DE8117144U1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
WärmetauscherHeat exchanger
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, in welchem die am Wärmetausch teilnehmenden Fluide in jeweils j einem einzigen Rohr im Gleich- oder Gegenstrom geführt sind.The invention relates to a heat exchanger in which the fluids participating in the heat exchange in each j are guided in a single pipe in cocurrent or countercurrent.
Um eine gute Wirkung zu erreichen, sollten in einem Wärmetauscher die Flächenabschnitte, durch die hindurch die Wärmeübertragung von einem zum anderen Fluid stattfindet, so gross als möglich bemessen sein. Bei gegebenen Durchflussvolumen der am Wärmetausch teilnehmenden Fluide und bei gegebener struktureller Ausbildung der Rohre zwecks Erhöhung der wärmeübertragenden Fläche, beispielsweise Rippen, bedeutet diese Forderung, dass je grosser die gesamte Wärmetauschfläche ist desto grosser der vom jeweiligen Wärmetauscher üblicherweise eingenommene Raum ist. Da die Fluide in einem Wärmtauscher üblicherweise in langgestreckten Bauteilen beispielsweise Rohren, geführt sind, weisen solche Wärmetauscher nicht nur einen grossen Raumbedarf auf, sondern eine z.B. zylindrische Form, welche insbesondere bei kleinen Anlagen eine unverhaltnismässig grossen Raumbedarf bedeutet.In order to achieve a good effect, the surface sections through which the Heat transfer from one fluid to the other takes place, be dimensioned as large as possible. For a given flow volume of the fluids participating in the heat exchange and, given the structural design of the tubes, for the purpose of increase the heat-transferring surface, for example ribs, this requirement means that the larger the total heat-exchange surface the greater the space usually occupied by the respective heat exchanger. Because the fluids are usually guided in elongated components, for example pipes, in a heat exchanger, have such Heat exchangers not only take up a large amount of space, but also have a cylindrical shape, for example, which is particularly important for small systems mean a disproportionately large amount of space.
Um diesen Nachteil zu beheben, sind verschiedene Ausbildungen bekannt, die bei gegebener Wärmetauschfläche und gegebenem Durchflussvolumen einen verhältnismässig kleinen Raum beanspruchen. Beispielsweise sind sogenannte Koaxial-Kondensatoren und -Verdampfer bekannt. Diese weisen koaxial zueinander verlaufende Rohre auf, welche wendel- bzw. schraubenlinienförmig angeordnet sind. Zur Herstellung dieser Wärmetauscher wird ein erstes Rohr in ein zweites hineingeschoben, so dass eine koaxiale Anordnung vorliegt und danach werden diese Rohre zur Wendel gebogen.In order to remedy this disadvantage, various designs are known which, with a given heat exchange surface and a given flow volume a relatively take up small space. For example, so-called coaxial capacitors and evaporators are known. These wise Coaxially extending tubes which are arranged helically or helically. For the production of this heat exchanger, a first tube is pushed into a second, so that a coaxial arrangement is present and then these tubes are bent into a helix.
AMS/sti -1- 41 795 bAMS / sti -1- 41 795 b
1.6.19811.6.1981
Der Nachteil dieser Ausbildung ist jedoch, dass das innere Rohr mit seinem Aussenmantel an den Innenmantel des äusseren Rohres zu liegen kommt, welches zur Folge hat, dass an der linsenförmigen Berührungsstelle der zwei Rohre eine starke Beeinträchtigung des Wärmeüberganges von dem einen zum anderen Fluid stattfindet.The disadvantage of this training, however, is that the interior Tube with its outer jacket on the inner jacket of the outer one Tube comes to rest, which has the consequence that at the lens-shaped contact point of the two tubes severe impairment of the heat transfer from one fluid to the other takes place.
Ziel der Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu beheben und einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei gegebenem Durchflussvolumen und gegebener, gesamter Wärmetauschfläche einen kleinen Raum einnimmt.The aim of the invention is to remedy the above-mentioned disadvantages and to provide a heat exchanger that in given flow volume and given total heat exchange area takes up a small space.
