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Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherelement und einen aus derartigen Wärmetauscherelementen aufgebauten Wärmetauscher.
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Wärmetauscher dienen dazu, die in einem strömenden Medium enthaltene Wärme auf ein anderes Medium zu übertragen, ohne dass eine Vermischung der beiden Medien stattfindet.
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Übliche Wärmetauscher, wie sie beispielsweise in der allgemeinen Klimatechnik verwendet werden, enthalten Rohre, durch die das Medium strömt, dessen Wärme abgegeben werden soll. Mit diesen Rohren sind dann als zusätzliche Bauteile Wärmetauscherrippen verbunden, die beispielsweise als großflächige Bleche ausgebildet sind. Diese Wärmetauscherrippen werden dann beispielsweise von einer Luftströmung umströmt. Die große Fläche der Wärmetauscherrippen soll dazu dienen, eine große Oberfläche zum Austausch mit der Luft zur Verfügung zu stellen. Derartige Wärmetauscher lassen sich nur in relativ komplizierten Herstellungsverfahren herstellen. Insbesondere müssen die Wärmetauscherrippen mit den Rohren so verbunden werden, dass ein Wärmeübergang zwischen den Rohren und den Wärmetauscherrippen nicht gestört wird.
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Es ist bereits ein Rohr für einen Wärmetauscher bekannt (
DE 10 2009 004 429 ), das aus einem mehrfach umgefalteten Blechmaterial hergestellt und durch Löten fertig gestellt ist. Auch bei diesem Rohr für einen Wärmetauscher sind zur Herstellung eines Wärmetauschers zwischen den Rohrelementen wellenförmig ausgebildete Rippen erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein einfach aufgebautes und leicht herzustellendes Wärmetauscherelement zu schaffen, mit dessen Hilfe unterschiedliche an die jeweiligen Anwendungsfälle angepasste Wärmetauscher hergestellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Wärmetauscherelement mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die Erfindung schlägt ebenfalls einen Wärmetauscher vor, der aus solchen Wärmetauscherelementen aufgebaut ist.
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Erfindungsgemäß ist ein solches Wärmetauscherelement aus zwei Blechstreifen zusammengesetzt, von denen mindestens ein Blechstreifen gleichzeitig die Wärmeaustauschrippe bildet. Einer der Blechstreifen wird in dem Bereich, wo das Rohrelement angeordnet sein soll, so konkav verformt, dass der verformte Bereich des Blechstreifens einen Teil der Wand des Rohrelements bildet. Der restliche Teil der Wand des Rohrelements wird dann von dem zweiten Blechstreifen gebildet, der in diesem Bereich entweder eben ausgebildet oder ebenfalls konkav verformt ist. Abgesehen von der erleichterten Herstellung, da später keine Anbringung der Rippen an den Rohren mehr erforderlich ist, hat diese Art des Aufbaus des Wärmetauscherelements den Vorteil, dass es keine Kontaktverluste zwischen dem Rohr und der Rippe gibt. Dadurch verbessert sich die Wärmeübertragung zwischen dem Rohr und der Rippe.
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Die Verbindung zwischen den beiden Blechstreifen ist so beschaffen, dass diese Stelle fluiddicht ist, und zwar im Bereich der maximal auftretenden Drücke innerhalb des Rohrelements.
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Insbesondere kann zur Verbindung ein Kleben vorgesehen sein, aber auch ein Löten beziehungsweise ein metallisches oder thermisches Fügen.
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Als Verbindung zwischen den beiden Blechstreifen kann in Weiterbildung der Erfindung eine Verschweißung vorgesehen sein, insbesondere eine Laserverschweißung. Dies führt mit ausreichender Präzision zu einer gasdichten und darüber hinaus auch wärmeleitenden Verbindung der beiden Blechstreifen.
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Die Art, Form und Größe der Verformung der beiden Blechstreifen kann so gewählt werden, wie dies für den jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll ist. Dabei kann auch die Art der Strömung sowie die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der strömenden Medien berücksichtigt werden, die an der Außenseite der Rohrelemente vorbei streichen und in deren Inneren strömen sollen.
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Erfindungsgemäß kann es ausreichen, wenn einer der beiden Blechstreifen als Wärmeaustauschrippe ausgebildet ist. In diesem Fall braucht der zweite Blechstreifen nur eine Größe aufzuweisen, die ausreicht, um ihn mit dem ersten Blechstreifen verschweißen zu können.
