AT392534B

AT392534B - Waermetauschelement, insbesondere fuer raumheizkoerper

Info

Publication number: AT392534B
Application number: AT304882A
Authority: AT
Original assignee: Schiedel Gmbh & Co
Priority date: 1981-08-11
Filing date: 1982-08-10
Publication date: 1991-04-25
Also published as: CH660913A5; ATA304882A

Description

AT 392 534 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetauschelement, insbesondere für Raumheizkörper, mit einer Frontplatte und einem Rohr, das über einen radial vom Rohr abstehenden Ansatz mittig bezüglich der beiden freien Ränder der Frontplatte mit dieser Frontplatte verbunden ist.

Bei Wärmetauschern mit Wärmetauschelementen der hier angesprochenen Art erfolgt der Wärmetausch zwischen einem die Elemente durchströmenden, meist flüssigen, gegebenenfalls aber auch gasförmigen, z. B. dampfförmigen, ersten Wärmetauschfluid und einem zweiten Wärmetauschfluid, und zwar der Raumluft bei Raumheizkörpem. Der Wärmetausch erfolgt dabei teils durch Wärmestrahlung, teils durch Konvektion. Raumheizkörper dieser Art sind auch als Radiatoren für Raumtemperierung bekannt. Das erste Wärmetauschfluid wird über Verteilrohre dem mit der Frontplatte verbundenen Rohr zugeführt und/oder von diesem wieder abgeführt Meist wird der Wärmetauscher so angeordnet, daß die Wärmetauscheiranente parallel zueinander mit vertikal verlaufender Achse des Rohres angeordnet sind und oben und unten an je ein Verteilrohr angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft nun Wärmetauschelemente der eingangs erwähnten Art unabhängig davon, ob sie als Halbfertigware, z. B. als Strangpreßprofil, oder im Einbauzustand in einem Wärmetauscher, vorliegen.

Bei neuheidichen Radiatoren für die Raumtemperierung besteht das Bestreben, die Betriebstemperatur des ersten Wärmetauschfluids z. B. aus Energieersparungsgründen möglichst niedrig anzusetzen, z. B. typischerweise bei 50 °C. Hiebei entsteht eine geringere Temperaturdifferenz gegenüber der Raumluft als bei älteren Raumheizkörpem, so daß schon deshalb das Bestreben besteht, den Strahlungsanteil möglichst hoch zu halten. Dies bietet auch bioklimatische Vorteile. Ferner wird angestrebt, den Raumheizkörper möglichst wenig materialaufwendig, aber zugleich ohne deutliche Einbuße an Wirkungsgrad hersteilen zu können.

Bei einem Wärmetauschelement der eingangs erwähnten Art wurde es bekannt (DE-OS 25 17 897), das Rohr mit rechteckigem Querschnitt zu versehen, wobei die beiden kürzeren Seiten des Rechteckes senkrecht zur Frontplatte angeordnet sind, ln Verlängerung der kürzeren Rechteckseiten sind Rippen angeordnet, die sich bis zur Frontplatte erstrecken und in die Frontplatte einmünden. Damit entstehrat zwischen Frontplatte und dem Rohr zwei durch den Ansatz voneinander getrennte Kammern. Von der Frontplatte abliegend, endigen die in Verlängerung der kürzeren Rechteckseiten verlaufenden Rippen T-förmig, ebenso wie eine von der Mitte der längeren Rechteckseite ausgehende, senkrecht zur längeren Rechteckseite verlaufende Mittenrippe. Ein solches Wärmetauschelement mit seinen einen geschlossenen Querschnitt aufweisenden Kammern zwischen Frontplatte und Rohr und seinen auf der anderen Seite des Rohres gelegenen, jeweils eine verengte Öffnung aufweisenden Kammern, ist sowohl herstellungsmäßig schwierig als auch wärmetechnisch ungünstig. Durch die Erfindung soll nun das Verhältnis von Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu Bauaufwand dran Bekannten gegenüber verbessert werden. Erreicht wird dies, wenn bei einem Wärmetauschelement der eingangs erwähnten Art vom Rohr nach einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Frontplatte zwei Stege ausgehen, die in im wesentlichen gleichem Abstand vom Rohr enden, wobei zu beiden Seiten des Ansatzes je ein von der Frontplatte und dem Steg begrenzter, an der dem Ansatz gegenüberliegenden Seite offener Kanal gebildet ist, wobei die ungefähr dem halben Abstand zwischen den freien Enden der Frontplatte entsprechende Breite des Kanals, das 1,2- bis 1,6-fache des lichten Abstandes zwischen der Frontplatte und den Stegen beträgt Bei erfindungsgemäßer Gestaltung des Wärmetauschelementes hat sich überraschend gezeigt, daß bei der Dimensionierung des offenen Kanals ein scharfes Wirkungsgradmaximum besteht Der seitlich offene Kanal des Wärmetauschelementes zwischen Frontplatte und Steg bildet nämlich mit dem komplementären offenen Kanal des im Wärmetauscher anschließenden Wärmetauschelementes einen bis auf Anschlußfugen geschlossenen vertikalen Konvektionskanal, der im Bereich der erfindungsgemäßen Ausbildung optimale Konvektionsverhältnisse sicherstellt. Bei der Bestimmung der Bemessungsangaben ist dabei hinsichtlich der Breite des Kanals vom Abstand der beiden Längskanten der Frontplatte und hinsichtlich der Tiefe des Kanals vom Abstand der sich gegenüberliegenden Seitenflächen von Frontplatte und Zwischensteg ausgegangen worden, da diese Werte sich besonders exakt bestimmen lassen, wenn die genannten sich gegenüberliegenden Flächen streng parallel zueinander verlaufen und somit ein Rechteckprofil des offenen Kanals bewirken. Die Bezugnahme auf die Breite der Frontplatte ist gegenüb» einer auch möglichen Bezugnahme auf die Breite des Zwischensteges vorzuziehrai, da der Zwischensteg meist etwas gegenüber der Frontplatte zurückgesetzt angeordnet wird.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Breite des Kanals etwa das 1,25- bis 1,35-fache, vorzugsweise das 1,28-fache des lichten Abstandes zwischen der Frontplatte und den Stegen beträgt.

