DE3138621C2

DE3138621C2 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE3138621C2
Application number: DE3138621A
Authority: DE
Inventors: Georges Fernand Cormondréche Jobin; de Jacques Hauterive Palézieux
Original assignee: Runtal Holding Co SA
Current assignee: Runtal Holding Co SA
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1985-05-15
Also published as: GB2088036B; ES507338A0; DK149997B; IT8124491A0; FR2494422B1; CH648402A5; IT1139544B; FR2494422A1; CA1168224A; ES8207000A1; IE812710L; DE3138621A1; GB2088036A; DK501281A; DK149997C; US4498529A; IE52252B1; GR75677B; BE891198A

Abstract

Bei dem Wärmeaustauscher sind extrem flache Ovalrohre (3) parallel im Abstand voneinander mit ihren Schmalseiten an Sammelrohre (1, 2) für Vor- und Rücklauf angeschlossen. Um eine genügend stabile mechanische Verbindung zwischen den Rohren herzustellen und eine genügende Zu- bzw. Abführung des durch den Wärmeaustauscher strömenden Mediums von den Sammelrohren zu den Flachrohren bzw. in umgekehrter Richtung sicherzustellen, ist an den Sammelrohren (1a, 2a) durch Materialwegnahme eine Mulde (5) ausgebildet, durch die in der Rohrwand eine Anschlußöffnung (6) entsteht. In diese Mulde (5) paßt das Flachrohr (3a) mit dem Rand der Schmalseite hinein. Dadurch läßt sich eine stabile Schweißverbindung zwischen den Rohren herstellen. Das Flachrohr (3a) weist an der Schmalseite eine Bohrung als Anschlußöffnung (7) auf, die mittig zur Anschlußöffnung (6) im Sammelrohr (1a, 2a) zu liegen kommt. Als Alternative können umgekehrt auch die Mulde am Flachrohr und die Bohrung am Sammelrohr oder je eine Mulde im Sammelrohr und im Flachrohr ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen \ ärmeaustauscher mit parallel und im Abstand voneinander angeordneten Flachrohren, die an je ein Sammelrohr für Vorlauf- und Rücklauf durch Verschweißen der Flachrohre mit den Sammelrohren angeschlossen sind. Ein derartiger Wärmetauscher ist bekannt.

Es sind als Dampferzeuger oder Radiatoren dienende Wärmeaustauscher bekannt (DD-PS 36 005, GB-PS 20 08 737). bei denen die parallel nebeneinander angeordneten Rohre mit ihren offenen Enden jeweils in ein Sammelrohr münden. Dabei ist entweder nur eine Rohrreihe an ein Sammelrohr angeschlossen, so daß sich die Achsen der die Rohrreihe bildenden parallelen Rohre und die Achse des Sammelrohrs kreuzen oder es sind neben aus gerade in das Sammelrohr einmündenden Rohren bestehende Rohrreihen auch noch benachbarte Rohrreihen vorhanden, deren Rohre am Ende zum Sammelrohr hin umgebogen sind, so daß in das Sammelrohr über dessen Umfang verteilt mehrere Rohre hineinmünden. Die an die Umfangsform des Sammelrohrs an ihren Stirnenden angepaßten parallelen Rohre werden in konventioneller Weise nacheinander eingeschweißt. wobei zu diesem Zweck das Sammelrohr aus einer Mehrzahl von Gliedern mit jeweils in ein Glied um· fangsmäßig verteilt einmündenden Rohren besteht und die Glieder dann mit konventionellen Schweißverfahren zu einem Sammelrohr zusammengeschweißt sind. Um in nur einer Reihe dicht nebeneinander angeordnete Rohre in das Sammelrohr einschweißen zu können, werden runde Rohre auch nur an ihren Enden so verformt, daß ein zwei parallele Seiten aufweisender schmalerer und dafür längerer Endquerschnitt entsteht, um zv/isehen den so verformten Rohren Platz zum Schweißen zu gewinnen. Bei diesen vorbekannten Wärmeaustauschern sind die zwischen den Sammelrohren sich erstreckenden Rohre keine Flachrohre, die bei einem als Heizkörper verwendeten Wärmeaustauscher hinsichtlich der Energieeinsparung aufgrund der besseren Wärmeabgabe bei kleinerer thermischer Trägheit eines Flachrohres viel günstiger wären, noch können bei den bekannten Wärmeaustauschern rationelle Schweißmethoden zur Anwendung kommen.

