DE3138621A1

DE3138621A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE3138621A1
Application number: DE19813138621
Authority: DE
Inventors: Georges Fernand 2036 Cormondréche Jobin; de Jacques 2068 Hauterive Palézieux
Original assignee: Runtal Holding Co SA
Current assignee: Runtal Holding Co SA
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1982-06-24
Also published as: GB2088036B; ES507338A0; DE3138621C2; DK149997B; IT8124491A0; FR2494422B1; CH648402A5; IT1139544B; FR2494422A1; CA1168224A; ES8207000A1; IE812710L; GB2088036A; DK501281A; DK149997C; US4498529A; IE52252B1; GR75677B; BE891198A

Description

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit parallel und im Abstand voneinander angeordneten Flachrohren, die jeweils mit an einer Schmalseite ausgebildeten Anschlussöffnungen an je ein entsprechende Anschlussöffnungen aufweisendes Sammelrohr für Vorlauf und Rücklauf durch Verschweissen der Flachrohre mit den Sammelrohren angeschlossen sind.

Bei bisher bekannten Wärmeaustauschern dieser Art mit parallel im Abstand voneinander angeordneten Flachrohren sind aus herstellungstechnischen Gründen die bisher gebräuchlichen Flachrohre mit einem relativ grossen Wasserinhalt verwendet worden, da an den Schmalseiten dieser Flachrohre noch eine genügende Breite zur Ausbildung ausreichend dimensionierter Anschlussöffnungen vorhanden ist und diese Breite auch noch ausreicht, um durch Verschweissen der Flachrohre mit den Sammelrohren beispielsweise durch Buckelpresschweissung eine genügend stabile Verbindung der Rohre zu erzielen.

Wenn der Wärmeaustauscher als Heizkörper in einer Zentralheizungsanlage verwendet wird und Heisswasser durch die Flachrohre strömt, lassen sich bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Heisswassers durch die Rohre eine kleinere thermische Trägheit des Heizkörpers und eine bessere Wärmeabgabe erzielen und somit eine bessere Nutzung der aufzuwendenden Energie. Um diese Wirkung zu erzielen, ist man bestrebt, auch bei einem Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art ultraflache Ovalrohre zu verwenden, durch die das Wasser mit hoher Strömungsgeschwindigkeit hindurchströmt. Als solche Rohre werden Flachrohre bezeichnet, bei denen das Verhältnis

der Innenquerschnittsfläche zum äusseren Umfang kleiner oder gleich 2,5 ist. Diese Flachrohre haben eine zu geringe Tiefe, um an der Schmalseite der Flachrohre ausreichend grosse Anschlussöffnungen vorsehen zu können, um eine genügende Zu- "bzw. Abführung des Heisswassers von den Sammelrohren zu den Flachrohren bzw. in umgekehrter Richtung sicherzustellen. Ferner erlaubt die geringe Tiefe der Flachrohre auch nicht,

. ihre Schmalseiten mit den Sammelrohren durch die bekannten Schweissmethoden ausreichend fest zu verbinden, um die geforderte Stabilität des Wärmeaustauschers zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Heizkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit den bekannten Schweissmethoden herstellbar ist und der zwecks besserer Nutzung der aufzuwendenden Energie bzw. Einsparung von Energie unter Verwendung von Flachrohren sehr geringer Tiefe hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Massnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2-11.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Wärmeaustauschers von der Seite schematisch;

Fig. 2 eine Ansicht des Wärmeaustauschers gemäss Fig. 1 von oben;

Fig. 3 und 4 das Sammelrohr und das Flachrohr ausschnittweise und in grösserem Masstab getrennt voneinander dargestellt, das Sammelrohr im Querschnitt (Fig. 3) und im Längsschnitt (Fig. 4) für die Verbindung mit einer Mulde versehen;

Fig. 5 die fertige Verbindung gemäss Fig. 3 und 4 im Querschnitt durch das Sammelrohr;

