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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß einem
der Ansprüche 1 oder 2.
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Um
in einem Wärmetauscher möglichst effizient und
schnell Wärme abführen zu können, werden üblicherweise
Wärmetauschwände mit einer möglichst
großen Oberfläche zur Wärmeabgabe verwendet.
Eine weitere Steigerung der möglichen Wärmeabfuhr
ist durch die thermische Kontaktierung von Oberflächenvergrößerungselementen
mit den Wärmetauschwänden eines Wärmetauschers
möglich, wie es beispielsweise in der
JP 04186096 A beschrieben
ist. In diesen Druckschriften werden Oberflächenvergrößerungselemente
gezeigt, die Drähte in einem Strömungsbereich
eines Fluids umfassen, wobei die Drähte jedoch eine lockere
Struktur und damit einerseits ein schlechtes Verhalten bei der Umströmung
durch das Fluid und andererseits durch den lockeren Drahtverbund
eine suboptimale Wärmeleitungsfähigkeit haben.
Auch tritt nachteilhaft ein hoher Druckabfall bei der Umströmung
des Fluids um die locker angeordneten Drähte auf, wobei
möglicherweise noch eine Ansammlung von Kondensat in einem
Wärmetauscher gemäß den oben genannten Schriften
zu verzeichnen ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher
mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen, welcher insbesondere einfach
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit einem oder mehreren
ersten Strömungskanälen für ein erstes
Medium, einem oder mehreren zweiten Strömungskanälen
für ein zweites Medium, zumindest einer Wärmetauschwand,
welche zumindest einen ersten von zumindest einem zweiten Strömungskanal
trennt, und mit jeweils eine Längsrichtung aufweisenden
Oberflächenvergrößerungselementen, welche
wärmeleitend mit der Wärmetauschwand verbunden
sind und voneinander beabstandet in ihrer jeweiligen Längsrichtung
von der Wärmetauschwand abragen, gelöst, indem
zumindest zwei bevorzugt zueinander benachbarte und bevorzugt zueinander
parallele Oberflächenvergrößerungselemente
mittels zumindest eines Verbindungselementes miteinander verbunden,
bevorzugt auf Abstand voneinander gehalten sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der das zumindest eine Verbindungselement
räumlich zwischen den zumindest zwei Oberflächenvergrößerungselementen
angeordnet ist.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der das zumindest eine Verbindungselement
von der Wärmetauschwand beabstandet, insbesondere mittig
zwischen der Wärmetauschwand und einer weiteren Wärmetauschwand
angeordnet ist.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der das zumindest eine Verbindungselement
als insbesondere zu der Wärmetauschwand paralleler Verbindungssteg
ausgebildet ist.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der das zumindest eine Verbindungselement
und ein oder mehr weitere Verbindungselemente einstückig miteinander
ausgebildet sind, besonders bevorzugt als gerader, gefalteter, gebogener
oder gewellter Faden oder Draht.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die zumindest zwei Oberflächenvergrößerungselemente
reibschlüssig mit dem Verbindungselement verbunden, be sonders
bevorzugt verwoben und/oder materialschlüssig mit dem Verbindungselement
verbunden, besonders bevorzugt verlötet, verschweißt oder
verklebt sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der zwei oder mehr Oberflächenvergrößerungselemente einstückig
miteinander ausgebildet sind, besonders bevorzugt als gefalteter,
gebogener oder gewellter Faden oder Draht.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der zwei oder mehr miteinander
einstückig ausgebildete Oberflächenvergrößerungselemente
gleiche Längsrichtungen aufweisen und besonders bevorzugt
die Schenkel einer U-Form bilden.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der zwei oder mehr miteinander
einstückig ausgebildete Oberflächenvergrößerungselemente
unterschiedliche Längsrichtungen aufweisen und besonders
bevorzugt die Schenkel einer V-Form oder eines Trapezes bilden.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die Haupterstreckungsrichtungen
von zwei oder mehr Drähten parallel zueinander und besonders
bevorzugt parallel zu der Wärmetauschwand angeordnet sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die zumindest zwei Oberflächenvergrößerungselemente
und besonders bevorzugt das Verbindungselement aus einem Material
bestehen, welches ein Metall, besonders bevorzugt Aluminium, oder
eine Legierung, besonders bevorzugt eine Aluminiumlegierung oder
Stahl, als wesentlichen Bestandteil umfasst.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die zumindest eine Wärmetauschwand
als Rohr, besonders bevorzugt Flachrohr, oder als besonders bevorzugt
flache oder wannenförmige Scheibe ausgebildet ist.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die Oberflächenvergrößerungselemente
außen von dem Rohr, besonders bevorzugt von einer flachen Seite
des Rohres abragen und besonders bevorzugt mit einem weiteren Rohr,
besonders bevorzugt einer flachen Seite eines weiteren Rohres wärmeleitend verbunden
sind.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die Oberflächenvergrößerungselemente
in das Rohr hineinragen und besonders bevorzugt mit zwei gegenüberliegenden
besonders bevorzugt flachen Seiten der Rohrwand wärmeleitend
verbunden sind.