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In Weiterbildung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass der zweite Blechstreifen eine zweite Wärmeaustauschrippe bildet, so dass das Wärmetauscherelement dann zwei Wärmeaustauschrippen aufweist, die in Längsrichtung des Rohrelements verlaufen.
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Insbesondere kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass beide Blechstreifen identisch ausgebildet sind. Dies verringert den Aufwand einer möglichen Lagerhaltung beziehungsweise den Aufwand bei der Herstellung der Blechstreifen. Wenn beide Blechstreifen identisch ausgebildet sind, ergibt sich ein Wärmetauscherelement, bei dem beide Wärmeaustauschrippen gleich breit sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der konkav verformte Bereich mindestens eines Blechstreifens einen Randbereich des Blechstreifens bildet. Dies führt dazu, dass die von diesem Blechstreifen gebildete Wärmeaustauschrippe sich auf der einen Seite des Rohrelements erstreckt, und dass, wenn dieses Merkmal auch bei dem zweiten Blechstreifen gegeben ist, das Wärmetauscherelement insgesamt nur ein Rohrelement enthält.
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Die Art der Verformung des einen Teils des Rohrelements bildenden Teils des Blechstreifens kann als Abkröpfung ausgebildet sein. Wenn beide Blechstreifen in gleicher oder ähnlicher Weise abgekröpft sind, ergibt die Zusammensetzung auch ein Rohrelement.
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Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass der verformte Bereich eine Sicke bildet.
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Im einfachsten Fall enthält ein Wärmetauscherelement nach der Erfindung ein Rohrelement und zwei diametral von dem Rohrelement abragende Wärmeaustauschrippen. Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung als eine Weiterbildung vorgeschlagen, dass ein Wärmetauscherelement mehr als ein Rohrelement aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass mindestens ein Blechstreifen mehrere verformte Bereiche zur Bildung mehrerer Rohrelemente aufweist, die insbesondere parallel zueinander verlaufen. Diese mindestens zwei Rohrelemente, die dann ebenfalls durch nur zwei Blechstreifen gebildet sind, können dabei durch eine mehr oder weniger breite Wärmeaustauschrippe voneinander getrennt beziehungsweise miteinander verbunden sein.
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Es wurde erwähnt, dass die Wärmeaustauschrippen beispielsweise diametral von dem Rohrelement abragen, also gegebenenfalls auch in einer Ebene liegen. Falls ein bestimmter Anwendungsfall dies sinnvoll erscheinen lässt, können die Wärmeaustauschrippe auch unter einem anderen Winkel im Querschnitt durch das Wärmetauscherelement angeordnet sein, so dass sie auch einen Teil eines Strömungsweges für ein Gas bilden können.
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Es wurde bereits erwähnt, dass der Querschnitt des Rohrelements eines Wärmetauscherelements sich danach richten kann, in welcher Art eine Anströmung des Rohrelements beziehungsweise der Wärmeaustauschrippen von der Außenseite erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt mindestens eines Rohrelements mehreckig ausgebildet ist. Ebenfalls möglich ist es, dass der Querschnitt abgerundet ausgebildet ist, sich also der klassischen Form eines im Querschnitt kreisrunden Rohrs annähert.
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Bei der Herstellung von Wärmetauscherelementen nach der Erfindung ist in erster Linie daran gedacht, dass die Blechstreifen geradlinig ausgebildet sind, so dass das Rohrelement ebenfalls geradlinig verläuft.
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Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass das Rohrelement gebogen beziehungsweise gekrümmt verläuft, insbesondere in einer Ebene kreisbogenförmig verläuft. Dies kann durch entsprechende Formgebung des Blechstreifens ebenfalls ermöglicht werden. Derartige Wärmetauscherelemente können dann zusammengesetzt werden.
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Da es sich bei den Bauteilen zur Herstellung eines Wärmetauscherelements um Blechstreifen handelt, werden diese bei der Verbindung in ihren jeweiligen Verbindungsbereichen flächig aufeinander gelegt. Dabei kann der Randstreifen, der zur Verbindung dient, im einfachsten Fall an der Außenseite angelegt und mit dieser verbunden werden, also an dem Bauteil, das die Wärmeaustauschrippe bildet. Dies hat den Vorteil, dass nur ein geringer Aufwand bei der Verformung getrieben zu werden braucht.
