EP0225533B1 - Flächenwärmetauscher - Google Patents

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Publication number
EP0225533B1
EP0225533B1 EP86116238A EP86116238A EP0225533B1 EP 0225533 B1 EP0225533 B1 EP 0225533B1 EP 86116238 A EP86116238 A EP 86116238A EP 86116238 A EP86116238 A EP 86116238A EP 0225533 B1 EP0225533 B1 EP 0225533B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
plate
heat exchanger
slots
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP86116238A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0225533A1 (de
Inventor
Walter Kreuzer
Kurt Bubeck
Karl Heinz Dipl.-Ing. Staffa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP0225533A1 publication Critical patent/EP0225533A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0225533B1 publication Critical patent/EP0225533B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular 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
    • F28F1/14Tubular 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 longitudinally
    • F28F1/22Tubular 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 longitudinally the means having portions engaging further tubular elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/02Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/08Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of both metal tubes and sheet metal
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49366Sheet joined to sheet
    • Y10T29/49368Sheet joined to sheet with inserted tubes

Definitions

  • the invention relates to a surface heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object of designing a surface heat exchanger of this type in such a way that the manufacture does not require a welding or soldering process, but still ensures good heat transfer between the tube and the carrier plate.
  • This configuration creates continuous contact surfaces between the tube and the support plate on opposite outer sides of the tube, which ensure a heat transfer that is as good as that between the fins attached to a tube.
  • the production of the new surface heat exchanger does not require a welding, gluing or soldering process and can be carried out in a simple manner.
  • the heat transfer between the tube and plate can also be improved in that the width of the slots is selected to be somewhat smaller than the tube diameter. As a result, a certain deformation of the tubes and the slot edges occurs already when the tubes are positioned in the slots in the plate. If the pipes are provided with pinch folds, which each overlap the opposite cut edges, a stable positive connection is created in addition to the frictional connection between the pipe and the slots.
  • the new surface heat exchanger can be designed to be extremely stable and has excellent heat transfer properties.
  • the tube is formed in a serpentine shape with straight legs running parallel to one another, to keep only these legs in parallel slots within the plate, while - in addition to the connecting ends - the connecting bends of these legs also protrude cranked out of the plane of the plate and onto just rest on the plate. It has been shown that the resulting loss of heat-transfer contact surfaces is not so critical that the simplifications in production could not outweigh this. Above all, in this embodiment it is very simple to provide the pinch folds in the area of the parallel slots continuously on both sides of the plate, so that the tube in the area of its parallel legs not only on the end faces of the slot edges, but also on the slot via the pinch folds adjoining edge areas of the plate so that this significantly increases the heat transfer area here.
  • the slots can be interrupted by transverse webs, which are deformed when the tubes are inserted, or even previously in a semicircular manner, the tube then being provided with the pinch folds only on the side of the plate opposite the transverse webs.
  • Such a configuration can also be provided, for example, in the region of the connecting bends of the serpentine tube, so that it is not necessary to lead the connecting bends out of the plate plane in a cranked manner. Nevertheless, in this way, in the area of the connecting bends, there is no need to provide a pinch fold arrangement running on both sides, the manufacture of which is possible, but is not necessarily expedient in view of a later bending of the plate for adaptation to installation conditions.
  • the deformations can be applied along the tube only at points at intervals in succession, with adjacent deformations also being arranged alternately on one or the other side of the tube protruding from the plate plane.
  • This embodiment has the advantage that the tube can be fastened in this way largely independently of tolerance in the slot, even in the region of the connecting bends of serpentine tubes.
  • the slot can therefore also have a shape adapted to this snake shape.
  • a device according to the dependent claims 10 to 12 has proven to be particularly advantageous, with devices according to these features first of all positioning the pipe coil in the carrier plate and then also fastening it in a form-fitting manner.
  • Fig. 1 four parallel slots 3, 4, 5 and 6 are arranged in a plate 1, for example made of aluminum, each of which does not pass through to the edge 1a of the plate.
  • the slots 3 and 6 are formed somewhat longer than the slots 4 and 5.
  • the slots 3 and 6 each run on their left side up to the dashed line 20, from which the slots 4 and 5 also extend. On their right side, however, the slots 3 and 6 extend up to approximately the boundary line 22, while the slots 4 and 5 only extend up to the indicated boundary line 21.
  • the width b of the slots 3, 4, 5 and 6 in the illustrated embodiment is chosen to be somewhat smaller than the diameter d of the tube 2, which is only indicated in FIG. 7, so that, as shown in FIG. 2 emerges, the tube 2, which has received an oval shape before the pressing in of its straight legs into the slots 3, 4, 5 and 6, which is denoted by 2e in FIG. 2, is pressed into the slots and with its widest point is tight against the opposite slot edges 8.