Der erfxndungsgemässe Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Rohre entlang ihrer gesamten Länge flächig aneinander anliegen und in nebeneinander gelegenen Windungen angeordnet sind, wobei der Durchmesser jeder Windung von dem ihrer benachbarten Windungen verschieden ist.The heat exchanger according to the invention is characterized in that the respective tubes along their entire length Length lie flat against one another and are arranged in adjacent turns, the diameter each turn is different from that of its neighboring turns.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines solchen Wärmetauschers, bei welchem die Rohre entlang ihrer gesamten Länge miteinander verlötet sind, werden die jeweiligen Fluid führenden Rohre parallel zueinander verlaufend nebeneinander angeordnet, darauf zwischen den nebeneinanderliegenden Rohren ein bandförmiges Lötmittel angeordnet, und nachfolgend die Rohre mit dem dazwischen gelegenen Lötmittel in Windungen gelegt und in dieser Form derart zusammengehalten, dass die Rohre und das Lötmittel aneinander anliegen und schliesslich werden nachfolgend die Rohre und das Lötmittel in ein Induktionsbad getaucht, um eine Verlötung der Rohre zu erzeugen.In a method of manufacturing such a heat exchanger, in which the tubes along their entire Length are soldered to one another, the respective fluid-carrying pipes are parallel to one another and next to one another arranged, a band-shaped solder arranged thereon between the adjacent tubes, and then the tubes with the solder in between are laid in turns and held together in this form, that the tubes and the solder are in contact with each other and finally the tubes are subsequently and immersing the solder in an induction bath to create a soldering of the tubes.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example.
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Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Wärmetauscher mit spiralförmig verlaufenden Rohren,Fig. 1 is a plan view of a heat exchanger with spirally extending tubes,
Fig. 2 einen Schnitt durch den in der Fig. 1 gezeigten Wärmetauscher,FIG. 2 shows a section through the heat exchanger shown in FIG. 1,
Fig. 3 einen Schnitt gleich dem der Fig. 2, wobei jedoch die Querschnittsform der Rohre ein Dreieck ist, Fig. 4 eine weitere Querschnittform von Rohren, Fig. 5 eine noch weitere Querschnittform von Rohren,3 shows a section similar to that of FIG. 2, but the cross-sectional shape of the tubes being a triangle, FIG. 4 shows a further cross-sectional shape of pipes, FIG. 5 shows a still further cross-sectional shape of pipes,
Fig. 6 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher, dessen Rohre einen hohlen Kreiskegel beschreiben,6 shows a section through a heat exchanger, the tubes of which describe a hollow circular cone,
Fig. 7 eine Aufsicht auf eine weitere Grundrissform eines Wärmetauschers,7 shows a plan view of a further plan shape of a heat exchanger,
Fig. 8 den Grundriss einer noch weiteren Ausbildungsform des Wärmetauschers, und8 shows the plan view of yet another embodiment of the heat exchanger, and
Fig. 9 einen Schnitt durch einen hohlzylindrischen Wärmetauscher.9 shows a section through a hollow cylindrical heat exchanger.
Der Wärmetauscher nach Fig. 1 weist ein erstes Rohr 1 und ein zweites Rohr 2 auf. Das erste Rohr 1 weist einen Eintritt bzw. Austritt 3 und einen Austritt bzw. Eintritt " 5 auf. Das zweite Rohr 2 weist einen Eintritt bzw. Austritt 4 und einen Austritt bzw. Eintritt 6 auf. Die diesen Wärmetauscher durchströmenden Fluide strömen offensichtlich im Gleich- oder Gegenstrom, abhängig von den jeweiligen technischen Gegebenheiten. Die zwei Rohre 1,2 liegen eng aneinander und sind spiralförmig in Windungen gelegt. Dabei liegt die von den Rohren beschriebene Spirale, d.h. die zwei Spiralen, in einer ebenen Fläche. Dadurch, dass diese Ausbildungsform als praktisch zweidimensional angesehen werden kann, weil die dritte Dimension lediglich vonThe heat exchanger according to FIG. 1 has a first tube 1 and a second tube 2. The first tube 1 has a Inlet or outlet 3 and an outlet or inlet ″ 5. The second tube 2 has an inlet or outlet 4 and an outlet or inlet 6. The this heat exchanger Fluids flowing through flow obviously in cocurrent or countercurrent, depending on the respective technical conditions. The two tubes 1, 2 lie close to one another and are laid in a spiral shape in turns. Included the spiral described by the tubes, i.e. the two spirals, lies in a flat surface. As a result of that this form of training can be viewed as practically two-dimensional, because the third dimension is only from
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der Rohrdicke abhängig ist, nimmt dieser Wärmetauscher einen verhältnismässig kleinen Raum ein.depends on the pipe thickness, this heat exchanger takes up a relatively small space.
