EP3121548A1 - Heat exchange element - Google Patents
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Abstract
Wärmeaustauschelement umfassend ein thermisch leitfähiges Rohr (2) zur Durchströmung mit einem Wärmeaustauschfluid und zumindest ein thermisch leitfähiges im Wesentlichen beidseitig planar und seitenparallel ausgebildetes Plattenelement (4) zur Aufnahme von Umgebungswärme und thermischer Weiterleitung der Umgebungswärme an das Rohr (2) oder/und Aufnahme von Heizwärme aus dem Rohr (2) und Abgabe der Heizwärme an die Umgebung wobei das Rohr (2) auf zumindest einem Plattenelement (4) oder zwischen zumindest zwei Plattenelementen (4) einer Plattenelementanordnung angeordnet ist und ein Kontaktmittel zur thermischen Kontaktierung vorgesehen ist und das Kontaktmittel ein Verbindungsmittel umfasst. Dabei ist das Plattenelement (4) im Bereich einer Plattenelementkontaktfläche (5) zum thermisch leitenden Kontaktieren mit einer Rohrkontaktfläche (3) an die Rohrkontaktfläche mittels einer Passung (33), mit einer gegenüber der Plattendicke D des Plattenelements (4) verringerten Materialdicke d, angepasst um die Kontaktflächen (3, 5) zu vergrössern und das Verbindungsmittel umfasst eine Lötverbindung oder/und eine Klebverbindung.Heat exchange element comprising a thermally conductive tube (2) for flow through with a heat exchange fluid and at least one thermally conductive planar on both sides planar and side parallel trained plate member (4) for receiving ambient heat and thermal transmission of ambient heat to the tube (2) and / or recording of Heating heat from the tube (2) and delivery of heat to the environment wherein the tube (2) is arranged on at least one plate element (4) or between at least two plate elements (4) of a plate element arrangement and a contact means for thermal contacting is provided and the contact means a connecting means. In this case, the plate element (4) in the region of a plate element contact surface (5) for thermally conductive contacting with a pipe contact surface (3) to the pipe contact surface by means of a fit (33), with respect to the plate thickness D of the plate member (4) reduced material thickness d adapted to increase the contact surfaces (3, 5) and the connecting means comprises a solder joint and / or an adhesive bond.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeaustauschelement nach Anspruch 1, einen Wärmetauscher nach Anspruch 16, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements nach Anspruch 19. Wärmeaustauschelemente können beispielsweise in Wärmetauschern, wie sie zum Kühlen/Heizen von Räumen oder ganzen Gebäuden in der Form von Decken- oder Wandpanelen oder auch direkt in der Decke oder Wand eingesetzt werden, Verwendung finden.The present invention relates to a heat exchange element according to
Grundsätzlich sind verschiedene Wärmeaustauschelemente aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch kommt es bei solchen Wärmeaustauschelementen, auf Grund zumindest teilweiser schlechter thermischer Leitung zwischen Wärmeaustauschelement und der in den Raum gerichteten Kühl-/Wärmefläche des Wärmetauschers zu einem mangelhaften Wärmetausch und somit zu schlechten Übertragungswerten, weshalb bspw. in der
Des Weiteren sind bei bekannten Wärmetauschern für Raumkühlung bzw. Heizung oft zusätzliche akustisch dämpfende Eigenschaften gewünscht, die bspw. durch Lochungen in der Vorderwand, kombiniert mit möglichst grossflächig auf der Rückseite der Vorderwand ausgelegten akustischem Dämmmaterial verbessert werden können. Da die Rückseite gleichzeitig die innere Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers bildet, die beispielsweise mit der Platte eines Wärmeaustauschelements, das mit einem Kühl-/Heizwasser transportierenden Rohr wirkverbunden ist, zusammenwirkt, steht die akustisch nutzbare Fläche mit der zur Kühlung mit dem Wärmeaustauschelement nutzbaren Fläche in Konkurrenz. Weshalb die Kühl-/Heizleistung einerseits und/oder die akustischen Eigenschaften bekannter Wärmetauscher sich gegenseitig beschränken.Furthermore, additional acoustic damping properties are often desired in known heat exchangers for room cooling or heating, which can be improved, for example, by perforations in the front wall, combined with acoustic insulation material designed as extensively as possible on the rear side of the front wall. Since the rear side simultaneously forms the inner heat exchange surface of the heat exchanger, which is for example connected to the plate of a heat exchange element, which is operatively connected to a cooling / heating water transporting pipe, interacts, the acoustically usable area is in competition with the surface usable for cooling with the heat exchange element. Why the cooling / heating power on the one hand and / or the acoustic properties of known heat exchangers limit each other.
Des Weiteren können bei bekannten Wärmetauschern nur Plattenelemente mit einer verhältnismässig kleinen thermisch wirksamen Oberfläche mit dem das Wasser oder ein anderes Wärmeaustauschfluid transportierenden Rohr verbunden werden, was Installationsaufwand, Kosten und das Gewicht der Wärmetauscher erhöht.Furthermore, in known heat exchangers only plate elements with a relatively small thermally effective surface can be connected to the water or other heat exchange fluid transporting tube, which increases installation costs, costs and weight of the heat exchanger.
Bekannt ist des Weiteren bei Wärmeaustauschelementen spezielle Strangpressprofile als Rohrträger bzw. Plattenelemente einzusetzen. Solche Profile sind jedoch nur für bestimmte Anwendungen ausgelegt und in der Herstellung, insbesondere für kleinere Stückzahlen sehr teuer.Further, it is known in heat exchange elements to use special extruded profiles as pipe supports or plate elements. However, such profiles are designed only for certain applications and very expensive to manufacture, especially for smaller quantities.
Des Weiteren hat sich bei herkömmlichen Wärmeaustauschelementen gezeigt, dass die Verbindungsverfahren mit Nachteilen behaftet sind. So sind herkömmliche Lotverbindungen mechanisch empfindlich, dies insbesondere bei Schlagbeanspruchung, wie sie beispielsweise bei der Montage vorkommen kann. Demgegenüber zeigen Klebverbindungen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit während bei bekannten Schweissverbindungen durch die damit einhergehende grosse thermische Belastung Materialien, insbesondere Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, stark zu Verzug neigen und häufig nachbearbeitet werden müssen. Ziel der vorliegenden Anmeldung ist es zumindest einen der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu verbessern.Furthermore, it has been found in conventional heat exchange elements that the bonding methods have disadvantages. Thus, conventional solder joints are mechanically sensitive, especially in impact stress, as may occur for example during assembly. In contrast, adhesive bonds show a poor thermal conductivity while in known welding joints by the associated large thermal stress materials, especially materials with different thermal expansion coefficients, strong tend to delay and often have to be reworked. The aim of the present application is to improve at least one of the aforementioned disadvantages of the prior art.
Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement umfasst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Rohr zur Durchströmung mit einem Wärmeaustauschfluid und zumindest ein thermisch leitfähiges Plattenelement zur Aufnahme von Umgebungswärme und thermischer Weiterleitung der Umgebungswärme an das Rohr oder/und Aufnahme von Heizwärme aus dem Rohr und Abgabe der Heizwärme an die Umgebung.A heat exchange element according to the invention comprises, as known from the prior art, a tube for flow with a heat exchange fluid and at least one thermally conductive plate member for receiving ambient heat and thermal transfer of ambient heat to the pipe and / or absorption of heat from the pipe and delivery of Heating energy to the environment.
Dabei ist das Rohr auf zumindest einem Plattenelement oder zwischen zumindest zwei Plattenelementen einer Plattenelementanordnung angeordnet, wobei zumindest ein Kontaktmittel zur thermischen Kontaktierung vorgesehen ist, das ein Verbindungsmittel oder/und Anpressmittel umfasst.In this case, the tube is arranged on at least one plate element or between at least two plate elements of a plate element arrangement, wherein at least one contact means for thermal contacting is provided which comprises a connecting means and / or pressing means.
