EP3121549B1 - Heat exchange element - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschelement nach Anspruch 1, einen Wärmetauscher nach Anspruch 14, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements nach Anspruch 15. Wärmeaustauschelemente können beispielsweise in Wärmetauschern, wie sie zum Kühlen/Heizen von Räumen oder ganzen Gebäuden in der Form von Decken- oder Wandpanelen oder auch direkt in der Decke oder Wand eingesetzt werden, Verwendung finden. WO 2009/157519 A1 , zum Beispiel, offenbart ein Wärmeaustauschelement gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a heat exchange element according to claim 1, a heat exchanger according to claim 14, a method for producing a heat exchange element according to claim 15 Wall panels or directly in the ceiling or wall are used. WO 2009/157519 A1 , for example, discloses a heat exchange element according to the preamble of claim 1.

Grundsätzlich sind verschiedene Wärmeaustauschelemente aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch kommt es bei solchen Wärmeaustauschelementen, auf Grund zumindest teilweiser schlechter thermischer Leitung zwischen Wärmeaustauschelement und der in den Raum gerichteten Kühl-/Wärmefläche des Wärmetauschers zu einem mangelhaften Wärmetausch und somit zu schlechten Übertragungswerten, weshalb bspw. in der DE 10 2013 209 961 B4 vorgeschlagen wird ein zusätzliches Wärmeleitelement zu verwenden.In principle, various heat exchange elements are known from the prior art, but with such heat exchange elements, due to at least partially poor thermal conduction between the heat exchange element and the cooling/heating surface of the heat exchanger directed into the room, there is an inadequate heat exchange and thus poor transmission values, which is why e.g. in the DE 10 2013 209 961 B4 it is proposed to use an additional heat-conducting element.

Des Weiteren sind bei bekannten Wärmetauschern für Raumkühlung bzw. Heizung oft zusätzliche akustisch dämpfende Eigenschaften gewünscht, die bspw. durch Lochungen in der Vorderwand, kombiniert mit möglichst grossflächig auf der Rückseite der Vorderwand ausgelegten akustischem Dämmmaterial verbessert werden können. Da die Rückseite gleichzeitig die innere Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers bildet, die beispielsweise mit der Platte eines Wärmeaustauschelements, das mit einem Kühl-/Heizwasser transportierenden Rohr wirkverbunden ist, zusammenwirkt, steht die akustisch nutzbare Fläche mit der zur Kühlung mit dem Wärmeaustauschelement nutzbaren Fläche in Konkurrenz. Weshalb die Kühl-/Heizleistung einerseits und/oder die akustischen Eigenschaften bekannter Wärmetauscher sich gegenseitig beschränken.Furthermore, with known heat exchangers for room cooling or heating, additional acoustically damping properties are often desired, which can be improved, for example, by perforations in the front wall, combined with acoustic damping material laid out over the largest possible area on the back of the front wall. Since the back also forms the inner heat exchange surface of the heat exchanger, which is operatively connected, for example, to the plate of a heat exchange element that is operatively connected to a pipe transporting cooling/heating water, interacts, the acoustically usable area competes with the area that can be used for cooling with the heat exchange element. Which is why the cooling/heating capacity on the one hand and/or the acoustic properties of known heat exchangers limit one another.

Des Weiteren können bei bekannten Wärmetauschern nur Plattenelemente mit einer verhältnismässig kleinen thermisch wirksamen Oberfläche mit dem das Wasser oder ein anderes Wärmeaustauschfluid transportierenden Rohr verbunden werden, was Installationsaufwand, Kosten und das Gewicht der Wärmetauscher erhöht.Furthermore, with known heat exchangers, only plate elements with a relatively small thermally effective surface area can be connected to the pipe transporting the water or another heat exchange fluid, which increases installation complexity, costs and the weight of the heat exchanger.

Bekannt ist des Weiteren bei Wärmeaustauschelementen spezielle Strangpressprofile als Rohrträger bzw. Plattenelemente einzusetzen. Solche Profile sind jedoch nur für bestimmte Anwendungen ausgelegt und in der Herstellung, insbesondere für kleinere Stückzahlen sehr teuer.It is also known to use special extruded profiles as pipe supports or plate elements in heat exchange elements. However, such profiles are only designed for specific applications and are very expensive to produce, especially for small quantities.

Des Weiteren hat sich bei herkömmlichen Wärmeaustauschelementen gezeigt, dass die Verbindungsverfahren mit Nachteilen behaftet sind. So sind herkömmliche Lotverbindungen mechanisch empfindlich, dies insbesondere bei Schlagbeanspruchung, wie sie beispielsweise bei der Montage vorkommen kann. Demgegenüber zeigen Klebverbindungen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit während bei bekannten Schweissverbindungen durch die damit einhergehende grosse thermische Belastung Materialien, insbesondere Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, stark zu Verzug neigen und häufig nachbearbeitet werden müssen.Furthermore, in the case of conventional heat exchange elements, it has been shown that the connection methods have disadvantages. Conventional solder joints are mechanically sensitive, especially when subjected to impact stress, which can occur during assembly, for example. On the other hand, adhesive joints exhibit poor thermal conductivity, while in known welded joints, materials, in particular materials with different thermal expansion coefficients, have a strong tendency to warp due to the associated high thermal stress and often have to be reworked.

So offenbart die japanische Patentanmeldung JP 2011/041954 ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetransferplatte, bei dem bei dem eine Plattenrinne mit einem darin angeordneten Rohr mit einem Deckel durch Rührreibschweissen eines rotierenden Werkzeugs in einem konfizierten Bereich zwischen Deckel und Seitenwand der Rinne verbunden wird. Anschliessend wird das rotierende Werkzeug mit einem geringeren Temperatureintrag an der Rückseite der Platte geführt um diese wieder zu begradigen.So disclosed the Japanese patent application JP 2011/041954 a method of manufacturing a heat transfer plate, in which a plate gutter with a pipe arranged therein is connected to a cover by friction stir welding of a rotating tool in a butted area between the cover and the side wall of the gutter. The rotating tool is then guided with a lower temperature input on the back of the panel to straighten it again.

In JP10054688 wird die Herstellung eines Kühlkörpers für einen Fusionsreaktor offenbart, bei dem mehrere Rohre metallurgisch mit zumindest zwei mit Passungsrillen versehenen Platten so verbunden werden, dass die Platten sowohl miteinander als auch mit den Rohren verbunden sind.In JP10054688 discloses the manufacture of a heat sink for a fusion reactor in which a plurality of tubes are metallurgically bonded to at least two mating grooved plates such that the plates are bonded both to each other and to the tubes.

Ziel der vorliegenden Anmeldung ist es zumindest einen der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu verbessern.The aim of the present application is to improve at least one of the aforementioned disadvantages of the prior art.

Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement umfasst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Rohr zur Durchströmung mit einem Wärmeaustauschfluid und zumindest ein thermisch leitfähiges Plattenelement zur Aufnahme von Umgebungswärme und thermischer Weiterleitung der Umgebungswärme an das Rohr oder/und Aufnahme von Heizwärme aus dem Rohr und Abgabe der Heizwärme an die Umgebung.As is known from the prior art, a heat exchange element according to the invention comprises a tube for a heat exchange fluid to flow through and at least one thermally conductive plate element for absorbing ambient heat and thermally transferring the ambient heat to the tube and/or absorbing thermal heat from the tube and releasing it heat to the environment.

Dabei ist das Rohr auf zumindest einem Plattenelement oder zwischen zumindest zwei Plattenelementen einer Plattenelementanordnung angeordnet, wobei zumindest ein Kontaktmittel zur thermischen Kontaktierung vorgesehen ist, das ein Verbindungsmittel oder/und Anpressmittel umfasst.In this case, the tube is arranged on at least one plate element or between at least two plate elements of a plate element arrangement, with at least one contact means being provided for thermal contact, which comprises a connecting means and/or pressing means.

Das Plattenelement ist dabei im Bereich einer Plattenelementkontaktfläche zum thermisch leitenden Kontaktieren an die Rohrkontaktfläche mittels einer Passung, mit einer gegenüber der Plattendicke D des Plattenelements verringerten Materialdicke d, angepasst um die Kontaktflächen zu vergrössern. Dabei kann die Materialdicke d schräg oder rechtwinklig gestuft, stufenförmig oder gleichmässig zur Mitte der Passung hin abnehmend ausgeführt sein.The plate element is adapted in the area of a plate element contact surface for thermally conductive contact to the pipe contact surface by means of a fit, with a material thickness d that is reduced compared to the plate thickness D of the plate element, in order to enlarge the contact surfaces. The material thickness d can be stepped at an angle or at right angles, stepped or evenly decreasing towards the middle of the fit.

Dabei wird ein Rohr über eine bzw. mehrere seitliche Rohrkontaktflächen mit zumindest einem, bzw. bei einer Plattenelementanordnung mit zumindest zwei, oder mehreren Plattenelementen wirkverbunden, die ihrerseits zumindest eine Plattenelementkontaktfläche zum Verbinden mit der Rohrkontaktfläche aufweisen. Unter Wirkverbindung wird hier eine thermisch leitende Anordnung zwischen Rohr bzw. Rohrkontaktfläche und gegenüberliegender Kontaktfläche verstanden die durch physische, leitende Verbindungsmittel (Lot, Kleber, Schweissung) oder Anpressen einer Kontaktfläche auf die andere hergestellt wird.In this case, a pipe is operatively connected via one or more lateral pipe contact surfaces to at least one or, in the case of a plate element arrangement, to at least two or more plate elements, which in turn have at least one plate element contact surface for connecting to the Have pipe contact surface. An active connection is understood here to mean a thermally conductive arrangement between the tube or tube contact surface and the opposite contact surface, which is produced by physical, conductive connection means (solder, adhesive, welding) or by pressing one contact surface onto the other.

Die Verbindungsmittel umfassen eine Schweissverbindung und können dabei auch eine Lötverbindung oder/und eine Klebverbindung umfassen. Zur weiteren oder einfacheren Vergrösserung der Kontaktflächen kann das Rohr zumindest eine im Querschnitt zumindest teilweise ebene Rohrkontaktfläche aufweisen.The connecting means include a welded connection and can also include a soldered connection and/or an adhesive connection. For further or simpler enlargement of the contact surfaces, the pipe can have at least one pipe contact surface that is at least partially flat in cross section.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeaustauschelement ein oder mehrere Plattenelemente, die mit dem zumindest einem Rohr durch zumindest eine oder mehrere im Wesentlichen parallel Linien von Schweisspunkten miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment, the heat exchange element comprises one or more plate elements which are connected to the at least one tube by at least one or more substantially parallel lines of weld points.

Das Rohr kann dabei parallel oder bevorzugt quer, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen in einem rechten Winkel, zu einer Längsrichtung L des Plattenelements mit diesem wirkverbunden sein. Durch das Ausrichten quer zum Plattenelement werden die durch Schweissen, bzw. auch Löten oder/und Kleben verbundenen Abschnitte kürzer, womit sich keine so grossen thermischen Spannungen in der Verbindung wie bei einem parallelen Aufbau bilden können. Trotzdem werden bei Verbindung von mehreren Plattenelementen durch ein oder mehrere Rohre vorteilhaft Abstandsspalte zwischen den Plattenelementen vorgesehen. Beispielsweise können bei einer Plattenelementbreite B von 20 bis 80 mm Spaltabstände S zwischen 10 bis 40 mm gewählt werden. Dies gilt besonders für Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten wie bspw. bei Verwendung von Aluminiumplatten und Kupferrohren.The tube can be operatively connected to a longitudinal direction L of the plate element parallel or preferably transversely, particularly preferably essentially at a right angle. By aligning transversely to the plate element, the sections connected by welding or also soldering and/or gluing become shorter, which means that thermal stresses that are not as great as in a parallel structure cannot form in the connection. Nevertheless, when several plate elements are connected by one or more tubes, spacing gaps are advantageously provided between the plate elements. For example, with a plate element width B of 20 to 80 mm, gap distances S between 10 and 40 mm can be selected. This applies in particular to materials with different thermal expansion coefficients, such as when using aluminum plates and copper pipes.

