EP0097662B1 - Wärmetauscher mit rippen, insbesondere für einen konvektor - Google Patents

Wärmetauscher mit rippen, insbesondere für einen konvektor Download PDF

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EP0097662B1
EP0097662B1 EP83900045A EP83900045A EP0097662B1 EP 0097662 B1 EP0097662 B1 EP 0097662B1 EP 83900045 A EP83900045 A EP 83900045A EP 83900045 A EP83900045 A EP 83900045A EP 0097662 B1 EP0097662 B1 EP 0097662B1
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exchangers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0475—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/002—Air heaters using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/26—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element

Definitions

  • the present invention relates to a finned heat exchanger, in particular for a convector, exchanger comprising a collector-distributor of calories having substantially the shape of a tube inside which is arranged a circulating or refrigerating means, said collector- distributor comprising at least two straight parallel branches between them, fins being arranged transversely with respect to the two branches of said manifold-distributor.
  • the invention also relates to the positioning of these exchangers inside the heating convectors.
  • Finned heat exchangers have been known for a long time. They find their application in all areas where a heat exchange is sought, for example but not limited to domestic heating convectors.
  • the transverse fins are supported at at least one point by the circulating means which they surround.
  • the fins determine between them zones of exchange with a gas flow while heating.
  • the known exchangers are all of complex design, further allowing their positioning only in convectors of relatively large dimensions, in particular in width.
  • a fin heat exchanger in particular for a convector, an exchanger comprising a collector-distributor of calories or frigories having substantially the shape of a tube, inside which is disposed a circulating or refrigerant means, said manifold-distributor comprising at least two rectilinear branches parallel to each other, fins being arranged transversely relative to the branches of said tube, characterized in that the transverse fins are of polygonal shape, the branches of the manifold-distributor being disposed at two opposite vertices of each of the fins, said fins not laterally projecting from the branches of the manifold towards the outside of the exchanger and connecting to them in an inclined plane, and the gas flow passing through the structure of the exchanger by intervals between the branches of the manifold-distributor and between the fins.
  • the fins do not project laterally from the branches of the manifold-distributor, which allows optimal positioning of the exchanger in a convector. This will be explained later.
  • the fins have a generally polygonal shape, they are connected to the branches of the manifold-distributor according to an inclined plane, which in fact produces a truncated section of the exchanger on each of its edges.
  • the exchanger can be arranged inclined in the convector, for example from an angle of 30 ° to 60 °.
  • the exchanger will be produced in two 1/2 molded shells, the fins and the branches of the manifold-distributor in the form of 1/2 semi-cylindrical tube having come from molding.
  • the fins will preferentially affect a trapezoidal structure.
  • the exchange zones of each of the 1/2 shells will correspond only to a portion of semi-cylinder, so that during assembly the circulating means can be clamped optimally for the heat exchange with the collector-distributor thus formed by the union of the two portions in the form of 1/2 semi-cylindrical tube.
  • the two shells forming the exchanger may be identical, which will require the use of one and the same mold for their production.
  • the fins of the two shells are perfectly aligned.
  • the fins of each half-shell will generally have an identical frustoconical profile.
  • the union of two sets of fins facing each other forms a succession of Venturi through which the gas flow passes.
  • provision may be made to offset the fins of a 1/2 shell relative to those of the other 1/2 shell. In this way, the number of leading edges is increased, which obviously increases the efficiency of the exchange. This gain can be estimated at around 20% in power.
  • the offset fins will have a taper in the form of an aircraft wing leading edge.
  • the exchanger according to the invention can be designed in a modular way, by proposing extensions (extensions) which can be added at the end so as to obtain exchangers of variable length.
  • the manifold-distributor can assign a U-shaped profile.
  • the inlet and outlet of the circulating medium are on the same side on the exchanger element concerned.
  • an additional fin will be provided, connected by very thick metal bridges delimiting perforations between them.
  • this level it is also possible, to ensure better contact between the exchange zone and the circulating medium, to provide a contact substance between the two elements.
  • this substance can be provided over the entire length of the exchange zone of the collector-distributor.
  • the exchange zone can be painted internally in black or another color which absorbs the radiation of the circulating medium well.
  • the exchanger according to the invention consists of two shells (1) and (2). These two shells are assembled together by any suitable means, screwing, gluing, bolting, riveting, collars, clips, cold gluing, rivets from the foundry.
  • the fins are of polygonal section and do not extend laterally from the branches of the manifold-distribu which constitutes the exchange zone.
  • fins retain exactly the same positioning as at the branches and remain parallel to each other.
  • the fins determine between them over the entire width of the exchanger intervals (6) through which air flows in contact with the exchange surfaces.