Das Plattenelement ist dabei im Bereich einer Plattenelementkontaktfläche zum thermisch leitenden Kontaktieren an die Rohrkontaktfläche mittels einer Passung, mit einer gegenüber der Plattendicke D des Plattenelements verringerten Materialdicke d, angepasst um die Kontaktflächen zu vergrössern. Dabei kann die Materialdicke d schräg oder rechtwinklig gestuft, stufenförmig oder gleichmässig zur Mitte der Passung hin abnehmend ausgeführt sein.The plate element is in the region of a plate element contact surface for thermally conductive contacting the pipe contact surface by means of a fit, with a relation to the plate thickness D of the plate member reduced material thickness d, adapted to increase the contact surfaces. In this case, the material thickness d may be stepped obliquely or at right angles, stepped or uniformly decreasing toward the center of the fit.
Dabei wird ein Rohr über eine bzw. mehrere seitliche Rohrkontaktflächen mit zumindest einem, bzw. bei einer Plattenelementanordnung mit zumindest zwei, oder mehreren Plattenelementen wirkverbunden, die ihrerseits zumindest eine Plattenelementkontaktfläche zum Verbinden mit der Rohrkontaktfläche aufweisen. Unter Wirkverbindung wird hier eine thermisch leitende Anordnung zwischen Rohr bzw. Rohrkontaktfläche und gegenüberliegender Kontaktfläche verstanden die durch physische, leitende Verbindungsmittel (Lot, Kleber, Schweissung) oder Anpressen einer Kontaktfläche auf die andere hergestellt wird.In this case, a pipe via one or more lateral pipe contact surfaces with at least one, or in a plate element arrangement with at least two or more plate elements operatively connected, which in turn at least a plate member contact surface for connection to the pipe contact surface. Under active connection here is a thermally conductive arrangement between pipe or pipe contact surface and opposite contact surface understood that is made by physical, conductive connection means (solder, adhesive, welding) or pressing a contact surface to the other.
Die Verbindungsmittel können dabei eine Lötverbindung oder/und eine Klebverbindung oder eine Schweissverbindung umfassen. Zur weiteren oder einfacheren Vergrösserung der Kontaktflächen kann das Rohr zumindest eine im Querschnitt zumindest teilweise ebene Rohrkontaktfläche aufweisen.The connecting means may comprise a soldered connection and / or an adhesive connection or a welded connection. For further or easier enlargement of the contact surfaces, the tube may have at least one tube contact surface that is at least partially planar in cross-section.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeaustauschelement ein oder mehrere Plattenelemente, die in einem Randbereich durch eine Klebverbindung, in einem mittigen Bereich durch eine Lötverbindung mit zumindest einem Rohr verbunden sind. Dabei ermöglicht die Lötverbindung einen besonders guten Rohr/Platte-Wärmeübergang, während die Klebverbindung eine besonders feste auch gegen Schläge unempfindliche Verbindung sicherstellt. Auch wenn eine solche Ausführung besonders gut mit einem, wie vorliegend beschriebenen, mit einer Passung versehenen Plattenelement geeignet ist, bspw. durch Vorsehen der Klebverbindung in den Randbereichen der Passung, konnte festgestellt werden, dass ganz allgemein auch bei herkömmlichen Wärmetauschelementen ohne Passung die Festigkeit bzw. thermische Leitfähigkeit gegenüber reinen Löt- bzw. reinen Klebverbindungen verbessert werden kann. Dies gilt besonders auch für entsprechende Merkmalskombinationen der vorliegenden Erfindung die nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Passung stehen. Vorzugsweise wird dabei eine flussmittelfreie Lötstelle hergestellt, da sich gezeigt hat, dass solche Lötstellen über längere Zeit eine bessere Festigkeit und Leitfähigkeit sicherstellen.In a preferred embodiment, the heat exchange element comprises one or more plate elements, which are connected in an edge region by an adhesive bond, in a central region by a solder joint with at least one tube. In this case, the solder joint allows a particularly good tube / plate heat transfer, while the adhesive bond ensures a particularly strong and insensitive to impact connection. Even if such an embodiment is particularly well suited with a plate element provided with a fit as described herein, for example by providing the adhesive bond in the edge regions of the fit, it could be stated that quite generally even in the case of conventional heat exchange elements without a fit, the strength or Thermal conductivity can be improved compared to pure solder or pure adhesive bonds. This is especially true for corresponding Feature combinations of the present invention that are not directly related to fit. Preferably, a flux-free solder joint is produced, since it has been shown that such solder joints ensure better strength and conductivity over a longer period of time.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Wärmeaustauschelement ein oder mehrere Plattenelemente, die mit dem zumindest einem Rohr durch zumindest eine oder mehrere im Wesentlichen parallel Linien von Schweisspunkten miteinander verbunden sind.In a further preferred embodiment, the heat exchange element comprises one or more plate elements, which are connected to the at least one tube by at least one or more substantially parallel lines of welding points.
Das Rohr kann dabei parallel oder bevorzugt quer, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen in einem rechten Winkel, zu einer Längsrichtung L des Plattenelements mit diesem wirkverbunden sein. Durch das Ausrichten quer zum Plattenelement werden die durch Löten oder/und Kleben bzw. Schweissen verbundenen Abschnitte kürzer, womit sich keine so grossen thermischen Spannungen in der Verbindung wie bei einem parallelen Aufbau bilden können. Trotzdem werden bei Verbindung von mehreren Plattenelementen durch ein oder mehrere Rohre vorteilhaft Abstandsspalte zwischen den Plattenelementen vorgesehen. Beispielsweise können bei einer Plattenelementbreite B von 20 bis 80 mm Spaltbstände S zwischen 10 bis 40 mm gewählt werden. Dies gilt besonders für Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten wie bspw. bei Verwendung von Aluminiumplatten und Kupferrohre.The tube may be parallel or preferably transversely, in particular preferably substantially at a right angle, to be operatively connected to a longitudinal direction L of the plate member with this. By aligning transversely to the plate member connected by soldering and / or gluing or welding sections are shorter, which can not form as large thermal stresses in the compound as in a parallel structure. Nevertheless, when connecting a plurality of plate elements by one or more tubes advantageously clearance gaps between the plate elements are provided. For example, with a plate element width B of 20 to 80 mm, gap S between 10 to 40 mm can be selected. This is especially true for materials with different thermal expansion coefficients, such as when using aluminum plates and copper tubes.