Dabei kann das Rohr auch mäandrierend mit zumindest einem Plattenelement verbunden sein, wobei die gekrümmten Rohrabschnitte bevorzugt ausserhalb der Kontaktflächen liegen, daher das oder die Plattenelemente seitlich überragen, was eine mechanische Anpassung der Kontaktflächen erleichtert. Somit können Rohr und Plattenelement im Bereich der Passung, insbesondere im Bereich der Kontaktflächen für den Wärmeübergang zwischen Rohr und Plattenelement, gerade ausgeführt sein, was die Herstellungskosten vergünstigt, da u.a. auch die Passung gerade ausgeführt sein kann.The tube can also be connected to at least one plate element in a meandering manner, with the curved tube sections preferably being outside the contact surfaces lie, therefore the one or more plate elements protrude laterally, which facilitates a mechanical adjustment of the contact surfaces. Thus, tube and plate element can be straight in the area of the fit, particularly in the area of the contact surfaces for the heat transfer between tube and plate element, which lowers the manufacturing costs because, among other things, the fit can also be straight.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmeaustauschelements ergibt sich wenn eine Abmessungen X des Plattenelements parallel zur Rohrachse im Bereich der Plattenelementkontaktfläche grösser ist als eine Abmessungen Y in einem vom Rohr weiter beabstandeten Bereich. Dadurch kann beispielsweise eine durch den Rand des Plattenelements definierte Grenzlinie GL vergrössert werden und oder Plattenelemente so ausgeführt werden, dass sie mit ineinander verschränkt, bspw. parallel, beabstandeten Grenzlinien, bspw. auf einer inneren Wärmeaustauschfläche A_wi gegenüberliegen, wobei der Abstand einerseits klein genug gewählt ist um eine rasche Wärmeleitung aus der Freifläche zum Plattenelement zu gewährleisten, andererseits gross genug um jeweils gewünschte akustische Dämpfungselemente zwischen den Platten anzubringen. Entsprechende miteinander kombinierbare Formen und bevorzugt Flächenverhältnisse, bzw. Flächen zu Grenzlinienverhältnisse werden unten an Hand der entsprechenden Figuren 7, 8 und 11 dargestellt und beschrieben.A further preferred embodiment of the heat exchange element results when a dimension X of the plate element parallel to the tube axis in the area of the plate element contact surface is greater than a dimension Y in an area further away from the tube. As a result, for example, a boundary line GL defined by the edge of the plate element can be enlarged and/or plate elements can be designed in such a way that they have mutually intertwined, e.g. parallel, spaced boundary lines, _e.g is chosen to ensure rapid heat conduction from the open space to the plate element, on the other hand large enough to attach the desired acoustic damping elements between the plates. Corresponding shapes that can be combined with one another and preferably surface ratios, or surface to boundary line ratios, are described below using the corresponding Figures 7, 8 and 11 shown and described.

In einer weiteren Ausführungsform des Wärmeaustauschelements kann das Plattenelement im Bereich der Anpressebene senkrecht zur Rohrachse ausgerichtete Längslöcher aufweisen. Dadurch kann das Gewicht des Plattenelements deutlich herabgesetzt werden, ohne dabei den Wärmefluss in Richtung des Rohrs zu unterbrechen. Damit ist es auch möglich die thermisch wirksame(n) Oberfläche(n) des mit einem Rohr wirkverbundenen Plattenelements, bspw. die Anpressfläche oder deren Rückseite, wesentlich zu vergrössern, womit einerseits aus der leichteren Bauweise des Plattenelements, andererseits aus dem geringeren Rohrleitungsbedarf eine deutliche Gewichtsersparnis resultiert. Bei üblichen Plattenelementen des Standes der Technik können bei üblichen Rohrdurchmessern von 5 bis 20 mm, bevorzugt 8 bis 15 mm bei einem zentralen, längs auf dem Plattenelement montierten Rohr Breiten b zwischen 80 bis 135 mm realisiert werden. Bei entsprechenden mit Längslöchern versehenen Plattenelementen sind Breiten b von 80 bis 1000 mm möglich. Eine entsprechende um einen Faktor 3 bis ca. 12 grössere Fläche pro Rohreinheit kann damit verwirklicht werden. Des Weiteren stehen, bspw. für einen Einsatz in einem Wärmetauscher, auch die durch die Längslöcher gebildeten Freiflächen des Wärmetauschers bei entsprechender Dimensionierung der Längslöcher für akustische Dämpfungsmassnahmen, wie oben beschrieben zur Verfügung. So können bspw. die Löcher der Vorderwand des Wärmetauschers zumindest teilweise mit den Löchern bzw. Längslöchern des Plattenelements überlappen, im Bereich der gebildeten Freiflächen Bördelungen der Vorderwandlöcher und/oder entsprechendes flächiges Dämmmaterial (Vliese, Gitter, etc.) vorgesehen sein. Letzteres kann auch einfachheitshalber, bspw. analog zu Wärmetauschern mit direkt auf der inneren Wärmeaustauschfläche aufgebrachten Rohren, über die gesamte Fläche zwischen den Rohren, also Plattenelement und Freifläche überdeckend, angeordnet sein.In a further embodiment of the heat exchange element, the plate element can have longitudinal holes aligned perpendicularly to the tube axis in the region of the pressing plane. As a result, the weight of the plate element can be significantly reduced without interrupting the flow of heat in the direction of the tube. This also makes it possible to significantly enlarge the thermally effective surface(s) of the plate element that is operatively connected to a pipe, e.g. the pressing surface or its rear side, which results in a significant Weight saving results. With conventional plate elements of the prior art, with conventional pipe diameters of 5 to 20 mm, preferably 8 to 15 mm, widths b of between 80 and 135 mm can be realized with a central pipe mounted longitudinally on the plate element. Widths b of 80 to 1000 mm are possible with appropriate panel elements provided with longitudinal holes. A corresponding surface area per tube unit that is 3 to about 12 times larger can thus be realized. Furthermore, for use in a heat exchanger, for example, the open areas of the heat exchanger formed by the longitudinal holes are also available for acoustic damping measures, as described above, with appropriate dimensioning of the longitudinal holes. For example, the holes in the front wall of the heat exchanger can at least partially overlap with the holes or longitudinal holes in the plate element, in the area of the free areas formed, flanges can be placed on the front wall holes and/or corresponding flat insulating material (fleece, grid, etc.) may be provided. For the sake of simplicity, the latter can also be arranged over the entire area between the tubes, ie covering the plate element and open area, for example analogously to heat exchangers with tubes attached directly to the inner heat exchange surface.

Um dem Plattenelement auch akustisch dämpfende Eigenschaften zu verleihen, kann dieses in jeder Ausführungsform auch eine grössere Anzahl in eine rückwärtige, also der Anpressfläche entgegengesetzten Richtung gebördelte Rundlöcher aufweisen. Diese können zumindest in bestimmten Flächenbereichen zusätzlich zu den Längslöchern vorgesehen sein, wobei Letztere ebenfalls gebördelt ausgeführt sein können. In einfacher Weise kann dabei die Bördelung durch ein an den Schneidkanten verrundetes Stanzwerkzeug zum Herstellen der Löcher erfolgen.In order to also give the panel element acoustically damping properties, in each embodiment it can also have a larger number of round holes flanged in a rearward direction, that is to say in the opposite direction to the pressing surface. These can be provided at least in certain surface areas in addition to the longitudinal holes, with the latter also being able to be flanged. In a simple manner, the flanging can be done by a punching tool that is rounded at the cutting edges to produce the holes.

In einer weiteren Ausführungsform des Wärmeaustauschelements erstreckt sich die dem Rohr abgewandte Seite des Plattenelements, bzw. die dem Rohr abgewandten Seiten der zumindest zwei Plattenelemente der Plattenelementanordnung, sich zu beiden Seiten einer Symmetrieebene S des Wärmeaustauschelements in jeweils einer unterschiedlichen Ebene A, A', wobei sich die Ebenen A, A' in der Symmetrieebene S, entlang einer Schnittlinie zwischen Symmetrieebene S und einer parallel zu einer Rohrachse 2 und senkrecht zur Symmetrieebene S verlaufenden vierten Ebene H, schneiden. Dabei bilden die Ebenen A, A' zur Ebene H jeweils einen spitzen Winkel α, α', so dass das Wärmeaustauschelement (1) mit den Ebenen A, A' federnd an eine zur vierten Ebene H parallelen Wärmeaustauschfläche 21 anpressbar ist. Unter Symmetrieebene S wir hier und im Folgenden eine Ebene S verstanden, die das Wärmeaustauschelement symmetrisch teilt und dabei auf die Wärmeaustauschfläche senkrecht steht.In a further embodiment of the heat exchange element, the side of the plate element facing away from the tube, or the sides of the at least two plate elements of the plate element arrangement facing away from the tube, extend on both sides of a plane of symmetry S of the heat exchange element in a different plane A, A′, respectively the planes A, A' intersect in the plane of symmetry S along a line of intersection between the plane of symmetry S and a fourth plane H running parallel to a pipe axis 2 and perpendicular to the plane of symmetry S. The planes A, A' form an acute angle α, α' to the plane H, so that the heat exchange element (1) resiliently attaches to the planes A, A' a heat exchange surface 21 parallel to the fourth plane H can be pressed. A plane of symmetry S is understood here and in the following to mean a plane S which divides the heat exchange element symmetrically and is perpendicular to the heat exchange surface.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind dabei die Winkel α, α' dem Betrag nach gleich und/oder öffnen sich in einer bezüglich der Symmetrieebene S entgegengesetzten Richtungen, dabei auf dieselbe, zum Rohr entgegengesetzt gelegenen Seite der Ebene H. Dem Betrag nach wird der Winkel bevorzugt von 1 bis 15°, insbesondere bevorzugt von 2 bis 10° eingestellt.In a preferred embodiment, the angles α, α′ are equal in magnitude and/or open in opposite directions with respect to the plane of symmetry S, thereby on the same side of the plane H opposite the tube. The angle is preferred in terms of magnitude from 1 to 15°, particularly preferably from 2 to 10°.

Die Anpressmittel können grundsätzlich auf der zum Rohr gewandten Seite des oder der Plattenelemente so befestigt sein, oder mit einem das Wärmeaustauschelement umfassenden Wärmetauscher oder einem an oder in einer Gebäudeoberfläche montiertem Gebäudeelement so zusammenwirken, dass der Wärmeübergang zwischen Rohr und Plattenelement und/oder zwischen Plattenelement und einer inneren Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers verbessert wird. Im Falle einer wie oben beschriebenen gewinkelten Rohr zu Plattenelementanordnung wird das Wärmetauschelement durch die Anpressmittel vorteilhafterweise so gegen die innere Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers angepresst, dass die Winkel α, α' im Wesentlichen gleich 0° sind und somit die gesamte Anpressfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht.The pressing means can in principle be fastened on the side of the plate element or elements facing the pipe, or interact with a heat exchanger comprising the heat exchange element or with a building element mounted on or in a building surface in such a way that the heat transfer between pipe and plate element and/or between plate element and an inner heat exchange surface of the heat exchanger is improved. In the case of an angled pipe to plate element arrangement as described above, the heat exchange element is advantageously pressed against the inner heat exchange surface of the heat exchanger by the pressing means in such a way that the angles α, α' are essentially equal to 0° and the entire pressing surface is therefore available for heat exchange .

