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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER AND USE OF A SHEET METAL STRIP TO PRODUCE PERFORATED FINS FOR A HEAT EXCHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/033619
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger (1) and to the use of sheet metal to produce perforated fins (2) for a heat exchanger (1), wherein a stack of fins (2) has prefabricated openings (5) for receiving tubes (6). The fins (2), which run from an inflow side (3) to an outflow side (4), have at least one row (R1) of prefabricated openings (5) for the tubes (6), said row running parallel to the inflow side (3), wherein a first row (R1) of openings (5) is arranged adjacent to the inflow side (3) and a last row (RL) of openings (5) is arranged adjacent to the outflow side (4), and wherein at least one first and/or middle row (R1) of prefabricated openings is free or predominantly free of tubes (6). The sheet metal strip used to produce the fins (2) is divided in the longitudinal direction such that, when the fins (2) are used, one row of openings (5) remains free or predominantly free of tubes (6).

Inventors:
GORA THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/DE2021/100482
Publication Date:
February 17, 2022
Filing Date:
June 04, 2021
Export Citation:
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Assignee:
KELVION MACHINE COOLING SYSTEMS GMBH (DE)
International Classes:
B21C37/02; B21D13/00; B21D53/02; F28D1/047; F28F1/32
Domestic Patent References:
WO2015033542A12015-03-12
Foreign References:
EP0845649A21998-06-03
US20060086488A12006-04-27
DE202018104940U12018-10-10
DE102015008094A12016-12-29
Attorney, Agent or Firm:
BOCKERMANN KSOLL GRIEPENSTROH OSTERHOFF PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Patentansprüche Wärmetauscher (1 ) mit folgenden Merkmalen: a) ein Stapel von Lamellen (2) weist vorgefertigte Öffnungen (5) zur Aufnahme von Rohren (6) auf; b) die Lamellen (2) verlaufen von einer Anströmseite (3) zu einer Abströmseite (4); c) die Lamellen (2) weisen wenigstens eine parallel zur Anströmseite (3) verlaufende Reihe (R1 , R2, R3, RL) von vorgefertigten Öffnungen (5) für die Rohre (6) auf, wobei eine erste Reihe (R1) von Öffnungen (5) benachbart zur Anströmseite (3) und eine letzte Reihe (RL) von Öffnungen (5) benachbart zur Abströmseite (4) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Reihe (R1 ) von Öffnungen (5) überwiegend frei von Rohren (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) entweder die erste Reihe (R1 ) frei oder überwiegend frei von Rohren (6) ist und/oder e) eine Reihe von Öffnungen (5) zwischen der ersten Reihe (R1) und der letzten Reihe (RL) frei oder überwiegend frei von Rohren (6) ist, wobei an diese freie oder überwiegend freie Reihe beiderseits vollständig oder überwiegend vollständig von Rohren (6) besetzte Reihen grenzen. Wärmetauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reihe (R1 ) vollständig frei von Rohren (5) ist. Wärmetauscher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Reihe (RL) frei oder überwiegend frei von Rohren (6) ist. Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen (2) für einen Wärmetauscher (1), wobei das Blechband (9) eine Ausgangsbreite (B) besitzt, wobei in das Blechband (9) eine Anzahl von N parallelen Reihen (R1 , R2, R3, RL) von Öffnungen (5) für Rohre (6) eingebracht wird, wobei das Blechband (9) zur Herstellung von x mit 0<x<N Lamellen (2) in Längsrichtung geteilt wird, entsprechend einer Division N/x ohne Rest, wobei die Öffnungen (5) wenigstens einer Reihe (R2, R3, RL) überwiegend oder vollständig mit Rohren (6) besetzt werden und in wenigstens einer weiteren Reihe (R1 ) die Öffnungen (5) überwiegend oder vollständig frei von Rohren (6) bleiben, wobei die Lamellen (2) von einer Anströmseite (3) zu einer Abströmseite (4) des Wärmetauschers (1) verlaufen, wobei eine erste Reihe (R1 ) von Öffnungen (5) benachbart zur Anströmseite (3) und eine letzte Reihe (RL) von Öffnungen (5) benachbart zur Abströmseite (4) angeordnet ist, wobei entweder die erste Reihe (R1) überwiegend oder vollständig frei von Rohren (6) ist und/oder wobei eine Reihe von Öffnungen (5) zwischen der ersten Reihe (R1 ) und der letzten Reihe (RL) überwiegend oder vollständig frei von Rohren (6) ist, wobei an die überwiegend oder vollständig freie Reihe zwischen der ersten Reihe (R1 ) und der letzten Reihe (RL) beiderseits von Rohren (6) besetzte Reihen grenzen. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Lamelle (2) die gleiche Anzahl von N/x Reihen (R1 , R2, R3, RL) von Öffnungen (5) hergestellt wird. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Reihe (RL) überwiegend oder vollständig frei von Rohren (6) ist. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (2) aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen und dass die Rohre (6) aus einem Kupferwerkstoff, Titan oder Edelstahl bestehen. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl N der Reihen (R1 , R2, R3, RL) von Öffnungen (5) 12 beträgt, wobei die Lamellen (2) 2, 3, 4, 6 oder 12 Reihen (R1 , R2, R3, RL) von Öffnungen (5) aufweisen mit 1 , 2, 3, 5 oder 11 Reihen die jeweils vollständig oder überwiegend mit Rohren (6) besetzt werden und mit jeweils einer freien oder überwiegend freien Reihe (R1 ) von Öffnungen (5).
Description:
Wärmetauscher und Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Lamellenwärmetauscher zeichnen sich durch ihre besonders kompakte Bauweise aus. Sie sind zudem für viele Anwendungen und Arbeitsmedien geeignet, z. B. für Lufterhitzer, Luftkühler, Verflüssiger und Verdampfer für die Heizung, Lüftung und Klimatechnik sowie für unterschiedlichste industrielle Anwendungen. Lamellenwärmetauscher werden z. B. aus Rohren aus Kupfer, Titan oder Edelstahl in Verbindung mit Lamellen aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Spezielle Lamellenprägungen können die Wärmeübertragung verbessern und den Druckabfall reduzieren.

