DE19543234A1 - Lamellen-Wärmetauscher - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Lamellen-Wärmetauscher, die durch abwechselnde
Anordnung von Rohrstücken bzw. entsprechenden, Leitungen bildenden Elementen
und Lamellenflügeln über eine Vielzahl von Schichten aufgebaut werden. Solche
Lamellen-Wärmetauscher werden beispielsweise in einem Kühlkreislauf einer Klima
anlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Insbesondere betrifft die Erfindung einen La
mellen-Wärmetauscher mit einer Struktur, bei dem zwei Tankbereiche an einem
Längsende jedes Rohrstücks ausgebildet sind.
Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Lamellen-Wärmetauscher (JP-A-
4-32.697) werden Rohrstücke abwechselnd mit Lamellenflügeln aufeinander ge
schichtet angeordnet. Jedes Rohrstück weist zwei Sammelbehälter (Tanks) auf, die an
einem Ende angeordnet sind. Die beiden Sammelbehälter eines Rohrstücks kommu
nizieren im Rohrstück über einen im wesentlichen U-förmigen Durchgang miteinan
der. Benachbarte Rohrstücke kommunizieren soweit wie erforderlich durch Verbin
dung der Sammelbehälter in Richtung der Schichtung miteinander. Eine Mehrzahl
von, beispielsweise drei zungenartig vorspringenden Bördelrändern sind in dem Be
reich jedes Rohrstückes angeordnet, in dem der jeweilige Sammelbehälter in den U-
förmigen Durchgang übergeht. Die einander gegenüberstehenden Bördelränder lie
gen deckungsgleich miteinander und sind miteinander verbunden.
Wenn man nun einen solchen Lamellen-Wärmetauscher einem Aufreißtest unterwirft,
indem man Flüssigkeit unter hohem Druck (30 bis 40 kp/mm²) in die Sammelbehälter
pumpt, so bricht regelmäßig die Verbindung (meist eine Hartlotverbindung) der Bör
delränder in den Sammelbehältern, die nahe den beiden Enden des Wärmetauschers
in Schichtungsrichtung angeordnet sind. Als spezielles Phänomen bei solchen zun
genartig vorspringenden Bördelrändern ist anzusehen, daß das Aufreißen am Bördel
rand in der Mitte (beispielsweise Bördelrand 26b in Fig. 4) beginnt. Der Grund liegt
in der stärkeren Deformation in dem Mittelbereich gegenüber den Enden der Sam
melbehälter einhergehend bei der Zunahme der Anzahl von geschichteten Rohrstüc
ken.
Bei einem Lamellen-Wärmetauscher besonderer Bauart, bei dem ein spezielles Ver
bindungsrohr, das sich in Richtung der Schichtung des Wärmetauschers erstreckt,
zwischen verschiedenen Sammelbehältern angeordnet ist, um Wärmetauschermedium
in bestimmte Tankabschnitte zu leiten (bei einem Wärmetauscher etwa wie in Fig. 9
dargestellt), ist festgestellt worden, daß das Aufreißen normalerweise am Bördelrand
(36c, Fig. 10) beginnt, der dem Verbindungsabschnitt, wo das Verbindungsrohr ange
bracht ist, am nächsten liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Wandteil des Sam
melbehälters gegenüber dem Verbindungsabschnitt durch den Druck der im Verbin
dungsrohr strömenden Druckflüssigkeit weiter gebogen wird, wie durch die gestri
chelte Linie in Fig. 9 dargestellt ist, so daß dort die Verformung größer ist als in ande
ren Bereichen des Sammelbehälters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit des Bereiches zu verbes
sern, der im U-förmigen Durchgang für das Wärmetauschermedium besonders aufrei
ßgefährdet ist, insbesondere also im Bereich wo die Sammelbehälter in den U-förmi
gen Durchgang für das Wärmetauschermedium münden.
Bei Lamellen-Wärmetauschern des Standes der Technik ist der Verbindungsrand in
seinen Abmessungen, insbesondere in der Breite für alle Bördelränder gleich gestal
tet. Bei dieser Konzeption ergeben sich die oben erläuterten Probleme mit der Defor
mation.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß größere Abmessungen, insbesondere eine
größere Breite, des Verbindungsrandes der Bördelränder in den Bereichen, die be
sonders aufreißgefährdet sind, die zuvor erläuterte Aufreißproblematik ganz erheblich
verringert.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist mit dem zuvor erläuterten Ergebnis bei einem La
mellen-Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch
die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausge
staltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
Für einen einschlägigen Lamellen-Wärmetauscher mit einem Verbindungsrohr gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 8 ist die Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnen
den Teils von Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sind Gegenstand der Ansprüche 9 bis 14.
Beiden Alternativen der Lehre der Erfindung ist die gemeinsame Idee eigen, die Ab
messungen der Verbindungsränder, insbesondere die Breite der Verbindungsränder
der Bördelränder in den aufreißgefährdeten Bereichen größer zu wählen als in den
übrigen Bereichen. Dadurch ist die Verbindung der Bördelränder beim Zusammenset
zen der die Rohrstücke bildenden Formplatten wirksamer, hier ist nämlich ein ent
sprechend größerflächiges Verbinden, insbesondere Verlöten oder Verschweißen der
Bördelränder realisierbar.
Bei der Alternative von Anspruch 1 sind die Bördelränder im mittleren Bereich des U-
förmigen Durchganges dort, wo die Sammelbehälter in den U-förmigen Durchgang
übergehen, besonders fest belastbar verbunden. In der Alternative von Anspruch 2
sind von den zungenartig vorspringenden Bördelrändern an den Sammelbehältern
der oder die Bördelränder besonders groß gestaltet, die dem Verbindungsabschnitt
zum Verbindungsrohr naheliegen, so daß die Festigkeit in diesen Bereichen in ähnli
cher Weise erhöht wird.