Für ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement werden Plattenelemente mit einer Plattendicke D von 0.5 bis 3.0 mm, bzw. für Schweissverbindungen bis 10 mm, dabei bevorzugt mit einer Dicke von 1 bis 2 mm eingesetzt, die sich für den Bau von sehr flachen und leichten Wärmetauschern eignen. Dementsprechend werden auch sehr flache Passungen mit einer Tiefe von 0.3 bis 1.5 mm, bzw. für Schweissverbindungen bis 6 mm, dabei bevorzugt von 0.6 bis 1 mm verwendet, um die Stabilität der Plattenelemente nicht zu stark herabzusetzen. Bevorzugt werden dabei Passungen die im Randbereich oder im gesamten Querschnitt kreissegmentförmig sind.Plate elements with a plate thickness D of 0.5 to 3.0 mm, or for welded joints up to 10 mm, are used for a heat exchange element according to the invention preferably used with a thickness of 1 to 2 mm, which are suitable for the construction of very flat and light heat exchangers. Accordingly, very shallow fits with a depth of 0.3 to 1.5 mm, or for welded joints up to 6 mm, preferably 0.6 to 1 mm, are used in order not to reduce the stability of the plate elements too much. Preference is given to fits that are in the form of segments of a circle in the edge area or in the entire cross section.

Alternativ oder zusätzlich kann dabei die Passung eine ebene Fläche umfassen oder aus einer ebenen Fläche bestehen.Alternatively or additionally, the fit can include a flat surface or consist of a flat surface.

Die mittlere Rauheit der Kontaktflächen wird auf einen Ra-Bereich von 0.05 bis 2.0 pm, bevorzugt von 0.1 bis 1 µm eingestellt. Letzteres ist beispielsweise auch für eine Plattenelement/Rohranordnung mit schräg geschnittenen Platten vorteilhaft, da dann ein Verbinden bspw. in einem mittleren Bereich der Plattendicke möglich ist und bspw. flüssiger Kleber oder Lötzinn die Gesamtkontaktfläche durch kapillares Anhaften im Spaltbereich beidseitig der Rohrkontaktlinie auf der schräg angeschnittenen Seitenfläche des Plattenelements vergrössert. Des Weiteren wird durch eine bezüglich der Plattendicke mittige Verbindung auch die Zu-/Ableitung der Wärme zum oder vom Plattenelement erleichtert.The average roughness of the contact surfaces is adjusted to an Ra range of 0.05 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 1 μm. The latter is also advantageous, for example, for a plate element/pipe arrangement with plates cut at an angle, since a connection is then possible, e.g Lateral surface of the plate element enlarged. Furthermore, the supply/dissipation of the heat to or from the plate element is also facilitated by a central connection with respect to the plate thickness.

Das Wärmeaustauschelement kann auch einen Lotspalt aufweisen. Dieser kann vorteilhaft mit einer Tiefe zwischen 0.05 bis 0.3 mm eingestellt werden. Wird der Lotspalt dabei durch zwei im Randbereich der Passung vorgesehene Abstandsstufen und dem darauf liegenden Rohr gebildet, kann dieser besonders schmal, bspw. zwischen 0.05 und 0.2 mm, ausgestaltet sein, ohne dass flüssiges Lötzinn beim Aufsetzen des Rohrs auf die Platte seitlich austritt. Dies gilt insbesondere dann, wenn zusätzlich auf den Abstandsstufen eine Klebverbindung vorgesehen ist. Die Breite der Abstandstufe kann dabei zwischen 2 und 5 mm eingestellt werden. Wird eine unterbrochene Abstandsstufe oder Abstandsnoppen verwendet ist ein etwas grösserer Abstand von 0.1 bis 0.3 mm günstiger.The heat exchange element can also have a solder gap. This can advantageously be set to a depth of between 0.05 and 0.3 mm. If the solder gap by two in Edge region of the fit provided spacer steps and the tube lying on top formed, this can be particularly narrow, for example. Between 0.05 and 0.2 mm, configured without liquid solder leaking when placing the tube on the plate laterally. This applies in particular if an adhesive connection is additionally provided on the spacer steps. The width of the space step can be set between 2 and 5 mm. If an interrupted spacer step or spacer nubs is used, a slightly larger distance of 0.1 to 0.3 mm is better.

Bevorzugt wird das Plattenelements aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium auf Grund seiner guten Wärmeleiteigenschaft und geringem Gewicht hergestellt. Bevorzugtes Material für das Rohr ist Kupfer, jedoch kann hier auch eine anderes Metall, beispielsweise ebenfalls Aluminium verwendet werden.The plate element is preferably made of a light metal, in particular aluminum, due to its good thermal conductivity and low weight. The preferred material for the tube is copper, but another metal, for example aluminum, can also be used here.

Das Rohr ist im Bereich der Passung mit dem Plattenelement durch eine Schweissverbindung SV verbunden. Die Schweissverbindung SV umfasst dabei vorteilhaft zumindest eine parallel zur Rohrachse angeordnete Abfolge von Punktschweissungen, wodurch im Vergleich zu durchgehenden Schweissnähten ein geringerer Verzug erreicht werden konnte.In the area of the fit, the tube is connected to the plate element by a welded connection SV. The welded connection SV advantageously comprises at least one sequence of spot welds arranged parallel to the pipe axis, as a result of which less distortion could be achieved in comparison to continuous weld seams.

Die Schweissverbindung SV, insbesondere die Schweisspunkte können dabei von der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements aus angebracht werden. Ebenfalls auf der dem Rohr abgewandten Seite der Passung kann eine Ausdünnung des Plattenmaterials bspw. in der Form einer oder mehrerer Sicken oder Vertiefungen parallel zur Passung angeordnet sein.The welded connection SV, in particular the welding points, can be attached from the side of the plate element facing away from the pipe. A thinning can also occur on the side of the fit facing away from the pipe of the plate material, for example in the form of one or more beads or indentations, can be arranged parallel to the fit.

Die Materialdicke d kann im Bereich der Passung, insbesondere im Bereich einer Schweissverbindung zwischen 0.1 und 0.5 mm eingestellt sein, was den Schweissvorgang erleichtert.The material thickness d can be set between 0.1 and 0.5 mm in the area of the fit, in particular in the area of a welded joint, which facilitates the welding process.

Ganz allgemein werden für geschweisste Wärmeaustauschelemente 1 mit einer von unten (also von der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements) ausgeführten Schweissung Plattendicken D zwischen 0.5 und 10 mm gewählt.Very generally, plate thicknesses D between 0.5 and 10 mm are selected for welded heat exchange elements 1 with a weld performed from below (ie from the side of the plate element facing away from the pipe).

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher mit zumindest einem wie oben beschriebenen Wärmeaustauschelement, mit einer Vorderwand, die eine innere Wärmeaustauschfläche und eine gegenüberliegende äussere Wärmeaustauschfläche umfasst, wobei die Anpressfläche A_pr des Wärmeaustauschelement kleiner ist als die innere Wärmeaustauschfläche A_wi und das Verhältnis A_pr / A_wi in einem Bereich von 0.3 bis 0.7, bevorzugt in einem Bereich von 0.4 und 0.6 liegt.Another object of the present invention is a heat exchanger with at least one heat exchange element as described above, with a front wall comprising an inner heat exchange surface and an opposite outer heat exchange surface, the contact surface A _pr of the heat exchange element being smaller than the inner heat exchange surface A _wi and the ratio A _pr / A _wi is in a range from 0.3 to 0.7, preferably in a range from 0.4 and 0.6.

Der Bereich der inneren Wärmeaustauschfläche A_wi der nicht im Kontakt mit der Anpressfläche A_pr ist, wird auch Freifläche genannt und steht bspw. für akustische Dämpfungsmassnahmen zur Verfügung.The area of the inner heat exchange surface A _wi that is not in contact with the contact surface A _pr is also called the free surface and is available, for example, for acoustic damping measures.

Bevorzugt wird dabei das Verhältnis zwischen der inneren Wärmeaustauschfläche A_wi und der Grenzlinie GL des zumindest einen Wärmeaustauschelements zwischen 0.5 und 3 cm, insbesondere bevorzugt zwischen 0.9 und 1.8 cm eingestellt.The ratio between the inner heat exchange surface A _wi and the boundary line GL of the at least one heat exchange element is preferably set to between 0.5 and 3 cm, particularly preferably between 0.9 and 1.8 cm.

Des Weiteren kann auf einem Teilbereich der inneren Wärmeaustauschfläche A_wi zwischen dem(n) Rohr(en) oder/und den Plattenelementen, insbesondere auf einer Freifläche ein akustischer Dämpfer angeordnet sein. Als Freifläche wird hier die Fläche der inneren Wärmeaustauschfläche A_wi verstanden, die nicht mit einer Anpressfläche eines Plattenelements in Kontakt ist. Der akustische Dämpfer kann dabei eine oder mehrere Matten aus Vliesmaterial und/oder eine Loch- oder Gitterplatte umfassen. Ein solcher Dämpfer kann auch in einem bezüglich des Wärmeaustauschelements hinteren Bereichs zusätzlich angeordnet sein.Furthermore, an acoustic damper can be arranged on a partial area of the inner heat exchange surface A _wi between the pipe(s) and/or the plate elements, in particular on an open area. The open area is understood here as the area of the inner heat exchange surface A _wi that is not in contact with a pressing surface of a plate element. The acoustic damper can include one or more mats made of fleece material and/or a perforated or grid plate. Such a damper can also be additionally arranged in a rear region with respect to the heat exchange element.

Ein erfindungsgemässer Wärmetauscher umfasst dabei zumindest ein wie oben beschriebenes Wärmeaustauschelement und eine wie oben beschriebene Vorderwand, sowie bevorzugt ein Gehäuse, das zusätzlich zur Vorderwand noch eine Seitenwand umfasst. Zum Anpressen des Wärmeaustauschelements an die innere Wärmeaustauschfläche können dabei Kontaktmittel, die Verbindungsmittel oder/und Anpressmittel umfassen, vorgesehen.A heat exchanger according to the invention comprises at least one heat exchange element as described above and a front wall as described above, and preferably a housing which also comprises a side wall in addition to the front wall. Contact means, which include connecting means and/or pressing means, can be provided for pressing the heat exchange element against the inner heat exchange surface.

Die Anpressmittel können dabei eine Rückwand und/oder eine mit der Seitenwand, dabei insbesondere mit dem hinteren Bereich der Seitenwand zusammenwirkende Klemmvorrichtung, beispielsweise in der Arte eines Bajonettverschlusses umfassen.The pressing means can include a rear wall and/or a clamping device that interacts with the side wall, in particular with the rear region of the side wall, for example in the manner of a bayonet lock.

In einem bezüglich des Wärmeaustauschelements hinteren Bereich kann zusätzlich thermisches Isolationsmaterial angeordnet werden, um den Wärmetauscher bei Bedarf bspw. thermisch von der Gebäudemasse zu isolieren.Thermal insulation material can also be arranged in a rear area with respect to the heat exchange element, in order to thermally insulate the heat exchanger from the building mass, for example, if required.

Die Vorderwand des Wärmetauschers kann bevorzugt eine Aluminiumplatte, insbesondere bevorzugt eine auf der Vorderseite, daher auf der äusseren Wärmeaustauschfläche vorbehandelte Aluminiumplatte umfassen. Beispielsweise kann durch die Vorbehandlung die Oberfläche so konditioniert werden, dass sie streich- bzw. verputzbar ist.The front wall of the heat exchanger can preferably comprise an aluminum plate, particularly preferably an aluminum plate which has been pretreated on the front side, hence on the outer heat exchange surface. For example, the surface can be conditioned by the pre-treatment in such a way that it can be painted or plastered.