In weiter» Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes kann vorgesehen werden, daß die zwischen dem freien Ende der Frontplatte und dem vom Rohr abliegenden Ende des Steges befindliche Öffnung des Kanals einen freien Aus- bzw. Eintrittsquerschnitt aufweist. Durch die auf diese Weise erzielte ungedrosselte Ausbildung wird die Strömung in dem von benachbarten Wärmetauschelementen gebildeten geschlossenen Kanal im Bereich des Kanalzentrums nicht eingeschnürt oder im Grenzfall gar in zwei parallele vertikale Teilströme zerlegt, so daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung immer genügend freier vertikaler Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschelementes ist dadurch gekennzeichnet daß vom Rohr senkrecht zur Frontplatte und radial eine Mittenrippe absteht, daß beidseits der Mittenrippe je mindestens zwei Rippen parallel zur Mittenrippe äquidistant verlaufend angeordnet sind und diese seitlichen Rippen von den parallel zur Frontplatte verlaufenden Stegen ausgehen, wobei die Rippen in gleichem Abstand von der Frontplatte frei endigen. Dadurch wird ein guter Zugang für Konvektionsluft zum Rohr erzielt, weil das -2-

AT 392 534 B Wärmetauschelement an der der Frontplatte abgewandten, also im Einbauzustand im allgemeinen einer Gebäudewand benachbarten Seite, offen ausgebildet ist und dadurch Konvektionsluft frei von hinten zum Wärmetauschrohr einströmen kann. Dadurch, daß die Rippen nicht von der Frontplatte, sondern auch vom Leitungsrohr ausgehen, wird bezüglich dieser Rippen der Wärmeleitweg kurzgehalten.

Eine weitere Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften wird bei einer Ausführung erzielt, bei der die Längsachse des Rohres von der Frontplatte einen geringeren Abstand als vom freien Ende der Mittenrippe aufweist und bei der der Abstand der freien Enden der Rippen von der Frontplatte höchstens das Zehnfache, mindestens jedoch das Doppelte, vorzugsweise das Dreifache des Abstandes zwischen einander benachbarten Rippen beträgt. Das Rohr des Wärmetauschelementes ist hiebei bereits nahe benachbart der Frontplatte angeordnet, wodurch der Wärmeleitverlust zwischen Leitungsrohr und Frontplatte klein und der Strahlungsanteil der Frontplatte hoch ist.

Die Erfindung läßt aber auch Lösungen zu, bei denen das Rohr etwa auf dem halben Abstand zwischen Fromplatte und offenem Ende der Rippenanordnung, oder gar noch weiter von der Frontplatte entfernt, angeordnet ist.