Die Lamellen besitzen eine sehr geringe Dicke und werden üblicherweise durch Stanzen eines aufgecoilten Blechbandes mit einer bestimmten Ausgangsbreite hergestellt. Bei der industriellen Fertigung kommen in der Regel Rohrsysteme mit bestimmten Rohrabständen zum Einsatz, so dass sich aus der Kombination eines Blechbandes vorgegebener Breite und bei gegebenen Rohrabständen nur eine bestimmte Anzahl von Rohren sinnvoll in einem Blechband gegebener Breite platzieren lässt. Das Blechband lässt sich zudem in Längsrichtung teilen, so dass auch schmalere Lamellen für weniger Rohrreihen hergestellt werden können.

Um die Wärmeübertragung unter Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes zu maximieren, ist es üblich, die Öffnungen in den Lamellen vollständig mit Rohren zu besetzen. Unter Umständen kann dies zu einer Überdimensionierung, bzw. zu einer Wärmeübertragungsleistung führen, die gar nicht erforderlich ist. Eine solche Leistungsreserve ist zwar aus technischer Sicht unschädlich, allerdings sind die Fertigungskosten in Bezug auf die benötigte Wärmeübertragung zu hoch und die Wirtschaftlichkeit geringer. Die Ursache für eine Überdimensionierung liegt in der Abstufung der kostengünstig herstellbaren Baugrößen der Wärmetauscher. Ein wesentlicher Faktor für die Baugröße ist die vorgegebene Breite des Blechbandes, aus dem Lamellen gefertigt werden. Das Blechband ist z.B. so breit, dass zwölf hintereinander angeordneten Rohrreihen möglich sind. Dementsprechend kann das Blechband in schmalere Lamellen geteilt werden, die eine, zwei, drei, vier, sechs oder zwölf Reihen aufweisen (Teilen ohne Rest). Theoretisch könnten auch Lamellen mit z.B. 7 Reihen hergestellt werden. Allerdings ist der Anteil des Verschnitts mit 5/12 unwirtschaftlich hoch. Dementsprechend werden aus 12 möglichen Reihen nur Lamellen mit 1 , 2, 3, 4, 6 und 12 Reihen hergestellt, wenn der Verschnitt vermieden werden soll. Ein Wärmetauscher mit 8 Reihen kann aus Lamellen mit 2 x 4 Reihen gebaut werden. Die Abstufungen führen dazu, dass der Schritt von z.B. vier Rohrreihen auf sechs Rohrreihen relativ groß ist. Es werden 50% mehr Rohre verbaut. Zudem sind sechs Rohrreihen deutlich teurer als vier Rohrreihen, insbesondere da Kupfer und je nach Anwendungsfall Titan oder Edelstahl vergleichsweise teure Werkstoffe sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher aufzuzeigen, welcher unter vereinfachter Anpassung der Wärmeübertragerleistung fertigungstechnisch günstig herstellbar ist und bei welchem der Verschnitt der Lamellen während der Produktion reduziert wird.

Ferner soll die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher aufgezeigt werden, wobei der Verschnitt bei der Herstellung des Wärmetauschers reduziert werden kann, ohne die Flexibilität bei der Anpassung der Wärmeübertragerleistung einzuschränken.

Ein Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 löst den gegenständlichen Teil der Aufgabe.

Der Patentanspruch 4 löst den zweiten Teil der Aufgabe betreffend die Verwendung eines Blechbandes.

Die jeweiligen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besitzt einen Stapel von Lamellen mit vorgefertigten Öffnungen, die in der Regel gestanzt sind. Die Öffnungen dienen zur Aufnahme von Rohren.

Die Öffnungen sind an den Querschnitt der Rohre angepasst und bevorzugt kreisrund oder je nach Rohrquerschnitt auch elliptisch ausgeführt. Die Rohre, die durch die gestapelt angeordneten Lamellen geführt werden, können in offenen oder geschlossenen Kreisläufen durch den Wärmetauscher bzw. durch die Lamellen geführt werden. Der individuelle Lamellenabstand kann durch die Formgebung von Lamellenkragen randseitig der Öffnungen sichergestellt werden, wobei die Lamellenkragen gleichzeitig den Kontakt zwischen Rohren in den Öffnungen und den Lamellen ermöglichen. Durch mechanische Aufweitung der Rohre kann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und der Lamelle hergestellt werden, um die Wärmeübertragung sicherzustellen.

Die Lamellen verlaufen von einer Anströmseite zu einer Abströmseite des Wärmetauschers. Die Rohre verlaufen insbesondere senkrecht zu den Lamellen. Die Lamellen weisen erfindungsgemäß eine parallel zur Anströmseite verlaufende Reihe von vorgefertigten Öffnungen für die Rohre auf. Der Ausdruck "vorgefertigte Öffnungen für die Rohre" bedeutet, dass es sich hierbei nicht um Ausprägungen, Durchbrüche, Stanzungen oder Kanäle handelt, die nicht für die Rohre vorgesehen sind. Wenn im Rahmen der Erfindung von Öffnungen die Rede ist, sind ausschließlich Öffnungen zur Aufnahme von Rohren gemeint. Sind Öffnungen vorhanden, die auch Rohre aufnehmen könnten, die aber von deren Bauteilen belegt sind, wie z. B. von Heizeinrichtungen in Rohrform, handelt es sich nicht um vorgefertigte Öffnungen für die Rohre im Sinne der Erfindung, weil diese Öffnungen nicht für die Rohre dienen. Die besagten Öffnungen können Kragen aufweisen, wie alle anderen Öffnungen, in denen Rohre angeordnet sind, auch.

