lamellenlagen (3) oder in Ober-/Unterkanten (52) von Leitblechen (51) der Leitblechlagen (5) Ausnehmungen (33, 53) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, wobei jeweils die Ausnehmungen (33, 53) an den Nockenrücken (31, 32) oder den Ober-/Unterkanten (52) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) Kanäle bilden, in denen die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, wobei die Ausnehmungen (33, 53) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) oder den Ober-/Unterkanten (52) jeweiliger Leitblechlagen (5) versetzt zueinander angeordnet sind und an den Ausnehmungen (33, 53) sich in Längsrichtung (x) der Rohrabschnitte (21), die in den Ausnehmungen (33, 53) aufgenommen sind, erstreckende Kragen (35, 55) angeordnet sind, an denen jeweilige Wandabschnitte des Rohres (2) anliegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere einer Wärmepumpe, beispielsweise eines Wäschetrockners, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Aus dem Stand der Technik bekannte Wärmeaustauscher in der stationären Klimatechnik wie beispielsweise Kondensatoren oder Verdampfer sowie in Haushaltsgeräten wie beispielsweise Wärmepumpen-Wäschetrocknern eingesetzte Wärmeaustauscher basieren überwiegend auf zwei seit langer Zeit bekannten Konstruktionen.
Bei der ersten dieser bekannten Konstruktionen, „Expanded-Tube“-Bauweise genannt, werden durch Aluminium-Leitblechpakete u-förmig gebogene Rundrohre aus Kupfer oder Aluminium gesteckt und anschließend zur Erzeugung einer hinreichend wärmeleitenden Verbindung aufgeweitet. In die offenen Rohrenden dieser Rundrohre werden u-förmig gebogene Rohrstücke eingesteckt und verlötet. Die in dieser Weise gefertigten Wärmeaustauscher sind sehr leistungsfähig. Nachteilig bei dieser Bauweise sind jedoch die hohen Materialkosten durch den Einsatz insbesondere von Kupferrohren sowie das aufwändige und teure Lötverfahren, insbesondere beim Einsatz von Aluminiumrohren. Die Vielzahl von hier vorhandenen Lötverbindungen erfordert außerdem eine Dichtprüfung des in dieser Weise gefertigten Wärmeaustauschers.
Bei der zweiten bekannten Konstruktion, „Bended Tube“- oder „No-Frost“-Bauweise genannt, werden mit Langlöchern versehene Leitbleche auf ebenfalls u-förmige Rohrabschnitte von endlos gebogenen Aliuminiumrohrmäandern geschoben. Der Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass als Material lediglich Aluminium eingesetzt wird und dass durch den endlos gebogenen Rohrmäander die Vielzahl von Verbindungsstellen und damit gegebenenfalls auch die Dichtheitsprüfung entfällt. Nachteil dieser Bauweise ist allerdings, dass der wärmeleitende Kontakt zwischen der Rohrwand und dem Leitblech nur wenig mehr als 50% des Rohrumfangs umfasst und aufgrund geringer und undefinierter Vorspannung nur schwer sicherzustellen ist. Demzufolge ist die Leistung eines Wärmeaustauschers dieser Bauweise gegenüber der oben genannten ersten Bauweise schlechter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher bereitzustellen, der die Vorteile der beiden oben genannten Bauweisen miteinander vereint, bei gleichzeitig geringen Material und Fertigungskosten.
Die Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird auch durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher, insbesondere einer Wärmepumpe, weist wenigstens ein Rohr oder mehrere Rohre zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums auf, wobei das Rohr oder die Rohre zu mehreren mäanderförmig gebogenen Rohrlagen geformt ist bzw. sind.
Zwischen den Rohrlagen sind Lamellen zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums angeordnet.
Alternativ sind zwischen den Rohrlagen Leitblechlagen zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums angeordnet.
Die einzelnen Rohrlagen sind dabei über jeweilige Lagenverbindungsstücke miteinander verbunden.
In den Nockenrücken der Lamellen bzw. in Ober-/Unterkanten der Leitbleche sind Ausnehmungen vorgesehen, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind.
Die Ausnehmungen an den Nockenrücken bzw. an den Ober-/Unterkanten zweier übereinander und benachbart angeordneter Lamellen bzw. Leitbleche bilden dabei Kanäle, in denen die Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind. Die Ausnehmungen an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken jeweiliger Lamellen bzw. Ober-/Unterkanten jeweiliger Leitbleche sind dabei versetzt zu einander angeordnet.
Außerdem sind an den Ausnehmungen sich in Längsrichtung der in den Ausnehmungen aufgenommenen Rohrabschnitte erstreckende Kragen angeordnet, an denen jeweilige Wandabschnitte des Rohres anliegen.
Ein solcher erfindungsgemäßer Wärmeaustauscher ist insbesondere durch den Einsatz wenigstens eines mäanderförmig gebogenen Rohres kostengünstig herstellbar.
Außerdem kann bei solchen Rohren in der Regel auf eine Dichtprüfung verzichtet werden.
Durch die versetzt liegenden Rohrlagen wird eine Einengung des Strömungsquerschnittes der Lamellenlagen bzw. Leitblechlagen vermieden, was eine hohe spezifische Leistung des Wärmeaustauschers ermöglicht.
Außerdem wird durch die an den Ausnehmungen sich in Längsrichtung der Rohrabschnitte erstreckenden Kragen ein verbesserter wärmeleitender Kontakt zwischen dem wenigstens einen Rohr und den Lamellenlagen bzw. Leitblechlagen gewährleistet, was sich ebenfalls positiv auf die spezifische Leistung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers auswirkt.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Versatzlänge zwischen den Ausnehmungen an den einander gegenüberliegenden Nockenrücken jeweiliger Lamellenlagen gleich dem halben Abstand benachbarter Ausnehmungen an einem der Nockenrücken der Lamellenlagen. Der Versatz der zwischen den Lamellenlagen eingesetzten Rohrabschnitte ermöglicht einen gegenüber direkt untereinander angeordneten Ausnehmungen größeren Strömungsquerschnitt der Lamellenlagen.
