DD269205A1

DD269205A1 - METHOD FOR PRODUCING A DOUBLE TUBE-TYPE WATER TRANSFER

Info

Publication number: DD269205A1
Application number: DD31085187A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Reibert; Klaus Schoenwaelder; Joachim Gerstel; Frank Goebel; Olaf Schwandt
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1989-06-21

Abstract

Die erfindungsgemaessen Waermeuebertrager sind auf dem Gebiet der Sekundaerenergienutzung einsetzbar. Sie bestehen aus mindestens zwei gasdichten Stroemungskanaelen, die das Gegenstromprinzip ermoeglichen. Durch Verbinden von vier Platten werden ein innerer und ein aeusserer Stroemungskanal durch Aufweiten des aeusseren und anschliessend des inneren Stroemungskanals geschaffen. Die Apparate sind als Kondensatoren und Verdampfer fuer Waermepumpen mit nichtazeotropem Kaeltemittel sowie auch allgemein zur Waermerueckgewinnung anwendbar. Fig. 1The heat transfer media according to the invention can be used in the field of secondary energy utilization. They consist of at least two gas-tight flow channels, which allow the countercurrent principle. By connecting four plates, an inner and an outer flow channel are created by widening the outer and then the inner flow channel. The apparatuses are applicable as condensers and evaporators for heat pumps with non-azeotropic refrigerant as well as generally for heat recovery. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Das Einsatzgebiet des doppelrohrartigen Wärmeübertragers ist vorteilhaft dort möglich, wo hohe Temperaturänderungsgrade erwünscht sind, d. h. in den Fällen, in denen die Wärme mit möglichst hoher Temperatur wiedergewonnen werden soll. In der Wärmepumpentechnik ist der neuartige Wärmeübertrager insbesondere beim Einsatz von nichtazeotropen Kältemittelgemischen günstig einsetzbar.The field of application of the double-tube-like heat exchanger is advantageously possible where high degrees of temperature change are desired, ie. H. in cases where the heat is to be recovered at the highest possible temperature. In heat pump technology, the novel heat exchanger can be used in a favorable manner, in particular when non-azeotropic refrigerant mixtures are used.

Characteristic of the known technical solutions

Rekuperatoren werden in der Praxis nach äußeren Merkmalen als Röhren-, Platten- oder Spiralwärmeübertrager unterschieden.Recuperators are distinguished in practice according to external characteristics as tubular, plate or spiral heat exchanger.

Plattenwärmeübertrager haben den Vorteil der kompakten Bauweise und kleiner Wärmeaustauschflächen bei hohem Wärmedurchgangskoeffizienten. Ein solcher Apparat wird selbst bei Ausführung in rostfreiem Stahl preisgünstiger ausfallen als ein Röhrenwärmeübertrager.Plate heat exchangers have the advantage of compact design and small heat exchange surfaces with high heat transfer coefficient. Such an apparatus will be less expensive than a tube type heat exchanger, even when made in stainless steel.

Diesen Vorteilen stehen als wesentliche Nachteile die Beschränkung der Betriebsdrücke auf 1 MPa, sowie bedingt durch die Dichtungen, die Beschränkung der Betriebstemperaturen auf max. 250°C gegenüber.These advantages include the limitation of the operating pressures to 1 MPa, as well as due to the seals, the limitation of the operating temperatures to max. 250 ° C opposite.

Ein behr vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von kleineren Verdampfern, insbesondere für Kühlschränke und Kühlmöbel, ist das Roll-bond-Verfahren (Drees, H.; Zwicker, A. „Kühlanlagen", VEB Verlag Technik Berlin 1974).An advantageous method for the production of smaller evaporators, in particular for refrigerators and refrigerated cabinets, is the roll-bond method (Drees, H., Zwicker, A. "Kühlanlagen", VEB Verlag Technik Berlin 1974).