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Ebenfalls
gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung
eines Wärmetauschers mit einem oder mehreren ersten Strömungskanälen
für ein erstes Medium, einem oder mehreren zweiten Strömungskanälen
für ein zweites Medium, zumindest einer Wärmetauschwand,
welche zumindest einen ersten von zumindest einem zweiten Strömungskanal
trennt, und mit jeweils eine Längsrichtung aufweisenden
Oberflächenvergrößerungselementen, bei
welchem Verfahren zunächst zwei bevorzugt zueinander benachbarte
Oberflächenvergrößerungselemente mittels
zumindest eines Verbindungselementes miteinander verbunden, bevorzugt
auf Abstand voneinander gehalten werden, und danach die miteinander
verbundenen Oberflächenvergrößerungselemente
wärmeleitend derart mit der Wärmetauschwand verbunden
werden, dass sie voneinander beabstandet in ihrer jeweiligen Längsrichtung von
der Wärmetauschwand abragen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit mehreren Rohren,
insbesondere Flachrohren, Platten oder Scheiben, die von einem ersten
Medium, zum Beispiel einem Kälte- oder Kühlmittel,
durchströmt und von einem zweiten Medium, insbesondere
Luft oder Abgas, umströmt werden, wobei zwischen zwei Rohren
ein Drahtgitter als Wärmeübertragungsgewebe angeordnet
ist, welches Drähte umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt und eine Drahtdicke zwischen 0,1 bis 1,5 mm aufweisen
und/oder wobei das Drahtgitter Drahtmaschen mit einer Drahtmaschenweite
zwischen 0,2 bis 3 mm in zumindest einem Teilabschnitt des Drahtgitters
aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit zumindest einem Rohr,
insbesondere einem Flachrohr, einer Platte oder Scheibe, das von
einem ersten Medium, zum Beispiel einem Kälte- oder Kühlmittel,
durchströmt und von einem zweiten Medium, insbesondere
Luft oder Abgas, umströmt wird, wobei in dem Rohr ein Drahtgitter
als Wärmeübertragungsgewebe angeordnet ist, welches
Drähte umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt und eine Drahtdicke zwischen 0,1 bis 1,5 mm aufweisen
und/oder wobei das Drahtgitter Drahtmaschen mit einer Drahtmaschenweite
zwischen 0,2 bis 3 mm in zumindest einem Teilabschnitt des Drahtgitters
aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit mehreren Rohren,
insbesondere Flachrohren, Platten oder Scheiben, die von einem ersten
Medium, zum Beispiel einem Kälte- oder Kühlmittel,
durchströmt und von einem zweiten Medium, insbesondere
Luft oder Abgas, umströmt werden, wobei zwischen zwei Rohren
ein Drahtgitter als Wärmeübertragungsgewebe angeordnet
ist, welches Drähte umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen und/oder wobei das Drahtgitter Drahtmaschen
mit einer unterschiedlichen Drahtmaschenweite in zumindest einem
Teilabschnitt des Drahtgitters aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, geschaffen, mit zumindest einem Rohr,
insbesondere einem Flachrohr, einer Platte oder Scheibe, das von
einem ersten Medium, zum Beispiel einem Kälte- oder Kühlmittel,
durchströmt und von einem zweiten Medium, insbesondere
Luft oder Abgas, umströmt wird, wobei in dem Rohr ein Drahtgitter
als Wärmeübertragungsgewebe angeordnet ist, welches
Drähte umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen und/oder wobei das Drahtgitter Drahtmaschen
mit einer unterschiedlichen Drahtmaschenweite in zumindest einem
Teilabschnitt des Drahtgitters aufweist.
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Ein
Aspekt der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Wärmeabfuhr
effizient möglich ist, wenn ein Wärmeübertragungsgewebe
verwendet wird, das eine möglichst große Oberfläche
und ein gutes Umströmungsverhalten in einem Fluidstrom aufweist.
