DE3815647A1

DE3815647A1 - Round heat exchanger, in particular for refrigerants (refrigerating media) of air conditioners

Info

Publication number: DE3815647A1
Application number: DE19883815647
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Bauer; Werner Dipl Ing Helms; Hans-Joachim Dipl In Ingelmann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1988-05-07
Publication date: 1988-12-22

Abstract

Known round heat exchangers are expensive to produce. Because of the sharp bends in the tubes, which are wound approximately in the shape of cylinders, undesirable pressure losses also occur as flow passes through and lead to a reduction in performance. According to the invention, a flat tube is wound in the shape of a helix to form a cylindrical body. Inserted into the interspaces between the individual layers of the helix are heat exchange ribs through which the second medium participating in the heat exchange can flow radially. The round heat exchanger thus constructed makes available a high heat exchange performance in conjunction with a simple mode of production and the lowest space requirement. The novel round heat exchanger is suitable, in particular, as an evaporator or condenser in air conditioners.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rundwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a round heat exchanger according to the Preamble of claim 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.Round heat exchangers are known (CH-PS 5 30 607). You assign the The advantage of being space-saving around a radial fan can be ordered. The disadvantage of these is known Types in which several annular hollow chambers are parallel to be arranged to each other, each by common zu and discharge nozzle are interconnected that the Her position expenditure is relatively large.

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.Round heat exchangers of the type mentioned at the beginning are therefore also known ten Art (Catalog No. 41-154 from Modine, March 1982, p. 2), in which a continuous flat tube each in individual Layers is almost bent into a ring, the inside and outside The outer edges are each on cylindrical surfaces. With this type this pipe is within the limits of these cylinder surfaces in an axially offset position bent and in the opposite Direction wrapped back to the original tube start, there redirected again within the cylinder surfaces and in the opposite direction returned so that a heat formed from several layers exchange body arises, between the individual layers of which are metal ribs are used. Such a body can be easier than the circular heat exchanger mentioned above set, but it is disadvantageous that the distance between the individual layers can not be chosen arbitrarily, but from the material selection for the flat tube and its geome dimensional dimensions. Bending the flat tube offset axially from one to the other at the transition points The position and the bending radius to be selected here determine the the distance between the individual layers. A disadvantage of such Types that are proportionate at these bending points large flow resistances for that at one end of this flat tube supplied heat and emerging at the other end exchange medium occur. Another disadvantage is that in each case Area of these deflection points on the to the in the circumferential direction no heat on the opposite side swap ribs can be arranged so that the inevitable radial gap caused by this design is not for the heat exchange can be used.

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.The present invention is based on the object To design round heat exchangers of the type mentioned at the beginning, that it has a better heat output with a simple production method exchange allows.

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.This is achieved in that in the case of a round heat exchanger the characterizing features of the patent Claim 1 are provided. Through this configuration lead ben no radial gaps in the circumferential area of the cylindrical constructed heat exchange body exist. The heat exchange fins can therefore be arranged continuously between the individual layers be net. By winding the ver in different layers, simple production is also possible. It is also advantageous that depending on the pitch of the helix the distances between the individual layers can be determined, so that there are no restrictions on the amount of the bet zenden heat exchange fins are given. But above all occur through the uniform, helical course of the continuous flat tube at no point flow resistance on that of the flow resistances throughout the pipe run differ. Throttling points, as in the known types, who avoided that. The possible flow with Larger amounts of the heat exchange medium lead to an intensi cooling of the radially flowing through the heat exchange fins Air, which can also increase the heat exchange performance. Finally, the new, helical heat exchange also have the advantage that the medium flowing in it because of the uniform circulation in a direction of deflection Centrifugal forces are subjected to the new heat build-up make it particularly suitable for use with condensers air conditioning systems. Because of the inertia effect can the desired separation between liquid and gas moderate phases can be achieved, the better heat transfer enables.