  • the fins have in their junction zone with the half-tubes (3) truncated edges (7,8).
  • FIG. 2 shows an electrical resistance (9) which can be used as circulating means.
  • FIG. 3 shows a pin (10) made of copper tube, for example, which can be placed in the half-tubes (3), a pin inside which a circulation of circulating fluid is established. (or refrigerant), for example hot water.
  • the exchanger as described in Figure 1 will be very advantageously made of aluminum, the fins and the half-tubes to which they are connected having come from molding.
  • the two shells (1) and (2) are identical and can therefore be obtained from a single mold.
  • assembly holes (46) are arranged between two fins in a thickness of metal which is integral with the two fins and the part inside of the manifold-distributor.
  • FIG. 5 shows a number of possible variants in terms of the structure and the relative positioning of the fins.
  • the half-fins of each shell will be arranged symmetrically and opposite one another, which is illustrated by the assembly (19).
  • the half-fins will be arranged in staggered rows, with a lateral offset according to a given pitch, for example a half-pitch. This is clearly illustrated in Figure 5.
  • the fins may have any possible section.
  • Conventional fins (20) may also be in the form of shortened fins (21).
  • tapered fins such as those referenced (22).
  • the shortened fins (21), shown in FIG. 5A, allow better passage of the air flow through the exchanger, in particular by their oblong recess.
  • FIGS 8 and 9 show the possible positioning of one or more exchangers in the case of an electric convector.
  • the tubes (3) must be placed at a minimum distance from the walls (23, 24) of the convectors, and at a minimum distance also from each other, which is shown in FIG. 9 , at the central part (25).
  • FIG. 8 shows the advantage of the structure according to the invention, in which the fins are truncated and do not project beyond the exchange zone. It is thus possible to position the exchanger with a certain inclination and at the same time an appreciable gain in space is achieved in width while increasing the performance in terms of yield and temperature distribution.
  • the fins will be arranged so that the sides of the trapezoid (50) are well parallel to the walls of the casing (23 and 24), so that the fins do not project beyond the 'exchange zone delimited by the collector-distributor. It may be accepted that the points (51) Fig. 11 of the fins are inside the exchange zone, but in principle never outside.
  • FIG. 8 can be used for a hot water convector, with the only difference that in this case it is not necessary to leave a gap between the circulation tubes (3) and the walls (23) and (24).
  • FIG. 9 represents two electrical exchangers in accordance with the invention arranged in alignment.
  • the zone (25) will be as narrow as possible compatible with proper operation, so as to limit the circulation of air between the two tubes (26, 27), the latter preferably having to operate between the two branches of a same exchanger.
  • FIGS. 17A and 17B show two exchangers for an electric convector, arranged one above the other.
  • FIG. 17B illustrates the extreme case.
  • an extension ( 39) forming an extension and essentially comprising two rectilinear half-tubes (40), open at each of their lateral ends, and transverse fins (41) of the same structure and obeying the same construction rules as the fins described in the preceding paragraphs.
  • male ends (47) of the element of FIG. 7 are embedded in trunks of cones (48) receptors shown in Fig.4 and 6.
  • the 4 half-holes (49) of fig. 7 will enclose during assembly two cylindrical rods fitted at each end between the first and the second fin on either side of the assembly points, for example lock washers which will serve to maintain this assembly in the longitudinal direction for good tighten if necessary.
  • the female ends of the extensions are also provided with trunks of cones (48) in order to receive extensions in the same way and thus form exchangers of variable length.
  • the two elements correspond only to a portion of semi-cylinder (difference X-X).
  • the evacuation is improved on the rounding of the U-shaped tube by an additional fin (42), connected to the body of the exchanger by bridges of material (43, 44) of great thickness determining between them one or several openings (45).
  • each exchanger or extension shell has holes (52) shown in Figures 1 and 7 useful for hanging or fixing the exchanger in the desired position.
  • assembly holes (17, 18) have been described above on the half-shells for assembling the half-shells, for example by screwing.
  • FIG 18A there are shown two half-shells (101), (102) connected together by a spring clip (103), the final position being shown in Figure 18B.
  • the exchanger At the end of the exchanger, it will have grooves (107) shown in Figure 21 B, in which will be housed the free ends of the clip. It will be noted in this view that the fins may have a non-isosceles trapezoidal section (112) depending on the inclination of the exchanger.
  • the clip will be made of special stainless steel, e.g. structural hardened steel, made high temperatures implemented (of the order of 350 ° C).
  • junction clips (108) are also produced between an exchanger and an extension.
  • the clip comprises an elastic branch (109) and two lateral tabs (110, 111) shown in side view in FIG. 19B.
  • the joint clip also serves to prevent the two assembled elements from separating and bending.
  • FIGS. 20A and 20B show an assembly of substantially different structure, in which rivets (104) coming from the foundry cooperate with an assembly hole (105) of the other half-shell. This structure keeps the symmetry of the half-shells identical.
  • a stud (106) will be produced on the half-shells which will then be riveted as shown in FIG. 2.
  • a surface treatment can be applied externally, for example painting, anodizing, shot blasting, etc., this without limitation, in order to increase the radiation.

