DE3815647A1 - Rundwaermetauscher, insbesondere fuer kaeltemittel von klimaanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rundwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Rundwärmetauscher sind bekannt (CH-PS 5 30 607). Sie weisen den Vorteil auf, daß sie raumsparend um ein Radialgebläse herum an­ geordnet werden können. Nachteilig ist bei diesen bekannten Bauarten, bei denen mehrere ringförmige Hohlkammern parallel zueinander angeordnet werden, die jeweils durch gemeinsame Zu­ und Abflußstutzen untereinander verbunden sind, daß der Her­ stellungsaufwand verhältnismäßig groß ist.

Bekannt sind daher auch Rundwärmetauscher der eingangs genann­ ten Art (Katalog Nr. 41-154 der Firma Modine vom März 1982, S. 2), bei denen ein durchgehendes Flachrohr jeweils in einzelnen Lagen nahezu zu einem Ring gebogen wird, dessen Innen- und Au­ ßenkanten jeweils auf Zylinderflächen liegen. Bei dieser Bauart ist dieses Rohr innerhalb der Grenzen dieser Zylinderflächen in eine axial versetzte Lage umgebogen und in entgegengesetzter Richtung zurück zum ursprünglichen Rohranfang gewickelt, dort erneut innerhalb der Zylinderflächen umgelenkt und im Gegensinn zurückgeführt, so daß ein aus mehreren Lagen gebildeter Wärme­ tauschkörper entsteht, zwischen dessen einzelne Lagen Wär­ metauschrippen eingesetzt werden. Ein solcher Körper läßt sich zwar einfacher als der eingangs erwähnte Rundwärmetauscher her­ stellen, nachteilig ist aber, daß der Abstand zwischen den ein­ zelnen Lagen nicht beliebig gewählt werden kann, sondern von der Materialauswahl für das Flachrohr sowie von dessen geome­ trischen Abmessungen abhängig ist. Das Umbiegen des Flachrohres an den Übergangsstellen von einer axial zur anderen versetzten Lage und der hier zu wählende Biegeradius ist bestimmend für den Abstand der einzelnen Lagen. Nachteilig ist bei solchen Bauarten auch, daß an diesen Umbiegestellen verhältnismäßig große Strömungswiderstände für das an einem Ende dieses Flach­ rohres zugeführte und am anderen Ende wieder austretende Wärme­ tauschmedium auftreten. Nachteilig ist auch, daß jeweils im Bereich dieser Umlenkstellen auf der zu den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Umlenkstellen gelegenen Seite keine Wärme­ tauschrippen angeordnet sein können, so daß die zwangsläufig durch diese Bauart bedingte radiale Lücke nicht für den Wärme­ austausch herangezogen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rundwärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er bei einfacher Herstellungsweise einen besseren Wärmeaus­ tausch ermöglicht.

Erreicht wird dies dadurch, daß bei einem Rundwärmetauscher der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches 1 vorgesehen werden. Durch diese Ausgestaltung blei­ ben keine radialen Lücken im Umfangsbereich des zylinderförmig aufgebauten Wärmetauschkörpers bestehen. Die Wärmetauschrippen zwischen den einzelnen Lagen können daher durchgehend angeord­ net werden. Durch das wendelförmige Aufeinanderwickeln der ver­ schiedenen Lagen ist auch eine einfache Herstellung möglich. Vorteilhaft ist auch, daß abhängig von der Steigung der Wendel die Abstände zwischen den einzelnen Lagen bestimmbar sind, so daß keine Einschränkungen hinsichtlich der Höhe der einzuset­ zenden Wärmetauschrippen gegeben sind. Vor allen Dingen aber treten durch den gleichmäßigen, wendelförmigen Verlauf des durchgehenden Flachrohres an keiner Stelle Strömungswiderstände auf, die von den Strömungswiderständen im gesamten Rohrverlauf abweichen. Drosselstellen, wie bei den bekannten Bauarten, wer­ den dadurch vermieden. Die dadurch mögliche Durchströmung mit größeren Mengen des Wärmetauschmittels führt zu einer intensi­ veren Kühlung der radial durch die Wärmetauschrippen strömenden Luft, wodurch auch die Wärmetauschleistung erhöht werden kann. Schließlich weist der neue, wendelförmig aufgebaute Wärmetausch­ körper auch den Vorteil auf, daß das in ihm strömende Medium wegen der gleichmäßigen Zirkulation in einer Umlenkrichtung Zentrifugalkräften unterworfen wird, die den neuen Wärmetau­ scher besonders geeignet machen für den Einsatz für Kondensato­ ren von Klimaanlagen. Durch die Trägheitswirkung nämlich kann die an sich erwünschte Trennung zwischen flüssigen und gasför­ migen Phasen erreicht werden, die einen besseren Wärmeübergang ermöglicht.

