DE3521378A1

DE3521378A1 - Heat exchangers in the form of finned tubes

Info

Publication number: DE3521378A1
Application number: DE19853521378
Authority: DE
Inventors: Walfried Dipl.-Ing. 5400 Koblenz Dost
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-14
Filing date: 1985-06-14
Publication date: 1986-12-18

Abstract

The invention relates to heat exchangers in the form of finned tubes or gilled tubes, the gills of which are, by means of appropriate shaping and/or additional clamping elements, connected to the tubes over a large area and so firmly that a particularly high heat transfer is ensured.

Description

Betrifft: Wärmetauscher in Form von RippenrohrenSubject: Heat exchangers in the form of finned tubes

Eine wesentliche Aufgabe bei der Konstruktion von Wärmetauschern in Form von Rippenrohren besteht darin, die Verbindung Rohr/Rippen so auszubilden, dass ein moglichst guter Wärmeübergang von Rohr als Wärmeträger zu den Rippen stattfindet. Gelöst ist diese Aufgabe in den Ellen, in denen diese Verbindung durch Schweissen und Löten hergestellt werden kann.An essential task in the construction of heat exchangers in The form of finned tubes consists in forming the tube / fins connection in such a way that that the best possible heat transfer takes place from the pipe as a heat transfer medium to the fins. This task is solved in the ells, in which this connection is made by welding and soldering can be made.

Als Werkstoff für die Rippen eignen sich Aluminium und Kupfer wegen ihrer besonders guten Wärmeleitfähigkeit. Aus Kostengründen wird Kupfer jedoch nur in besonderen Pollen verwendet. Bleibt also unter Berücksichtigung aller Randbedingungen in erster Linie Aluminium als Werkstoff fiir die Rippen.Aluminum and copper are suitable as the material for the ribs their particularly good thermal conductivity. However, for cost reasons, copper is only used in special pollen. So it remains under consideration of all boundary conditions primarily aluminum as the material for the ribs.

Hier treten die Erobleme auf: Aluminium liest sich nur mit Aluminium verschweissen. Löten scheidet wegen des aufwendigen Verfahrens und erhöhter Korresionsgefahr aus Kostengriinden aus.This is where the problems arise: aluminum only reads with aluminum weld. Soldering is eliminated because of the complex process and the increased risk of corrosion for reasons of cost.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine mechanische Verbindung zwischen Rohr und Rippen herzustellen, deren besondere Vorzüge einmal im hohen Wärmeübergang zum anderen im geringen Fertigungsaufwand zu suchen sind.The invention has set itself the task of a mechanical connection between tube and ribs, their particular advantages in the high heat transfer on the other hand are to be sought in the low manufacturing effort.

Bekannte Ausführungsformen zur Verbindung von Rohr und Rippen bei unterschiedlichen Werkstoffen haben entweder einen ungenügenden Wärmeübergang oder erfordern einen unverhältnismässig hohen Fertigungsaufwand.Known embodiments for the connection of tube and ribs different materials either have insufficient heat transfer or require a disproportionately high manufacturing effort.

Für die zwei im wesentlichen angewendeten Ausführungen 1.) Rippen längs zum Rohr und 2.) hippen quer zum Rohr bietet die Erfindung einige Lösungen an, die im folgenden besprochen werden.For the two main designs used 1.) Ribs along the pipe and 2.) hip transversely to the pipe, the invention offers some solutions which are discussed below.

1.) Rippen längs zum Rohr.1.) Ribs along the pipe.

Das Grundprinzip der folgenden Ausführungsbeispiele --eht auf eine an sich bekannte federnde Rast zurück, als Druckknopf oder Clips bekannt.The basic principle of the following exemplary embodiments - is based on a known resilient detent back, known as a push button or clips.

Fig. 1 stellt eine solche Verbindung dar. Die vorgeformte Rippe (2) umfasst das Rohr (1) etwa zu 2/3 seines Umfanges durch Eigenspannung; bei einem angenommenen Aussendurchmesser des Rohres entspricht die etwa einer Lange von 20 mm. In diesem grossen Bereich liegt die Rippe (9) teilweise direkt am Rohr (1) an oder es besteht ein sehr diinner Luftspalt zwischen Rippe und Rohr in der Grössenordnung von bis zu 0,2 mm.Fig. 1 shows such a connection. The preformed rib (2) the tube (1) comprises about 2/3 of its circumference due to internal stress; at a The assumed outside diameter of the pipe corresponds approximately to a length of 20 mm. In this large area, the rib (9) is partially in direct contact with the tube (1) or there is a very thin air gap between the fin and tube of the order of magnitude of up to 0.2 mm.