Denkbar sind auch andere Versatzlängen, bei denen die Ausnehmungen an den einander gegenüberliegenden Nockenrücken jeweiliger Lamellenlagen lediglich soweit versetzt sind, dass die Ausnehmungen nicht unmittelbar untereinander liegen oder um beispielsweise 25% des Abstandes benachbarter Ausnehmungen an einem der Nockenrücken der Lamellenlagen versetzt angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung liegen die Kragen der die Kanäle bildenden Ausnehmungen benachbarter Lamellenlagen an 60 bis 90%, besonders bevorzugt an 70 bis 85% des Umfangs der Rohrabschnitte an. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen den Rohrabschnitten und den Lamellen.
Um auch die Nockenrücken der Lamellenlagen mit dem zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Medium beaufschlagen zu können, sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung die übereinander angeordneten Lamellenlagen durch einen Spalt voneinander getrennt angeordnet.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass dadurch die Lamellenlagen sich nicht gegenseitig abstützen, sondern an den Rohrabschnitten anliegen und damit die Verbindung zwischen den Lamellenlagen und dem Rohrabschnitten verbessern. Die Nockenrücken der Lamellenlagen werden dabei von dem zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Medium, beispielsweise Luft, beströmt und wirken so als zusätzliche wärmeaustauschende Fläche.
Um die Steifigkeit der Lamellenlagen in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung ihrer Höhe, zu erhöhen, sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung an den Lamellenflanken der Lamellenlagen Versteifungselemente angeordnet.
Diese Versteifungselemente sind dabei bevorzugt als in den Lamellenflanken eingeprägte Sicken ausgebildet. Diese Sicken fördern außerdem den Wärmeübergang zwischen dem zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Medium und den Lamellen, bedingt durch die von diesem erzeugten Turbulenzen infolge der durch die Sicken bedingte Strömungsablenkung.
Die Sicken sind dabei besonders bevorzugt jeweils zur gleichen Seite der Lamellenflanken hin ausgeprägt, um den Strömungsquerschnitt so beizubehalten, wie er ohne die eingeprägten Sicken wäre.
Besonders bevorzugt nimmt die Prägetiefe der Sicken mit wachsendem Abstand von den Ausnehmungen ab, wobei die Versteifungselemente bevorzugt in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der Ausnehmungen ausgeprägt sind. Dadurch ist eine leistungsfördernde Ablenkung der Strömung des zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums in der Mitte der Lamelle am größten. Gleichzeitig wird dadurch ein Impuls in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Lamellenhöhe, erzeugt.
In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers sind die jeweiligen Rohrlagen über an voneinander beabstandeten Stirnseiten des Wärmeaustauschers alternierend angeordneten Lagenverbindungsstücken miteinander verbunden. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass sich ein derart gebildeter Rohrblock biegetechnisch relativ leicht herstellen lässt.
In einer alternativen Ausführungsvariante sind die jeweiligen Rohrlagen über an nur einer der Stirnseiten des Wärmeaustauschers angeordneten Lagenverbindungsstücken miteinander verbunden. Die Herstellung eines solchen Rohrblockes ist zwar biegetechnisch aufwendiger, allerdings kann der Einschub der Lamellenlagen bei dieser Variante von einer Seite des Rohrblockes her erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante verbinden die Lagenverbindungsstücke einen in Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums letzten Rohrabschnitt einer ersten Rohrlage mit einem um genau eine Versatzlänge versetzt zu einem in Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums ersten Rohrabschnitt der ersten Rohrlage angeordneten Rohrabschnitt einer in vertikaler Richtung unmittelbar benachbarten zweiten Rohrlage.
Bei dieser Ausführungsvariante erstrecken sich demgemäß die Lagenverbindungsstücke jeweils von einem äußeren Rohrkanal bis zum auf der anderen Lamellenseite liegenden äußeren Rohr einer darunter liegenden Rohrlage.
Die Herstellung eines solchen Rohrblockes ist biegetechnisch einfach. Die Lamellenlagen können von einer Seite her eingesetzt werden.
Außerdem wird das unter Umständen schwierige Aufspreizen des Rohrblockes zum Einsetzen der Lamellenlagen vereinfacht, da die Lamellenlagen und die Rohrlagen hier parallel zueinander verbleiben können. Ein weiterer Vorteil eines solchen Rohrblockaufbaus besteht darin, dass bei dieser Ausführung eine leistungsfördernde Kreuz-/Gegenstrom-Führung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums relativ zum zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Medium erreicht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind zur Verspannung des Rohres mit den Lamellenlagen Spannmittel vorgesehen. Diese Spannmittel umfassen dabei bevorzugt wenigstens ein Spannblech und wenigstens ein Spannband.
Bevorzugt wird ein solches Spannblech auf der Oberseite und der Unterseite des von dem Rohr- und den Lamellenlagen gebildeten Blocks angeordnet. Das Spannblech ist dabei bevorzugt als Blattfeder ausgebildet. Das Spannblech beziehungsweise die Spannbleche werden dabei bevorzugt mithilfe eines oder mehrerer Spannbänder flach gegen die äußeren Lamellenlagen gedrückt und bewirken so eine Verspannkraft.
Besonders bevorzugt weist das Spannblech eingeprägte Sicken auf, die im verspannten Zustand des Spannbleches in den Ausnehmungen der äußersten Lamellenlage anliegen und so die Verspannkraft weiter erhöhen.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 18 weist ebenfalls wenigstens ein Rohr oder mehrere Rohre zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums auf, wobei das Rohr oder die Rohre zu mehreren mäanderförmig gebogenen Rohrlagen geformt ist bzw. sind.
Zwischen den Rohrlagen sind Lamellen zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden Mediums angeordnet. Auch hier sind die einzelnen Rohrlagen über jeweilige Lagenverbindungsstücke miteinander verbunden.
