DE102017003584B4 - Finned heat exchanger, and a manufacturing process of such - Google Patents
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Abstract
Lamellenwärmeübertrager (30), mit an einer Basisfläche (33) angeordneten Rohröffnungen (14), wobei eine Umlenkplatte (8) mit einem Plattengrundkörper (13), der eine den Rohröffnungen (14) zugewandte Oberfläche (18) aufweist, in die Vertiefungen (10) ausgeformt sind, die in auf die Basisfläche (33) montiertem Zustand der Umlenkplatte (8) jeweils mindestens zwei Rohröffnungen (14) miteinander verbinden, zum Umlenken von Flüssigkeitsströmen zwischen den an der Basisfläche (33) angeordneten Rohröffnungen (14), dicht mit der Basisfläche (33) verbunden ist, derart, dass die Vertiefungen (10) in der Umlenkplatte (8) eine fluiddichte Verbindung zwischen mindestens zwei Rohröffnungen (14) ausbilden, wobei der Plattengrundkörper (13) als Leichtbaukörper (22) einen strukturierten Körper mit Hohlräumen 19 aufweist mit einer lamellenartigen oder porösen oder wabenartigen Struktur (11), wobei die Vertiefungen (10) in dem Leichtbaukörper (22) ausgeformt sind.Finned heat exchanger (30), with tube openings (14) arranged on a base surface (33), wherein a deflection plate (8) with a plate base body (13), which has a surface (18) facing the tube openings (14), in the depressions (10 ) which, when the deflection plate (8) is mounted on the base surface (33), connect at least two pipe openings (14) with one another, for deflecting liquid flows between the pipe openings (14) arranged on the base surface (33), tightly with the base surface (33) in such a way that the depressions (10) in the deflection plate (8) form a fluid-tight connection between at least two pipe openings (14), the plate base body (13) as a lightweight body (22) being a structured body with cavities 19 has a lamellar or porous or honeycomb structure (11), the depressions (10) being formed in the lightweight body (22).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenwärmeübertrager, sowie auf ein Herstellungsverfahren eines solchen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a finned heat exchanger and to a manufacturing method of such according to the species of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
In lüftungstechnischen Geräten sind Lamellenwärmeübertrager zur Wärme- und Kälteübertragung bekannt und werden in großer Zahl eingesetzt, wie er beispielsweise in
Außerdem sind folgende Dokumente bekannt, die aber keine Lösung des beschriebenen Problems darstellen:
- Die
EP 0 566 899 A1 - Die
DE 20 2005 011 614 U1 - Ein Sandwich-Wärmetauscher gemäß der
DE 33 41 197 A1 - Mit der
DE 199 20 786 A1
- the
EP 0 566 899 A1 - the
DE 20 2005 011 614 U1 - A sandwich heat exchanger according to the
DE 33 41 197 A1 - With the
DE 199 20 786 A1
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch das Verbinden der Umlenkplatte mit der Basisfläche des Wärmeübertragers viele Rohröffnungen durch das Befestigen eines einzigen Bauteils untereinander verbunden werden, wodurch das aufwändige Anlöten der einzelnen Rohrbögen entfällt. Dabei können die Verbindungskanäle fertigungstechnisch sehr einfach an der Oberfläche der Umlenkplatte entsprechend der gewünschten Verschaltung ausgeformt werden. Bevorzugt können alle Rohröffnungen an der Basisfläche mit genau einer einzigen Umlenkplatte miteinander verbunden werden.The device according to the invention and the manufacturing method according to the invention have the advantage that by connecting the deflection plate to the base surface of the heat exchanger, many pipe openings are connected to one another by fastening a single component, which eliminates the time-consuming soldering of the individual pipe bends. In terms of production technology, the connecting channels can be formed very easily on the surface of the deflection plate in accordance with the desired interconnection. All pipe openings on the base area can preferably be connected to one another with exactly one single deflection plate.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Ausbildungen möglich. Besonders vorteilhaft können die Verbindungskanäle als Vertiefungen in den Grundkörper der Basisplatte eingedrückt werden. Der Grundkörper kann beispielsweise eine massive Platte aus Metall oder Kunststoff sein, die mittels plastischer Materialumformung in einem Präge- oder Stempelverfahren entsprechend umgeformt wird - optional auch unter Wärmezufuhr. Alternativ kann auch Material aus dem Grundkörper ausgeschnitten werden, um dadurch die Vertiefungen auszubilden, beispielsweise mittels Fräsen oder mit einem Laserwerkzeug. Diese Verfahren sind besonders für Leichtbaukörper als Grundkörper der Umlenkplatte geeignet.Advantageous developments and improvements of the configurations specified in the independent claims are possible as a result of the measures listed in the dependent claims. Particularly advantageously, the connecting channels can be pressed into the main body of the base plate as depressions. The base body can be, for example, a solid plate made of metal or plastic, which is correspondingly formed by means of plastic material forming in an embossing or stamping process - optionally also with the addition of heat. Alternatively, material can also be cut out of the base body in order to thereby form the indentations, for example by means of milling or with a laser tool. These procedures are special Particularly suitable for lightweight bodies as the base body of the deflection plate.