Im Gegensatz zu bekannten Ausbildungen weisen die Rohre jedoch keine kreisförmige Querschnittsform auf. Demgemäss ist in der Fig. 2 eine Ausführung mit Rohren quadratischer Querschnittsform gezeigt. Diese, in der erwähnten Spiralform angeordneten Rohre mit quadratischer Querschnittsform, liegen mit Seitenwänden aneinander an. Zur Erreichung einer guten Wärmeübertragung sind die Rohre miteinander verlötet. Entsprechend ist zwischen den Seitenwänden der Rohre ein Lötmittel, ein Lotmetall 7 angeordnet. Offensichtlich gibt die Verlötung dem Wärmetauscher auch die notwendige mechanische Festigkeit.In contrast to known designs, however, the tubes do not have a circular cross-sectional shape. Accordingly FIG. 2 shows an embodiment with tubes of square cross-sectional shape. This, in the mentioned Tubes with a square cross-sectional shape, arranged in a spiral shape, lie against one another with their side walls. To achieve The tubes are soldered together to ensure good heat transfer. Correspondingly, the is between the side walls Tubes a solder, a solder metal 7 arranged. Obviously, the soldering gives the heat exchanger that too necessary mechanical strength.
Die Herstellung des Wärmetauschers wird folgendermassen durchgeführt. Zuerst werden die Rohre 1,2 in ihrer ursprünglichen, geradlinig verlaufenden Form parallel nebeneinander gelegt. Zwischen diesen Rohren wird ein bandförmiges Lötmittel, ein bandförmiges Lotmetall eingefügt, derart, dass die in der Fig. 2 gezeigte Anordnung vorliegt, wobei jedoch im Schnitt nur zwei Rohre vorhanden sind. Danach werden die Rohre und das Lötmittel an beispielsweise einem Ende miteinander punktförmig verbunden. Darauf werden die Rohre 1,2 mit dem dazwischen gelegenen Lötmittel 7 in Windungen gelegt, so dass sie die in Fig. 1 gezeigte Formgebung annehmen. Danach werden Rohre 1,2 mit dem Lötmittel 7 durch mindestens eine weitere punktförmige Verbindung in der gewundenen Stellung fixiert. Darauf wird die ganze Anordnung in ein Induktionsbad getaucht. Darin schmilzt das Lötmittel, so dass ein Verlöten der Rohre 1,2 entlang ihrerThe manufacture of the heat exchanger is as follows carried out. First, the tubes 1, 2 are parallel to one another in their original, straight-line shape placed. A band-shaped solder, a band-shaped solder metal, is inserted between these tubes, in such a way that the arrangement shown in FIG. 2 is present, but only two tubes being present in section. Thereafter the tubes and the solder are connected to one another at points, for example at one end. Be on it the tubes 1, 2 laid in turns with the solder 7 in between, so that they have the shape shown in FIG. 1 accept. After that, pipes 1, 2 are connected to the solder 7 by at least one further point connection in fixed in the twisted position. The entire arrangement is then immersed in an induction bath. That is where it melts Solder so that a soldering of the tubes 1,2 along their
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gesamten Längsausdehnung stattfindet und somit ist der Wärmetauscher hergestellt.entire longitudinal expansion takes place and thus is the Heat exchanger manufactured.
Die Rohre 1,2 müssen nicht unbedingt die in der Fig. 2 gezeigte, quadratische Querschnittsform aufweisen. In der Fig. 3 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher die Rohre in einer dreieckigen Querschnittsform vorliegen, wobei wieder das Lötmittel zwischen den aneinander anliegenden Seitenwänden der Rohre angeordnet ist. Auch diese Ausführung nach der Fig. 3 ist eine raumsparende Ausbildung. The tubes 1, 2 do not necessarily have to have the square cross-sectional shape shown in FIG. In Fig. 3 an embodiment is shown in which the tubes are in a triangular cross-sectional shape, wherein again the solder is arranged between the abutting side walls of the tubes. These too The embodiment according to FIG. 3 is a space-saving design.