  • the tube 2 is also in contact with these slot edges, which enables good heat transfer between the heat exchange medium which is later passed through the tube 2 and the adjacent plate 1.
  • the axis of the tube 2 in its position 2e runs in the central plane of the plate 1. In the following, it will be said for this arrangement that the tube lies in the plate plane.
  • the position 2e of the tube 2 is not the final shape for the form-fitting attachment of the tube 2 in the slots in the plate. Rather, in the exemplary embodiment, the pipe legs 2 ', 2 ", 2"' and 2 "" are continuously provided with deformation 7 from both sides of the plate, which in each case lead to continuous flattening on both sides of the pipe, but in the area of the slot edges 8 but pinch folds 9 generate, which engage around the slot edges 8 from both sides.
  • the tube thus squeezed sits positively and firmly in the plate 1.
  • the contact surfaces between plate 1 and tube 2 are much larger than the end faces of the slot edges 8 due to the pinch folds 9 and their contact surfaces on the plate 1, so that an excellent operation Heat transfer is possible.
  • a modified embodiment of a surface heat exchanger is shown, insofar as here, which is also possible in principle in the embodiment of FIG. 1, a single continuous slot adapted to the snake shape of the tube 2 is provided, which consists of the straight sections 3 ', 4' and the arcuate connecting these two slit parts 23.
  • the serpentine tube 2 with the exception of its connecting ends 2b, which protrude from the plane of the plate in a similar manner to FIG. 3, is inserted so that the coil lies in the plane of the plate.
  • the securing of the tube 2 in this position is carried out by transverse webs 10 which divide the slots 3 ', 23 and 4' and which are deformed semicircularly downwards before or when the tube 2 is inserted.
  • the deformation can also take place in such a way that the tube 2 reaches the region of the crosspieces 10 with a little more than half of its circumference, so that it is held firmly in this position due to the deformation occurring when it is inserted.
  • the top of the tube 2 can again be provided with deformations 7 in the form of a continuous flattening, so that the pinch folds 9 form, which rest on the plate 1 from the top.
  • connection ends 2b it is possible to fix the pipe bends 2d on the side facing away from the crosspieces 10 in that clamping tabs 24 are punched out of the plate 1 and partially placed over the circumference of the pipe in the region of the connecting bend 2d.
  • clamping tabs 24 are punched out of the plate 1 and partially placed over the circumference of the pipe in the region of the connecting bend 2d.
  • connection ends 2b A similar fixation is also conceivable for the connection ends 2b.
  • FIGS. 6 to 8 Another and extremely advantageous variant of a surface heat exchanger is shown in FIGS. 6 to 8.
  • the serpentine slot arranged within the plate 1 corresponds to the serpentine shape of the tube 2.
  • the slot is arranged exclusively within the plate and a peripheral edge 1a remains.
  • the connection ends 2b and 2c are also led out of the plate level in this embodiment, as shown in Fig. 3.
  • the connection ends 2b and 2c are secured here in the area of the edge 1a of the plate by riveted tabs 19.
  • the pipe 2 with the exception of its connecting ends 2b and 2c, which runs completely in the plate plane, is not provided in this exemplary embodiment with continuous pinches over the entire length of the tube, but only with pinches 7a provided at points, which, as shown in FIGS. 7 and 8 in individual can be seen, each arranged along the tube 2 at a distance from one another and are designed such that adjacent pinch points 7a with the resulting pinch folds 9 are each provided on opposite sides of the plate 1 on the tube 2, which thus inside with is alternately provided with constrictions protruding into the free cross section.
  • These alternating constrictions act on the flowing heat exchange medium in the manner of flow baffles, which excite the flowing medium to turbulence and therefore ensure the improvement of the heat transfer coefficient.
  • FIGS. 6 to 8 a device for producing a surface heat exchanger according to FIGS. 6 to 8 is shown schematically.
  • the device consists of two mutually movable blocks 13 and 14, between which the plate 1, previously provided with the punched-out slots, is inserted with the serpentine tube 2.
  • the serpentine tube 2 has not yet been brought into the position shown in FIG. 9.
  • the serpentine tube 2 is initially when the blocks 13 and 14 have moved apart above the plate level and only protrudes with a part of its respective circumference into the punched slots.
  • the blocks 13 and 14 each have recesses 15 at the location of the slots or at the location where the tubes 2 are pressed into the slots, which correspond to the course of the pipe coil and the course of the slots and have a cross section that is approximately corresponds to half the contour of the tube 2 to be used.
