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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenanordnung für eine Wärmetauscher sowie einen mit einer solchen Lamellenanordnung ausgestatteten Wärmetauscher. In einem Aspekt betrifft die Erfindung insbesondere einen Luft-Luft-Wärmetauscher, der zum Beispiel als sogenannter Luftvorwärmer ausgestaltet ist.
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Hintergrund
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Wärmetauscher, insbesondere Luftvorwärmer sind im Stand der Technik für verschiedenste Anwendungen bekannt. So beschreibt beispielsweise die
WO 2011/089266 A2 einen Wärmetauscher zur Vorwärmung von Verbrennungsluft für Warmwasserheizkessel. Der Wärmetauscher weist dabei ein Gehäuse mit einem ersten Einlass und mit einem ersten Auslass sowie mit einem zweiten Einlass und mit einem zweiten Auslass auf. Ein Grundteil und ein Deckel umschließen einen Hohlraum. In den Hohlraum ist eine im Querschnitt wellenförmig verlaufende Trennwand derart eingesetzt, dass sie zusammen mit dem Grundteil mehrere nebeneinanderliegende, im Querschnitt getrennte Strömungskanäle für ein erstes Medium und zusammen mit dem Deckelteil mehrere nebeneinanderliegende, im Querschnitt getrennte Strömungskanäle für ein zweites Medium bildet. Die Herstellung und Montage einer derartigen Trennwand ist vergleichsweise komplex und aufwendig. Ferner sind der geometrischen Abmessungen der Trennwand und des Wärmetauschers herstellungsbedingt gewisse Grenzen gesetzt.
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Demgegenüber ist es Zielsetzung, einen verbesserten Wärmetauscher und eine hierfür geeignete Lamellenanordnung vorzusehen, die besonders kostengünstig und einfach herstellbar sind, die eine hohe Wärmetauscherkapazität bereitstellen, die einen möglichst geringen Druckverlust, insbesondere für gasförmige Wärmetauschermedien aufweisen und die möglichst einfach an unterschiedliche externe Anforderungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Größe variabel anpassbar oder sogar skalierbar sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
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Diese Aufgabe wird mit einer Lamellenanordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie mit einem Wärmetauscher nach Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand jeweils abhängiger Patentansprüche.
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Nach einem ersten Aspekt ist eine Lamellenanordnung für einen Wärmetauscher vorgesehen. Die Lamellenanordnung weist eine Anzahl parallel zueinander ausgerichteter Lamellen auf. Jede der Lamellen weist eine erste Lamellenwand und eine zweite Lamellenwand auf, die einen von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Zwischenraum begrenzen. Die erste und die zweite Lamellenwand sind dabei einstückig ausgebildet. Sie sind durch Biegeumformung eines Flachmaterials bezüglich einer Biegelinie gebildet. Folglich gehen die erste und die zweite Lamellenwand über die Biegelinie ineinander über.
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Die erste und die zweite Lamellenwand weisen ferner jeweils einen ersten Randabschnitt und jeweils einen zweiten, dem ersten Randabschnitt gegenüberliegenden Randabschnitt auf. Der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt grenzen jeweils an die Biegelinie an. Ferner sind die ersten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand fluiddicht miteinander verbunden. Selbiges gilt auch für die zweiten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand. Auch diese sind fluiddicht miteinander verbunden.
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Die erste Lamellenwand weist ferner einen der Biegelinie abgewandten und an den ersten und den zweiten Randabschnitt der ersten Lamellenwand angrenzenden ersten Seitenrand auf. Die zweite Lamellenwand weist ebenso einen der Biegelinie abgewandten und an den ersten und den zweiten Randabschnitt der zweiten Lamellenwand angrenzenden zweiten Seitenrand auf. Der erste und der zweite Seitenrand, welche typischerweise parallel zueinander verlaufen, begrenzen einen Einlass für den Zwischenraum als auch einen Auslass aus dem von erster und zweiter Lamellenwand gebildeten Zwischenraum.
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Der Einlass und der Auslass der Lamelle sind dabei in einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Biegelinie voneinander beabstandet. Typischerweise verläuft die Biegelinie parallel zum ersten und zum zweiten Seitenrand. Folglich können der Einlass und der Auslass auch in Längsrichtung von erstem Seitenrand und zweitem Seitenrand voneinander beabstandet sein.
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Die durch Materialumformung aus einem Flachmaterial gebildete Lamellenanordnung lässt sich besonders einfach und kostengünstig herstellen. Das Flachmaterial kann in Form eines Bandmaterials vorliegen, welches sich in einem Anlieferungszustand gerollt oder in Form eines Coils vorliegen kann. Die Lamellen der Lamellenanordnung können folglich durch bereichsweise Materialumformung, insbesondere durch abschnittsweise Biegeumformung des Bandmaterials gefertigt sein. Die Fertigung einer derartigen Lamellenanordnung auf Basis eines Bandmaterials ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Lamellenanordnung, welche eine nahezu unbegrenzte Anzahl einzelner einstückig miteinander verbundener Lamellen aufweisen kann.
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Durch Verwendung eines abschnittsweise umzuformenden Flach- oder Bandmaterials als Ausgangswerkstoff kann die Außenabmessung der Lamellenanordnung, insbesondere in Längsrichtung des Flach- oder Bandmaterials, das heißt im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf der Biegelinie, bei vergleichsweise geringen Herstellungskosten beliebig groß gewählt und universell an unterschiedliche Geometrieanforderungen angepasst werden.
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Für die Herstellung der Lamellenanordnung ist lediglich die Bereitstellung eines Flach- oder Bandmaterials und dessen abschnittsweise Umformung zur Bildung der Lamellenwand oder mehrerer Lamellenwände erforderlich. In einem weiteren Herstellungsschritt sind die infolge der Biegeumformung aneinander anliegenden zweiten Randabschnitte der Lamellenwände fluiddicht miteinander zu verbinden. Die auf diese Art und Weise gebildeten und parallel zueinander ausgerichteten Lamellen bilden jeweils eine Art Hohlkammer mit einem Auslass und mit einem Einlass. Einlass und Auslass sind hierbei in Längsrichtung der Biegelinie voneinander separiert.
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Über den Einlass kann das Wärmetauschermedium, beispielsweise in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases in den Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Lamellenwand einströmen. Die Einströmrichtung verläuft typischerweise annähernd senkrecht zur Biegelinie oder senkrecht zum ersten und/oder zweiten Seitenrand. Im Zwischenraum erfährt das Wärmetauschermedium aufgrund der einstückigen Ausgestaltung von erster und zweiter Lamellenwand und aufgrund der fluiddichten Verbindung der gegenüberliegenden ersten und zweiten Randabschnitte von erster und zweiter Seitenwand eine Richtungsveränderung. Im Zwischenraum zwischen erster und zweiter Lamellenwand strömt das Wärmetauschermedium typischerweise entlang der Längsrichtung der Biegelinie bzw. entlang der Längsrichtung von erstem und/oder zweitem Seitenrand, bevor es über den in Längsrichtung der Biegelinie vom Einlass beabstandeten Auslass wieder aus dem Zwischenraum ausströmt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Einlass an einem den ersten Randabschnitten zugewandten Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands angeordnet. Der Einlass kann auch mit dem Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands zusammenfallen. Der Einlass kann auch ein Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands bilden oder hiermit zusammenfallen. Durch die Verlagerung des Einlasses einer Lamelle der Lamellenanordnung oder sämtlicher Lamellen der Lamellenanordnung in den Bereich des ersten Randabschnitts kann nahezu die gesamte Längserstreckung der Lamelle für ein Durchströmen des Wärmetauschermediums ausgenutzt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist entsprechend vorgesehen, dass der Auslass an einem den zweiten Randabschnitten zugewandten Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands angeordnet ist. Ähnlich oder identisch wie der Einlass kann auch der Auslass mit dem Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands zusammenfallen. Auch kann der Auslass ein Längsende der ersten und des zweiten Seitenrands bilden oder hiermit zusammenfallen. Durch die Verlagerung des Auslasses einer Lamelle der Lamellenanordnung oder sämtlicher Lamellen der Lamellenanordnung in den Bereich des zweiten Randabschnitts kann nahezu die gesamte Längserstreckung der Lamelle für ein Durchströmen des Wärmetauschermediums ausgenutzt werden.