Dabei kann das Rohr auch mäandrierend mit zumindest einem Plattenelement verbunden sein, wobei die gekrümmten Rohrabschnitte bevorzugt ausserhalb der Kontaktflächen liegen, daher das oder die Plattenelemente seitlich überragen, was eine mechanische Anpassung der Kontaktflächen erleichtert. Somit können Rohr und Plattenelement im Bereich der Passung, insbesondere im Bereich der Kontaktflächen für den Wärmeübergang zwischen Rohr und Plattenelement, gerade ausgeführt sein, was die Herstellungskosten vergünstigt, da u.a. auch die Passung gerade ausgeführt sein kann.In this case, the tube may also be connected meandering with at least one plate element, wherein the curved Pipe sections preferably lie outside the contact surfaces, therefore, project beyond the plate or the elements laterally, which facilitates a mechanical adjustment of the contact surfaces. Thus, the pipe and plate element in the region of the fit, in particular in the region of the contact surfaces for the heat transfer between the tube and plate member, be made straight, which reduces the cost, since inter alia, the fit can be made straight.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Wärmeaustauschelements ergibt sich wenn eine Abmessungen X des Plattenelements parallel zur Rohrachse im Bereich der Plattenelementkontaktfläche grösser ist als eine Abmessungen Y in einem vom Rohr weiter beabstandeten Bereich. Dadurch kann beispielsweise eine durch den Rand des Plattenelements definierte Grenzlinie GL vergrössert werden und oder Plattenelemente so ausgeführt werden, dass sie mit ineinander verschränkt beabstandeten Grenzlinien, bspw. auf einer inneren Wärmeaustauschfläche Awi gegenüberliegen, wobei der Abstand einerseits klein genug gewählt ist um eine rasche Wärmeleitung aus der Freifläche zum Plattenelement zu gewährleisten, andererseits gross genug um jeweils gewünschte akustische Dämpfungselemente zwischen den Platten anzubringen. Entsprechende miteinander kombinierbare Formen und bevorzugt Flächenverhältnisse, bzw. Flächen zu Grenzlinienverhältnisse werden unten an Hand der entsprechenden
In einer weiteren Ausführungsform des Wärmeaustauschelements kann das Plattenelement im Bereich der Anpressebene senkrecht zur Rohrachse ausgerichtete Längslöcher aufweisen. Dadurch kann das Gewicht des Plattenelements deutlich herabgesetzt werden, ohne dabei den Wärmefluss in Richtung des Rohrs zu unterbrechen. Damit ist es auch möglich die thermisch wirksame(n) Oberfläche(n) des mit einem Rohr wirkverbundenen Plattenelements, bspw. die Anpressfläche oder deren Rückseite, wesentlich zu vergrössern, womit einerseits aus der leichteren Bauweise des Plattenelements, andererseits aus dem geringeren Rohrleitungsbedarf eine deutliche Gewichtsersparnis resultiert. Bei üblichen Plattenelementen des Standes der Technik können bei üblichen Rohrdurchmessern von 5 bis 20 mm, bevorzugt 8 bis 15mm bei einem zentralen, längs auf dem Plattenelement montierten Rohr Breiten b zwischen 80 bis 135 mm realisiert werden. Bei entsprechenden mit Längslöchern versehenen Plattenelementen sind Breiten b von 80 bis 1000 mm möglich. Eine entsprechende um einen Faktor 3 bis ca. 12 grössere Fläche pro Rohreinheit kann damit verwirklicht werden. Des Weiteren stehen, bspw. für einen Einsatz in einem Wärmetauscher, auch die durch die Längslöcher gebildeten Freiflächen des Wärmetauschers bei entsprechender Dimensionierung der Längslöcher für akustische Dämpfungsmassnahmen, wie oben beschrieben zur Verfügung. So können bspw. die Löcher der Vorderwand des Wärmetauschers zumindest teilweise mit den Löchern bzw. Längslöchern des Plattenelements überlappen, im Bereich der gebildeten Freiflächen Bördelungen der Vorderwandlöcher und/oder entsprechendes flächiges Dämmmaterial (Vliese, Gitter, etc.) vorgesehen sein. Letzteres kann auch einfachheitshalber, bspw. analog zu Wärmetauschern mit direkt auf der inneren Wärmeaustauschfläche aufgebrachten Rohren, über die gesamte Fläche zwischen den Rohren, also Plattenelement und Freifläche überdeckend, angeordnet sein.In a further embodiment of the heat exchange element, the plate element can have longitudinal holes oriented perpendicular to the tube axis in the region of the pressing plane. As a result, the weight of the plate element can be significantly reduced, without interrupting the heat flow in the direction of the tube. Thus, it is also possible to substantially increase the thermally effective surface (s) of the plate element operatively connected to a tube, for example the contact surface or the rear side thereof, whereby on the one hand from the lighter design of the plate element, on the other hand from the lower piping requirement a clear Weight saving results. In conventional plate elements of the prior art, widths between 80 to 135 mm can be realized with conventional tube diameters of 5 to 20 mm, preferably 8 to 15 mm, in the case of a central tube mounted longitudinally on the plate element. In the case of corresponding plate elements provided with longitudinal holes, widths b of 80 to 1000 mm are possible. A corresponding by a factor of 3 to about 12 larger area per tube unit can thus be realized. Furthermore, for example, for use in a heat exchanger, the free spaces of the heat exchanger formed by the longitudinal holes are also available with appropriate dimensioning of the longitudinal holes for acoustic damping measures, as described above. Thus, for example, the holes of the front wall of the heat exchanger may overlap at least partially with the holes or longitudinal holes of the plate element, flanges of the front wall holes and / or corresponding flat insulating material (nonwovens, grid, etc.) may be provided. The latter can also be arranged for simplicity, eg analogously to heat exchangers with tubes applied directly to the inner heat exchange surface, covering the entire surface between the tubes, ie plate element and free surface.
Um dem Plattenelement auch akustisch dämpfende Eigenschaften zu verleihen, kann dieses in jeder Ausführungsform auch eine grössere Anzahl in eine rückwärtige, also der Anpressfläche entgegengesetzten Richtung gebördelte Rundlöcher aufweisen. Diese können zumindest in bestimmten Flächenbereichen zusätzlich zu den Längslöchern vorgesehen sein, wobei Letztere ebenfalls gebördelt ausgeführt sein können. In einfacher Weise kann dabei die Bördelung durch ein an den Schneidkanten verrundetes Stanzwerkzeug zum Herstellen der Löcher erfolgen.In order to give the plate element also acoustically damping properties, this can have in any embodiment, a larger number in a rear, so the pressing surface opposite direction rounded round holes. These can be provided at least in certain surface areas in addition to the longitudinal holes, the latter can also be carried out crimped. In a simple manner, the curling can take place by means of a punching tool rounded off at the cutting edges for producing the holes.
In einer weiteren Ausführungsform des Wärmeaustauschelements erstreckt sich die dem Rohr abgewandte Seite des Plattenelements, bzw. die dem Rohr abgewandten Seiten der zumindest zwei Plattenelemente der Plattenelementanordnung, sich zu beiden Seiten einer Symmetrieebene S des Wärmeaustauschelements in jeweils einer unterschiedlichen Ebene A, A', wobei sich die Ebenen A, A' in der Symmetrieebene S, entlang einer Schnittlinie zwischen Symmetrieebene S und einer parallel zu einer Rohrachse Z und senkrecht zur Symmetrieebene S verlaufenden vierten Ebene H, schneiden. Dabei bilden die Ebenen A, A' zur Ebene H jeweils einen spitzen Winkel α, α', so dass das Wärmeaustauschelement (1) mit den Ebenen A, A' federnd an eine zur vierten Ebene H parallelen Wärmeaustauschfläche 21 anpressbar ist. Unter Symmetrieebene S wir hier und im Folgenden eine Ebene S verstanden, die das Wärmeaustauschelement symmetrisch teilt und dabei auf die Wärmeaustauschfläche senkrecht steht.In a further embodiment of the heat exchange element, the side of the plate element facing away from the tube or the sides of the at least two plate elements of the plate element arrangement facing away from the tube extends on either side of a plane of symmetry S of the heat exchange element in each case in a different plane A, A ' the planes A, A 'in the plane of symmetry S, along a line of intersection between the plane of symmetry S and a parallel to a tube axis Z and perpendicular to the plane of symmetry S extending fourth plane H, intersect. In this case, the planes A, A 'to the plane H each form an acute angle α, α', so that the Heat exchange element (1) with the planes A, A 'resiliently to a fourth plane H parallel
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind dabei die Winkel α, α' dem Betrag nach gleich und/oder öffnen sich in einer bezüglich der Symmetrieebene S entgegengesetzten Richtungen, dabei auf dieselbe, zum Rohr entgegengesetzt gelegenen Seite der Ebene H. Dem Betrag nach wird der Winkel bevorzugt von 1 bis 15°, insbesondere bevorzugt von 2 bis 10° eingestellt.In a preferred embodiment, the angles .alpha., .Alpha. 'Are equal in magnitude and / or open in a direction opposite to the plane of symmetry S, in this case on the same side of the plane H opposite the tube. The angle is preferred from 1 to 15 °, especially preferably from 2 to 10 °.
