DE102020121280A1

DE102020121280A1 - Heat exchanger and use of a sheet metal strip for the production of perforated fins for a heat exchanger

Info

Publication number: DE102020121280A1
Application number: DE102020121280.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gora
Original assignee: Kelvion Machine Cooling Systems GmbH
Current assignee: Kelvion Machine Cooling Systems GmbH
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-17
Also published as: WO2022033619A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher 1 und Verwendung eines Bleches zur Herstellung von gelochten Lamellen 2 für einen Wärmetauscher 1, wobei ein Stapel von Lamellen 2 vorgefertigte Öffnungen 5 zur Aufnahme von Rohren 6 aufweist. Die Lamellen 2, die von einer Anströmseite 3 zu einer Abströmseite 4 verlaufen, weisen wenigstens eine parallel zur Anströmseite 3 verlaufende Reihe R1 von vorgefertigten Öffnungen 5 für die Rohre 6 auf, wobei eine erste Reihe R1 von Öffnungen 5 benachbart zur Anströmseite 3 und eine letzte Reihe RL von Öffnungen 5 benachbart zur Abströmseite 4 angeordnet ist und wobei wenigstens eine Reihe R1 von vorgefertigten Öffnungen frei oder überwiegend frei von Rohren 6 ist. Das verwendete Blechband zur Herstellung der Lamellen 2 wird derart in Längsrichtung geteilt, dass bei der Verwendung der Lamellen 2 eine Reihe von Öffnungen 5 frei oder überwiegend frei von Rohren 6 bleibt.

The invention relates to a heat exchanger 1 and the use of a metal sheet to produce perforated fins 2 for a heat exchanger 1, a stack of fins 2 having prefabricated openings 5 for receiving tubes 6. The lamellae 2, which run from an inflow side 3 to an outflow side 4, have at least one row R1 of prefabricated openings 5 for the tubes 6 running parallel to the inflow side 3, with a first row R1 of openings 5 adjacent to the inflow side 3 and a last Row RL of openings 5 is arranged adjacent to the downstream side 4 and wherein at least one row R1 of prefabricated openings is free or mostly free of tubes 6. The sheet metal strip used to produce the slats 2 is divided in the longitudinal direction in such a way that when the slats 2 are used, a row of openings 5 remains free or mostly free of tubes 6 .

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5.The invention relates to a heat exchanger according to the features of patent claim 1 and the use of a sheet metal strip for the production of perforated fins for a heat exchanger according to the features of patent claim 5.

Lamellenwärmetauscher zeichnen sich durch ihre besonders kompakte Bauweise aus. Sie sind zudem für viele Anwendungen und Arbeitsmedien geeignet, z. B. für Lufterhitzer, Luftkühler, Verflüssiger und Verdampfer für die Heizung, Lüftung und Klimatechnik sowie für unterschiedlichste industrielle Anwendungen. Lamellenwärmetauscher werden z. B. aus Rohren aus Kupfer, Titan oder Edelstahl in Verbindung mit Lamellen aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Spezielle Lamellenprägungen können die Wärmeübertragung verbessern und den Druckabfall reduzieren.Finned heat exchangers are characterized by their particularly compact design. They are also suitable for many applications and working media, e.g. B. for air heaters, air coolers, condensers and evaporators for heating, ventilation and air conditioning as well as for a wide variety of industrial applications. Finned heat exchangers are z. B. from tubes made of copper, titanium or stainless steel in conjunction with fins made of copper or aluminum. Special fin embossing can improve heat transfer and reduce pressure drop.

Die Lamellen besitzen eine sehr geringe Dicke und werden üblicherweise durch Stanzen eines aufgecoilten Blechbandes mit einer bestimmten Ausgangsbreite hergestellt. Bei der industriellen Fertigung kommen in der Regel Rohrsysteme mit bestimmten Rohrabständen zum Einsatz, so dass sich aus der Kombination eines Blechbandes vorgegebener Breite und bei gegebenen Rohrabständen nur eine bestimmte Anzahl von Rohren sinnvoll in einem Blechband gegebener Breite platzieren lässt. Das Blechband lässt sich zudem in Längsrichtung teilen, so dass auch schmalere Lamellen für weniger Rohrreihen hergestellt werden können.The laminations have a very small thickness and are usually produced by stamping a coiled sheet metal strip with a specific initial width. In industrial production, pipe systems with specific pipe spacing are generally used, so that from the combination of a sheet metal strip of a given width and with a given pipe spacing, only a certain number of pipes can be placed in a sheet metal strip of a given width. The sheet metal strip can also be divided lengthwise, so that narrower fins can also be produced for fewer rows of tubes.