Eine große Oberfläche bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit
eines Gewebes ist insbesondere dann gegeben, wenn ein Drahtgitter
als Wärmeübertragungsgewebe verwendet wird. Um
eine gutes Strömungsverhalten des Fluids um das Drahtgitter
sicherzustellen, können einerseits Drähte mit
einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und andererseits
eine ungleichmäßige, insbesondere eine unterschiedliche
Maschenweite des Drahtgitters (d. h. unterschiedliche Abstände
der Drähte in zumindest einem Teilabschnitt des Drahtgitters)
verwendet werden. Auch können beide Maßnahmen,
d. h. Drähte mit einem im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt, und die Verwendung einer ungleichmäßigen Maschenweite
des Drahtgitters eingesetzt werden, um eine weitere Optimierung
der Wärmeübertragung zu ermöglichen.
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Durch
die Verwendung eines derartigen Drahtgitters der Strömungswiderstand
des Wärmeübertragungsgewebes reduziert, was sich
direkt in einer Verringerung des zu erwartenden Druckabfalls auswirkt,
wenn der Wärmetauscher vom zweiten Medium durchströmt
wird. Die Drähte gewährleisten zugleich eine gute
Abführungsmöglichkeit für Kondensat,
so dass es zu keiner bzw. lediglich einer geringen Ansammlung des
Kondensats im Wärmetauscher kommt. Zugleich lässt
sich die vorliegende Erfindung einfach und kostengünstig
umsetzen, was die Einsetzbarkeit der Erfindung in einem preisempfindlichen
Massenmarkt ermöglicht. Insbesondere durch die spezielle
Wahl von Drähten mit einem besonderen Querschnitt (zwischen
0,1 und 1,5 mm) oder der speziellen Anordnung der Drähte
des Drahtgitters, so dass der unregelmäßige Drahtabstand
(bei einer Drahtmaschenweite in einem Bereich von 0,2 bis 3 mm)
zustande kommt, kann die gute Wärmeübertragungsfähigkeit
bei zugleich niedrigem zu erwartendem Druckverlust realisiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch für ein Wärmeübertragungsgewebe
innerhalb eines Rohres eingesetzt werden, so dass das erste Medium
das Drahtgitter umströmt. Die genannten Vorteile lassen sich
auf diese Weise ebenfalls erzielen, wobei nun eine Wärmeübertragung
vom ersten Medium an das Drahtgitter, vom Drahtgitter an die Rohrinnenwand und
von der Rohrinnenwand an das zweite Medium erfolgt. Für
eine weitere Erhöhung der Wärmeübertragungsfähigkeit
kann auch zumindest eines von zwei Rohren ein in dem Rohr angeordnetes
Drahtgitter aufweisen und zwischen den beiden Rohren ebenfalls ein
Drahtgitter angeordnet sein. In diesem Fall brauchen nicht beide
Drahtgitter die gleichen geometrischen Abmessungen aufweisen; die
Abmessungen können sich nach den Wärmeleitfähigkeiten bzw.
Wärmespeichereigenschaften des ersten bzw. zweiten Mediums
richten.
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Günstig
ist es, wenn das Drahtgitter eine Drahtmaschenweite aufweist, bei
der zumindest zwei Abstände von im Wesentlichen parallel
zur Strömungsrichtung des ersten Mediums angeordnet Drähten
unterschiedlich sind. Durch die Drähte, die in etwa parallel
zur Durchströmungsrichtung des ersten Mediums angeordnet
sind, wird das Strömungswiderstandsverhalten des Drahtgitters
wesentlich geprägt. Die besonders günstigen Strömungseigenschaften
des Drahtgitters lassen sich dann vor allem dann erreichen, wenn
diese parallel zur Strömungsrichtung des ersten Mediums
angeordneten Drähte unregelmäßige Abstände
voneinander aufweisen.
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Ein
besonders gutes Strömungsverhalten mit einem niedrigen
Strömungswiderstand bei großer Oberfläche
des Drahtgitters lässt sich dann erreichen, wenn das Drahtgitter
eine Drahtmaschenweite von Drähten parallel zur Strömungsrichtung
des ersten Mediums aufweist, die im Bereich zwischen 0,2 bis 3 mm
liegt.