Eine erste Reihe von diesen Öffnungen ist benachbart zur Anströmseite der Lamellen angeordnet. Eine letzte Reihe dieser Öffnungen ist benachbart zur Abströmseite der Lamellen angeordnet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Reihe von vorgefertigten Öffnungen frei oder überwiegend frei von Rohren ist.

Der durch den Wärmetauscher benötigte Bauraum soll in der Regel so ausgenutzt werden, dass ein möglichst kompakter, leichter und leistungsstarker Wärmetauscher bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß ist zugunsten eines flexibleren Wärmetauscherkonzeptes vorgesehen, eine vollständige Reihe von Öffnungen, in welche üblicherweise Rohre eingesetzt werden könnten, freizulassen oder überwiegend frei zu lassen, d.h. nicht mit Rohren zu besetzen. Der Begriff "Reihe" meint hierbei nicht nur eine Vielzahl von Öffnungen, die beliebig über das Lochbild der Lamelle verteilt angeordnet sind, sondern Öffnungen, die in einer einzigen Reihe quer zur Anströmrichtung angeordnet sind und so die besagte Reihe bilden. Eine solche Reihe von Öffnungen soll parallel zur Anströmseite bzw. Abströmseite verlaufen.

Der Ausdruck "überwiegend frei" bedeutet in Zusammenhang mit den Öffnungen, dass mehr als 50% der Öffnungen frei von Rohren sind. Bevorzugt sind mehr als 75% der Öffnungen frei und besonders bevorzugt sind mehr als 90% der Öffnungen frei. Der Ausdruck "überwiegend frei" berücksichtigt insbesondere den Fall, dass nur eine einzige Öffnung oder eine einstellige Anzahl von Öffnungen mit Rohren besetzt sind. Im Idealfall ist eine gesamte Reihe von Öffnungen vollständig frei von Rohren. Wenn es nicht anders angegeben ist, wird nachfolgend der Ausdruck "frei" oder "freie Reihe" für eine Reihe von Öffnungen verwendet, die zumindest überwiegend frei oder auch vollständig frei von Rohren ist.

Der Ausdruck "überwiegend besetzt" bedeutet in Zusammenhang mit den Öffnungen, dass mehr als 50% der Öffnungen von Rohren besetzt sind. Bevorzugt sind mehr als 75% der Öffnungen besetzt und besonders bevorzugt mehr als 90% der Öffnungen. Der Ausdruck "überwiegend besetzt" berücksichtigt insbesondere den Fall, dass nur ein einzige Öffnung oder eine einstellige Anzahl von Öffnungen nicht mit Rohren besetzt ist, z.B. weil ein Rohr zu einem Anschluss in einem Rohrboden geführt wird. Im Idealfall ist eine gesamte Reihe von Öffnungen vollständig mit Rohren besetzt. Nachfolgend wird der Ausdruck "besetzte Reihe", sofern es nicht anders angegeben ist, für eine Reihe verwendet, die zumindest überwiegend oder auch vollständig mit Rohren besetzt ist. Ein Wärmetauscher mit einer solchen freien Reihe ist in Ergänzung zu Wärmetauschern, die komplett mit Rohren besetzte Reihen aufweisen, ausgesprochen kostengünstig herzustellen. Es ist dabei zu berücksichtigen, dass es durch den Entfall einer Reihe von Rohren, insbesondere aus dem relativ teuren Werkstoff Kupfer oder aus Titan oder aus Edelstahl, zu einer Kostenreduzierung und auch zu einer Gewichtsreduzierung kommt. Die leichten aber kostengünstigen Aluminiumrippen vergrößern zwar insgesamt das Bauvolumen des Wärmetauschers gegenüber den fertigungstechnisch kleinstmöglichen Abmessungen, allerdings ist es bei einer Gesamtbetrachtung produktionstechnisch und thermodynamisch günstig, eine Reihe von Öffnungen komplett oder überwiegend freizulassen. Mit der Erfindung ist es daher möglich, auf sehr kosteneffiziente Art und Weise die Wärmeübertragung eines Wärmetauschers bei gleicher Anzahl von Rohrreihen zu erhöhen und gleichzeitig die Mehrkosten für die Anpassung der Baugröße zu reduzieren.

