DE202014105709U1

DE202014105709U1 - Wärmeaustauscher

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Publication number: DE202014105709U1
Application number: DE202014105709.9U
Authority: DE
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: 2014-11-26
Publication date: 2016-02-29
Anticipated expiration: 2024-11-27
Also published as: DE102015120487A1

Abstract

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) 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) Ausnehmungen (33) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, – wobei jeweils die Ausnehmungen (33) an den Nockenrücken (31, 32) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen (3) Kanäle bilden, in denen die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmungen (33) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) versetzt zueinander angeordnet sind und – an den Ausnehmungen (33) sich in Längsrichtung (X) der Rohrabschnitte (21), die in den Ausnehmungen (33) aufgenommen sind, erstreckende Kragen (35) 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.
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.
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.
Die einzelnen Rohrlagen sind dabei über jeweilige Lagenverbindungsstücke miteinander verbunden.
In den Nockenrücken der Lamellen sind Ausnehmungen vorgesehen, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind.
Die Ausnehmungen an den Nockenrücken zweier übereinander und benachbart angeordneter Lamellen bilden dabei Kanäle, in denen die Rohrabschnitte des Rohres aufgenommen sind. Die Ausnehmungen an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken jeweiliger Lamellen 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 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 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.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Rohrabschnitte mit den Lamellenkragen zusätzlich oder alternativ zu den Spannmitteln miteinander verklebt.
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.
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 4mm und 12mm, 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 5mm und 25mm, 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 1,5mm und 10mm. 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.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauscher
2: Rohr
21: Rohrabschnitt
22: Mäanderverbindungsstück
23: Lagenverbindungsstück
24: Winkelverbindungsstück
25: Lagenverbindungsstück
26: Auslass
27: Auslass
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
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) 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) Ausnehmungen (33) vorgesehen sind, in denen Teilquerschnitte der jeweiligen Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, – wobei jeweils die Ausnehmungen (33) an den Nockenrücken (31, 32) zweier übereinander benachbart angeordneter Lamellenlagen (3) Kanäle bilden, in denen die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmungen (33) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) versetzt zueinander angeordnet sind und – an den Ausnehmungen (33) sich in Längsrichtung (X) der Rohrabschnitte (21), die in den Ausnehmungen (33) aufgenommen sind, erstreckende Kragen (35) 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) an den einander gegenüber liegenden Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) gleich dem halben Abstand (D) benachbarter Ausnehmungen (33) an einem der Nockenrücken (31, 32) jeweiliger Lamellenlagen (3) ist.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen (35) der die Kanäle bildenden Ausnehmungen (33) benachbarter Lamellenlagen (3) 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 angeordneten Lamellenlagen (3) durch einen Spalt (37) voneinander getrennt angeordnet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Lamellenflanken (34) der Lamellenlagen (3) Versteifungselemente (36) angeordnet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (36) als in den Lamellenflanken (34) eingeprägte Sicken ausgebildet sind.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (36) benachbarter Lamellenflanken (34) zur gleichen Seite der Lamellenflanken (34) hin ausgeprägt sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungselemente (36) in vertikaler Richtung (z) unter- oder oberhalb der Ausnehmungen (33) ausgeprägt sind.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägetiefe (t₁, t₂) der Versteifungselemente (36) mit wachsendem Abstand von den Ausnehmungen (33) abnimmt.
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 Wärmeaustauscher (1) alternierend angeordneten Lagenverbindungsstücken (25) miteinander verbunden sind.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, 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 11, 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 (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) miteinander verbinden.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 11, 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 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 vertikaler Richtung (z) unmittelbar benachbarten zweiten Rohrlage (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) miteinander verbinden.
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 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (4) wenigstens ein Spannblech (41) und wenigstens ein Spannband (44) umfassen.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannblech (41) als Blattfeder ausgebildet ist.
Wärmeaustauscher (1) nach Anspruch 16, 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) einliegen.
Wärmeaustauscher (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte (21) des Rohres (2) mit den Kragen (35) der Ausnehmungen (33) verklebt sind.