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Eine
große Oberfläche des Drahtgitters zum Wärmeaustausch
ist dann gegeben, wenn das Drahtgitter im Wesentlichen Rechteck-förmig,
Trapez-förmig, gerundet, U- oder V-förmig zwischen
den beiden Rohren angeordnet ist. Hierdurch lässt sich
ein sehr großer Drahtgitterbereich zwischen den beiden
Rohren aufspannen, so dass eine große Oberfläche
zur Wärmeübertragung auf einem kleinen räumlichen Bereich
angeordnet werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann das Drahtgitter zumindest einen Teilabschnitt mit gewellten
oder gezackten Drähten zwischen den zwei Rohren aufweisen.
Diese gewellten oder gezackten Drähte, die zwischen den beiden
Rohren eingefügt werden, können vor dem Umformen
und Einfügen des Drahtgitters in eine solche gewellte oder
gezackte Form gebracht werden, so dass hierdurch eine „Verlängerung” der
Drähte zwischen den Rohren und eine Vergrößerung
der Oberfläche des Drahtgitters einfach und kostengünstig
ausgeführt werden kann. Ein solches Drahtgitter mit gewellten
oder gezackten Drähten zwischen den beiden Rohren bietet
daher ebenfalls den Vorteil, dass auf einem kleinen räumlichen
Bereich eine möglichst große Drahtgitteroberfläche
zur Wärmeübertragung angeordnet werden kann.
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Um
das Drahtgitter im Betrieb des Wärmetauschers zu stabilisieren,
kann das Drahtgitter einen Abstand von Drähten quer zur
Strömungsrichtung des ersten Mediums aufweisen, der derart
ausgelegt ist, dass die quer zur Strömungsrichtung des
ersten Mediums angeordneten Drähte im Wesentlichen in der
Hälfte der Strecke zwischen den zwei Rohren angeordnet
sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Drähte quer zur
Durchströmungsrichtung des ersten Mediums an der ansonsten
instabilsten Stelle des Drahtgitters zwischen den beiden Rohren
angeordnet sind. Durch diese quer zur Durchströmungsrichtung
des ersten Mediums angeordneten Drähte, lässt
sich somit die Gefahr einer Verbiegung der Drähte zwischen den
Rohren (und somit die Gefahr einer Verschlechterung der Eigenschaften
des Wärmetauschers) reduzieren.
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Um
eine seitliche Stabilisierung des Drahtgitters zwischen den beiden
Rohren zu gewährleisten, kann das Drahtgitter einen ersten
Teilabschnitt aufweisen, der zwei Rohre miteinander verbindet und
einen zweiten Teilabschnitt aufweisen, der die zwei Rohre ebenfalls
verbindet, wobei das Drahtgitter ferner zumindest einen Querdraht
umfasst, welcher im Wesentlichen parallel zu den Rohren zwischen
dem ersten und zweiten Teilabschnitt des Drahtgitters angeordnet
ist.
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Auch
kann der zumindest eine Querdraht den ersten und zweiten Teilabschnitt
des Drahtgitters im Wesentlichen in der Mitte zwischen den zwei
Rohren verbinden. Dies erhöht weiterhin die Stabilität
des Drahtgitters durch die Stützung an einer günstigen Stelle,
die ohne die Verbindung durch den Querdraht wesentlich instabiler
wäre. Durch die Verwendung eines solchen Querdrahtes kann
auch ein Drahtgitter mit dünnen Drähten für
eine stabile Konstruktion zur Kondensatableitung realisiert werden,
ohne dass zu befürchten ist, dass das Drahtgitter durch
Kondensat-Tropfen verstopft wird.
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Auch
können in einer anderen Ausführungsform der Erfindung
zumindest zwei Querdrähte vorgesehen sein, die den ersten
und zweiten Teilabschnitt des Drahtgitters verbinden und die in
gleichmäßigem Abstand zwischen den Rohren angeordnet sind.
Dies erhöht zusätzlich die Stabilität
des Drahtgitters bei einem Durchströmen von Fluid durch
das Drahtgitter.
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Eine
sehr gute Wärmeleitfähigkeit hat das Drahtgitter,
wenn es Drähte aus Aluminium oder Stahl aufweist.