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die erste Reihe, die der Anströmseite zugewandt ist, frei von Rohren ist. Die freie Reihe bzw. die dort angeordneten Bereiche der Lamelle wirken vor der ersten angeströmten Rohrreihe wie eine Vergrößerung der Lamellen. Dadurch kann ein zusätzlicher Wärmeübergang erreicht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Wärmeübertragungsleistung eines Lamellenwärmetauschers von Rohrreihe zu Rohrreihe in Strömungsrichtung zunimmt. Die erste Rohrreihe hat den geringsten Wärmeübergang. Eine zusätzlich vergrößerte Lamellenfläche in Bezug auf die erste Rohrreihe vergrößert daher die Wärmeübertragungseigenschaften der ersten Rohrreihe. Das bestätigt sich, wenn man einen Wärmetauscher mit einer einzigen Rohrreihe vergleicht, wobei diese einzige Rohrreihe in der einzigen Reihe von Öffnungen angeordnet ist. Ein Wärmetauscher mit zwei Reihen von Öffnungen, wobei die anströmseitige Reihe von Öffnungen frei ist, weist demgegenüber einen besseren Wärmeübergang bei moderater Kostenerhöhung auf. Darüber hinaus sind auch die geringeren Fertigungskosten zu berücksichtigen, da weniger Rohre eingeführt und fixiert werden müssen. Zudem entfällt neben den Rohren auch das Anlöten von Rohrbögen.

Es ist auch die wesentlich erhöhte Flexibilität bei der thermischen Auslegung zu betonen. Durch den Einsatz von freien Reihen wird eine Wärmeleistung eines Wärmetauschers unter Verwendung von kostengünstigem Lammellenmaterial verbessert. Durch die größere Anzahl von Zwischenstufen kann eine vorgegebene Wärmeleistung flexibler erreicht werden.

Erfindungsgemäß ist es optional auch möglich, dass die letzte Reihe, d. h. die Reihe benachbart der Abströmseite, frei von Rohren ist. Das Fehlen der ersten Rohrreihe führt zu einer geringeren Reduzierung der Wärmeübertragerleistung im Vergleich zum Fehlen der letzten Rohrreihe. Je nach ausgewählter Rohrreihe kann die Leistung des Wärmeübertragers angepasst werden. Es wird bevorzugt, dass die erste Reihe frei von Rohren ist, da hier der Wärmeübergang im Vergleich zur letzten Rohrreihe geringer ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es alternativ oder zusätzlich möglich, eine Reihe von Öffnungen zwischen der ersten Reihe und der letzten Reihe frei von Rohren zu belassen, wobei an diese freie Reihe beiderseits von Rohren besetzte Reihen grenzen. Auch durch solch eine "mittlere" freie Reihe kann die Anzahl der maximal besetzten Reihen um eine einzelne Reihe reduziert werden.