Um die Wärmeübertragung unter Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes zu maximieren, ist es üblich, die Öffnungen in den Lamellen vollständig mit Rohren zu besetzen. Unter Umständen kann dies zu einer Überdimensionierung, bzw. zu einer Wärmeübertragungsleistung führen, die gar nicht erforderlich ist. Eine solche Leistungsreserve ist zwar aus technischer Sicht unschädlich, allerdings sind die Fertigungskosten in Bezug auf die benötigte Wärmeübertragung zu hoch und die Wirtschaftlichkeit geringer. Die Ursache für eine Überdimensionierung liegt in der Abstufung der kostengünstig herstellbaren Baugrößen der Wärmetauscher. Ein wesentlicher Faktor für die Baugröße ist die vorgegebene Breite des Blechbandes, aus dem Lamellen gefertigt werden. Das Blechband ist z.B. so breit, dass zwölf hintereinander angeordneten Rohrreihen möglich sind. Dementsprechend kann das Blechband in schmalere Lamellen geteilt werden, die eine, zwei, drei, vier, sechs oder zwölf Reihen aufweisen (Teilen ohne Rest). Theoretisch könnten auch Lamellen mit z.B. 7 Reihen hergestellt werden. Allerdings ist der Anteil des Verschnitts mit 5/12 unwirtschaftlich hoch. Dementsprechend werden aus 12 möglichen Reihen nur Lamellen mit 1, 2, 3, 4, 6 und 12 Reihen hergestellt, wenn der Verschnitt vermieden werden soll. Ein Wärmetauscher mit 8 Reihen kann aus Lamellen mit 2 x 4 Reihen gebaut werden. Die Abstufungen führen dazu, dass der Schritt von z.B. vier Rohrreihen auf sechs Rohrreihen relativ groß ist. Es werden 50% mehr Rohre verbaut. Zudem sind sechs Rohrreihen deutlich teurer als vier Rohrreihen, insbesondere da Kupfer und je nach Anwendungsfall Titan oder Edelstahl vergleichsweise teure Werkstoffe sind.In order to maximize the heat transfer using the available installation space, it is usual to fill the openings in the fins completely with tubes. Under certain circumstances, this can lead to oversizing or to a heat transfer performance that is not required at all. Such a power reserve is harmless from a technical point of view, but the production costs are too high in relation to the heat transfer required and the economy is lower. The reason for oversizing lies in the gradation of the sizes of the heat exchangers that can be manufactured at low cost. A key factor for the size is the specified width of the sheet metal strip from which the slats are made. The sheet metal strip is, for example, so wide that twelve rows of tubes arranged one behind the other are possible. Accordingly, the sheet metal strip can be divided into narrower laminations, which have one, two, three, four, six or twelve rows (dividing without remainder). Theoretically, slats with e.g. 7 rows could also be produced. However, the proportion of waste at 5/12 is uneconomically high. Accordingly, only slats with 1, 2, 3, 4, 6 and 12 rows are produced from 12 possible rows if waste is to be avoided. An 8 row coil can be built from 2 x 4 row fins. The gradations mean that the step from e.g. four rows of tubes to six rows of tubes is relatively large. 50% more pipes are installed. In addition, six rows of tubes are significantly more expensive than four rows of tubes, especially since copper and, depending on the application, titanium or stainless steel are comparatively expensive materials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher aufzuzeigen, welcher unter vereinfachter Anpassung der Wärmeübertragerleistung fertigungstechnisch günstig herstellbar ist und bei welchem der Verschnitt der Lamellen während der Produktion reduziert wird.The invention is based on the object of demonstrating a heat exchanger which can be produced economically with simplified adaptation of the heat transfer capacity and in which the waste of the fins is reduced during production.

Ferner soll die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher aufgezeigt werden, wobei der Verschnitt bei der Herstellung des Wärmetauschers reduziert werden kann, ohne die Flexibilität bei der Anpassung der Wärmeübertragerleistung einzuschränken.Furthermore, the use of a sheet metal strip for the production of perforated fins for a heat exchanger is to be shown, with the waste in the production of the heat exchanger being able to be reduced without restricting the flexibility in the adaptation of the heat exchanger performance.

Ein Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 löst den gegenständlichen Teil der Aufgabe.A heat exchanger with the features of claim 1 solves the objective part of the task.

Der Patentanspruch 6 löst den zweiten Teil der Aufgabe betreffend die Verwendung eines Blechbandes.Claim 6 solves the second part of the problem relating to the use of a sheet metal strip.

Die jeweiligen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The respective dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besitzt einen Stapel von Lamellen mit vorgefertigten Öffnungen, die in der Regel gestanzt sind. Die Öffnungen dienen zur Aufnahme von Rohren.The heat exchanger according to the invention has a stack of fins with prefabricated openings which are usually punched. The openings serve to accommodate pipes.

Die Öffnungen sind an den Querschnitt der Rohre angepasst und bevorzugt kreisrund oder je nach Rohrquerschnitt auch elliptisch ausgeführt. Die Rohre, die durch die gestapelt angeordneten Lamellen geführt werden, können in offenen oder geschlossenen Kreisläufen durch den Wärmetauscher bzw. durch die Lamellen geführt werden. Der individuelle Lamellenabstand kann durch die Formgebung von Lamellenkragen randseitig der Öffnungen sichergestellt werden, wobei die Lamellenkragen gleichzeitig den Kontakt zwischen Rohren in den Öffnungen und den Lamellen ermöglichen. Durch mechanische Aufweitung der Rohre kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und der Lamelle hergestellt werden, um die Wärmeübertragung sicherzustellen.The openings are adapted to the cross section of the pipes and are preferably circular or, depending on the pipe cross section, also elliptical. The tubes that are routed through the stacked fins can be routed in open or closed circuits through the heat exchanger or through the fins. The individual slat spacing can be ensured by shaping slat collars at the edges of the openings, with the slat collars simultaneously enabling contact between the tubes in the openings and the slats. By mechanically expanding the tubes, a non-positive connection can be established between the tube and the fin in order to ensure heat transfer.

Die Lamellen verlaufen von einer Anströmseite zu einer Abströmseite des Wärmetauschers. Die Rohre verlaufen insbesondere senkrecht zu den Lamellen. Die Lamellen weisen erfindungsgemäß eine parallel zur Anströmseite verlaufende Reihe von vorgefertigten Öffnungen für die Rohre auf. Vorgefertigte Öffnungen für die Rohre bedeutet, dass es sich hierbei nicht um Ausprägung, Durchbrüche, Stanzungen oder Kanäle handelt, die nicht für die Rohre vorgesehen sind. Wenn im Rahmen der Erfindung von Öffnungen die Rede ist, sind ausschließlich Öffnungen zur Aufnahme von Rohren gemeint. Die besagten Öffnungen können daher auch Kragen aufweisen, wie alle anderen Öffnungen, in denen Rohre angeordnet sind, auch.The fins run from an inflow side to an outflow side of the heat exchanger. In particular, the tubes run perpendicularly to the fins. According to the invention, the lamellae have a row of prefabricated openings for the tubes running parallel to the inflow side. Prefabricated openings for the tubes means that these are not expressions, breakthroughs, stampings or channels that are not intended for the tubes. When openings are mentioned within the scope of the invention, only openings for accommodating pipes are meant. Said openings can therefore also have collars, like all other openings in which tubes are arranged.