Nach den Merkmalen der Unteransprüche 2 und 3 ergibt sich die einfache Möglichkeit, die Wärmetauschrippen selbst ebenfalls in Bandform auszubilden und sie zum Beispiel zusammen mit dem Flachrohr in einer zylindrischen Form zu der Endform des Rund­ wärmetauschers zu wickeln. Die Merkmale der Unteransprüche 4 und 5 führen zu einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform. Die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 bieten den Vorteil, daß der zylindrische Rundwärmetauscher stirnseitig ebene Grundflächen erhält, die senkrecht zur Zylinderachse stehen. Die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 umreißen eine Ausführungsform, die eine Verdoppelung des durchströmten Wärmetauschmediums ohne Ver­ größerung der Bauhöhe ermöglicht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsge­ mäßen Rundwärmetauschers dargestellt, die im folgenden erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rundwärmetauscher mit einem gewickelten Metallband,

Fig. 2 einen Rundwärmetauscher ähnlich Fig. 1, jedoch aus einem aus zwei parallelen Bändern aufgebauten Metallband,

Fig. 3 einen Rundwärmetauscher, bei dem der Übergang von einer Wickellage in die benachbarte nur in einem Teilumfangs­ bereich erfolgt,

Fig. 4 einen Rundwärmetauscher ähnlich Fig. 3, bei dem jedoch ein durchgehendes Wellrippenband mit eingewickelt ist und

Fig. 5 eine doppelflutige Ausgestaltung eines Rundwärme­ tauschers ähnlich Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Flachrohr (1), beispielsweise aus Aluminium gezeigt, das eine Breite (b) und eine Höhe (h) aufweist. Dieses Flachrohr (1) ist an einem seiner Enden mit einem Zulauf (2) und am anderen Ende mit einem Auslauf (3) versehen und kann von einem Wärmetauschmittel im Sinne der Pfeile (9) durchströmt werden. Das Metallrohr (1) ist wie eine Wendelfeder wendelförmig zu einer Zylinderform aufgewickelt und bildet einzelne Lagen (4, 5, 6, 7), die im wesentlichen parallel zueinanderliegen und die zu der nicht gezeigten Achse des zylindrischen Körpers eine bestimmte Steigung aufweisen. Diese Steigung ist im Ausführungs­ beispiel gleich groß gewählt. Die Abstände zwischen den einzel­ nen Lagen (4, 5, 6, 7) sind daher ebenfalls gleich groß. In diese Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen (4, 5, 6, 7) ist ein Wellband (8) eingesetzt, das ebenfalls durchgehend ausgebildet sein kann und in Wendelform mit dem Metallband (1) zusammen zur Endform gewickelt wird. Dies kann beispielsweise innerhalb einer zylindrischen Form geschehen, in die das Metallband (1) unter Verbiegung quer zu seiner Breite (b) hereingewickelt wird,wobei das Wellband (8) entweder gleich mit eingewickelt, oder in ei­ nem zweiten Arbeitsgang in die vorgefertigte Wendel des Metall­ bandes (1) eingesetzt wird. Der so geschaffene Körper kann dann entweder noch in der zylindrischen Trommel, oder auch nach der Entnahme zu dem gewünschten Rundwärmetauscher verlötet werden. Der Rundwärmetauscher kann ein nicht gezeigtes Radialgebläse umgeben, durch welches Luft im Sinne der Pfeile (10) radial gleichmäßig nach außen gefördert wird, welche die Wellrippen (8) durchströmt und dadurch die Wärmeabfuhr aus dem Wärmetauschmit­ tel bewirkt, das im Sinne der Pfeile (9) innerhalb des Metall­ rohres (1) strömt. Diese Ausführungsform hat sich als besonders günstig für den Einsatz für Kondensatoren von Klimaanlagen er­ wiesen. Das dann durch das Metallrohr (1) geführte Kältemittel, das in den Einlauf (2) noch in Gasform oder in einer Mischform aus gasförmigen und flüssigen Bestandteilen eintritt, wird, be­ dingt durch die Zentrifugalwirkung bei der Durchströmung des zylindrischen Körpers, in seine Phasen getrennt. Der Wärmeüber­ gang kann dadurch verbessert werden. Der neue Wärmetauschkörper, der wegen der Durchströmung im gleichen Sinn auch zur Ausübung von Trägheitskräften auf das Wärmetauschmittel ausgenützt wer­ den kann, eignet sich daher besonders für Kondensatoren.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der als Ausgangsband ein aus zwei Metallbändern (1′ und 1′′) aufgebau­ tes Band vorgesehen ist, bei dem zwischen den Metallbändern (1′, 1′′) das Wellband (8′) eingeschlossen ist. Auch dieses Band wird in der gleichen Weise zu der Zylinderform gewickelt, wobei zwischen der ersten Lage (4′) und der zweiten Lage (5′) ein weiteres Wellband (8′′) vorhanden ist, so daß das obere Band (1′) der zweiten Lage nicht am unteren (1′′) der ersten Lage anliegt. Dieses zusätzliche Wellband (8′′) kann mit einge­ wickelt werden. Dieses Wellband (8′′), das in gleicher Weise wie das Wellband (8′) ausgebildet sein kann, trägt dazu bei, die Wärmeaustauschflächen zu erhöhen.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführung gezeigt, bei der die einzelnen Lagen (4′′, 5′′, 6′′, 7′′) senkrecht zu der Achse (15) des zylindrischen Rundwärmetauschers verlaufen. Der wendelför­ mige Anstieg von einer Lage (4′′) zur benachbarten Lage (5′′) erfolgt nur in einem Umfangsabschnitt (14), wobei hier die Steigung größer gewählt sein muß als bei einer Wendel mit gleichmäßiger Steigung über den gesamten Umfang.