Die zuvor aufgezeigten und weiteren Merkmale der Erfindung und deren Vorteile
lassen sich besser verstehen und einschätzen unter Berücksichtigung der nachfol
genden Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1A eine Ansicht der Gesamtanordnung eines Lamellen-Wärmetauschers ge
mäß der Erfindung,
Fig. 1B eine Unteransicht des Wärmetauschers aus Fig. 1A,
Fig. 2 eine Ansicht einer Formplatte für ein Rohrstück eines Wärmetauschers
gemäß Fig. 1 von der offenen Seite her gesehen,
Fig. 3 ausschnittweise, vergrößert, einen Schnitt des Wärmetauschers aus Fig.
1B im unteren Bereich mit einem Teil der Sammelbehälter weggeschnit
ten,
Fig. 4 den unteren Bereich der Formplatte aus Fig. 2 in einer vergrößerten Dar
stellung,
Fig. 5 in Fig. 4 entsprechender Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Formplatte für ein Rohrstück gemäß der Erfindung,
Fig. 6A in einer Fig. 1A entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungs
beispiel eines erfindungsgemäßen Lamellen-Wärmetauschers,
Fig. 6B den Wärmetauscher aus Fig. 6A in einer Fig. 1B entsprechenden Un
teransicht,
Fig. 7A eine Formplatte zur Bildung eines Rohrstücks für einen Wärmetauscher
gemäß Fig. 6A als End-Rohrstück für ein Verbindungsrohr,
Fig. 7B die zur Formplatte aus Fig. 7A korrespondierende zweite Formplatte, die
gemeinsam mit der Formplatte aus Fig. 7A verbunden bzw. verlötet dann
das entsprechende Rohrstück bildet,
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Strömung eines Wärmetauschermedi
ums durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä
ßen Lamellen-Wärmetauschers,
Fig. 9 den unteren Bereich, im Schnitt, eines Teils des Wärmetauschers aus Fig.
6A,
Fig. 10 ausschnittweise, in vergrößerter Darstellung, entsprechend Fig. 5, den
unteren Bereich der Formplatte aus Fig. 7B des Wärmetauschers aus Fig.
6.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Be
zugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert.
Der in Fig. 1A und 1B dargestellte Lamellen-Wärmetauscher 1 ist ein sogenannter
Vierfach-Tauscher, der aus Lamellenflügeln 2 und Rohrstücken 3 besteht, die ab
wechselnd über eine Mehrzahl von Ebenen angeordnet sind. Rohrstücke 3 in diesem
Sinne sind nicht notwendigerweise Rohre im klassischen Sinne, sondern Hohlele
mente, die Strömungskanäle für die Flüssigkeit bilden.
Der Lamellen-Wärmetauscher 1 ist mit einem Einlaßabschnitt 4 und einem Auslaßab
schnitt 5 für Wärmetauschermedium, beispielsweise ein flüssiges Kältemittel, ausgerü
stet, die im Mittelbereich der Schichtung angeordnet sind. Die meisten der Rohr
stücke 3 dieses Wärmetauschers 1 werden dadurch hergestellt, daß zwei Formplatten
6, von denen eine beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, einander zugewandt an den
Rändern fest miteinander verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt wer
den. Dadurch werden zwei Sammelbehälter 7, 7 an einem Längsende des Rohrstüc
kes 3 nebeneinander und voneinander getrennt gebildet. Durch einen U-förmigen
Durchgang 8 strömt Wärmetauschermedium von einem Sammelbehälter 7 im Rohr
stück 3 zum anderen Sammelbehälter 7.
Jede Formplatte 6 wird durch Pressen oder Tiefziehen einer Aluminiumplatte herge
stellt und weist zwei konkave, tiefgezogene oder anderweitig gedehnte Bereiche 9
zur Ausbildung der Sammelbehälter 7 (Tanks) an einem Längsende und einen tiefge
zogenen oder anderweit eingeformten Bereich 10 zur Bildung des U-förmigen
Durchgangs 8 auf. Vom Bereich zwischen den beiden Tank-Bereichen 9 erstreckt
sich ein Vorsprung 11 bis in die Nähe des anderen Längsendes der Formplatte 6. Am
anderen Längsende der Formplatte 6 sind zusätzlich vorspringende Lamellenhal
terabschnitte 12 (Fig. 1A) angeordnet, durch die verhindert wird, daß während des
Zusammenbaus vor dem Verlöten die Lamellenflügel 2 herausgleiten oder herausrut
schen können.
Die eingeformten Bereiche 9 für die Tanks 7 sind tiefer eingeformt als der Bereich 10
für den Durchgang 8. Der Vorsprung 11 ist so ausgeformt, daß er sich in derselben
Ebene wie der außen umlaufende, nicht mit einem Bezugszeichen versehene Verbin
dungsrand der Formplatte 6 insgesamt befindet und so ebenfalls einen Verbindungs
rand bildet. Wenn also zwei Formplatten 6 an ihren Rändern miteinander verlötet
werden, werden ebenso die Vorsprünge 11 der einander zugewandt angeordneten
Formplatten 6 miteinander verlötet und gleichzeitig werden die Sammelbehälter 7
und der U-förmige Durchgang 8 ausgebildet mit entsprechend miteinander verlöteten
Verbindungsrändern.