Die Anpressmittel können grundsätzlich auf der zum Rohr gewandten Seite des oder der Plattenelemente so befestigt sein, oder mit einem das Wärmeaustauschelement umfassenden Wärmetauscher oder einem an oder in einer Gebäudeoberfläche montiertem Gebäudeelement so zusammenwirken, dass der Wärmeübergang zwischen Rohr und Plattenelement und/oder zwischen Plattenelement und einer inneren Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers verbessert wird. Im Falle einer wie oben beschriebenen gewinkelten Rohr zu Plattenelementanordnung wird das Wärmetauschelement durch die Anpressmittel vorteilhafterweise so gegen die innere Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers angepresst, dass die Winkel α, α' im Wesentlichen gleich 0° sind und somit die gesamte Anpressfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht.The contact pressure means may in principle be fixed on the tube-facing side of the plate element (s), or co-operate with a heat exchanger comprising the heat exchanger or a building element mounted on or in a building surface such that the heat transfer between the tube and plate element and / or between the plate element and an internal heat exchange surface of the heat exchanger is improved. In the case of an angled pipe to plate element assembly as described above, the heat exchange element is pressed by the pressing means advantageously against the inner heat exchange surface of the heat exchanger that the angle α, α 'are substantially equal to 0 ° and thus the entire contact surface is available for heat exchange ,
Für ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement werden bevorzugt Plattenelemente mit einer Plattendicke D von 0.5 bis 3.0 mm, dabei bevorzugt eine Dicke von 1 bis 2 mm eingesetzt, die sich für den Bau von sehr flachen und leichten Wärmetauschern eignen. Dementsprechend werden auch bevorzugt sehr flache Passungen mit einer Tiefe von 0.3 bis 1.5 mm, dabei bevorzugt von 0.6 bis 1 mm verwendet, um die Stabilität der Plattenelemente nicht zu stark herabzusetzen. Bevorzugt werden dabei Passungen die im Randbereich oder im gesamten Querschnitt kreissegmentförmig sind.For a heat exchange element according to the invention, plate elements with a plate thickness D of 0.5 are preferred Up to 3.0 mm, preferably used a thickness of 1 to 2 mm, which are suitable for the construction of very shallow and light heat exchangers. Accordingly, it is also preferred to use very shallow fits having a depth of 0.3 to 1.5 mm, preferably of 0.6 to 1 mm, in order not to reduce the stability of the plate elements too much. Fits that are circular segment-shaped in the edge region or in the entire cross section are preferred.
Alternativ oder zusätzlich kann dabei die Passung eine ebene Fläche umfassen oder aus einer ebenen Fläche bestehen.Alternatively or additionally, the fit may comprise a flat surface or consist of a flat surface.
Die mittlere Rauheit der Kontaktflächen wird auf einen Ra-Bereich von 0.05 bis 2.0 µm, bevorzugt von 0.1 bis 1 µm eingestellt. Letzteres ist beispielsweise auch für eine Plattenelement/Rohranordnung mit schräg geschnittenen Platten vorteilhaft, da dann ein Verbinden bspw. in einem mittleren Bereich der Plattendicke möglich ist und bspw. flüssiger Kleber oder Lötzinn die Gesamtkontaktfläche durch kapillares Anhaften im Spaltbereich beidseitig der Rohrkontaktlinie auf der schräg angeschnittenen Seitenfläche des Plattenelements vergrössert. Des Weiteren wird durch eine bezüglich der Plattendicke mittige Verbindung auch die Zu-/Ableitung der Wärme zum oder vom Plattenelement erleichtert.The average roughness of the contact surfaces is set to a Ra range of 0.05 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 1 μm. The latter is also advantageous, for example, for a plate element / pipe arrangement with obliquely cut plates, since then a connection, for example, in a central region of the plate thickness is possible and, for example. Liquid adhesive or solder the total contact surface by capillary adhesion in the gap region on both sides of the pipe contact line on the obliquely cut Side surface of the plate element enlarged. Furthermore, the connection to and from the plate element also facilitates the supply / discharge of the heat through a central connection with respect to the plate thickness.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Wärmeaustauschelement einen Lotspalt auf. Dieser kann vorteilhaft mit einer Tiefe zwischen 0.05 bis 0.3 mm eingestellt werden. Wird der Lotspalt dabei durch zwei im Randbereich der Passung vorgesehene Abstandsstufen und dem darauf liegenden Rohr gebildet, kann dieser besonders schmal, bspw. zwischen 0.05 und 0.2 mm, ausgestaltet sein, ohne dass flüssiges Lötzinn beim Aufsetzen des Rohrs auf die Platte seitlich austritt. Dies gilt insbesondere dann, wenn zusätzlich auf den Abstandsstufen eine Klebverbindung vorgesehen ist. Die Breite der Abstandstufe kann dabei zwischen 2 und 5 mm eingestellt werden. Wird eine unterbrochene Abstandsstufe oder Abstandsnoppen verwendet ist ein etwas grösserer Abstand von 0.1 bis 0.3 mm günstiger.In a further embodiment, the heat exchange element has a solder gap. This can be advantageously set with a depth between 0.05 to 0.3 mm. If the Lotspalt thereby by two provided in the edge region of the fitting spacing stages and the lying on it Tube formed, this can be particularly narrow, for example. Between 0.05 and 0.2 mm, designed without liquid solder exits laterally when placing the tube on the plate. This applies in particular if an adhesive bond is additionally provided on the spacer steps. The width of the distance step can be set between 2 and 5 mm. If an interrupted distance step or distance nubs is used, a slightly greater distance of 0.1 to 0.3 mm is more favorable.
Bevorzugt wird das Plattenelements aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium auf Grund seiner guten Wärmeleiteigenschaft und geringem Gewicht hergestellt. Bevorzugtes Material für das Rohr ist Kupfer, jedoch kann hier auch eine anderes Metall, beispielsweise ebenfalls Aluminium verwendet werden.Preferably, the plate member is made of a light metal, in particular of aluminum due to its good heat-conducting property and low weight. Preferred material for the tube is copper, but here also another metal, for example also aluminum may be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Rohr im Bereich der Passung mit dem Plattenelement durch eine Schweissverbindung SV verbunden sein. Die Schweissverbindung SV umfasst dabei vorteilhaft zumindest eine parallel zur Rohrachse angeordnete Abfolge von Punktschweissungen, wodurch im Vergleich zu durchgehenden Schweissnähten ein geringerer Verzug erreicht werden konnte.In a further preferred embodiment, the tube may be connected in the region of the fit with the plate element by a welded joint SV. The welding connection SV advantageously comprises at least one sequence of spot welds arranged parallel to the tube axis, whereby a lesser distortion could be achieved in comparison with continuous welds.
Die Schweissverbindung SV, insbesondere die Schweisspunkte können dabei von der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements aus angebracht werden. Ebenfalls auf der dem Rohr abgewandten Seite der Passung kann eine Ausdünnung des Plattenmaterials bspw. in der Form einer oder mehrerer Sicken oder Vertiefungen parallel zur Passung angeordnet sein.The welding connection SV, in particular the welding points, can be attached from the side of the plate element facing away from the tube. Also on the side facing away from the tube of the fit can thinning of the plate material, for example. In the form of one or more Beads or depressions may be arranged parallel to the fit.