Eine erste Reihe von diesen Öffnungen ist benachbart zur Anströmseite der Lamellen angeordnet. Eine letzte Reihe dieser Öffnungen ist benachbart zur Abströmseite der Lamellen angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Reihe von vorgefertigten Öffnungen frei oder überwiegend frei von Rohren ist.A first row of these openings is located adjacent to the upstream side of the louvers. A final row of these openings is located adjacent the downstream side of the fins. According to the invention it is provided that at least one row of prefabricated openings is free or mostly free of pipes.

Der durch den Wärmetauscher benötigte Bauraum soll in der Regel so ausgenutzt werden, dass ein möglichst kompakter, leichter und leistungsstarker Wärmetauscher bereit gestellt wird. Erfindungsgemäß ist zugunsten eines flexibleren Wärmetauscherkonzeptes vorgesehen, eine vollständige Reihe von Öffnungen, in welche üblicherweise Rohre eingesetzt werden könnten, freizulassen oder überwiegend frei zu lassen, d.h. nicht mit Rohren zu besetzen. Der Begriff „Reihe“ meint hierbei nicht nur eine Vielzahl von Öffnungen, die beliebig über das Lochbild der Lamelle verteilt angeordnet sind, sondern Öffnungen, die in einer einzigen Reihe quer zur Anströmrichtung angeordnet sind und so die besagte Reihe bilden. Eine solche Reihe von Öffnungen soll parallel zur Anströmseite bzw. Abströmseite verlaufen.The installation space required by the heat exchanger should generally be utilized in such a way that a heat exchanger that is as compact, light and powerful as possible is provided. According to the invention, in favor of a more flexible heat exchanger concept, a complete row of openings, into which tubes could usually be inserted, is left free or mostly free, i.e. not to be filled with tubes. The term "row" here means not only a large number of openings, which are arranged arbitrarily distributed over the hole pattern of the lamella, but openings, which are arranged in a single row transverse to the direction of flow and thus form the said row. Such a row of openings should run parallel to the inflow side or outflow side.

Der Ausdruck „überwiegend frei“ bedeutet in Zusammenhang mit den Öffnungen, dass mehr als 50% der Öffnungen frei von Rohren sind. Bevorzugt sind mehr als 75% der Öffnungen frei und besonders bevorzugt sind mehr als 90% der Öffnungen frei. Der Ausdruck „überwiegend frei“ berücksichtigt insbesondere den Fall, dass nur ein einzige Öffnung oder eine einstellige Anzahl von Öffnungen mit Rohren besetzt sind. Im Idealfall ist eine gesamte Reihe von Öffnungen vollständig frei von Rohren. Wenn es nicht anders angegeben ist, wird nachfolgend der Ausdruck „frei“ oder „freie Reihe“ für eine Reihe von Öffnungen verwendet, die zumindest überwiegend frei oder auch vollständig frei von Rohren ist.The term "predominantly clear" in relation to the openings means that more than 50% of the openings are free of pipes. Preferably more than 75% of the openings are unobstructed and more preferably more than 90% of the openings are unobstructed. The expression "predominantly free" takes into account in particular the case that only a single opening or a single-digit number of openings are occupied by pipes. Ideally, an entire row of openings is completely free of tubes. Unless otherwise specified, the term "free" or "free row" is used hereinafter for a row of openings that is at least mostly free or even completely free of tubes.

Der Ausdruck „überwiegend besetzt“ bedeutet in Zusammenhang mit den Öffnungen, dass mehr als 50% der Öffnungen von Rohren besetzt sind. Bevorzugt sind mehr als 75% der Öffnungen besetzt und besonders bevorzugt mehr als 90% der Öffnungen. Der Ausdruck „überwiegend besetzt“ berücksichtigt insbesondere den Fall, dass nur ein einzige Öffnung oder eine einstellige Anzahl von Öffnungen nicht mit Rohren besetzt ist, z.B. weil ein Rohr zu einem Anschluss in einem Rohrboden geführt wird. Im Idealfall ist eine gesamte Reihe von Öffnungen vollständig mit Rohren besetzt. Nachfolgend wird der Ausdruck „besetzte Reihe“, sofern es nicht anders angegeben ist, für eine Reihe verwendet, die zumindest überwiegend oder auch vollständig mit Rohren besetzt ist. Ein Wärmetauscher mit einer solchen freien Reihe ist in Ergänzung zu Wärmetauschern, die komplett mit Rohren besetzte Reihen aufweisen, ausgesprochen kostengünstig herzustellen. Es ist dabei zu berücksichtigen, dass es durch den Entfall einer Reihe von Rohren, insbesondere aus dem relativ teuren Werkstoff Kupfer oder aus Titan oder aus Edelstahl, zu einer Kostenreduzierung und auch zu einer Gewichtsreduzierung kommt. Die leichten aber kostengünstigen Aluminiumrippen vergrößern zwar insgesamt das Bauvolumen des Wärmetauschers gegenüber den fertigungstechnisch kleinstmöglichen Abmessungen, allerdings ist es bei einer Gesamtbetrachtung produktionstechnisch und thermodynamisch günstig, eine Reihe von Öffnungen komplett oder überwiegend freizulassen. Mit der Erfindung ist es daher möglich, auf sehr kosteneffiziente Art und Weise die Wärmeübertragung eines Wärmetauschers bei gleicher Anzahl von Rohrreihen zu erhöhen und gleichzeitig die Mehrkosten für die Anpassung der Baugröße zu reduzieren.The expression "predominantly occupied" in connection with the openings means that more than 50% of the openings are occupied by pipes. Preferably more than 75% of the openings are occupied and more preferably more than 90% of the openings. The expression "predominantly occupied" takes into account in particular the case that only a single opening or a single-digit number of openings is not occupied by tubes, e.g. because a tube is led to a connection in a tube sheet. In the ideal case, an entire row of openings is completely occupied by tubes. In the following, the term "occupied row" is used for a row that is at least predominantly or also completely occupied by tubes, unless otherwise specified. A heat exchanger with such a free row can be produced extremely inexpensively in addition to heat exchangers that have rows completely filled with tubes. It must be taken into account here that the elimination of a number of tubes, in particular made of the relatively expensive material copper or titanium or stainless steel, leads to a reduction in costs and also to a reduction in weight. Although the light but inexpensive aluminum ribs increase the overall volume of the heat exchanger compared to the smallest possible dimensions in terms of production technology, it is advantageous in terms of production technology and thermodynamics in an overall view to leave a number of openings completely or mostly free. With the invention it is therefore possible to increase the heat transfer of a heat exchanger in a very cost-efficient manner with the same number of rows of tubes and at the same time to reduce the additional costs for adapting the size.