Im Lamellen-Wärmetauscher 1 insgesamt sind die einander benachbarten Rohrstücke
3 zueinander so ausgerichtet, daß die verformten Bereiche 9 zur Bildung der Sammel
behälter 7 der Formplatten 6 einzelne Tankgruppen, hier zwei Tankgruppen wie in
Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt bilden. Es ist gebildet eine erste Tankgruppe 15 und eine
zweite Tankgruppe 16, die in Richtung der Schichtung parallel zueinander ausgerich
tet sind und damit rechtwinklig zur Luftströmung im Wärmetauscher 1 ausgerichtet
sind. In einer der Tankgruppen, beispielsweise in der Tankgruppe 15, befinden sich
die einzelnen Sammelbehälter 7 der verschiedenen Rohrstücke 3 über Verbindungs
öffnungen 19 in Verbindung miteinander, mit Ausnahme einer Trennebene 17 etwa in
der Mitte des Wärmetauschers 1. Demgegenüber befindet sich in der zweiten Tank
gruppe 16 hier keine Trennung, hier stehen alle Sammelbehälter 7 über die Verbin
dungsöffnungen 19 miteinander in Verbindung.
Als Folge der zuvor erläuterten Trennebene 17 ist die erste Tankgruppe 15 in zwei
Abschnitte unterteilt, nämlich eine erste in sich kommunizierende Tank-Untergruppe
20, die den Einlaßabschnitt 4 umfaßt, und eine zweite, wiederum in sich kommunizie
rende Tank-Untergruppe 21, die den Auslaßabschnitt 5 umfaßt. Die Trennung erfolgt
an der Trennebene 17. Die zweite Tankgruppe 16 stellt ohne Trennung eine dritte
Tank-Untergruppe 22 dar, die in sich kommuniziert.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel macht deutlich, daß der Einlaßabschnitt 4 da
durch gebildet ist, daß ein Rohrstück 3a etwa in der Mitte der ersten Tank-Unter
gruppe 20 nach außen aufgeweitet ist in Strömungsrichtung der Luftströmung. In
entsprechender Weise ist der Auslaßabschnitt 5 an einem Rohrstück 3b etwa mittig in
der zweiten Tank-Untergruppe 21 ausgebildet. An den beiden Enden des Wärmetau
schers 1 in Richtung der Schichtung der Rohrstücke 3 sind Endplatten 23 angeord
net.
In den Fig. 2 und 4 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen bzw. ringförmigen Bördelrän
dern 25 im Bereich des U-förmigen Durchganges 8 zu erkennen, die gleich beim For
men der Formplatten 6 mit ausgeformt werden. Diese sollen den Wärmeübergang vom
Wärmetauschermedium auf die Formplatten 6 und die Rohrstücke 3 verbessern. Die
hier dargestellten Vorsprünge bzw. ringförmigen Bördelränder 25 an den Formplatten
6 kommen mit ihren freien Rändern aneinander zu Anlage und werden miteinander
verlötet, wenn zwei einander zugewandt offene Formplatten 6 miteinander verlötet
werden, um ein Rohrstück 3 daraus herzustellen.
In den Fig. 2 und 4 erkennt man ferner mehrere zungenartig vorspringende Bördel
ränder 26 (26a-26f), die im Bereich der Verformungen 9 und 10 dort angeordnet
sind, wo die verformten Bereiche 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 in den verform
ten Bereich 10 zur Bildung des Durchgangs 8 übergehen, also letztlich die Sammel
behälter 7 in den U-förmigen Durchgang 8 übergehen. In dem in den Fig. 2 und 4
dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu jedem Sammelbehälter 7 drei solcher zun
genartigen Bördelränder 26, nämlich 26a, b, c und 26d, e, f vorgesehen. Diese sind
spiegelsymmetrisch zur Mittellinie der Formplatte 6 angeordnet. Es reicht also, wenn
erläutert wird, wie es an einem Sammelbehälter 7 mit den Bördelrändern 26a, b, c aus
sieht. Dort sind die Bördelränder 26a, 26b in Richtung, in die sich der U-förmige
Durchgang 8 erstreckt, geradlinig angeordnet, während der Bördelrand 26c nahe der
Mittellinie der Formplatte 6 vom Bereich 9 für den Sammelbehälter 7 zur Mittellinie
hin schräg abgeht und dann nach oben in Richtung des anderen Längsendes der
Formplatte 6 abbiegt.
Man erkennt in Fig. 4 besonders gut, daß der mittlere Bördelrand 26b breiter als die
äußeren Bördelränder 26a, 26c ausgebildet ist.
In Fig. 4 sind eingezeichnet die Gesamtbreiten der Bördelränder, nämlich die Breite A
für den rechtsliegenden Bördelrand 26a, die Breite B für den in der Mitte liegenden
zungenartig vorspringenden Bördelrand 26b und die Breite C für den in Fig. 4
nächst der Mittellinie der Formplatte 6 befindlichen Bördelrand 26c. Das Verhältnis
der Breiten A, B, C entspricht B < A und B < C. Der Grund dafür, daß die Breite des
Bördelrandes 26b in der Mitte größer ist liegt darin, daß Ergebnisse von Aufreißtests
ergeben haben, daß die Aufreißkräfte in diesem Mittelbereich größer sind bzw. die Fe
stigkeit der Formplatte 6 in diesem Mittelbereich geringer ist als in den anderen Be
reichen.