Die Materialdicke d kann im Bereich der Passung, insbesondere im Bereich einer Schweissverbindung zwischen 0.1 und 0.5 mm eingestellt sein, was den Schweissvorgang erleichtert.The material thickness d can be set in the region of the fit, in particular in the region of a welded joint between 0.1 and 0.5 mm, which facilitates the welding process.
Ganz allgemein hat es sich für geschweisste Wärmeaustauschelemente 1 mit einer von unten (also von der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements) ausgeführten Schweissung als vorteilhaft erwiesen Plattendicken D zwischen 0.5 und 10 mm zu wählen.Quite generally, it has proved to be advantageous for welded
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher mit zumindest einem wie oben beschriebenen Wärmeaustauschelement, mit einer Vorderwand, die eine innere Wärmeaustauschfläche und eine gegenüberliegende äussere Wärmeaustauschfläche umfasst, wobei die Anpressfläche Apr des Wärmeaustauschelement kleiner ist als die innere Wärmeaustauschfläche Awi und das Verhältnis Apr / Awi in einem Bereich von 0.3 bis 0.7, bevorzugt in einem Bereich von 0.4 und 0.6 liegt.Another object of the present invention is a heat exchanger having at least one heat exchange element as described above, with a front wall comprising an inner heat exchange surface and an opposite outer heat exchange surface, wherein the contact surface A pr of the heat exchange element is smaller than the inner heat exchange surface A wi and the ratio A pr / A wi is in a range of 0.3 to 0.7, preferably in a range of 0.4 and 0.6.
Der Bereich der inneren Wärmeaustauschfläche Awi der nicht im Kontakt mit der Anpressfläche Apr ist, wird auch Freifläche genannt und steht bspw. für akustische Dämpfungsmassnahmen zur Verfügung.The area of the inner heat exchange surface A wi which is not in contact with the contact surface A pr , is also called free space and is, for example, for acoustic damping measures available.
Bevorzugt wird dabei das Verhältnis zwischen der inneren Wärmeaustauschfläche Awi und der Grenzlinie GL des zumindest einen Wärmeaustauschelements zwischen 0.5 und 3 cm, insbesondere bevorzugt zwischen 0.9 und 1.8 eingestellt.Preferably, the ratio between the inner heat exchange surface A wi and the boundary line GL of the at least one heat exchange element is set between 0.5 and 3 cm, particularly preferably between 0.9 and 1.8.
Des Weiteren kann auf einem Teilbereich der inneren Wärmeaustauschfläche Awi zwischen dem (n) Rohr(en) oder/und den Plattenelementen, insbesondere auf einer Freifläche ein akustischer Dämpfer angeordnet sein. Als Freifläche wird hier die Fläche der inneren Wärmeaustauschfläche Awi verstanden, die nicht mit einer Anpressfläche eines Plattenelements in Kontakt ist. Der akustische Dämpfer kann dabei eine oder mehrere Matten aus Vliesmaterial und/oder eine Loch- oder Gitterplatte umfassen. Ein solcher Dämpfer kann auch in einem bezüglich des Wärmeaustauschelements hinteren Bereichs zusätzlich angeordnet sein.Furthermore, an acoustic damper may be arranged on a portion of the inner heat exchange surface A wi between the tube (s) and / or the plate elements, in particular on an open space. As the free surface is here understood the surface of the inner heat exchange surface A wi , which is not in contact with a contact surface of a plate member. The acoustic damper may comprise one or more mats of non-woven material and / or a perforated or grid plate. Such a damper may also be additionally arranged in a rear area with respect to the heat exchange element.
Ein erfindungsgemässer Wärmetauscher umfasst dabei zumindest ein wie oben beschriebenes Wärmeaustauschelement und eine wie oben beschriebene Vorderwand, sowie bevorzugt ein Gehäuse, das zusätzlich zur Vorderwand noch eine Seitenwand umfasst. Zum Anpressen des Wärmeaustauschelements an die innere Wärmeaustauschfläche können dabei Kontaktmittel, die Verbindungsmittel oder/und Anpressmittel umfassen, vorgesehen.A heat exchanger according to the invention comprises at least one heat exchange element as described above and a front wall as described above, and preferably a housing which in addition to the front wall also comprises a side wall. For pressing the heat exchange element to the inner heat exchange surface while contact means, the connecting means and / or pressing means, provided.
Die Anpressmittel können dabei eine Rückwand und/oder eine mit der Seitenwand, dabei insbesondere mit dem hinteren Bereich der Seitenwand zusammenwirkende Klemmvorrichtung, beispielsweise in der Arte eines Bajonettverschlusses umfassen.The contact pressure means may comprise a rear wall and / or a clamping device interacting with the side wall, in particular with the rear region of the side wall, for example in the form of a bayonet closure.
In einem bezüglich des Wärmeaustauschelements hinteren Bereich kann zusätzlich thermisches Isolationsmaterial angeordnet werden, um den Wärmetauscher bei Bedarf bspw. thermisch von der Gebäudemasse zu isolieren.Thermal insulation material may additionally be arranged in a rear area with respect to the heat exchange element, in order, for example, to thermally isolate the heat exchanger from the building mass, if necessary.
Die Vorderwand des Wärmetauschers kann bevorzugt eine Aluminiumplatte, insbesondere bevorzugt eine auf der Vorderseite, daher auf der äusseren Wärmeaustauschfläche vorbehandelte Aluminiumplatte umfassen. Beispielsweise kann durch die Vorbehandlung die Oberfläche so konditioniert werden, dass sie streich- bzw. verputzbar ist.The front wall of the heat exchanger may preferably comprise an aluminum plate, particularly preferably an aluminum plate pretreated on the front side, therefore on the outer heat exchange surface. For example, the pre-treatment can be used to condition the surface in such a way that it can be brushed or plastered.
Rohr und Platte des Wärmeaustauschers können dabei grundsätzlich durch verschiedene Verbundverfahren, wie Schweissen, beispielsweise Punkt- oder Linienschweissen, durch Kleben, beispielsweise mittels UV-aushärtendem Kleber oder mittels thermisch reaktivem Kleber, welcher auf zumindest eine Kontaktfläche (bspw. mit Schutzfolie) aufgebracht wird und durch Wärmezufuhr schmilzt, miteinander verbunden werden. Als besonders geeignet hat sich aber das im Folgenden beschriebene Lötverfahren herausgestellt, wobei die dort näher beschriebene mechanische (Vor)Bearbeitung der Rohrkontaktfläche auch bezüglich eines Verbundes mit anderen Verbundverfahren, insbesondere den oben Erwähnten, vorteilhaft ist.Tube and plate of the heat exchanger can in principle by various composite methods, such as welding, for example, spot or line welding, by gluing, for example by means of UV-curing adhesive or by means of thermally reactive adhesive, which is applied to at least one contact surface (eg. With protective film) and melted by heat, be joined together. However, the soldering method described below has proven to be particularly suitable, the mechanical (pre) machining of the pipe contact surface described in greater detail also being advantageous with respect to a composite with other composite methods, in particular those mentioned above.
Das Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements, insbesondere eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschelements, mit zumindest ein Rohr zur Durchströmung mit einem Wärmeaustauschfluid und zumindest einem thermisch leitfähigen Plattenelement zur Aufnahme von Umgebungswärme und thermischer Weiterleitung der Umgebungswärme an das Rohr oder/und Aufnahme von Heizwärme aus dem Rohr und Abgabe der Heizwärme an die Umgebung, umfasst folgende Schritte:
- Erwärmen des Plattenelements auf eine erste Löttemperatur T1 und Aufbringen von Lötzinn mittels Ultraschall auf einer Plattenelementkontaktfläche;
- Erwärmen des Rohrs auf eine zweite Löttemperatur T2 und Aufbringen von Lötzinn mittels Ultraschall auf einer Rohrkontaktfläche;
- Ausrichten der Rohrkontaktfläche an bzw. auf der Plattenelementkontaktfläche und Erwärmen des Plattenelements und des Rohrs auf eine dritte Löttemperatur T3 der Plattenelementkontaktfläche bzw. eine vierte Löttemperatur T4 des Rohrs, wobei Plattenelement und Rohr gegen einander, vorzugsweise unter Ausübung eines Anpressdrucks, gehalten und anschliessend fortwährend gehalten durch Abkühlen miteinander verbunden werden. Lötzinn steht hier und im Folgenden synonym für unterschiedliche, bevorzugt zinnhaltige Lotlegierung.