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.According to the features of subclaims 2 and 3 Easy way to do the heat exchange fins themselves in band form and, for example, together with the Flat tube in a cylindrical shape to the final shape of the round to heat exchanger. The features of subclaims 4 and 5 lead to a further advantageous embodiment. The features of claims 6 and 7 offer the advantage that cylindrical round heat exchanger on the front flat base surfaces receives that are perpendicular to the cylinder axis. The characteristics of claims 8 and 9 outline an embodiment, the one Doubling of the flow of heat exchange medium without Ver increased construction height.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsge mäßen Rundwärmetauschers dargestellt, die im folgenden erläutert werden. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the fiction are moderate circular heat exchanger shown, which is explained below will. Show it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rundwärmetauscher mit einem gewickelten Metallband, Fig. 1 a according to the invention mounted rotary heat exchanger comprising a coiled metal strip,

Fig. 2 einen Rundwärmetauscher ähnlich Fig. 1, jedoch aus einem aus zwei parallelen Bändern aufgebauten Metallband, Fig. 2 shows a round heat exchanger similar to FIG. 1, but constructed of a parallel of two bands metal strip,

Fig. 3 einen Rundwärmetauscher, bei dem der Übergang von einer Wickellage in die benachbarte nur in einem Teilumfangs bereich erfolgt,Carried Fig. 3 shows a round heat exchanger in which the transition from one wound layer in the adjacent area only in a part of the circumference,

Fig. 4 einen Rundwärmetauscher ähnlich Fig. 3, bei dem jedoch ein durchgehendes Wellrippenband mit eingewickelt ist und Fig. 4 shows a round heat exchanger similar to Fig. 3, but in which a continuous corrugated fin is wrapped with and

Fig. 5 eine doppelflutige Ausgestaltung eines Rundwärme tauschers ähnlich Fig. 1. Fig. 5 shows a double-flow design of a circular heat exchanger similar to 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.In Fig. 1, a flat tube ( 1 ) is shown, for example made of aluminum, which has a width ( b ) and a height ( h ). This flat tube ( 1 ) is provided at one end with an inlet ( 2 ) and at the other end with an outlet ( 3 ) and can be flowed through by a heat exchange medium in the direction of the arrows ( 9 ). The metal tube ( 1 ) is wound like a helical spring in a helical shape into a cylindrical shape and forms individual layers ( 4 , 5 , 6 , 7 ) which are essentially parallel to one another and which have a certain slope with respect to the axis of the cylindrical body (not shown). This slope is chosen the same size in the execution example. The distances between the individual layers ( 4 , 5 , 6 , 7 ) are therefore also the same. In these spaces between the individual layers ( 4 , 5 , 6 , 7 ) a corrugated tape ( 8 ) is used, which can also be continuous and is wound in a spiral shape with the metal tape ( 1 ) together to the final shape. This can be done, for example, within a cylindrical shape, into which the metal strip ( 1 ) is wrapped while bending transversely to its width ( b ), the corrugated strip ( 8 ) either being wrapped up at the same time, or in a second step into the prefabricated spiral of the Metal band ( 1 ) is used. The body created in this way can then be soldered either in the cylindrical drum or after removal to the desired round heat exchanger. The circular heat exchanger can surround a radial fan, not shown, through which air in the direction of arrows ( 10 ) is radially evenly conveyed to the outside, which flows through the corrugated fins ( 8 ) and thereby causes heat to be removed from the heat exchanger medium, which in the sense of arrows ( 9 ) flows inside the metal tube ( 1 ). This embodiment has proven to be particularly favorable for use in air conditioning condensers. The refrigerant then passed through the metal tube ( 1 ), which still enters the inlet ( 2 ) in gaseous form or in a mixed form of gaseous and liquid constituents, is separated into its phases by the centrifugal effect when flowing through the cylindrical body . The heat transfer can be improved. The new heat exchanger body, which can also be used to exert inertial forces on the heat exchange medium due to the flow, is therefore particularly suitable for condensers.

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. Fig. 2 shows a modified embodiment, in which as a starting band from two metal strips ( 1 'and 1 '') is provided tau band, in which between the metal strips ( 1 ', 1 '') the corrugated strip ( 8 ') included is. This strip is also wound into the cylindrical shape in the same way, with a further corrugated strip ( 8 '') being present between the first layer ( 4 ') and the second layer ( 5 '), so that the upper strip ( 1 ') the second layer does not abut the lower ( 1 '' ) of the first layer. This additional corrugated tape ( 8 '') can be wrapped with. This corrugated tape ( 8 ''), which can be designed in the same way as the corrugated tape ( 8 '), helps to increase the heat exchange surfaces.