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Um
auch ein stabiles Drahtgitter bereitzustellen, das größere
Mengen von abzuleitendem Kondensat problemlos abführen
kann und das dennoch einen ausreichend große Oberfläche
zur Wärmeübertragung sicherstellt, umfasst das
Drahtgitter bevorzugt Drähte, die einen Durchmesser von
0,1 mm bis 1,5 mm aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung soll an Hand der beiliegenden Figuren beispielhaft
näher erläutert werden. Hierbei zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Drahtgitters, wie es zum Einsatz in
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
Wärmetauschers vorgesehen werden kann,
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2 Darstellungen
von verschiedenen Wärmeübertragungsgeweben aus
Drahtgitter, wie sie für einen Wärmetauscher gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
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3a eine
perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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3b eine
Seitenansicht des in 3a dargestellten Ausführungsbeispiels
eines Wärmetauschers,
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4a eine
perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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4b eine
Seitenansicht eines in 4a dargestellten Ausführungsbeispiels
eines Wärmetauschers,
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5a eine
perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Wärmetauschers, und
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5b eine
Seitenansicht des in 5a dargestellten Ausführungsbeispiels
eines Wärmetauschers.
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Gleiche
oder ähnliche Elemente werden in den Figuren mit gleichen
oder ähnlichen Bezugszeichen versehen, wobei auf eine wiederholte
Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Die im Folgenden angegebenen
Dimensionen und Maße dienen lediglich der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen, ohne dass hierdurch eine Beschränkung
der Erfindung auf diese Dimensionen und Maße zu verstehen ist.
Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung
sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination.
Es versteht sich, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden
können oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen
zusammengefasst werden können, welche ebenfalls von der
vorliegenden Erfindung erfasst sind.
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1 zeigt
eine Darstellung eines Drahtgitters 100 zum Einsatz in
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das
Drahtgitter 100 wird beispielsweise aus einem Endlos-Drahtgitter
durch Umformen (z. B. Prägen, Plissieren oder Walzen) in der
Bocktiefe T eines Wärmeübertragers oder in Vielfachen
der Blocktiefe T hergestellt und dann in Wellrippen mit der Tiefe
T (d. h. in der Bocktiefe T) aufgetrennt. Je nach Medium (z. B.
Gas oder Flüssigkeit) und Einsatzgebiet (z. B. Ladeluftkühler
oder Abgaskühler) kann Stahl oder Aluminium als Material
für die Drähte 110 verwendet werden,
um den entsprechend hohen Temperaturanforde rungen und korrosiven Umgebungsbedingungen
für das jeweilige Einsatzgebiet des Drahtgitters 100 Rechnung
tragen zu können. Die Drähte 110 des
Drahtgitters 100) können für eine optimale
Wärmeübertragung und Oberflächenausnutzung
derart ausgestaltet sein, dass sie einen Querschnitt haben, der
im Wesentlichen kreisförmig ist. Drähte mit einer
solchen Querschnittsform haben als angeströmte Kreiszylinder
eine bessere Wärmeableitungseigenschaft als beispielsweise
ebene (Kiemen-)Flächen. Zusätzlich haben Drähte
mit der Querschnittsform eines Kreiszylinders auch bessere Strömungseigenschaften,
wenn ein Fluid (wie beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit)
durch sie hindurch strömen, so dass ein Strömungswiederstand
eines mit derartigen Drähten gebildeten Drahtgitters gegenüber
anderen Formen von Drahtgittern niedriger ist. Dies führt
zu einem geringen Druckabfall des Drucks eines Fluids, das durch
das Drahtgitter 100 strömt. Die Drahtdicke d kann
im Bereich zwischen 0,1 mm und 1,5 mm liegen, um die vorteilhaften
Wirkungen bzgl. des geringen Druckverlustes beim Durchströmen
zu erreichen. Als Beispiel kann die Verwendung eines Drahtes 110 mit
einem Durchmesser von 0,3 mm angegeben werden.
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Weiterhin
kann das Drahtgitter 100, wie aus 1 ersichtlich
ist, ein Gewebe aus verschiedenen Drähten 110 sein,
die ein Maschennetz mit einer definierten Maschengröße
bilden. Wird das Drahtgitter 100 in eine Strömungsrichtung 120 eines
Mediums, beispielsweise (Kühlungs-)Luft, ausgerichtet,
kann ein konstanter Abstand a der Drähte in Strömungsrichtung
(d. h. ein Abstand a von zwei Drähten 110, die
quer zur Strömungsrichtung 120 verlaufen) im Bereich
von 0,2 mm bis 3 mm gewählt sein. Hierdurch kann eine möglichst
geringe Turbulenz des Strömungsmediums am Drahtgitter 100 erreicht
werden, so dass der Strömungswiderstand möglichst
gering gehalten wird. In 1 ist beispielshaft ein Abstand
a von 0,9 mm gewählt, der konstant über das gesamte
Drahtgitter 100 hinweg beibehalten wird.