Ist das erfindungsgemäße Element stranggepreßt, so wird bevorzugt eine Aluminiumlegierung, insbes. AlMgSi 0,5 verwendet

Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der das Rohr mit der Frontplatte verbindende Ansatz sowohl stärker als die Rippen als auch stärker als die Frontplatte ist. Die dickere Bemessung des Ansatzes soll hiebei einen guten Wärmeübergang zwischen dem Rohr und der Frontplatte gewährleisten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das eine Stimansicht eines Wärmetauschelementes zeigt

Das Rohr (2), durch welches ein Wärmetauschfluid, insbesondere Heizwasser oder Heizdampf, geleitet wird, ist mit einer wärmeleitenden Verrippung versehen. Längs der einen Seite des Rohres (2) erstreckt sich eine ebene Frontplatte (4). Eine Rippenanordnung (6) ist zur entgegengesetzten Seite des Rohres (2) hin offen. Diese Rippenanordnung (6) weist eine aus dem Rohr (2) hervorgehende, sich vom Rohr (2) weg erstreckende und unter einem rechten Winkel zur Frontplatte (4) verlaufende gerade Mittenrippe (8) auf, deren Mittelebene durch die Achse des Leitungsrohres (2) hindurch verläuft

Je zwei gerade Rippen (10) und (12) sind zu beiden Seiten der Mittenrippe (8) angeordnet und erstrecken sich parallel zur Mittenrippe (8) und besitzen gleiche Abstände (b) untereinander, wobei die Abstände zwischen den einander zugewandten Seitenflächen gemessen sind.

Die freien Enden (13) der Mittenrippe (8) sowie der seitlichen Rippen (10) und (12) liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche die Rückseite der offenen Rippenanordnung (6) beschreibt. Der Abstand der freien Enden (13) der Rippen (8), (10) und (12) von der Frontplatte ist mit (a) bezeichnet Das Verhältnis a : b liegt im Bereich zwischen 10:1 und 2:1 und beträgt vorzugsweise etwa 3:1.

Die von den freien Enden (13) abliegenden Enden der Rippen (10) und (12) gehen im wesentlichen rechtwinklig in zu beiden Seiten des Rohres (2) angeordnete Stege (28) über, die sich geradlinig parallel zur Frontplatte (4) mit Abstand zu dieser erstrecken und vom Rohr (2) ausgehen. Dabei kann auch eine gedachte Ebene, welche mit der der offenen Seite der Rippenanordnung (6) zugewandten Seitenfläche der Stege (28) zusammenfällt, durch die Achse (24) des geraden Rohres (2) hindurch verlaufen.

Der Abstand zwischen den beiden zur Frontplatte (4) senkrechten äußeren Seitenflächen (11) der äußeren Rippen (12) ist mit (c) bezeichnet. Das Rastermaß der Rippenanordnung (6) beträgt demnach (c/4). Bei Verwendung der Wärmetauschelemente in Wärmetauschern für die Raumheizung werden mehrere Wärmetauschelemente nebeneinander mit der Rohrachse (24) vertikal angeordnet. Um nun zwischen den Seitenflächen (11) benachbarter Wärmetauschelemente weitere nach hinten offene Strömungskanäle im gleichen Rastermaß bilden zu können, steht die jeweilige seitliche Längskante (18) der Frontplatte (4) seitlich gegenüb«' der benachbarten Seitenfläche (11) der äußeren Rippe (12) um das Maß (c/8) (oder (b/2)) über. Eine gewisse Unbestimmtheit ist dabei lediglich dadurch gegeben, ob man zwischen den Kanten (18) der Frontplatten (4) einander benachbarter Wärmetauschelemente noch einen mehr oder minder großen Spalt vorsehen will oder nicht. Eine Berührung wird zweckmäßig nicht vorgesehen, um nicht durch unterschiedliche thermische Dehnungen Knackgeräusche zu erzeugen. Ist kein Abstand erwünscht, so kann man in bekannter Weise mit Abstand Überlappungen vorsehen.

Die Frontplatte (4) ist im Bereich ihrer Längsmittelebene durch einen Ansatz (20) mit dem dem Mittensteg (8) abgewandten Teil des Mantels des Rohres (2) verbunden. Der Ansatz (20) ist geradlinig, so daß nur das Leitungsrohr (2) rund ausgebildet ist, aber alle Rippen sowie die Stege und der Ansatz (20) mehr oder minder starke ebene Lamellen bilden. Aus Wärmeübertragungsgründen zwischen dem Rohr (2) und der Frontplatte (4) ist der Ansatz (20) wesentlich dicker ausgebildet als die Rippen, die Stege (28) und die Frontplatte (4).

Zwischen der Frontplatte (4) und den Stegen (28) ist beidseits des Ansatzes (20) je ein Kanal (60) ausgebildet, der mit Ausnahme des an das Rohr (2) angrenzenden Eckbereiches streng rechteckförmigen Querschnitt hat. Die Kanäle (60) weisen gleiche Dimensionierung auf. Jeder Kanal (60) ist durch den Ansatz (20) innen im Wärmetauschelement abgeschlossen, jedoch zwischen dem äußeren Längsrand (18) der Frontplatte (4) und der Kante (9), an der die dem Kanal (60) zugewandten Seitenfläche (23) des Steges (28) in die äußere Seitenfläche (11) der äußeren Rippe (12) übergeht, ungedrosselt offen und bildet dort einen wiederum -3-