Eine Solche dünne Luftschicht hat praktisch keine isolierende Wirkung mehr. so dass in diesem Bereich ein guter Wärmeübergang durch Leitung und Strahlung stattfindet.Such a thin layer of air has practically no insulating effect more. so that in this area there is good heat transfer through conduction and radiation takes place.

Fig. 2 zeigt die vorgeformte Rippe, die zur Verbindung mit dem Rohr einfach auf dieses gedrückt wird und dabei einrastet, so dass sie die in Fig. 3 dargestellte Form annimmt. Auf diese Weise entsteht in der Rippe eine das Rohr umfassende Spannung, de eine gute verbindung zwischen Rohr und Rippe herstellt.Fig. 2 shows the preformed rib used for connection with the tube is simply pressed onto it and clicks into place so that it fits into the Fig. 3 assumes the form shown. This creates a that in the rib Tube comprehensive tension that creates a good connection between the tube and the fin.

Die hierbei möglichen Spannungen sind natürlich durch die Rippenstärke stark begrenzt. die üblicherweise zwischen 0,9 und 0.5 mm liegt.The possible stresses are of course due to the rib thickness severely limited. which is usually between 0.9 and 0.5 mm.

Eine wesentliche Erhöhung der fir das feste Umschliessen des Rohres erforderlichen Spannung ist durch eine zusätzliche Ringfeder (,) in Fig. 5 vorgesehen. Ihr Innendurchmesser in gespanntem Zustand ist gleich dem Aussendurchmesser der Rippe.A substantial increase in the need to firmly enclose the pipe required tension is provided by an additional ring spring (,) in Fig. 5. Its inside diameter when clamped is equal to the outside diameter of the Rib.

Fig. 5 beschreibt die nach dem Prinzip der federnden hast beste Verbindung zwischen Rippe und Rohr. Mierbei ist eine Ringfeder (3) vorgesehen. deren Innendurchmesser grösser ist als der Ausendurchmesser der Rippe (2). Auf diese Weise liegt die Feder (3) nur mit ihren tragenden Kanten aui der Rippe auf und erzeugt eine starke tangentiale Spannung in der Rippe (2), die für einen guten Wärmeübergang durch enge Verbindung zwischen Rohr und Rippe sorgt. Hat die Feder pro mm Länge eine Schliesskraft von nur 40 N, so etsteht bei z.B. 500 mm Rohr- bzw. Rippenlänge eine Kraft von 20 000 N, mit der die Rippe fest um das Rohr gezogen ist.Fig. 5 describes the best connection according to the principle of the resilient connection between rib and tube. A ring spring (3) is also provided. their inner diameter is larger than the outer diameter of the rib (2). This is how the spring lies (3) only with their load-bearing edges on the rib and creates a strong tangential Tension in the rib (2), which allows for good heat transfer through close connection between the tube and the rib. Does the spring have a closing force of only 40 N, so there is a force of 20,000 with a pipe or rib length of 500 mm, for example N, with which the rib is pulled tightly around the pipe.

Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Beispielen zeigt Fig. 6 eine vorgeformte Rippe. deren freie Schenkel so ausgebildet sind. dass sie nur in eine Richtung weisen. Wird sie, wie in kig. 7 dargestellt, über die Rast (3) geschlossen, entsteht eine gute. weil grossflächige Verbindung zwischen Rippe (2) und Rohr (1). Natiirlich besteht auch hier die Möglichkeit, zusätzlich eine Ringfeder nach Fig. 4 oder 5 anzuordnen.In contrast to the examples described so far, FIG. 6 shows a preformed rib. their free Legs are designed. that they only point in one direction. Will she, like in kig. 7 shown, about the rest (3) closed, creates a good one. because there is a large connection between the rib (2) and tube (1). Of course, there is also the option of adding a Ring spring according to Fig. 4 or 5 to be arranged.

In Fig. 8 ist die Rippe (2) nicht einstückig sondern zweiteilig ausgeführt, wie an dem Freiraum (4) erkennbar ist. Natürlich ist hier nur eine Ringfeder nach ie. 4 vorgesehen.In Fig. 8 the rib (2) is not made in one piece but in two parts, as can be seen from the free space (4). Of course, there is only one ring feather after here ie. 4 provided.