Bei einem Blechband, das dafür ausgelegt ist, max. 12 Reihen von Öffnungen bzw. Rohren aufzunehmen, könnten dementsprechend Lamellen mit eins, zwei, drei, vier, sechs oder zwölf Reihen gefertigt werden. Eine geforderte Lamelle mit 8 Reihen kann aus 2 einzelnen Lamellen mit 4 Reihen zusammengesetzt werden. Ohne Verlust durch Verschnitt des Blechbandes ist es nicht möglich, Lamellen mit fünf, sieben, neun, zehn oder elf Reihen herzustellen. Mit der Erfindung ist es nun möglich, eine Lamelle, die zwei Rohrreihen vorsieht, nur mit einer einzelnen Rohrreihe zu besetzen. Das bedeutet, dass ein und dieselbe Lamelle für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden kann. Einerseits kann die Lamelle wie bisher verwendet werden, um beide Rohrreihen komplett zu besetzen und andererseits kann erfindungsgemäß nur eine von zwei möglichen Rohrreihen besetzt werden. Dadurch erhöhen sich die Kombinationsmöglichkeiten und damit die Flexibilität der Fertigung erheblich, ohne dass Fertigungsabläufe umfangreich geändert werden müssten. Das Prinzip der freien Reihe, das für eine Lamelle mit zwei Rohrreihen erläutert worden ist, ist genauso bei Lamellen mit drei, vier, sechs oder zwölf Rohrreihen geeignet.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher lassen sich damit nicht nur flexiblere Produktionsmöglichkeiten und damit eine breitere Produktpalette realisieren, auch der Verschnitt der Lamellen wird reduziert.

Die Erfindung sieht ferner die Verwendung eines Blechbandes zur Herstellung von gelochten Lamellen für einen Wärmetauscher vor, wobei das Blechband eine Ausgangsbreite besitzt, in welche eine Anzahl von parallelen Reihen von Öffnungen eingebracht wird. Die Öffnungen sind zur Aufnahme von Rohren vorgesehen, die Bestandteil des Wärmetauschers sind. Das Blechband wird zur Herstellung von x Lamellen in Längsrichtung geteilt, entsprechend einer Division N/x ohne Rest. Das bedeutet, dass bei beispielsweise zwölf möglichen parallelen Reihen von Öffnungen ein, zwei, drei, vier, sechs, zwölf identische Lamellen (ohne RestA/erschnitt) herstellbar sind. Die Lamellen werden derart verwendet, dass eine Reihe von Öffnungen vollständig oder überwiegend freibleibt. Es werden daher bevorzugt nur in (N/x)-1 identische Reihen von Öffnungen Rohre eingesetzt.

Die Flexibilität der Fertigung wird erhöht, der Verschnitt wird reduziert. Der Wärmeübergang, insbesondere der ersten Rohrreihe, kann verbessert werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die vorstehend erläuterten Vorteile dieser Bauform, bzw. dieser Art der Verwendung verwiesen.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass die Lamellen von einer Anströmseite zu einer Abströmseite des Wärmetauschers verlaufen, wobei eine erste Reihe von Öffnungen für die Rohre benachbart zur Anströmseite und eine letzte Reihe von Öffnungen für die Rohre benachbart zu Abströmseite angeordnet ist.

Besonders bevorzugt bleibt die erste Reihe frei von Rohren. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine mittlere Reihe frei von Rohren bleiben, wobei die jeweils benachbarten Reihen zu der freien Reihe mit Rohren ganz oder teilweise besetzt sind. Zusätzlich kann die letzte Reihe frei von Rohren bleiben.

Die Lamellen bestehen vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, wohingegen die Rohre aus einer Kupferlegierung bestehen oder aus Titan oder aus Edelstahl.

Bevorzugt sind 12 Reihen von Öffnungen in der Ausgangsbreite des Blechs vorgesehen, wobei die Lamellen zwei, drei, vier, sechs, 8 (2 x 4) oder zwölf Reihen von Öffnungen aufweisen mit eins, zwei, drei, fünf, sieben oder elf Reihen von Rohren, so dass jeweils eine freie Reihe von Öffnungen vorgesehen ist. Die Anzahl der Reihen hängt von der Ausgangsbreite des Blechs, von der Größe und den Abständen der Öffnungen ab und kann daher variieren. Die Erfindung ist nicht auf 12 Reihen oder eine andere Anzahl von Reihen beschränkt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen rein schematisch und nicht maßstäblichen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 In Ansichten von links und rechts eine erste Ausführungsform eines Wärmetauschers mit zwei Lochreihen;

Figur 2 In Ansichten von links und rechts eine zweite Ausführungsform eines Wärmetauschers mit drei Lochreihen;

Figur 3 In Ansichten von links und rechtseine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers mit sechs Lochreihen und Figur 4 Ein Coil mit einem Blechband zur Herstellung von Lamellen.