Es sind auch Wärmeaustauscher mit Flachr, >hren bekannt, die mit ihren Schmalseiten an die Sammelrohre angeschlossen sind, wobei diese Flachrohre jedoch noch so breit sind, daß an den Schmalseiten ausreichend dimensionierte Anschlußöffnungen ausgebildet werden können, bei welchen oie Flachrohre mit den Sammelrohren durch Schweißen verbunden werden.

Dies ist jedoch nicht mehr möglich bei Verwendung von ultraflachen Ovalrohren, durch die das Heizwasser aufgrund des vorhandenen Querschnitts mit hoher Strömungsgeschwindigkeit hindurchströmt Bei Verwendung des Wärmeaustauschers als Heizkörper lassen sich bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Heizwassers durch die Rohre eine kleinere thermische Trägheit des Heizkörpers und eine bessere Wärmeabgabe erzielen, womit man eine wesentlich bessere Nutzung der aufzuwendenden Energie erzielt Bei den die genannten Vorteile aufweisenden ultraflachen Ovalrohren ist das Verhältnis-!er Innenquerschnittsfläche zum äußeren Umfang kleiner oder gleich Z5 mm. Diese Flachrohre sind so schmal, daß es nicht möglich ist, mit den bekannten Methoden ausreichend große Anschlußöffnungen an der Schmalseite vorzusehen und die F.achrohre mit den Sammelrohren durch Schweißen zu ν erbinden, um eine ausreichende Stabilität des in dieser Weise hergestellten Heizkörpers zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, durch dessen Flachrohre das Heizwasser mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit hindurchströmt, um aufgrund der dadurch erzielten kleineren thermischen Trägheit des Wärmeaustauschers und besseren Wärmeabgabe die aufzuwendende Energie besser zu nutzen bzw. eine Einsparung an Energie zu erreichen, wobei die dafür verwendeten extrem schmalen Flachrohre mit einer wirtschaftlich vorteilhaften Schweißmethode, die die gleichzeitige Herstellung mehrerer Anschlußverbindungen ermöglicht, mit den Sammelrohren zu verbinden sein sollen. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. In zweckmäßiger Weise weisen die Flachrohre im Bereich jeder der Anschlußöffnungen durch Rohrwandverformung in Querrichtung zur Rohrlängsachse gebildete Erweiterungen auf.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des Wärmeaustauschers von der Seite schematisch;

Fig. 2 eine Ansicht des Wärmeaustauschers gemäß F 1 g. 1 von oben;

F i g 3 und 4 das Sammelrohr und da', f .ichrohr ausschnittweise und in größerem Maßstab getrennt vonein ander dargestellt, das Sammelrohr im Querschnitt (F i g. 3) und im Längsschnitt (F i g. 4) für die Verbindung mit einer Mulde versehen;

F i g. 5 die fertige Verbindung gemäß F i g. 3 und 4 im Querschnitt durch das Sammelrohr;

Fi g. 6 und 7 das Sammelrohr und das Flachrohr ausschnittweise in größerem Maßstab getrennt voneinander dargestellt, das Flachrohr im Längsschnitt (Fig.6) und im Querschnitt (F i g. 7) für die Verbindung mit ei-

ner Mulde versehen;

F i g. 8 die fertige Verbindung gemäß F i g. 6 und 7 im Querschnitt durch das Sammelrohr;

Fig.9 und 10 das Sammelrohr und Flachrohr ausschnittweise in größerem Maßstab getrennt voneinander dargestellt, im Querschnitt (Fig.9) und Längsschnitt (Fig. 10) durch das Sammelrohr, wobei das Flachrohr und das Sammslrohr für die Verbindung mit einer Mulde versehen sind;

