EP2390610B1 - Lamellenwärmeübertrager - Google Patents

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EP2390610B1
EP2390610B1 EP11004235.5A EP11004235A EP2390610B1 EP 2390610 B1 EP2390610 B1 EP 2390610B1 EP 11004235 A EP11004235 A EP 11004235A EP 2390610 B1 EP2390610 B1 EP 2390610B1
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EP
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lamella
pipe element
elements
lamella elements
heat exchanger
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EP11004235.5A
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Belal Dr. Dawoud
Andreas Bornmann
Peter Höfle
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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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
    • F28D1/0477—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 being bent in a serpentine or zig-zag
    • 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
    • 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
    • F28F1/34—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 obliquely
    • F28F1/36—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 obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a lamellar heat exchanger according to the preamble of patent claim 1.
  • a lamellar heat exchanger produced by a method of the type mentioned is according to the EP 1 098 156 A1 known.
  • This consists of a heat transfer medium leading tube member which is formed by a plurality in Rohrhauptachscardi successively arranged fin elements enclosed.
  • the term "pipe main axis direction" is to be understood here (and here) as the direction along the pipe axis.
  • the pipe element is integrally formed and has in Rohrhauptachscardi at least one of the lamellar elements exempted curvature.
  • the invention has the object to improve a method for producing a lamella heat exchanger of the type mentioned.
  • the tubular element is first completely provided with lamellar elements and then at the point at which the curvature is to be provided, the lamellar elements are removed again.
  • the lamellar elements are rolled out either directly from the tubular element or from a basic body enclosing the tubular element. After the rolling of the lamellar elements, a part of the lamellar elements is removed, for example, by machining from the tube element, so that this "exposed" in this area to the outside and can be bent accordingly well.
  • the additional base body of the fin heat exchanger consists of a first, inner tube member, over which a second, outer tube member is pushed.
  • This second, the main body forming tubular element is subjected to a rolling process to produce the lamellar elements, so that then there is a fin heat exchanger, in which the rolled out of the main body lamellar elements, the inner tube member are formed enclosing.
  • the proviso according to the invention can furthermore be realized particularly well in that the inner tube element is made of steel, preferably stainless steel, while the outer tube element forming the main body consists of a softer material, such as aluminum.
  • the rolling process can be provided to lead a mandrel for wall support in the interior of the first tubular element in the region of the current, outer rolling point.
  • the proviso according to the invention is particularly well possible in the case of a construction consisting of two pipe elements or a pipe element and a base body, while additionally providing the option of forming a lamellar heat exchanger which consists of a series of "meandering" arranged subsections is formed. This will be explained again in detail below.
  • the one in the only one FIG. 1 lamellar heat exchanger shown consists, as already described, from a (usually liquid [for example water]) heat transfer medium leading tubular element 1, arranged in a row in Rohrhauptachscardi one behind the other, of a generally gaseous heat transfer medium (for example, air) lamella elements 2 is formed enclosed.
  • the tubular element 1 is preferably made of steel, in particular stainless steel.
  • tubular element 1 is formed in one piece and in Rohrhauptachscardi at least one of the lamellar elements 2 exempt curvature 3 has.
  • the lamellar elements 2 are rolled out of a basic body enclosing the tubular element 1, in particular made of aluminum.
  • FIG. 1 shows this rolled state.
  • the base body is also typically designed as a tubular element and is designed as such pushed onto the inner tubular element 1. So that the inner tubular element 1 is not deformed or damaged during rolling of the main body, a counter-holding mandrel is guided (as explained) in the tubular element 1 in this step, which can absorb the rolling force and distribute it evenly.
  • the lamella elements 2 rolled out of the basic body are frictionally connected to the tubular element 1.
  • a further fixation, for example by soldering or gluing, is advantageously not required.
  • FIG. 1 preferably provided that the lamellar elements 2 in Rohrhauptachsplatz have a helical course.
  • the tubular element 1 is integrally formed and in Rohrhauptachsutter a body-body-curvature 3 has.
  • the base body is removed again (for example by machining) at at least one point, so that an exposed (or freed) area is created, which can then be curved.
  • the tubular element 1 is formed on both sides of the body-removed curvature 3 each provided with lamellar elements 2.
  • the curvature 3 of the tubular element 1 comprises an arc of 180 °.