Man kann das zuvor erläuterte Problem dadurch angehen, daß man die Breite aller
Bördelränder 26a, b, c gleichermaßen vergrößert. Es ist aber gemäß der Erfindung
vorzuziehen, die Aufreißfestigkeit nur im Mittelbereich durch Erhöhung der Breite
des Bördelrandes 26b zu erhöhen, dort, wo das Rohrstück 3 besonders aufreißge
fährdet ist. Das hat den Vorteil, daß der Strömungswiderstand des Wärmetauscher
mediums durch den U-förmigen Durchgang 8 von einem Sammelbehälter 7 zum ande
ren Sammelbehälter 7 nur soweit wie unbedingt erforderlich erhöht wird, indem der
Strömungsquerschnitt nur soweit wie unbedingt erforderlich verringert wird.
Als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im dargestellten Fall vorgese
hen, daß die Breite B ungefähr 4,5 mm und die Breiten A und C jeweils ungefähr 3,5
mm betragen. Alternativ wird vorgeschlagen, B mit 4,3 mm und A und C gleichmäßig
mit 3,2 mm zu bestimmen.
Das Wärmetauschermedium, das durch den Einlaßabschnitt in den Wärmetauscher 1
eingeströmt ist, wird durch die Sammelbehälter, die die erste Tank-Untergruppe 20
bilden, verteilt und strömt aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der Rohr
stücke 3, die zur ersten Tank-Untergruppe 20 gehören entlang den dort innen laufen
den Vorsprüngen 11 (erster Durchgang). Dann macht das Wärmetauschermedium
einen U-Turn um die Spitzen der Vorsprünge 11 in den Rohrstücken 3 und strömt
dann wieder nach unten (zweiter Durchgang) um so die dritte Tank-Untergruppe 22
auf der anderen Seite zu erreichen. Von dort aus strömt das Wärmetauschermedium
horizontal in den verbleibenden Teil der Rohrstücke 3, die gemeinsam mit den ande
ren Rohrstücken weiter die dritte Tank-Untergruppe 22 bilden. Von diesem zweiten
Teil der dritten Tank-Untergruppe 22 ausgehend strömt das Wärmetauschermedium
wiederum aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der dazu gehörenden Rohr
stücke 3 (dritter Durchgang) wiederum entlang den Vorsprüngen 11. Dann strömt das
Wärmetauschermedium wiederum mit einem U-Turn um die Spitzen der Vorsprünge
11 in den Rohrstücken 3 herum und strömt wiederum abwärts bis es die Sammelbe
hälter 7 der zweiten Tank-Untergruppe 21 erreicht (vierter Durchgang). Von hier aus
strömt das Wärmetauschermedium zum Auslaßabschnitt 5 und aus diesem hinaus.
Dieser Strömungsweg des Wärmetauschermediums erlaubt einen intensiven Wärme
austausch zwischen dem Wärmetauschermedium und den Lamellenflügeln 2, und
zwar in einem vierfachen Durchgang, was dieser Art Wärmetauscher 1 den zuvor an
gesprochenen Namen gegeben hat.
Das Wärmetauschermedium strömt von den Sammelbehältern 7 in die U-förmigen
Durchgänge 8 und erreicht die U-förmigen Durchgänge 8 von den Sammelbehältern
7 mit großem Strömungsquerschnitt durch Abschnitte zwischen den Bördelrändern
26, wo nur ein geringer Strömungsquerschnitt vorliegt. Dadurch wird eine Kraft er
zeugt, die so gerichtet ist, daß sie die miteinander verbundenen (verlöteten) Bördel
ränder 26a, 26b, 26c auseinanderzudrücken sucht (das ist in Fig. 3 mit Pfeilen in
durchgezogener Linienführung dargestellt). Diese Aufreißkraft ist am Bördelrand 26b
in der Mitte größer als an den Bördelrändern 26a und 26c an den Rändern des Sam
melbehälters 7. Da nun aber gemäß der Erfindung die Breite des Bördelrandes 26b in
der Mitte größer ist als diejenige der Bördelränder 26a, 26c seitlich davon, wird
gleichwohl eine sichere Verbindung der Formplatten 6 in diesem Bereich erreicht.
Auch bei hohen Drücken des Wärmetauschermediums sind Deformationen in diesem
Bereich unwahrscheinlicher als im Stand der Technik. In den Ausführungsbeispielen
gemäß der Erfindung mit den erläuterten besonders spezifizierten Werten, die oben
dargestellt worden sind, wurden in Aufreißversuchen um 1 bis 2% größere Festigkei
ten in diesem Bereich notiert.