Fig. Ii und 12 das Sammelrohr und das Flachrohr abschnittweise in größerem Maßstab getrennt voneinander dargestellt im Längsschnitt (F i g. 11) und im Querschnitt (Fig. 12) durch das Flachrohr, das für die Verbindung mit einer Mulde versehen ist, die in Querrichtung erweitert ist;

Fig. 13 und 14 das Sammelrohr und das Flachrohr abschnittweise und in größerem Maßstab getrennt voneinander dargestellt, das Flachrohr im Längsschnitt (Fig. 13) und im Querschnitt (Fig. 14), für die Verbindung mit einer in Querrichtung erweiterten Bohrung versehen;

Fig. 15 und 16 das Sammelrohr und das Flachrohr getrennt dargestellt, das Flachrohr für die Verbindung mit einer einwärts gedrückten Mulde und einer erweiterten Anschlußbohrung versehen.

Der Wärmeaustauscher gemäß F i g. 1 und 2 weist zwei Sammelrohre 1 und 2 für Vor- und Rücklauf sowie seitlich an die Sammelrohre angeschlossene Flachrohre 3 auf, die parallel und im gleichen Abstand voneinander mit ihren Schmalseiten an die beiden Sammelrohre 1 und 2 angeschlossen sind Der Wärmeaustauscher mit den auf der linken Seite in ausgezogenen Linien dargestellten Flachrohren 3 stellt die einsäulige Ausführungsform und mit den zusätzlich auf der rechten Seite angeschlossenen und in gestrichelten Linien dargestellten Flachrohren 4 die zweisäulige Ausführungsform dar.

Um die in den F i g. 1 und 2 nicht dargestellten Verbindungen und Anschlüsse zwischen den Sammelrohren und Flachroh ^-en bei Verwendung extrem flacher Flachrohre mit genügender Stabilität der Verbindung und ausreichend großen Anschlußöffnungen herstellen zu können, müssen die Sammelrohre oder die Flachrohre oder beide Rohrarten vor Herstellung der Verbindung durch Bearbeitung der Rohrwand vorbereitet werden. Bei einer ersten Aujführungsform gmäß F1 g. 3 und 4 weist jedes Sammelrohr la bzw. 2a an den Verbindungsstellen quer zur Rohrachse längs einer Sehne durch das Rohr verlaufende Mulden 5 auf. deren Profillinie in Rohrachsrichtung dem Ouerschnittsprofil des Flachrohrs 3a an dessen Schmalseite entspricht, wie aus Fig. 4 zu erkennen ist. Die Mulde 5 ist mittels eines Formfräsers hergestellt, so daß sich durch Materialwegnahme eine Rohrwanddurchbrechung als Anschlußöffnung 6 ergibt, wobei die durchtrennte Rohrwand das Muldenprofil aufweist, wie sich aus F i g. 4 ergibt. I<i F 1 g. 4 läßt auch der Querschnitt durch das Flachrohr 3a erkennen, daß dieses Rohr extrem flach ist. Die lichte Breite des Rohres beträgt 3 — 5 rnm bei einer außen gemessenen Höhe des Rohres vcn ca. 70 mm und einer Blechstärke von 1,25 bis höchstens 2,0 mm. Mit diesen Abmessungen ist bei diesem Fl&chrohr das Verhältnis der Innenquerschnittsfläche zum äußeren Rohrumfang kleiner oder gleich 2,5. Bezogen auf die Rohrlänge gilt der gleiche Wert 2,5 auch für das Verhältnis des Wasservolumens im Rohr zur äußeren Heizfläche des Rohrs, es Ein kleiner Wert bedeute hier im Vergleich mit größeren Rohrquerschnitten bei bekannten Wärmeaustauschern, daß die auf ein gleiches Wasservolumen bezogene Heizfläche größer ist und die Wärmeabgabe des Heizkörpers daher besser ist Da in dem flachen Rohr weniger Wasser enthalten ist das mit größerer Geschwindigkeit hindurchströmt, ist die thermische Trägheit des Wärmeaustauschers geringer als die eines solchen mit nicht extrem flachen Rohren.

Die zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen den Rohren notwendige Mulde 5 könnte auch als querverlaufende Eindrückung im Rohr hergestellt werden. Eine Anschlußöffnung wäre dann getrennt herzustellen.