Rohr und Platte des Wärmeaustauschers können dabei grundsätzlich durch verschiedene Verbundverfahren, wie Schweissen, beispielsweise Punkt- oder Linienschweissen, durch Kleben, beispielsweise mittels UV-aushärtendem Kleber oder mittels thermisch reaktivem Kleber, welcher auf zumindest eine Kontaktfläche (bspw. mit Schutzfolie) aufgebracht wird und durch Wärmezufuhr schmilzt, miteinander verbunden werden. Als besonders geeignet hat sich aber das im Folgenden beschriebene Lötverfahren herausgestellt, wobei die dort näher beschriebene mechanische (Vor)Bearbeitung der Rohrkontaktfläche auch bezüglich eines Verbundes mit anderen Verbundverfahren, insbesondere den oben Erwähnten, vorteilhaft ist.In principle, the tube and plate of the heat exchanger can be connected using various bonding methods, such as welding, for example spot or line welding, by gluing, for example using UV-curing adhesive or using thermally reactive adhesive, which is applied to at least one contact surface (e.g. with protective film) and melted by the supply of heat, can be connected to one another. However, the soldering method described below has proven to be particularly suitable, with the mechanical (pre)processing of the tube contact surface described in more detail there also being advantageous with regard to a bond with other bonding methods, in particular those mentioned above.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements, mit zumindest einem Rohr zur Durchströmung mit einem Wärmeaustauschfluid und zumindest einem thermisch leitfähigen Plattenelement zur Aufnahme von Umgebungswärme und thermischer Weiterleitung der Umgebungswärme an das Rohr oder/und Aufnahme von Heizwärme aus dem Rohr und Abgabe der Heizwärme an die Umgebung, kann folgende Schritte umfassen:

• Erwärmen des Plattenelements auf eine erste Löttemperatur T1 und Aufbringen von Lötzinn mittels Ultraschall auf einer Plattenelementkontaktfläche;
• Erwärmen des Rohrs auf eine zweite Löttemperatur T2 und Aufbringen von Lötzinn mittels Ultraschall auf einer Rohrkontaktfläche;
• Ausrichten der Rohrkontaktfläche an bzw. auf der Plattenelementkontaktfläche und Erwärmen des Plattenelements und des Rohrs auf eine dritte Löttemperatur T3 der Plattenelementkontaktfläche bzw. eine vierte Löttemperatur T4 des Rohrs, wobei Plattenelement und Rohr gegen einander, vorzugsweise unter Ausübung eines Anpressdrucks, gehalten und anschliessend fortwährend gehalten durch Abkühlen miteinander verbunden werden. Lötzinn steht hier und im Folgenden synonym für unterschiedliche, bevorzugt zinnhaltige Lotlegierung.

A method for producing a heat exchange element, with at least one tube through which a heat exchange fluid can flow and at least one thermally conductive plate element for absorbing ambient heat and thermally conducting the ambient heat to the Pipe and/or absorption of thermal heat from the pipe and release of thermal heat to the environment can include the following steps:

• heating the plate member to a first soldering temperature T1 and ultrasonically depositing solder on a plate member contact surface;
• heating the tube to a second soldering temperature T2 and ultrasonically applying solder to a tube contact surface;
• Alignment of the tube contact surface on or on the plate element contact surface and heating of the plate element and the tube to a third soldering temperature T3 of the plate element contact surface or a fourth soldering temperature T4 of the tube, with the plate element and tube being held against one another, preferably by applying contact pressure, and then being held continuously bonded together by cooling. Here and in the following, soldering tin is synonymous with different soldering alloys that preferably contain tin.

Bevorzugt werden dabei die Plattenelementkontaktflächen in einem vorgelagerten Verfahren durch mechanische Bearbeitung des Plattenelements an die Kontur der Rohrkontaktfläche angepasst um die Kontaktfläche zu vergrössern. Besonders geeignet insbesondere für Kleinserien sind dabei mechanische Bearbeitungsschritte, die Fräsen, Schleifen, Sägen oder Prägen umfassen.The plate element contact surfaces are preferably adapted to the contour of the pipe contact surface in a preceding process by mechanical processing of the plate element in order to enlarge the contact surface. Mechanical processing steps that include milling, grinding, sawing or embossing are particularly suitable, especially for small series.

So kann, beispielsweise für Wärmetauscher bzw. Wärmeaustauschelemente übliche Rohraussendurchmesser von 12 mm, in bevorzugter Weise durch Fräsen einer kanalförmigen, zumindest im Randbereich kreissegmentförmigen Passung mit einer Tiefe von 0.3 bis 1.5 mm, dabei bevorzugt von 0.6 bis ca. 1 mm auf einer einfach geformten, dünnen Platte hergestellt werden, um damit eine grössere Platenkontaktfläche zur Befestigung eines zylindrischen oder eines abgeflachten Rohrs herzustellen. Die Plattendicke beträgt dabei 0.5 bis 3 mm, dabei bevorzugt ca. 1 bis 2 mm. Die Vertiefung des Kanals hat dabei eine Sehnenlänge von ca. 5 mm um Rohre mit einem Durchmesser von ca. 5 bis 20 mm zu befestigen. Die Segmenttiefe des Kanals kann also vorteilhaft in einem Bereich zwischen 2 bis 12%, dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 5 und 8% des Rohraussendurchmessers eingestellt werden.Thus, for example, for heat exchangers or heat exchange elements, the usual external tube diameter of 12 mm can be preferably obtained by milling a channel-shaped, at least in the edge area, a fit in the shape of a segment of a circle with a depth of 0.3 to 1.5 mm, preferably 0.6 to approx. 1 mm, can be produced on a simply shaped, thin plate in order to produce a larger plate contact surface for fastening a cylindrical or a flattened tube. The plate thickness is 0.5 to 3 mm, preferably about 1 to 2 mm. The deepening of the channel has a chord length of about 5 mm in order to attach pipes with a diameter of about 5 to 20 mm. The segment depth of the channel can thus advantageously be set in a range between 2 and 12%, preferably in a range between 5 and 8% of the outside diameter of the pipe.

Alternativ kann auch eine entsprechende Platte durch eine entsprechend tiefere Rundfräsung in zwei Hälften geteilt und diese anschliessend mit zwei bezüglich der Symmetrieebene 2 gegenüberliegenden Seiten des Rohrs verbunden sein. Dadurch können auch beidseitig ebene Platten in zwei unterschiedlichen Ebenen A, A', wie oben beschrieben, am Rohr befestigt sein. Alternativ können die Platten stattdessen schräg geschnitten sein. Jedenfalls sollte die mittlere Rauheit der Fräs- oder Schnittfläche auf einen wie oben angegebenen Ra-Bereich eingestellt werden um eine bezüglich der Plattendicke mittige Verbindung mit grossflächiger Lotverbindung zu ermöglichen.Alternatively, a corresponding plate can also be divided into two halves by a correspondingly deeper circular milling and these can then be connected to two opposite sides of the tube with respect to the plane of symmetry 2 . As a result, plates that are flat on both sides can also be fastened to the pipe in two different planes A, A′, as described above. Alternatively, the panels may be bevel cut instead. In any case, the average roughness of the milled or cut surface should be set to a Ra range as specified above in order to enable a central connection with a large-area solder connection in relation to the panel thickness.

Werden vor dem Verbinden im Randbereich der Passung Abstandsstufen oder Abstandsnoppen angebracht, ist die Einstellung der Rauigkeit im Lotspalt weniger kritisch.If spacer steps or spacer nubs are applied in the edge area of the fit before joining, the adjustment of the roughness in the solder gap is less critical.

Zur Herstellung eines Wärmetauschelements mit einem Winkel α, α' können solche Plattenelemente seitlich entsprechend an das Rohr angesetzt werden, wohingegen einstückige Plattenelemente mit aufgesetztem Rohr bei Bedarf symmetrisch zur Passung vorgebogen werden.To produce a heat exchange element with an angle α, α′, such plate elements can be attached to the side of the pipe, whereas one-piece plate elements with an attached pipe can be symmetrically pre-bent to fit if necessary.

Des Weiteren kann dabei das Rohr an zumindest einer im Querschnitt zumindest teilweise ebenen Rohrkontaktfläche mit dem oder den Plattenelementen verbunden sein.Furthermore, the pipe can be connected to the plate element or elements on at least one pipe contact surface that is at least partially flat in cross section.

Die oben genannten mechanischen Verfahren ermöglichen durch die Verwendung eines geometrisch einfachen und dünnen Plattenmaterials eine besonders günstige und flexible Fertigung von leichten auch grossflächig ausgeführten Wärmetauschelementen, die prinzipiell auch mit anderen Verfahren, bspw. durch Kleben oder Schweissen verbunden werden können.By using a geometrically simple and thin plate material, the mechanical methods mentioned above enable a particularly favorable and flexible production of light heat exchange elements, including those with a large surface area, which in principle can also be connected using other methods, for example by gluing or welding.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements, insbesondere eines wie oben beschriebenen verschweissten Wärmeaustauschelements welches folgende Schritte umfasst:

• mechanische Bearbeitung des Plattenelements um dieses mittels einer in die Oberfläche eingebrachte Passung an die Kontur der Rohrkontaktfläche anzupassen und die Kontaktflächen zu vergrössern, wobei die Platten1dicke D des Plattenelements im Bereich der Passung auf eine Materialdicke d verringert wird;
• Ausrichten der Rohrkontaktfläche an der Plattenelementkontaktfläche im Bereich der Passung;
• Fixieren des Plattenelements und des Rohrs gegen einander, wobei vorzugsweise ein Anpressdruck ausgeübt wird;
• Anbringen zumindest einer parallel zur Rohrachse angeordnete Abfolge von Punktschweissungen zur Verbindung des Rohrs mit dem Plattenelement.

Another object of the present invention is a method for producing a heat exchange element, in particular a welded heat exchange element as described above, which comprises the following steps:

• mechanical processing of the plate element in order to adapt it to the contour of the tube contact surface by means of a fit introduced into the surface and to enlarge the contact surfaces, the plate thickness D of the plate element being reduced to a material thickness d in the region of the fit;
• aligning the tube contact surface with the plate member contact surface in the area of the fit;
• Fixing the plate element and the tube against each other, preferably with a contact pressure being exerted;
• Application of at least one sequence of spot welds arranged parallel to the pipe axis to connect the pipe to the plate element.

Zusätzlich kann in einem weiteren vorgelagerten mechanischen Bearbeitungsschritt die Materialdicke d im Bereich der Passung durch Anbringen einer Ausdünnung auf der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements, weiter verringert werden.In addition, in a further upstream mechanical processing step, the material thickness d in the area of the fit can be further reduced by applying a thinning on the side of the plate element facing away from the tube.

Ganz allgemein wird die Schweissverbindung vorteilhaft in einem Bereich der Passung angebracht in dem die Materialdicke d zwischen 0.1 bis 0.5 mm beträgt, insbesondere durch ein- oder beidseitige vorhergehende mechanische Bearbeitung eingestellt wurde, was auch für zweiteilige seitlich angesetzte Plattenelemente gilt.In general, the welded connection is advantageously applied in an area of the fit in which the material thickness d is between 0.1 and 0.5 mm, in particular by previous mechanical processing on one or both sides, which also applies to two-part plate elements attached at the side.