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die erste Reihe, die der Anströmseite zugewandt ist, frei von Rohren ist. Die freie Reihe bzw. die dort angeordneten Bereiche der Lamelle wirken vor der ersten angeströmten Rohrreihe wie eine Vergrößerung der Lamellen. Dadurch kann ein zusätzlicher Wärmeübergang erreicht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Wärmeübertragungsleistung eines Lamellenwärmetauschers von Rohrreihe zu Rohrreihe in Strömungsrichtung zunimmt. Die erste Rohrreihe hat den geringsten Wärmeübergang. Eine zusätzlich vergrößerte Lamellenfläche in Bezug auf die erste Rohrreihe vergrößert daher die Wärmeübertragungseigenschaften der ersten Rohrreihe. Das bestätigt sich, wenn man einen Wärmetauscher mit einer einzigen Rohrreihe vergleicht, wobei diese einzige Rohrreihe in der einzigen Reihe von Öffnungen angeordnet ist. Ein Wärmetauscher mit zwei Reihen von Öffnungen, wobei die anströmseitige Reihe von Öffnungen frei ist, weist demgegenüber einen besseren Wärmeübergang bei moderater Kostenerhöhung auf. Darüber hinaus sind auch die geringeren Fertigungskosten zu berücksichtigen, da weniger Rohre eingeführt und fixiert werden müssen. Zudem entfällt neben den Rohren auch das Anlöten von Rohrbögen.It is considered particularly advantageous if the first row, which faces the upstream side, is free of pipes. The free row or the areas of the lamella arranged there act like an enlargement of the lamellas in front of the first row of tubes against which the flow occurs. As a result, an additional heat transfer can be achieved. It should be noted here that the heat transfer capacity of a finned heat exchanger increases from row to row of tubes in the direction of flow. The first row of tubes has the lowest heat transfer. An additionally increased fin area with respect to the first row of tubes therefore increases the heat transfer properties of the first row of tubes. This is confirmed by comparing a single tube row heat exchanger, which single tube row is placed in the single row of openings. In contrast, a heat exchanger with two rows of openings, with the row of openings on the inflow side being free, has better heat transfer with a moderate increase in costs. In addition, the lower production costs must also be taken into account, since fewer pipes have to be inserted and fixed. In addition In addition to the pipes, there is also no need to solder pipe bends.

Es ist auch die wesentlich erhöhte Flexibilität bei der thermischen Auslegung zu betonen. Durch den Einsatz von freien Reihen wird eine Wärmeleistung eines Wärmetauschers unter Verwendung von kostengünstigem Lammellenmaterial verbessert. Durch die größere Anzahl von Zwischenstufen kann eine vorgegebene Wärmeleistung flexibler erreicht werden.The significantly increased flexibility in the thermal design should also be emphasized. The use of free rows improves the heat output of a heat exchanger using inexpensive lamellar material. Due to the larger number of intermediate stages, a specified heat output can be achieved more flexibly.

Erfindungsgemäß ist es alternativ auch möglich, dass die letzte Reihe, d. h. die Reihe benachbart der Abströmseite, frei von Rohren ist. Das Fehlen der ersten Rohrreihe führt zu einer geringeren Reduzierung der Wärmeübertragerleistung im Vergleich zum Fehlen der letzten Rohrreihe. Je nach ausgewählter Rohrreihe kann die Leistung des Wärmeübertragers angepasst werden. Es wird bevorzugt, dass die erste Reihe frei von Rohren ist, da hier der Wärmeübergang im Vergleich zur letzten Rohrreihe geringer ist.According to the invention, it is alternatively also possible that the last row, i. H. the row adjacent to the downstream side is free of tubes. The absence of the first row of tubes leads to a smaller reduction in the heat exchanger capacity compared to the absence of the last row of tubes. The performance of the heat exchanger can be adjusted depending on the selected tube series. It is preferred that the first row is free of tubes, since here the heat transfer is lower compared to the last row of tubes.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine Reihe von Öffnungen zwischen der ersten Reihe und der letzten Reihe frei von Rohren zu belassen, wobei an diese freie Reihe beiderseits von Rohren besetzte Reihen grenzen. Auch durch solch eine „mittlere“ freie Reihe kann die Anzahl der maximal besetzten Reihen um eine einzelne Reihe reduziert werden.In a further embodiment of the invention, it is possible to leave a row of openings between the first row and the last row free of pipes, with rows occupied by pipes on both sides adjoining this free row. Such a "middle" free row can also reduce the maximum number of rows occupied by a single row.