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Es ist aber ebenfalls möglich, dass der jeweilige zur Verbindung dienende Randstreifen an der Innenseite des Rohrelements angebracht wird. Dies verbessert die Festigkeit bei großen Rohrinnendrücken. Darüber hinaus bietet die Anbringung des äußeren Randstreifens an der Innenseite den Vorteil, dass der äußerste Rand dann noch nach innen in das Hohlprofil hinein abgebogen werden kann, also von der Wand weg. Dadurch wird innerhalb des Rohrs eine zusätzliche Rippe geschaffen, an deren Oberfläche einen Wärmeaustausch erfolgen kann. Der Wärmeübergang von dem Fluid innerhalb des Hohlprofils auf die Wandung des Hohlprofils kann dadurch verbessert werden.
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In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass dieser nach innen in das Hohlprofil ragende Teil des Blechstreifens Strömungsleitmittel aufweist, die zu einer besseren Durchmischung des Fluids innerhalb des Rohrelements führen. Damit kann eine Vergleichmäßigung der Temperatur innerhalb des Rohrelements erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn Fluide aus unterschiedlichen Quellen innerhalb der Rohrleitung zusammengeführt werden.
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Die Erfindung schlägt ebenfalls einen Wärmetauscher vor, der aus Wärmetauscherelementen zusammengesetzt ist. Dabei lassen sich die Wärmetauscherelemente in beliebiger Form und Anordnung miteinander verbinden, wobei zur Verbindung gegebenenfalls auch Rohrkrümmer dienen können. Beispielsweise lassen sich linear ausgebildete Wärmetauscherelemente nebeneinander und übereinander zu einem Wärmetauscher zusammensetzen. Ebenfalls möglich ist es, dass derartige linear ausgebildete Wärmetauscherelemente im Bereich ihrer Enden mit bogenförmig ausgebildeten Wärmetauscherelementen verbunden werden können. Es lassen sich damit auch zylinderringförmige Wärmetauscher zusammensetzen, die an ihrer Innenseite in Axialrichtung von einem Luftstrom durchströmt werden können.
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Es ist aber ebenfalls möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein durchgehendes Wärmetauscherelement zur Bildung von Bereichen umgefaltet wird, wobei die Faltung längs eines Bogens erfolgt, der dazu führt, dass die einzelnen Bereiche parallel zueinander und mit gegenseitigem Abstand verlaufen. Ein derartiges Umbiegen von Rohrelementen ist technisch möglich.
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Bei der Verwendung von Wärmetauscherelementen mit mehreren parallel zueinander verlaufenden geradlinigen Rohrelementen ist es auch möglich, die zwischen den Rohrelementen vorhandenen Wärmeaustauschrippen um eine parallel zu den Rohrelementen verlaufende Achse zu biegen. Dadurch lässt sich eine Anordnung eines Wärmetauschers schaffen, bei dem die Rohrelemente parallel zueinander und zu einer zentralen Achse um diese Achse herum angeordnet sind. Die Rohrelemente können dabei auf konzentrischen Kreisen oder auf einer Spirale angeordnet sein.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Herstellung eines Wärmetauschers Wärmetauscherelemente so angeordnet werden, dass ihre Rohrelemente parallel zueinander um eine gemeinsame mittlere Achse herum angeordnet sind. Dann kann beispielsweise ein Luftstrom, der die Wärme abführen soll, durch die Mitte dieser Anordnung hindurch geleitet werden.
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Dabei können die Rohrelemente, die vorzugsweise geradlinig ausgebildet sind, auf konzentrischen Kreisen oder auch auf einer Spirale angeordnet sein.
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Eine weitere Möglichkeit, die einen Wärmetauscher nach der Erfindung aufgebaut sein kann, besteht darin, dass ein Wärmetauscherelement spiralförmig mit gegenseitigem Abstand zwischen seinen Windungen gewickelt ist. Dabei verlaufen die Wärmeaustauschrippen quer zur Ebene der Spirale des Rohrelements.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann ein Wärmetauscher auch so aufgebaut sein, dass zwischen benachbarten Abschnitten eines Wärmetauscherelements oder zwischen benachbarten Abschnitten zweier Wärmetauscherelemente im Querschnitt geschlossene Kanäle gebildet sind, durch die ein zweites Fluid strömt.