In F i g. 5 ist in kleinerem Maßstab die fertige Verbindung zwischen einem Sammelrohr und einem Flachrohr gemäß Fig.3 und 4 dargestellt Dabei ist in Abweichung von der Darstellung gemäß F i g. 3 und 4 ein Sammelrohr 1 oder 2 dargestellt das aus zwei über die Rohrlänge sich erstreckenden Teilen besteht Bei dieser Methode für die Verbindung der Flachrohre mit den Sammelrohren, die eine der möglichen verschiedenen Methoden darstellt ist zunächst das Flaccohr 3a mit dem einen Teil des Sammelrohrs von dessen Linenseite aus verschweißt und anschließend sind die beiden Teile des Sammelrohrs durch über die Rohrlänge sich erstreckende Schweißnähte miteinander verbunden.

Bei de Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 ist im Flachrohr 3a nur eine Bohrung als Anschlußöffnung 7 ausgebildet die beim Verbinden des Flachrohrs mit dem Sammelrohr mittig zu der in diesem ausgebildeten Anschlußöffnung 6 zu liegen kommt

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 6 und 7 weist das Flachrohr 3b an seiner Schmalseite an jeder Verbindungsstelle eine quer zur Längsachse des Flachrohrs sich erstreckende Mulde 8 auf, deren Profillinie in Rohrachsrichtung dem Querschnittsprofi! des Sammelrohrs 16 bzw. 2b entspricht Diese Mulde 8 wird zv/eckmäßig auch mit Hilfe eines Formfräsers hergestellt, so daß sich durch Materialwegnahme eine Rohrwanddurchbrechung ergibt, die die Ansc.ilußöffnung 9 bildet Das Sammelrohr \b bzw. 2b besitzt in diesem Fall als Anschlußöffnung 10 eine Bohrung. Die fertige Verbindung der Rohre der Ausführungsform gemäß F i g. 6 und 7 ist in F i g. 8 dargestellt. Hier sind als weitere Variante der Methoden zum Verbir-den von Sammelrohr und Flachrohr diese durch Löten an der Außenseite miteinander verbunden. Die Lötung erfolgt rings um die Anschlußöffnung längs der Durchdringungslinie der beiden Rohre. Eine weitere bekannte Methode für die Verbindung der Sammeirohre mit den Flachrohren ist die Buckelpreßschwcißung, die es erlaubt, mit Hilfe einer Maschine sämtliche Anschlußverbindungen an dem Wärmeaustauscher gleichzeitig herzustellen.

Die oe. dem Flachrohr gemäß F i g. 3 die Anschlußöffnung 7 oder bei dem Sammelrohr gemäß Fig.6 die Anschlußöffnung 10 bildende zylindrische Bohrung kann im Durchmesser nicht größer sein, als die lichte Weite des Flachrohrs, die somit bei den Ausführungsformen nach Fig.? bis 8 die Grenze für die Größe der Anschlußöffnung und damit für die Strömungsmenge beim Zu- und Abführen des Heizmediums von den Sammelrohren zu den Flachrohren bzw. umgekehrt setzt. Wenn für eine größere Störmungsmenge die Anschlußöffnungen in beiden miteinander zu verbindenden Rohren größer sein sollen, kann gemäß Fig.9 und 10 sowohl im Sammelrohr la bzw. 2a wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 eine Mulde 5 wie auch im Flachrohr 3b wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 eine Mulde 8 durch Materialwegnahme herge-

stellt werden, so daß die beiden Rohre mit den schlitzförmigen Anschlußöffnungen 6 und 9 gegeneinander zu liegen kommen.