Fig. 6 und 7 das Sammelrohr und das Flachrohr ausschnittweise in grösserem Masstab getrennt voneinander dargestellt, das Flachrohr im Längsschnitt (Fig. 6) und im Querschnitt (Fig. 7) für die Verbindung mit einer Mulde versehen;

Fig. 8 die fertige Verbindung gemäss Fig. 6 und 7 im Querschnitt durch das Sammelrohr;

Fig. 9 und 10 das Sammelrohr und Flachrohr ausschnittweise in grösserem Masstab getrennt voneinander dargestellt, im Querschnitt (Fig. 9) und Längsschnitt (Fig. 10) durch das Sammelrohr, wobei das Flachrohr und das Sammelrohr für die Verbindung mit einer Mulde versehen sind;

Fig. 11 und 12 das Sammelrohr und das Flachrohr ausschnittweise in grösserem Masstab getrennt voneinander dargestellt, im Längsschnitt (Fig. 11) und im Querschnitt (Fig. 12) durch das Flachrohr, das für die Verbindung mit einer Mulde versehen ist, die in Querrichtung erweitert ist;

Fig. 13 und 14 das Sammelrohr und das Flachrohr ausschnittweise und in grösserem Masstab getrennt voneinander dargestellt, das Flachrohr im Längsschnitt (Fig. 13) und im Querschnitt (Fig. 14), für die Verbindung mit einer in Querrichtung erweiterten Bohrung versehen.

Fig. 15 und 16 das Sammelrohr und das Flachrohr getrennt

dargestellt, das Flachrohr für die Verbindung mit einer einwärts gedrückten Mulde und einer erweiterten Anschlussbohrung versehen.

Der Wärmeaustauscher gemäss Fig. 1 und 2 weist zwei Sammelrobre 1 und 2 für Vor- und Rücklauf sowie seitlich an die Sammelrohre angeschlossene Flachrohre 3 auf, die parallel und im gleichen Abstand voneinander mit ihren Schmalseiten an die beiden Sammelrohre 1 und 2 angeschlossen sind. Der Wärmeaustauscher mit den auf der linken Seite in ausgezogenen Linien dargestellten Flachrohren 3 stellt die einsäulige Ausführungsform und mit den zusätzlich auf der rechten Seite angeschlossenen und in gestrichelten Linien dargestellten. Flachrohren 4 die zweisäulige Ausführungsform dar.

Um die in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten Verbindungen und Anschlüsse zwischen den Sammelrohren und Flachrohren bei Verwendung extrem flacher Flachrohre mit genügender Stabilität der Verbindung und ausreichend grossen Anschlussöffnungen herstellen zu können, müssen die Sammelrohre oder die Flachrohre oder beide Rohrarten vor Herstellung der Verbindung durch Bearbeitung der Rohrwand vorbereitet werden. Bei einer ersten Ausführungsform gemäss Fig. 3 und 4 weist jedes Sammelrohr 1a bzw. 2a an den Verbindungsstellen quer zur Rohrachse längs einer Sehne durch das Rohr verlaufende Mulden 5 auf, deren Profillinie in Rohrachsrichtung dem Querschnittsprofil des Flachrohrs 3a an dessen Schmalseite entspricht, wie aus Fig. 4 zu erkennen ist. Die Mulde 5 ist mittels eines Formfräsers hergestellt, so dass sich durch Materialwegnahme eine Rohrwanddurchbrechung als Anschlussöffnung 6 ergibt, wobei die durchtrennte Rohrwand das Muldenprofil aufweist, wie sich aus Fig. 4 ergibt. In Fig. 4 lässt auch der Querschnitt durch das Flachrohr 3a erkennen, dass dieses Rohr extrem flach ist. Die lichte Breite des Rohrs beträgt 3 - 5 mm bei einer aussen gemessenen Höhe des Rohrs von ca. 70 mm und einer Blechstärke von 1,25 bis höchstens 2,0 mm. Mit diesen Abmessungen ist bei diesem Flachrohr das Verhältnis der Innen-