- Heating the plate member to a first soldering temperature T1 and ultrasonically applying solder on a plate member contact surface;
- Heating the tube to a second brazing temperature T2 and ultrasonically applying solder on a tube contacting surface;
- Aligning the pipe contact surface on or on the Plattenelementkontaktfläche and heating the plate member and the tube to a third soldering temperature T3 of Plattenelementkontaktfläche or a fourth soldering temperature T4 of the tube, said plate member and tube against each other, preferably under application of a contact pressure, held and then kept continuously be connected by cooling. Solder is synonymous here and below for different, preferably tin-containing solder alloy.
Bevorzugt werden dabei die Plattenelementkontaktflächen in einem vorgelagerten Verfahren durch mechanische Bearbeitung des Plattenelements an die Kontur der Rohrkontaktfläche angepasst um die Kontaktfläche zu vergrössern. Besonders geeignet insbesondere für Kleinserien sind dabei mechanische Bearbeitungsschritte, die Fräsen, Schleifen, Sägen oder Prägen umfassen.Preferably, the plate element contact surfaces are adjusted in an upstream process by mechanical processing of the plate member to the contour of the pipe contact surface to increase the contact surface. Particularly suitable for small series are mechanical processing steps that include milling, grinding, sawing or embossing.
So kann, beispielsweise für Wärmetauscher bzw. Wärmeaustauschelemente übliche Rohraussendurchmesser von 12 mm, in bevorzugter Weise durch Fräsen einer kanalförmigen, zumindest im Randbereich kreissegmentförmigen Passung mit einer Tiefe von 0.3 bis 1.5 mm, dabei bevorzugt von 0.6 bis ca. 1 mm auf einer einfach geformten, dünnen Platte hergestellt werden, um damit eine grössere Platenkontaktfläche zur Befestigung eines zylindrischen oder eines abgeflachten Rohrs herzustellen. Die Plattendicke beträgt dabei 0.5 bis 3 mm, dabei bevorzugt ca. 1 bis 2 mm. Die Vertiefung des Kanals hat dabei eine Sehnenlänge von ca. 5 mm um Rohre mit einem Durchmesser von ca. 5 bis 20 mm zu befestigen. Die Segmenttiefe des Kanals kann also vorteilhaft in einem Bereich zwischen 2 bis 12%, dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen 5 und 8% des Rohraussendurchmessers eingestellt werden.Thus, for example, for heat exchangers or heat exchange elements usual pipe outside diameter of 12 mm, preferably by milling a channel-shaped, At least in the edge region circular segment-shaped fit with a depth of 0.3 to 1.5 mm, preferably from 0.6 to about 1 mm are made on a simple-shaped, thin plate to produce a larger Platenkontaktfläche for attachment of a cylindrical or a flattened tube. The plate thickness is 0.5 to 3 mm, preferably about 1 to 2 mm. The recess of the channel has a chord length of about 5 mm to attach pipes with a diameter of about 5 to 20 mm. The segment depth of the channel can thus be advantageously set in a range between 2 to 12%, preferably in a range between 5 and 8% of the tube outer diameter.
Alternativ kann auch eine entsprechende Platte durch eine entsprechend tiefere Rundfräsung in zwei Hälften geteilt und diese anschliessend mit zwei bezüglich der Symmetrieebene Z gegenüberliegenden Seiten des Rohrs verbunden sein. Dadurch können auch beidseitig ebene Platten in zwei unterschiedlichen Ebenen A, A', wie oben beschrieben, am Rohr befestigt sein. Alternativ können die Platten stattdessen schräg geschnitten sein. Jedenfalls sollte die mittlere Rauheit der Fräs- oder Schnittfläche auf einen wie oben angegebenen Ra-Bereich eingestellt werden um eine bezüglich der Plattendicke mittige Verbindung mit grossflächiger Lotverbindung zu ermöglichen.Alternatively, a corresponding plate can also be divided into two halves by means of a correspondingly deeper round cut, and these can subsequently be connected to two sides of the tube which lie opposite one another with respect to the plane of symmetry Z. As a result, flat plates in two different planes A, A ', as described above, can also be fastened to the tube on both sides. Alternatively, the plates may instead be cut obliquely. In any case, the mean roughness of the milling or cutting surface should be set to a Ra range as indicated above in order to enable a center connection with large-area solder connection with respect to the plate thickness.
Werden vor dem Verbinden im Randbereich der Passung Abstandsstufen oder Abstandsnoppen angebracht, ist die Einstellung der Rauigkeit im Lotspalt weniger kritisch.If spacer steps or spacer knobs are provided in the edge region of the fitting prior to bonding, the adjustment of the roughness in the solder gap is less critical.
Zur Herstellung eines Wärmetauschelements mit einem Winkel α, α' können solche Plattenelemente seitlich entsprechend an das Rohr angesetzt werden, wohingegen einstückige Plattenelemente mit aufgesetztem Rohr bei Bedarf symmetrisch zur Passung vorgebogen werden.To produce a heat exchange element with an angle α, α ', such plate elements can be attached laterally corresponding to the pipe, whereas one-piece plate elements with attached pipe are pre-bent symmetrically as needed to fit.
Des Weiteren kann dabei das Rohr an zumindest einer im Querschnitt zumindest teilweise ebenen Rohrkontaktfläche mit dem oder den Plattenelementen verbunden sein.Furthermore, the tube can be connected to the plate element (s) at at least one tube contact surface that is at least partially planar in cross-section.
Die oben genannten mechanischen Verfahren ermöglichen durch die Verwendung eines geometrisch einfachen und dünnen Plattenmaterials eine besonders günstige und flexible Fertigung von leichten auch grossflächig ausgeführten Wärmetauschelementen, die prinzipiell auch mit anderen Verfahren, bspw. durch Kleben oder Schweissen verbunden werden können.By using a geometrically simple and thin plate material, the abovementioned mechanical methods make it possible to manufacture particularly lightweight and flexible heat exchanger elements which are also of large design and which can in principle also be connected to other methods, for example by gluing or welding.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements, insbesondere eines wie oben beschriebenen verschweissten Wärmeaustauschelements welches folgende Schritte umfasst:
- mechanische Bearbeitung des Plattenelements um dieses mittels einer in die Oberfläche eingebrachte Passung an die Kontur der Rohrkontaktfläche anzupassen und die Kontaktflächen zu vergrössern, wobei die Plattendicke D des Plattenelements im Bereich der Passung auf eine Materialdicke d verringert wird;
- Ausrichten der Rohrkontaktfläche an der Plattenelementkontaktfläche im Bereich der Passung;
- Fixieren des Plattenelements und des Rohrs gegen einander, wobei vorzugsweise ein Anpressdruck ausgeübt wird;
- Anbringen zumindest einer parallel zur Rohrachse angeordnete Abfolge von Punktschweissungen zur Verbindung des Rohrs mit dem Plattenelement.