Bei einem Blechband, das dafür ausgelegt ist, max. 12 Reihen von Öffnungen bzw. Rohren aufzunehmen, könnten dementsprechend Lamellen mit eins, zwei, drei, vier, sechs oder zwölf Reihen gefertigt werden. Eine geforderte Lamelle mit 8 Reihen kann aus 2 einzelnen Lamellen mit 4 Reihen zusammengesetzt werden. Ohne Verlust durch Verschnitt des Blechbandes ist es nicht möglich, Lamellen mit fünf, sieben, neun, zehn oder elf Reihen herzustellen. Mit der Erfindung ist es nun möglich, eine Lamelle, die zwei Rohrreihen vorsieht, nur mit einer einzelnen Rohrreihe zu besetzen. Das bedeutet, dass ein und dieselbe Lamelle für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden kann. Einerseits kann die Lamelle wie bisher verwendet werden, um beide Rohrreihen komplett zu besetzen und andererseits kann erfindungsgemäß nur eine von zwei möglichen Rohrreihen besetzt werden. Dadurch erhöhen sich die Kombinationsmöglichkeiten und damit die Flexibilität der Fertigung erheblich, ohne dass Fertigungsabläufe umfangreich geändert werden müssten. Das Prinzip der freien Reihe, das für eine Lamelle mit zwei Rohrreihen erläutert worden ist, ist genauso bei Lamellen mit drei, vier, sechs oder zwölf Rohrreihen geeignet.With a sheet metal strip that is designed to accommodate a maximum of 12 rows of openings or tubes, lamellae could be manufactured with one, two, three, four, six or twelve rows accordingly. A required slat with 8 rows can be assembled from 2 individual slats with 4 rows. It is not possible to produce slats with five, seven, nine, ten or eleven rows without wasting the sheet metal strip. With the invention, it is now possible to occupy a lamella that provides two rows of tubes with only a single row of tubes. This means that one and the same slat can be used for different purposes. On the one hand, the lamella can be used as before in order to completely occupy both rows of tubes, and on the other hand, according to the invention, only one of two possible rows of tubes can be occupied. This increases the possible combinations and thus the flexibility of production considerably without having to extensively change production processes. The free row principle explained for a fin with two rows of tubes is equally applicable for fins with three, four, six or twelve rows of tubes.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher lassen sich damit nicht nur flexiblere Produktionsmöglichkeiten und damit eine breitere Produktpalette realisieren, auch der Verschnitt der Lamellen wird reduziert.With the heat exchanger according to the invention, not only can more flexible production options and thus a broader range of products be implemented, but the waste of the lamellae is also reduced.

Die Erfindung sieht ferner die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher vor, wobei das Blechband eine Ausgangsbreite besitzt, in welche eine Anzahl von parallelen Reihen von Öffnungen eingebracht wird. Die Öffnungen sind zur Aufnahme von Rohren vorgesehen, die Bestandteil des Wärmetauschers sind. Das Blechband wird zur Herstellung von x Lamellen in Längsrichtung geteilt, entsprechend einer Division N/x ohne Rest. Das bedeutet, dass bei beispielsweise zwölf möglichen parallelen Reihen von Öffnungen ein, zwei, drei, vier, sechs, zwölf identische Lamellen (ohne Rest/Verschnitt) herstellbar sind. Die Lamellen werden derart verwendet, dass eine Reihe von Öffnungen vollständig oder überwiegend freibleibt. Es werden daher bevorzugt nur in (N/x)-1 identische Reihen von Öffnungen Rohre eingesetzt.The invention also provides for the use of a sheet metal strip for the production of perforated fins for a heat exchanger, the sheet metal strip having an initial width into which a number of parallel rows of openings are made. The openings are intended to receive tubes that are part of the heat exchanger. To produce x lamellae, the sheet metal strip is divided lengthways, corresponding to a division N/x without remainder. This means that with twelve possible parallel rows of openings, for example, one, two, three, four, six, twelve identical lamellae (without remainder/ Waste) can be produced. The louvers are used in such a way that a number of openings remain completely or mostly uncovered. It is therefore preferred to use tubes only in (N/x)-1 identical rows of openings.

Die Flexibilität der Fertigung wird erhöht, der Verschnitt wird reduziert. Der Wärmeübergang, insbesondere der ersten Rohrreihe, kann verbessert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die vorstehend erläuterten Vorteile dieser Bauform, bzw. dieser Art der Verwendung verwiesen.Manufacturing flexibility is increased and waste is reduced. The heat transfer, especially in the first row of tubes, can be improved. To avoid repetition, reference is made to the advantages of this design, or this type of use, explained above.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass die Lamellen von einer Anströmseite zu einer Abströmseite des Wärmetauschers verlaufen, wobei eine erste Reihe von Öffnungen für die Rohre benachbart zur Anströmseite und eine letzte Reihe von Öffnungen für die Rohre benachbart zu Abströmseite angeordnet ist.When used according to the invention, it is provided that the fins run from an inflow side to an outflow side of the heat exchanger, with a first row of openings for the tubes being arranged adjacent to the inflow side and a last row of openings for the tubes being arranged adjacent to the outflow side.