querschnittsfläche zum äusseren Rohrumfang kleiner oder gleich 2,5. Bezogen auf die Rohrlänge gilt der gleiche Wert 2,5 auch für das Verhältnis des Wasservolumens im Rohr zur äusseren Heizfläche des Rohrs. Ein kleiner Wert "bedeutet hier im Vergleich mit grösseren Rohrquerschnitten bei bekannten Wärmeaustauschern, dass die auf ein gleiches Wasservolumen bezogene Heizfläche grosser ist und die Wärmeabgabe des Heizkörpers daher besser ist. Da in dem flachen Rohr weniger Wasser enthalten ist, das mit grösserer Geschwindigkeit hindurchströmt, ist die thermische Trägheit des Wärmeaustauschers geringer als die eines solchen mit nicht extrem flachen Rohren.

Die zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen den Rohren notwendige Mulde 5 könnte auch als querverlaufende Eindrückung im Rohr hergestellt werden. Eine Anschlussöffnung wäre dann getrennt herzustellen.

In Fig. 5 ist in kleinerem Masstab die fertige Verbindung zwischen einem Sammelrohr und einem Flachrohr gemäss Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei ist in Abweichung von der Darstellung gemäss Fig. 3 und 4 ein Sammelrohr 1 oder 2 dargestellt, das aus zwei über die Rohrlänge sich erstreckenden Teilen besteht. Bei dieser Methode für die Verbindung der Flachrohre mit den Sammelrohren, die eine der möglichen verschiedenen Methoden darstellt, ist zunächst das Flachrohr 3a mit dem einen Teil des Sammelrohrs von dessen Innenseite aus verschweisst und anschliessend sind die beiden Teile des Sammelrohrs durch über die Rohrlänge sich erstreckende Schweissnähte miteinander verbunden.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 ist im Flachrohr 3a nur eine Bohrung 7 als Anschlussöffnung ausgebildet, die beim Verbinden des Flachrohrs mit dem Sammel-

rohr mittig zu der in diesem ausgebildeten Anschlussöffnung fr zu liegen kommt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäss Fig. 6 und 7 weist das Flachrohr 3b an seiner Schmalseite an jeder Verbindungsstelle eine quer zur Längsachse des Flachrohrs sich erstreckende Mulde 8 auf, deren Profillinie in Rohrachsrichtung dem Querschnittsprofil des Sammelrohrs 1b bzw. 2b entspricht. Diese Mulde 8 wird zweckmässig auch mit Hilfe eines Formfräsers hergestellt, sodass sich durch Materialwegnahme eine Rohrwanddurchbrechung 9 ergibt, die die Anschlussöffnung bildet. Das Sammelröhr 1b bzw. 2b besitzt in diesem Fall als Anschlussöffnung eine Bohrung 10. Die fertige Verbindung der Rohre der Ausführungsform gemäss Fig. 6 und 7 ist in Fig. 8 dargestellt. Hier sind als weitere Variante der Methoden zum Verbinden von Sammelrohr und Flachrohr diese durch Löten an der Aussenseite miteinander verbunden. Die Lötung erfolgt rings um die Anschlussöffnung längs der Durchdringungslinie der beiden Rohre. Eine weitere bekannte Methode für die Verbindung der Sammelrohre mit den Flachrohren ist die Buckelpresschweissung, die es erlaubt, mit Hilfe einer Maschine sämtliche Anschlussverbindungen an dem Wärmeaustauscher gleichzeitig herzustellen.