Der nach diesem Verfahren hergestellte Wärmeübertrager ist ein Plattenwärmeübertrager mit kreisförmigen Strömungsquerschnitten (Rohren) und Rippen. Dabei bestehen Rohre und Rippen aus einem Stück. Zwei Platten aus Aluminium oder Kupfer werden auf ihren Innenflächen einem dem Leitungsweg entsprechenden aufgedruckten Muster versehen und durch Walzen miteinander kalt verschweißt. Das Trennmittel (Druckfarbe) läßt Hohlräume bestehen, die mittels Preßwasser von 14...18MPa zu Rohren aufgeweitet werden. Die fertigen Kühlplatten können in die gewünschte Verdampferform gebogen werden. Neben den fertigungstechnischen Vorteren, der geringen f..asse und Platzbedarf dieser Verdampferform ist vor allem die erhöhte Wärmeleitfähigkeit zu nennon, weil Rohr und Rippe aus einem Stück bestehen. Diese vorteilhafte Wärmeübertragerbauart läßt bich aber nur für dia Luftkühlung verwenden, d. h. der Wärmeübergang von der Luft an die Kühlfläche findet durch freie Konvektion statt. Eine exakte Führung des zu kühlenden Mediums, etwa im Sinne einer Gegenstromschaltung ist nicht möglich.The heat exchanger produced by this method is a plate heat exchanger with circular flow cross sections (pipes) and ribs. There are tubes and ribs in one piece. Two plates of aluminum or copper are provided on their inner surfaces corresponding to the printed circuit pattern printed pattern and cold-welded together by rolling. The release agent (ink) leaves cavities exist, which are expanded by means of press water from 14 ... 18MPa to pipes. The finished cooling plates can be bent into the desired evaporator shape. In addition to the production engineering Vorteren, the small f..asse and space requirements of this evaporator form is especially the increased thermal conductivity to nennon because tube and rib consist of one piece. This advantageous Wärmeübertragerbauart can bich but use only for dia air cooling, d. H. the heat transfer from the air to the cooling surface takes place by free convection. An exact guidance of the medium to be cooled, for example in the sense of a countercurrent circuit is not possible.

Eine exakte Gegenstromführung der beteiligten Medien ist bei Doppelrohrwärmeübertragern gegeben. Diese Bauart wird vorwiegend für kleinere Leistungen angewendet.An exact countercurrent flow of the media involved is given in Doppelrohrwärmeübertragern. This design is mainly used for smaller services.

Doppelrohr-Wärmetauscher bestehen bekanntlich entweder aus einem Doppelrohr oder aus mehreren, zu einem Bündel zusammengefaßten Doppelrohren (DD 119468).Double-tube heat exchangers are known either from a double tube or from several, combined into a bundle double tubes (DD 119468).

Nachteilig bei Dc ppelrohr-Wärmetauschern ist, daß sie nicht in beliebiger Größe und Form hergestellt werden können, da dann die Zentrierung < es Innenrohres im Außenrohr Schwierigkeiten bereitet.A disadvantage of Dc ppelrohr heat exchangers is that they can not be made in any size and shape, since then the centering <it inner tube in the outer tube causes difficulties.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein rationelles Verfahren zur Herstellung von Doppelrohr-Wärmeübertragern anzugebon.The aim of the invention is to attach a rational process for the production of double-tube heat exchangers.

Explanation of the essence of the invention

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem doppelrohrartige Wärmeübertragei in beliebigen Größen und Ausführungsformen bei möglichst robust und platzsparender Gestaltung hergestellt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Erweiterung des Roll-bond-Verfahrens auf mehr als zwei Bleche, vorzugsweise auf vier Metallbleche ein berippter doppolrohrartiger Wärmeübertrager bei nachfolgender Technologie herstellbar ist.Dor invention is the object of specifying a method with which double-tube Wärmeübertragei can be made in any size and embodiments in the most robust and space-saving design. According to the invention, the object is achieved in that upon extension of the roll-bond method on more than two sheets, preferably on four metal sheets, a finned doppolrohrartiger heat exchanger with the following technology can be produced.

Zunächst wird der Leitungsweg des Innenrohres auf einen der beiden Innenbleche mittels eines Trennmittels (Druckfarbe) strukturiert. Nach dem Aufeinanderlegen der beiden Innenbleche werden zwei weitere strukturierte und mit vorgeprägten Kanälen versehene Bleche mit der Struktur deckungsgleich auf die beiden inneren Bleche aufgelegt. Nach erfolgter Verbindur.j der vier Bleche mittels Kaltpreßschweißung werden zuerst die beiden äußeren Bleche 7 jm A> ßenrohr und nachfolgend die beiden Innenbleche zum Innenrohr mittels Druckbeaufschlagung (aufgebläht) 8\irgewt'«et.First, the conduction path of the inner tube is structured on one of the two inner plates by means of a release agent (ink). After the two inner sheets have been placed on top of each other, two further structured sheets provided with pre-embossed channels are placed congruently with the structure on the two inner sheets. After Verbindur.j the four sheets by Kaltpreßschweißung first the two outer sheets are 7 jm A> ßenrohr and then the two inner sheets to the inner tube by pressurization (inflated) 8 'irgewt' et.