  • the recesses 15 therefore have a semicircular cross section. If the blocks 13 and 14 are therefore moved together until they abut the sheet metal 1, the round tube 2 is simultaneously pushed into the plate plane and, similarly as already described with reference to FIG. 1, between the diametrically opposite slot edges 8 jammed at its widest point.
  • holes 25 with punches 12 guided therein are provided along the recesses 15 at a corresponding distance, which can be acted upon from outside with a force in a manner not shown and can be pressed in the direction of tube 2.
  • Such stamps 12, as shown are provided both in the upper block 13, and - in a manner not shown - in the lower block 14, so that by pressing these stamps 12, as can be seen from FIGS. 6 to 8, punctiform Squeezes 7a can alternately be attached to the tube 2 on both sides.
  • the pinch points 7a are given different shapes. If, for example, a stamp 12 'with an end face 27 according to FIG.
  • pinch points 7a arise on the two tube sides, which roughly correspond to the appearance Fig. 12. If, however, a stamp 12 "is provided with a circular end face 30 which runs perpendicular to the cylindrical part 29, then pinch points 7a are formed which, viewed perpendicularly to the plate plane, have the appearance according to FIG. 13.
  • the pinch points 7a according to FIG. 13 result longer creases 9 "which can overlap the plate than in the example of FIG. 12, where the creases 9 'remain relatively short. However, the squeezing forces to be applied are lower in the example of FIG. 12. If necessary, the distance between the alternating pinch points can be chosen to be smaller than in the example according to FIG. 13 if the heat-transferring surface between the tube and the plate is to be kept as large as possible.
  • pinching instead of the type of fastening shown by pinching, a combination of such pinching and continuous pinching would of course also be possible, for example pinpointing in the area of the pipe bends and continuous pinching of the tube in the area of its straight legs.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flächenwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es sind Flächenwärmetauscher bekannt (DE-GM-8 304 603), bei denen mäanderförmig gebogene Rohrschlangen vorgesehen sind, die an Trägerblechen, die vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumknetlegierungen bestehen, dadurch befestigt werden, daß Krampen aus der Ebene der Trägerplatten herausgestanzt und um die Rohre herumgelegt sind. Die so an der Platte fixierten Rohre, die zur besseren Befestigung zweckmäßig einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen, können anschließend noch durch eine zweite Platte abgedeckt werden. Nachteilig ist bei diesen Bauarten, daß die Ösen und Haltekrampen eine Verletzungsgefahr beim Einbau eines solchen Flächenwärmetauschers darstellen, weshalb in der Regel auch die zweite Abdeckplatte vorgesehen werden muß, und daß die Wärmeübertragung zwischen Rohr und Platte wegen der verhältnismäßig geringen Kontaktflächen zwischen Krampen und Rohr nicht ausreichend ist.
  • Bekannt ist es auch, Flächenwärmetauscher dadurch herzustellen (DE-OS-3 308329). daß die Rohrschlange am Trägerblech angeklebt wird. Nachteilig ist auch hier der schlechte Wärmeübergang zwischen Rohrschlange und Piatte, weil der Klebstoff nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Nachteilig ist es auch, daß bei der Herstellung Rohrschlange und Trägerplatte während des Aushärtvorganges des Klebers miteinander verspannt bleiben müssen. Dies ist kostenintensiv und läßt eine Serienfertigung, bedingt durch die Aushärtzeit, nicht sinnvoll erscheinen. Außerdem ist eine solche Klebeverbindung für hoch beanspruchte Produkte, wie beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, nicht zuverlässig genug.
  • Es ist schließlich auch ein Flächenwärmetauscher der eingangs genannten Art bekannt (DE-PS-575 272), bei dem Rohre in Schlitze einer Trägerplatte eingeschweißt sind, und zwar so, daß die Kanten der Schlitze das Rohr an diametralen Stellen des Durchmessers berühren, so daß auf beiden Seiten der Trägerplatte jeweils die Hälfte des Rohrumfanges heraussteht oder so, daß auf einer Seite der Trägerplatte der größere Umfang und auf der anderen der kleinere Umfang des Rohres vorsteht. In beiden Fällen, in denen die Rohre an ihren Enden geschlossen sein sollen, kann zwar ein relativ guter Wärmeübergang von den Rohren an die Trägerplatte erreicht werden. Der Herstellungsvorgang ist aber wegen des notwendigen Schweiß- oder Lötvorganges noch relativ aufwendig.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flächenwärmetauscher dieser Art so auszubilden, daß man bei der Herstellung ohne Schweiß- oder Lötvorgang auskommt, daß aber dennoch ein guter Wärmeübergang zwischen Rohr und Trägerplatte gewährleistet bleibt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Flächenwärmetauscher der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
  • Durch diese Ausgestaltung werden an gegenüberliegenden Außenseiten des Rohres durchgehende Kontaktflächen zwischen Rohr und Trägerplatte geschaffen, die einen ähnlich guten Wärmeübergang gewährleisten, wie das zwischen den an ein Rohr angesetzten Rippen der Fall ist. Die Herstellung des neuen Flächenwärmetauschers erfordert jedoch weder einen Schweiß-, Kleb- oder Lötvorgang und läßt sich in einfacher Weise durchführen. Der Wärmeübergang zwischen Rohr und Platte läßt sich auch noch dadurch verbessern, daß die Breite der Schlitze etwas kleiner als der Rohrdurchmesser gewählt ist. Dadurch tritt schon beim Positionieren der Rohre in den Schlitzen der Platte eine gewisse Verformung der Rohre und der Schlitzkanten auf. Werden die Rohre mit Quetschfalten versehen, die jeweils die gegenüberliegenden Schnittkanten übergreifen, entsteht ein stabiler Formschluß zusätzlich zu dem Kraftschluß zwischen Rohr und Schlitzen. Der neue Flächenwärmetauscher kann außerordentlich stabil ausgestaltet werden und weist ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften auf.