Im Nockenrücken der Lamellenlagen sind Ausnehmungen vorgesehen, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind. Dabei bilden die Ausnehmungen an den Nockenrücken zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen Kanäle, in denen die Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind. Zwischen benachbarten Rohrlagen sind jeweils zwei Lamellenlagen angeordnet. Dabei liegen die ohne Ausnehmungen geformten Nockenrücken der Lamellenlagen einander zugewandt aufeinander.
An den Ausnehmungen sind sich in Längsrichtung der Rohrabschnitte, die in den Ausnehmungen aufgenommen sind, erstreckende Kragen angeordnet sind, an denen jeweilige Wandabschnitte des Rohres anliegen.
Vorteil dieser Bauweise ist die einfache Herstellbarkeit solcher Lamellen, bei denen die Ausnehmungen nur an den Nockenrücken einer Seite ausgebildet sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass insbesondere beim Einsatz von Rohren mit geringem Durchmesser und Innenvolumen, welche gegenüber Rohren mit größerem Durchmesser in einer Rohrlage in mehr Rohrwindungen gebogen sein können, bei gleicher Wärmeabfuhr entsprechend weniger Rohrlagen gebogen werden müssen. Die dadurch entstehenden größeren Abstände zwischen den einzelnen Rohrlagen können durch die Anordnung von zwei einfacher zu fertigenden Lamellenlagen zwischen jeweiligen Rohrlagen in einfacher Weise überbrückt werden.
Die beim Einsatz von Rohren mit geringen Durchmesser-Innenvolumen möglichen größeren Abstände zwischen den einzelnen Rohrlagen ermöglichen des Weiteren eine besonders einfache Herstellung eines in einen solchen Wärmetauscher eingesetzten Rohrblockes. So sind beispielsweise für einen Rohrblock mit vier Rohrlagen mit jeweils acht in einer solchen Rohrlage nebeneinander angeordneten Rohrabschnitten lediglich zehn Biegeschritte notwendig, wohingegen zur Herstellung eines Rohrblockes mit sieben Lagen und sechs in einer Rohrlage nebeneinander liegenden Rohrabschnitten mindestens 34 Biegeschritte notwendig sind.
Durch die besonders großen Zwischenräume, bedingt durch die Anordnung von 2 oder mehr Lamellenlagen zwischen den einzelnen Rohrlagen wird auch eine Einengung des Strömungsquerschnittes der Lamellenlagen vermieden, was ebenfalls eine hohe spezifische Leistung des Wärmeaustauschers ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante eines solchen Wärmeaustauschers erstrecken sich die Kragen entgegen einer Einschubrichtung der Lamellenlagen beim Einsetzen zwischen die einzelnen Rohrlagen, was den Einschub der Lamellenlagen vereinfacht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Lamellenflanken in ihrer Längserstreckung ungeradlinig verformt ausgebildet.
Dadurch wird verhindert, dass die Nockenrücken auf der den Ausnehmungen gegenüberliegenden Seite einer Lamellenlage bei aufeinander liegenden Lamellen zwischen den Rohrlagen in eine Spalte der benachbarten Lamellenlage rutschen.
Nachfolgend werden Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,
2 eine perspektivische Ansicht zu einer Lamellenlage und darin eingesetzter Rohrabschnitte,
3 eine Schnittansicht entlang eines in 2 mit III bezeichneten Schnittebene,
4 eine Schnittansicht durch eine in 2 mit IV bezeichnete Schnittebene,
5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit wechselweise an gegenüberliegenden Stirnseiten des Wärmeaustauschers angeordneten Lagenverbindungsstücken,
6 eine der 5 entsprechende perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit an einer einzigen Stirnseite angeordneten Lagenverbindungsstücken des Rohres,
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit auf einer einzigen Stirnseite angeordneten Lagenverbindungsstücken,
8 eine perspektivische Ansicht eines Rohres zur Darstellung der Herstellung eines aus einem solchen Rohr hergestellten Rohrblockes,
9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit als Blattfeder ausgebildeten Spannblechen und
10 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Lamelle mit auf dem Lamellenkragen und dem Rohrabschnitt aufgebrachten Klebemittel.
11 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers mit zwischen Rohrlagen eingeschobenen Leitblechlagen,
12 eine perspektivische Ansicht zweier Leitbleche mit teilweise weggeschnittenen vorderem Leitblech,
13 zwei Schnittansichten des in 12 gezeigten Leitbleches entlang einer in 12 dargestellten Schnittlinie A-A, wobei eines der Leitbleche vor dem Einbau zwischen zwei Rohrlagen und ein zweites Leitblech im zwischen zwei Rohrlagen eingebauten Zustand, elastisch verformt, dargestellt sind,
14 eine der 5 entsprechende perspektivische Darstellung der Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers gemäß 11 mit wechselweise von gegenüberliegenden Stirnseiten des Wärmeaustauschers teilweise eingeschobenen Leitblechlagen,
15 zwei Seitenansichten fertig gefalteter Rohre, wobei in der oberen Darstellung die beiden unteren und die beiden oberen Rohrlagen blattfederartig gewölbt sind und in der unteren Darstellung die Position der Rohrlagen nach dem Einschieben der Leitblechlagen dargestellt ist,
16 einen perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers mit an seinen Stirnseiten angeordneten Endkappen,
17 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, bei dem zwischen jeweiligen Rohrlagen zwei Lamellenlagen angeordnet sind und bei dem die einzelnen Rohrabschnitte versetzt zueinander angeordnet sind,
18 eine der 17 ähnliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers mit nicht versetzt zueinander angeordneten Rohrabschnitten bzw. Ausnehmungen,
19 eine perspektivische Darstellung einer in den Wärmeaustauscher gemäß 17 oder 18 eingesetzten Lamellenlage mit nur auf einer Nockenrückenseite angeordneten Ausnehmungen und
20 eine perspektivische Darstellung eines Rohres nach 18 vor Ausführung der letzten Faltung.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, des Rohres, der Rohrabschnitte, der Lamellenlagen, der Lamellenflanken und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bezeichnet. Der hier blockförmig ausgebildete Wärmeaustauscher 1 weist ein über mehrere Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr 2, bevorzugt ein Aluminiumrohr, zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, auf.