Die Verbindung der vier Bleche kann dabei nach zwei Varianten erfolgen. Nach der ersten Ausführungsform werden die be.den Innenbleche zuerst mittels dem Roll-bond-Verfahren in der gewünschten Form verschweißt und nachfolgend einzeln die vergeprägten Außenbleche nach dem gleichen Ka'ischweißverfahren auf die Innenbleche aufgebracht. Die zweite Variante sieht erfindungsgemäß vor, ^aß die beiden äußeren Bleche an den zu schweißenden Stellen mit schmalen Schlitzen versehen sind, durch welche ein schmales Werkzeug (Rolle) bei Schweißvorgang hindurchgreift, um die Innenbleche miteinander zu verbinden und gleichzeitig werden die Außenkanten der Schlitze durch das breitere Werkzeug (Rollen) erfaßt und auf den Innenblechen befestigt.The connection of the four sheets can be done according to two variants. According to the first embodiment, the be.den inner sheets are first welded by means of the roll-bond method in the desired shape and subsequently individually applied the embossed outer sheets by the same Ka'ischweißverfahren on the inner panels. According to the invention, the second variant provides for the two outer sheets to be provided at the points to be welded with narrow slots through which a narrow tool (roll) engages during welding in order to join the inner sheets together and at the same time the outer edges of the slots pass through the wider tool (rollers) detected and attached to the inner panels.

embodiment The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. In the drawing show: Fig. 1: an embodiment of the novel double-tube-like produced by the novel process

Wärmeübertragers Fig. 2: eine analoge Ausführungsform wie in Fig. 1, aber mit geschlitzten Außenblechen.Heat exchanger Fig. 2: an analogous embodiment as in Fig. 1, but with slotted outer sheets.

An Hand der Fig. 1 und 2 sollen Ausführungsbeispiele für die zwei aufgeführton Varianten beschrieben werden. Die gezeigte Schlangenlinie des Doppelrohrwärmeübertragers ist unabhängig von den Varianten für den Fall vorteilhaft, wenn die Zu- und Abführungsleitungen am äußeren Rand des Blechpaketes angebracht werden sollen. Es sind aber auch andere Kanalformen denkbar, wie z. B. eine Spirale. Die äußeren Abmessungen und die Form des Blochpaketes werden den vorhandenen räumlichen Bedingungen angepaßt. Mit beiden beschriebenen Varianten des Verfahrens können auch die Durchmesser (Strömungsquerschnitte) der Strömungsksnäle entlang des Strömungsweges variiert werden.With reference to FIGS. 1 and 2 exemplary embodiments of the two aufführton variants are described. The serpentine line of Doppelrohrwärmeübertragers shown is advantageous regardless of the variants for the case when the supply and discharge lines are to be attached to the outer edge of the laminated core. But there are also other channel shapes conceivable, such. B. a spiral. The outer dimensions and the shape of the Bloch package are adapted to the existing spatial conditions. With both variants of the method described, the diameters (flow cross sections) of the flow passages along the flow path can also be varied.

Bei Variante 1 (Fig. 1) wird zunächst auf der Innenseite einer der beiden Innenbleche 8 oder 9 der Strömungsweg des Innenrohres 6 mit Druckfarbe (Trennmittel) markiert. Dann weiden die beiden Innenbleche 8 und 9 so aufeinandergelegt, daß sich die Farbmarkierung innen befindet. Die beiden Rohrstutzen 3 und 4 für den Innenkanal 6 werden an den Innenblechen angebracht und anschließend werden beide Platten kalt miteinander verschweißt. Nun wird auf beiden, mit vorgeprägten Kanälen versehenen, Außenblechen 7 und 10 jeweils auf der Innenseite die Farbmarkierung für das Außenrohr 5 angebracht. Das Außenblech 7 wird mit der Farbmarkierung nach innen auf das Innenblech gelegt und nach Montieren der beiden Rohranschlüsse 1 und 2 für den Mantelkanal 5 kalt mit den Innenplatten verschweißt. Anschließend wird dieser Vorgang mit dem Außenblech 10 analog durchgeführt. Nun erfolgt das Aufweiten des Außenrohres 5 über einen der Rohranschlüsse 1 oder 2 mittels Preßwasser, wobei der andere verschlossen wird. Zuletzt wird das Innenruhr 6 über einen der beiden Rohrstutzen 3 oder 4 mittels Preßwasser aufgeweitet. Der Wärmeübertrager ist damit betriebsbereit.In variant 1 (FIG. 1), the flow path of the inner tube 6 is first marked with printing ink (release agent) on the inner side of one of the two inner plates 8 or 9. Then the two inner plates 8 and 9 graze on each other so that the color coding is inside. The two pipe sockets 3 and 4 for the inner channel 6 are attached to the inner plates and then both plates are cold welded together. Now, the color marking for the outer tube 5 is mounted on both, provided with pre-stamped channels, outer plates 7 and 10 respectively on the inside. The outer panel 7 is placed with the color marking inside on the inner panel and welded after mounting the two pipe connections 1 and 2 for the duct 5 cold with the inner plates. Subsequently, this process is carried out analogously with the outer panel 10. Now, the expansion of the outer tube 5 via one of the pipe connections 1 or 2 by means of pressing water, wherein the other is closed. Finally, the inner tube 6 is widened via one of the two pipe sockets 3 or 4 by means of press water. The heat exchanger is ready for operation.