  • Es ist zweckmäßig, die Schlitze zum Einsetzen des Rohres oder der Rohrschlange nicht bis zum Rand der Platte durchgehen zu lassen. In diesem Fall werden mindestens die beiden Anschlußenden des Rohres gekröpft auf der Ebene der Platte herausgeführt. Die Platte selbst kann daher stabil gehalten werden, weil sich die Schlitze zum Einsetzen des Rohres oder der Rohrschlange nur innerhalb der Plattenfläche befinden, so daß diese einen steifen umlaufenden Rand behalten kann.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn das Rohr schlangenförmig mit parallel zueinander verlaufenden geraden Schenkeln ausgebildet ist, nur diese Schenkel in parallelen Schlitzen innerhalb der Platte zu halten, während - neben den Anschlußenden - auch die Verbindungsbögen dieser Schenkel gekröpft aus der Ebene der Platte herausragen und auf der Platte nur aufliegen. Es hat sich gezeigt, daß der dadurch bedingte Verlust an wärmeübertragenden Kontaktflächen nicht so entscheidend ist, daß dadurch nicht die Vereinfachungen bei der Herstellung überwiegen könnten. Vor allem ist es bei dieser Ausführungsform sehr einfach, die Quetschfalten im Bereich der parallel verlaufenden Schlitze durchgehend beidseitig von der Platte vorzusehen, so daß das Rohr im Bereich seiner parallelen Schenkeln nicht nur an den Stirnseiten der Schlitzkanten, sonern über die Quetschfalten auch an den Schlitz angrenzenden Randbereichen der Platte anliegen, so daß dadurch hier der Wärmeübergangsbereich deutlich vergrößert ist.
  • Bei einer anderen Ausführungsform können die Schlitze durch Querstege unterbrochen sien, die biem Einsetzen der Rohre, oder auch schon vorher halbrund verformt werden, wobei dann das Rohr nur auf der den Querstegen gegenüberliegenden Seite der Platte mit dem Quetschfalten versehen wird. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise auch im Bereich der Verbindungsbögen des schlangenförmig gebogenen Rohres vorgesehen sein, so daß es nicht notwendig ist, die Verbindungsbögen aus der Plattenebene gekröpft herauszuführen. Trotzdem braucht auf diese Weise im Bereich der Verbindungsbögen keine beidseitig verlaufende Quetschfaltenanordnung vorgesehen zu werden, deren Herstellung zwar möglich, aber im Hinblick auf ein späteres Verbiegen der Platte zur Anpassung an Einbaugegebenheiten nicht unbedingt zweckmäßig ist.
  • Bei einer dritten Ausführungsform schließlich können die Verformungen nur punktweise in Abständen hintereinander längs des Rohres angebracht sein, wobei benachbarte Verformungen auch noch alternierend auf der einen oder auf der anderen aus der Plattenebene herausragenden Seite des Rohres angeordnet werden. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß die Befestigung des Rohres auf diese Weise weitgehend toleranzunabhängig in dem Schlitz erfolgen kann, und zwar auch im Bereich der Verbindungsbögen schlangenförmig gebogener Rohre. Bei dieser Art der Verformung eines Rohres in Schlangenform kann daher auch der Schlitz eine dieser Schlangenform angepaßte Form aufweisen.