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Durch die Verlagerung des Auslasses hin zu den zweiten Randabschnitten der Lamellenwände kann der vom Wärmetauschermedium zu durchströmende Bereich, mithin der Zwischenraum zwischen erster und zweiter Lamellenwand, maximiert werden. Die Wärmetauscherkapazität kann hierdurch gesteigert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Lamellenanordnung sind der Einlass und der Auslass zumindest bereichsweise durch eine Abdeckung und/oder durch eine unmittelbare Verbindung von erstem Seitenrand und zweitem Seitenrand voneinander getrennt. Durch die bauliche Trennung von Einlass und Auslass wird eine vorgegebene Strömungsrichtung im Zwischenraum zwischen erster und zweiter Lamellenwand bereitgestellt und erzeugt. Das über den Einlass in den Zwischenraum einströmende Wärmetauschermedium, etwa ein Fluid oder ein Gas, gelangt über den Einlass in den Zwischenraum.
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Es strömt im Zwischenraum bevorzugt in einer Richtung parallel zum Verlauf des ersten und/oder zweiten Seitenrands und/oder parallel zur Biegelinie, bevor es über den Auslass wieder aus dem Zwischenraum zwischen erster und zweiter Lamellenwand ausströmen kann. Durch die aus einem Flachmaterial allein durch Biegeumformung gebildeten ersten und zweiten Lamellenwände befinden sich der erste und der zweite Seitenrand der Lamellenwand in etwa auf gleicher Höhe. Sie sind typischerweise durch einen Spalt voneinander getrennt, welcher in den Zwischenraum zwischen erster und zweiter Lamellenwand hineinragt.
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Indem jener Spalt zumindest bereichsweise oder abschnittsweise durch eine Abdeckung und/oder durch eine unmittelbare Verbindung von erstem Seitenrand und zweitem Seitenrand verschlossen wird, werden der Einlass und der Auslass der jeweiligen Lamelle gebildet. Die Abdeckung kann als gesonderte Abdeckung an der Lamellenanordnung angeordnet, insbesondere stoffschlüssig hiermit verbunden, etwa mit der Lamellenwand verschweißt sein. Es ist aber auch denkbar, den Spalt zwischen erstem und zweitem Seitenrand einer Lamelle zumindest abschnittsweise oder vollständig zwischen dem Einlass und dem Auslass, etwa durch Schweißen zu verschließen. Die Abdeckung überdeckt typischerweise einen zwischen den gegenüberliegenden ersten und zweiten Randabschnitten liegenden mittleren Bereich des Spalts
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Anstelle einer gesonderten Abdeckung kann ein zwischen erstem und zweitem Seitenrand gebildeter Spalt einer Lamelle auch durch Anordnung der Lamellenanordnung im Inneren eines Gehäuses eines Wärmetauschers abgedeckt werden. Auf eine gesonderte Abdeckung oder auf ein gesondertes Verschließen eines mittleren Bereichs des sich zwischen erstem und zweitem Seitenrand bildenden Spalts kann auf diese Art und Weise effektiv verzichtet werden. Herstellungskosten sowie Montageaufwand können auf diese Art und Weise weiter reduziert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Lamellenwand parallel zur zweiten Lamellenwand ausgerichtet. Die erste Lamellenwand und die zweite Lamellenwand können eine im Wesentlichen planare, das heißt ebene Gestalt aufweisen. Beide, die erste und die zweite Lamellenwand können beispielsweise eine rechteckige oder quadratische Kontur aufweisen. Die erste und die zweite Lamellenwand liegen typischerweise unter Einhaltung des Zwischenraums zwischen sich aneinander an. Eine Wechselseitige Anlage der ersten und der zweiten Lamellenwand ist im Bereich der ersten und zweiten Randabschnitte gegeben, sodass die von den Randabschnitten beabstandeten Bereiche der Lamellenwände weitreichend berührungsfrei sind und den durchströmbaren Zwischenraum bilden.
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Die erste und die zweite Lamellenwand sind herstellungsbedingt über die Biegelinie miteinander verbunden und sind durch Biegeumformung im Bereich der Biegelinie quasi aufeinandergefaltet. An dem der Biegelinie gegenüberliegenden Außenrand weisen die erste und die zweite Lamellenwand jeweils den Seitenrand auf. Die beiden übrigen Randabschnitte, nämlich erster und zweiter Randabschnitt sowohl von erster als auch zweiter Lamellenwand sind zur Bildung der Lamelle gesondert und fluiddicht miteinander zu verbinden, um insbesondere den Zwischenraum in zu den ersten und zweiten Randabschnitten zu verschließen. Die parallele Ausrichtung von erster und zweiter Lamellenwand ist herstellungstechnisch besonders einfach und kostengünstig zu realisieren.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Lamellenanordnung weist zumindest ein erster Randabschnitt und zumindest in zweiter Randabschnitt von erster und/oder zweiter Lamellenwand eine Prägung auf. Die Prägung, welche auch in beiden aneinanderliegenden oder einander zugewandten Randabschnitten von erster und zweiter Lamellenwand ausgestaltet sein kann, dient der wechselseitigen und fluiddichten Verbindung von erster und zweiter Lamellenwand im Bereich ihrer jeweils ersten und zweiten Randabschnitte.
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Im aufeinandergefalteten Zustand von erster und zweiter Lamellenwand liegt der erste Randabschnitt der ersten Lamellenwand am ersten Randabschnitt der zweiten Lamellenwand an. Zur Bildung der fluiddichten Verbindung können die ersten, jeweils aneinanderliegenden Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand verprägt sein. Gleiches kann für den gegenüberliegenden, das heißt für den zweiten Randabschnitt von erster und zweiter Lamellenwand gelten. Zumindest eine der beiden Lamellenwände ist im Bereich des zweiten Randabschnitts zum jeweils gegenüber angrenzenden Randabschnitt der gegenüberliegenden Lamellenwand verprägt.
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Ein Verprägen oder auch ein Verkrimpen der ersten Randabschnitte und/oder der zweiten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand kann für die Bildung einer fluiddichten Verbindung prinzipiell bereits ausreichend sein. Von Vorteil sind die ersten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand als auch die zweiten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand jeweils miteinander stoffschlüssig verbunden. Sie können beispielsweise miteinander verschweißt sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die ersten Randabschnitte und/oder die zweiten Randabschnitte von erster und zweiter Lamellenwand ausgehend von der Biegelinie bis zum ersten und zum zweiten Seitenrand durchgehend miteinander verschweißt. Eine Schweißverbindung von ersten Randabschnitten erster und zweiter Lamellenwände sowie eine Schweißverbindung von zweiten Randabschnitten erster und zweiter Lamellenwände stellt eine fluiddichte Verbindung zwischen den Lamellenwänden her. Auf diese Art und Weise sind drei Außenränder der weitreichend überdeckend über überlappend zueinander zu liegen kommenden ersten und zweiten Lamellenwand fluiddicht miteinander verbunden. Der Einlass und der Auslass der jeweiligen Lamellen befinden sich an ein und demselben Seitenrand, nämlich an dem der Biegelinie gegenüberliegenden Seitenrand von erster und zweiter Lamellenwand.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Lamellenwände eine größere Erstreckung in Richtung der Biegelinie haben als in einer Richtung senkrecht hierzu. Die Erstreckung in Richtung der Biegelinie kann mehr als das Dreifache, mehr als das Vierfache, mehr als das Fünffache oder auch mehr als das Zehnfache als die Erstreckung der Lamellenwände senkrecht zur Biegelinie betragen. Durch verhältnismäßig lange bzw. längserstreckte Lamellenwände in Richtung der Biegelinie kann eine wohldefinierte Strömung im Zwischenraum zwischen dem Lamelleneinlass und dem Lamellenauslass gebildet und bereitgestellt werden. Dies erweist sich für den Betrieb des Wärmetauschers als vorteilhaft.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Lamellenanordnung sind mehrere Lamellen einstückig und in einem vorgegebenen Abstand über Distanzabschnitte miteinander verbunden. Die Distanzabschnitte zwischen benachbart angeordneten Lamellen erstrecken sich entlang einer gedachten und sämtliche Lamellen tangierenden oder schneidenden Geraden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein zweiter Seitenrand einer zweiten Lamellenwand einer ersten Lamelle über einen im Wesentlichen eben ausgestalteten und geradlinig verlaufenden Distanzabschnitt in einen ersten Seitenrand einer ersten Lamellenwand einer hierzu benachbart angeordneten zweiten Lamelle übergeht.