In Fig. H und 12 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der in dem Sammelrohr Ic bzw. 2c die Anschlußöffnung von einer Bohrung 11 gebildet ist, die im Durchmesser größer ist als die Bohrung 10 gemäß F i g. 6 und 7, deren maximale Größe wie erwähnt von der lichten Breite des Flachrohres abhängig ist. Daher ist das Flachrohr 3c gemäß F i g. 11 und 12 auf der Mitte der durch Materialwegnahme hergestellten Mulde 12 durch Verformung der Rohrwand in Querrichtung zur Längsachse des Flachrohrs erweitert Diese Erweiterung 13 der Rohrwand geht aus Fig. 12 deutlicher hervor und ermöglicht, daß die Anschlußöffnung 14 im Flachrohr die größere Anschlußöffnung 11 im Sammelrohr überdeckt.

uci einer Weiteren AüSiüiirungSiGriTi gcniu» ι ig. *3 und 14 ist im Flachrohr 3c/durch eine zylindrische Bohrung eine kleinere Mulde 15 hergestellt, die dann mit einer Erweiterung 16 durch Verformung der Rohrwand in Querrichtung zur Rohrlängsachse eine Anschlußöffnung 17 bildet. Das Sammelrohr Ic/bzw. 2dbesitzt eine annähernd gleich große Anschlußöffnung 18, die größer ist als beispielsweise die Anschlußöffnung 10 des Sammelrohrs Xb bzw. 2b gemäß Fig.6 und 7. Der die Anschlußöffnung 17 im Flachrohr umschließende Rand der Rohrwand läßt sich daher aufgrund der Erweiterung 16 rings um diese ^r nschlußöffnung 18 an der Rohrwand des Sammelrohrs 1 d bzw. 2d festschweißen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß F i g. 15 und 16 ist im Flachrohr 3e an der Schmalseite eine Mulde 20 eingedruckt Eine Bohrung in der Mitte der Mulde 20 bildet die Anschlußöffnung 22. Durch die mit einem Dorn hergestellte Erweiterung 21 des Flachrohr«: hei dieser Anschlußöffnung ist der Durchlaß für das Heizmedium noch vergrößert. Das Sammelrohr Id. 2d besitzt eine etwa gleich große Bohrung als Anschlußöffnung 18 wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 13 und 14. Mit der eingedrückten Mulde am Flachrohr läßt 4Q sich eine sehr stabile Schweißverbindung mit dem Sammelrohr herstellen, wobei die Buckelpreßschweißung zur Anwendung gelangt.

Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen läßt sich in herstellungstechnisch und wirtschaftlich günstiger Weise ein Wärmeaustauscher herstellen, der die mit den extrem flachen Rohren erzielbaren Vorteile besitzt, die sich aus der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Heizmediums und der entsprechend kleineren thermischen Trägheit sowie der besseren Wärmeabgabe ergeben, was insgesamt zu einer besseren Nutzung der aufzuwendenden Energie beiträgt Die in parallelen Abständen und vorzugsweise senkrecht angeordneten Flachrohre des Wärmeaustauschers, die zwischen sich Lufträume umschließen, haben außerdem die vorteilhafte Wirkung, eine kaminartig aufsteigende Luftströmung entstehen zu lassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher mit parallel und im Abstand voneinander angeordneten Flachrohren, die an je ein Sammelrohr für Vorlauf und Rücklauf durch Verschweißen der Flachrohre mit den Sammelrohren angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (3a—3e) mit ihren Achsen in einer parallelen Ebene zu den Achsen der Sammelrohre (Ia-It/; 2a-2d) und rechtwinklig zu diesen mit je einer Schmalseite gegen die Sammelrohre liegend angeordnet sind und in der Rohrwand an der Schmalseite der Flachrohre (3a—3e) und in der Rohrwand der Sammelrohre (la— id; 2a—2d) Anschlußöffnungen (6,7,9,10,11,14,17,18,22) sind, in deren Bereich jeweils das Flachrohr und das Sammelrohr in durch Ausschneiden der Rohrwand des Flachrok". und/oder des Sammelrohrs gebildeten Mulden '5,B, 12» !5) oder in einer Vertiefung (20) der Rohrwand des Flachrohrs (3e) passend ineinander greifen und durch Buckelschweißung miteinander verbunden sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (3c, 3d, 3e) im Bereich jeder der Anschluüöffnungen (14, 17, 22) durch Rohrwandverformung in Querrichtung zur Rohrlängsachse gebildete !Erweiterungen (13,16,21) aufweisen.

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