  • Zur Herstellung des neuen Flächenwärmetauschers hat sich eine Einrichtung gemäß den abhängigen Ansprüchen 10 bis 12 als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei mit Vorrichtungen gemäß diesen Merkmalen jeweils zunächst die Rohrschlange in der Trägerplatte positioniert und anschließend auch formschlüssig befestigt werden kann.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die schematische Draufsicht auf einen Flächenwärmetauscher gemäß der Erfindung mit einem Rohr in Schlangenform,
    • Fig. 2 den Teilschnitt durch den Flächenwärmetauscher der Fig. 1 längs der Linie 11-11 in vergrößertem Maßstab,
    • Fig. 3 den Teilschnitt durch die Fig. 1 längs der Linie III-III, ebenfalls in vergrößertem Maßstab,
    • Fig. 4 die Teildraufsicht auf einen Flächenwärmetauscher gemäß der Erfindung, bei dem die Schlitze zum Einsetzen der Rohrschlangenteile durch Querstege unterteilt sind,
    • Fig. 5 den Teilschnitt durch den Wärmetauscher der Fig. 4 längs der Linie V-V,
    • Fig. 6 die Draufsicht auf einen Flächenwärmetauscher ähnlich der Fig. 1, jedoch mit einer nur punktweise in Schlitzen der Platte befestigten Rohrschlange,
    • Fig. 7 den Schnitt durch den Flächenwärmetauscher der Fig. 6 längs der Linie VII-VII,
    • Fig. 8 den Teilschnitt durch den Flächenwärmetauscher der Fig. 6 längs der Linie VIII-VIII,
    • Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Flächenwärmetauschers gemäß Fig. 6,
    • Fig. 10 die schematische Stirnansicht des bei der Vorrichtung der Fig. 9 verwendbaren Verformungsstempels,
    • Fig. 11 eine Stirnansicht gemäß Fig. 10, jedoch von einem Verformungsstempel mit einem anders ausgebildeten Stirnende,
    • Fig. 12 die Ansicht einer Verformungsstelle des Rohres des Flächenwärmetauschers der Fig. 6 in Richtung des Pfeiles XII der Fig. 8 gesehen, die bei Verwendung des Verformungsstempels der Fig. 10 entstanden ist und
    • Fig. 13 die Ansicht gemäß Fig. 12 einer Verformungsstelle eines Rohres, die jedoch unter Verwendung eines Verformungsstempels mit der Stirnseite der Fig. 11 hergestellt wurde.
  • In der Fig. 1 sind in einer, beispielsweise aus Aluminium bestehenden Platte 1 vier parallel zueinander verlaufende Schlitze 3, 4, 5 und 6 angeordnet, die jeweils nicht zum Rand 1a der Platte durchgehen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 3 und 6 etwas länger als die Schlitze 4 und 5 ausgebildet. Die Schlitze 3 und 6 verlaufen auf ihrer linken Seite jeweils bis zu der gestrichelt angedeuteten Grenzlinie 20, von der aus sich auch die Schlitze 4 und 5 erstrecken. Auf ihrer rechten Seite verlaufen die Schlitze 3 und 6 jedoch bis etwa zur Grenzlinie 22, während die Schlitze 4 und 5 nur bis zu der angedeuteten Grenzlinie 21 verlaufen.
  • In diese parallel zueinander verlaufenden Schlitze 3,4,5 und 6 sind jeweils die geraden Schenkel 2', 2", 2'" und 2"" eines in Schlangenform gebogenen Rohres 2 so eingesetzt, daß das Rohr 2 jeweils an diametral gegenüberliegenden Stellen seines Durchmessers zwischen den einander gegenüberliegenden Schlitzkanten 8 gehalten ist. Die beiden offenen Anschlußenden 2b, 2c sind gekröpft aus der Ebene der Platte 1 herausgeführt, wie das in der Fig. 3 anhand eines der Anschlußenden 2b dargestellt ist. Sollte bei bestimmten Rohrformen die Verbindung im Bogenbereich problematisch sein, was jedoch als Ausnahme angesehen wird, so können auch die Verbindungsbögen 2d zwischen den Schenkeln 2', 2" bzw. 2'" und 2"" aus der Plattenebene herausgeführt sein.
  • Die Breite b der Schlitze 3, 4, 5 und 6 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwas kleiner gewählt, als der - nur in Fig. 7 bezeichnete - Durchmesser d des Rohres 2, so daß, wie aus Fig. 2 hervorgeht, das Rohr 2, das vor dem Hereindrücken seiner geraden Schenkel in die Schlitze 3,4,5 und 6 eine ovale Form erhalten hat, die in Fig. 2 mit 2e bezeichnet ist, in die Schlitze hereingedrückt wird und mit seiner breitesten Stelle fest an den gegenüberliegenden Schlitzkanten 8 anliegt. Das Rohr 2 steht mit diesen Schlitzkanten auch in einem Kontakt, der eine gute Wärmeübertragung zwischen dem später durch das Rohr 2 geführten Wärmetauschmittel und der angrenzenden Platte 1 ermöglicht. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, verläuft die Achse des Rohres 2 in seiner Lage 2e in der Mittelebene der Platte 1. Im folgenden wird für diese Anordnung davon gesprochen, daß das Rohr in der Plattenebene liegt.