Sollen an einem Rohr (1) zwei Lamellen (2) befestigt erden ist das Rohr erfindungsgemäß etwa so geformt wie ig. 9 zeigt. die Rippen sind dabei ähnlich vorgeformt wie in den schon aufgezeigten Beispielen, so dass mit der Ringfeder (3) prinzipiell die gleiche Verbindung zwischen Rohr (1) und Lamellen (?) hergestellt ist, wie sie kig. 4 und 5 zeigen.If two fins (2) are to be attached to a pipe (1), that is According to the invention, tube shaped roughly as ig. 9 shows. the ribs are similar preformed as in the examples already shown, so that the ring spring (3) basically the same connection between pipe (1) and fins (?) is established is how they kig. 4 and 5 show.

Am Beispiel Fig. 9 ist ausserdem die Formgebung der Rippen (2) im Bereich (d) dargestellt, die fiir alle Wärmetauscher vorgesehen ist, bei denen Rippen an zwei und mehr Rohren befestigt sind.The example of FIG. 9 also shows the shape of the ribs (2) in the Area (d) is shown, which is provided for all heat exchangers in which fins are attached to two or more pipes.

Mit dieser oder einer ähnlichen Formgebung im Bereich (4) ist eine Mbglichkeit geschaffen, mit deren Hilfe fertigungsbedingte Toleranzen und thermisch verursachte Längenänderungen in den Rippen aufgenommen werden können und somit keine negativen huswirkungen auf die Spannungen innerhalb der federnden Rasten möglich sind.With this or a similar shape in the area (4) is a Possibility created with the help of manufacturing-related tolerances and thermal Changes in length caused in the ribs can be absorbed and thus none negative effects on the tension within the resilient notches are possible are.

2.Y Rippen quer zum Rohr.2.Y ribs across the pipe.

Nach dem Stand der Technik werden Rippen quer zu Rohr so geformt, wie dies in Fig. 10 vergrössert dargestellt ist. Die Rippe (2) mit ihrem Bund (3) umschliesst das Rohr (1). Dieser Bund dient einmal der Vergrösserung der Berührungsfläche zwischen Rohr und Rippe, zum anderen fixiert er den Abstand zwischen je zwei Rippen. Üblich sind Blechstärken von 0;- mm für die Rippen. Der Bund (3) wird durch den Ziehvorgang etwas geschwächt. hat also noch etwa 0,2 mm Stärke. Zum festen Sitz der Rippen auf dem Rohr wird das Rohr seit einiger Zeit hydraulisch aufgeweitet.According to the state of the art, ribs are formed across the tube in such a way that as shown enlarged in FIG. The rib (2) with its collar (3) surrounds the tube (1). This covenant serves to enlarge the contact area between tube and rib, on the other hand it fixes the distance between two ribs. Sheet thicknesses of 0 mm for the ribs are common. The federal government (3) is through the Pulling process somewhat weakened. So it still has a thickness of about 0.2 mm. For a secure fit the ribs on the pipe, the pipe has been expanded hydraulically for some time.

Eine feste Verbindung mit gutem Wärmeübergang von Rohr zu Rippe ist bei dieser konstruktiven Ausbildung nicht zu erwarten, da der relativ schwache Bund nfolge seiner geringen Belaatbarkei beim Aufweiten des Rohres plastisch nachgibt.There is a solid connection with good heat transfer from tube to fin Not to be expected in this constructive training, as the relatively weak covenant Due to its low loading capacity, it yields plastically when the pipe is expanded.

Nach der Erfindung soll auch diese Verbindung mit dem Ziel eines wesentlich besseren Wärmeüberganges verbessert werden.According to the invention, this connection is also intended to be essential with the aim of one thing better heat transfer can be improved.

Fig. 11 beschreibt folgende Ausführungsform: Die Rippen (2) sind in Form und GrsFse des Rohrdurchmessers (1) gelocht. Zwischen den Rippen sind Ringe (3) angeordnet, deren Werkstoff eine wesentlich höhere Festigkeit aufweist als der der Rippen. Als Abschluss ist an beiden Enden des Rippenpaketes je ein grösserer Ring (d) vorgesehen, der ebenfalls aus einem : erkstoff höherer Festigkeit gefertigt ist. Zur Fertigmontage wird das gesamte Rippenpaket achsial zusammengedrückt und gleichzeitig das Rohr aufgeweitet. Werden Werkstoffe und Abmasse annähernd nach Fig. 11 eingehalten.Fig. 11 describes the following embodiment: The ribs (2) are in Shape and size of the pipe diameter (1) perforated. There are rings between the ribs (3) arranged, the material has a much higher strength than the of the ribs. As a conclusion, there is a larger one at both ends of the set of ribs Ring (d) is provided, which is also made of a higher strength material is. For final assembly, the entire set of ribs is axially compressed and at the same time the pipe expanded. The materials and dimensions are approximate Fig. 11 complied with.

entstehen Zuspannungen von mehr als 1 000 N in den Ringen, die au, diese Weise für eine feste Umfassung des Rohres durch die Rippe sorgen und damit einen hohen Wärmeübergang sicherstellen.tensions of more than 1,000 N arise in the rings, which in this way ensure that the tube is firmly surrounded by the rib and thus ensure a high heat transfer.