Dabei kann die Schweissverbindung von der dem Rohr abgewandten, "unteren" Seite des Plattenelements aus angebracht werden, beispielsweise durch Laser- oder US-schweissen. Im letzteren Fall kann zusätzlich zur unteren Sonotrode eine von oben auf das Rohr wirkende Sonotrode verwendet werden.In this case, the welded connection can be made from the "lower" side of the plate element facing away from the pipe, for example by laser or ultrasonic welding. In the latter case, a sonotrode acting on the tube from above can be used in addition to the lower sonotrode.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bevorzugt eines erfindungsgemässen Wärmetauschers mit einem erfindungsgemäss hergestellten Wärmeaustauschelement wobei ein bevorzugt mit Kleber vorbeschichtetes Wärmeaustauschelement auf die innere Wärmeaustauschfläche aufgeklebt oder/und aufgeklemmt wird. Dabei kann das Plattenelement des Wärmeaustauschelements in einem vorhergehenden Verfahrensschritt zunächst mit einem Kleber vorbeschichtet, mit einer Schutzfolie versehen und anschliessend mit einem Rohr verlötet werden, bevor es mit der Vorderwand des Wärmetauschers verklebt wird.Another object of the present invention is a method for producing a heat exchanger, preferably a heat exchanger according to the invention with a heat exchange element produced according to the invention, a heat exchange element preferably precoated with adhesive being glued and/or to the inner heat exchange surface is clamped. In this case, the plate element of the heat exchange element can first be precoated with an adhesive in a preceding method step, provided with a protective film and then soldered to a tube before it is glued to the front wall of the heat exchanger.

Des Weiteren kann in einem dem Kleben bzw. Klemmen direkt vorgeschalteten Schritt ein akustischer Dämpfer auf eine Freifläche der inneren Wärmeaustauschfläche A_wi aufgelegt werden, wobei der Dämpfer zumindest abschnittsweise mit Randbereichen einer Wärmeaustauschkontaktfläche, zur Wärmeübertragung zwischen Anpressfläche A_pr und innerer Wärmeaustauschfläche A_wi, überlappt und in einem zweiten Schritt das Wärmeaustauschelement mit den Anpressfläche A_pr auf die Wärmeaustauschkontaktfläche aufgeklebt oder geklemmt wird, so dass Dämpfer und Wärmeaustauschelement mit dem Wärmetauscher in nur einem Verfahrensschritt (wirk)verbunden werden.Furthermore, in a step immediately preceding the gluing or clamping, an acoustic damper can be placed on an open area of the inner heat exchange surface A _wi , the damper overlapping at least in sections with edge regions of a heat exchange contact surface for heat transfer between the contact surface A _pr and the inner heat exchange surface A _wi and in a second step, the heat exchange element is glued or clamped with the contact surface A _pr onto the heat exchange contact surface, so that damper and heat exchange element are (effectively) connected to the heat exchanger in just one process step.

Bezüglich des Lötverfahrens werden für das Aufbringen des Lötzinns dabei vorteilhafterweise Ultraschallköpfe verwendet die an die Form der jeweiligen Kontaktfläche angepasst sind. Damit kann die Löttemperatur tiefer gehalten, eine besonders gleichmässige Verteilung des Lötzinns bewirkt und/ oder die Automatisierung des Verfahrens erleichtert werden.With regard to the soldering process, advantageously ultrasonic heads are used for applying the solder, which are adapted to the shape of the respective contact surface. In this way, the soldering temperature can be kept lower, a particularly uniform distribution of the solder can be achieved and/or the automation of the process can be facilitated.

Die Löttemperaturen T1, T2, T3, T4 werden dabei in einem Bereich zwischen 130 und 250°C, dabei bevorzugt zwischen ca. 178° und ca. 221°C gewählt, wobei zumindest die Temperaturen T1 und T3, bevorzugt höchstens zwischen 170 und 200°, dabei bevorzugt auf ca. 180°C eingestellt werden. Dadurch ist es möglich beispielsweise mit Kleber und vorteilhafterweise mit einer Schutzfolie vorbeschichtete Plattenelemente zu verlöten, die sich besonders einfach, bspw. vor Ort auf die innere Wärmeaustauschfläche eines Wärmetauschers aufkleben lassen. T2 und T4 können dabei zwar prinzipiell höher eingestellt werden, jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen T4 möglichst analog zu T3, also auf gleiche Temperatur einzustellen um eine optimale Haftung und Wärmeübergang der verbundenen Teile zu erreichen.The soldering temperatures T1, T2, T3, T4 are selected in a range between 130 and 250°C, preferably between approx. 178° and approx. 221°C, with at least the temperatures T1 and T3, preferably at most between 170 and 200°, preferably to about 180°C. This makes it possible, for example, to solder plate elements that are pre-coated with adhesive and advantageously with a protective film, which can be glued particularly easily, for example on site, to the inner heat exchange surface of a heat exchanger. In principle, T2 and T4 can be set higher, but it has proven to be advantageous to set T4 as similar as possible to T3, i.e. to the same temperature, in order to achieve optimum adhesion and heat transfer of the connected parts.

Figurenbeschreibung:Figure description:

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Hier sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Figuren rein schematisch ist und zwecks besserer Darstellung der erfindungswesentlichen Details weder massstabs- noch proportionsgerecht erfolgt. Beispiele für bevorzugte Bemassungen bzw. Dimensionierungen finden sich in der allgemeinen Beschreibung oben sowie in der Figurenbeschreibung, bzw. Ansprüche wie folgt. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen denselben Gegenstand, bzw. dieselbe Funktion des Gegenstandes.The invention is explained in more detail below using figures and examples. It should be pointed out here that the representation of the figures is purely schematic and, for the purpose of better representation of the details essential to the invention, is not true to scale or proportion. Examples of preferred measurements or dimensioning can be found in the general description above and in the description of the figures or claims as follows. The same reference symbols in different drawings designate the same object or the same function of the object.

Dabei zeigen die Figuren Folgendes:

Figur 1:

Ein Wärmeaustauschelement des Standes der Technik

Figur 2:

Ein weiteres Wärmeaustauschelement des Standes der Technik

Figur 3:

Ein Wärmeaustauschelement

Figur 4:

Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement

Figur 5 und Figur 6:

Mehrteiliger Wärmeaustauschelementverbund

Figur 7 und Figur 8:

Weitere Ausführungsformen des Wärmeaustauschelements

Figur 9:

Wärmetauscher

Figur 10:

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements

Figur 11:

Wärmetauscher

Figur 12:

Verbindung mit Abstandsstufen

Figur 13:

Verbindung mit Abstandsnoppen

Figur 14:

Klebe-/Lötverbindung

Figur 15:

Schweissverbindungen

The figures show the following:

Figure 1:

A prior art heat exchange element

Figure 2:

Another prior art heat exchange element

Figure 3:

A heat exchange element

Figure 4:

A heat exchange element according to the invention

Figure 5 and Figure 6:

Multi-part heat exchange element composite

Figure 7 and Figure 8:

Further embodiments of the heat exchange element

Figure 9:

heat exchanger

Figure 10:

Process for manufacturing a heat exchange element

Figure 11:

heat exchanger

Figure 12:

connection with distance steps

Figure 13:

Connection with spacer knobs

Figure 14:

Glued/soldered connection

Figure 15:

welded joints

Das in Figur 1 dargestellte Wärmeaustauschelement 1' des Standes der Technik besteht aus einem Rohr 2`, dass in einem Hohlprofil eines stranggepressten Plattenelements 4' gehalten ist. Dabei sind Rohr 2' und Plattenelement 4' durch Schweissverbindungen 16 miteinander verbunden. Durch die punktuelle oder linienförmige Verschweissung kommt es nur an den Schweisspunkten bzw. Schweisslinien zu einem direkten wärmeleitenden Materialkontakt zwischen Rohr und Plattenelement, was für den Wärmetransport nachteilig ist.This in figure 1 The illustrated heat exchange element 1 'of the prior art consists of a tube 2' that is held in a hollow profile of an extruded plate element 4'. In this case, the pipe 2' and the plate element 4' are connected to one another by welded connections 16. Due to the punctiform or linear welding, there is direct heat-conducting material contact between the pipe and the plate element only at the welding points or welding lines, which is disadvantageous for the heat transport.

Des Weiteren sind stranggepresste Profile für Kleinserien aufwendig, wenn diese lediglich für eine Rohrdimension verwendet werden können.Furthermore, extruded profiles for small series are expensive if they can only be used for one pipe dimension.

Ein weiteres Wärmeaustauschelement 1" des Standes der Technik, wie beispielsweise aus DE 10 2013 209 961 B4 bekannt, ist in Figur 2 dargestellt. Dabei ist ein einseitig abgeflachtes Rohr 2" mittels einer Klebverbindung 17 über Rohrkontaktflächen 3" und Plattenkontaktflächen 5" mit einem als einfaches Profil ausgeführten Platten-, bzw. Kontaktelement 4" verbunden. Nachteilig ist hier, dass sich zwischen den Kontaktflächen 3" und 5" eine Klebeschicht befindet, die einen gut wärmeleitenden metallischen Kontakt zwischen Rohr 2" und Platten-, bzw. Kontaktelement 4" verhindert. Daher wurde hier ein Wärmeleitblech 27 vorgesehen um den Wärmeübergang zu verbessern.Another heat exchange element 1 "of the prior art, such as from DE 10 2013 209 961 B4 known is in figure 2 shown. A tube 2" flattened on one side is connected by means of an adhesive connection 17 via tube contact surfaces 3" and plate contact surfaces 5" to a plate or contact element 4" designed as a simple profile. The disadvantage here is that there is an adhesive layer between the contact surfaces 3" and 5" which prevents a metal contact between the tube 2" and the plate or contact element 4" which conducts heat well. Therefore, a heat conducting sheet 27 was provided here in order to improve the heat transfer.

Figur 3 zeigt ein Wärmeaustauschelement 1. Die Rohrachse Z, ist dabei mittig parallel zur Längsachse des Wärmeaustauschelements 1 ausgerichtet und das Rohr durch Lötzinn 18 oder eine beliebig andere gut leitende Lotverbindung mit dem Plattenelement 4 verbunden. Durch die metallische grossflächige Lot-Verbindung auf der hier, durch eine wie unten näher beschriebenen mechanische Bearbeitung an die Rohrkontaktfläche 3 angepasste Plattenelementkontaktfläche 5, kann ein wesentlich verbesserter Wärmeaustausch sichergestellt werden. Im vorliegenden Beispiel ist im Bereich der Passung 33 die Materialdicke d gegenüber der Plattendicke D des Plattenelements 4 annähernd kreissegmentförmig verringert. Dabei kann, besonders bei grösseren Winkeln α, α` (zur Funktion siehe auch Figur 4 und Beschreibung dazu) die Passung in den von der Symmetrieeben seitlich beabstandeten Bereichen etwas grösser als kreissegmentförmig, bspw. parabelförmig sein, um bei Anpressen des Wärmetauschers die Pressung bspw. durch das Lot und/oder den Kleber zwischen Rohr und Wärmeaustauschelement 4 aufzunehmen, wodurch gleichzeitig der Wärmeübergang verbessert wird. Besonders einfach kann dies durch Einbringen der Passung 33 in ein ebenes Plattenmaterial, anschliessendes Konfektionieren auf die gewünschte Plattengrösse und, falls gewünscht, Biegen der Plattenelemente an der Mittellinie der Passung, im vorliegenden Beispiel auch in der Symmetrieebene S des Plattenelements 4. Andere Geometrien, bspw. trogförmig mit flachem Boden zur Anpassung an einseitig abgeflachte Rohre etc. können so ohne weiteres verwirklicht werden. figure 3 shows a heat exchange element 1. The tube axis Z is aligned centrally parallel to the longitudinal axis of the heat exchange element 1 and the tube is connected to the plate element 4 by solder 18 or any other good conducting solder connection. A significantly improved heat exchange can be ensured by the metallic, large-area solder connection on the plate element contact surface 5, which is adapted here to the tube contact surface 3 by mechanical processing as described in more detail below. In the present example, in the area of the fit 33, the material thickness d compared to the plate thickness D of the plate element 4 is reduced approximately in the shape of a segment of a circle. In this way, especially with larger angles α, α` (for the function, see also figure 4 and description of this) the fit in the areas laterally spaced from the plane of symmetry must be somewhat larger than a segment of a circle, e.g. parabolic, in order to absorb the pressure, e.g. by the solder and/or the adhesive between the pipe and the heat exchange element 4 when the heat exchanger is pressed on, which means that at the same time the heat transfer is improved. This can be done particularly easily by introducing the fit 33 into a flat plate material, then tailoring it to the desired plate size and, if desired, bending the plate elements at the center line of the fit, in the present example also in the plane of symmetry S of the plate element 4. Other geometries, e.g Trough-shaped with a flat bottom for adaptation to pipes etc. that are flattened on one side can thus be realized without further ado.

Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement 1 zeigt Figur 4, in dem statt einem Plattenelement zwei Plattenelemente 4 verwendet werden, die seitlich an das Rohr 2 angesetzt sind. Des Weiteren ist in Figur 3 und 4 zu erkennen, dass die zwei Plattenelemente 4 in zwei gegenüber der Symmetrieebene S angewinkelten Ebenen A, A' liegen. Die Ebenen bilden dabei gegenüber der in der Figur horizontal verlaufende Ebene H die parallel zur Rohrachse Z und rechtwinklig zur Symmetrie-Ebene S verläuft jeweils einen Winkel α, α' und schneiden die Symmetrieebene S gemeinsam mit der Ebene H. Der Winkelbereich für α, α` liegt dabei bevorzugt zwischen 1 und 15°, insbesondere bevorzugt zwischen 2 und 10°. Damit wird sichergestellt, dass die Ebenen A, A' des Wärmeaustauschelements elastisch federnd an eine zur Ebene H parallele Wärmeaustauschfläche anpressbar sind. Durch das flächige Anpressen der durch die Winkelanstellung einfedernden Plattenelemente kann der Wärmeübergang zu einer inneren Wärmeaustauschfläche 21 eines Wärmetauschers 8 deutlich verbessert werden. Das Plattenelement 4 ist auch hier im Wesentlichen beidseitig planar und seitenparallel und bildet zum Rohr hin eine Passung 33, im vorliegenden Fall kreissegment- oder parabelförmig. In einer einfachen Variante kann auch ein schräger Anschnitt des Platenelements 4 als Passung 33 genügen.A heat exchange element 1 according to the invention shows figure 4 , in which two plate elements 4 are used instead of one plate element, which are attached laterally to the tube 2. Furthermore, in Figure 3 and 4 it can be seen that the two plate elements 4 lie in two planes A, A′ which are angled relative to the plane of symmetry S. The planes form one in each case compared to the plane H running horizontally in the figure, which runs parallel to the tube axis Z and at right angles to the plane of symmetry S Angles α, α' and intersect the plane of symmetry S together with the plane H. The angular range for α, α` is preferably between 1 and 15°, particularly preferably between 2 and 10°. This ensures that planes A, A′ of the heat exchange element can be pressed against a heat exchange surface parallel to plane H in an elastically resilient manner. The heat transfer to an inner heat exchange surface 21 of a heat exchanger 8 can be significantly improved by the flat pressing of the plate elements that are deflected by the angular position. Here too, the plate element 4 is essentially planar on both sides and parallel on both sides and forms a fit 33 towards the pipe, in the present case in the shape of a segment of a circle or a parabola. In a simple variant, an oblique cut on the plate element 4 can also suffice as a fit 33 .

Figur 5 und Figur 6 zeigen eine Anordnung mehrerer Plattenelemente 4, die mittels eines mäandrierenden Rohrs 2 miteinander verbunden sind. Dabei verläuft das Rohr 2 in Figur 5 quer zur Längsrichtung L der Plattenelemente 4, während in Figur 6 das Rohr parallel zur Längsrichtung L der Plattenelemente verläuft. In beiden Fällen liegen die gekrümmten Rohrabschnitte vorteilhaft ausserhalb der Kontaktflächen. Figure 5 and Figure 6 show an arrangement of several plate elements 4, which are connected to one another by means of a meandering tube 2. The tube runs 2 in figure 5 transverse to the longitudinal direction L of the plate elements 4, while in figure 6 the tube runs parallel to the longitudinal direction L of the plate elements. In both cases, the curved tube sections are advantageously outside the contact surfaces.

Figur 7a und 7b zeigen zwei weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abmessung x des Plattenelements parallel zur Rohrachse im Bereich oder an der Plattenelement-Kontaktfläche grösser ist als eine Abmessung y in einem vom Rohr 2 weiter beabstandeten Bereich. Dabei kann die Änderung der Abmessungen in den Dimensionen des Plattenelements 4 wie in Figur 7a gezeigt kontinuierlich erfolgen bspw. wie hier als seitlich abragende Dreiecke. Andererseits können sich die Abmessungen wie in Figur 7b beispielhaft dargestellt auch sprungartig ändern, wenn breite und schmale Bereiche des Plattenelements sich entlang der Rohrachse 2 abwechseln. Wie für den Fachmann ohne weiteres erkennbar können hier auch Kombinationen von, bezüglich der Breitenabmessungen b sich teils kontinuierlich teils sprungartig ändernde Formen des oder der Plattenelemente verwendet werden. Auch können je nach Bedarf und Menge der zu fertigenden Wärmetauscher entweder speziell auf eine Grösse konfektionierte Plattenelemente oder flexibel für kleinere Losgrössen oder unterschiedliche Wärmetauscher verwendbare, bspw. neben- oder hintereinander anordenbare geometrische geformte Plattenelemente 4, wie bspw. in Fig. 7B dargestellt eingesetzt werden. Figure 7a and 7b show two further preferred embodiments of the present invention, wherein a dimension x of the plate element parallel to the tube axis in the range or at the plate member contact surface is greater than a dimension y in a region further spaced from the tube 2. The change in dimensions in the dimensions of the plate element 4 as in Figure 7a shown continuously, for example as here as laterally protruding triangles. On the other hand, the dimensions can change as in Figure 7b shown by way of example, also change abruptly when wide and narrow areas of the plate element alternate along the tube axis 2 . As is readily apparent to a person skilled in the art, combinations of shapes of the plate element(s) which change in part continuously and in part abruptly with respect to the width dimensions b can also be used here. Also, depending on the requirement and quantity of the heat exchangers to be manufactured, either plate elements specially tailored to one size or flexibly usable for smaller batch sizes or different heat exchangers, e.g. geometrically shaped plate elements 4 that can be arranged next to or behind one another, such as in Figure 7B shown are used.

Figur 8a zeigt schematisch zwei weitere Möglichkeiten zur Ausführung eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschelements. Dabei sind in einem in der Zeichnung oberen Bereich des oder der Plattenelemente 4 Längslöcher 6 zu erkennen, deren Ausrichtung senkrecht zur Rohrachse 2 ist um den Wärmefluss möglichst wenig zu beeinflussen. Durch Anbringen entsprechender Längslöcher ist es einerseits möglich ohne oder mit einer nur geringfügigen Erhöhung des Gesamtgewichts des Wärmeaustauschelements wesentlich grössere Flächen, beispielsweise in den Dimensionen der gesamten inneren Wärmeaustauschfläche A_wi 21 eines Wärmetauschers 8, für einen Wärmeaustausch zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren kann so die Freifläche 28 des Wärmetauschers, bspw. zum vorsehen akustisch dämpfender Elemente vergrössert werden. Unter Freifläche 28 wird hier die innere Wärmeaustauschfläche A_wi eines Wärmetauschers 8 verstanden, die nicht in direktem Kontakt mit der Anpressfläche Apr des oder der Plattenelemente steht. Schliesslich wird es durch solche Massnahmen möglich den Wärmeleitwert der gesamten Kühl-/Heizfläche, hier Vorderwand 10 des Wärmetauschers 8 genannt, zu erhöhen, da jeweils zwar viele aber nur kleine bzw. schmale Freiflächen mit jeweils kurzen Wärmeleitwegen zum nächsten mit einer Anpressfläche 25 verbundenen Bereich. Figure 8a shows schematically two further possibilities for the embodiment of a heat exchange element according to the invention. Longitudinal holes 6 can be seen in an upper area of the drawing in the plate element(s) 4, the orientation of which is perpendicular to the pipe axis 2 in order to influence the heat flow as little as possible. By attaching appropriate longitudinal holes, it is possible on the one hand without or with only a slight increase in the Total weight of the heat exchange element to provide significantly larger areas, for example in the dimensions of the entire inner heat exchange surface A _wi 21 of a heat exchanger 8, for heat exchange. Furthermore, the open area 28 of the heat exchanger can be enlarged in this way, for example to provide acoustically damping elements. Free surface 28 is understood here to be the inner heat exchange surface A _wi of a heat exchanger 8, which is not in direct contact with the contact surface Apr of the plate element or elements. Finally, such measures make it possible to increase the thermal conductivity of the entire cooling/heating surface, here called the front wall 10 of the heat exchanger 8, since there are many but only small or narrow open spaces with short heat conduction paths to the next area connected to a pressing surface 25 .

Ist bei herkömmlichen Wärmeaustauschelementen eine Breite b von 80 bis 135 mm möglich, so kann diese Breite, unter Beibehaltung eines vergleichbaren Übertragungswerts, mit einer entsprechenden Lochung vorteilhaft zwischen 400 bis 1000 mm gewählt werden.If a width b of 80 to 135 mm is possible with conventional heat exchange elements, this width can advantageously be selected between 400 and 1000 mm with a corresponding perforation while maintaining a comparable transmission value.

Einen anderen Zweck erfüllen die im unteren Bereich des oder der Plattenelemente 4 dargestellten Rundlöcher, die an ihrer, wie in Figur 8b dargestellten, der Wärmeaustauschfläche gegenüberliegenden Seite eine Bördelung aufweisen.Another purpose is fulfilled by the round holes shown in the lower area of the plate element(s) 4, which, as shown in FIG Figure 8b shown, the heat exchange surface opposite side have a flange.

Entsprechende Bördelungen können auch an den Längslöchern vorgesehen sein. Auch eine Kombination von akustisch wirksamen Löchern und entsprechenden Längslöchern ist möglich.Corresponding flanges can also be provided on the longitudinal holes. Also a combination of acoustic effective holes and corresponding longitudinal holes is possible.