  • Wie aus Fig. 2 aber auch hervorgeht, ist die Lage 2e des Rohres 2 nicht die endgültige Form für die formschlüssige Befestigung des Rohres 2 in den Schlitzen der Platte. Vielmehr werden beim Ausführungsbeispiel die Rohrschenkel 2', 2", 2"' und 2"" von beiden Plattenseiten her durchgehend mit einer Verformung 7 versehen, die jeweils zu durchgehenden Abplattungen an beiden Seiten des Rohres führen, im Bereich der Schlitzkanten 8 aber Quetschfalten 9 erzeugen, die die Schlitzkanten 8 formschlüssig von beiden Seiten her umgreifen. Das so verquetschte Rohr sitzt daher formschlüssig und fest in der Platte 1. Die Kontaktflächen zwischen Platte 1 und Rohr 2 sind durch die Quetschfalten 9 und deren Anlageflächen an der Platte 1 wesentlich größer als die Stirnflächen der Schlitzkanten 8, so daß auch im Betrieb ein ausgezeichneter Wärmeübergang möglich ist. Natürlich wäre es auch möglich, die Verquetschung ausschließlich der geraden und parallel zueinander verlaufenden Rohrschenkel durchzuführen, weil diese sich leichter herstellen läßt. Während also bei dem in Fig. 1 dargestellten Flächenwärmetauscher die Rohrschenkel 2', 2", 2"' und 2"" in der Plattenebene liegen, sind die Verbindungsbögen 2d entweder nach oben oder nach unten aus dieser Plattenebene herausgeführt, so daß sie entweder auf der Seite der Anschlußenden 2b, 2c oder auf der entgegengesetzten Seite der Platte 1 liegen.
  • In der Fig. 4 und 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Flächenwärmetauschers gezeigt, insofern, als hier, was im Prinzip auch bei der Ausführung der Fig. 1 möglich ist, ein einziger durchgehender und der Schlangenform des Rohres 2 angepaßter Schlitz vorgesehen ist, der aus den geraden Teilstücken 3', 4' und den bogenförmig diese beiden verbindenden Schlitzteilen 23 besteht. In diesen durchgehenden Schlitz ist das schlangenförmig gebogene Rohr 2, mit Ausnahme seiner Anschlußenden 2b, die ähnlich Fig. 3 aus der Plattenebene nach außen abgekröpft vorstehen, so eingelegt, daß die Rohrschlange in der Plattenebene liegt. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 wird die Sicherung des Rohres 2 in dieser Lage durch Querstege 10 vorgenommen, die die Schlitze 3', 23 und 4' unterteilen und die vor oder beim Einsetzen des Rohres 2 halbkreisförmig nach unten verformt werden. Die Verformung kann auch so erfolgen, daß das Rohr 2 jeweils mit etwas mehr als der Hälfte seines Umfanges in den Bereich der Querstege 10 gelangt, so daß es fest in dieser Lage aufgrund der beim Einsetzen erfolgenden Verformung gehalten ist. Die Oberseite des Rohres 2 kann wieder mit Verformungen 7 in Form einer durchgehenden Abflachung versehen werden, so daß sich die Quetschfalten 9 bilden, die sich von der Oberseite her auf die Platte 1 auflegen. Zusätzlich ist es möglich, die Rohrbögen 2d nach der von den Querstegen 10 hin abgewandten Seite dadurch zu fixieren, daß Klemmlappen 24 aus der Platte 1 ausgestanzt und zum Teil über den Umfang des Rohres im Bereich des Verbindungsbogens 2d gelegt sind. Eine ähnliche Fixierung ist auch für die Anschlußenden 2b denkbar.