Besonders bevorzugt bleibt die erste Reihe frei von Rohren. Alternativ kann auch die letzte Reihe frei von Rohren bleiben oder auch eine mittlere Reihe, wobei die jeweils benachbarten Reihen zu der freien Reihe mit Rohren ganz oder teilweise besetzt sind.The first row particularly preferably remains free of tubes. Alternatively, the last row can also remain free of pipes, or a middle row, with the rows adjacent to the free row being completely or partially occupied by pipes.

Die Lamellen bestehen vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, wohingegen die Rohre aus einer Kupferlegierung bestehen oder aus Titan oder aus Edelstahl.The fins are preferably made of an aluminum alloy, whereas the tubes are made of a copper alloy, titanium or stainless steel.

Bevorzugt sind 12 Reihen von Öffnungen in der Ausgangsbreite des Blechs vorgesehen, wobei die Lamellen zwei, drei, vier, sechs, 8 (2 x 4) oder zwölf Reihen von Öffnungen aufweisen mit eins, zwei, drei, fünf, sieben oder elf Reihen von Rohren, so dass jeweils eine freie Reihe von Öffnungen vorgesehen ist. Die Anzahl der Reihen hängt von der Ausgangsbreite des Blechs, von der Größe und den Abständen der Öffnungen ab und kann daher variieren. Die Erfindung ist nicht auf 12 Reihen oder eine andere Anzahl von Reihen beschränkt.Preferably 12 rows of openings are provided in the initial width of the sheet, the lamellae having two, three, four, six, 8 (2×4) or twelve rows of openings with one, two, three, five, seven or eleven rows of Tubes, so that a free row of openings is provided in each case. The number of rows depends on the initial width of the sheet, the size and spacing of the openings and can therefore vary ren. The invention is not limited to 12 rows or any other number of rows.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen rein schematisch und nicht maßstäblichen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

1 In Ansichten von links und rechts eine erste Ausführungsform eines Wärmetauschers mit zwei Lochreihen;
2 In Ansichten von links und rechts eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers mit drei Lochreihen;
3 In Ansichten von links und rechtseine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers mit sechs Lochreihen und
4 Ein Coil mit einem Blechband zur Herstellung von Lamellen.

The invention is explained below with reference to exemplary embodiments that are illustrated purely schematically and not to scale in the drawings. Show it:

1 In views from the left and right, a first embodiment of a heat exchanger with two rows of holes;
2 Left and right views of a second embodiment of a heat exchanger with three rows of holes;
3 In left and right views another embodiment of a heat exchanger with six rows of holes and
4 A coil with a strip of sheet metal for the production of slats.

1 zeigt eine Ansicht von links auf eine Lamelle 2 eines Wärmetauschers 1. Der Wärmetauscher 1 besitzt einen Stapel von identischen Lamellen 2, wobei in der 1 nur die unterste und die oberste Lamelle 2 dargestellt sind. Die Lamellen 2 verlaufen jeweils in der Bildebene. Sie erstrecken sich von einer Anströmseite 3 zu einer Abströmseite 4. Mehrere gleichartig aufgebaute Lamellen 2 befinden sich in hoher Anzahl übereinander und im Abstand zueinander. In den Lamellen 2 befinden sich Öffnungen 5 zur Aufnahme von Rohren 6. Die Rohre 6 sind bei diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt kreisrund. Die einzelnen Rohre 6 verlaufen parallel zueinander. Austretende benachbarte Enden der Rohre 6 sind über Rohrbögen 7 miteinander verbunden. Alternativ können auch die Rohre 6 auch in Kammern münden, in denen einen Umlenkung erfolgt. Für die Erfindung spielt die konkrete Verschaltung der Rohre eine untergeordnete Rolle. Wesentlich ist, dass die Rohre 6 in einer Reihe angeordnet sind, ebenso wie die Öffnungen 5 in Reihen angeordnet sind. 1 shows a view from the left of a fin 2 of a heat exchanger 1. The heat exchanger 1 has a stack of identical fins 2, in which 1 only the bottom and the top slat 2 are shown. The slats 2 each run in the image plane. They extend from an inflow side 3 to an outflow side 4. A large number of lamellae 2 of similar construction are located one above the other and at a distance from one another. In the lamellae 2 there are openings 5 for receiving tubes 6. In this exemplary embodiment, the tubes 6 are circular in cross section. The individual tubes 6 run parallel to one another. Emerging adjacent ends of the tubes 6 are connected to one another via tube bends 7 . Alternatively, the tubes 6 can also open into chambers in which a deflection takes place. For the invention, the specific connection of the tubes plays a subordinate role. It is essential that the tubes 6 are arranged in a row, just as the openings 5 are arranged in rows.

Die der Anströmseite 3 zugewandte erste Reihe R1 von Öffnungen 2 verläuft parallel zur Anströmseite 3. Die darauf folgende nächste Reihe RL ist die zweite Reihe und gleichzeitig auch die letzte Reihe bei dieser Bauform. Nur die zweite Reihe bzw. letzte Reihe RL ist mit Rohren 6 besetzt. Die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 ist frei von Rohren 6.The first row R1 of openings 2 facing the inflow side 3 runs parallel to the inflow side 3. The subsequent row RL is the second row and at the same time also the last row in this design. Only the second row or last row RL is occupied by 6 tubes. The first row R1 of openings 5 is free of tubes 6.