Die bei dem Flachrohr gemäss Fig. 3 die Anschlussöffnung 7 oder bei dem Sammelrohr gemäss Fig. 6 die Anschlussöffnung 10 bildende zylindrische Bohrung kann im Durchmesser nicht grosser sein, als die lichte Weite des Flachrohrs, die somit bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 bis 8 die Grenze für die Grosse der Anschlussöffnung und damit für die Strömungsmenge beim Zu- und Abführen des Heizmediums von den Sammelrohren zu den Flachrohren bzw. umgekehrt setzt. Wenn für eine grössere Strömungsmenge die Anschlussöffnungen in

beiden miteinander zu verbindenden Rohren grosser sein sollen, kann gemäss Fig. 9 und 10 sowohl im Sammelrohr 1a bzw. 2a wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 eine Mulde 5 wie auch im Flachrohr 3b wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 eine Mulde 8 durch Materialwegnahme hergestellt werden, sodass die beiden Rohre mit den schlitzförmigen. Anschlussöffnungen 6 und 9 gegeneinander zu liegen kommen.

In Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der in dem Sammelrohr 1c bzw. 2c die Anschlussöffnung von einer Bohrung 11 gebildet ist, die im Durchmesser grosser ist als die Bohrung 10 gemäss Fig. 6 und 7, deren maximale Grosse wie erwähnt von der lichten Breite des Flachrohres abhängig ist. Daher ist das Flachrohr 3c gemäss Fig. 11 und 12 auf der Mitte der durch Materialwegnahme hergestellten Mulde 12 durch Verformung der Rohrwand in Querrichtung zur Längsachse des Flachrohrs erweitert. Diese Erweiterung 13 der Rohrwand geht aus Fig. 12 deutlicher hervor und ermöglicht, dass die Anschlussöffnung 14 im Flachrohr die grössere Anschlussöffnung 11 im Sammelrohr überdeckt.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäss Fig. 13 und 14 ist im Flachrohr 3d durch eine zylindrische Bohrung eine kleinere Mulde 15 hergestellt, die dann mit einer Erweiterung 16 durch Verformung der Rohrwand in Querrichtung zur Rohrlängsachse eine AnschlussÖffnung 17 bildet. Das Sammelrohr 1d bzw. 2d besitzt eine annähernd gleich grosse Anschlussöffnung 18, die grosser ist als beispielsweise die Anschlussöffnung 10 des Sammelrohrs 1b bzw. 2b gemäss Fig. und 7. Der die Anschlussöffnung 17 im Flachrohr umschliessende Rand der Rohrwand lässt sich daher aufgrund der Erweiterung 16 rings um diese AnschlussÖffnung 18 an der Rohrwand des Sammelrohrs 1d bzw. 2d festschweissen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 15 und 16 ist im Flachrohr 3e an der Schmalseite eine Mulde 20 eingedrückt. Eine Bohrung 22 in der Mitte der Mulde 20 bildet die Anschlussöffnung. Durch die mit einem Dorn hergestellte Erweiterung 21 des Flachrohrs bei dieser Anschlussöffnung ist der Durchlass für das Heizmedium noch vergrössert. Das Sammelrohr 1d, 2d besitzt eine etwa gleich grosse Bohrung 18 als Anschlussöffnung wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 13 und 14. Mit der eingedrückten Mulde am Flachrohr lässt sich eine sehr stabile Schweissverbindung mit dem Sammelrohr herstellen, wobei die Buckelpresschweissung zur Anwendung gelangt.

Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lässt sich in herstellungstechnisch und wirtschaftlich günstiger Weise ein Wärmeaustauscher herstellen, der die mit den extrem flachen Rohren erzielbaren Vorteile besitzt, die sich aus der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Heizmediums und der entsprechend kleineren thermischen Trägheit sowie der besseren Wärmeabgabe ergeben, was insgesamt zu einer besseren Nutzung der aufzuwendenden Energie beiträgt. Die in parallelen Abständen und vorzugsweise senkrecht angeordneten Flachrohre des Wärmeaustauschers, die zwischen sich Lufträume um·^ schliessen, haben ausserdem die vorteilhafte Wirkung, eine kaminartig aufsteigende Luftströmung entstehen zu lassen.