Die Steigungsabschnitte (16, 16 a) benachbarter Lagen liegen an­ einander an. Die Wellbandeinlagen (8′′) können daher nur aus einzelnen, kreisbogenartig zwischen die benachbarten Lagen (4′′, 5′′) eingelegten Wellbandstücken bestehen.

Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit, auch bei einem Rundwärmetauscher mit ebenen und rechtwinklig zur Zylinderachse (15) liegenden Lagen (4′, 5′′) ein durchgehendes Wellband (8′′′) mit einzuwic­ keln. Von der Durchströmung abgeschlossene Teilbereiche ergeben sich so nicht.

Die Fig. 5 schließlich zeigt eine Ausführungsform, bei der, an­ ders als in Fig. 2, zwei Metallrohre (20, 20′) nicht unterein­ ander, sondern nebeneinander gewickelt sind, wobei beiden Me­ tallrohren (20, 20′) aber nur ein gemeinsames Wellrippenband (80) zugeordnet ist, das entsprechend breit ausgebildet ist. Das Wellrippenband (80) besitzt eine Breite (B) die etwas mehr als das Doppelte der Breite (b) eines der beiden flachen Me­ tallrohre (20, 20′) beträgt, die beide vor dem Wickeln identisch sind. Das äußere Metallrohr (20′) wird in einer anderen Zylin­ dermantelfläche als das Metallrohr (20) gebogen. Es entsteht so eine doppelflutige Anordnung, bei der zwei Zuflußstutzen (2) und zwei Ausflußstutzen (3) vorgesehen sind, von denen, wegen der Schnittdarstellung des äußeren Metallrohres (20′), aber nur eine zu sehen ist. Natürlich wäre es auch möglich, beiden Roh­ ren - wie in Fig. 2 - jeweils einen gemeinsamen Zu- und einen gemeinsamen Abflußstutzen zuzuordnen. Je nach Einbauraum sind natürlich auch drei- oder mehrflutige Bauformen denkbar.

Claims (9)

1. Rundwärmetauscher, insbesondere für Kältemittel von Klimaanlagen, bestehend aus einem flachen Metallrohr mit einem an einem Ende angeordneten Zulauf für ein Wärmetauschmittel und einem am anderen Ende vorgesehenen Auslauf, das zu mehreren übereinanderliegenden, kreisförmigen Lagen gebogen ist, zwischen denen Wärmeaustauschrippen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) ausschließlich quer zu seiner Breite (b) gebogen und wendelartig zu den einzelnen Lagen (4, 5, 6, 7) gewickelt ist.

2. Rundwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Metallrohr (1) eine Wendel gleicher Steigung bil­ det.

3. Rundwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrippen in der Form eines Wellbandes (8) in die Zwischenräume zwischen den Lagen (4, 5, 6, 7) des Metallrohres (1) eingelegt sind.

4. Rundwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, insbesondere zwei Metall­ rohre (1′, 1′′) parallel zueinander und in der gleichen Zylin­ dermantelfläche gewickelt sind (Fig. 2).

5. Rundwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmeaustauschrippen in der Form des Wellbandes (8′) mit den beiden Metallrohren (1′, 1′′) ein vorgefertigtes Band bilden, dem ein gemeinsamer Zu- und Auslauf (2′, 3′) zugeordnet ist.

6. Rundwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Lagen (4′′, 5′′, 6′′) innerhalb einer Zylindermantelfläche liegen und im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse verlaufen, und daß die schräg zur Zylinderachse ansteigenden Wendelabschnitte (14) nur in einem Teilbereich des Umfanges jeder Lage vorgesehen sind.

7. Rundwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ansteigenden Wendelabschnitte aneinander anliegen und daß die Wärmetauschrippen (8′′) als nicht ge­ schlossene Bögen zwischen die einzelnen Lagen (4′′, 5′′, 6′′) eingelegt sind.

8. Rundwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Metallrohre (20, 20′) nebenein­ ander und auf unterschiedlichen Zylindermantelflächen liegend in eine doppelflutigen Bauart gewickelt sind.

9. Rundwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen die Lagen (30, 40, 50, 60) beider Metallrohre (51, 51,) ein Wellband (80) eingewickelt ist, das eine Breite (B) aufweist, die mindestens der doppelten Breite (b) eines der Metallrohre (20, 20′) entspricht.