Figur 1 zeigt eine Ansicht von links auf eine Lamelle 2 eines Wärmetauschers 1. Der Wärmetauscher 1 besitzt einen Stapel von identischen Lamellen 2, wobei in der Figur 1 nur die unterste und die oberste Lamelle 2 dargestellt sind. Die Lamellen 2 verlaufen jeweils in der Bildebene. Sie erstrecken sich von einer Anströmseite 3 zu einer Abströmseite 4. Mehrere gleichartig aufgebaute Lamellen 2 befinden sich in hoher Anzahl übereinander und im Abstand zueinander. In den Lamellen 2 befinden sich Öffnungen 5 zur Aufnahme von Rohren 6. Die Rohre 6 sind bei diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt kreisrund. Die einzelnen Rohre 6 verlaufen parallel zueinander. Austretende benachbarte Enden der Rohre 6 sind über Rohrbögen 7 miteinander verbunden. Alternativ können auch die Rohre 6 auch in Kammern münden, in denen einen Umlenkung erfolgt. Für die Erfindung spielt die konkrete Verschaltung der Rohre eine untergeordnete Rolle. Wesentlich ist, dass die Rohre 6 in einer Reihe angeordnet sind, ebenso wie die Öffnungen 5 in Reihen angeordnet sind.

Die der Anströmseite 3 zugewandte erste Reihe R1 von Öffnungen 2 verläuft parallel zur Anströmseite 3. Die darauf folgende nächste Reihe RL ist die zweite Reihe und gleichzeitig auch die letzte Reihe bei dieser Bauform. Nur die zweite Reihe bzw. letzte Reihe RL ist mit Rohren 6 besetzt. Die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 ist frei von Rohren 6.

Die zweite Ansicht der Figur 1 zeigt den Wärmetauscher 1 von der gegenüberliegenden Seite. Die Anströmseite 3 befindet sich wiederum in der Bildebene links. Die Abströmseite 4 befindet sich rechts. Aus der unterschiedlichen Position der Rohrbögen 7 ist die Verschaltung der einzelnen Rohre 6 zu erkennen. Aus der zweiten Ansicht ist im oberen Bereich zu erkennen, dass die Rohrreihen R1 und RL quer zur Anströmseite 3 bzw. zur Strömungsrichtung S versetzt sind. Dadurch treten die Rohre 6 in Strömungsrichtung S nachfolgenden Rohrreihe RL aus dem Windschatten der Rohrreihe R1 hinaus. Im vorliegenden Fall ist das weniger erheblich, allerdings könnte die dargestellte Lamelle 2 in nicht erfindungsgemäßer Weise auch mit zwei Rohrreihen besetzt sein, so dass alle Öffnungen 5 belegt sind. Aus der Darstellung rechts in Figur 1 ist zu erkennen, dass an die unterste und die oberste Öffnung 5 der letzten Rohrreihe RL keine Rohrbögen angeschlossen sind. Die entsprechenden Öffnungen sind allerdings mit Rohren belegt für den Eintritt und den Austritt des Mediums in die Rohrschlange.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt einen Wärmetauscher 1 in einer zweiten Ausführungsform, allerdings mit drei Reihen von Öffnungen 5. Die erste Reihe wird wiederum mit R1 bezeichnet und die letzte in Strömungsrichtung S folgende Lochreihe mit RL. Die mittlere Reihe wird mit R2 bezeichnet. Es werden auch für alle weiteren im Wesentlichen funktionsgleichen Komponenten die Bezugszeichen verwendet, die zu Figur 1 eingeführt worden sind. Die Verschaltung der einzelnen Rohre 6 in den beiden hinteren Rohrreihen R2, RL ist im Wesentlichen zickzackförmig.

