EP0213448B1 - Wärmetauscher-Einrichtung mit Wärmetauscher-Rohren und blechförmigen Lamellen - Google Patents

Wärmetauscher-Einrichtung mit Wärmetauscher-Rohren und blechförmigen Lamellen Download PDF

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EP0213448B1
EP0213448B1 EP86110902A EP86110902A EP0213448B1 EP 0213448 B1 EP0213448 B1 EP 0213448B1 EP 86110902 A EP86110902 A EP 86110902A EP 86110902 A EP86110902 A EP 86110902A EP 0213448 B1 EP0213448 B1 EP 0213448B1
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Jürgen Dr.-Ing. Köhler
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TRASFORMAZIONE SOCIETARIA;KONVEKTA AKTIENGESELLSCH
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Konvekta GmbH
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    • 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
    • F28F1/32—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 having portions engaging further tubular elements
    • 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
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    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/454—Heat exchange having side-by-side conduits structure or conduit section
    • Y10S165/50—Side-by-side conduits with fins
    • Y10S165/501—Plate fins penetrated by plural conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49377—Tube with heat transfer means
    • Y10T29/49378—Finned tube
    • Y10T29/4938—Common fin traverses plurality of tubes

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger device with heat exchanger tubes and sheet-shaped, bores having fins, the edge of which consists of the side edges of an elongated band and the band obliquely next to the bores intersecting, parallel base edges, the heat exchanger tubes passing through the bores extend, the diameter (da) of which corresponds to the outside diameter of the heat exchanger tubes, and which are arranged in a right-angled grid whose longitudinal grid lines are parallel to the side edges of the edge and whose cross grid lines are perpendicular to the side edges of the edge, the grid lines in the two relative to one another perpendicular lattice directions constant pitches s, s have 1 2, and wherein adjacent transverse grid lines by half a pitch (s 1/2) are mutually offset.
  • Such heat exchanger devices with sheet-shaped fins, the edge of which consists of the side edges of a strip and of the rectangle obliquely adjacent to the bores which cut through and parallel basic edges, are known internally to the applicant.
  • the angle that each base edge encloses with the longitudinal edge of the strip is given by the arc tg of the quotient of the division of the transverse grid lines for the division of the longitudinal grid lines.
  • the basic edges that cut through the elongated band obliquely next to the holes serve to reduce the overall height of the heat exchanger, which is measured perpendicular to the basic edges that cut through the band obliquely next to the holes.
  • the staggered arrangement of the heat exchanger tubes changes into an aligned arrangement due to the arrangement of the base edges which cut through the elongated band obliquely next to the bores, which results in a reduction in the thermal efficiency of the heat exchanger device.
  • the present invention has for its object to provide a heat exchanger device of the type mentioned, in which the cut through the elongate band is possible by a suitable choice such that the installation height of the heat exchanger device with the number of known heat exchanger Establishment of a corresponding number of heat exchanger tubes is further reduced and, at the same time, adjacent heat exchanger tubes are not in alignment with one another to increase the thermal efficiency.
  • this object is achieved in that the base edge forms an angle A with the side edge of the edge, which is defined by the formula is given, and that the base edge between the holes lies in an area whose width c by the formula is given, the diameter da and the divisions si, s 2 are in such a relationship that the following applies:
  • the recurring cut through the strip along the base edges in accordance with the last-mentioned formulas has the advantage that the heat exchanger tubes are not aligned with one another in the flow direction, but are offset from one another. This results in a comparatively high thermal efficiency of the heat exchanger device.
  • a significant advantage of the heat exchanger device according to the invention is that its overall installation height above the base edge, which is inclined to the edge, is smaller with a corresponding thermal efficiency than with a known heat exchanger device of the generic type.
  • FIG. 1 shows a section of an elongated band, from which sheet-shaped lamellae 10 are cut, which have bores 12.
  • the edge of each sheet-shaped lamella 10 consists of the elongated side edges 16, which run parallel to one another, and of the strip, at an angle next to the bores 12, through basic edges 18.