Zwischen den einzelnen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G sind Lamellenlagen 3 zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums wie beispielsweise Kühlluft angeordnet.
Jede der Lamellenlagen 3 besteht dabei vorzugsweise aus einem gefalteten Blech, insbesondere einem Aluminiumblech, mit jeweiligen Lamellenflanken 34 und diese miteinander verbindenden Nockenrücken 31, 32. Die Nockenrücken 31, 32 dieser Lamellenlagen 3 weisen Ausnehmungen 33 auf, in denen Teilquerschnitte von jeweiligen Rohrabschnitten 21 des Rohres 2 aufgenommen sind.
Die Ausnehmungen 33 jeweils zweier vertikal übereinander liegender Nockenrücken 31, 32 von übereinander benachbart angeordneten Lamellenlagen 3 bilden dabei die Kanäle aus, in denen die Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 aufgenommen sind. Der Aufbau eines solchen zu einem Rohrblock geformten Rohres 2 ist in 8 beispielhaft dargestellt.
Wie in dieser 8 gut zu erkennen ist, besteht ein solches Rohr 2 bevorzugt aus geradlinigen Rohrabschnitten 21, die über Mäanderverbindungsstücke 22 zu einem Mäander zusammengesetzt beziehungsweise gebogen sind. Die einzelnen als Mäander geformten Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G werden bei der Herstellung des Rohrblocks zunächst flach gebogen. Anschließend werden die einzelnen Mäanderlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G zusammengefaltet, in dem die geradlinigen Rohrabschnitten 21, die mit die einzelnen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G miteinander verbindenden Lagenverbindungsstücken 23 über Winkelverbindungsstücke 24 verbunden sind, so verdreht werden, dass sich insgesamt ein blockartiges Gebilde ergibt.
Der Durchmesser des Rohres 2 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, besonders bevorzugt zwischen 5mm und 8mm.
Die die einzelnen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G miteinander verbindenden Lagenverbindungsstücke 23 sind in der in 8 gezeigten Ausführungsvariante in einer Länge ausgebildet, die der in 1 und 7 gezeigten Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers 1 entspricht.
Die Lageverbindungsstücke 23 verbinden dabei einen in durch einen Pfeil in 1 verdeutlichten Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums PM letzten Rohrabschnitt 21 einer ersten Rohrlage 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F mit einem um genau eine Versatzlänge E versetzt zu einem in Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums ersten Rohrabschnitt 21 der ersten Rohrlage 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F angeordneten Rohrabschnitt 21 einer in vertikale Richtung Z unmittelbar benachbarten zweiten Rohrlage 2B bis 2G miteinander.
Durch diese Rohrführung wird eine leistungsfördernde Kreuz-/Gegenstrom-Führung der durch das Rohr 2 beziehungsweise die Lamellen 3 geführten Medien erreicht.
Die Ausgestaltung der Lamellenlagen 3 ist in den 2 bis 4 im Detail dargestellt. Wie in 2 gezeigt ist, sind die Ausnehmungen 33 in den Nockenrücken 31, 32 der Lamellenlagen 3 in mehreren Reihen nebeneinander ausgebildet, um jeweilige bevorzugt geradlinige Rohrabschnitte 21 aufzunehmen, die über die Mäanderverbindungsstücke 22 miteinander verbunden sind und so einen mäandrierenden Durchfluss des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums in den jeweiligen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G ermöglichen.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, sind in jeder der Ausnehmungen 33 jeweilige Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 aufgenommen. Diese Ausnehmungen 33 sind dabei bevorzugt so dimensioniert, dass zwischen übereinander liegenden Lamellenlagen 3 ein Spalt 37 verbleibt, damit die Lamellenlagen 3 an den Rohrabschnitten 21 anliegen, was durch eine direkte Auflage der einzelnen Lamellenlagen 3 aneinander verschlechtert würde.
Dementsprechend ist die Höhe in vertikaler Richtung z der Lamellen der Lamellenlagen 3 bevorzugt geringfügig kleiner als der Mittenabstand der Rohrebenen zueinander.
Die Höhe der Lamellenlagen beträgt bevorzugt zwischen 5 mm und 25 mm, bei einer Blechdicke des Bleches, aus dem die Lamellenlagen gefertigt sind, zwischen bevorzugt 0,05mm und 0,25mm.
Die Ausnehmungen 33 an den einander gegenüberliegenden Nockenrücken 31, 32 der jeweiligen Lamellenlagen 3 sind versetzt zueinander um eine Versatzlänge E angeordnet, wie in 4 beispielhaft gezeigt ist. Dadurch wird eine Verringerung des Strömungsquerschnitts der Lamellen 3 verhindert.
Der Abstand D der an den jeweiligen Nockenrücken 31, 32 nebeneinander angeordneten Ausnehmungen 33 entspricht dabei in einer bevorzugten Ausführungsvariante etwa der doppelten Länge der Versatzlänge E.
Denkbar sind aber auch andere Verhältnisse zwischen dem Abstand D der an den jeweiligen Nockenrücken 31, 32 nebeneinander angeordneten Ausnehmungen 33 und der Versatzlänge E. So sind die Ausnehmungen 33 an den einander gegenüberliegenden Nockenrücken 31, 32 jeweiliger Lamellenlagen 3 in einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsvariante lediglich soweit versetzt, dass die Ausnehmungen 33 nicht unmittelbar untereinander liegen. Nach einer weiteren Ausführungsvariante sind die Ausnehmungen 33 an den einander gegenüberliegenden Nockenrücken 31, 32 jeweiliger Lamellenlagen 3 um beispielsweise 25% des Abstandes benachbarter Ausnehmungen 33 an einem der Nockenrücken 31, 32 der Lamellenlagen 3 versetzt angeordnet.
Der Mittenabstand der Nockenrücken 31, 32 beträgt bevorzugt zwischen 1,5 mm und 10 mm. Dieser Mittenabstand wird auch als Nockenteilung bezeichnet.