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Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherelements vor, bei dem zwei Blechstreifen im Bereich einer Längskante zur Bildung eines teilweisen Hohlprofils verformt werden. Die beiden Blechstreifen werden dann derart aufeinandergelegt, dass sich die verformten Bereiche zu einem Hohlprofil ergänzen. Anschließend werden die Blechstreifen beidseits des Hohlprofils miteinander verbunden. Die Verbindung kann ein Kleben, ein Löten oder ein thermisches Flügeln sein. Insbesondere geschieht die Verbindung durch ein Laserschweißen. Alle diese Verbindungsverfahren führen dazu, dass die Verbindung gasdicht und druckfest ist, so dass das auf diese Weise hergestellte Wärmetauscherelement Fluide auch unter hohen Drücken aufnehmen kann.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
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1 schematisch zwei Blechstreifen zur Herstellung eines Wärmetauscherelements nach der Erfindung;
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2 eine der 1 entsprechende Darstellung zweier miteinander verbundener Blechstreifen;
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3 eine Abänderung der Ausführungsform nach 2;
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4 schematisch das Ende eines mit einem Einleitungsrohr verbundenen Wärmetauscherelements;
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5 die Anordnung zweier Wärmetauscherelemente übereinander zur Bildung eines Wärmetauschers;
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6 schematisch die Stirnansicht eines aus Elementen der 3 zusammengesetzten Wärmetauschers;
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7 die Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Wärmetauscherelements entsprechend der Ausführungsform nach 1;
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8 eine der 7 entsprechende Darstellung zur Bildung eines Wärmetauscherelements mit einem gebogenen Rohrelement;
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9 eine der 4 entsprechende Darstellung einer geänderten Ausführungsform;
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10 eine der 9 entsprechende Darstellung einer nochmals geänderten ähnlichen Ausführungsform;
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11 eine den 9 und 10 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
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12 den Aufbau eines Wärmetauschers aus einem Wärmetauscherelement;
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13 schematisch den Aufbau eines Wärmetauschers nach einer anderen Ausführungsform;
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14 schematisch einen weiteren Wärmetauscher Aufbau;
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15 schematisch die Verwendung eines Wärmetauscherelements für einen Austausch mit zwei Kanälen;
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16 eine Stirnansicht eines Wärmetauscherelements nach einer weiteren Ausführungsform;
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17 eine Stirnansicht eines Wärmetauscherelements nach einer nochmals weiteren Ausführungsform;
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18 eine Stirnansicht eines Wärmetauscherelements nach einer nochmals weiteren Ausführungsform;
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19 perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscherelement der Ausführungsform nach 18;
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20 eine der Figur eins entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
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21 eine der 20 entsprechende Darstellung einer nochmaligen Ausführungsform.
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Die 1 zeigt die Stirnansicht zweier Blechstreifen, die sich senkrecht zur Papierebene in ihrer Längsrichtung erstrecken. Der obere Blechstreifen enthält einen ebenen Abschnitt 1, an den sich eine Sicke 2 anschließt. Auf der dem ebenen Abschnitt 1 abgewandten Seite der Sicke 2 ist ein schmaler Randabschnitt 3 gebildet, der ebenfalls eben ist und in der gleichen Ebene liegt wie der erstgenannte Abschnitt 1.
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Unterhalb des Blechstreifens ist ein zweiter Blechstreifen angeordnet, der identisch zu dem ersten Blechstreifen ausgebildet ist, aber gerade umgekehrt angeordnet. Der schmale Randstreifen 3 liegt so unter dem ebenen Abschnitt 1 des oberen Blechstreifens, dass die im unteren Blechstreifen gebildete Sicke 2 mit der oberen Sicke 2 in ihrer Position übereinstimmt. In dieser in 1 dargestellten Ausrichtung werden die beiden Blechstreifen einander angenähert, so dass sie sich berühren. Dann wird mithilfe eines Lasers eine Schweißung durch den schmalen Randstreifen 3 hindurch durchgeführt. Damit bildet sich ein Wärmetauscherelement mit einem Rohrelement, das durch die beiden Sicken 2 gebildet ist, und zwei Wärmeaustauschrippen, die durch die ebenen Abschnitte 1 gebildet sind.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die die Wärmeaustauschrippen bildenden ebenen Abschnitte 1 relativ schmal dargestellt. Sie können aber eine je nach den Erfordernissen des Einzelfalls auch größere Breite aufweisen. Sie können auch, entweder vor der Verschweißung oder auch nach dem Verschweißen, aus der Ebene heraus gebogen werden, falls aus bestimmten Gründen eine spezielle Form der Wärmeaustauschrippen sinnvoll erscheint. Wichtig ist, dass das hergestellte Wärmetauscherelement ein Rohrelement und zwei Wärmeaustauschrippen aufweist, wobei die Wärmeaustauschrippen einstückiger Bestandteil einer Hälfte des Rohrelements bilden. Die Verschweißung mithilfe eines Lasers ist gasdicht. Sie führt auch zu einer innigen Verbindung der beiden Blechstreifen, so dass keine Wärmeübertragungsverluste entstehen.