Claims

n j. τ „ TJ- η ·■■··* d· · A ·* ·* ·· ···· 3138621 Runtal Holding Company S.A., . _ ^4n. — 2 9. Sep. 1981 Patentansprüche

1. Wärmeaustauscher mit parallel und im Abstand voneinander angeordneten Flachrohren, die jeweils mit an einer Schmalseite ausgebildeten Anschlussöffnungen an je ein entsprechende Anschlussöffnungen aufweisendes Sammelrohr für Vorlauf und Rücklauf durch Verschwelssen der Flachrohre mit den Sammelrohren angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anschlusstellen die Rohrwand der Sammelrohre und/oder der Flachrohre zwecks gegenseitigen Durchdringens ihrer Randbereiche bearbeitet ist und die Sammelrohre und Flachrohre mit koaxial zueinander angeordneten Anschlussöffnungen an den längs der Durchdringungslinie gegeneinander liegenden Rohrwandzonen miteinander verschweisst sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Flachrohren (3a bis 3e) das Verhältnis der Innenquerschnittsfläche zum äusseren Rohrumfang kleiner oder gleich 2,5 ist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (1a, 2a) an den Anschlusstellen quer zur Rohrachse längs einer Sehne durch das Rohr verlaufende Mulden (5) aufweisen, deren Profillinie in Rohrachsrichtung dem Querschnittsprofil des Flachrohrs (3a) an dessen Schmalseite zum passenden Einfügen eines Flachrohrrandes in eine Mulde (5) entspricht.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3b bis 3e) an einer Schmalseite

quer zur Längsachse des Flachrohrs sich erstreckende Mulden (8, 12, 15, 20) aufweisen, deren Profillinie in Rohrachsrichtung mindestens annähernd dem Querschnittsprofil des Sammelrohrs (1a bis 1d, 2a bis 2d) zum passenden Zusammenfügen von Sammelrohr und Flachrohr entspricht.

5. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulden (5, 8, 12, 15) durch Materialwegnahme zwecks Bildung einer Rohrwanddurchbrechung (6, 9, 14, 17) als Anschlussöffnung ausgebildet sind.

6. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulden (20) durch Eindrücken der Rohrwand ausgebildet sind und in der Mitte jeder Mulde eine Bohrung (22) als Anschlussöffnung ausgebildet ist.

7. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sammelrohre (1a, 2a) und Flachrohre (3b) mit an den Anschlussteilen beim Sammelrohr und beim Flachrohr durch Materialwegnahme ausgebildeten Mulden (5, 8) miteinander verschweisst sind.

8. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mulden (5) aufweisende Sammelrohre (1a, 2a) mit als Bohrungen (7) ausgebildete Anschlussöffnungen aufweisenden Flachrohren (3a) verschweisst sind bzw. Mulden (8, 12, 15, 20) aufweisende Flachrohre (3b bis 3e) mit als Bohrungen (10, 11, 18) ausgebildete Anschlussöffnungen aufweisenden Sammelrohren (1b bis 1d, 2b bis 2d) verschweisst sind.

9. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (3c, 3d, 3e) bei

den Mulden (12, 15, 20) durch Rohrwandverformung (13, 16, 21) in Querrichtung zur Längsachse des Flachrohrs erweitert sind.

10. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre 1a bis d, 2a bis d) und die Flachrohre (3a bis d) durch Löten oder Buckelpresschweissen miteinander verbunden sind.

11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (1a bis d, 2a bis d) jeweils aus mindestens zwei über die Rohrlänge sich erstreckenden Teilen bestehen und die Flachrohre (3a bis d) mit dem einen dieser Sammelrohrteile von der Innenseite aus verschweisst sind und beide Sammelrohrteile durch über die Rohrlänge sich erstreckende Schweissnähte miteinander verbunden sind.