Bei Variante 2 (Fig. 2) werden die Innenbleche 8 und 9 wie in Variante 1 beschrieben, vorbehandelt und aufeinander gelegt. Die Außenbleche 7 und 10 werden zwischen den Strömungswegen z. B. durch Fräsen mit Schlitzen 11 versehen (Fig. 2). Dann werden sie auf die Außenseiten der Innenbleche gelegt und die Rohranschlüsse 1 und 2 für das Außenrohr 5 werden montiert. Nun werden zwischen zwei schmalen Walzwer!zeugen (siehe Fig. 2 Einzelheit C) die Schlitzkanten beider Außenplatten gleichzeitig mit den Innenblechen sowie beide Innenbleche 8 und 9 miteinander kaltverschweißt. Analog werden dann die Außenkanten der Platten kaltverschweißt. Anschließend wird das Aufweiten der Rohrkanäle wie in Variante 1 beschrieben durchgeführt. Damit ist der Wärmeübertrager betriebsbereitIn variant 2 (FIG. 2), the inner panels 8 and 9 are pretreated and laid on one another as described in variant 1. The outer sheets 7 and 10 are between the flow paths z. B. by milling with slots 11 (Fig. 2). Then they are placed on the outer sides of the inner panels and the pipe connections 1 and 2 for the outer tube 5 are mounted. Now between two narrow Walzwer! Witnesses (see Fig. 2 detail C), the slot edges of both outer plates simultaneously cold welded together with the inner plates and both inner plates 8 and 9. Similarly, then the outer edges of the plates are cold-welded. Subsequently, the expansion of the pipe channels is carried out as described in variant 1. Thus, the heat exchanger is ready for use

Vorteile der Erfindung: Advantages of the invention:

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich neuartige berippte Doppelrohr-Wärmeübertrager auf ökonomische Weise herstellen. Mit diesen, in beliebiger Form und Größe herstellbaren Doppclrohr-Wärmeübei :ragern ist eine exakte Gegenstromführung von zwei oder mehreren Medien möglich. Die Rohre sind zueinander und gegenüber der Umgebung völlig gasdicht.By means of the method according to the invention, novel finned double-tube heat exchangers can be produced in an economical manner. With these double-tube heat-sup- pliers, which can be produced in any shape and size, an exact countercurrent flow of two or more media is possible. The tubes are completely gastight to each other and to the environment.

Es treten keine relativen Verschiebungen der Rohre zueinander bei wechselnder Belastung des Wärmeübertragers auf. Große Bedeutung hat der neuartige Doppelrohr-Wärmeübertrager bei der Verwendung von nichtazeotropen Kältemittelgemischen in Kälteanlagen und bei Wärmepumpen.There are no relative displacements of the tubes to each other with changing load of the heat exchanger. The novel double-tube heat exchanger is of great importance when using non-azeotropic refrigerant mixtures in refrigeration systems and heat pumps.

Es können die Querschnitte der Rohre beliebig entsprechend dem zunehmenden Volumenstrom (Verdampfung) oder dem abnehmenden Volumenstroin (Kondensation) kontinuierlich erweitert oder verengt werden.The cross-sections of the tubes can be continuously expanded or narrowed according to the increasing volume flow (evaporation) or the decreasing volume flow (condensation).

Claims

1. A process for producing a double-tube-like heat exchanger, which consists essentially of a provided with connections inner and outer tubes, characterized in that in a known manner (as in Ro'l-bond process [Preßschweißung]) two structured with a release agent sheets placed on top of each other and subsequently two more provided with release agent and equipped with vorgeprägten channels plates are placed on the first two sheets, after the successful connection of the four sheets by Preßschweißung first, the two outer sheets to the outer tube and subsequently the two inner sheets to the inner tube by pressurizing be upgraded.

2. A process for producing a double-tube-like heat exchanger according to claim 1, characterized in that first the two inner sheets and subsequently the outer sheets are joined together by pressure welding.

3. A method for producing a double-tube-like heat exchanger according to claim 1, characterized in that the outer sheets are provided at the welds with slots and by means of a, the slots sweeping and the outer edges detecting tool are welded.