Aus der in der Bildebene rechten Ansicht, welcher die gegenüberliegende Seite des Wärmetauschers 1 zeigt, ist zu erkennen, dass einzelne Positionen in der zweiten Rohrreihe R2 bzw. letzten Rohrreihe RL frei bleiben. Diese freien Positionen sind auf Anschlüsse der Rohre 6 an einen nicht dargestellten Sammler für ein Wärmetauschermedium zurückzuführen. Genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 frei von Rohren 6.

Auch bei dem nachfolgenden Beispiel mit sechs Reihen von Öffnungen 5 ist die erste Reihe R1 von Öffnungen 5 die freie Reihe R1 , während alle anderen Reihen mit Rohren 6 besetzt sind. Einzelne freie Positionen in den beiden auf die freie Reihe R1 nachfolgenden Rohrreihen R2 und R3 sind auf die Verschaltung zurückzuführen, d. h. auf Anschlüsse zu einem Sammler.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen insgesamt drei mögliche Ausführungsbeispiele eines Wärmetauschers entsprechend der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit jeweils einer ersten freien Reihe R1 von Rohren 5. Anhand dieser Bauformen wurden Simulationen durchgeführt, bei welchen das in Strömungsrichtung S anströmende Medium Luft ist, mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s. Bei der Ausführungsform der Figur 1 hat sich der Wärmeübergang im Vergleich zu einer Lamelle 2 mit nur einer Rohrreihe um 23% verbessert. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 um 8% und bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 um 4%. Dieser Effekt wird größer, wenn die Luftgeschwindigkeit reduziert wird. Die Reduzierung der Luftgeschwindigkeit verbessert die Energieeffizienz im Hinblick auf energiebezogene Produkte und verbessert in diesem Zusammenhang auch die Reduzierung von CO2 Emissionen. Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 50% der Rohre 6 eingespart werden, im zweiten Fall 33% im dritten Fall 17%. Dadurch werden, abgesehen von den Materialkosten für die Rohre, auch die Fertigungskosten reduziert. Es müssen weniger Rohre montiert und weniger Rohrbögen eingesetzt und gelötet werden.

Die Figur 4 zeigt rein Schematisch ein Coil 8 mit einem Blechband 9, das eine Ausgangsbreite B besitzt. Das Blechband 9 kann entsprechend der mit gestrichener Linie eingezeichneten Trennlinien in Längsrichtung getrennt werden, so dass gleich breite Lamellen 2 gefertigt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind es 4 identische Lamellen 2. In einem weiteren Fertigungsschritt können mehrere Reihen von Öffnungen 5 in Lamellen 2 eingebracht werden, wie es in der Figur 4 angedeutet worden ist. Die Aufteilung in einzelne Lamellen 2 erfolgt bevorzugt vor der Herstellung der Öffnungen 5. Die Öffnungen 5 werden bevorzugt durch Stanzen hergestellt.

Bezuqszeichen:

1 - Wärmetauscher

2 - Lamelle

3 - Anströmseite (Luft/Gas)

4 - Abströmseite (Luft/Gas)

5 - Öffnung

6 - Rohr

7 - Rohrbogen

8 - Coil

9 - Blechband

B - Ausgangsbreite von 9

R1 - erste Reihe von Öffnungen 5

R2 - zweite Reihe von Öffnungen 5

R3 - dritte Reihe von Öffnungen 5

RL - letzte Reihe von Öffnungen 5

S - Strömungsrichtung (Luft/Gas)