- machining the plate member to conform it to the contour of the tube contact surface by means of a surface fit fitment and to enlarge the contact surfaces, reducing the plate thickness D of the plate member in the region of fit to a material thickness d;
- Aligning the tube contact surface with the plate element contact surface in the region of the fit;
- Fixing the plate member and the tube against each other, wherein preferably a contact pressure is applied;
- Attaching at least one sequence of spot welds arranged parallel to the tube axis for connecting the tube to the plate element.
Zusätzlich kann in einem weiteren vorgelagerten mechanischen Bearbeitungsschritt die Materialdicke d im Bereich der Passung durch Anbringen einer Ausdünnung auf der dem Rohr abgewandten Seite des Plattenelements, weiter verringert werden.In addition, in a further upstream mechanical processing step, the material thickness d in the region of the fit can be reduced further by attaching a thinning on the side of the plate element facing away from the tube.
Ganz allgemein wird die Schweissverbindung vorteilhaft in einem Bereich der Passung angebracht in dem die Materialdicke d zwischen 0.1 bis 0.5 mm beträgt, insbesondere durch ein- oder beidseitige vorhergehende mechanische Bearbeitung eingestellt wurde, was auch für zweiteilige seitlich angesetzte Plattenelemente gilt.In general, the welded connection is advantageously applied in an area of the fit in which the material thickness d is between 0.1 to 0.5 mm, in particular set by one or both sides preceding mechanical processing, which also applies to two-part laterally set plate elements.
Dabei kann die Schweissverbindung von der dem Rohr abgewandten, "unteren" Seite des Plattenelements aus angebracht werden, beispielsweise durch Laser- oder US-schweissen. Im letzteren Fall kann zusätzlich zur unteren Sonotrode eine von oben auf das Rohr wirkende Sonotrode verwendet werden.In this case, the welded connection can be mounted from the pipe side facing, "lower" side of the plate member, for example by laser or US welding. In the latter case, a sonotrode acting from above on the tube can be used in addition to the lower sonotrode.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, bevorzugt eines erfindungsgemässen Wärmetauschers mit einem erfindungsgemäss hergestellten Wärmeaustauschelement wobei ein bevorzugt mit Kleber vorbeschichtetes Wärmeaustauschelement auf die innere Wärmeaustauschfläche aufgeklebt oder/und aufgeklemmt wird. Dabei wird das Plattenelement des Wärmeaustauschelements bevorzugt in einem vorhergehenden Verfahrensschritt zunächst mit einem Kleber vorbeschichtet, mit einer Schutzfolie versehen und anschliessend mit einem Rohr verlötet, bevor es mit der Vorderwand des Wärmetauschers verklebt wird.Another object of the present invention is a method for producing a heat exchanger, preferably a heat exchanger according to the invention with a heat exchange element according to the invention produced with a preferably pre-coated with adhesive heat exchange element adhered to the inner heat exchange surface and / or is clamped. In this case, the plate element of the heat exchange element is preferably precoated with an adhesive in a preceding method step, provided with a protective film and then soldered to a pipe before it is glued to the front wall of the heat exchanger.
Des Weiteren kann in einem dem Kleben bzw. Klemmen direkt vorgeschalteten Schritt ein akustischer Dämpfer auf eine Freifläche der inneren Wärmeaustauschfläche Awi aufgelegt werden, wobei der Dämpfer zumindest abschnittsweise mit Randbereichen einer Wärmeaustauschkontaktfläche, zur Wärmeübertragung zwischen Anpressfläche Apr und innerer Wärmeaustauschfläche Awi, überlappt und in einem zweiten Schritt das Wärmeaustauschelement mit den Anpressfläche Apr auf die Wärmeaustauschkontaktfläche aufgeklebt oder geklemmt wird, so dass Dämpfer und Wärmeaustauschelement mit dem Wärmetauscher in nur einem Verfahrensschritt (wirk)verbunden werden.Furthermore, in an adhesive bonding or clamping step directly upstream of an acoustic damper on an open space of the inner heat exchange surface A wi be placed, wherein the damper overlaps at least partially with edge regions of a heat exchange contact surface, for heat transfer between contact surface A pr and inner heat exchange surface A wi and in a second step, the heat exchange element with the contact surface A pr is glued or clamped on the heat exchange contact surface, so that damper and heat exchange element with the heat exchanger in only one step (wirk) are connected.
Bezüglich des Lötverfahrens werden für das Aufbringen des Lötzinns dabei vorteilhafterweise Ultraschallköpfe verwendet die an die Form der jeweiligen Kontaktfläche angepasst sind. Damit kann die Löttemperatur tiefer gehalten, eine besonders gleichmässige Verteilung des Lötzinns bewirkt und/ oder die Automatisierung des Verfahrens erleichtert werden.With regard to the soldering process, ultrasound heads which are adapted to the shape of the respective contact surface are advantageously used for the application of the solder. Thus, the soldering temperature can be kept lower, causes a particularly uniform distribution of the solder and / or the automation of the process can be facilitated.
Die Löttemperaturen T1, T2, T3, T4 werden dabei in einem Bereich zwischen 130 und 250°C, dabei bevorzugt zwischen ca. 178° und ca. 221°C gewählt, wobei zumindest die Temperaturen T1 und T3, bevorzugt höchstens zwischen 170 und 200°, dabei bevorzugt auf ca. 180°C eingestellt werden. Dadurch ist es möglich beispielsweise mit Kleber und vorteilhafterweise mit einer Schutzfolie vorbeschichtete Plattenelemente zu verlöten, die sich besonders einfach, bspw. vor Ort auf die innere Wärmeaustauschfläche eines Wärmetauschers aufkleben lassen. T2 und T4 können dabei zwar prinzipiell höher eingestellt werden, jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen T4 möglichst analog zu T3, also auf gleiche Temperatur einzustellen um eine optimale Haftung und Wärmeübergang der verbundenen Teile zu erreichen.The soldering temperatures T1, T2, T3, T4 are selected in a range between 130 and 250 ° C, thereby preferably between about 178 ° and about 221 ° C, wherein at least the temperatures T1 and T3, preferably at most between 170 and 200 °, while preferably adjusted to about 180 ° C. This makes it possible, for example, with adhesive and advantageously with a protective film pre-coated plate elements to be soldered, which can be particularly easy, for example. Stick locally on the inner heat exchange surface of a heat exchanger. Although T2 and T4 can in principle be set higher, it has proved to be advantageous to set T4 as analogously as possible to T3, ie to the same temperature in order to achieve optimum adhesion and heat transfer of the connected parts.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Hier sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Figuren rein schematisch ist und zwecks besserer Darstellung der erfindungswesentlichen Details weder massstabs- noch proportionsgerecht erfolgt. Beispiele für bevorzugte Bemassungen bzw. Dimensionierungen finden sich in der allgemeinen Beschreibung oben sowie in der Figurenbeschreibung, bzw. Ansprüche wie folgt. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen denselben Gegenstand, bzw. dieselbe Funktion des Gegenstandes.The invention will be explained in more detail below with reference to figures and examples. It should be noted that the representation of the figures is purely schematic and for the purpose of better representation of the details essential to the invention, neither scale nor proportion takes place. Examples of preferred dimensions or dimensions can be found in the general description above and in the description of the figures or claims as follows. The same reference numerals in different drawings designate the same object, or the same function of the object.