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Die Form der Sicke der Blechstreifen in 1 ist aus Gründen der vereinfachten Darstellung als eine rechtwinklige Sicke mit einem deutlichen Knick dargestellt. Es ist selbstverständlich möglich, die Sicke flacher und auch abgerundet herzustellen, um einen Strömungswiderstand bei der Umströmung von rechts nach links zu verringern. Ebenfalls möglich ist es, dass die Sicke als abgerundete Nut ausgebildet ist.
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Bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen wird als Verbindungsverfahren ein Laserschweißen verwendet. Die anderen von der Erfindung vorgeschlagenen und in der Beschreibung erwähnten Verbindungsverfahren werden hier nicht mehr ausdrücklich erwähnt oder beschriebenen.
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Während bei der Ausführungsform nach 1 in beiden Blechstreifen jeweils eine Sicke ausgebildet ist, zeigt die 2 eine Ausführungsform, bei der ein Endbereich jedes Blechstreifens abgekröpft ausgebildet ist. Der abgekröpfte Endbereich 4 jedes Blechstreifens liegt auf dem die Wärmeaustauschrippe 5 bildenden Bereich des Blechstreifens benachbart zu dem jeweiligen Knick 6 auf. Dort erfolgt die Verschweißung. Dadurch wird ein im Querschnitt rautenförmiger Hohlraum gebildet, der das Rohrelement darstellt.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist es möglich, die Größe des Querschnitts des Rohrelements dadurch zu bestimmen, dass die ebenen Abschnitte 4 und 5 mehr oder weniger weit überlappen.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist jeder der beiden Blechstreifen mehrfach abgekröpft, so dass zwischen den beiden Blechstreifen im dargestellten Beispiel zwei parallel zueinander verlaufende Rohrelemente 7 gebildet sind. Eine Verschweißung erfolgt an den Stellen 8, wo sich die beiden Blechstreifen überlappend berühren.
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Bei den bisher behandelten 1 bis 3 ist zu ergänzen, dass sich die Blechstreifen senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken, so dass die zu sehenden Sicken, Knicke und Schweißungen 8 sich ebenfalls senkrecht zur Papierebene über eine größere Strecke erstrecken.
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Die in 4 zeigt ein Ende eines Wärmetauscherelements. Der in dieser Darstellung rechte Blechstreifen 9 ist der obere Blechstreifen, während der links zu sehende Blechstreifen 10 der untere Blechstreifen ist. Wieder ist eine Sicke 2 gebildet, die in diesem Fall wesentlich flacher ausgebildet ist als bei der Ausführungsform nach 1. Der schmale Randstreifen 3 des oberen Blechstreifens 9 liegt auf dem breiteren die Wärmeaustauschrippe 11 bildenden Abschnitt des unteren Blechstreifens 10 auf. Die Schweißnaht 8 ist gestrichelt angedeutet. In das vordere Ende des durch die Sicke 2 gebildeten Rohrelements führt ein Stutzen 12, der ebenfalls durch eine Schweißnaht mit dem Rohrelement verbunden ist. In diesen Rohrstutzen 12 führt eine Zuleitung 13 für das Wärmeträgerfluid.
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Die 5 zeigt stark vereinfacht, wie durch die Anordnung mehrerer Wärmetauscherelemente ein Wärmetauscher gebildet werden kann. Zwei geradlinig verlaufende Wärmetauscherelemente, beispielsweise der Ausführungsform der 1, sind übereinander angeordnet. Man sieht die Längskanten 15 der Wärmeaustauschrippen und die Längskanten 16 des schmalen Randbereichs 3. Die Wärmetauscherelemente weisen einen Abstand voneinander auf, so dass die Luft senkrecht zur Papierebene zwischen den Wärmetauscherelementen hindurch gelangen kann. Es wird hier angenommen, dass die Luft senkrecht zur Papierebene und damit auch senkrecht zur Längsrichtung der Rohrelemente der beiden Wärmetauscherelemente strömt. Die beiden Rohrelemente sind durch einen Rohrstutzen 17 miteinander verbunden, und aus dem unteren Wärmetauscherelement führt ein weiterer Rohrstutzen 18 heraus, der dann zu dem nächsten Wärmetauscherelement führt.
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Selbstverständlich sind bei einem tatsächlich ausgeführten Wärmetauscher viele derartige Wärmetauscherelemente miteinander verbunden, übereinander und nebeneinander.