  • at least two, provided with lamellar elements 2 fin areas 4, 5 are provided, between which the curvature 3 is arranged and which are arranged to extend parallel to each other.
  • the lamellar heat exchanger is formed from a multiplicity of lamellar regions 4, 5 arranged meander-shaped relative to one another, with curvatures 3 provided therebetween for the body body provided therebetween.
  • a gap width between the slat regions 4, 5 corresponds approximately to a distance between the lamellar elements 2.
  • a flat heat exchanger with a very large surface area which can be increased even further, if one arranges several of these two-dimensional structure one behind the other and in this way forms a three-dimensional heat exchanger.
  • a particular advantage of this solution as a whole is that the individual fin areas 4, 5 are connected directly via the curvature 3, without requiring, for example, an additional welding operation (connecting the tubular elements of the individual fin areas).
  • This welding process is to a certain extent replaced by the exposure or release of the curvature 3, but with the advantage that there can be practically no (for example sweat-related) leaks in this transition region.
  • the fin heat exchanger produced according to the invention is used in a so-called vacuum sorption device.
  • This is exemplified on the DE 10 2008 006 420 B3 and the sorber mentioned there, wherein accordingly provided according to the invention that the lamellar elements 2 with a sorbent, preferably zeolite, provided, preferably coated, are (see the DE 10 2008 050 926 A1 ).
  • a sorber is easy to produce and has a very good efficiency.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lamellenwärmeübertragers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Lamellenwärmeübertrager hergestellt mithilfe eines Verfahrens der eingangs genannten Art ist nach der EP 1 098 156 A1 bekannt. Dieser besteht aus einem ein Wärmeträgermedium führenden Rohrelement, das von einer Vielzahl in Rohrhauptachsrichtung hintereinander angeordneten Lamellenelementen umschlossen ausgebildet ist. Unter "Rohrhauptachsrichtung" ist dabei (hier und im Folgenden) die Richtung entlang der Rohrachse zu verstehen. Dabei ist das Rohrelement einstückig ausgebildet und weist in Rohrhauptachsrichtung mindestens eine von den Lamellenelementen freigestellte Krümmung auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lamellenwärmeübertragers der eingangs genannten Art zu verbessern.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Herstellung eines Lamellenwärmeübertragers der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass das Rohrelement zunächst vollständig mit Lamellenelementen versehen wird und dann an der Stelle, an der die Krümmung vorgesehen werden soll, die Lamellenelemente wieder entfernt werden.
  • Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Lamellenelemente wahlweise direkt aus dem Rohrelement oder aus einem das Rohrelement umschließenden Grundkörper herausgewalzt werden. Nach dem Walzen der Lamellenelemente wird ein Teil der Lamellenelemente zum Beispiel durch spanende Bearbeitung vom Rohrelement entfernt, so dass dieses in diesem Bereich nach außen "freiliegt" und dementsprechend gut gebogen werden kann.
  • Bei der bevorzugten Lösung mit dem zusätzlichen Grundkörper besteht der Lamellenwärmeübertrager dabei aus einem ersten, inneren Rohrelement, über das ein zweites, äußeres Rohrelement geschoben ist. Dieses zweite, den Grundkörper bildende Rohrelement wird zur Erzeugung der Lamellenelemente einem Walzprozess unterworfen, so dass dann ein Lamellenwärmeübertrager vorliegt, bei dem die aus dem Grundkörper herausgewalzten Lamellenelemente das innere Rohrelement umschließend ausgebildet sind.
  • Die erfindungsgemäße Maßgabe lässt sich ferner besonders gut dadurch realisieren, dass das innere Rohrelement aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, gebildet wird, während das äußere, den Grundkörper bildende Rohrelement aus einem weicheren Material, wie zum Beispiel Aluminium, besteht. Beim Walzprozess kann dabei vorgesehen sein, im Inneren des ersten Rohrelements im Bereich der aktuellen, äußeren Walzstelle einen Dorn zur Wandunterstützung zu führen.