In Fig. 12 ist eine weitere Möglichkeit für die Verbindung zwischen Rohr und Rippe dargestellt.In Fig. 12 is another possibility for the connection between Tube and rib shown.

Zwischen den gelochten Rippen (.2) sind Ringe (3) auf das Rohr (1) geschoben. Die Breite der Ringe (3) ist dabei grösser gewählt als der endgültige Abstand zwischen je zwei Rippen (2). Die vorgesehene Festigkeit der RInge ist kleiner als die der Rippen. Wird ein solches Rippenpaket in einem geeigneten Werkzeug achsial auf den vorgegebenen Abstand zwischen je zwei Rippen zusammengedrückt. sind dadurch die Ringe (3) so verformt wie in Fig. 12b dargestellt ist. Unter dem Einfluss der horizontalen Verdichtung entsteht eine vertikale Ausdehnung des Ringes, die nach innen zu einer festen Verbindung mit dem Rohr führt. das übrige Material fliesst radial nach aussen.Between the perforated ribs (.2) are rings (3) on the tube (1) pushed. The width of the rings (3) is chosen to be larger than the final one Distance between every two ribs (2). The intended strength of the ring is smaller than that of the ribs. If such a set of ribs becomes axially in a suitable tool pressed together to the specified distance between each two ribs. are thereby the rings (3) deformed as shown in Fig. 12b. Under the influence of horizontal compression creates a vertical expansion of the ring, which after leads inside to a permanent connection with the pipe. the rest of the material flows radially outwards.

Selbstverständlich sind auch hierbei Endringe (4) gemaß Fig. 11 vorgesehen.Of course, end rings (4) as shown in FIG. 11 are also provided here.

Die Ausführungsform gemäß 13a und 13b benötigt keine zusätzlichen Teile. Die Rippen (2) sind hierbei mit einem Rund (3) versehen. an dem zwei unterschiedliche Durchmesser angeordnet sind. Wie weiterhin aus Fig. 13b ersichtlich ist. ist nur im Bereich von d3 eine Verbindung zwischen hohr und Rippe vorgesehen. Die Rippen (2) sind auf dem Rohr (1) koachsial ineinander gedrückt. Beim Aufweiten des Rohres (1) vergrössert sich der Innendurchmesser d3 und mit ihm der Aussendurchmesser dl. Pur diesen Vorgang ist der Innendurchmesser d2 vorgesehen, der eine Vergrösserung von dl und damit auch d3 begrenzt und somit die Verbindung von d3 mit dem Rohr verstärkt.The embodiment according to FIGS. 13a and 13b does not require any additional ones Parts. The ribs (2) are provided with a round (3). on which two different Diameter are arranged. As can also be seen from FIG. 13b. is only in the area of d3 a connection between the ear and the rib is provided. Ribs (2) are pressed coaxially into one another on the tube (1). When expanding the pipe (1) increases the inside diameter d3 and with it the outside diameter dl. The internal diameter d2, which is an increase, is provided for this process limited by dl and thus also d3, thus strengthening the connection between d3 and the pipe.

Fig. 14 zeigt ein letztes Beispiel für eine erfindungsgemässe Ausbildung der Verbindung Rohr/Rippe.14 shows a final example of an embodiment according to the invention the pipe / rib connection.

Die hippen (9) sind nach dem Stand der Technik mit einem Bund versehen. dessen Innendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser des Rohres (1) ist. auf dem Bund sind Ringe (3) angeordnet. Gemäss der Erfindung ist für Rohr (1) und Rippen (2) ein Werkstoff geringerer.The hip (9) are provided with a collar according to the state of the art. whose inside diameter is equal to the outside diameter of the pipe (1). on the Rings (3) are arranged in the collar. According to the invention is for tube (1) and ribs (2) a material lesser.

für die Ringe (3) ein solcher hoher Festigkeit vorgesehen.such a high strength is provided for the rings (3).