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Die mittels Biegeumformung gebildete zweite Lamelle kann alsdann ebenfalls eine zweite Lamellenwand aufweisen, die sich parallel zur ersten Lamellenwand erstreckt und deren zweiter Seitenrand ebenfalls über einen weiteren Distanzabschnitt in die erste Seitenwand einer weiteren Lamelle übergeht. Mithin kann das ursprüngliche Flachmaterial sukzessive durch mehrere Biegeumformungen mit einzelnen, in Längsrichtung des Flachmaterials voneinander beabstandeten Lamellen versehen werden, die allesamt einstückig miteinander verbunden sind. Sofern das Flachmaterial als Bandmaterial vorliegt, kann insbesondere vorgesehen sein, die Biegelinie im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Bandrichtung vorzusehen, sodass die einzelnen Lamellen der Lamellenanordnung in Längsrichtung des Flach- oder Bandmaterials über die Distanzabschnitte voneinander separiert sind.
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Die Längserstreckung der Distanzabschnitte, das heißt die Erstreckung der Distanzabschnitte in Bandrichtung oder in Längsrichtung des Flachmaterials, das heißt senkrecht zur Biegelinie, kann je nach Einsatzzweck der Lamellenanordnung variieren. In Richtung der Biegelinie weisen die sich zwischen einzelnen Lamellen befindlichen Distanzabschnitte in etwa die gleiche Erstreckung wie die Lamellenwände selbst auf. Senkrecht hierzu, das heißt senkrecht zur Biegelinie und in Richtung der ursprünglichen Längserstreckung des Flach- oder Bandmaterials können die Distanzabschnitte eine Erstreckung aufweisen, die deutlich geringer ist als die Erstreckung der Lamellenwände senkrecht zur Biegerichtung.
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Die Länge der Distanzabschnitte definiert einen lichten Abstand zwischen benachbart angeordneten Lamellen. Der Abstand zwischen den Lamellen ist zumindest größer als die entsprechenden Außenabmessungen einer Lamelle. Es ist typischerweise vorgesehen, dass der Abstand benachbart angeordneter Lamellen einer Lamellenanordnung höchstens zwei- bis dreimal so groß ist wie die Außenabmessungen einer Lamelle in Richtung des Abstands benachbarter Lamellen betrachtet.
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Es ist ferner vorgesehen, dass sämtliche ersten und zweiten Seitendränder sämtlicher Lamellen einer Lamellenanordnung in einer gemeinsamen Ebene liegen oder mittels einer einzigen Geraden miteinander verbindbar sind. Die Distanzabschnitte können dabei ebenfalls in einer gemeinsamen gedachten Ebene liegen, die zugleich auch eine Aufstands- oder Montageebene der betreffenden Lamellenanordnung sein oder als solche fungieren kann. Hierdurch wird erreicht, dass die parallel zueinander ausgerichteten und in einem der Größe der Distanzabschnitte entsprechenden vorgegebenen Abstand zueinander angeordneten Lamellen einer Lamellenanordnung jeweils ein mit der Biegelinie zusammenfallendes freies Ende aufweisen.
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Mit dem gegenüberliegenden Seitenrand, mithin mit dem ersten und mit dem zweiten Seitenrand sind die Lamellen über die angrenzenden Distanzabschnitte mit benachbarten Lamellen einstückig verbunden. Lediglich die erste und die letzte Lamelle einer Lamellenanordnung weist nur eine Verbindung mit einer benachbarten, nämlich mit der zweiten oder mit der vorletzten Lamelle der Lamellenanordnung auf.
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Das Flachmaterial für die Lamellenanordnung ist typischerweise ein kaltumformbares Metallblech, beispielsweise ein Stahlblech. Der beschriebene Herstellungsprozess, nämlich das Biegeumformen aus einem Flach- oder Bandmaterial ermöglicht die Fertigung von Lamellenanordnungen mit einer nahezu beliebigen besonders großen Anzahl einzelner Lamellen. Auch können Lamellenanordnungen mit nahezu unbegrenzter Länge in Richtung der ursprünglichen Längsrichtung des Flach- oder Bandmaterials hergestellt und bereitgestellt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ferner ein Wärmetauscher mit einem Gehäuse vorgesehen, welches einen ersten Einlass und einen ersten Auslass für ein Wärmetauschermedium aufweist. Der erste Einlass und der erste Auslass stehen über einem geradlinigen und eine Hauptströmungsrichtung bildenden ersten Schachtabschnitt miteinander in unmittelbarer Strömungsverbindung. Der Wärmetauscher weist dabei ferner eine in dem ersten Schachtabschnitt angeordnete zuvor beschriebene Lamellenanordnung auf. Die einzelnen, jeweils bereichsweise hohl ausgestalteten Lamellen ragen mit ihrer Außenseite, mithin mit ihren einzelnen Lamellen in den Schachtabschnitt hinein.
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Der Schachtabschnitt ist mit einem weiteren Wärmetauschermedium über den ersten Einlass beaufschlagbar. Das Wärmetauschermedium kann im Inneren des Schachtabschnitts die Lamellenanordnung umströmen und dabei mit dem weiteren, im Inneren, d.h. im Zwischenraum der einzelnen Lamellen der Lamellenanordnung strömenden Wärmetauschermedium thermisch koppeln. Es ist hierbei typischerweise ein Gegenstromprinzip realisiert. Der Einlass und der Auslass einer jeden Lamelle der Lamellenanordnung ist gegensinnig zum ersten Einlass und zum ersten Auslass des Gehäuses angeordnet. Mit anderen Worten sind die Einlässe der Lamellen nahe dem ersten Auslass des Wärmetauschergehäuses angeordnet. Die Auslässe der Lamellen der Lamellenanordnung sind dem Einlass des Gehäuses des Wärmetauschers zugewandt angeordnet. Durch Verwirklichung eines Gegenstromprinzips kann die Wärmetauscherkapazität gesteigert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Lamellen der Lamellenanordnung parallel zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Die Lamellen der Lamellenanordnung sind dabei ferner senkrecht oder quer zur Hauptströmungsrichtung voneinander beabstandet. Im Betrieb des Wärmetauschers und der Lamellenanordnung sind typischerweise sämtliche Lamellen der Lamellenanordnung parallel geschaltet. Dies bedeutet, dass sämtliche Einlässe sämtlicher Lamellen einer Lamellenanordnung unmittelbar miteinander in Strömungsverbindung stehen. Selbiges trifft auch für die Auslässe der Lamellen der Lamellenanordnung zu.