  • Eine weitere und außerordentlich vorteilhafte Variante eines Flächenwärmetauschers ist in den Fig. 6 bis 8 gezeigt. Hier entspricht, wie auch in Fig. 4, der innerhalb der Platte 1 angeordnete schlangenförmig verlaufende Schlitz der Schlangenform des Rohres 2. Auch in diesem Fall ist der Schlitz aber ausschließlich innerhalb der Platte angeordnet und es bleibt ein umlaufender Rand 1a bestehen. Die Anschlußenden 2b und 2c sind auch bei dieser Ausführungsform aus der Plattenebene herausgeführt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Anschlußenden 2b und 2c sind hier im Bereich des Randes 1a der Platte durch angenietete Laschen 19 gesichert. Das mit Ausnahme seiner Anschlußenden 2b und 2c im übrigen vollständig in der Plattenebene verlaufende Rohr 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel aber nicht mit über die gesamte Rohrlänge durchgehenden Verquetschungen versehen, sondern nur mit punktweise vorgesehenen Verquetschungen 7a, die, wie den Fig. 7 und 8 im einzelnen zu entnehmen ist, jeweils längs des Rohres 2 im Abstand zueinander angeordnet und so ausgebildet sind, daß jeweils benachbarte Quetschpunkte 7a mit den dadurch entstehenden Quetschfalten 9 jeweils von entgegengesetzten Seiten der Platte 1 aus am Rohr 2 vorgesehen werden, das somit in seinem Inneren mit alternierend in den freien Querschnitt hereinragenden Verengungen versehen ist. Diese alternierenden Verengungen wirken auf das durchströmende Wärmetauschmedium in der Art von Strömungsschikanen, die das durchströmende Medium zur Turbulenz anregen und daher für die Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten sorgen. Die alternierende Verquetschung durch die Quetschpunkte 7a reicht vollkommen aus, um eine sichere Befestigung des Rohres 2 über seine gesamte Länge in der Plattenebene zu bewirken. Vorteilhaft ist dabei, daß auch im Bereich der Verbindungsbögen 2d Quetschpunkte vorgesehen werden. Die innige Kontaktierung der Rohraußenwände mit den Schlitzkanten 8, die auch im Bereich der Rohrböden 2d vorliegt, sorgt für einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen Rohr und Platte 1.
  • In den Fig. 9 bis 11 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Flächenwärmetauschers gemäß den Fig. 6 bis 8 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus zwei gegeneinander bewegbaren Blöcken 13 und 14, zwischen die die vorher mit den ausgestanzten Schlitzen versehene Platte 1 mit dem schlangenförmigen Rohr 2 eingelegt wird. Dabei ist das schlangenförmige Rohr 2 noch nicht in die in der Fig. 9 dargestellte Lage gebracht. Das schlangenförmige Rohr 2 befindet sich zunächst bei auseinandergefahrenen Blöcken 13 und 14 oberhalb der Plattenebene und ragt nur mit einem Teil seines jeweiligen Umfanges in die eingestanzten Schlitze herein. Die Blöcke 13 und 14 besitzen jeweils an der Stelle der Schlitze bzw. an der Stelle, an der die Rohre 2 in die Schlitze hereingedrückt werden, Ausnehmungen 15, die dem Verlauf der Rohrschlange und dem Verlauf der Schlitze entsprechen und einen Querschnitt aufweisen, der etwa der halben Kontur des einzusetzenden Rohres 2 entspricht.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen die Ausnehmungen 15 daher halbkreisförmigen Querschnitt. Werden daher die Blöcke 13 und 14 zusammengefahren, bis sie an dem Blech 1 anliegen, so wird gleichzeitig damit auch das runde Rohr 2 in die Plattenebene hereingeschoben und, ähnlich wie schon anhand von Fig. 1 beschrieben, jeweils zwischen den diametral gegenüberliegenden Schlitzkanten 8 mit seiner breitesten Stelle verklemmt.
  • In den Blöcken 13 und 14 sind nun jeweils längs den Ausnehmungen 15 in entsprechendem Abstand verteilt Bohrungen 25 mit darin geführten Stempeln 12 vorgesehen, die in nicht näher dargestellter Weise von außen mit einer Kraft beaufschlagbar und in Richtung auf das Rohr 2 drückbar sind. Dabei sind solche Stempel 12, wie dargestellt, sowohl in dem oberen Block 13, als auch - in nicht dargestellter Weise - in dem unteren Block 14 vorgesehen, so daß durch Druckbeaufschlagung dieser Stempel 12, wie aus den Fig. 6 bis 8 ersichtlich, punktförmige Verquetschungen 7a jeweils alternierend beidseitig an dem Rohr 2 angebracht werden können. Je nach der Form der Stirnfläche 26 des Stempels 12 erhalten die Quetschpunkte 7a verschiedene Formen. Wird beispielsweise ein Stempel 12' mit einer Stirnfläche 27 gemäß Fig. 10 verwendet, die in etwa rechteckförmig ausgebildet ist und durch schräge Flächen 28 nach hinten in den zylinderförmigen Teil 29 übergeht, dann entstehen Quetschpunkte 7a an den beiden Rohrseiten, die etwa das Aussehen gemäß Fig. 12 haben. Wird jedoch ein Stempel 12" mit einer kreisförmigen Stirnfläche 30 vorgesehen, die senkrecht zu dem zylindrischen Teil 29 verläuft, dann entstehen Quetschpunkte 7a, die, senkrecht zur Plattenebene betrachtet, das Aussehen gemäß Fig. 13 haben. Die Quetschpunkte 7a gemäß Fig. 13 ergeben längere Quetschfalten 9", die die Platte übergreifen können, als beim Beispiel der Fig. 12, wo die Quetschfalten 9' verhältnismäßig kurz bleiben. Die aufzubringenden Quetschkräfte sind jedoch beim Beispiel der Fig. 12 geringer. Hier kann ggf. der Abstand der alternierenden Quetschpunkte kleiner als beim Beispiel nach Fig. 13 gewählt werden, wenn die wärmeübertragende Fläche zwischen Rohr und Platte möglichst groß gehalten werden soll.