An den Ausnehmungen 33 sind des Weiteren sich in Längsrichtung X der Rohrabschnitte 21 erstreckende Kragen 35 angeordnet, an denen die jeweiligen Randabschnitte des Rohres 2 anliegen. Diese Kragen 35 der Ausnehmungen 33 sind dabei bevorzugt in den Raum unter- bzw. oberhalb des jeweiligen Nockenrückens 31, 32 aufeinander zu laufend gebogen.
Die die Kanäle bildende Ausnehmungen 33 benachbarte Lamellenlagen 3 liegen dabei bevorzugt in 60 bis 90%, besonders bevorzugt an 70 bis 85% des Umfangs der Rohrabschnitte 21 an und ermöglichen damit eine gute Wärmeübertragung der Rohrabschnitte 21 an die Lamellenlagen 3.
Wie in den 3 und 4 des Weiteren gezeigt ist, sind an den Lamellenflanken 34 der Lamellenlagen 3 mehrere Versteifungselemente 36 angeordnet. Diese Versteifungselemente sind dabei bevorzugt als in den Lamellenflanken 34 eingeprägte Sicken ausgebildet.
Die als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 sind dabei bevorzugt zur gleichen Seite der Lamellenflanken 34 hin ausgeprägt, um den Strömungsquerschnitt der Lamellen konstant zu halten und eine zu große Erhöhung eines Druckverlustes abzuwenden.
Die bevorzugt als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 sind dabei bevorzugt in vertikaler Richtung Z unter- oder oberhalb der Ausnehmungen 33 ausgeprägt.
Denkbar ist auch, die Versteifungselemente 36 quer zur Längsachse x der geradlinigen Rohrabschnitte 21 in einer Richtung y versetzt zu den Ausnehmungen 33 unter- oder oberhalb der Ausnehmungen 33 anzuordnen, insbesondere einzuprägen.
Besonders bevorzugt nimmt die Prägetiefe t₁, t₂ der als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 mit wachsendem Abstand von den Ausnehmungen 33 ab, wie in 4 dargestellt ist.
Mit t₁ ist dabei eine Prägetiefe der als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 nahe an der Ausnehmung 33 bezeichnet. Mit t₂ ist eine Prägetiefe der als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 weiter beabstandet von der entsprechenden Ausnehmung 33 bezeichnet. Die Prägetiefe t₁, t₂ der als Sicken ausgebildeten Versteifungselemente 36 nimmt dabei mit wachsendem Abstand von den Ausnehmungen 33, bevorzugt kontinuierlich, ab.
Als Versteifungselemente denkbar sind auch Abwinkelungen der Lamellenflanken oder Schnitte, insbesondere Kiemen oder Offsets.
In den 5 bis 7 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten des Wärmeaustauschers 1 gezeigt. So sind bei der in 5 gezeigten Ausführungsvariante die jeweiligen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G über ein von einander beabstandeten Stirnseiten des Wärmeaustauschers 1 alternierend angeordneten Lagenverbindungsstücken 25 miteinander verbunden. Gut zu erkennen ist hier, dass die Lamellenlagen 3 ebenfalls alternierend von beiden Stirnseiten des zu einem Rohrblock gebogenen Rohres 2 zwischen die Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G eingeschoben werden müssen.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsvariante sind die jeweiligen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G über an einer der Stirnseiten des Wärmeaustauschers 1 angeordneten Lagenverbindungsstücken 25 miteinander verbunden. Bei einem derart zu einem Rohrblock gebogenen Rohr 2 ist es ermöglicht, die jeweiligen Lamellenlagen 3 von einer einzigen Stirnseite her zwischen die einzelnen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G einzuschieben.
Die in 7 gezeigte Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers, die der in 1 gezeigten Ausführungsvariante entspricht, wurde bereits weiter oben erläutert.
In der 9 sind beispielhafte Spannmittel 4 zur kraftschlüssigen Verspannung und Fixierung des Rohres 2 mit den Lamellenlagen 3 dargestellt. Die Spannmittel 4 weisen in der hier gezeigten Ausführungsvariante zwei Spannbleche 41 auf. Die Spannbleche 41 sind hier blattfederartig ausgebildet und liegen auf einer obersten Lamellenlage 3 und unter einer untersten Lamellenlage 3, die über drei Spannbänder 43, gezeigt in 1, die Spannbleche 41 flach gegen die äußeren Lamellenlagen 3 drücken, was eine Verspannung der Lamellenlagen 3 mit dem Rohr 2 bewirkt. Die Spannbleche 41 weisen bevorzugt eingeprägte Sicken auf, die im verspannten Zustand des Spannbleches 41 in den Ausnehmungen 33 der äußersten Lamellen 3 einliegen.
Zur Ortsfixierung der äußeren Spannbänder 43 ist an den stirnseitigen Rändern der Spannbleche 41 bevorzugt eine sich entlang der Breite des Wärmeaustauschers 1 in einer Richtung y erstreckende Nut 44 eingeprägt, in der die Spannbänder 43 einliegen.
Wie in 10 gezeigt, wird in einer weiteren Ausführungsvariante zusätzlich oder alternativ zu den Spannmitteln eine Verklebung der Rohrabschnitte 21 mit den Lamellenkragen 35 vorgesehen. Dazu wird ein Klebstoff 5 in die Ausnehmungen 33 und/oder auf die in den Ausnehmungen 33 einliegenden Rohrseiten der Rohrabschnitte 21 vor der Montage des als Rohrblock geformten Rohres 2 und der Lamellenlagen 3 appliziert. Nach erfolgter Montage wird dieses Klebemittel dann ausgehärtet.
Anhang der 11–16 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsvariante sind anstelle der zwischen den Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G angeordneten Lamellenlagen 3 Leitblechlagen 5 zwischen den Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G angeordnet. Jede der Leitblechlagen 5 besteht dabei aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Leitbleche 51. Zur Verbindung der hintereinander angeordneten Leitbleche 51 einer Leitblechlage 5 weisen die Leitbleche 51 bevorzugt Ausnehmungen 59 auf, durch die zur Bildung einer Leitblechlage 5 vor der Montage der Leitblechlagen zwischen die Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G Stege oder Stäbe eingesteckt werden.