Figur 9 zeigt einen erfindungsgemässen Wärmetauscher 8 mit einem eingesetzten Wärmeaustauschelement 2, dass hier ein Rohr 2 mit einem daran befestigten Plattenelementen 4 umfasst. Analog zu dem bezüglich der Figuren 3 und 4 Beschriebenen liegt die Anpressebene 25 der Plattenelemente ohne Druck nicht eben auf der Wärmetauschebene A_wi 26 des Wärmetauschers 8. Erst durch Anpressen mit dem oder den in Figur 9A symbolisch durch einen Pfeil dargestellten Anpressmitteln 11, die in Figur 9B beispielhaft als eine im Gehäuse des Wärmetauschers 8 eingreifende Klemmvorrichtung 12 dargestellt ist, werden die Anpressebenen 25 mit der Wärmetauschebene 21 des Wärmetauschers 8 in wärmeleitenden Kontakt gebracht. Dies kann entweder direkt oder in Kombination mit einer unterstützenden vorzugsweise auf der Anpressfläche der Plattenelemente 4 vorbeschichteten dünnen Klebeschicht erfolgen. Zusätzlich können eventuelle Hohlräume 24 zwischen Wärmetauschebene 21 und Wärmeaustauschelement 1, beispielsweise unter der Löt- oder Klebelinie von seitlich am Rohr befestigter Plattenelementen, mit Wärmeleitpaste gefüllt sein, die alternativ auch auf Anpressebene 25 und/oder Wärmetauschebene aufgetragen sein kann. Der Wärmetauscher 8 kann dabei auch andere erfindungsgemässe Wärmeaustauschelemente oder eine Kombination davon enthalten, wie sie beispielsweise in den Figuren und Beschreibungen ausgeführt. figure 9 shows a heat exchanger 8 according to the invention with an inserted heat exchange element 2, which here comprises a tube 2 with a plate element 4 attached thereto. Analogous to that regarding the Figures 3 and 4 Described is the pressing plane 25 of the plate elements without pressure not even on the heat exchange plane A _wi 26 of the heat exchanger 8. Only by pressing with the or in Figure 9A Pressing means 11, symbolically represented by an arrow, which in Figure 9B shown by way of example as a clamping device 12 engaging in the housing of the heat exchanger 8 , the pressing planes 25 are brought into thermally conductive contact with the heat exchange plane 21 of the heat exchanger 8 . This can be done either directly or in combination with a supporting thin adhesive layer, preferably pre-coated on the contact surface of the plate elements 4 . In addition, any cavities 24 between the heat exchange plane 21 and the heat exchange element 1, for example under the soldering or adhesive line of plate elements attached to the side of the pipe, can be filled with thermally conductive paste, which can alternatively also be applied to the pressing plane 25 and/or the heat exchange plane. The heat exchanger 8 can also contain other heat exchange elements according to the invention or a combination thereof, as they are shown, for example, in the figures and descriptions.

Figur 10 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements 1. Dabei wird, wie in Figur 10a beispielhaft dargestellt, wie eine Plattenelement-Kontaktfläche 5 mit Lötzinn beschichtet wird, wobei dem Plattenelement 4 Wärme Q zugeführt und nach Erreichen einer Löttemperatur T1 das Lötzinn mithilfe eines der Kontur der Plattenelementkontaktfläche 5 angepassten Ultraschallkopfes 15 gleichmässig und dünn verteilt wird. Die Wärme kann dabei durch Wärmestrahlung oder durch direkten Kontakt mit den Heizelementen 20 und/oder über eine bei Bedarf beheizbare Arbeitsplatte 19 zugeführt werden. Durch die US-Behandlung während dieses Lötschritts wird die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötzinns herabgesetzt, was einen besonders gleichmässigen und dünnen Auftrag ermöglicht. figure 10 shows the steps of a method for producing a heat exchange element 1. As in Figure 10a shown as an example of how a plate element contact surface 5 is coated with solder, heat Q being supplied to the plate element 4 and, after a soldering temperature T1 has been reached, the solder being evenly and thinly distributed using an ultrasonic head 15 adapted to the contour of the plate element contact surface 5. The heat can be supplied by thermal radiation or by direct contact with the heating elements 20 and/or via a worktop 19 that can be heated if necessary. The US treatment during this soldering step reduces the surface tension of the molten solder, which enables a particularly even and thin application.

Gleichzeitig oder gestaffelt dazu kann die Rohrkontaktfläche 3 gleichfalls nach Erwärmung des Rohrs unter Zuhilfenahme eines auf den Aussenumfang des Rohrs 2, bzw. der Rohrkontaktfläche 3 angepassten Ultraschallkopfs 15' mit Lötzinn beschichtet werden. Anschliessend wird, wie in Figur 10c dargestellt, die Rohrkontaktfläche 3 auf der Plattenelementkontaktfläche 5 ausgerichtet und Plattenelement 4 sowie Rohr 2, im vorliegenden Fall mittels Heizelementen 20 auf eine dritte bzw. vierte Löttemperatur T3, T4 gebracht. Dabei werden Rohr 2 und Plattenelement 4 vorzugsweise unter Ausübung eines Anpressdrucks gehalten und abgekühlt, womit das Wärmeaustauschelement fertiggestellt ist. Als vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, die Temperatur des Rohrs und des Plattenelements möglichst gleich einzustellen.At the same time or in a staggered manner, the tube contact surface 3 can also be coated with solder after heating the tube with the aid of an ultrasonic head 15' adapted to the outer circumference of the tube 2 or the tube contact surface 3. Then, as in Figure 10c shown, the tube contact surface 3 aligned on the plate element contact surface 5 and plate element 4 and tube 2, in the present case brought to a third and fourth soldering temperature T3, T4 by means of heating elements 20. The tube 2 and plate element 4 are preferably held and cooled while applying a contact pressure, with which the heat exchange element is completed. It has proven to be advantageous here to set the temperature of the pipe and the plate element as equally as possible.

Figuren 12 und 13 zeigen verschieden Ausführungen eines Wärmetauschelements mit Lotspalt 30. Dabei wird in Figur 12 der Lotspalt durch seitlich in der Passung vorgesehen Abstandsstufen 31 zwischen Rohr 2 und Plattenelement 4 gebildet. Die Abstandsstufen 31 können dabei in einfacher Weise, bspw. durch Anheben des die Passung erzeugenden Rundfräsers in den Randbereichen der Passung hergestellt werden. Alternativ kann, wie in Figur 13 dargestellt, der Spalt durch Abstandsnocken 32 gebildeten werden. Letztere können aufgesetzt, geklebt, gemeinsam verlötet oder vorteilhaft aus dem Material des Plattenelements selbst bspw. durch Anbringen von definierten Schweisshöckern gebildet werden. Letztere können mittels Punktschweisselektroden erzeugt werden, die von einer der Passung gegenüber liegenden Seite in Richtung der Passung gedrückt werden. Figures 12 and 13 show different versions of a heat exchange element with a solder gap 30 figure 12 the solder gap is formed by spacer steps 31 provided laterally in the fit between tube 2 and plate element 4 . The spacing steps 31 can be produced in a simple manner, for example by raising the round milling cutter that produces the fit in the edge regions of the fit. Alternatively, as in figure 13 shown, the gap formed by spacer cams 32. The latter can be attached, glued, soldered together or advantageously formed from the material of the plate element itself, for example by attaching defined welding humps. The latter can be produced by means of spot welding electrodes, which are pressed in the direction of the fit from a side opposite the fit.

Figur 14 zeigt ein Wärmeaustauschelement bei dem das Rohr 2 mit dem Plattenelement 4 durch eine Klebverbindung 17 und eine Lötverbindung 18 verbunden ist. Die Klebverbindung 17 befindet sich dabei auf beiden dem Rohr 2 gegenüber liegenden Randbereichen des Plattenelements 4, oder im Endbereich der Passung, während die Lötverbindung 18 sich dazwischen befindet. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass auch andere Anordnungen möglich sind, bspw. eine eventuell zusätzliche Klebestelle in der Mitte. Das Vorsehen der zwei Klebverbindungen im Randbereich der Passung hat aber den Vorteil, dass dadurch ein Ausrinnen des Lötzinns, beispielsweise beim Zusammenfügen der Teile des Wärmeaustauschers, verhindert werden kann. figure 14 shows a heat exchange element in which the tube 2 is connected to the plate element 4 by an adhesive connection 17 and a soldered connection 18 . The adhesive connection 17 is located on both edge regions of the plate element 4 opposite the tube 2, or in the end region of the fit, while the soldered connection 18 is located in between. It goes without saying for a person skilled in the art that other arrangements are also possible, for example a possible additional adhesive point in the middle. However, the provision of the two adhesive connections in the edge area of the fit has the advantage that it can prevent the solder tin from running out, for example when the parts of the heat exchanger are joined together.

Figur 15 A bis D zeigt verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten zur Ausführung von Schweissverbindungen eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschelements 1 im Querschnitt. In Figuren 15 A und B ist eine Konfiguration mit Rohr 2 und einteiligem Plattenelement 4 dargestellt, wobei A eine Verbindung mit einer einreihigen Abfolge, Figur B eine Verbindung mit einer zweireihigen Abfolge von Punktschweissungen zeigt. Figure 15 A to D shows various design options for the execution of welded joints of a heat exchange element 1 according to the invention in cross section. In Figures 15 A and B Figure 1 shows a configuration with tube 2 and one-piece plate element 4, where A shows a connection with a single-row sequence, Figure B shows a connection with a two-row sequence of spot welds.

In Figur 15 C ist ein Plattenelement 4 gezeigt, bei dem in einem weiteren vorgelagerten mechanischen Bearbeitungsschritt die Materialdicke d im Bereich der Passung 33 durch Anbringen einer Ausdünnung 34, hier in Form einer Sicke, auf der dem Rohr 2 abgewandten Seite des Plattenelements 4, zusätzlich herabgesetzt wurde. Damit können auch etwas dickere Plattendicken D verwendet oder die Passung 33 weniger tief ausgeführt und trotzdem eine für die Herstellung einer sicheren Schweissverbindung SV besonders geeignete Materialdicke d zwischen 0.1 bis 0.5 mm im Bereich der Passung 33 eingestellt werden. Dies da bei erfindungsgemässen Wärmeaustauschelementen 1 die Schweissverbindung in der Passung 33 von der dem Rohr 2 abgewandten Seite des Plattenelements 4 ausgehend angebracht wird. Dabei können bspw. Laser- oder Ultraschall(US)-Schweissgeräte verwendet werden.In Figure 15c shows a plate element 4 in which, in a further upstream mechanical processing step, the material thickness d in the area of the fit 33 was additionally reduced by applying a thinning 34, here in the form of a bead, on the side of the plate element 4 facing away from the tube 2. This means that slightly thicker plate thicknesses D can also be used or the fit 33 can be made less deep and a material thickness d between 0.1 and 0.5 mm that is particularly suitable for producing a secure welded connection SV can still be set in the area of the fit 33 . This is because, in the case of heat exchange elements 1 according to the invention, the welded connection in the fit 33 is applied starting from the side of the plate element 4 facing away from the tube 2 . For example, laser or ultrasonic (US) welding devices can be used.