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. In Fig. 3 a modified version is shown, in which the individual layers ( 4 '', 5 '', 6 '', 7 '') run perpendicular to the axis ( 15 ) of the cylindrical round heat exchanger. The wendelför shaped increase from one layer ( 4 '') to the adjacent layer ( 5 '') takes place only in one circumferential section ( 14 ), with the slope here having to be chosen to be larger than for a helix with a uniform slope over the entire circumference.

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.The slope sections ( 16 , 16 a ) of adjacent layers abut each other. The corrugated tape inserts ( 8 '') can therefore only consist of individual pieces of corrugated tape inserted between the adjacent layers ( 4 '', 5 '').

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. Fig. 4 shows a possibility, even with a round heat exchanger with flat and perpendicular to the cylinder axis ( 15 ) lying layers ( 4 ', 5 '') a continuous corrugated tape ( 8 ''') with einwwic keln. Sub-areas closed off by the flow do not result in this way.

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. Fig. 5 finally shows an embodiment in which, in which than in Fig. 2, two metal tubes ( 20 , 20 ') are not among each other, but are wound next to each other, with two metal tall tubes ( 20 , 20 ') but only one common corrugated rib belt ( 80 ) is assigned, which is formed correspondingly wide. The corrugated fin belt ( 80 ) has a width ( B ) which is slightly more than twice the width ( b ) of one of the two flat metal tall tubes ( 20 , 20 '), both of which are identical before winding. The outer metal tube ( 20 ') is bent in a different cylindrical surface than the metal tube ( 20 ). The result is a double-flow arrangement, in which two inlet connections ( 2 ) and two outlet connections ( 3 ) are provided, of which, because of the sectional view of the outer metal tube ( 20 '), only one can be seen. Of course, it would also be possible to assign two pipes - as in FIG. 2 - to a common inlet and a common drainage pipe. Depending on the installation space, three- or multi-flow designs are of course also conceivable.

Claims

1.Round heat exchanger, in particular for refrigerants in air conditioning systems, consisting of a flat metal tube with an inlet arranged at one end for a heat exchange medium and an outlet provided at the other end, which is bent into a plurality of circular layers one above the other, between which heat exchange fins are arranged, thereby characterized in that the metal tube ( 1 ) is bent only transversely to its width ( b ) and is wound in a spiral-like manner to the individual layers ( 4 , 5 , 6 , 7 ).

2. Round heat exchanger according to claim 1, characterized in that the metal tube ( 1 ) a coil of the same pitch bil det.

3. Round heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that the heat exchange ribs in the form of a corrugated strip ( 8 ) in the spaces between the layers ( 4 , 5 , 6 , 7 ) of the metal tube ( 1 ) are inserted.

4. Circular heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that several, in particular two metal pipes ( 1 ', 1 '') are wound parallel to one another and in the same Zylin dermantelfläche ( Fig. 2).

5. Round heat exchanger according to claim 4, characterized in that the heat exchange ribs in the form of the corrugated strip ( 8 ') with the two metal tubes ( 1 ', 1 '') form a prefabricated band, which a common inlet and outlet ( 2 ' , 3 ') is assigned.

6. Round heat exchanger according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 4 '', 5 '', 6 '') lie within a cylindrical surface and extend substantially perpendicular to the cylinder axis, and that the helical sections rising obliquely to the cylinder axis ( 14th ) are only provided in a partial area of the circumference of each layer.

7. Circular heat exchanger according to claim 6, characterized in that the rising spiral sections abut each other and that the heat exchange ribs ( 8 '') as non-closed arcs between the individual layers ( 4 '', 5 '', 6 '') are inserted .

8. Circular heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that two metal tubes ( 20 , 20 ') next to each other and lying on different cylinder jacket surfaces are wound in a double-flow design.

9. Round heat exchanger according to claim 8, characterized in that between the layers ( 30 , 40 , 50 , 60 ) of both metal tubes ( 51 , 51, ) a corrugated strip ( 80 ) is wrapped, which has a width ( B ), which is at least twice the width ( b ) of one of the metal tubes ( 20 , 20 ') corresponds.