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Die 6 soll darstellen, dass durch Sicken in zwei breiteren Blechstreifen gebildete Rohrelemente so angeordnet werden können, dass die Längsrichtung der Rohrelemente parallel zueinander und zu einer Mittelachse verläuft. Die beiden Blechstreifen, die ähnlich geformt sind wie bei der Ausführungsform der 3, können gebogen werden, so dass dadurch ein zylindrischer Wärmetauscher gebildet wird, der in Axialrichtung durch die einzelnen Rohrelemente durchströmt wird. Dies ist in 6 nur angedeutet.
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Die 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem Wärmetauscherelement, das der Ausführungsform der 1 entspricht. Hier wird in dem oberen Blechstreifen und in dem unteren Blechstreifen neben der Sicke 2 jeweils eine Wärmeaustauschrippe 20 gebildet. Bei der Ausführungsform der 7 ist die Längsrichtung der Blechstreifen geradlinig, ebenso die Längsrichtung des Rohrelements.
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Die 8 zeigt eine der 7 entsprechende Darstellung, bei der die beiden Blechstreifen in einer Ebene gekrümmt verlaufen. Dadurch wird eine kreisbogenförmige Wärmeaustauschrippe 21 an der Außenseite und eine kreisbogenförmige Wärmeaustauschrippe 22 an der Innenseite der Biegung gebildet. Die Sicke 2 verläuft damit ebenfalls längs eines Kreisbogens. Mehrere derartige Kreisbogensegmente lassen sich zusammensetzen, um auf diese Weise ebenfalls einen kreiszylindrischen Wärmetauscher herzustellen. Bei diesem Wärmetauscher fließt das durch die Rohrleitung strömende Fluid um die Achse des Wärmetauschers herum, während bei der in 6 angedeuteten Ausführungsform das Wärmeträgerfluid in Längsrichtung des zylindrischen Wärmetauschers strömt.
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Das Wärmetauscherelement, das in 9 dargestellt ist, ähnelt der Ausführungsform nach der 1 und 4. Die beiden Wärmeaustauschrippen 20, die beidseits des Rohrelements 23 ausgebildet sind, haben Einschnitte 24 und Ausklinkungen 25, die klappenartig ausgebildet sind und unter einem spitzen Winkel gegenüber der Längsachse des Rohrelements 23 verlaufen. Dadurch lässt sich die Luftströmung von einer Seite der Wärmeaustauschrippe 20 auf die gegenüberliegende Seite leiten.
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Bei der Ausführungsform der 10 sind die Ausklinkungen 26 um eine Achse aus der Ebene der Wärmeaustauschrippe heraus geschwenkt, die quer zur Längsachse des Rohrelements 22 verläuft. Auch hierdurch lässt sich eine Luftströmung von der einen Seite der Wärmeaus tauschrippe 20 auf deren andere Seite lenken. Die Ausführungsform der 10 ist für eine Anströmung in Längsrichtung des Rohrelements 23 gedacht, während bei der Ausführungsform der 9 die Anströmungsrichtung quer zur Längsachse des Rohrelements 23 verläuft.
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Die Gestaltung der Wärmeaustauschrippe 20 bei den Ausführungsformen nach 9 und 10 dient dazu, ein strömendes Medium von der einen Seite der Wärmeaustauschrippe auf die anderen Seiten zu lenken. Bei entsprechender Gestaltung der Ausklinkungen kann dies auch mehrfach abwechseln. Dagegen zeigt die 11 eine Ausführungsform, bei der die Wärmeaustauschrippen 20 Einprägungen 28 in Form von Vertiefungen beziehungsweise Erhöhungen aufweisen. Durch diese Einprägungen 28 vergrößert sich die Oberfläche beziehungsweise der Strömungsweg für eine über die Wärmeaustauschrippen 20 strömende Gasströmung. Dadurch verbessert sich der thermische Austausch. Gleichzeitig wird bei dieser Ausführungsform dafür gesorgt, dass eine Fluidströmung auf der gleichen Seite der Wärmeaustauschrippe 20 bleibt. Dies kann dann von Wichtigkeit sein, wenn das Wärmetauscherelement mit den Rändern seiner beiden Wärmeaustauschrippen gasdicht in einem Kanal angebracht wird, so dass oberhalb und unterhalb der Wärmeaustauschrippe 20 ein unterschiedliches Medium strömt oder sonstige unterschiedliche Bedingungen herrschen.