Es darf darauf hingewiesen werden, daß im Mittelbereich auch mehr als ein Bördel
rand angeordnet sein kann. Wenn beispielsweise vier Bördelränder 27 auf jeder Seite
der Formplatte 6 vorgesehen sind (wie das Fig. 5 erkennen läßt), dann kann die Breite
der beiden mittleren Bördelränder 27b, 27c (27f, 27g) größer sein als die der äußeren
Bördelränder 27a, 27d (27e, 27h). In anderen Worten ausgedrückt hat das Verhältnis
der in Fig. 5 rechts eingezeichneten Breiten aus D (Bördelrand 27a), E (Bördelrand
27b), F (Bördelrand 27c), G (Bördelrand 27d), das Verhältnis D < E ≈ F < G. Dies gilt
in entsprechender Weise in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 auch für die in der
linken Hälfte der Formplatte 6 befindlichen Bördelränder 27e, f, g, h, die zu den ande
ren Bördelrändern spiegelsymmetrisch liegen.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lamellen-
Wärmetauschers, hier mit dem Bezugszeichen 1′ gekennzeichnet. Gleiche Bezugszei
chen bezeichnen gleiche Teile. Bei diesem Lamellen-Wärmetauscher 1, der gleichfalls
als Vierfach-Wärmetauscher ausgeführt ist, befinden sich der Einlaßabschnitt 4 und
der Auslaßabschnitt 5 an einem stirnseitigen Ende des Wärmetauschers 1 (Ende in
Richtung der Schichtung). Die Rohrstücke 3 sind hier zunächst ebenfalls aus den
Formplatten 6 aufgebaut, die beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Zu erwähnen ist, daß
es für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 ff. auf einen eingezogenen Abschnitt 29 am
unteren Ende der Formplatte 6 ankommt, in dem ein Verbindungsrohr 28 Platz finden
und befestigt werden kann. Der eingezogene Abschnitt 29 befindet sich zwischen
den verformten Bereichen 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 etwa symmetrisch in
der Mitte der Formplatte 6. Fig. 7 zeigt zwei besondere Formplatten 6a, 6b, die ge
meinsam ein besonderes Rohrstück 3c bilden, das an einer bestimmten Stelle im Wär
metauscher I eingebaut wird. Die beiden Formplatten 6a, 6b weisen keine eingezo
genen Abschnitte 29 auf. Demgegenüber ist der tiefgezogene oder verformte Bereich
9b zur Mittellinie der Formplatte 6a bzw. 6b hin so erweitert, daß er sich bis ganz
nahe an den anderen, in üblicher Weise gestalteten Bereich 9a erstreckt. Der Bereich
9b überdeckt also weitgehend den Bereich, der bei den anderen Formplatten 6 vom
eingezogenen Abschnitt 29 eingenommen wird.
Die Formplatten 6a, 6b, die das Rohrstück 3c bilden, sind mit Ausnahme der Ein
stecköffnung 40 in der Formplatte 6b spiegelsymmetrisch ausgeführt. Die Funktion
der Einstecköffnung 40 wird weiter unten erläutert. In jeder Formplatte sind die zu
vor erläuterten eingeformten Bereiche 9a, 9b asymmetrisch gestaltet. Alle anderen
strukturellen Merkmale, so beispielsweise die Formung des Bereiches 10 zur Bildung
des U-förmigen Durchgangs 8, die Ausformung des Vorsprungs 11 und die Ausfor
mung der Lamellen-Halterabschnitte 12 ist bei diesen Formplatten 6a, 6b genauso wie
bei den anderen Formplatten 6.
Wenn nun die beiden Formplatten 6a, 6b an ihren Verbindungsrändern miteinander
verbunden, insbesondere also verlötet werden, so werden gleichfalls die Vorsprünge
11 miteinander verlötet und es wird ein geschlossener Sammelbehälter 7 und ein er
weiterter Sammelbehälter 7a durch die Bereiche 9a bzw. 9b der beiden einander ge
genüberliegenden Formplatten 6a, 6b, sowie der Bereich 10 gebildet.
Auch bei dem in Fig. 6A dargestellten Wärmetauscher 1 sind die Rohrstücke 3, 3c je
denfalls in den verformten Bereichen 9 zur Bildung der Sammelbehälter 7 so mitein
ander ausgerichtet, daß sich die weiter oben schon erläuterten Tankgruppen bilden,
nämlich eine erste Tankgruppe 15′ und eine zweite Tankgruppe 16′, die sich parallel
zueinander in Richtung der Schichtung des Wärmetauschers 1 erstrecken (senkrecht
zur Strömungsrichtung der Luftströmung durch den Wärmetauscher). In der ersten
Tankgruppe 15′, in der sich der aufgeweitete Sammelbehälter 7a des Rohrstücks 3c
befindet, stehen alle Sammelbehälter über die Verbindungsöffnungen 19 in den ver
formten Bereichen 9 miteinander in Verbindung. Diese erste Tankgruppe 15′ ist aller
dings durch die Trennebene 17 in zwei Abschnitte getrennt, wobei diese Trennebene
17 sich etwa in der Mitte des Wärmetauschers 1 befindet. In der zweiten Tankgruppe
16′ befinden sich in der Tat alle Sammelbehälter über die Verbindungsöffnungen 19
miteinander in Strömungsverbindung.
Wie schon im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ist also die erste Tankgruppe 15′
in zwei Bereiche unterteilt, nämlich in eine erste Tank-Untergruppe 30, die auch den
erweiterten Sammelbehälter 7a des Rohrstücks 3c umfaßt, und in eine zweite Tank-
Untergruppe 31, die mit dem Auslaßabschnitt 5 jenseits der Trennebene 17 in Verbin
dung steht. Von der zweiten Tankgruppe 16′ wird eine dritte Tank-Untergruppe 32
gebildet.
Wie zuvor schon erläutert worden ist, befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel
der Einlaßabschnitt 4 und der Auslaßabschnitt 5 an einem Ende des Wärmetauschers
1 in Richtung der Schichtung gesehen, und zwar an dem vom Rohrstück 3c entfern
teren Ende. Vorgesehen sind eine Einlaßleitung 34 und eine Auslaßleitung 35, die
dadurch realisiert sind, daß eine spezielle Einlaß-/Auslaß-Formplatte 33 mit einer
Endplatte 23 verbunden wird. Die Einlaß-Auslaß-Formplatte 33 erstreckt sich etwa
über die halbe Länge der Endplatte 23.