  • Wie weiterhin ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Maßgabe besonders gut bei einer Konstruktion aus zwei Rohrelementen bzw. einem Rohrelement und einem Grundkörper möglich, wobei sie darüber hinaus die Option schafft, einen Lamellenwärmeübertrager zu bilden, der aus einer Reihe von "mäanderförmig" angeordneten Teilabschnitten gebildet wird. Dies wird weiter unten nochmals ausführlich erläutert.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf die DE 82 13 891 U1 hingewiesen. Aus dieser ist es zwar prinzipiell bekannt, Lamellenelemente aus einem Rohrelement herauszuwalzen, nicht offenbart oder angedacht ist aber die Lösung, gemäß der ein inneres und ein äußeres Rohrelement verwendet werden. Dabei ist die hier beschriebene Lösung zum Beispiel wegen möglicher Weise korrosiver Strömungsmedien vorteilhaft gegenüber der "Einrohrlösung", da zwar nach wie vor ein vergleichsweise weiches Material für die Lamellenelemente, aber ein entsprechend geeignetes Material für das innendurchströmte Rohr selbst verwendet werden kann.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lamellenwärmeübertragers ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen
  • Abschließend wird noch auf die weiter abliegende DE 10 2007 039 078 A1 hingewiesen.
  • Der erfindungsgemäß hergestellte Lamellenwärmeübertrager einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß hergestellten Lamellenwärmeübertragers mit sechs Lamellenbereichen und fünf grundkörperbefreiten Krümmungen.
  • Der in der einzigen Figur 1 dargestellte Lamellenwärmeübertrager besteht, wie bereits beschrieben, aus einem ein (in der Regel flüssiges [zum Beispiel Wasser]) Wärmeträgermedium führendes Rohrelement 1, das von einer Vielzahl in Rohrhauptachsrichtung hintereinander angeordneten, von einem in der Regel gasförmigen Wärmeträgermedium (zum Beispiel Luft) umströmten Lamellenelementen 2 umschlossen ausgebildet ist. Das Rohrelement 1 wird dabei bevorzugt aus Stahl, insbesondere Edelstahl, gebildet.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass das Rohrelement 1 einstückig ausgebildet ist und in Rohrhauptachsrichtung mindestens eine von den Lamellenelementen 2 freigestellte Krümmung 3 aufweist.
  • Weiterhin ist bevorzugt (aber nicht zwingend) vorgesehen, dass die Lamellenelemente 2 aus einem das Rohrelement 1 umschließenden, insbesondere aus Aluminium gebildeten Grundkörper herausgewalzt werden. Figur 1 zeigt diesen gewalzten Zustand.
  • Nicht dargestellt ist der Zustand vor dem Walzen, bei dem der Grundkörper typischer Weise ebenfalls als Rohrelement ausgebildet und als solcher auf das innere Rohrelement 1 aufgeschoben ausgebildet ist. Damit das innere Rohrelement 1 beim Walzen des Grundkörpers nicht verformt bzw. beschädigt wird, wird (wie erläutert) im Rohrelement 1 bei diesem Arbeitsschritt ein Gegenhaltedorn geführt, der die Walzkraft aufnehmen und gleichmäßig verteilen kann.
  • Nach dem Walzen sind die aus dem Grundkörper gewalzten Lamellenelemente 2 kraftschlüssig mit dem Rohrelement 1 verbunden. Eine weitere Fixierung, beispielsweise durch Löten oder Kleben, ist vorteilhafter Weise nicht erforderlich.
  • Weiterhin ist, wie aus Figur 1 ersichtlich, bevorzugt vorgesehen, dass die Lamellenelemente 2 in Rohrhauptachsrichtung einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen.
  • Bei Verwendung des Grundkörpers ist ferner vorgesehen darin, dass das Rohrelement 1 einstückig ausgebildet ist und in Rohrhauptachsrichtung eine grundkörperbefreite Krümmung 3 aufweist. Es wird also erfindungsgemäß nach der Herstellung eines geradlinigen Lamellenwärmeübertragerstücks an mindestens einer Stelle der Grundkörper wieder entfernt (zum Beispiel durch spanende Bearbeitung), so dass ein freigelegter (bzw. freigestellter) Bereich entsteht, der dann gekrümmt werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass das Rohrelement 1 beidseitig der grundkörperbefreiten Krümmung 3 jeweils mit Lamellenelementen 2 versehen ausgebildet ist.