Zur Beabstandung der einzelnen Leitbleche 51 einer Leitblechlage 5 voneinander sind, wie in 12 gezeigt, Abstandshalter 58 an den Leitblechen 51 angeformt. Die Abstandshalter 58 sind dabei bevorzugt als Prägungen in abgekanteten Ober- und Unterkanten 52 der Leitbleche 51 ausgebildet. Denkbar ist auch eine Anformung solcher Abstandshalter 58 in Leitblechflanken 54 der Leitbleche 51.
Wie in den 12 und 13 des Weiteren zu erkennen ist, sind in den Leitblechflanken 54 der Leitbleche 51 Versteifungselemente 56 angeordnet. Die Versteifungselemente 56 sind dabei bevorzugt ebenfalls als Prägungen in den Leitblechflanken 54 ausgebildet, die sich über die gesamte Länge in Richtung Y, senkrecht zur Längserstreckung der Rohrabschnitte 21 erstrecken und im Wesentlichen eine Versteifung in Y-Richtung bewirken.
Die Leitbleche 51 weisen des Weiteren im Bereich der Ober- und Unterkante 52 Ausnehmungen 53 auf, die der Aufnahme der Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 dienen.
Wie in 11 dargestellt, bilden jeweils die Ausnehmungen 53 übereinander benachbart angeordneter Leitblechlagen 5 Kanäle, in denen die Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 aufgenommen sind.
Im Bereich der Ausnehmungen 53 der Leitbleche 51 sind sich in Längsrichtung X der Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 erstreckende Kragen 55 angeformt, an denen die jeweiligen Wandabschnitt des Rohres 2 anliegen.
Um ein Anliegen dieser Kragen 55 an den Wandabschnitten des Rohres 2 stets zu gewährleisten, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante die Tiefe der Ausnehmungen 53 so bemessen, dass im fertig montierten Zustand des Wärmeaustauschers 1 zwischen einer übereinander benachbarten Leitblechlagen 5 ein Schlitz 57 verbleibt.
Zur weiter verbesserten Anlage der Kragen 55 an den Wandabschnitten des Rohres 2 ist der Abstand der Kragen 55 an den Ober-/Unterkanten 52 der Leitbleche 51 in vertikaler Richtung z im unverbauten Zustand größer ist als der lichte Abstand benachbarter Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, wobei die Leitbleche 51 im eingebauten Zustand in vertikaler Richtung z elastisch verformt sind.
Diese elastische Verformung erfolgt beispielsweise durch ein Durchbiegen der Leitbleche 51, wie es beispielhaft in 13 dargestellt ist. Gut zu erkennen ist hier, dass der Abstand der Kragen 55 des Leitblechs 51 im unverbauten Zustand (rechtes Leitblech 51 in 13) in vertikaler Richtung z größer ist als der lichte Abstand zwischen den Rohren 2. Das linke Leitblech 51 der 13 stellt den eingebauten Endzustand dar, bei dem das Leitblech 51 so weit gebogen, dass die Kragen 55 an den Wandabschnitten der Rohre 2 anliegen, wobei die Rückstellkraft der aus einem federnden Material bestehenden Leitbleche 51 die Kragen 55 gegen die Wandabschnitte der Rohre 2 drückt.
Eine solche elastische Verformung ist entsprechend auch für die Lamellenflanken gemäß der 4 und 19 denkbar.
14 zeigt den Einschiebevorgang der Leitblechlagen 5 zwischen die Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G des Rohres 2. Die Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G sind dabei vor dem Einschieben der Leitblechpakete 5 in z-Richtung geringfügig auseinander gezogen. Um ein Einschieben der Leitblechlagen 5 zwischen die Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G des Rohres 2 zu erleichtern, sind wie in 12 zu erkennen, die Kragen 55 bevorzugt so geformt, dass sie sich entgegen der Einschubrichtung in Richtung x erstrecken.
Die einzelnen Leitblechlagen 5 können dabei identisch aufgebaut sein. Zum Einschieben der Leitblechlagen 5 zwischen die einzelnen Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G des Rohres 2 müssen übereinander angeordnete Leitblechlagen 5 jeweils um 180° um eine zur z-Richtung parallele Achse gedreht verbaut werden.
Wie in den 14 und 16 zu erkennen ist, verbinden die Lagenverbindungsstücke 25 einen Rohrabschnitt 28 einer ersten Rohrlage 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F mit einem um genau eine Versatzlänge e versetzt angeordneten Rohrabschnitt 21 einer in vertikaler Richtung z unmittelbar benachbarten Rohrlage 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G miteinander. Der Rohrabschnitt 28 ist dabei außerhalb der Leitblechlagen 5 angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Rohrlagen parallel beabstandet einfacher auseinander gezogen werden können und dass der Rohrabschnitt 28 den Einschub der Leitblechpakete 5 bei Zusammenbau des Wärmeaustauschers 1 nicht behindert.
Wie in 15 gezeigt ist, sind zur Verspannung des Rohres 2 die Rohrabschnitte 21 wenigstens einer, in 15 zweier mit zwei x bezeichneter oberer Rohrabschnitte 21 und wenigstens einer untersten Rohrlage 2, im in 15 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei unterster Rohrlagen (mit zwei y bezeichnet) blattfederartig in z-Richtung gewölbt ausgebildet. Dadurch wird eine Druckausübung in z-Richtung auf die zwischen den Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G einliegenden Leitblechpakete 5 bewirkt, die den Wärmeübergang zwischen dem Rohr 2 und dem Leitblechkragen 55 ermöglichen.
Nicht gewölbt sind dabei, wie in der oberen Darstellung der 15 zu erkennen ist, die außen liegenden Rohrabschnitte 28. Die untere Darstellung des Rohres 2 zeigt die Ausrichtung der Rohrabschnitte bei eingeschobenen Leitblechlagen 5.
16 zeigt eine Ausführungsvariante eines vollständigen Wärmeaustauschers 1. Zur weiteren Stabilisierung des Rohres 2 und der Leitbleche 51 sind an den Stirnseiten des Wärmeaustauschers 1 jeweils Endkappen 6 aufgesetzt. Diese Endkappen 6 fixieren dabei die Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 über die Mäanderverbindungsstücke 22 sowie die Lagenverbindungsstücke 25 an den Stirnseiten des Wärmeaustauschers 1.