Die Einlaßleitung 34 und der erweiterte Sammelbehälter 7a im Rohrstück 3c stehen
miteinander über eine Verbindungsleitung in Strömungsverbindung, die durch das
Verbindungsrohr 28 gebildet ist. Dieses ist in den eingezogenen Abschnitten 29 an
gebracht und mit einer Verbindungsöffnung in der Endplatte 23′ (Fig. 6A) und einer
Einstecköffnung 40 im erweiterten verformten Bereich 9 der Formplatte 6b des Rohr
stücks 3c verbunden. Die zweite Tank-Untergruppe 31 und die Auslaßleitung 35 ste
hen miteinander über eine einfache Verbindungsöffnung in der Endplatte 23′ in Ver
bindung. Dies alles ist beispielsweise auch in Fig. 8 anhand der mit Pfeilen gekenn
zeichneten Strömungsverläufe nachzuvollziehen.
Im Rohrstück 3c mit dem erweiterten Sammelbehälter 7a sind mehrere zungenartig
vorspringende Bördelränder 36 (36a-36f) im Übergangsbereich von den Bereichen
9 in den Bereich 10 ausgebildet, so wie in Fig. 7 und Fig. 10 dargestellt. Jeweils drei
Bördelränder 36 sind in jedem dieser Übergangsbereiche angeordnet. Auffallend ist,
daß im Bereich des erweiterten Sammelbehälters 7a alle zungenartig vorspringenden
Bördelränder 36a, b, c linear in Richtung der Längserstreckung der Formplatte 6b
bzw. des dem U-förmigen Durchgang 8 bildenden Bereichs 10 ausgerichtet sind.
Von den drei Bördelrändern 36a, b, c sind die Abmessungen des Bördelrandes 36c,
der der Einstecköffnung 40 für das Verbindungsrohr 28 am nächsten liegt, am größ
ten, die Breite des Verbindungsrandes, also die für die Verbindung, insbesondere Ver
lötung zur Verfügung stehende Breite dieses Bördelrandes 36c ist größer als die
Breite der anderen Bördelränder 36b, 36a.
Hier ist die Breite des inneren Bördelrandes 36c H, die Breite des mittleren Bördel
randes 36b I und die Breite des äußeren Bördelrandes 36a J. Das Verhältnis der Brei
ten erfüllt zunächst die Relation H < I und H < J. Das dargestellte Ausführungsbei
spiel zeigt ein Beispiel, bei dem sich eine weitere Besonderheit ergibt, nämlich H < I <
J. Alternativ ist aber auch die Möglichkeit gegeben H < I ≈ J.
Im ersten Verhältnis, das in Fig. 10 angedeutet ist, kann als Beispiel H = 5,3 mm, I =
4,6 mm und J = 3,3 mm sein. Im letztgenannten Fall ist es beispielsweise zweckmäßig
H = 5, 33 und I = J = 4,6 mm zu wählen. Die genaue Wahl der Maße wird von den
Einflußfaktoren Strömungswiderstand und Strömungsquerschnitt stark beeinflußt.
Im übrigen stimmen die Merkmale dieses Ausführungsbeispiels mit den Merkmalen
der anderen Ausführungsbeispiele überein, so daß - bei gleichen Bezugszeichen -
eine weitere Beschreibung hier ausgelassen wird.
Das Wärmetauschermedium, das durch den Einlaßabschnitt 4 eingetreten ist, strömt
durch das Verbindungsrohr 28 und tritt in den erweiterten Sammelbehälter 7a des
Rohrstücks 3c ein. Von dort das Wärmetauschermedium in die erste Tank-Unter
gruppe 30 verteilt. Von dort strömt das Wärmetauschermedium aufwärts durch die U-
förmigen Durchgänge 8 der Rohrstücke 3 der ersten Tank-Untergruppe 30 entlang
der dort befindlichen Vorsprünge 11 (erster Durchgang). Nach einem U-Turn um die
Vorsprünge II strömt das Wärmetauschermedium wiederum abwärts (zweiter Durch
gang) und erreicht die Tankgruppe auf der gegenüberliegenden Seite in der dritten
Tank-Untergruppe 32. Nunmehr strömt das Wärmetauschermedium horizontal weiter
durch die Rohrstücke 3, die die dritte Tank-Untergruppe 32 bilden. Es strömt dann
aufwärts durch die U-förmigen Durchgänge 8 der Rohrstücke 3 entlang deren Vor
sprüngen 11 (dritter Durchgang). Hier macht es am Ende wiederum einen U-Turn um
die Vorsprünge 11 und strömt anschließend wieder abwärts und erreicht dann die
zweite Tank-Untergruppe 31. Nach diesem letzten, dem vierten Strömungsdurchgang
strömt das Wärmetauschermedium durch den Auslaßabschnitt 5 (Fig. 8) aus. Wie im
zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ergibt sich ein hervorragender Wärmeaus
tausch zwischen dem Wärmetauschermedium und den Lamellenflügeln 2 während
des vierfachen Durchganges durch die U-förmigen Durchgänge 8 mit einem hervor
ragenden Wirkungsgrad für die Lufterwärmung oder Abkühlung in diesem Wärme
tauscher 1.