  • the heat exchanger tubes 20 extend through the bores 12 of the sheet-shaped fins 10, in which this figure only a heat exchanger tube 20 is shown in sections.
  • the clear inside diameter of the bores 12 in the sheet-metal fins 10 corresponds to the outside diameter of the heat exchanger tubes 20.
  • the bores 12 are arranged in the sheet-like fin 10 in a right-angled grid, which is indicated in FIG. 1 by dash-dotted lines.
  • the longitudinal grating lines 22 and the transverse grating lines 24 have constant divisions s 2 and si, with adjacent transverse grating lines 24 being offset from one another by half a division s i / 2.
  • the base edge 18, which cuts obliquely through the strip forms an angle A with the elongated side edge 16, which angle is given by the formula given is.
  • the cutting line lies within a strip-shaped region 26, which is indicated by cross-hatching in FIG. 1 and which has a width c * 2 mm, for example.
  • This width c is predetermined by the width of the cutting tool with which the strip is to be cut. With a narrower tool, c can also be 1 mm and below.
  • the width c is determined by the dimensions of the bores 12 and by their arrangement in a rectangular grid; it's through the formula given.
  • the bores 12 in the lamella 10 each have a collar 28 which is produced from the material of the sheet-like lamella 10 by means of a flange.
  • Each collar 28 stands vertically away from the lamella 10, with all the collars 28 pointing from the lamella 10 in the same direction. If the lamellae 10 have bores 12 with a collar 28, the diameter since the bores 12 consists of the clear inner diameter of the bore 12 and twice the wall thickness of the collar 28 surrounding the bore 12 (see FIG. 2).
  • H in FIG. 1 denotes the installation height of the heat exchanger device according to the invention, which, with the number of heat exchanger pipes 20 corresponding to the number of known heat exchanger devices, is smaller than the installation height of a known heat exchanger device of the generic type
  • Arrows "B" running in parallel denote the direction of flow of a fluid which exchanges its energy with the fluid flowing through the heat exchanger tubes 20.
  • the flow direction is aligned parallel to the base edges 18 of the lamella 10, which is oriented at least approximately horizontally in the normal use position of the heat exchanger.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscher-Einrichtung mit Wärmetauscher-Rohren und blechförmigen, Bohrungen aufweisenden Lamellen, deren Rand aus den Seitenkanten eines länglichen Bandes und aus das Band schräg neben den Bohrungen durchschneidenden, parallelen Grundkanten besteht, wobei sich die Wärmetauscher-Rohre durch die Bohrungen hindurch erstrecken, deren Durchmesser (da) dem Aussendurchmesser der Wärmetauscher-Rohre entspricht, und die in einem rechtwinkeligen Gitter angeordnet sind, dessen Längsgitterlinien zu den Seitenkanten des Randes parallel und dessen Quergitterlinien zu den Seitenkanten des Randes senkrecht verlaufen, wobei die Gitterlinien in den beiden zueinander senkrechten Gitterrichtungen konstante Teilungen s1, s2 aufweisen, und wobei benachbarte Quergitterlinien um eine halbe Teilung (s1/2) gegeneinander versetzt sind.
  • Derartige Wärmetauscher-Einrichtungen mit blechförmigen Lamellen, deren Rand aus den Seitenkanten eines Bandes und aus das Rechteck schräg neben den Bohrungen durchschneidenden, zueinander parallelen Grundkanten besteht, sind intern bei der Anmelderin bekannt. Bei der bekannten Wärmetauscher-Einrichtung ist der Winkel, den jede Grundkante mit dem Längsrand des Bandes einschliesst, durch den arc tg des Quotienten der Teilung der Quergitterlinien zur Teilung der Längsgitterlinien gegeben. Die das längliche Band schräg neben den Bohrungen durchschneidenden Grundkanten dienen dabei dazu, die Gesamthöhe des Wärmetauschers, die senkrecht zu den das Band schräg neben den Bohrungen durchschneidenden Grundkanten gemessen wird, zu reduzieren. Bei einer solchen Wärmetauscher-Einrichtung geht die versetzte Anordnung der Wärmetauscher-Rohre durch die Anordnung der das längliche Band schräg neben den Bohrungen durchschneidenden Grundkanten in eine fluchtende Anordnung über, wodurch sich eine Verringerung des Wärmewirkungsgrades der Wärmetauscher-Einrichtung ergibt.
  • Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscher-Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch eine geeignete Wahl der Schnitt durch das längliche Band derart möglich ist, dass die Einbauhöhe der Wärmetauscher-Einrichtung bei der Anzahl einer bakannten Wärmetauscher-Einrichtung entsprechender Anzahl Wärmetauscher-Rohre weiter reduziert ist und gleichzeitig benachbarte Wärmetauscher-Rohre zur Erhöhung des Wärmewirkungsgrades nicht miteinander fluchten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Grundkante mit der Seitenkante des Randes einen Winkel A einschliesst, der durch die Formel
    Figure imgb0001
    gegeben ist, und dass die Grundkante zwischen den Bohrungen in einem Bereich liegt, dessen Breite c durch die Formel
    Figure imgb0002
    gegeben ist, wobei der Durchmesser da und die Teilungen si, s2 miteinander in einer solchen Beziehung stehen, dass gilt:
    Figure imgb0003
  • Durch den wiederkehrenden Schnitt durch das Band entlang den Grundkanten entsprechend den zuletzt genannten Formeln wird der Vorteil erzielt, dass die Wärmetauscher-Rohre in Anströmrichtung gesehen nicht miteinander fluchten, sondern gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergibt sich ein vergleichsweise hoher thermischer Wirkungsgrad der Wärmetauscher-Einrichtung. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemässen Wärmetauscher-Einrichtung besteht darin, dass seine gesamte Einbauhöhe über der zum Rand schräg verlaufenden Grundkante bei einem entsprechenden Wärmewirkungsgrad kleiner ist als bei einer bekannten Wärmetauscher-Einrichtung der gattungsgemässen Art.
  • Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemässen Wärmetauscher-Einrichtung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch eine abschnittsweise dargestellte Wärmetauscher-Einrichtung und
    • Figur 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 11-11 aus Figur 1, wobei eine Lamelle und ein in der Lamelle gelagertes Wärmetauscher-Rohr nur abschnittsweise dargestellt sind.
  • Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines länglichen Bandes, aus dem blechförmige Lamellen 10 ausgeschnitten werden, die Bohrungen 12 aufweisen. Der Rand jeder blechförmigen Lamelle 10 besteht aus den länglichen Seitenkanten 16, die zueinander parallel verlaufen, und aus das Band schräg neben den Bohrungen 12 durchschneidenden Grundkanten 18.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, erstrecken sich die Wärmetauscher-Rohre 20 durch die Bohrungen 12 der blechförmigen Lamellen 10 hindurch, wobei in dieser Figur nur ein Wärmetauscher-Rohr 20 abschnittweise dargestellt ist. Der lichte Innendurchmesser der Bohrungen 12 in den blechförmigen Lamellen 10 entspricht dem Aussendurchmesser der Wärmetauscher-Rohre 20. Die Bohrungen 12 sind in der blechförmigen Lamelle 10 in einem rechtwinkeligen Gitter angeordnet, das in Figur 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Die Längsgitterlinien 22 bzw. die Quergitterlinien 24 weisen konstante Teilungen s2 bzw. si auf, wobei benachbarte Quergitterlinien 24 um eine halbe Teilung si/2 gegeneinander versetzt sind.
  • Bei der erfindungsgemässen Wärmetauscher-Einrichtung schliesst die das Band schräg durchschneidende Grundkante 18 mit der länglichen Seitenkante 16 einen Winkel A ein, der durch die Formel
    Figure imgb0004
    gegeben ist.