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Dadurch dass die Lamellen der Lamellenanordnung parallel zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet sind, kann für einen effektiven Wärmeaustausch ein Gegenstromprinzip für die Wärmetauschermedien im Zwischenraum zwischen den Lamellenwänden einer Lamelle und im Zwischenraum zwischen benachbarten Lamellen, das heißt außerhalb der Lamellen verwirklicht werden. Der Schachtabschnitt kann eine im Querschnitt rechteckige Kontur aufweisen. Durch bloße Anordnung der Lamellenanordnung in dem Schachtabschnitt können der Wärmetauscher und seine Funktionalität bereitgestellt werden. Dies erweist sich herstellungs- und montagetechnisch als besonders einfach und günstig.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Wärmetauschers sind die Lamellen der Lamellenanordnung parallel zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Die Lamellen der Lamellenanordnung sind dabei senkrecht oder quer zur Hauptströmungsrichtung voneinander beabstandet. Die Beaufschlagung der Lamellenanordnung, insbesondere ihrer einzelnen Lamellen mit dem Wärmetauschermedium erfolgt typischerweise ebenfalls senkrecht oder quer zur Hauptströmungsrichtung. Gleiches kann für den Auslass des Wärmetauschermediums aus den Lamellen der Lamellenanordnung gelten. In Montagestellung im oder am Schachtabschnitt erstrecken sich die Biegelinien der Lamellen im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung. Die ursprüngliche Längsrichtung des Flachmaterials oder des Bandmaterials erstreckt sich sozusagen in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung. Das hier beschriebene Fertigungs- und Herstellungsverfahren für die Lamellenanordnung erweist sich für die Fertigung besonders breiter Schachtabschnitte, das heißt senkrecht zur Hauptströmungsrichtung als vorteilhaft.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher ferner mit einem zweiten Einlass und mit einem zweiten Auslass versehen. Der zweite Einlass und der zweite Auslass sind, in Hauptströmungsrichtung betrachtet, voneinander beabstandet am Gehäuse angeordnet. Der zweite Einlass des Wärmetauschers steht mit den Einlässen der Lamellen der Lamellenanordnung in Strömungsverbindung. Der zweite Auslass steht analog hierzu mit den Auslässen der Lamellen der Lamellenanordnung in Strömungsverbindung. Typischerweise ist vorgesehen, dass der zweite Einlass mit sämtlichen Einlässen der Lamellen in Strömungsverbindung steht. Das heißt, der zweite Einlass kann insoweit als Verteiler fungieren, welcher das über den zweiten Einlass zugeführte Wärmetauschermedium möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Lamellen bzw. auf deren einzelne Einlässe verteilt.
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Gleichermaßen kann auch der zweite Auslass als eine Art Sammler fungieren, welcher mit sämtlichen Auslässen einzelner Lamellen in permanenter Strömungsverbindung steht. Das über den zweiten Einlass zugeführte Wärmetauschermedium kann über den zweiten Einlass in sämtliche Einlässe einzelner Lamellen verzweigen, folglich durch sämtliche Lamellen hindurchströmen und über die Auslässe der einzelnen Lamellen wieder in den zweiten Auslass des Wärmetauschers münden.
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Dadurch dass der zweite Einlass und der zweite Auslass des Wärmetauschers in Hauptströmungsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, ergibt sich ein Wärmeaustausch nach dem Gegenstromprinzip. Ein erstes Wärmetauschermedium strömt typischerweise über den ersten Einlass in den Schachtabschnitt hin zum zweiten Einlass. Das erste Wärmetauschermedium strömt folglich entlang der Hauptströmungsrichtung. Der zweite Einlass, welcher mit den einzelnen Lamellen in Strömungsverbindung steht, befindet sich an einer stromabwärts gelegenen Seite des Schachtabschnitts. Der zweite Auslass befindet sich typischerweise an einer stromaufwärts gelegenen Seite des Schachtabschnitts. Wenn der zweite Einlass mit dem zweiten Wärmetauschermedium beaufschlagt wird, strömt dieses entgegen der Hauptströmungsrichtung zum zweiten Auslass. Erstes und zweites Wärmetauschermedium strömen somit in entgegengesetzten Richtungen durch den Schachtabschnitt und durch die einzelnen von Lamellenwänden gebildeten Zwischenräume.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Wärmetauschers ist vorgesehen, dass die Lamellen der Lamellenanordnung jeweils mit ihren ersten Seitenrändern und mit ihren zweiten Seitenrändern an eine Innenseite einer Wandung des ersten Schachtabschnitts angrenzen. Die Anordnung der Seitenränder der Lamellen an die Innenseite der Wandung des ersten Schachtabschnitts kann abdichtend bzw. fluiddicht ausgeführt sein. Auf diese Art und Weise kann die Wandung des ersten Schachtabschnitts eine Abdeckung des Schlitzes der gegenüberliegenden Lamellenwände bilden und auf diese Art und Weise eine Abdeckung zwischen dem Einlass und dem Auslass einer jeden Lamelle bilden oder als eine derartige Abdeckung fungieren.
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Hierdurch kann eine bauliche Trennung von Einlass und Auslass der einzelnen Lamellen erreicht werden. Die Lamellenanordnung selbst kann dabei abdeckungsfrei zwischen Einlass und Auslass der einzelnen Lamellen gebildet sein. Mithin können die einzelnen Lamellen der Lamellenanordnung zwischen dem ersten Seitenrand und dem zweiten Seitenrand einen unverschlossenen Schlitz oder Spalt aufweisen, welcher erst durch die Montage der Lamellenanordnung im Inneren des Schachtabschnitts verschlossen wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher mit einem ersten Einlasskanal versehen, welcher den zweiten Einlass aufweist. Der erste Einlasskanal erstreckt sich dabei entlang einer Außenseite einer Wandung des ersten Schachtabschnitts quer oder senkrecht zur Hauptströmungsrichtung. Ein Innenraum des Einlasskanals steht dabei ferner über eine Durchgangsöffnung in der Wandung des ersten Schachtabschnitts mit den Einlässen der Lamellen der Lamellenanordnung in Strömungsverbindung.
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Der erste Einlasskanal kann ferner als eine Art Verteiler fungieren. Stromaufwärtsseitig weist er einen Einlass für das zweite Wärmetauschermedium auf. Stromabwärtsseitig verzweigt der Einlasskanal in die einzelnen Einlässe der strömungstechnisch parallel geschalteten Einlässe der Lamellen der Lamellenanordnung. Der Einlasskanal befindet sich außenseitig einer Wandung oder eines Wandabschnitts des Schachtabschnitts. Die geometrische Ausgestaltung des ersten Einlasskanals kann folglich vollkommen unabhängig von der Geometrie des Schachtabschnitts gewählt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung hierzu ist der Wärmetauscher mit einem ersten Auslasskanal versehen, welcher den zweiten Auslass aufweist. Der erste Auslasskanal erstreckt sich entlang einer Außenseite einer Wandung des ersten Schachtabschnitts quer oder senkrecht zur Hauptströmungsrichtung. Ein Innenraum des Auslasskanals steht über eine Durchgangsöffnung in der Wandung des ersten Schachtabschnitts mit den Auslässen der Lamellen der Lamellenanordnung in Strömungsverbindung. Der erste Auslasskanal kann sozusagen einen Sammler am stromabwärtsseitigen Ende der Auslässe der einzelnen Lamellen bilden. Die Durchgangsöffnungen für den ersten Einlasskanal und für den zweiten Einlasskanal können in ein und derselben Wandung des Schachtabschnitts ausgestaltet sein. Die übrigen Wandungen des Schachtabschnitts können dabei weitreichend ausnehmungsfrei gebildet sein, wodurch der Herstellungs- und Montageaufwand für den Wärmetauscher weiter reduziert werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Wärmetauschers weist dieser zumindest zwei im ersten Schachtabschnitt angeordnete Lamellenanordnungen auf, wie diese zuvor beschrieben wurden. Die beiden Lamellenanordnungen können weitreichend identisch ausgestaltet sein. Eine Lamellenanordnung ist dabei an einer Innenseite einer deckenseitigen Wandung des ersten Schachtabschnitts angeordnet. Die andere Lamellenanordnung ist an einer Innenseite einer gegenüberliegenden bodenseitigen Wandung des ersten Schachtabschnitts angeordnet.