Fig. 9 zeigt eine Besonderheit bei der Kraftwirkung aus der Strömung des Wärmetau
schermediums in diesem Ausführungsbeispiel. Im Wandbereich des erweiterten Sam
melbehälters 7a, der dem Austritt des Verbindungsrohrs 28 gegenüberliegt, trifft das
aus dem Verbindungsrohr 28 ausströmende Wärmetauschermedium direkt auf eine
große Fläche des verformten Bereichs 9b der Formplatte 6a. Die Verformung, die ten
denziell hier auftritt, ist gestrichelt dargestellt. Die auftretenden Kräfte sind im Bördel
rand 36c nächst der Verbindung zum Verbindungsrohr 28 an der Einstecköffnung 40
größer als am Bördelrand 36b und letztlich am Bördelrand 36a. Das ist durch die in
durchgezogenen Linien dargestellten, unterschiedlich starken Pfeile in Fig. 9 ange
deutet. Da nun aber gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 10 die Breite des Bördel
randes 36c nahe der Einstecköffnung 40 größer ist als die Breite der anderen Bördel
ränder 36b, 36a, die sich weiter entfernt befinden, ist auch in diesem aufreißgefährde
ten Bereich eine hinreichende Verbindungsfestigkeit gegeben. Die Aufreißfestigkeit
in diesem Bereich ist erhöht, Aufreißschäden sind auch bei Strömung von Wärmetau
schermedium unter hohem Druck geringer. Bei dem Ausführungsbeispiel mit den zu
vor erläuterten numerischen Werten wurde eine Erhöhung der Festigkeit um ein bis
zwei Prozent bei entsprechenden Aufreißtests festgestellt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß das vorstehende Ausführungsbeispiel in Verbindung
mit Rohrstücken für Verdampfer erläutert worden ist. Darauf hinzuweisen ist, daß er
findungsgemäße Lamellen-Wärmetauscher 1 natürlich für alle anderen Arten von Ein
sätzen verwendet werden können.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Abmessungen der zungenartig vor
springenden Bördelränder dort zu vergrößern, wo die Aufreißgefahr besonders groß
ist bzw. wo die Aufreißkräfte besonders hoch sind. Gleichzeitig soll der Strömungs
widerstand möglichst gering bleiben, also ein möglichst hoher Strömungsquerschnitt
gewährleistet bleiben. Im Ergebnis wird eine gleichmäßige Aufreißfestigkeit über den
gesamten Querschnitt der Formplatten erzielt, besonders aufreißgefährdete Bereiche
werden also durch größere Abmessungen der zur Verbindung dienenden Bördelrän
der besonders verfestigt.
Claims (14)
1. Lamellen-Wärmetauscher mit Lamellenflügeln (2) und Rohrstücken (3), die ab
wechselnd hintereinander bzw. aufeinander geschichtet angeordnet sind, mit folgen
den Merkmalen:
Jedes Rohrstück (3) weist an einem Längsende ein Paar von parallel nebeneinander liegenden Sammelbehältern (7) und einen sich von einem zum anderen Sammelbehäl ter (7) erstreckenden U-förmigen Durchgang (8) auf.
Benachbarte Rohrstücke (3) sind über die Sammelbehälter (7) soweit wie gewünscht miteinander strömungsverbunden.
Gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
In einem Abschnitt des Bereiches (10) zur Bildung des U-förmigen Durchgangs (8) im Übergang zu dem jeweiligen Bereich (9) zur Bildung des jeweiligen Sammelbehälters (Tanks) (7) befinden sich mehrere zungenartig vorspringende Bördelränder (26), die jeweils paarweise miteinander deckungsgleich angeordnet und miteinander verbun den, insbesondere verlötet sind.
Die Abmessungen, insbesondere die zum Verbinden wirksame Breite, ist bei dem Bör delrand (26b) im mittleren Bereich des U-förmigen Bereichs (8) größer als bei den an deren Bördelrändern (26a, 26c).
Jedes Rohrstück (3) weist an einem Längsende ein Paar von parallel nebeneinander liegenden Sammelbehältern (7) und einen sich von einem zum anderen Sammelbehäl ter (7) erstreckenden U-förmigen Durchgang (8) auf.
Benachbarte Rohrstücke (3) sind über die Sammelbehälter (7) soweit wie gewünscht miteinander strömungsverbunden.
Gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
In einem Abschnitt des Bereiches (10) zur Bildung des U-förmigen Durchgangs (8) im Übergang zu dem jeweiligen Bereich (9) zur Bildung des jeweiligen Sammelbehälters (Tanks) (7) befinden sich mehrere zungenartig vorspringende Bördelränder (26), die jeweils paarweise miteinander deckungsgleich angeordnet und miteinander verbun den, insbesondere verlötet sind.
Die Abmessungen, insbesondere die zum Verbinden wirksame Breite, ist bei dem Bör delrand (26b) im mittleren Bereich des U-förmigen Bereichs (8) größer als bei den an deren Bördelrändern (26a, 26c).
2. Lamellen-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im jeweiligen Übergangsbereich zwischen dem U-förmigen Durchgang (8) und
einem Sammelbehälter (7) jeweils drei Bördelränder (26a, b, c; 26d, e, f) angeordnet
sind, wobei die zum Verbinden wirksame Breite des äußersten Bördelrandes (26a,
26d) A ist, die Breite des mittleren Bördelrandes (26b; 26e) B ist und die Breite des
am nächsten zur Mitte des Rohrstückes (3) bzw. der entsprechenden Formplatte (6)
liegenden Bördelrandes (26c; 26f) C ist, und die Breiten das Verhältnis B < A und B <
C aufweisen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A = C = 3,5 mm
und B = 4,5 mm ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A = C = 3,2 mm
und B = 4,3 mm ist.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die, bezogen auf die Mittellinie des Rohrstückes (3) bzw. der entsprechenden
Formplatte außenliegenden Bördelränder (26a; 26d) und die mittleren Bördelränder
(26b; 26e) im wesentlichen geradlinig ausgebildet bzw. ausgerichtet sind in der Rich
tung, in der sich auch der U-förmige Durchgang (8) erstreckt, und daß die inneren
Bördelränder (26c; 26f) nächst eines in der Mitte des Rohrstückes (3) bzw. der ent
sprechenden Formplatte (6) verlaufenden langgestreckten Vorsprungs (11) schräg zur
Mittellinie und in Richtung der Vorsprungs (11) verlaufen.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und ggf. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in jedem Bereich des Übergangs vom U-förmigen Durchgang (8) in einen Sam
melbehälter (7) jeweils vier Bördelränder (27) angeordnet sind, daß die von der Mit
tellinie des Rohrstückes (3) bzw. der Formplatte (6) gesehen äußeren Bördelränder
(27a; 27e) eine zum Verbinden wirksame Breite D, die innersten, nächst der Mittellinie
liegenden Bördelränder (27d; 27h) eine Breite G und die verbleibenden Bördelränder
(27b, 27c; 27f, 27g) dazwischen Breiten E und F aufweisen und daß das Verhältnis
der Breiten D < E ≈ F < G erfüllt.