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In 5 ist schematisch dargestellt, wie aus mehreren identisch und geradlinig aufgebauten Wärmetauscherelementen durch externe Leitungen verbunden ein Wärmetauscher aufgebaut werden kann. Die 12 zeigt nun eine Möglichkeit, wie aus einem langen Wärmetauscherelement durch Umbiegen und Zurückführen von Abschnitten ebenfalls ein Wärmetauscher aufgebaut und zusammengesetzt werden kann. Hierbei werden also keine einzelnen Stücke zusammengesetzt, sondern es wird ein durchgehender entsprechend gefalteter Streifen verwendet.
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Selbstverständlich können auch mehrere derartige gefaltete Wärmetauscherelemente nebeneinander angeordnet werden, um den Wärmetauscher größer zu machen.
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In der 6 ist stark vereinfacht dargestellt, wie man ein Wärmetauscherelement mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Bauelementen durch Umbiegen zu einem Wärmetauscher zusammensetzen kann. Die 13 zeigt eine weitere Möglichkeit, bei der nämlich ein Wärmetauscherelement, wie es beispielsweise in 12 dargestellt ist, spiralförmig angeordnet wird. Dadurch wird parallel zu den Wärmeaustauschrippen 20 ein spiralförmiger Kanal gebildet, der entweder von außen nach innen, von innen nach außen oder aber auch in Richtung von oben nach unten von einem Gas durchströmt werden kann.
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Eine nochmals weitere Möglichkeit zur Bildung eines Wärmetauschers zeigt die 14. Hier ist ein Wärmetauscherelement etwa wie in 1 so hergestellt, dass der Blechstreifen auf der einen Seite gestreckt wird, so dass der Streifen insgesamt eine Krümmung erhält. Das Wärmetauscherelement ist hier also längs einer Schraubenlinie wendelförmig ausgebildet.
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Bei den bisher behandelten Ausführungsformen war zum Wärmeaustausch mit dem in dem Rohrelement fließenden Medium als Austauschmedium Luft vorgesehen, die über die Oberseite der Wärmeaustauschrippen 20 und des Rohrelements 23 strömt. Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass das Wärmetauscherelement nach der Erfindung an seiner Außenseite ebenfalls von einem beispielsweise flüssigen Medium kontaktiert wird. Dieses Medium kann dann ebenfalls innerhalb eines Kanals 30, also einer Art Rohrleitung, vorbei strömen. Hierbei wirkt also das Rohrelement 23 selbst als Fläche, an der die Wärme übertragen wird, so dass die Wärmeaustauschrippe nur eine zusätzliche Bedeutung hat. Die Wärmeaustauschrippe kann in diesem Fall auch kleiner sein und in ihrer Bedeutung gegenüber der Oberfläche des Rohrelements zurücktreten. Eine derartige Möglichkeit ist in 15 schematisch angedeutet. In einem Wärmetauscher sind entweder mehrere Rohrelemente 23 oder ein zusammenhängendes Rohrelement 23, das in 15 im Schnitt dargestellt ist, enthalten. Die Wärmeaustauschrippen 20 sind an ihren Rändern mit den Wänden des Wärmetauschers gasdicht verbunden. Dadurch wird im Bereich zwischen jeweils zwei Abschnitten eines Wärmetauscherelements ein zusätzlicher Kanal 30 gebildet, in dem eine zweite Flüssigkeit zirkulieren kann.
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Bei den bisher abgehandelten Ausführungsformen, siehe beispielsweise 1, ist der jenseits der Verformung vorhandene Randbereich 3 auf die gegenüberliegende Wärmeaustauschrippe aufgelegt und mit dieser verbunden. Anders ausgedrückt ist die Anlage und Verbindung zwischen den beiden Blechstreifen an der Außenseite des herzustellenden Rohrelements 7 beziehungsweise 23 gegebenen. Dadurch lässt sich der Aufwand zur Verformung eines Blechstreifens in Grenzen halten.
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Es ist aber ebenfalls möglich, diesen äußeren Randbereich, der in 1 das Bezugszeichen 3 trägt, nochmals nach innen umzubiegen und dann an der Innenseite des herzustellenden Rohrelements anzubringen. Diese Möglichkeit ist in 16 dargestellt.
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Ausgangspunkt sind wieder zwei Blechstreifen, die in ihrem Randbereich mit einer Sicke 2 versehen werden. Der äußere Randbereich 31 wird dann zurück gebogen, so dass er parallel zu dem ersten Teil 32 der Sicke 2 verläuft. Dies gilt für beide Blechstreifen. Beim Zusammensetzen, siehe 16, liegt damit der äußere Randbereich 31 jedes Blechstreifens jenseits der eigenen Sicke 2 an der Innenseite der Sicke 2 des jeweils anderen Blechstreifens an. Es ist auch möglich, diesen zurück gefalteten Randbereich 31 relativ lang zu gestalten, um auf diese Weise eine größere Anlagefläche zu schaffen. Zur Verbindung des Randbereichs 31 mit dem ersten Schenkel 32 der Sicke 2 können, sofern man die Verbindung durch eine Laserschweißung gestaltet, mehrere Verbindungslinien nebeneinander angeordnet und angebracht werden.