  • Anstelle der gezeigten Befestigungsart durch punktuelle Verquetschung, wäre natürlich auch eine Kombination zwischen einer solchen punktuellen Verquetschung und einer durchgehenden Verquetschung möglich, wobei zum Beispiel die punktuelle Verquetschung im Bereich der Rohrbögen und die durchgehende Verquetschung des Rohres im Bereich seiner geraden Schenkel erfolgen könnte.

Claims (12)

1. Flächenwärmetauscher, bestehend aus einer Platte (1) aus wärmeleitendem Material und aus mindestens einem mit dieser verbundenen Rohr, insbesondere in Mäanderform, das von einem Wärmetauschmittel durchströmt ist, wobei die Platte mit Schlitzen (3, 4, 5, 6,23) versehen ist, deren Breite dem Durchmesser des Rohres (2) angepaßt und in welche das Rohr eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) jeweils an diametral gegenüberliegenden Stellen seines Durchmessers (d) zwischen einander gegenüberliegenden Kanten (8) der Schlitze (3, 4, 5, 6, 23) gehalten ist und auf beiden Seiten der Platte (1) quer zu seiner Längsachse Verformungen (7) mit Quetschfalten (9) aufweist, die die Kanten (8) der Schlitze formschlüssig von beiden Seiten her umgreifen.
2. Flächenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der Schlitze (3, 4, 5, 6, 23) etwas kleiner als der Durchmesser (d) des Rohres (2) ist.
3. Flächenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (3,4, 5, 6) nicht bis zum Rand (1a) der Platte (1) durchgehen und daß das Rohr (2) mindestens mit seinen beiden Anschlußenden (2b, 2c) gekröpft aus der Ebene der Platte (1) herausgeführt ist.
4. Flächenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) schlangenförmig mit parallel zueinander verlaufenden geraden Schenkeln (2', 2", 2"', 2"") ausgebildet ist und daß nur die Schenkel in parallelen Schlitzen (3,4, 5, 6) gehalten sind, während die Verbindungsbögen (2d) gekröpft aus der Ebene der Platte (1) herausgeführt sind.
5. Flächenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschfalten (9) im Bereich der Schlitze (3, 4, 5, 6) durchgehend beidseitig der Platte (1) vorgesehen sind.
6. Flächenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (3) durch Querstege (10) unterbrochen sind, die bei Einsetzen der Rohre (2) halbrund verformt werden, und daß das Rohr nur auf der den Querstegen (10) gegenüberliegenden Seite der Platte (1) mit Quetschfalten (9) versehen ist.
7. Flächenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen (7) punktweise in Abständen hintereinander längs des Rohres (2) angebracht sind.
8. Flächenwärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Verformungen (7) alternierend auf der einen oder auf der anderen, aus der Plattenebene herausragenden Seite des Rohres (2) angeordnet sind.
9. Flächenwärmetauscher nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) schlangenförmig gebogen und ein der Schlangenform des Rohres angepaßter Schlitz (3, 4,5,6,23) vorgesehen ist, in dem auch die Rohrbögen (2d) etwa bündig zur Plattenebene aufgenommen sind.
10. Vorrichtung zur Herstellung eines Flächenwärmetauschers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halterung (11) für die Platte (1) und durch mindestens einen gegenüber der Halterung beweglichen Stempel (12) zum Positionieren und zum Verformen des Rohres (2).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus zwei gegenüberliegenden, bewegbaren Blöcken (13, 14) besteht, von denen mindestens einer mit einer der Rohrform angepaßten Vertiefung (15) versehen ist, der dem Stempel (12) gegenüberliegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Blöcke (13,14) mit den Vertiefungen (15) versehen ist und daß längs dieser Vertiefungen und quer dazu beweglich in jedem der Blöcke mehrere Stempel (12) zum punktweise Verformen des Rohres (2) geführt sind, von denen die den gegenüberliegenden Blöcken zugeordneten Stempel jeweils untereinander in Richtung der Vertiefungen versetzt zueinander angeordnet sind.
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