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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen flachen Wärmetauscher, der z. B. zum Zuführen von heißem Wasser verwendet wird, und insbesondere einen Wärmetauscher, der Wärme mit einer wesentlich höheren Effizienz tauschen kann.
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Stand der Technik
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Ein typischer flacher Wärmetauscher zum Zuführen von heißem Wasser umfasst ein flaches und längliches äußeres Gehäuse, wobei wenigstens ein flaches Rohr in dem äußeren Gehäuse mit einem Zwischenraum zwischen der Außenfläche des flachen Rohrs und der Innenwand des äußeren Gehäuses als ein Fluiddurchgang gelassen ist. Ein erhitztes Fluid wird durch den Fluiddurchgang von einem zu dem anderen Ende geführt, während ein zu heizendes Fluid durch einen in dem flachen Rohr definierten Flussdurchgang von dem anderen Ende zu dem einen Ende geführt wird. Auf diese Weise wird Wärme zwischen dem erhitzten Fluid und dem zu heizenden Fluid ausgetauscht, die jeweils außerhalb und innerhalb des flachen Rohrs fließen, sodass das durch den Flussdurchgang in dem Rohr geführte Fluid erwärmt wird.
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Das flache Rohr eines derartigen herkömmlichen Wärmetauschers ist aus einem Material ausgebildet, das eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist, um die Wärmetauscheffizienz zwischen dem durch den Fluiddurchgang außerhalb des flachen Rohrs geführten Fluid und dem durch den Flussdurchgang in dem flachen Rohr geführten Fluid zu verbessern.
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Dokumente aus dem Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanisches Gebrauchsmuster mit der Registrierungsnummer 3133996
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist bekannt, dass die Wärmetauscheffizienz nicht nur durch die Wärmeleitfähigkeit des flachen Rohrs, sondern auch durch die Oberfläche des flachen Rohrs und die Flussgeschwindigkeiten der innerhalb und außerhalb des flachen Rohrs fließenden Fluide beeinflusst wird. Herkömmliche flache Rohre weisen glatte Innen- und Außenflächen auf, sodass die Wärmetauscheffizienz gering ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, dessen Wärmetauscheffizienz wesentlich verbessert ist, indem ein flaches Rohr mit einer vergrößerten Fläche vorgesehen ist und die Flussgeschwindigkeit des außerhalb des flachen Rohrs fließenden Fluids erhöht ist.
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Lösung der Erfindung
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, gibt die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher mit einem äußeren Gehäuse, in dem ein rohrförmiger Raum definiert ist, und mit einem flachen Rohr, das in dem rohrförmigen Raum aufgenommen ist, an, wobei ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durch den rohrförmigen Raum jeweils außerhalb und innerhalb des flachen Rohrs geführt werden, um Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu tauschen, wobei das flache Rohr eine Umfangswand mit einer die Oberfläche vergrößernden Form aufweist, wobei der rohrförmige Raum Fluiddurchgänge aufweist, die an einem Innenumfang des rohrförmigen Raums ausgebildet sind und durch die ein Fluid in einer Längsrichtung außerhalb des flachen Rohrs fließen kann, wobei die Fluiddurchgänge durch eine große Anzahl von parallel zueinander angeordneten Fluidflussbegradigungsrillen definiert werden.
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In einer Anordnung umfasst das äußere Gehäuse eine untere Hälfte und eine über der unteren Hälfte angeordnete und mit derselben verbundene obere Hälfte, wobei die untere Hälfte und die obere Hälfte gegenüberliegende Vertiefungsrillen aufweisen, die einander gegenüberliegen und den rohrförmigen Raum definieren, und wobei die Fluidflussbegradigungsrillen in Bodenflächen der gegenüberliegenden Vertiefungsrillen ausgebildet sind.
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In einer anderen Anordnung umfasst das äußere Gehäuse eine untere Hälfte, die an zwei Enden Montagerahmen für die Montage von Fluideinführ- und Fluidausführköpfen trägt, und eine obere Hälfte, die eine derartige Länge aufweist, dass sie zwischen den Montagerahmen aufgenommen wird. Die untere Hälfte ist auf ihrer oberen Fläche mit drei länglichen Vertiefungsrillen versehen, und die obere Hälfte ist an ihrer unteren Fläche mit drei länglichen Vertiefungsrillen versehen. Die obere Hälfte und die untere Hälfte werden miteinander verbunden, wobei eine ringförmige Dichtung zwischen den aneinanderstoßenden Außenkanten der oberen und der unteren Hälfte angeordnet ist. Wenn die obere und die untere Hälfte miteinander verbunden sind, werden rohrförmige Räume zwischen den länglichen Vertiefungsrillen der unteren Hälfte und den entsprechenden länglichen Vertiefungsrillen der oberen Hälfe definiert. Flache Rohre werden in die entsprechenden rohrförmigen Räume eingesteckt. Eine große Anzahl von sich in der Längsrichtung erstreckenden schmalen Fluidflussbegradigungsrillen sind an der Bodenfläche jeder der länglichen Vertiefungsrillen ausgebildet und parallel zueinander in der Breitenrichtung angeordnet. Die Fluidflussbegradigungsrillen definieren Fluiddurchgänge für das außerhalb der flachen Rohre fließende Fluid.