7. Lamellen-Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bördelränder (27) mit Ausnahme der nächst der Mittellinie liegenden Bördel
ränder (27d; 27h) sich im wesentlichen geradlinig in Richtung der Erstreckung des U-
förmigen Durchgangs (8) erstrecken, während die verbleibenden, nächst der Mittelli
nie befindlichen Bördelränder (27d; 27h) mit einem Winkel in Richtung auf die Mit
tellinie des Rohrstückes (3) bzw. der Formplatte (6) bzw. den Vorsprung (11) verlau
fen.
8. Lamellen-Wärmetauscher mit Lamellenflügeln (2) und Rohrstücken (3), die ab
wechselnd hintereinander bzw. aufeinander geschichtet angeordnet sind, mit folgen
den Merkmalen:
Jedes Rohrstück (3) weist an einem Längsende ein Paar von parallel nebeneinander liegenden Sammelbehältern (7) und einen sich von einem zum anderen Sammelbehäl ter (7) erstreckenden U-förmigen Durchgang (8) auf.
Benachbarte Rohrstücke (3) sind über die Sammelbehälter (7) soweit wie gewünscht miteinander strömungsverbunden.
In Längsrichtung der Schichtung erstreckt sich eine Verbindungsöffnung (40), durch die Wärmetauschermedium in einen speziellen Sammelbehälter (7a) eines bestimmten Rohrstückes (3c) einströmt.
Gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
In einem Abschnitt des Bereiches (10) zur Bildung des U-förmigen Durchgangs (8) im Übergang zu dem jeweiligen Bereich (9) zur Bildung des jeweiligen Sammelbehälters (Tanks) (7) befinden sich mehrere zungenartig vorspringende Bördelränder (36), die jeweils paarweise miteinander deckungsgleich angeordnet und miteinander verbun den, insbesondere verlötet sind.
Die Abmessungen, insbesondere die zum Verbinden wirksame Breite, ist bei dem Bör delrand (36c), der der Verbindungsöffnung (40) im speziellen Sammelbehälter (7a) am nächsten liegt größer als bei den anderen Bördelrändern (36b, 36a).
Jedes Rohrstück (3) weist an einem Längsende ein Paar von parallel nebeneinander liegenden Sammelbehältern (7) und einen sich von einem zum anderen Sammelbehäl ter (7) erstreckenden U-förmigen Durchgang (8) auf.
Benachbarte Rohrstücke (3) sind über die Sammelbehälter (7) soweit wie gewünscht miteinander strömungsverbunden.
In Längsrichtung der Schichtung erstreckt sich eine Verbindungsöffnung (40), durch die Wärmetauschermedium in einen speziellen Sammelbehälter (7a) eines bestimmten Rohrstückes (3c) einströmt.
Gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
In einem Abschnitt des Bereiches (10) zur Bildung des U-förmigen Durchgangs (8) im Übergang zu dem jeweiligen Bereich (9) zur Bildung des jeweiligen Sammelbehälters (Tanks) (7) befinden sich mehrere zungenartig vorspringende Bördelränder (36), die jeweils paarweise miteinander deckungsgleich angeordnet und miteinander verbun den, insbesondere verlötet sind.
Die Abmessungen, insbesondere die zum Verbinden wirksame Breite, ist bei dem Bör delrand (36c), der der Verbindungsöffnung (40) im speziellen Sammelbehälter (7a) am nächsten liegt größer als bei den anderen Bördelrändern (36b, 36a).
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß im jeweiligen Übergangsbereich zwischen dem U-förmigen Durchgang (8) und
einem Sammelbehälter (7) jeweils drei Bördelränder (36a, b, c; 36d, e, f) angeordnet
sind, daß die Abmessungen, insbesondere die zum Verbinden wirksame Breite bei dem
Bördelrand (36c) nächst der Verbindungsöffnung (40) als H bezeichnet ist, daß die
entsprechenden Abmessungen, insbesondere Breiten der anderen Bördelränder (36b,
36a) mit zunehmender Entfernung von der Verbindungsöffnung (40) als I und J be
zeichnet sind und daß das Verhältnis von H, I und J durch H < I und H < J definiert
ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
von H, I und J durch H < I < J bestimmt ist.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß H = 5,3 mm, I =
4,6 mm und J = 3,3 mm bestimmt ist.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
von H, I und J durch H < I = J bestimmt ist.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß H = 5,3 mm, I =
4,6 mm und J = 4,6 mm bestimmt ist.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
alle Bördelränder im speziellen Sammelbehälter (7a) linear in Richtung der Erstrec
kung des U-förmigen Durchgangs (8) verlaufen.
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