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Die deckenseitige Wandung und die bodenseitige Wandung sind hierbei lediglich beispielhaft für zwei gegenüberliegende Wandungen des Schachtabschnitts. Die beiden Lamellenanordnungen können auch an gegenüberliegenden Seitenwänden des Schachtabschnitts angeordnet sein.
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Die Lamellen der einen Lamellenanordnung kommen in Zwischenräumen zwischen Lamellen der anderen Lamellenanordnung zu liegen. Die beiden Lamellenanordnungen greifen sozusagen kammartig oder mäanderartig ineinander. Die Lamellen der einen Lamellenanordnung und die Lamellen der anderen Lamellenanordnung erstrecken sich dabei parallel zueinander. Die freien Enden der Lamellen der einen Lamellenanordnung können annähernd an die Distanzabschnitten zwischen den Lamellen der jeweils anderen Lamellenanordnung heranragen; und umgekehrt. Auf diese Art und Weise kann nahezu der gesamte Innenraum des Schachtabschnitts des Gehäuses des Wärmetauschers mit Lamellen ausgefüllt sein. Die Wärmetauscherkapazität kann hierdurch weiter gesteigert werden.
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Es versteht sich hierbei von selbst, dass die Lamellen der einen Lamellenanordnung mit einem zweiten Einlass bzw. mit einem ersten Einlasskanal als auch mit einem zweiten Auslass bzw. mit einem ersten Auslasskanal in Strömungsverbindung stehen. Die Lamellen der anderen Lamellenanordnung können analog hierzu mit einem weiteren zweiten Einlass und mit einem weiteren ersten Einlasskanal als auch mit einem weiteren zweiten Auslass und mit einem weiteren ersten Auslasskanal in Strömungsverbindung stehen. Einlässe und Auslässe sowie Einlass- und Auslasskanäle der einen und der anderen Lamellenanordnung können an jeweils gegenüberliegenden Wandungen des ersten Schachtabschnitts angeordnet sein.
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Beispielsweise kann der mit den Lamellen der einen Lamellenanordnung in Strömungsverbindung stehende Einlass, der Auslass sowie die entsprechenden Einlass- und Auslasskanäle beispielsweise an einer deckenseitigen Wandung des Schachtabschnitts verlaufen, während der Einlass, der Auslass und die zugehörigen Einlass- und Auslasskanäle der anderen Lamellenanordnung an der Außenseite einer bodenseitigen Wandung des Schachtabschnitts verlaufen. Während der erste Einlass und der zweite Auslass sich im Wesentlichen geradlinig durch den ersten Schachtabschnitt erstrecken oder über den ersten Schachtabschnitt im Wesentlichen geradlinig miteinander in Strömungsverbindung stehen, können der zweite Einlass und der zweite Auslass, mithin die zugehörigen Einlass- und Auslasskanäle für die eine und für die andere Lamellenanordnung von oben oder von unten das zweite Wärmetauschermedium zu- und/oder abführen und dabei quer oder senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verlaufen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse des Wärmetauschers zumindest den ersten Schachtabschnitt und einen hiervon getrennten weiteren, etwa einen zweiten Schachtabschnitt auf. Der erste und der zweite Schachtabschnitt können dabei nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Sie können parallel zueinander verlaufen. In jedem von erstem und zweitem Schachtabschnitt ist zumindest eine der zuvor beschriebenen Lamellenanordnungen angeordnet. Es kann insbesondere und zur Steigerung der Wärmetauscherkapazität vorgesehen sein, dass in jedem von erstem und zweitem Schachtabschnitt zwei ineinandergreifende Lamellenanordnungen angeordnet sind. Der Wärmetauscher ist mitnichten auf die Realisierung von lediglich zwei Schachtabschnitten beschränkt. Er kann beliebig um weitere Schachtabschnitte ergänzt werden, um die Wärmetauscherkapazität sukzessive und schrittweise zu steigern.
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Jeder der Schachtabschnitte kann als eine Art Wärmetauschermodul fungieren. Der Wärmetauscher weist somit einen modulartigen Aufbau auf und kann modulweise bzw. schachtabschnittsweise ergänzt und vergrößert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung hierzu sind ein erster Einlasskanal und ein erster Auslasskanal zwischen dem ersten Schachtabschnitt und dem zweiten Schachtabschnitt angeordnet. Dabei steht:
- a) ein Innenraum des ersten Einlasskanals mit den Einlässen einer im ersten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung und mit den Einlässen einer im zweiten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung in Strömungsverbindung und/oder
- b) ein Innenraum des ersten Auslasskanals mit den Auslässen einer im ersten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung und mit den Auslässen einer im zweiten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung in Strömungsverbindung.
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Mit anderen Worten kann ein erster Einlasskanal sowohl mit Einlässen einer in einem ersten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung als auch mit den Einlässen einer im zweiten Schachtabschnitt angeordneten Lamellenanordnung in unmittelbarer Strömungsverbindung stehen. Es ist dabei vorgesehen, dass die über einen gemeinsamen Einlasskanal oder über einen gemeinsamen Auslasskanal miteinander in Strömungsverbindung stehenden Lamellenanordnungen verschiedener aber benachbart angeordneter Schachtabschnitte an einander zugewandten Wandungen der jeweiligen Schachtabschnitte angeordnet sind.
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Befindet sich beispielsweise der erste Schachtabschnitt oberhalb des zweiten Schachtabschnitts, so können mit ein und demselben Einlasskanal diejenigen Lamellen einer Lamellenanordnung im ersten Schachtabschnitt mit dem Wärmetauschermedium beaufschlagt werden, deren Einlässe eine bodenseitige Wandung des ersten Schachtabschnitts durchsetzen oder im Bereich einer entsprechenden bodenseitigen Durchgangsöffnung angeordnet sind. Die im zweiten und darunter befindlichen Schachtabschnitt angeordneten Lamellen weisen Zuläufe und Abläufe auf, die über eine Öffnung in einer deckenseitigen Wandung des Schachtabschnitts mit dem Einlass- oder Auslasskanal zwischen erstem und zweitem Schachtabschnitt in Strömungsverbindung stehen.
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Der mittels zumindest einer, bevorzugt mittels mehrerer Lamellenanordnungen gebildete Wärmetauscher kann insbesondere als Luftvorwärmer zum Aufheizen von Verbrennungsluft ausgestaltet sein. Insoweit kann der Wärmetauscher als Luft-Luft-Wärmetauscher konzipiert und ausgelegt sein. Dies bedeutet, sowohl das erste als auch das zweite Wärmetauschermedium befindet sich bei bestimmungsgemäßem Betrieb des Wärmetauschers in einem gasförmigen Zustand. Abweichend hiervon kann der Wärmetauscher aber auch als Gas-Fluid-Wärmetauscher oder als Fluid-Fluid-Wärmetauscher ausgestaltet sein. Bei einem Gas-Fluid-Wärmetauscher liegt eines der Wärmetauschermedien in flüssigem Aggregatzustand, das andere Wärmetauschermedium in einem gasförmigen Aggregatzustand vor. Bei einem Fluid-Fluid-Wärmetauscher liegen beide Wärmetauschermedien in einem flüssigen Aggregatzustand vor.