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Die Herstellung eines Wärmetauscherelement, wie es in 16 dargestellt ist, geschieht also so, dass in einem Randbereich eines Blechstreifens eine Sicke 2 gebildet wird und der Randbereich 31 jenseits der Sicke 2 nochmals nach innen umgebogen wird. Was in 16 für eine Sicke dargestellt ist, gilt in ähnlicher Weise auch bei einer gekrümmten Profilform.
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Der Vorteil der Ausführungsform nach 16 liegt darin, dass bei einer starken Druckbeaufschlagung im Inneren des dadurch gebildeten Rohrelements 34 eine bessere Widerstandsfähigkeit gegeben ist. Bei hohen Drücken hat die Ausführungsform nach 16 Vorteile.
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In nochmaliger Weiterbildung kann nun auch vorgesehen sein, den äußeren Randbereich 31, der an der Innenseite des Hohlprofils zur Anlage kommt, in seinem äußersten Randbereich 35 nochmals nach innen umzufalten. Dies ist in 17 dargestellt. Zur Wärmeaufnahme durch das Rohrelement stehen jetzt nicht mehr nur die Innenflächen des Rohrelements 34 zur Verfügung, sondern zusätzlich die Rippen, die durch den äußersten Randbereich 35 des jeweiligen Blechstreifens gebildet sind. Hierdurch ergibt sich eine größere Fläche, an der die Wärme von dem strömenden Fluid auf das Rohrelement übergehen kann.
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Es ist nun in nochmaliger Weiterbildung auch möglich, diesen äußersten Randbereich 35, der in das Innere des Profils des Rohrelements hinein ragt, noch weiter auszunutzen. So zeigt die 18 eine Möglichkeit, wie man aus diesem Randbereich durch Einschnitte Lappen 36 heraus bilden und in das Innere hinein verformen kann, die zu einer Veränderung des Strömungsverhaltens innerhalb des Rohrelements 34 führen. Beispielsweise sind an dem einen Randbereich 35 eine Vielzahl von Lappen 36 zur einen Seite heraus geformt, während sie an dem Randbereich 35 des anderen Blechstreifens aufgrund der Identität der beiden Blechstreifen in die andere Richtung zeigen. Es wird dadurch eine starke Verwirbelung der Strömung innerhalb des Rohrelements bewirkt. Insbesondere dann, wenn in dem Rohrelement Fluide unterschiedlicher Temperatur erst zusammengeführt werden, kann dies zu einem besseren Wärmeaustausch innerhalb des Fluids und damit zu einer besseren Wärmeübertragung auf das Rohrelement führen.
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Diese heraus geformtem Lappen 36 bilden zusammen mit den noch stehen bleibenden Teilen des äußersten Randbereichs 35 ein Strömungsleitmittel.
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Die vereinfachte Ausführungsform nach 20 besteht aus einem ersten Blechstreifen, der genauso geformt ist wie der obere Blechstreifen der Ausführungsform nach 1. Er wird dann mit einem zweiten insgesamt ebenen Blechstreifen 40 in der gleichen Weise verbunden wie die übrigen Ausführungsformen. Dadurch entsteht ein im Querschnitt dreieckiges Rohrelement.
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Eine nochmals weitere Abänderung zeigt die 21. Hier ist ein ebener Blechstreifen mit einer Sicke 2 versehen, die jetzt nicht im Randbereich angeordnet ist, sondern in der Mitte. Geschlossen wird die Sicke durch einen weiteren Blechstreifen 41, der im dargestellten Beispiel mit zwei nach innen umgebogenen Randkanten an der Innenseite der Sicke 2 angebracht wird.
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Selbstverständlich wäre es bei der Ausführungsform der 21 auch denkbar, den weiteren Blechstreifen 41 so auszubilden wie den Blechstreifen 40 der Ausführungsform nach 20, nämlich als ebenen Blechstreifen, der auf der Unterseite des die Sicke 2 aufweisenden Blechstreifens angebracht wird.
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Sämtliche Kombinationen von Befestigungsmöglichkeiten sollen hier ebenfalls offenbart sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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