Dabei zeigen die Figuren Folgendes:
- Figur 1:
- Ein Wärmeaustauschelement des Standes der Technik
- Figur 2:
- Ein weiteres Wärmeaustauschelement des Standes der Technik
- Figur 3:
- Ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement
- Figur 4:
- Ein weiteres erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement
Figur 5- und
Figur 6 : Mehrteiliger Wärmeaustauschelementverbund - Figur 7
- und
Figur 8 : Weitere Ausführungsformen des Wärmeaustauschelements - Figur 9:
- Wärmetauscher
- Figur 10:
- Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschelements
- Figur 11:
- Wärmetauscher
- Figur 12:
- Verbindung mit Abstandsstufen
- Figur 13:
- Verbindung mit Abstandsnoppen
- Figur 14:
- Klebe-/Lötverbindung
- Figur 15:
- Schweissverbindungen
- FIG. 1:
- A heat exchange element of the prior art
- FIG. 2:
- Another heat exchange element of the prior art
- FIG. 3:
- A heat exchange element according to the invention
- FIG. 4:
- Another inventive heat exchange element
- FIG. 5
- and
FIG. 6 : Multipart heat exchange element composite - FIG. 7
- and
FIG. 8 : Further embodiments of the heat exchange element - FIG. 9:
- heat exchangers
- FIG. 10:
- Method for producing a heat exchange element
- FIG. 11:
- heat exchangers
- FIG. 12:
- Connection with distance steps
- FIG. 13:
- Connection with spacer knobs
- FIG. 14:
- Adhesive / solder
- FIG. 15:
- welds
Das in
Ein weiteres Wärmeaustauschelement 1" des Standes der Technik, wie beispielsweise aus
Ein weiteres erfindungsgemässes Wärmeaustauschelement 1 zeigt
Ist bei herkömmlichen Wärmeaustauschelementen eine Breite b von 80 bis 135 mm möglich, so kann diese Breite, unter Beibehaltung eines vergleichbaren Übertragungswerts, mit einer entsprechenden Lochung vorteilhaft zwischen 400 bis 1000 mm gewählt werden.If a width b of 80 to 135 mm is possible with conventional heat exchange elements, then this width, while maintaining a comparable transmission value, can advantageously be chosen between 400 to 1000 mm with a corresponding perforation.
Einen anderen Zweck erfüllen die im unteren Bereich des oder der Plattenelemente 4 dargestellten Rundlöcher, die an ihrer, wie in
Entsprechende Bördelungen können auch an den Längslöchern vorgesehen sein. Auch eine Kombination von akustisch wirksamen Löchern und entsprechenden Längslöchern ist möglich.Corresponding curls can also be provided on the longitudinal holes. Also a combination of acoustic effective holes and corresponding longitudinal holes is possible.
Gleichzeitig oder gestaffelt dazu kann die Rohrkontaktfläche 3 gleichfalls nach Erwärmung des Rohrs unter Zuhilfenahme eines auf den Aussenumfang des Rohrs 2, bzw. der Rohrkontaktfläche 3 angepassten Ultraschallkopfs 15' mit Lötzinn beschichtet werden. Anschliessend wird, wie in
In
In
Dementsprechend sind in den
Eine andere Möglichkeit um die entsprechenden Verhältniszahlen (Apr / Awi bzw. Awi / GL) zu verbessern, ist in
Wenn auch einzelne Merkmale nur im Zusammenhang mit einzelnen Beispielen genannt sind, können entsprechende Merkmale auch mit anderen Beispielen oder ganz allgemein mit Ausführungsformen, die sich aus der allgemeinen Offenbarung der Erfindung ergeben kombiniert werden, sofern eine solche Kombination nicht, wie sich dem Fachmann ohne Weiteres erschliesst, offensichtlich sinnwidrig wäre.Although individual features are mentioned only in connection with individual examples, corresponding features can also be combined with other examples or more generally with embodiments resulting from the general disclosure of the invention, unless such a combination, as readily apparent to one skilled in the art opens up, obviously would be inappropriate.
- 11
- WärmeaustauschelementHeat exchange element
- 22
- Rohrpipe
- 33
- RohrkontaktflächePipe contact surface
- 44
- Plattenelementpanel member
- 55
- PlattenelementkontaktflächePanel member contact surface
- 66
- Längslochlongitudinal hole
- 77
- Rundlochround hole
- 88th
- Wärmetauscherheat exchangers
- 99
- SeitenwandSide wall
- 1010
- Vorderwandfront wall
- 1111
- Anpressmittelpressing means
- 1212
- Klemmvorrichtungclamping device
- 1313
- Dämpferdamper
- 1414
- Isolationsmaterialinsulation material
- 1515
- US-Kopf (Ultraschallkopf)US head (ultrasound head)
- 1616
- Schweissverbindungwelded joint
- 1717
- Klebverbindungadhesive bond
- 1818
- Lotverbindungsolder
- 1919
- Arbeitsplattecountertop
- 2020
- Heizelementheating element
- 2121
- Innere Wärmeaustauschfläche des WärmetauschersInner heat exchange surface of the heat exchanger
- 2222
- Äussere Wärmeaustauschfläche des WärmetauschersExternal heat exchange surface of the heat exchanger
- 2323
- Vlies und/oder PlatteFleece and / or plate
- 2424
- Zwischenraumgap
- 2525
- Anpressflächepressing surface
- 2626
- Beschichtungcoating
- 2727
- Wärmeleitblechheat conducting
- 2828
- Freiflächeopen space
- 2929
- WärmeaustauschkontaktflächeHeat exchange contact surface
- 3030
- Lotspaltsolder gap
- 3131
- Abstandsstufespacer stage
- 3232
- AbstandsnoppeAbstandsnoppe
- 3333
- Passungfit
- 3434
- Ausdünnung, SickeThinning, beading
- A, A'A, A '
- 1. und 2. Ebene1st and 2nd level
- BB
- Breite des PlattenelementsWidth of the plate element
- DD
- Plattendicke (Dicke des Plattenelements (4))Plate thickness (thickness of the plate element (4))
- dd
- Materialdicke des Plattenelements im Bereich der PassungMaterial thickness of the plate element in the area of the fit
- HH
- 3. Ebene (Horizontalebene)3rd level (horizontal plane)
- LL
- Längsrichtung, Länge des PlattenelementsLongitudinal direction, length of the plate element
- SVSV
- Schweissverbindungwelded joint
- SS
- Spaltbreitegap width
- xx
- Abmessung des Plattenelements parallel zur Rohrachse im Bereich der PlattenelementkontaktflächeDimension of the plate element parallel to the tube axis in the region of the plate element contact surface
- yy
- Abmessung des Plattenelements parallel zur Rohrachse in einem vom Rohr weiter beabstandeten BereichDimension of the plate element parallel to the tube axis in a further spaced from the tube area
- ZZ
- Rohrachsepipe axis
Claims (23)
dadurch gekennzeichnet,
dass das Plattenelement (4) im Bereich einer Plattenelementkontaktfläche (5) zum thermisch leitenden Kontaktieren mit einer Rohrkontaktfläche (3) an die Rohrkontaktfläche mittels einer Passung (33), mit einer gegenüber der Plattendicke D des Plattenelements (4) verringerten Materialdicke d, angepasst ist um die Kontaktflächen (3, 5) zu vergrössern und das Verbindungsmittel eine Lötverbindung oder/und eine Klebverbindung umfasst.Heat exchange element comprising a thermally conductive tube (2) for flow through with a heat exchange fluid and at least one thermally conductive planar on both sides planar and side parallel trained plate member (4) for receiving ambient heat and thermal transmission of ambient heat to the tube (2) and / or recording of Heating heat from the tube (2) and delivery of heat to the environment wherein the tube (2) on at least one plate element (4) or between at least two plate elements (4) of a plate element arrangement is arranged and a contact means for thermal contacting is provided, said Contact means comprises a connecting means,
characterized,
in that the plate element (4) is adapted in the region of a plate element contact surface (5) for thermally conductive contacting with a tube contact surface (3) to the tube contact surface by means of a fitting (33) with a material thickness d reduced in relation to the plate thickness D of the plate element (4) to increase the contact surfaces (3, 5) and the connecting means comprises a solder joint and / or an adhesive bond.
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-
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- 2015-07-24 EP EP15178348.7A patent/EP3121548B8/en active Active
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