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Der Wärmetauscher weist insbesondere entlang seiner Hauptströmungsrichtung einen besonders geringen Strömungswiderstand auf. Er kann somit mit besonders geringem Druckverlust betrieben werden.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Lamellenanordnung und des Wärmetauschers werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers von schräg oben betrachtet,
- 2 den Wärmetauscher gemäß 1 von schräg unten betrachtet,
- 3 eine Frontansicht des Wärmetauschers gemäß 1,
- 4 eine vergrößerte Detailansicht aus 3,
- 5 eine Seitenansicht des Wärmetauschers gemäß 1,
- 6 eine im Vergleich zur 5 gegenüberliegende Seitenansicht,
- 7 einen Querschnitt A-A gemäß 3,
- 8 einen Querschnitt D-D gemäß 3,
- 9 einen Querschnitt G-G gemäß 3,
- 10 einen Querschnitt Y-Y gemäß 3,
- 11 einen Querschnitt F-F gemäß 5,
- 12 eine perspektivische schematische Darstellung eines Flachmaterials für die Fertigung einer Lamellenanordnung,
- 13 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Lamellenanordnung nach einem mehrfachen Biegevorgang des in 12 gezeigten Flachmaterials,
- 14 eine Draufsicht auf die Lamellenanordnung gemäß 13 von oben,
- 15 einen Querschnitt B-B gemäß 13,
- 16 eine Darstellung der Lamellenanordnung gemäß 13 von unten und
- 17 einen Querschnitt C-C durch die Lamellenanordnung gemäß 16.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Lamellenanordnung 10 und ihr grundlegender Aufbau wird zunächst unter Bezugnahme auf die 12 bis 17 erläutert. Eine in 13 in perspektivischer Darstellung gezeigte Lamellenanordnung 10 weist einzelnen Lamellen 11, 12, 13 auf, die jeweils durch Materialdopplung, nämlich durch mehrfaches Biegen eines in 12 gezeigten Flachmaterials 1 gefertigt werden. Hierzu wird das in 1 gezeigte Flachmaterial 1, welches zum Beispiel als Bandmaterial bereitgestellt sein kann, mehrfach entlang in Längsrichtung voneinander beabstandeter Biegelinien 25, 26, 36 gebogen oder gefaltet. Nach Durchführung mehrerer Biege- oder Faltoperationen werden jeweils zwei im Wesentlichen flächengleiche Lamellenwände 20, 30 gebildet, die über eine Biegelinie 25 ineinander übergehen. Die Falt- oder Biegelinie 25 erstreckt sich jeweils senkrecht zur Längsrichtung 3 des ursprünglichen Flachmaterials 1.
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In 12 sind mehrere Biegelinien schematisch dargestellt. Nachdem das Flachmaterial 1 mehrfach gebogen wurde, ergeben sich mehrere höckerartige oder kammartige Lamellen 11, 12, 13, die über einzelne Distanzabschnitte 14 einstückig miteinander verbunden und die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine erste Lamelle 11 weist in 13 dem Betrachter zugewandt eine erste Lamellenwand 20 auf, die über die nach oben ragende und ein freies Ende der Lamelle 11 bildenden Biegelinien 25 in eine zweite Lamellenwand 30 übergeht.
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Das untere Ende der ersten Lamellenwand 20 weist einen ersten Seitenrand 26 auf, welcher sich senkrecht zur Längsrichtung 3 des ursprünglichen Flachmaterials 1 erstreckt. Am Fußpunkt der zweiten Lamellenwand 30 befindet sich ein hierzu parallel verlaufender zweiter Seitenrand 36. Der zweite Seitenrand 36 geht in einen Distanzabschnitt 14 über. Das der ersten Lamelle 11 abgewandte Ende des Distanzabschnitts 14 geht in eine weitere, beispielsweise in eine zweite Lamelle 12 über, die identisch zur ersten Lamelle 11 aufgebaut ist. Die Seitenränder 26, 36 welche die Lamellenwände in Längsrichtung 3 begrenzen sind gleichermaßen durch Biegeumformungen des Flachmaterials 1 gebildet. Sie sind demnach ebenfalls Biegelinien dar. Die in 13 schematisch dargestellte Lamellenanordnung 10 weist folglich eine Abfolge mehrerer parallel zueinander ausgerichteter Lamellen 11, 12, 13 mit dazwischen befindlichen Zwischenräumen 15 auf.
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Jede der Lamellen 11, 12, 13 weist eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt auf, da die erste und die zweite Lamellenwand im Wesentlichen identische Konturen und geometrische Abmessungen aufweisen. Die erste Lamellenwand 20 der ersten Lamelle 11 weist in 13 links einen ersten Randabschnitt 22 und in der 13 rechts einen zweiten gegenüberliegenden Randabschnitt 24 auf. Dementsprechend weist auch die zweite Lamellenwand links einen ersten Randabschnitt 32 und rechts einen zweiten Randabschnitt 34 auf. Nachdem die Lamellen 11, 12, 13 durch mehrfache Biegeumformung des Flachmaterials 1 gebildet wurden, werden die ersten Randabschnitte 22, 32 von erster und zweiter Lamellenwand 20, 30 fluiddicht miteinander verbunden. Selbiges trifft für die zweiten Randabschnitte 24, 34 von erster und zweiter Lamellenwand 20, 30 zu.
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Auf diese Art und Weise sind die jeweils parallel zueinander ausgerichteten ersten und zweiten Lamellenwände 20, 30 einer Lamelle 11 entlang dreier ihrer Außenkanten entweder einstückig oder anderweitig fluiddicht miteinander verbunden. Die ersten Randabschnitte 22, 32 und/oder die zweiten Randabschnitte 24, 34, können jeweils eine in 15 schematisch dargestellte Prägung 29, 39 aufweisen. Mithin können die ersten Randabschnitte 22, 32 von erster und zweiter Lamellenwand im Bereich der entsprechenden Prägungen 29, 39 stoffschlüssig miteinander verbunden, etwa miteinander verschweißt sein. Selbiges trifft für die zweiten Randabschnitte 24, 34 zu.
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Zwischen den parallel verlaufenden Lamellenwänden 20, 30 einer Lamelle 11 wird auf diese Art und Weise ein Hohlraum oder ein Zwischenraum 21 gebildet, der fortan nur noch über einen Spalt 28 zwischen dem ersten Seitenrand 26 und dem zweiten Seitenrand 28 zugänglich ist. Der Spalt 28, welcher sich ursprünglich vom ersten Randabschnitt 22 bis zum zweiten Randabschnitt 24 erstreckt, ist zumindest in einem mittleren Bereich, wie in 16 gezeigt, verschlossen. Ein Verschluss des Spalts 28 kann mittels einer gesonderten Abdeckung 31 erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass ein mittlerer Bereich zwischen den ersten und zweiten Randabschnitten 22, 24 des Spalts zwischen dem ersten Seitenrand 26 und dem zweiten Seitenrand 36 mittels einer Füllmasse oder anderweitig, etwa mittels Schweißen verschlossen ist.
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Auf diese Art und Weise werden ein Einlass 23 und ein Auslass 27 gebildet, die in Längsrichtung der Biegelinie 25 bzw. in Längsrichtung des Spalts 28 voneinander beabstandet sind. Der Einlass 23 befindet sich an einem den ersten Randabschnitten 22, 32 zugewandten Längsende des ersten und des zweiten Seitenrands 26, 36. Der Auslass 27 befindet sich an einem gegenüberliegenden Ende des Spalts 28, nämlich an einem den zweiten Randabschnitten 24, 34 zugewandten Längsenden des ersten und des zweiten Seitenrands 26, 36 der Lamellenwände 20, 30.
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In 17 ist ein Querschnitt durch eine Lamelle 11 schematisch gezeigt. Dadurch dass der Einlass 23 und der Auslass 27 in Längsrichtung des Spalts 28 voneinander getrennt sind, ergibt sich eine Art U-förmiger Strömungsverlauf des Wärmetauschermediums 2, wenn es über den Einlass 23 in den Zwischenraum 21 der Lamelle 11 einströmt und über den Auslass 27 der Lamelle 11 wieder ausströmt.