Besonders günstig ist es, wenn die Vertiefungen strömungsoptimierte Rundungen aufweisen, die einen Einlaufbereich für das ausströmende Fluid aus ersten Rohröffnungen ausbilden. Am gegenüberliegenden Ende der Vertiefung ist dann jeweils ein entsprechender Auslaufbereich als Rundung ausgeformt, um das Fluid in zweite Rohröffnungen hineinzuführen. Dabei bilden die Rundungen jeweils einen Radius, die den ersetzten Rohrbogen nachempfinden.It is particularly favorable if the depressions have flow-optimized curves that form an inlet area for the fluid flowing out of the first pipe openings. At the opposite end of the depression, a corresponding outlet area is then formed as a rounding in order to introduce the fluid into the second pipe openings. The curves each form a radius that imitates the replaced pipe bend.
Wird die Umlenkplatte nur aus einem Material hergestellt, werden thermische Spannungen aufgrund unterschiedlicher Materialausdehnungen vermieden. Außerdem lässt sich solch eine Umlenkplatte sehr einfach recyceln. Besonders günstig ist es, wenn sowohl die Umlenkplatte als auch der ganze Wärmeübertrager aus Aluminium gefertigt sind, da dann der gesamte Wärmeübertrager nur aus einem Material gefertigt ist, so dass für das Recyceln keine aufwändige Materialtrennung notwendig ist. Dabei ist die Verwendung von Klebstoff für das Verbinden der Umlenkplatte mit der Basisfläche und die Herstellung der Leichtbauplatte vernachlässigbar.If the deflection plate is made from only one material, thermal stresses due to different material expansions are avoided. In addition, such a baffle plate can be recycled very easily. It is particularly favorable if both the deflection plate and the entire heat exchanger are made of aluminum, since the entire heat exchanger is then made of only one material, so that no complex material separation is necessary for recycling. In this case, the use of adhesive for connecting the deflection plate to the base surface and the production of the lightweight panel is negligible.
Als Leichtbaukörper können Sandwich-Leichtbauplatten verwendet werden, wie sie beispielsweise im Flugzeugbau oder anderen technischen Gebieten verwendet werden. Dabei wird auf eine erste Beplankung als Grundfläche ein strukturierter Körper mit Hohlräumen aufgebracht, insbesondere aufgeklebt. Die zweite gegenüberliegende Beplankung wird hierbei bevorzugt weggelassen, um die Vertiefungen in dem strukturierten Körper auszuformen. Bei dem Aufkleben einer solchen Umlenkplatte bildet die Basisfläche des Wärmeübertragers die zweite Beplankung der Sandwich-Leichtbauplatte. Als strukturierter Körper kann eine Wabenstruktur oder Lamellenstruktur oder auch ein poröserer oder aufgeschäumter Werkstoff verwendet werden - bevorzugt Aluminium.Lightweight sandwich panels can be used as the lightweight body, such as are used, for example, in aircraft construction or other technical fields. In this case, a structured body with cavities is applied, in particular glued, to a first planking as a base area. In this case, the second opposite skin is preferably omitted in order to form the depressions in the structured body. When such a deflection plate is glued on, the base surface of the heat exchanger forms the second planking of the lightweight sandwich panel. A honeycomb structure or a lamellar structure or also a more porous or foamed material can be used as the structured body--preferably aluminum.
Durch das kostengünstige Herstellen der Umlenkplatte kann der Wärmeübertrager in Modulbauweise hergestellt werden, wobei für die Basisfläche einheitliche Abmessungen verwendet werden können. Dabei können U-förmige Rohre verwendet werden, so dass diese nur auf einer Seite mittels der Umlenkplatte miteinander verbunden werden müssen.Because the deflection plate can be produced inexpensively, the heat exchanger can be produced in a modular design, with uniform dimensions being able to be used for the base area. U-shaped tubes can be used here, so that they only have to be connected to one another on one side by means of the deflection plate.
Dabei sind in der Umlenkplatte sowohl die Sammler für den Zulauf und den Abfluss des Fluids aus dem Wärmeübertrager realisiert, als auch die eigentliche Verschaltung der einzelnen Rohre für den optimalen Wärmeaustausch mit dem Luftstrom durch die Lamellen.The collectors for the inflow and outflow of the fluid from the heat exchanger are realized in the deflection plate, as well as the actual interconnection of the individual tubes for optimal heat exchange with the air flow through the fins.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des Wärmeübertragers können in einem Arbeitsgang sowohl die einzelnen Rohröffnungen mit der Basisplatte fluiddicht verbunden werden, als auch die Rohröffnungen untereinander durch die Vertiefungen miteinander verschaltet werden. Eine solche Verbindung erfolgt besonders günstig mittels Klebstoff, der bevorzugt auf die ebene Basisfläche und/oder die gegenüberliegende Oberfläche der Umlenkplatte aufgebracht wird. Dabei kann ein Anpressdruck der Umlenkplatte und eine Aushärtetemperatur der entsprechenden Anwendung angepasst werden.The manufacturing method of the heat exchanger according to the invention allows both the individual tube openings to be connected to the base plate in a fluid-tight manner and the tube openings to be connected to one another through the depressions in one operation. Such a connection takes place particularly favorably by means of an adhesive, which is preferably applied to the flat base surface and/or the opposite surface of the deflection plate. A contact pressure of the deflection plate and a curing temperature can be adapted to the corresponding application.