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Es
ist jedoch auch möglich, dass ein Drahtgitter 100 verwendet
wird, in die Abstände a unterschiedlich groß sind.
Hierdurch lässt sich eine weitere Verringerung des Druckabfalls
sicherstellen, wenn ein Fluid das Drahtgitter 100 durchströmt.
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Die
Verwendung eines Drahtgitters 100 mit unterschiedlich großen
Abständen a kann ferner auch eine Verbesserung des Kondensataustrags
ermöglichen.
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Der
Abstand b der Gitterdrähte 110 bezeichnet den
Abstand von zwei benachbarten Gitterdrähten 110 im
Drahtgitter 100, die im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 120 des
Mediums ausgerichtet sind. In dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist ein Abstand b von 6 mm gewählt
worden. Dieser Abstand b kann aber auch von einer Rippenhöhe
h abhängig sein, wie sie in 2 schematisch dargestellt
ist. Die Rippenhöhe h gibt dabei an, wie groß die
Erstreckung der Wellrippen zwischen zwei Rohren ist, zwischen die
das Drahtgitter 100 eingefügt werden soll bzw.
ist. Weiterhin kann der Abstand b der Gitterdrähte 110 von
einer Rippendichte z abhängen, welche eine Anzahl von Drähten
in einem Bereich einer Ebene quer zur Strömungsrichtung
des Mediums bezeichnet. Der Abstand b der Gitterdrähte kann
derart gewählt sein, dass die Gitterdrähte 110 nach
dem Umformen an den Flanken der Wellrippen ungefähr auf
halber Rippenhöhe h liegen. Bevorzugt sind die Drähte 110,
welche die Oberflächenvergrößerungselemente
bilden, mit den Drähten 110, welche die Verbindungselemente
bilden, verwoben und/oder verlötet.
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In 2 sind
verschiedene Drahtgitter 100 wiedergegeben, die bereits
zu einer Wellrippe 200 als Wärmeübertragungsgewebe
ausgeformt wurden.
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In
der oberen linken Darstellung der 2 ist die
Umformung des Drahtgitters 100 zu einer Anordnung von Oberflächenvergrößerungselementen 115 in
Rechteck- bzw. bzw. U-Form dargestellt, wobei mehrere als Mitteldraht 210 ausgebildete
Verbindungselemente in jeder Wellrippe die Oberflächenvergrößerungselemente 115 etwa
auf halber Rippenhöhe h miteinander verbindet bzw. gegeneinander beabstandet
hält. Diese Mitteldrähte 210 dienen der Stabilisierung
der (parallel verlaufenden) Gitterdrähte 110,
so dass eine gegenseitige Berührung oder Beschädigung
der Gitterdrähte 110 beim Durchströmen des
Mediums bzw. Fluids wirksam verhindert werden kann. Die Wellrippe 200 hat
breite Wellenrücken, so dass eine hohe Berührungsfläche
zwischen den anzuschließenden Rohren und dem Drahtgitter 100 als Wärmeübertragungsgewebe
ermöglicht wird.
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Die
mittels der Verbindungselemente miteinander verbundenen Oberflächenvergrößerungselemente 115 sind
dabei vorliegend parallel zueinander orientiert. Weiterhin sind
die Verbindungselemente 210 räumlich zwischen
den zumindest zwei Oberflächenvergrößerungselementen 115 angeordnet
und bilden mit letzteren eine Ebene. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das zumindest eine Verbindungselement parallel zu einer nicht
gezeigten Wärmetauschwand ausgerichtet.
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In
der Darstellung rechts oben in 2 ist eine
Wellrippe 200 gezeigt, die ähnlich zu der in 2 links
oben dargestellten Wellrippe 200 aufgebaut ist. Jedoch
ist die Wellrippe 200 aus der Darstellung rechts oben in 2 V-förmig
mit abgerundeten Wellenrücken gebogen, was längere
Gitterdrähte im Bereich der Rippenhöhe h und damit
eine größere Oberfläche der Gitterdrähte 110 zur
Wärmeübertragung ermöglicht. Ferner lässt
sich eine Wellrippe 200 gemäß der Darstellung
in 2 rechts oben auch einfach herstellen, da gegenüber
der Wellrippe in 2 links oben eine geringere
Anzahl von Umbiege-Schritten erforderlich ist. Andererseits ist.
eine Wärmeübertragung von den Rohren auf das Drahtgitter
lediglich auf einem sehr kleinen Übertragungsbereich an
den unteren und oberen Wellenrücken der Wellrippe 200 möglich,
wodurch die Übertragung der Wärme auf die Wellrippe
bei einer Wellrippe gemäß der oberen linken Darstellung
in 2 unter Umständen günstiger
ist.