Claims

AT 392 534 B rechteckförmigen offenen Kanalausgang. Dabei erstreckt sich jeder Steg (28), bis auf den erwähnten relativ geringen Überstand (c/8) bzw. (b/2) der Frontplatte (4), im wesentlichen ebenso weit wie die Frontplatte (4) vom Ansatz (2) weg. Der Abstand zwischen den beiden Längsrändem (18) und (19) der Frontplatte (4) ist mit (e) bezeichnet Der lichte Abstand zwischen der dem Kanal (60) zugewandten Seitenfläche (5) der Frontplatte (4) und der ebenfalls dem Kanal (60) zugewandten Seitenfläche (23) des Steges (28) ist mit (f) bezeichnet. Der lichte Abstand zwischen der dem Kanal (60) zugewandten Seitenfläche (5) der Frontplatte (4) und einer zur Frontplatte parallelen gedachten Ebene durch die freien Enden (13) der Rippen (8), (10) und (12) der Rippenanordnung (6) ist mit (a) bezeichnet und beschreibt die Tiefe des Wärmetauschelementes hinter der Frontplatte (4). Alle Rippen (8), (10) jind (12) erstrecken sich von ihren freien Enden (13) aus zweckmäßig parallel zueinander bis in den Bereich der Tiefe des Leitungsrohres (2) hinter der Frontplatte (4) oder wenigstens über das Maß (a/2), wobei die Achse (24) des Leitungsrohres (2) vorzugsweise näher an der Frontplatte (4) als an der von den freien Enden (13) der Rippenanordnung (6) definierten Ebene am offenen Ende der Rippenanordnung (6) liegt Es ist auch möglich, die Stege (28) für eine Schweiß- oder Nietverbindung zur Verbindung mit einem nahe benachbart überlappenden Fortsatz eines mit den Wärmetauschelementen kommunizierenden Verteilrohres zu benutzen. Dies wird dadurch begünstigt, daß die Schweißwerkzeuge von der offenen Seite der Rippenanordnung der Wärmetauschelemente leicht eingeführt werden können. PATENTANSPRÜCHE 1. Wärmetauschelement insbesondere für Raumheizkörper, mit einer Frontplatte und einem Rohr, das über einen radial vom Rohr abstehenden Ansatz mittig bezüglich der beiden freien Ränder der Frontplatte mit dieser Frontplatte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rohr (2) nach einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Frontplatte (4) zwei Stege (28) ausgehen, die in im wesendichen gleichem Abstand vom Rohr enden, wobei zu beiden Seiten des Ansatzes (20) je ein von der Frontplatte (4) und dem Steg (28) begrenzter, an der dem Ansatz (20) gegenüberliegenden Seite offener Kanal (60) gebildet ist, wobei die ungefähr dem halben Abstand zwischen den freien Enden (18,19) der Frontplatte entsprechende Breite (e/2) des Kanals (60), das 1,2- bis 1,6-fache des lichten Abstandes (f) zwischen der Frontplatte (4) und den Stegen (28) beträgt
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (e/2) des Kanals (60) etwa das 1,25-bis 1,35-fache, vorzugsweise das 1,28- bis 1,32-fache des lichten Abstandes (f) zwischen der Frontplatte (4) und den Stegen (28) beträgt
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem freien Ende (18 bzw. 19) der Frontplatte (4) und dem vom Rohr (2) abliegenden Ende (9) des Steges (28) befindliche Öffnung des Kanals (60) einen freien Aus- bzw. Eintrittsqueischnitt aufweist.
4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rohr (2) senkrecht zur Frontplatte (4) und radial eine Mittenrippe (8) absteht, daß beidseits der Mittenrippe (8) je mindestens zwei Rippen (10,12) parallel zur Mittenrippe (8) äquidistant verlaufend angeordnet sind und diese seitlichen Rippen von den parallel zur Frontplatte (4) verlaufenden Stegen (28) ausgehen.
5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Rohres (2) von der Frontplatte (4) einen geringeren Abstand als vom freien Ende der Mittenrippe (8) aufweist und daß der Abstand (a) der freien Enden (13) der Rippen (8,10,12) von der Frontplatte (4) höchstens das Zehnfache, mindestens jedoch das Doppelte, vorzugsweise das Dreifache des Abstandes (b) zwischen einander benachbarten Rippen (8, 10; 10, 12) beträgt.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Rohr (2) mit der Frontplatte (4) verbindende Ansatz (20) sowohl starkwandiger als die Rippen (8, 10, 12) als auch starkwandiger als die Frontplatte (4) ist. -4- 5 AT392 534 B
7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das aus einem Aluminium-Material stranggepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium-Material eine Aluminium-Legierung, vorzugsweise AlMgSi 0,5, ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-