In Figur 11 werden verschiedene Varianten eines Wärmetauschers 8 in Aufsicht von der Rückseite her dargestellt. Dabei zeigt Figur 11A einen bekannten konventionellen Wärmetauscher, mit einem Wärmeaustauschelement das aus einem Plattenelement 4 mit einem an dessen Rückseite befestigten Rohr 2 besteht. Das Wärmeaustauschelement liegt mit der Anpressfläche auf der innere Wärmeaustauschfläche A_wi des Wärmetauschers auf wodurch zwischen den Rändern der Anpressfläche und dem äusseren Umfang der Wärmeaustauschfläche eine Freifläche 28 gebildet wird. Diese beträgt bei einer hier angenommenen Wärmeaustauschfläche A_wi von 200 cm² (Länge l_wi von 20, Breite b_wi von 10 cm) und einer Anpressfläche A_pr von 144 cm² (Länge l_wi von 18, Breite b_wi von 8 cm) bei 66 cm², was einem Flächenverhältnis von A_pr / A_wi = 0.72 entspricht. Da bei solchen Wärmetauschern meist neben der Wärmetauschleistung auch bestimmte akustische Eigenschaften, insbesondere schalldämpfende Eigenschaften verlangt werden, bleibt für das Anbringen von solchen schalldämpfenden Elementen, wie bspw. Dämpfungsplatten und/oder Vliesen lediglich der schmale Bereich zwischen Anpressfläche A_pr und äusseren Umfang der Wärmeaustauschfläche A_wi. Dieser kann auch nicht beliebig verbreitert werden, da sonst der gewünschte Wärmeaustausch zwischen Wärmetauscher und Plattenelement schlechter wird. Um diesen über den gesamten Wärmeaustauscher möglichst effizient zu halten, muss nämlich der Abstand eines beliebigen, nicht in direktem Kontakt mit der Anpressfläche stehenden Flächenelements der Wärmeaustauschfläche zu einer, durch den Rand der Anpressfläche definierten Grenzlinie GL möglichst gering bzw. das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche zu Grenzlinie A_wi / GL (hier 3.8 cm) möglichst klein sein.In figure 11 different variants of a heat exchanger 8 are shown in a plan from the rear. while showing Figure 11A a known conventional heat exchanger, with a heat exchange element consisting of a plate element 4 with a at its Rear mounted tube 2 consists. The heat exchange element rests with the pressure surface on the inner heat exchange surface A _wi of the heat exchanger, as a result of which a free surface 28 is formed between the edges of the pressure surface and the outer circumference of the heat exchange surface. With an assumed heat exchange surface A _wi of 200 cm ² (length l _wi of 20, width b _wi of 10 cm) and a contact surface A _pr of 144 cm ² (length l _wi of 18, width b _wi of 8 cm) at 66 cm ² , which corresponds to an area ratio of A _pr / A _wi = 0.72. Since such heat exchangers usually also require certain acoustic properties, in particular sound-damping properties, in addition to the heat exchange performance, only the narrow area between the contact surface A _pr and the outer circumference of the heat exchange surface A remains for the attachment of such sound-damping elements, such as damping plates and/or fleece _wi . This cannot be widened arbitrarily either, since otherwise the desired heat exchange between the heat exchanger and the plate element would be worse. In order to keep this as efficient as possible over the entire heat exchanger, the distance between any surface element of the heat exchange surface that is not in direct contact with the pressure surface and a boundary line GL defined by the edge of the pressure surface must be as small as possible, or the ratio of the heat exchange surface to the boundary line A _wi / GL (here 3.8 cm) should be as small as possible.

Dementsprechend sind in den Figuren 11B und 11C Konfigurationen für erfindungsgemässe Wärmetauscher dargestellt, wie sie mit erfindungsgemässen Platenelementen in einfacher Weise verwirklicht werden können. Dabei werden in Figur 11B 6 Plattenelemente mit einer Dimension von 2 x 8 cm, in Figur 11C 10 Plattenelemente mit einer Dimension von 1 x 8 cm in einem rechteckigen Wärmetauscher wie oben beschrieben eingesetzt. Damit ist ein Flächenverhältnis A_pr / A_wi von 0.48 bzw. 0.4 und ein Verhältnis A_wi / GL von 1.67 bzw. 1.1 cm erzielbar. Damit ist ein im Vergleich zum Stand der Technik deutlich besserer Wärmeaustausch möglich.Accordingly, in the Figures 11B and 11C Configurations for heat exchangers according to the invention are shown, as with plate elements according to the invention in a simpler manner way can be realized. In doing so, Figure 11B 6 Panel elements with a dimension of 2 x 8 cm, in Figure 11C 10 Plate elements with a dimension of 1 x 8 cm used in a rectangular heat exchanger as described above. An area ratio A _pr / A _wi of 0.48 or 0.4 and a ratio A _wi / GL of 1.67 or 1.1 cm can thus be achieved. This enables a significantly better heat exchange compared to the prior art.

Eine andere Möglichkeit um die entsprechenden Verhältniszahlen (A_pr / A_wi bzw. A_wi / GL) zu verbessern, ist in Figur 11D dargestellt, bei der im Randbereich wellenförmige gestaltete Plattenelemente, mit zumindest abschnittsweise zueinander parallelen Grenzlinien eingesetzt werden. Ein analoger Aufbau ist grundsätzlich auch mit anderen, beispielsweise aus Figur 7A und/oder 7B bekannten Geometrien der Plattenelemente möglich.Another way to improve the corresponding ratios (A _pr / A _wi or A _wi / GL) is in Figure 11D shown, are used in the wavy designed plate elements in the edge area, with at least partially mutually parallel boundary lines. An analog structure is basically also possible with others, for example from Figure 7A and/or 7B known geometries of the plate elements possible.

Wenn auch einzelne Merkmale nur im Zusammenhang mit einzelnen Beispielen genannt sind, können entsprechende Merkmale auch mit anderen Beispielen oder ganz allgemein mit Ausführungsformen, die sich aus der allgemeinen Offenbarung der Erfindung ergeben kombiniert werden, sofern eine solche Kombination mit den Merkmalen der Ansprüche übereinstimmt.Even if individual features are only mentioned in connection with individual examples, corresponding features can also be combined with other examples or more generally with embodiments resulting from the general disclosure of the invention, provided such a combination corresponds to the features of the claims.

BEZUGSZEICHENREFERENCE MARKS

11

Wärmeaustauschelementheat exchange element

22

RohrPipe

33

Rohrkontaktflächepipe contact surface

44

Plattenelementplate element

55

Plattenelementkontaktflächeplate element contact surface

66

Längslochlongitudinal hole

77

Rundlochround hole

88th

Wärmetauscherheat exchanger

99

SeitenwandSide wall

1010

Vorderwandfront wall

1111

Anpressmittelpressing means

1212

Klemmvorrichtungclamping device

1313

Dämpfermute

1414

Isolationsmaterialinsulation material

1515

US-Kopf (Ultraschallkopf)US head (ultrasound head)

1616

Schweissverbindungwelded connection

1717

Klebverbindungadhesive bond

1818

Lotverbindungsolder joint

1919

Arbeitsplattecountertop

2020

Heizelementheating element

2121

Innere Wärmeaustauschfläche des WärmetauschersInternal heat exchange surface of the heat exchanger

2222

Äussere Wärmeaustauschfläche des WärmetauschersExternal heat exchange surface of the heat exchanger

2323

Vlies und/oder Plattefleece and/or plate

2424

Zwischenraumspace

2525

Anpressflächecontact surface

2626

Beschichtungcoating

2727

Wärmeleitblechheatsink

2828

Freiflächeopen space

2929

Wärmeaustauschkontaktflächeheat exchange contact surface

3030

Lotspaltsolder gap

3131

Abstandsstufedistance level

3232

Abstandsnoppespacer knob

3333

Passungfit

3434

Ausdünnung, Sickethinning, beading

A, A'A, A'

1. und 2. Ebene1st and 2nd level

BB

Breite des PlattenelementsWidth of the plate element

DD

Plattendicke (Dicke des Plattenelements (4))Plate thickness (thickness of plate member (4))

di.e

Materialdicke des Plattenelements im Bereich der PassungMaterial thickness of the plate element in the area of the fit

HH

3. Ebene (Horizontalebene)3rd level (horizontal level)

LL

Längsrichtung, Länge des PlattenelementsLongitudinal, length of the plate element

SVSV

Schweissverbindungwelded connection

SS

Spaltbreitegap width

xx

Abmessung des Plattenelements parallel zur Rohrachse im Bereich der PlattenelementkontaktflächeDimension of the plate element parallel to the pipe axis in the area of the plate element contact surface

yy

Abmessung des Plattenelements parallel zur Rohrachse in einem vom Rohr weiter beabstandeten BereichDimension of the plate element parallel to the pipe axis in an area further spaced from the pipe

22

Rohrachsepipe axis

Claims (18)

1. Heat exchange element, comprising a thermally conductive pipe (2) for the flow of a heat exchange fluid therethrough and at least one thermally conductive plate element (4), which is designed essentially planar on both sides and parallel on both sides, for the absorption of ambient heat and thermal transfer of the ambient heat to the pipe (2) or/and absorption of heating heat from the pipe (2) and release of the heating heat to the environment, wherein the pipe (2) is arranged on at least one plate element (4) or between at least two plate elements (4) of a plate element arrangement, and a contact means is provided for thermal contacting, wherein the contact means comprises a connecting means, wherein the plate element (4) is adapted in the region of a plate element contact surface (5) for thermally conductive contacting with a pipe contact surface (3) to the pipe contact surface by means of a fit (33), having a material thickness d reduced relative to the plate thickness D of the plate element (4), in order to enlarge the contact surfaces (3, 5), and the connecting means is a welded joint (SV), characterized in that the plate element (4) has a plate thickness D of 0.5 to 10 mm, the fit in the edge region or in the entire cross-section is circular-segment-shaped, having a depth of 0.3 to 1.5 mm or 2 to 12% of the outer diameter of the pipe.
2. Heat exchange element according to claim 1, characterized in that the at least one pipe (2) is operatively connected to the at least one plate element (4) transversely, preferably substantially at a right angle to a longitudinal direction L thereof.
3. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe (2) is operatively connected in a meandering manner to at least one plate element (4).
4. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe (2) and plate element is designed straight in the region of the fit.
5. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the plate element (4) or the plate element arrangement extends on both sides of a plane of symmetry S of the heat exchange element (1) in one respective plane A, A', wherein the planes A, A' intersect in the plane of symmetry S along a line of intersection between the plane of symmetry S and a fourth plane H extending parallel to a pipe axis Z and perpendicularly to the plane of symmetry S, and form an acute angle α, α' with respect to the plane H in each case, so that the heat exchange element (1) with the planes A, A' can be pressed resiliently against a heat exchange surface W which is parallel to the fourth plane H.
6. Heat exchange element according to claim 5, characterized in that the angles α, α' are equal in magnitude.
7. Heat exchange element according to claim 5 or 6, characterized in that the angles α, α' lie in a range between 1 to 15°, in this case preferably between 2 to 10°.
8. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the plate element (4) has a plate thickness D of 1 to 2 mm.
9. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of the fit in the edge region or in the entire cross-section is 0.6 to 1 mm or 5 to 8% of the outer diameter of the pipe.
10. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the fit comprises or is a planar surface whose average roughness is set to an Ra range of 0.05 to 2.0 µm, preferably from 0.1 to 1 µm.
11. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the welded joint (SV) comprises at least one sequence of spot welds arranged parallel to the pipe axis.
12. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that, on the side of the fit (33) facing away from the pipe (2), a thinning (34) of the plate material extends parallel to the fit (33).
13. Heat exchange element according to one of the preceding claims, characterized in that the material thickness d of the plate element in the region of the fit, in particular in the region of the welded joint, is between 0.1 and 0.5 mm.
14. Heat exchanger, comprising at least one heat exchange element (1) according to one of the preceding claims.
15. Method for producing a heat exchange element (1) according to one of claims 1 to 13, the method comprising the steps of:

    - mechanical processing of the plate element (4) in order to adapt it to the contour of the pipe contact surface (3) by means of a fit (33) introduced into the surface and to enlarge the contact surfaces (3, 5), wherein the plate thickness D of the plate element (4) in the region of the fit (33) is reduced to a material thickness d and the average roughness of the contact surfaces is set to an Ra range of 0.05 to 2.0 µm;

    - aligning the pipe contact surface (3) with the plate element contact surface (5) in the region of the fit (33);

    - fixing the plate element (4) and the pipe (2) against each other, wherein a contact pressure is preferably applied;

    - applying at least one sequence of spot welds arranged parallel to the pipe axis to connect the pipe (2) to the plate element (4).
16. Method according to claim 15, characterized in that in a further upstream mechanical processing step the material thickness d of the plate element (4) in the region of the fit (33) is further reduced by applying a thinning (34) on the side of the plate element (4) facing away from the pipe (2).
17. Method according to claim 15 or 16, characterized in that the welded joint is applied in a region of the fit (33) in which the material thickness is between 0.1 to 0.5 mm.
18. Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the welded joint is applied from the side of the plate element (4) facing away from the pipe (2).

Images