Zur Erhöhung der Wärmetauschfläche, d.h. derjenigen Flächen der Rohre, durch welche der Wärmeübergang stattfindet, sind diese Wände gemäss einer weiteren Ausführung strukturiert ausgebildet. In der Fig. 4 ist eine solche Ausbildung gezeigt. Dabei ist die Querschnittsfläche des ersten Rohres 1 von der Querschnittfläche des zweiten Rohres 2 verschieden. Beispielsweise ist das erste Rohr 1 von einem dampfförmigen Fluid und das zweite Rohr 2 von Wasser durchströmt, eine Anwendung, die beispielsweise in Wärmepumpenanlagen vorhanden ist. Aneinander anliegende Seitenwände der Rohre 1,2 weisen aufeinanderfolgende Senkungen 9 und Vorsprünge 8 auf. Diese zahnförmigen Ausbildungen kämmen miteinander, so dass das Flächenmass der Wärmedurchtritts fläche erhöht ist. Im Gegensatz zu den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen sind hier die Rohre nicht miteinander verlötet. Bei dieser Ausbildungsform liegen die Rohre lediglich unter Ausübung eines gegenseitigen Druckes eng aneinander. Auch muss bemerkt werden, dass die Rohrseiten 10 und 11, durch die kein Wärmetausch erfolgt, dennoch am Wärmetausch teilnehmen. Da die RohreTo increase the heat exchange area, i.e. those areas of the pipes through which the heat transfer takes place, these walls are structured according to a further embodiment. In Fig. 4 is such Training shown. The cross-sectional area of the first tube 1 is the same as the cross-sectional area of the second tube 2 different. For example, the first tube 1 is made of a vaporous fluid and the second tube 2 is made of water flows through, an application that is present, for example, in heat pump systems. Adjoining side walls of the tubes 1, 2 have successive depressions 9 and 8 projections. These tooth-shaped trainings comb with each other so that the areal measure of the heat penetration area is increased. In contrast to the embodiments shown in FIGS. 2 and 3, the tubes are here not soldered together. In this embodiment, the pipes are only with mutual exercise Print close together. It must also be noted that the tube sides 10 and 11, through which no heat exchange takes place, but still participate in the heat exchange. As the pipes
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offensichtlich aus einem gut wärmeleitendem Material hergestellt sind, erfolgt auch eine Wärmeübertragung bei den Wänden 10, 11 durch das jeweilige Metall.are obviously made of a material that conducts heat well, heat is also transferred to the Walls 10, 11 by the respective metal.
Bei der Ausführung nach der Fig. 5 weisen die Rohre 1,2 wieder dieselbe Querschnittsfläche auf und sind wieder mit einem Lötmittel 7 miteinander verbunden. Der Unterschied zur Ausführung der Fig. 4 ist hier der, dass beide Seitenwände der Rohre 1,2, durch welche die Wärmeübertragung stattfindet, ein vergrössertes Flächenmass aufweisen, wobei hier die Wände einfach wellenförmig ausgebildet sind, wobei die jeweiligen Wellentäler und Wellenberge ineinander eingreifen.In the embodiment according to FIG. 5, the tubes 1, 2 again have the same cross-sectional area and are again connected to one another with a solder 7. The difference for the embodiment of FIG. 4, here is that both side walls of the tubes 1, 2, through which the heat transfer takes place, have an enlarged surface area, the walls here are simply wave-shaped, whereby the respective wave troughs and wave crests intermesh.
In der Fig. 6 ^Lst, eine noch weitere. Ausführung des Wärmetauschers dargestellt. Es ist bei der Beschreibung der Fig. 1 gesagt worden, dass die Spirale, d.h. die zwei Spiralen, die von den Rohren 1,2 beschrieben sind, in einer ebenen Fläche liegen. In der Fig. 6 sind nun die Rohre zudem derart verformt, dass sie die Hüllkurve eines hohlen Kreiskegels beschreiben.. Der Vorteil dieser Formgebung ist der, dass ein eindeutiges Gefälle in den Rohren vorliegt. Ein Gefälle ist oft aufgrund eines gegebenen Mediums notwendig, beispielsweise, wenn ein Medium im gasförmigen Zustand eintritt und im Wärmetauscher verflüssigt wird, und somit im Bezug auf die Horizontale ein Gefälle aufweisen muss.In Fig. 6 ^ Lst, still another. Execution of the Heat exchanger shown. It has been said in describing Fig. 1 that the spiral, i.e. the two Spirals, which are described by the tubes 1, 2, lie in a flat surface. In Fig. 6, the tubes are now also deformed in such a way that they describe the envelope curve of a hollow circular cone .. The advantage of this shape is that there is a clear gradient in the pipes. A gradient is often necessary due to a given medium, for example, if a medium enters in the gaseous state and is liquefied in the heat exchanger, and therefore must have a slope in relation to the horizontal.