Ahnlich wie in kig. 11 treten bei dieser Ausführung tangentiale Spannungen von mehr als 1 000 N in den Ringen auf, wenn das Rohr aufgeweitet wird. Auch auf diese Weise ist eine sehr feste Verbindung zwischen Rohr und Rippe erreicht und damit ein guter Wärmeübergang sichergestellt.Similar to kig. 11 tangential stresses occur in this embodiment of more than 1,000 N in the rings when the pipe is expanded. On too in this way a very firm connection between tube and rib is achieved and this ensures good heat transfer.

- L e e r s e i t e -- L e r s e i t e -

Claims

A n p r ü c h e 1.) Heat exchangers in form of ribs (or lamellas) Pipes with longitudinally arranged ribs to the pipes and mechanical connection between Tube and ribs, characterized in that for connecting tube and ribs a known feaender detent is provided. (ig. 1-9) 2.) Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tension required for the detent after the ribs have been preformed when the ribs close the detent is self-generated. (Fig.

1-3, 6 and 7).

3.) Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized. that the tension required to close the detent can also be sprung backwards (3 Fig. 4 and 5) is reinforced, the inner diameter of which in either the clamped state is equal to the outer diameter of the ribs (3 Fig. 4) or larger than this (3 Fig. 5).

4.) Heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in sec. that the ribs like Pig. 6 are preformed.

)) hermetauscher according to claim 1. 2 and 4, characterized in that that the rib preformed according to FIG. 6 according to FIG. 7 is closed for a resilient detent is.

6.) Heat exchanger according to claim 1, 4 and 5, characterized. that even with the embodiment according to FIG. 7 additional annular springs (3) according to FIG. 4 or 5 are arranged.

7.) Heat exchanger according to claim 1-5, characterized in that the ribs (2) according to FIG. 9 in the area (4) approximately corresponding to the shape shown are trained. which caused manufacturing-related tolerances and internal mixing Changes in the length of the ribs without any influence on the tensions in the resilient notches are.

8.) Heat exchangers in the form of finned tubes with transverse to the tubes arranged ribs and mechanical connection between the pipe and hips through it characterized in that, according to FIG. 11, arranged between the hip (2) rings (3) are.

9.) Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the The material for the rings is of greater strength than that of the ribs.

10.) Heat exchanger according to claims 8 and 9, characterized. that during the final assembly of the entire set of ribs, this is done simultaneously with the expansion of the pipe is axially compressed.

11). Heat exchanger according to claims 8-10, characterized. that 11 2 larger end rings (d) of high strength to stabilize the whole Ribbed packet are arranged.

12.) Heat exchanger according to claim 8, characterized. that according to Fig. 12a rings (3) made of a softer material than that of the ribs are arranged.

13.) Heat exchanger according to claim 8 and 12, characterized. that the width of these rings (3) is greater than the intended hip proximity.

14.) Heat exchanger according to claim 8. 12 and 13, characterized in that that during final assembly a deformation due to axial pressure on the rib package the rings is provided up to the specified rib spacing.

15.) Heat exchanger according to claim 8. 12-14, characterized. that also here as in Eig. 11 end rings (4) are arranged.

16.) Heat exchangers in the form of finned tubes with transverse to the tubes arranged ribs. in which a collar is arranged for connection to the pipes is characterized. that rings (3) placed on the collar of the ribs are provided.

(Fig. 14) 17.) Heat exchanger according to claim 16, characterized in that that the width of the rings is equal to the given rib spacing. (Fig. 14) 18.) Heat exchanger according to Claims 16 and 17, characterized in that it is z. that these rings (3) are made of high-strength material, the large surface pressures when expanding the pipe allow between tube and fins. which ensure a high heat transfer.

19.) Heat exchanger according to claim 16, characterized. that on Collar (3) diameter dl required for final assembly. d2 and d3 provided are. where the inner diameter d3 is equal to the pipe outer diameter and d1. the outside diameter belonging to d3 is equal to the inside diameter d2. (Fig. 13 a) 20.) Heat exchanger according to claim 16 and 19 characterized. that the Ribs (2) according to FIG. 13d on the tube (1) are pushed coaxially into one another. (Fig. 13 b) 21.) Heat exchanger according to claim 19 and 20, characterized. that the ribs are only connected to the tube in the area of d3.

22.) Heat exchanger according to claim 19-21, characterized in that with dimensioning according to the invention, the diameter dl. d2 and d3 when expanding the Rohres an enlargement of d3 and thus also of dl limited by d2 and thereby a firm connection between the tube (1) and the ribs (2) is ensured.