In den 17 bis 20 sind nochmals weitere Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1 gezeigt.
Bei dem in diesen Figuren dargestellten Wärmeaustauscher 1 sind wiederum Lamellenlagen 7 zwischen den Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D vorgesehen. Im Gegensatz zur Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers 1, wie er in 1 gezeigt ist, sind zwischen benachbarten Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D jeweils zwei Lamellenlagen 7 angeordnet.
Die Lamellenlagen 7 sind dabei auf ihren einander zugewandten Seiten ohne Ausnehmungen 73, die der Aufnahme der Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 dienen aufeinander liegend angeordnet.
Die Ausnehmungen 73 auf den Nockenrücken 71 der Lamellenlagen 7 sind hier nur auf den Nockenrücken 71 einer Seite der Lamellenlagen 7 vorgesehen, während die Nockenrücken 72 der gegenüberliegenden Seite der Lamellenlagen 7 ohne solche Ausnehmungen 73 ausgebildet sind.
Wie in 19 gezeigt ist, erstrecken sich innerhalb der Ausnehmungen 73 auch hier Kragen 75 im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Rohrabschnitte 21. Sämtliche Kragen 75 einer Lamellenlage 7 erstrecken sich dabei in die gleiche Richtung.
Um ein Ineinanderrutschen aufeinander liegender Lamellenlagen 7 in Spalte zwischen jeweiligen Nockenrücken 72 zu verhindern, sind gemäß der in 19 gezeigten bevorzugten Ausführungsvariante die Lamellenflanken 74 in ihrer Längserstreckung ungeradlinig verformt ausgebildet.
Eine solche ungeradlinige Verformung kann dabei, wie in 19 gezeigt, durch eine geringfügige Abwinkelung einzelner Streckenabschnitte der Lamellenflanken 74 ausgebildet sein.
Denkbar ist auch eine v-förmige Gestaltung der Lamellenflanken 74 entlang ihrer Längserstreckung in y-Richtung mit entsprechend genau einer Abwinkelung. Denkbar ist auch eine wellenförmige Biegung der Lamellenflanken 74 oder dergleichen.
Wie den 17 und 18 des Weiteren zu entnehmen ist, kann das Rohr 2 des jeweiligen Wärmeaustauschers 1 entsprechend der 6 geformt sein. Dabei sind die Rohrabschnitte 21, die in den Ausnehmungen 73 der Lamellenlagen 7 einliegen in zueinander benachbarten Rohrlagen 2A, 2B, 2C, 2D in y-Richtung versetzt zueinander angeordnet, wie es in 17 gezeigt ist.
Bei der in 18 gezeigten Ausführungsvariante ist das Rohr 2 so geformt, dass die Rohrabschnitte 21 des Rohres 2 in vertikaler Richtung z betrachtet, parallel übereinander angeordnet sind.
Der Aufbau eines solchen Rohres 2 ist in der perspektivischen Darstellung in 20 gezeigt. Hier ist ein Rohr 2 im teilgebogenen Zustand dargestellt, vor dem letzten Biegevorgang, bei dem die erste Rohrlage 2A auf die zweite Rohrlage 2B gebogen wird.
Ein solchermaßen ausgebildetes Rohr 2 zeichnet sich durch seine besonders einfache Herstellung aus. Dabei wird zur Herstellung eines solchen Rohres 2 zunächst das Rohr 2 in flache Mäander gebogen. Anschließend wird das Rohr 2 zu einem Block umgefaltet.
Für einen solchen Rohrblock mit, wie hier gezeigt vier Rohrlagen mit je acht Rohrabschnitten 21 sind dabei lediglich zehn Biegeschritte notwendig. Bei den in 6 oder 8 gezeigten Rohren sind zur Herstellung des Rohrblockes wenigstens 34 Biegeschritte notwendig.
Sämtliche in den Figuren dargestellten Rohre 2 sind bevorzugt als Rohr mit geringem Durchmesser und Innenvolumen ausgebildet, wie es beispielsweise der Verwendung von umweltverträglichen, aber brennbaren Kältemitteln wie beispielsweise Propan oder bei solchen Wärmeaustauschern eingesetzt wird, die hohe Drucke erfordern, mit beispielsweise CO₂ als Kältemittel.