In den Fig. 6 und 7 ist gezeigt, dass die Hüllkurve des Wärmetauschers, d.h. mindestens dessen Projektion auf eine Fläche, nicht kreisförmig (wobei zu verstehen ist, dass hier die Hüllkurve der Spirale vereinfachend als Kreis betrachtet ist) sein muss. Die Hüllkurve kann also einIn Figs. 6 and 7 it is shown that the envelope curve of the heat exchanger, i.e. at least its projection on a surface, not circular (whereby it should be understood that here the envelope curve of the spiral is simplified as a circle is considered) must be. So the envelope can be a
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Rechteck, wie nach der Fig. 6 oder ein Sechseck wie nach Fig. 7, oder irgendwelches andere Vieleck, Polygon beschreiben. Dadurch, dass die Möglichkeit gegeben ist, die Rohre einerseits räumlich, wie beispielsweise in der Fig. 6 gezeigt, anzuordnen und andererseits die Möglichkeit gegeben ist die Hüllkurve des· Wärmetauschers zu wählen, lässt sich nun der Wärmetauscher in beliebigen räumlichen und flächigen Formen auslegen, derart, dass er in einer gesamten Anlage, beispielsweise einer Wärmepumpenanlage, derart angeordnet werden kann, dass er ein kleinstes Mass an Raum beansprucht. Rectangle, as shown in FIG. 6 or a hexagon as shown in FIG. 7, or any other polygon, describe a polygon. Because it is possible, on the one hand, to arrange the pipes spatially, as shown for example in FIG. 6, and, on the other hand, to select the envelope curve of the heat exchanger, the heat exchanger can now be designed in any spatial and flat shape in such a way that it can be arranged in an entire system, for example a heat pump system, in such a way that it takes up the smallest possible amount of space.
In der Fig. 9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Rohre 1,2 in Form eines Hohlzylinders angeordnet sind. Diese Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, dass Apparate, z.B. Pumpen und andere Einheiten einer den Wärmetauscher enthaltenden Anlage, z.B. einer Wärmepumpanlage, im von den Rohren 1,2 umschriebenen, zylindrischen Hohlraum angeordnet werden können. Damit sind bedeutende Raumersparnisse möglich.In FIG. 9, an embodiment is shown in which the tubes 1, 2 are arranged in the form of a hollow cylinder are. This embodiment has the particular advantage on that apparatus, e.g. pumps and other units of a system containing the heat exchanger, e.g. a Heat pump system, can be arranged in the cylindrical cavity circumscribed by the tubes 1, 2. So are significant space savings possible.
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Zusammenfas sungSummary
Die zwei Rohre (1,2) des Wärmetauschers verlaufen parallel zueinander und sind Windungen gelegt. Die Rohre (1,2) weisen eine unrunde Querschnittsform auf. Zwischen den aneinander anliegenden Flächen der Rohre (1,2), durch welche die Wärmeübertragung stattfindet, ist ein bandförmiges Lötmittel (7) angeordnet, welches sich entlang der gesamten Längsausdehnung der Rohre erstreckt und diese fest miteinander verbindet. Die Seitenwände der Rohre (1, 2) sind zur Erhöhung des Ausmasses der wärmeübertragenden Fläche strukturiert ausgebildet und kämmen miteinander. Damit ist eine raumsparende Formgebung des Wärmetauschers erzielt. The two tubes (1, 2) of the heat exchanger run parallel to each other and have turns. The pipes (1,2) have a non-circular cross-sectional shape. Between the abutting surfaces of the tubes (1,2) through which the heat transfer takes place, a band-shaped solder (7) is arranged, which extends along the extends the entire longitudinal extent of the tubes and connects them firmly to one another. The side walls of the pipes (1, 2) are structured to increase the size of the heat-transferring surface and mesh with one another. In order to a space-saving shape of the heat exchanger is achieved.
(Fig. 1,5)(Fig. 1.5)
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