Die zweite Ansicht der 1 zeigt den Wärmetauscher 1 von der gegenüberliegenden Seite. Die Anströmseite 3 befindet sich wiederum in der Bildebene links. Die Abströmseite 4 befindet sich rechts. Aus der unterschiedlichen Position der Rohrbögen 7 ist die Verschaltung der einzelnen Rohre 6 zu erkennen. Aus der zweiten Ansicht ist im oberen Bereich zu erkennen, dass die Rohrreihen R1 und RL quer zur Anströmseite 3 bzw. zur Strömungsrichtung S versetzt sind. Dadurch treten die Rohre 6 in Strömungsrichtung S nachfolgenden Rohrreihe RL aus dem Windschatten der Rohrreihe R1 hinaus. Im vorliegenden Fall ist das weniger erheblich, allerdings könnte die dargestellte Lamelle 2 in nicht erfindungsgemäßer Weise auch mit zwei Rohrreihen besetzt sein, so dass alle Öffnungen 5 belegt sind. Aus der Darstellung rechts in 1 ist zu erkennen, dass an die unterste und die oberste Öffnung 5 der hinteren Rohrreihe RL keine Rohrbögen angeschlossen sind. The second view of 1 shows the heat exchanger 1 from the opposite side. The inflow side 3 is again in the image plane on the left. The outflow side 4 is on the right. The interconnection of the individual tubes 6 can be seen from the different positions of the tube bends 7 . From the second view, it can be seen in the upper area that the rows of tubes R1 and RL are offset transversely to the inflow side 3 or to the direction of flow S. As a result, the pipes 6 in the flow direction S following the pipe row RL step out of the slipstream of the pipe row R1. This is less important in the present case, but the lamella 2 shown could also be occupied in a manner not according to the invention with two rows of tubes, so that all openings 5 are occupied. From the illustration at right 1 it can be seen that no pipe bends are connected to the bottom and the top opening 5 of the rear row of pipes RL.

Die entsprechenden Öffnungen sind allerdings mit Rohren belegt für den Eintritt und den Austritt des Mediums in die Rohrschlange.However, the corresponding openings are covered with pipes for the entry and exit of the medium in the pipe coil.

Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt einen Wärmetauscher 1 in einer zweiten Ausführungsform, allerdings mit drei Reihen von Öffnungen 5. Die erste Reihe wird wiederum mit R1 bezeichnet und die letzte in Strömungsrichtung S folgende Lochreihe mit RL. Die mittlere Reihe wird mit R2 bezeichnet. Es werden auch für alle weiteren im Wesentlichen funktionsgleichen Komponenten die Bezugszeichen verwendet, die zu 1 eingeführt worden sind. Die Verschaltung der einzelnen Rohre 6 in den beiden hinteren Rohrreihen R2, RL ist im Wesentlichen zickzackförm ig.The embodiment of 2 shows a heat exchanger 1 in a second embodiment, but with three rows of openings 5. The first row is again denoted by R1 and the last row of holes following in the flow direction S by RL. The middle row is labeled R2. The reference symbols are also used for all other essentially functionally identical components 1 have been introduced. The interconnection of the individual tubes 6 in the two rear rows of tubes R2, RL is essentially zigzag-shaped.

Aus der in der Bildebene rechten Ansicht, welcher die gegenüberliegende Seite des Wärmetauschers 1 zeigt, ist zu erkennen, dass einzelne Positionen in der zweiten Rohrreihe R2 bzw. letzten Rohrreihe RL frei bleiben. Diese freien Positionen sind auf Anschlüsse der Rohre 6 an einen nicht dargestellten Sammler für ein Wärmetauschermedium zurückzuführen. Genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 frei von Rohren 6.From the view on the right in the image plane, which shows the opposite side of the heat exchanger 1, it can be seen that individual positions in the second row of tubes R2 and the last row of tubes RL remain free. These vacant positions are due to connections of the tubes 6 to a collector for a heat exchange medium, not shown. Just as in the first embodiment, the first row R1 of openings 5 is free of tubes 6.

Auch bei dem nachfolgenden Beispiel mit sechs Reihen von Öffnungen 5 ist die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 die freie Reihe R1, während alle anderen Reihen mit Rohren 6 besetzt sind. Einzelne freie Positionen in den beiden auf die freie Reihe R1 nachfolgenden Rohrreihen R2 und R3 sind auf die Verschaltung zurückzuführen, d. h. auf Anschlüsse zu einem Sammler.Also in the following example with six rows of openings 5, the first row R1 of openings 5 is the free row R1, while all other rows are occupied by tubes 6. Individual free positions in the two rows of tubes R2 and R3 following the free row R1 are due to the interconnection, i. H. on connections to a collector.

Die 1 bis 3 zeigen insgesamt drei mögliche Ausführungsbeispiele eines Wärmetauschers entsprechend der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit jeweils einer ersten freien Reihe R1 von Rohren 5. Anhand dieser Bauformen wurden Simulationen durchgeführt, bei welchen das in Strömungsrichtung S anströmende Medium Luft ist, mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s. Bei der Ausführungsform der 1 hat sich der Wärmeübergang im Vergleich zu einer Lamelle 2 mit nur einer Rohrreihe um 23% verbessert. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 um 8% und bei dem Ausführungsbeispiel der 3 um 4%. Dieser Effekt wird größer, wenn die Luftgeschwindigkeit reduziert wird. Die Reduzierung der Luftgeschwindigkeit verbessert die Energieeffizienz im Hinblick auf energiebezogene Produkte und verbessert in diesem Zusammenhang auch die Reduzierung von CO2 Emissionen. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem Ausführungsbeispiel der 1 50% der Rohre 6 eingespart werden, im zweiten Fall 33% im dritten Fall 17%. Dadurch werden, abgesehen von den Materialkosten für die Rohre, auch die Fertigungskosten reduziert. Es müssen weniger Rohre montiert und weniger Rohrbögen eingesetzt und gelötet werden.the 1 until 3 show a total of three possible exemplary embodiments of a heat exchanger according to the configuration according to the invention, each with a first free row R1 of tubes 5. Simulations were carried out on the basis of these designs, in which the medium flowing in flow direction S is air at a speed of 2 m/s. In the embodiment of 1 has the heat transfer improved by 23% compared to a fin 2 with only one row of tubes. In the embodiment of 2 by 8% and in the embodiment of 3 At 4%. This effect increases when the air speed is reduced. The reduction in air speed improves energy efficiency in terms of energy-related products and in this context also improves the reduction of CO2 emissions. It is noted that in the embodiment of 1 50% of the tubes 6 are saved, in the second case 33% in the third case 17%. Apart from the material costs for the tubes, this also reduces the production costs. Fewer pipes have to be installed and fewer pipe bends have to be used and soldered.