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Die
mittels der Verbindungselemente miteinander verbundenen Oberflächenvergrößerungselemente
sind dabei vorliegend parallel zueinander orientiert. Weiterhin
sind die Verbindungselemente 210 räumlich zwischen
den zumindest zwei Oberflächenvergrößerungselementen
angeordnet und bilden mit letzteren eine Ebene. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine Verbindungselement
parallel zu einer nicht gezeigten Wärmetauschwand ausgerichtet.
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In 2 ist
ferner in der linken unteren Darstellung eine Wellrippe abgebildet,
die eine U-Form aufweist, wobei die Gitterdrähte 110 zwischen
den anzuschließenden Rohren nochmals gewellt oder gezackt
sind. Hierdurch lässt sich eine noch größere Oberfläche
dieser Gitterdrähte 110 erreichen, um eine nochmalige
Steigerung der Wärmeübertragungsfläche
zu ermöglichen. Auch können zwei Mitteldrähte 210 pro
Teilabschnitt des Drahtgitters zwischen zwei Rohren vorgesehen sein,
die jeweils (von der unteren Begrenzung der U-förmigen
Begrenzung der Wellrippe 200 aus gesehen) in einer Höhe
von etwa einem Drittel bzw. zwei Dritteln der Rippenhöhe h
an den Gitterdrähten 110 befestigt sind. Hierdurch wird
eine weitere Stabilisierung des Drahtgitters 100 bei einem
Durchströmen eines Fluids erreicht.
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Die
mittels der Verbindungselemente miteinander verbundenen Oberflächenvergrößerungselemente
sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine
Verbindungselement parallel zu einer nicht gezeigten Wärmetauschwand ausgerichtet.
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In
der rechten unteren Darstellung aus 2 ist eine
U-förmig ausgestaltete Wellrippe 200 abgebildet,
in der wieder zwei Mitteldrähte 210 pro Abschnitt
zwischen zwei Rohen angeordnet sind, um eine ausreichend hohe Stabilität
des Wärmeübertragungsgewebes sicherzustellen.
Die mittels der Verbindungselemente miteinander verbundenen Oberflächenvergrößerungselemente
sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine
Verbindungselement parallel zu einer nicht gezeigten Wärmetauschwand
ausgerichtet.
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3a zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung als Wärmetauscher 300.
Hierbei ist das Drahtgitter 100 U-förmig als Wärmeübertragungsgewebe
mit einem Mitteldraht 210 zwischen zwei als Rohre 310 ausgebildeten
Wärmetauschwänden angeordnet, die Flachrohre oder
Scheiben sein können. Durch die Rohre 310 fließt
ein erstes Medium, bei spielsweise ein zu kühlendes Kühl-
oder Kältemittel, welches Wärme an das Drahtgitter 100 abgibt.
Das Drahtgitter 100 ist hierzu an den U-förmigen
Schenkeln mit den Rohren 310 thermisch wirksam verbunden,
beispielsweise verschweißt oder verlötet. Zur Kühlung
wird das Drahtgitter 100 von den zweiten Medium, beispielsweise
Umgebungsluft, umströmt, welches die Wärme von
dem Drahtgitter 100 aufnimmt und abtransportiert. Alternativ
kann jedoch auch Übertragung von Wärme in das
in den Rohren fließende erste Medium erfolgen; beispielsweise wenn
das zweite Medium ein heißes Abgas ist, das Wärme
an das Drahtgitter 100 abgibt, welches wiederum die Wärme
an die Rohre 310 weiterleitet. Bei dem in 3a gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente 210 parallel
zu dem Rohr 310 ausgerichtet.
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In 3b ist
eine Seitenansicht des in 3a perspektivisch
dargestellten Wärmetauschers 300 wiedergegeben,
wobei insbesondere die Erstreckung des U-förmigen Drahtgitters 100 über die
Höhe h der Wellrippe und die thermische Kontaktierung zwischen
den Rohren 310 und dem Drahtgitter 100 deutlich
sichtbar wird.