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Eine Lamellenanordnung 10 mit mehreren parallel zueinander ausgerichteten und typischerweise äquidistant in Längsrichtung 3 des ursprünglichen Flachmaterials 1 angeordneten Lamellen 11, 12, 13 ist fertigungstechnisch besonders günstig und einfach realisierbar. Wie ferner in 13 gezeigt, befinden sich sämtliche Distanzabschnitte 14 zwischen benachbart angeordneten Lamellen 11, 12, 13 in einer einzigen gedachten Ebene. Mithin verlaufen die Distanzabschnitte 14 entlang einer gedachten Geraden 4. Die Gerade 4 und die parallele Erstreckung der Distanzabschnitte 14 bildet sozusagen eine Aufstandsfläche oder eine Montagefläche und Anschlussebene 16 für die Lamellenanordnung 10, wenn diese bestimmungsgemäß in einem in den 1 bis 11 gezeigten Wärmetauscher 5 anzuordnen sind.
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Der in den 1 und 2 gezeigte Wärmetauscher 5 weist ein Wärmetauschergehäuse 50 auf. Das Wärmetauschergehäuse 50 ist mit einem ersten Schachtabschnitt 53 versehen, welcher einen ersten Einlass 51 und einen ersten Auslass 52 des Gehäuses 50 bildet. Der erste Schachtabschnitt 53 ist im Wesentlichen durch vier Wandungen 56, 57, 58, 59 begrenzt. Der erste Schachtabschnitt 53 weist demgemäß eine im Wesentlichen rechteckige Innenkontur auf, die nach unten von einer bodenseitigen Wandung 56 nach oben von einer deckenseitigen Wandung 59 und zu den Seiten mit einer seitlichen Wandung 57 und mit einer hierzu gegenüberliegenden seitlichen Wandung 58 begrenzt ist.
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Die vier Wandungen 56, 57, 58, 59 bilden einen kubischen Schachtabschnitt 53, welcher zwischen den beiden seitlichen Wandungen 57, 58 den ersten Einlass 51 und den ersten Auslass 52 aufweist. Über den ersten Einlass 51 kann das zum Beispiel aufzuwärmende Wärmetauschermedium in den Schachtabschnitt 53 einströmen. Das Wärmetauschermedium strömt alsdann entlang der seitlichen Wandungen 57, 58 zum ersten Auslass 52.
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Innerhalb des ersten Schachtabschnitts 53 ist zumindest eine zuvor beschriebene Lamellenanordnung 10 angeordnet. Deren Lamellen 11, 12, 13 verlaufen hierbei parallel zur Hauptströmungsrichtung 6, wie sie durch die unmittelbare Verbindungslinie zwischen dem ersten Einlass 51 und dem ersten Auslass 52 vorgegeben ist. Die einzelnen Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 sind senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 6 voneinander beabstandet. Für das zweite Wärmetauschermedium 2 weist das Gehäuse 50 des Wärmetauschers 5 einen zweiten Einlass 54 und einen zweiten Auslass 55 auf. Der zweite Einlass 54 ist mit einem ersten Einlasskanal 61 versehen, der sich, wie in 1 gezeigt, außenseitig und oberhalb der deckenseitigen Wandung 59 quer bzw. senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 6 erstreckt.
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Parallel hierzu verläuft ein zweiter Auslasskanal 62, welcher in den zweiten Auslass 55 mündet. Der zweite Einlass 54 und der hiermit in Strömungsverbindung stehende erste Einlasskanal 61 steht mit sämtlichen Einlässen 23 der Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 in Strömungsverbindung. Gleichermaßen steht auch der zweite Auslass 55 über den ersten Auslasskanal 62 mit sämtlichen Auslässen 27 der Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 in Strömungsverbindung. Der zweite Einlass 54 und der zweite Auslass 55 sind in Hauptströmungsrichtung 6, das heißt in Längsrichtung der Biegelinien 25 der einzelnen Lamellen 11, 12, 13 voneinander beabstandet außen an ein und derselben Wandung, nämlich der deckenseitigen Wandung 59 des Gehäuses 50 angeordnet. Die Ausrichtung der einzelnen Lamellen 11, 12, 13 in Hauptströmungsrichtung 6 bewirkt einen Wärmeaustausch nach dem Gegenstromprinzip. In den einzelnen Lamellen 11, 12, 13 strömt das über den zweiten Einlass 54 zugeführte Wärmetauschermedium 2 entgegen der Hauptströmungsrichtung 6, entlang welcher das erste Wärmetauschermedium durch den ersten Schachtabschnitt 53 zum ersten Auslass 52 strömt.
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Der erste Einlasskanal 61 fungiert hierbei als Verteiler für das zugeführte zweite Wärmetauschermedium, während der erste Auslasskanal 62 als eine Art Sammler für das aus den Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 ausströmende zweite Wärmetauschermedium fungiert. Die Anschlüsse des ersten Einlasskanals 61 und des ersten Auslasskanals 62 befinden sich an ein und derselben Seite des Gehäuses 50, was an den in 1 und 2 gezeigten Anschlussflanschabschnitten im Bereich des zweiten Einlasses 54 und im Bereich des zweiten Auslasses 55 zu erkennen ist. Es ist aber auch problemlos möglich, den zweiten Einlass 54 und den zweiten Auslass 55 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 50 vorzusehen. Hierzu wäre lediglich der zweite Auslass 55 an die gegenüberliegende Seite des Auslasskanals 62 zu verlagern.
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Für die fluidtechnische oder strömungsverbindende Kopplung des ersten Einlasskanals 61 mit sämtlichen Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 ist, wie in 8 gezeigt, im Bereich der deckenseitigen Wandung 59 des Gehäuses 50 unterhalb und im Bereich des Einlasskanals 61 eine Durchgangsöffnung 65 vorgesehen. Im Bereich des ersten Auslasskanals 62 ist im Bereich der deckenseitigen Wandung 59 eine entsprechende Durchgangsöffnung 67 vorgesehen. Wie in 1 angedeutet und in 8 gezeigt, sind über die Durchgangsöffnungen 65, 67 die Zwischenräume 15 zwischen den Lamellenwänden 20, 30 der einzelnen Lamellen 11, 12, 13 zugänglich.
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Mithin sind die Einlässe 23 sämtlicher Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 überdeckend mit der Durchgangsöffnung 65 der deckenseitigen Wandung 59 angeordnet. Selbiges trifft für die Auslässe 27 der einzelnen Lamellen 11, 12, 13 im Bereich des Auslasskanals 62 zu. In den 5 und 11 ist ferner verdeutlicht, wie das über den zweiten Einlass 54 einströmende zweite Wärmetauschermedium 2 sich über die gesamte Breite des Gehäuses 50 verteilt und in die einzelnen Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 einströmt. In der Darstellung gemäß 5 ist der Verlauf der Strömung des zweiten Wärmetauschermediums 2 durch eine der Lamellen 11 gestrichelt angedeutet.
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Wie ferner insbesondere den 3 und 4 zu entnehmen ist, sind im Schachtabschnitt 53 zwei weitreichend identisch ausgestaltete Lamellenanordnungen 10, 100 vorgesehen. Jede der Lamellenanordnungen 10 weist mehrere, in Längsrichtung 3 voneinander äquidistant angeordnete Lamellen 11, 12, 13 auf. Zwischen den Lamellen 11, 12, 13 befindet sich ein Zwischenraum 15. Eine weitreichend identische Lamellenanordnung 100, ebenfalls mit Lamellen 111, 112, 113 wird in umgedrehter Ausrichtung zur Lamellenanordnung 10 in dem ersten Schachtabschnitt 53 angeordnet. Die Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 10 gelangen dabei in Zwischenräumen zwischen Lamellen 111, 112, 113 der Lamellenanordnung 100 zu liegen; und umgekehrt.
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Es ergibt sich eine Art ineinandergreifende Kamm- oder Mäanderstruktur, wie dies anhand der Darstellungen der 3 und 4 gezeigt ist. Die Lamellenanordnung 10 ist mit ihrer Anschlussebene 16 quasi hängend an der Innenseite der deckenseitigen Wandung 59 des ersten Schachtabschnitts 53 angeordnet, während die weitere Lamellenanordnung 100 mit ihrer Anschlussebene 16 quasi stehend an der Innenseite einer bodenseitigen Wandung 56 des ersten Schachtabschnitts 53 angeordnet ist.