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Claims (27)

1. Rippenwärmetauscher, insbesondere für einen Konvektor, welcher Wärmetauscher einen Wärmeeinheiten bzw. Kalorien-Sammler-Verteiler umfaßt, der im wesentlichen die Form eines Rohres aufweist, in dessen Innerem ein Wärme-oder Kälte-Mittel bzw. ein wärme- oder kälteerzeugendes Mittel angeordnet ist, wobei der Sammler-Verteiler wenigstens zwei geradlinige, in bezug aufeinander parallele Zweige aufweist und die Rippen in Querrichtung in bezug auf die beiden Zweige des genannten Sammler-Verteilers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrippen (4) von polygonaler Form sind und die Zweige des Sammler-Verteilers (3) auf zwei gegenüberliegenden Scheiteln jeder der Rippen angeordnet sind, daß die Rippen (4) seitlich nicht über die Zweige des Sammler-Verteilers gegen das Äußere des Wärmetauschers hervorragen und sich and diese entlang einer geneigten Ebene anschließen, und daß der luft- bzw. gasförmige Fluß bzw. Strom die Struktur bzw. den Aufbau des Wärmetauschers durch Zwischenräume (6) zwischen den Zweigen des Sammler-Verteilers und zwischen den Rippen durchquert bzw. durchdringt bzw. durchströmt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ausgehend von zwei Halbschalen (1, 2) ausgebildet ist und daß die Rippen (4) der Schale (1) seitlich in bezug auf die Rippen der Schale (2) versetzt sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen als Profile in Form der Vorderkante eines Flugzeugflügels ausgebildet sind.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbrohre, deren Vereinigung die Zweige des Sammler-Verteilers bildet, ein Profil aufweisen, das einem Halbzylinderabschnitt entspricht.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (21) verkürzt sind und an ihrer Basis eine längliche Ausnehmung aufweisen.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler-Verteiler im allgemeinen eine U-Form aufweist.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß auf der Höhe der Rundung des U eine zusätzliche Rippe (42) angeordnet ist, die mit dem Körper des Wärmetauschers mittels Materialbrücken bzw. -stegen (43, 44) von großer Dicke verbunden ist, die zwischen sich eine oder mehrere eingestanzte Ausnehmungen bzw. Aussparungen (45) begrenzen.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Konvektor vorzugsweise um 30°-60° geneigt angeordnet ist.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er vervollständigt werden kann, um ihn auf die gewünschte Länge zu bringen, indem er mit Verlängerungen (39) versehen wird, die an das Ende (38) an bzw. aufgesetzt sind, das dem gekrümmten Abschnitt des U gegenüberliegt, daß die genannten Verlängerungen aus zwei identischen Halbschalen, die zwei geradlinige Halbrohre (40) umfassen, die an jedem ihrer seitlichen Enden offen sind, und aus den Querrippen (41) zusammengesetzt sind, die seitlich nicht in bezug auf den Sammler-Verteiler gegen das Äußere des Wärmetauschers hin hervorragen und sich an diesen entlang einer geneigten Ebene anschließen, und daß die Verlängerungen von der gleichen Struktur wie der Wärmetauscher sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element ein vorspringendes Ende (47) aufweist, das in aufnehmende Kegelstümpfe (48) des Elementes einpaßt, mit dem es verbunden ist.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Rippen mit Löchern (52) zum Aufhängen oder Befestigen des Wärmetauschers versehen sind.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 1, in welchem die beiden Halbschalen einander gegenüber angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinigung der beiden Anordnungen von Rippen (19) eine Aufeinanderfolge von Venturirohren bildet, die vom luft- bzw. gasförmigen Fluß bzw. Strom durchquert bzw. durchströmt werden.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen miteinander durch ein Mittel verbunden sind, das aus der Gruppe der Klemmen (103), Gußnieten (104), Kaltklebstoff, Schraubverbindung, Bolzenverbindung oder Ringen bzw. Schellen gewählt wird.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 13, in welchen das Mittel ein Kaltklebstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Halbschalen Gußbügel bzw. -stege oder -ringe aufweisen, um die gewünschte Dicke an Klebstoff zu erhalten.