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4a zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
in einer perspektivischen Ansicht. Hierbei ist das Drahtgitter 100 ebenfalls
als Wellrippe ausgeformt, jedoch nicht in einer U-Form, sondern
eher entsprechend einer V-Form. Dies entspricht der Umformung des
Drahtgitters 100 gemäß der in 2 dargestellten
oberen rechten Ausführung einer Wellrippe. In 4b ist
eine Seitenansicht dieses Ausführungsbeispiels des Wärmetauschers 300 dargestellt.
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In 5a ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Drahtgitter 100 ist
in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend der unteren
linken Darstellung aus 2 ausgeformt, so dass durch
eine gewellte Form der zwischen den Rohren 310 verlaufenden
Drähte 110 eine möglichst große Oberfläche
zur Wärmeübertragung ausgebildet werden wird.
Weiterhin sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel
Querdrähte 500 vorgesehen, die zwischen die Gitterdrähte 110 gespannt
werden, die die beiden Rohre 310 mi teinander verbinden,
wobei diese Querdrähte 500 nicht wie die Mitteldrähte 210 im Wesentlichen
parallel zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums zwischen
den Rohren 310, sondern im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des
ersten Mediums (in den Rohren 310) angeordnet sind. Hierdurch
lässt sich eine weitere Stabilisierung des Drahtgitters 100 sicherstellen,
insbesondere wenn die Anströmung der (teilweise dünnen)
Drähte 110 des Drahtgitters 100 nicht
rechtwinklig zur Strömungsrichtung des ersten Mediums in
den Rohren 300 erfolgt. Zugleich können die Querdrähte 500 auch
einer weiteren Vergrößerung der Wärmeübertragungsoberfläche
des Drahtgitters 100 dienen, so dass sich durch das Vorsehen
der Querdrähte 500 eine weitere Erhöhung
der Wärmeübertragungsfähigkeit des Drahtgitters 100 realisieren
lässt. 5b zeigt eine Seitenansicht
des Ausführungsbeispiels aus 5a, wobei
die Querdrähte 500 deutlich erkennbar sind, die
die zwischen den Rohren 310 verlaufenden Gitterdrähte 110 verbinden.
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Zusammenfassend
ist anzumerken, dass sich die Drahtgitterwellrippen 200 in
dem vorgeschlagenen Wärmetauscher 300 durch ein
günstiges Verhältnis von Wärmeübergang
zu Strömungsdruckabfall bei beliebigem Anströmwinkel,
eine optimale Durchmischung des durchströmenden Mediums,
einer Vermeidung von Temperatur-„Strähnigkeiten” und
schlechter Volumenstrom- bzw. Massenverteilung auszeichnet. Ferner
lassen sich eine leichte Bauweise, eine geringe Kondensatspeicherung,
ein verbesserter Kondensataustrag/-ablauf und eine niedrige Verschmutzungsempfindlichkeit
durch den hier vorgestellten Wärmetauscher realisieren.
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Als
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann angeführt werden, dass das vorstehend beschriebene
Drahtgitter auch zur Wärmeübertragung in einem
Rohr eingesetzt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass sich
ein Wärmeaustausch zwischen einem Fluid (wie beispielsweise ein
Kühl- oder Kältemittel, das sich in dem Rohr befindet)
und einer Wand des Rohres sehr schnell und ohne großen
Reibungs- bzw. Druckverluste realisieren lässt. Gegenüber
der vorstehenden Beschreibung der Auslegung des Drahtgitters, die
sich auf eine Strömungsrichtung des zweiten Mediums außerhalb
der beiden Rohre bezieht, sollten die Abmessungen Drahtabstände
des Drahtgitters bei Verbau des Drahtgit ters in einem Rohr auf die
Strömungsrichtung des ersten Mediums bezogen werden, welches
in dem Rohr strömt und welches zu kühlen bzw. zu
heizen ist. So kann beispielsweise ein Drahtgitter in einem Rohr
verwendet werden, das unterschiedliche Abstände von Drähten
hat, die quer zur Strömungsrichtung des ersten Mediums
im Rohr angeordnet sind. Die Ausführungen zu Abmessungen oder
Abständen der Drähte des Drahtgitters in Bezug zum
zweiten Medium gelten somit analog auch für die Abmessungen
und Abstände der Drähte des Drahtgitters in Bezug
zum ersten Medium, wenn das Drahtgitter in ein Rohr zu verbauen
ist. Das Drahtgitter wäre in diesem Fall auch nicht zur
Wärmeübertragung zwischen den zwei Rohren befestigt,
sondern an den Innenwänden bzw. der Innenwand des entsprechenden
Rohres.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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