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Die bodenseitige Wandung 56 weist ebenso wie die deckenseitige Wandung 59 entsprechende Durchgangsöffnungen 66, 68 für einen weiteren, d.h. einen zweiten Einlasskanal 161 und einen weiteren, d.h. einen zweiten Auslasskanal 162 auf. Der zweite Einlasskanal 161 befindet sich ebenso wie der zweite Auslasskanal 162 unterhalb des ersten Schachtabschnitts 53. Wie insbesondere in 2 gezeigt, weist die bodenseitige Wandung 56 des oberen, das heißt des ersten Schachtabschnitts 53 im Bereich des zweiten Einlasskanals 161 eine Durchgangsöffnung 66 auf, mittels welcher der Innenraum des zweiten Einlasskanals 161 mit den Zwischenräumen 21 der Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 100 in Strömungsverbindung steht. Selbiges trifft für den zweiten Auslasskanal 162 in Bezug auf die Auslässe 27 sämtlicher Lamellen 11, 12, 13 der Lamellenanordnung 100 zu. Im Bereich der Auslässe 27 der Lamellenanordnung 100 weist die bodenseitige Wandung 56 des ersten Schachtabschnitts 53 eine Durchgangsöffnung 68 auf, die hinsichtlich Geometrie und Anordnung der deckenseitigen Durchgangsöffnung 67 entspricht. Auch die bodenseitige Durchgangsöffnung 66 entspricht hinsichtlich Geometrie und Anordnung der deckenseitigen Durchgangsöffnung 65.
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Das Gehäuse 50 des Wärmetauschers 5 ist nicht nur mit einem Schachtabschnitt 53, sondern vorliegend mit zwei übereinander angeordneten Schachtabschnitten 53, 153 versehen. Der erste oder der obere Schachtabschnitt 53 ist weitreichend identisch zum zweiten Schachtabschnitt 153 ausgebildet, welcher darunterliegend angeordnet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Schachtabschnitt 53, 153 befinden sich die zweiten Einlass- und Auslasskanäle 161, 162. Der zweite Einlasskanal 161 ist bodenseitig und unterhalb des ersten Schachtabschnitts 53 angeordnet. Er ist oberhalb und deckenseitig des zweiten Schachtabschnitts 153 angeordnet. Selbiges trifft für den zweiten Auslasskanal 162 zu. Im zweiten Schachtabschnitt 153 befinden sich ebenfalls zwei mit ihren Lamellen 11, 12, 13, 111, 112, 113 kammartig ineinandergreifende Lamellenanordnungen 10, 100. Die mit ihrer Anschlussebene innenseitig an eine deckenseitige Wandung 59 des zweiten Schachtabschnitts 153 angrenzende Lamellenanordnung 10 steht mit dem zweiten Einlasskanal 161 und mit dem zweiten Auslasskanal 162 in Strömungsverbindung.
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Eine weitere Lamellenanordnung 100, welche mit ihrer Anschlussebene 16 an der Innenseite einer bodenseitigen Wandung 56 des zweiten Schachtabschnitts 153 angeordnet ist, steht mit einem weiteren, vorliegend mit einem dritten Einlasskanal 261 und mit einem dritten Auslasskanal 262 in Strömungsverbindung. Der dritte Einlasskanal 261, insbesondere dessen Innenraum 263 steht über eine Durchgangsöffnung 266 mit den Einlässen 23 der Lamellen 11, 12, 13 der im zweiten Schachtabschnitt 153 angeordneten Lamellenanordnung 100 in Strömungsverbindung, während ein Innenraum 264 des dritten Auslasskanals 262 über einen in einer bodenseitigen Wandung 56 des zweiten Schachtabschnitts 153 vorgesehene Durchgangsöffnung 268 mit den Auslässen 27 der Lamellen 111, 112, 113 der Lamellenanordnung 100 in Strömungsverbindung steht.
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Die zweiten Einlass- und Auslasskanäle 161, 162 sind sowohl nach oben als auch nach unten hin offen. Sie sind über deckenseitige und bodenseitige Durchgangsöffnungen 66, 68 in den angrenzenden deckenseitigen und bodenseitigen Wandungen 59, 56 von der erstem und zweitem Schachtabschnitt 53, 153 mit den dort, an den betreffenden Innenseiten jeweils angeordneten Lamellenanordnungen 10, 100 in Strömungsverbindung. Der erste Einlasskanal 161 ist sowohl mit den Lamellen 111, 112, 113 der im ersten Schachtabschnitt 53 angeordneten bodenseitigen Lamellenanordnung 100 als auch mit den Lamellen 11, 12, 13 der deckenseitig im zweiten Schachtabschnitt 153 angeordneten Lamellenanordnung 10 in Strömungsverbindung.
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Der zweite Auslasskanal 162 steht mit den Auslässen 27 der Lamellen 11, 12, 13 der stehenden Lamellenanordnung 100 des ersten Schachtabschnitts 53 als auch mit den Auslässen 27 der Lamellen 11, 12, 13 der deckenseitig angeordneten Lamellenanordnung 10 im zweiten Schachtabschnitt 153 in Strömungsverbindung.
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Die einzelnen in 2 gezeigten zweiten Einlässe 54, 154, 254 und Auslässe 55, 155, 255 der einzelnen Einlasskanäle 61, 161, 261 sowie der Auslasskanäle 52, 162, 262 sind typischerweise parallel miteinander verschaltet. Das heißt, die Einlässe 54, 154, 254 werden von einem gemeinsamen, vorliegend nicht gezeigten Einlass gespeist und die Auslässe 55, 155, 255 münden typischerweise in einen gemeinsamen, vorliegend nicht gezeigten Auslass. Selbiges kann auch für die Einlässe 51, 151 von erstem und zweitem Schachtabschnitt 53, 153 sowie für deren Auslässe 52, 152 gelten und dementsprechend verwirklicht sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flachmaterial
- 2
- Wärmetauschermedium
- 3
- Längsrichtung
- 4
- gedachte Gerade
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Hauptströmungsrichtung
- 10
- Lamellenanordnung
- 11
- Lamelle
- 12
- Lamelle
- 13
- Lamelle
- 14
- Distanzabschnitt
- 15
- Zwischenraum
- 16
- Anschlussebene
- 20
- Lamellenwand
- 21
- Zwischenraum
- 22
- Randabschnitt
- 23
- Einlass
- 24
- Randabschnitt
- 25
- Biegelinie
- 26
- Seitenrand
- 27
- Auslass
- 28
- Spalt
- 29
- Prägung
- 30
- Lamellenwand
- 31
- Abdeckung
- 32
- Randabschnitt
- 34
- Randabschnitt
- 36
- Seitenrand
- 39
- Prägung
- 50
- Gehäuse
- 51
- Einlass
- 52
- Auslass
- 53
- Schachtabschnitt
- 54
- Einlass
- 55
- Auslass
- 56
- Wandung
- 57
- Wandung
- 58
- Wandung
- 59
- Wandung
- 61
- Einlasskanal
- 62
- Auslasskanal
- 63
- Innenraum
- 64
- Innenraum
- 65
- Durchgangsöffnung
- 66
- Durchgangsöffnung
- 67
- Durchgangsöffnung
- 68
- Durchgangsöffnung
- 100
- Lamellenanordnung
- 111
- Lamelle
- 112
- Lamelle
- 113
- Lamelle
- 154
- Einlass
- 155
- Auslass
- 161
- Einlasskanal
- 162
- Auslasskanal
- 163
- Innenraum
- 164
- Innenraum
- 254
- Einlass
- 255
- Auslass
- 261
- Einlasskanal
- 262
- Auslasskanal
- 263
- Innenraum
- 264
- Innenraum
- 266
- Durchgangsöffnung
- 268
- Durchgangsöffnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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