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 3, in welchem die Mittel Gußnieten sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Zapfen bzw. einer Spitze (106) einer Halbschale bestehen, der bzw. die mit einem Zusammenbauloch (105) der anderen Halbschale zusammen wirkt, und daß der Zapfen (106) dann vernietet wird.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 13, in welchem das Mittel eine Klemme ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher an seinem gekrümmten Ende Nuten (107) aufweist, die dazu bestimmt sind, eine Klemme aus gewöhnlichem oder gehärtetem rostfreiem Stahl aufzunehmen.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 13, der mit einem Verlängerungs- bzw. Ansatzstück verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch eine Klemme (108) aus gewöhnlichem oder gehärtetem rostfreiem Stahl hergestellt wird, die einen elastischen Zweig (109) und zwei seitliche Klauen (110, 111) umfaßt.
18. Anwendung eines Rippenwärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 auf einen Konvektor für die Beheizung von Wohnräumen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenwärmetauscher im Konvektor geneigt angeordnet ist.
19. Anwendung nach Anspruch 18, bei welcher im Sammler-Verteiler ein Wärmemittel bzw. wärmeerzeugendes Mittel angeordnet ist, das aus einem elektrischen Widerstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor zwei geneigte Wärmetauscher umfaßt, die fluchtend in bezug aufeinander angeordnet sind und einen Zwischenraum (25) zwischen dem oberen Rohr (26) eines der Wärmetauscher und dem unteren Rohr (27) des zweiten Wärmetauschers bilden bzw. definieren.
20. Anwendung nach Anspruch 18, welcher im Sammler-Verteiler des Wärmetauschers ein Wärme- Fluid bzw. ein wärmeerzeugendes Fluid wie z. B. heißes Wasser zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor zwei Wärmetauscher umfaßt, die einer über dem anderen und parallel in bezug aufeinander angeordnet sind.
21. Anwendung nach Anspruch 18, bei welcher im Sammler-Verteiler des Wärmetauschers ein Wärme-Fluid bzw. ein wärmeerzeugendes Fluid wie heißes Wasser zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor eine doppelte Batterie von zwei Wärmetauschern umfaßt, die so ver- bzw. ineinandergeschachtelt sind, daß die oberen Rohre (30, 31) von zwei Wärmetauschern auf einer gleichen vertikalen Mittelebene liegen wie die unteren Rohre (32, 33) der beiden anderen Wärmetauscher.
22. Anwendung nach Anspruch 18, bei welcher im Sammler-Verteiler des Wärmetauschers ein Wärme-Fluid bzw. ein wärmeerzeugendes Fluid wie heißes Wasser zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor zwei Wärmetauscher umfaßt, die symmetrisch in bezug auf eine horizontale Ebene angeordnet sind.
23. Anwendung nach Anspruch 18, bei welcher im Sammler-Verteiler des Wärmetauschers ein Wärme-Fluid bzw. ein wärmeerzeugendes Fluid wie heißes Wasser zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor eine doppelte Batterie von zwei Wärmetauschern umfaßt, die symmetrisch in bezug auf eine horizontale Ebene angeordnet sind und daß das untere Rohr (34) und das obere Rohr (35) der Wärmetauscher einer gleichen Batterie in einer vertikalen Mittelebene mit dem oberen Rohr (36) und dem unteren Rohr (37) der Wärmetauscher der zweiten Batterie fluchten bzw. ausgerichtet sind.
24. Anwendung nach Anspruch 18, bei welcher im Sammler-Verteiler des Wärmetauschers ein Wärme-Fluid bzw. ein wärmeerzeugendes Fluid wie heißes Wasser zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektor vier Wärmetauscher umfaßt, die in Rhombus-, Stern- oder V-Form angeordnet sind.
25. Anwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher einer über dem andern und versetzt angeordnet sind, um einen Durchlaß für Frischluft (F) freizulassen.
26. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Rippen in Form eines gegebenenfalls gleichschenkeligen Trapezes aufweist, welche Form von der Neigung des Wärmetauschers im Konvektor abhängt.
27. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenfläche z. B. durch Anstrich, anodische Oxydation bzw. Eloxalverfahren oder Sand -bzw. Kugelstrahlen behandelt ist.
EP83900045A 1981-12-21 1982-12-21 Wärmetauscher mit rippen, insbesondere für einen konvektor Expired EP0097662B1 (de)

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