Figurenlistecharacter list
Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen
-
1 : einen Wärmeübertrager nach dem Stand der Technik mit Rohrverbindungen durch Rohrbögen und Anschluss an einen Vor- und Rücklauf-Sammler, -
2 : eine Grundplatte als unbearbeitete Wabenstruktur zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Umlenkplatte, -
3 : ein Ausführungsbeispiel einer Umlenkplatte mit eingeprägten Vertiefungen als Strömungskanäle, und -
4 : einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager, bei dem die Rohröffnungen durch eine erfindungsgemäße Umlenkplatte verbunden sind.
-
1 : a state-of-the-art heat exchanger with pipe connections through pipe bends and connection to a flow and return header, -
2 : a base plate as an unprocessed honeycomb structure for producing a deflection plate according to the invention, -
3 : an embodiment of a deflection plate with embossed depressions as flow channels, and -
4 : a heat exchanger according to the invention, in which the tube openings are connected by a baffle plate according to the invention.
Insbesondere bei Wärmeübertragern, die in Serie hergestellt werden sollen, und nicht zu groß sind, wird vorgeschlagen, die Verschaltung und die Sammler 4 in einem einzigen Bauteil vorzubereiten, und dieses dann mit dem Endblech (Basisfläche 33) des Lamellenwärmeübertragers 30 zu verbinden.Particularly in the case of heat exchangers that are to be manufactured in series and are not too large, it is proposed to prepare the wiring and the
In
In
In
Erfindungsgemäß wird die Verschaltung durch eine geprägte Umlenkplatte 8 realisiert. In dieser Umlenkplatte 8 sind entsprechende Kanäle 9 eingeprägt, die die Strömungsführung gewährleisten und die Rohrbögen 3 ersetzen. Die Herstellung der Verschaltung ist dadurch mit einem einzigen Bauteil 8 möglich. Außerdem ist die gesamte Anschlusssituation in die Umlenkplatte 8 integriert, so dass kein separater Sammler oder Verteiler erforderlich ist. Eine solche geprägte Umlenkplatte 8 kann beispielsweise auch als Tiefziehteil aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden, die dicht mit der Basisfläche 33 verbunden wird.According to the invention, the connection is realized by an embossed
Diese Umlenkplatte 8 kann alternativ vorteilhaft durch plastisches Verformen (Prägen oder Eindrücken) einer Wabenstruktur 11 des Leichtbaukörpers 22 hergestellt werden. Diese Wabenkörper 11 werden z.B. zur Herstellung von Sandwichplatten im Leichtbau verwendet. Dabei werden die Wabenkörper 11 beidseitig mit einer Platte verbunden (in der Regel verklebt), wodurch ein leichtes und trotzdem steifes Bauteil entsteht. Oft bestehen die Wabenkörper 11 sowie die Grundplatten aus Aluminium. Anstatt wie bei der Sandwichherstellung mit Deck- und Bodenblech, werden die Strukturen zunächst nur mit einer einseitigen ersten Beplankung 12, die vorteilhaft seitlich aufgekantet ist, verklebt. Die Wabenstruktur 11 liegt dann einseitig offen vor und kann leicht bearbeitet werden. Nachdem die erforderlichen Vertiefungen 10 eingeprägt wurden, kann das Element wie als Deckel mit dem Endblech 7 des Lamellenwärmeübertragers 30 verbunden werden. Dies kann z.B. wieder durch Kleben erfolgen. Durch die Verklebung wird wieder die Stabilität der Sandwichstruktur erreicht und gleichzeitig werden die Strömungskanäle 9 geschlossen. Vorteil dabei ist, dass auf einen Materialmix verzichtet werden kann und eine kostengünstige, trotzdem stabile Umlenkplatte 8 hergestellt werden kann. Solch ein Leichtbaukörper 22 kann dabei vollständig aus Aluminium oder aus einem Kunststoff hergestellt sein, wobei zusätzlich insbesondere Klebstoff zur Verbindung der Wabenstruktur 11 mit der ersten Beplankung 12 und insbesondere mit der Basisfläche 33 verwendet wird. Dabei kann die Abdichtung der Rohröffnungen 14 gegenüber der Basisfläche 33 gleichzeitig mit dem Ankleben der Umlenkplatte 8 an die Basisfläche 33 erfolgenAlternatively, this
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- 2017-04-12 DE DE102017003584.9A patent/DE102017003584B4/en active Active
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