Der Außendurchmesser eines solchen Rohres 2 beträgt vorzugsweise zwischen 3 mm und 8 mm. Die Wandstärke des Rohres 2 beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1,5 mm.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauscher
2: Rohr
21: Rohrabschnitt
22: Mäanderverbindungsstück
23: Lagenverbindungsstück
24: Winkelverbindungsstück
25: Lagenverbindungsstück
26: Auslass
27: Auslass
28: Rohrabschnitt
2A–G: Rohrlage
3: Lamellenlage
31: Nockenrücken
32: Nockenrücken
33: Ausnehmung
34: Lamellenflanke
35: Kragen
36: Versteifungselement
37: Spalt
4: Spannmitel
41: Spannblech
42: Sicke
43: Spannband
44: Aufnahmerand
5: Leitblechlage
51: Leitblech
52: Ober-/Unterkante
53: Ausnehmung
54: Leitblechflanke
55: Kragen
56: Versteifungselement
57: Spalt
58: Abstandselement
6: Endkappe
7: Lamellenlage
71: Nockenrücken
72: Nockenrücken
73: Ausnehmung
74: Lamellenflanke
75: Kragen
76: Abwinkelung
t₁: erste Prägungstiefe
t₂: zweite Prägungstiefe
D: Abstand benachbarter Ausnehmungen eines Nockenrückens
E: Versatzlänge
PM: erstes Medium
KM: zweites Medium

Claims

Wärmeaustauscher (1), insbesondere eines Wärmepumpen-Trockners, aufweisend – wenigstens ein über mehrere Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr (2) zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums, – zwischen den Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) angeordnete Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums, – wobei die Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) über Lagenverbindungsstücke (23, 25) miteinander verbunden sind, – wobei in Nockenrücken (31, 32) der Lamellenlagen (3) oder in Ober-/Unterkanten (52) von Leitblechen (51) der Leitblechlagen (5) Ausnehmungen (33, 53) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, – wobei jeweils die Ausnehmungen (33, 53) an den Nockenrücken (31, 32) oder den Ober-/Unterkanten (52) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) Kanäle bilden, in denen die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmungen (33, 53) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) oder den Ober-/Unterkanten (52) jeweiliger Leitblechlagen (5) versetzt zueinander angeordnet sind und – an den Ausnehmungen (33, 53) sich in Längsrichtung (x) der Rohrabschnitte (21), die in den Ausnehmungen (33, 53) aufgenommen sind, erstreckende Kragen (35, 55) angeordnet sind, an denen jeweilige Wandabschnitte des Rohres (2) anliegen.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versatzlänge (E) zwischen den Ausnehmungen (33, 53) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) oder Ober-/Unterkanten (52) jeweiliger Leitblechlagen (5) gleich dem halben Abstand (D) benachbarter Ausnehmungen (33, 53) an einem der Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) oder Ober-/Unterkanten (52) jeweiliger Leitblechlagen (5) ist.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen (35, 55) der die Kanäle bildenden Ausnehmungen (33, 53) benachbarter Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) an 60% bis 90%, bevorzugt 70% bis 85%, des Umfangs der Rohrabschnitte (21) anliegen.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass übereinander angeordnete Lamellenlagen (3) oder Leitblechlagen (5) durch einen Spalt (37, 57) voneinander getrennt angeordnet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Lamellenflanken (34) der Lamellenlagen (3) oder Leitblechflanken (54) der Leitbleche (51) Versteifungselemente (36, 56) angeordnet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leitblechen (51) Abstandselemente (58) zur Abstützung und Beabstandung in einer Leitblechlage (5) hintereinander angeordneter Leitbleche (51) angeordnet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Kragen (55) an den Ober-/Unterkanten (52) der Leitbleche (51) oder der Lamellenlagen (3) in vertikaler Richtung (z) im unverbauten Zustand größer ist als der lichte Abstand benachbarter Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G), wobei die Leitbleche (51) oder Lamellenlagen (3) im eingebauten Zustand in vertikaler Richtung (z) elastisch verformt sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) über an voneinander beabstandeten Stirnseiten des Wärmeaustauschers (1) alternierend angeordneten Lagenverbindungsstücken (25) miteinander verbunden sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) über an einer der Stirnseiten des Wärmeaustauscher (1) angeordneten Lagenverbindungsstücken (23, 25) miteinander verbunden sind.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagenverbindungsstücke (25) einen Rohrabschnitt (21) einer ersten Rohrlage (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) mit einem um genau eine Versatzlänge (E) versetzt angeordneten Rohrabschnitt (21) einer in vertikaler Richtung (z) unmittelbar benachbarten Rohrlage (2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) miteinander verbinden.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagenverbindungsstücke (25) einen Rohrabschnitt (28) einer ersten Rohrlage (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) mit einem um genau eine Versatzlänge (E) versetzt angeordneten Rohrabschnitt (21) einer in vertikaler Richtung (z) unmittelbar benachbarten Rohrlage (2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) miteinander verbinden, wobei der Rohrabschnitt (28) außerhalb der Leitblechlagen (5) angeordnet ist.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagenverbindungsstücke (23) einen in Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums letzten Rohrabschnitt (21) einer ersten Rohrlage (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) mit einem Rohrabschnitt (21) einer in vertikaler Richtung (z) unmittelbar benachbarten zweiten Rohrlage (2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) miteinander verbinden, wobei letzterer um genau eine Versatzlänge (E) versetzt zu einem in Durchflussrichtung des zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums ersten Rohrabschnitt (21) der ersten Rohrlage (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) angeordnet ist.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verspannung des Rohres (2) mit den Lamellenlagen (3) Spannmittel (4) vorgesehen sind.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (4) wenigstens ein Spannblech (41) umfassen.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannblech (41) eingeprägte Sicken (42) aufweist, die im verspannten Zustand des Spannbleches (41) in den Ausnehmungen (33) der äußersten Lamelle (3) bzw Leitblech einliegen oder in denen die Rohrabschnitt (21) äußerer Rohrlagen (2A, 2G) aufgenommen sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verspannung des Rohres (2) die Rohrabschnitte (21) wenigstens eine in z-Richtung betrachtet oberste Rohrlage und eine unterste Rohrlage (2) blattfederartig in z-Richtung gewölbt ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) nahe der Lagenverbindungsstücke (23, 25) an den Stirnseiten des Wärmeaustauschers durch jeweilige Endkappen (6) in ihrer Funktionsstellung fixiert sind.
Wärmeaustauscher (1), insbesondere eines Wärmepumpen-Trockners, aufweisend – wenigstens ein über mehrere Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) jeweils mäanderförmig gebogenes Rohr (2) zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums, – zwischen den Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) angeordnete Lamellenlagen (7) zur Durchleitung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums, – wobei die Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) über Lagenverbindungsstücke (25, 29) miteinander verbunden sind, – wobei in Nockenrücken (71) der Lamellenlagen (7) Ausnehmungen (73) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, – wobei jeweils die Ausnehmungen (73) an den Nockenrücken (71) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen (3) Kanäle bilden, in denen die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen benachbarten Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) jeweils zwei Lamellenlagen (7) angeordnet sind, – wobei die ohne Ausnehmungen (73) geformten Nockenrücken (72) der Lamellenlagen (7) einander zugewandt aufeinander liegen, – wobei an den Ausnehmungen (73) sich in Längsrichtung (x) der Rohrabschnitte (21), die in den Ausnehmungen (73) aufgenommen sind, erstreckende Kragen (75) angeordnet sind, an denen jeweilige Wandabschnitte des Rohres (2) anliegen.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen (75) sich entgegen einer Einschubrichtung der Lamellenlagen (7) zwischen die Rohrlagen (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) erstrecken.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenflanken (74) in ihrer Längserstreckung ungeradlinig verformt ausgebildet sind.