  • Mit nochmaligem Verweis auf Figur 1 ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Krümmung 3 des Rohrelements 1 einen Bogen von 180° umfasst. Außerdem sind mindestens zwei, mit Lamellenelementen 2 versehene Lamellenbereiche 4, 5 vorgesehen, zwischen denen die Krümmung 3 angeordnet wird und die zueinander parallel verlaufend angeordnet werden. Noch weiter präzisiert ist vorgesehen, dass der Lamellenwärmeübertrager aus einer Vielzahl von mäanderförmig zueinander angeordneten Lamellenbereichen 4, 5 mit dazwischen vorgesehenen grundkörperbefreiten Krümmungen 3 gebildet wird. Dabei entspricht eine Spaltbreite zwischen den Lamellenbereichen 4, 5 etwa einem Abstand zwischen den Lamellenelementen 2. Auf diese Weise entsteht ein flächiger Wärmeübertrager mit einer sehr großen Oberfläche, die noch weiter gesteigert werden kann, wenn man mehrere dieser flächigen Gebilde hintereinander anordnet und auf diese Weise einen dreidimensionalen Wärmetauscher bildet.
  • Wie ersichtlich, besteht ein besonderer Vorteil dieser Lösung insgesamt darin, dass die einzelnen Lamellenbereiche 4, 5 direkt über die Krümmung 3 verbunden sind, ohne dass es zum Beispiel eines zusätzlichen Schweißvorgangs (Verbinden der Rohrelemente der einzelnen Lamellenbereiche) bedarf. Dieser Schweißvorgang wird gewissermaßen durch das Freilegen bzw. Freistellen der Krümmung 3 ersetzt, verbunden aber mit dem Vorteil, dass es praktisch nicht zu (zum Beispiel schweißbedingten) Undichtigkeiten in diesem Übergangsbereich kommen kann.
  • Schließlich ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäß hergestellte Lamellenwärmeübertrager in einer so genannten Vakuum-Sorptionsvorrichtung verwendet wird. Hierzu wird exemplarisch auf die DE 10 2008 006 420 B3 und den dort genannten Sorber verwiesen, wobei dementsprechend erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Lamellenelemente 2 mit einem Sorptionsmittel, vorzugsweise Zeolith, versehen, vorzugsweise beschichtet, werden (siehe hierzu die DE 10 2008 050 926 A1 ). Ein solcher Sorber lässt sich leicht herstellen und hat einen sehr guten Wirkungsgrad.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohrelement
    2
    Lamellenelement
    3
    Krümmung
    4
    Lamellenbereich
    5
    Lamellenbereich

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Lamellenwärmeübertragers, umfassend ein ein Wärmeträgermedium führendes Rohrelement (1), das von einer Vielzahl in Rohrhauptachsrichtung hintereinander angeordneten Lamellenelementen (2) umschlossen ausgebildet ist, wobei das Rohrelement (1) einstückig ausgebildet ist und in Rohrhauptachsrichtung mindestens eine von den Lamellenelementen (2) freigestellte Krümmung (3) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rohrelement (1) zunächst vollständig mit Lamellenelementen (2) versehen wird und dann an der Stelle, an der die Krümmung (3) vorgesehen werden soll, die Lamellenelemente (2) wieder entfernt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lamellenelemente (2) wahlweise aus dem Rohrelement (1) oder aus einem das Rohrelement (1) umschließenden Grundkörper herausgewalzt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rohrelement (1) beidseitig der freigestellten Krümmung (3) jeweils mit Lamellenelementen (2) versehen ausgebildet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei, mit Lamellenelementen (2) versehene Lamellenbereiche (4, 5) vorgesehen sind, zwischen denen die Krümmung (3) angeordnet wird und die zueinander parallel verlaufend angeordnet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Lamellenwärmeübertrager aus einer Vielzahl von mäanderförmig zueinander angeordneten Lamellenbereichen (4, 5) mit dazwischen vorgesehenen freigestellten Krümmungen (3) gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lamellenelemente (2) mit einem Sorptionsmittel, vorzugsweise Zeolith, versehen, vorzugsweise beschichtet, werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lamellenelemente (2) in Rohrhauptachsrichtung einen schraubenlinienförmigen Verlauf aufweisen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aus dem Grundkörper gewalzten Lamellenelemente (2) kraftschlüssig mit dem Rohrelement (1) verbunden sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rohrelement (1) aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, gebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper aus Aluminium gebildet wird.
EP11004235.5A 2010-05-27 2011-05-23 Lamellenwärmeübertrager Not-in-force EP2390610B1 (de)

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