Die 4 zeigt rein Schematisch ein Coil 8 mit einem Blechband 9, das eine Ausgangsbreite B besitzt. Das Blechband 9 kann entsprechend der mit gestrichener Linie eingezeichneten Trennlinien in Längsrichtung getrennt werden, so dass gleich breite Lamellen 2 gefertigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind es 4 identische Lamellen 2. In einem weiteren Fertigungsschritt können mehrere Reihen von Öffnungen 5 in Lamellen 2 eingebracht werden, wie es in der 4 angedeutet worden ist. Die Aufteilung in einzelne Lamellen 2 erfolgt bevorzugt vor der Herstellung der Öffnungen 5. Die Öffnungen 5 werden bevorzugt durch Stanzen hergestellt.the 4 shows a coil 8 with a sheet metal strip 9, which has an initial width B, purely schematically. The sheet metal strip 9 can be separated in the longitudinal direction according to the dividing lines drawn with dashed lines, so that lamellas 2 of the same width are produced. In this exemplary embodiment, there are 4 identical slats 2. In a further production step, several rows of openings 5 can be introduced into slats 2, as is shown in FIG 4 has been implied. The division into individual lamellae 2 preferably takes place before the openings 5 are produced. The openings 5 are preferably produced by punching.

BezugszeichenlisteReference List

1 -1 -: Wärmetauscherheat exchanger
2 -2 -: Lamellelamella
3 -3 -: Anströmseite (Luft/Gas)upstream side (air/gas)
4 -4 -: Abströmseite (Luft/Gas)downstream side (air/gas)
5 -5 -: Öffnungopening
6 -6 -: Rohrpipe
7 -7 -: Rohrbogenpipe elbow
8 -8th -: Coilcoil
9 -9 -: Blechband tin strip
B -B -: Ausgangsbreite von 9Initial width of 9
R1 -R1 -: erste Reihe von Öffnungen 5first row of openings 5
R2 -R2 -: zweite Reihe von Öffnungen 5second row of openings 5
R3 -R3 -: dritte Reihe von Öffnungen 5third row of openings 5
RL -RL -: letzte Reihe von Öffnungen 5last row of openings 5
S -S -: Strömungsrichtung (Luft/Gas)Flow direction (air/gas)

Claims

Heat exchanger (1) with the following features: a) a stack of lamellae (2) has prefabricated openings (5) for receiving tubes (6); b) the lamellae (2) run from an inflow side (3) to an outflow side (4); c) the lamellae (2) have at least one row (R1, R2, R3, RL) of prefabricated openings (5) for the tubes (6) running parallel to the inflow side (3), with a first row (R1) of openings (5) adjacent to the upstream side (3) and a last row (RL) of openings (5) adjacent to the downstream side (4), at least one row (R1) of openings (5) being predominantly free of tubes (6). .

Heat exchanger (1) after claim 1 , characterized in that at least one row (R1) is completely free of tubes (5).

Heat exchanger (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the first row (R1) is free or mostly free of pipes (6).

Heat exchanger (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the last row (RL) is free or mostly free of pipes (6).

Heat exchanger (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that a row of openings (5) between the first row (R1) and the last row (RL) is free or mostly free of tubes (6), with this free or mostly free row on both sides completely or mostly completely rows occupied by pipes (6) border.

Use of a sheet metal strip for the production of perforated fins (2) for a heat exchanger (1), the sheet metal strip (9) having an initial width (B), a number of N parallel rows (R1, R2, R3 , RL) of openings (5) for pipes (6), the sheet metal strip (9) being divided in the longitudinal direction to produce x with 0<x<N lamellae (2), corresponding to a division N/x without remainder, the openings (5) of at least one row (R2, R3, RL) being predominantly or completely occupied by tubes (6) and in at least one further row (R1) the openings (5) remain predominantly or completely free of tubes (6). .

use after claim 6 , characterized in that in each lamella (2) the same number of N/x rows (R1, R2, R3, RL) of openings (5) are made..

use after claim 6 or 7 , characterized in that the fins (2) from an inflow side (3) to an outflow side (4) of the heat exchanger (1), wherein a first row (R1) of openings (5) adjacent to the Inflow side (3) and a last row (RL) of openings (5) is arranged adjacent to the outflow side (4).

use after claim 8 , characterized in that the first row (R1) is mostly or completely free of tubes (6).

use after claim 8 , characterized in that the last row (RL) is mostly or completely free of tubes (6).

use after claim 8 , characterized in that a row of openings (5) between the first row (R1) and the last row (RL) is predominantly or completely free of tubes (6), with the predominantly or completely free row on both sides of tubes (6 ) border occupied rows.

Use after one of Claims 6 until 11 , characterized in that the fins (2) consist of an aluminum material and that the tubes (6) consist of a copper material, titanium or stainless steel.

Use after one of Claims 6 until 12 , characterized in that the number N of rows (R1, R2, R3, RL) of openings (5) is 12, the lamellae (2) having 2, 3, 4, 6 or 12 rows (R1, R2, R3, RL) have openings (5) with 1, 2, 3, 5 or 11 rows which are each completely or predominantly occupied by tubes (6) and each with a free or predominantly free row (R1) of openings (5).