  • Die Schnittlinie liegt innerhalb eines streifenförmigen Bereiches 26, der in Figur 1 kreuzweise schraffiert angedeutet ist und der beispielsweise eine Breite c * 2 mm aufweist. Diese Breite c ist durch die Breite des Schneidwerkzeuges vorgegeben, mit dem das Band durchschnitten werden soll. Bei einem schmäleren Werkzeug kann c auch bei 1 mm und darunter liegen. Die Breite c wird durch die Abmessungen der Bohrungen 12 und durch deren Anordnung in einem rechtwinkeligen Gitter bestimmt; sie ist durch die Formel
    Figure imgb0005
    gegeben.
  • Wie aus Figur 2 deutlich ersichtlich ist, weisen die Bohrungen 12 in der Lamelle 10 je einen Kragen 28 auf, der aus dem Material der blechförmigen Lamelle 10 durch eine Bördelung hergestellt wird. Jeder Kragen 28 steht von der Lamelle 10 senkrecht weg, wobei alle Kragen 28 von der Lamelle 10 in die gleiche Richtung weisen. Wenn die Lamellen 10 Bohrungen 12 mit Kragen 28 aufweisen, so besteht der Durchmesser da der Bohrungen 12 aus dem lichten Innendurchmesser der Bohrung 12 und der doppelten Wanddicke des die Bohrung 12 umgebenden Kragens 28 (siehe Figur 2).
  • Mit "H" ist in Figur 1 die Einbauhöhe der erfindungsgemässen Wärmetauscher-Einrichtung bezeichnet, die bei quasi der Anzahl einer bekannten Wärmetauscher-Einrichtung entsprechender Anzahl Wärmetauscher-Rohre 20 kleiner ist als die Einbauhöhe einer bekannten Wärmetauscher-Einrichtung der gattungsgemässen Art. Durch die nebeneinander parallel verlaufenden Pfeile "B" ist die Anströmrichtung eines Fluides bezeichnet, das seine Energie mit dem die Wärmetauscher-Rohre 20 durchströmenden Fluid austauscht.
  • Wie aus Figur 1 deutlich ersichtlich ist, ist die Anströmrichtung zu den Grundkanten 18 der Lamelle 10 parallel ausgerichtet, die in der normalen Gebrauchsstellung des Wärmetauschers mindestens annähernd horizontal orientiert ist.

Claims (1)

  1. Wärmetauscher-Einrichtung mit Wärmetauscher-Rohren (20) und blechförmigen, Bohrungen (12) aufweisenden Lamellen (10), deren Rand aus den Seitenkanten (16) eines länglichen Bandes und aus das Band schräg neben den Bohrungen (12) durchschneidenden parallelen Grundkanten (18) besteht, wobei sich die Wärmetauscher-Rohre (20) durch die Bohrungen (12) hindurch erstrecken, deren Durchmesser (da) dem Aussendurchmesser der Wärmetauscher-Rohre (20) entspricht, und die in einem rechtwinkeligen Gitter angeordnet sind, dessen Längsgitterlinien (22) zu den Seitenkanten (16) des Randes parallel und dessen Quergitterlinien (24) zu den Seitenkanten (16) des Randes senkrecht verlaufen, wobei die Gitterlinien in den beiden zueinander senkrechten Gitterrichtungen konstante Teilungen (si, s2) aufweisen und wobei benachbarte Quergitterlinien (24) um eine halbe Teilung (s1/2) gegeneinander versetzt sind, wobei die Grundkante (18) mit der Seitenkante (16) des Randes einen Winkel (A) einschliesst, der durch die Formel
    Figure imgb0006
    gegeben ist,
    wobei die Grundkante (18) zwischen den Bohrungen (12) in einem Bereich (26) liegt, dessen Breite (c) durch die Formel
    Figure imgb0007
    gegeben ist und wobei der Durchmesser (da) und die Teilungen (si, S2) miteinander in einer solchen Beziehung stehen, dass gilt:
    Figure imgb0008
EP86110902A 1985-08-08 1986-08-07 Wärmetauscher-Einrichtung mit Wärmetauscher-Rohren und blechförmigen Lamellen Expired EP0213448B1 (de)

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EP0213448A1 EP0213448A1 (de) 1987-03-11
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