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In einer weiteren bevorzugten Anordnung umfasst das äußere Gehäuse einen Gehäusekörper in der Form eines Rohrs und zwei Fluiddurchgangsbildungsglieder in der Form von geteilten Gliedern, die miteinander zu einem rohrförmigen Glied verbunden und in dem Gehäusekörper aufgenommen sind, wobei die Fluiddurchgangsbildungsglieder mit gegenüberliegenden Vertiefungsrillen auf gegenüberliegenden Flächen der entsprechenden Fluiddurchgangsbildungsglieder versehen sind, wobei die gegenüberliegenden Vertiefungsrillen den rohrförmigen Raum definieren, in dem das flache Rohr aufgenommen wird. Die Fluidflussbegradigungsrillen sind in Bodenflächen der gegenüberliegenden Vertiefungsrillen ausgebildet.
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Die die Oberfläche vergrößernde Form der Umfangswand des flachen Rohrs kann eine oder mehrere in der Längsrichtung kontinuierliche, spiralförmige Wellen, in der Längsrichtung kontinuierliche Wellen, in einem Querschnitt in der Breitenrichtung kontinuierliche Wellen oder sich in der Längsrichtung erstreckende Rippen umfassen, die an einer Außenfläche der Umfangswand des flachen Rohrs ausgebildet sind und voneinander in der Breitenrichtung beabstandet sind.
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In einer anderen Anordnung umfasst der Wärmetauscher weiterhin Fluideinführ- und Fluidausführköpfe, die wasserdicht an den entsprechenden Enden des äußeren Gehäuses fixiert sind, wobei die Fluideinführ- und Fluidausführköpfe jeweils Einführ- und Ausführrohre für ein erstes Fluid in Verbindung mit einem in dem flachen Rohr definierten Fluiddurchgang sowie weiterhin Einführ- und Ausführrohre für ein zweites Fluid in Verbindung mit dem Fluiddurchgang des äußeren Gehäuses umfassen.
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Das flache Rohr besteht aus einem Material mit einer großen Wärmeleitfähigkeit und weist einen flachen elliptischen Querschnitt auf, der eng in den rohrförmigen Raum passt. Seine Länge wird derart definiert, dass seine Enden von den entsprechenden Montagerahmen der unteren Hälfte vorstehen, während sein Inneres als Fluidflussdurchgang dient. Die Umfangswand des flachen Rohrs weist die die Oberfläche vergrößernde Form an einem Teil innerhalb des rohrförmigen Raums auf.
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Wenn die die Oberfläche vergrößernde Form der Umfangswand des flachen Rohrs eine oder mehrere in der Längsrichtung kontinuierliche, spiralförmige Wellen umfasst, können die spiralförmigen Wellen ein Gewinde mit einem bogenförmigen Querschnitt bilden. Wenn die die Oberfläche vergrößernde Form doppelspiralförmige Wellen umfasst, können die doppelspiralförmigen Wellen zwei Gewinde umfassen, die in einander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind.
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Wenn die die Oberfläche vergrößernde Form in der Längsrichtung kontinuierliche Wellen umfasst, weist das flache Rohr einen Aufbau auf, der demjenigen eines gewöhnlichen gewellten Rohrs ähnlich ist. Wenn die die Oberfläche vergrößernde Form in einem Querschnitt in der Breitenrichtung kontinuierliche Wellen umfasst, können die Wellen alternierende bogenförmige Vertiefungen und Vorsprünge umfassen oder nur aus kontinuierlichen Vertiefungen oder aus kontinuierlichen, zickzackförmigen Wellen bestehen.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößert die die Oberfläche vergrößernde Form der Umfangwand des flachen Rohrs die Oberflächen der Innen- und Außenflächen des flachen Rohrs wesentlich, wodurch wiederum die Effizienz des Wärmetauschs zwischen den innerhalb und außerhalb des flachen Rohrs fließenden Fluiden wesentlich verbessert wird.
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Weil die in der Innenfläche des rohrförmigen Raums des äußeren Gehäuses ausgebildeten Fluiddurchgänge durch die große Anzahl von sich parallel erstreckenden Fluidflussbegradigungsrillen definiert werden, begradigen die Fluidflussbegradigungsrillen den Fluss des außerhalb des flachen Rohrs fließenden Fluids und erhöhen somit dessen Geschwindigkeit. Indem also ein Heizfluid durch die Fluiddurchgänge geführt wird, kann Wärme mit einer hohen Effizienz zwischen dem Heizfluid und einem Fluid, das durch den in dem flachen Rohr definierten Fluiddurchgang fließt, getauscht werden.
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Die Wärmetauscheffizienz wird weiterhin durch den Synergieeffekt zwischen der die Oberfläche vergrößernden Form des flachen Rohrs und den Fluidflussbegradigungsrillen, die die Fluiddurchgänge definieren, wesentlich vergrößert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2(a) ist eine perspektivische Ansicht einer unteren Hälfte des Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2(b) ist eine Draufsicht; und 2(c) ist eine Seitenansicht der unteren Hälfte, von einem Ende aus gesehen.
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3(a) ist eine perspektivische Ansicht einer oberen Hälfte des Wärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die obere Hälfte auf den Kopf gestellt ist; 3(b) ist eine Draufsicht; und 3(c) ist eine Seitenansicht der oberen Hälfte, von einem Ende aus gesehen und in dem auf den Kopf gestellten Zustand.
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4(a) ist eine vergrößerte Schnittansicht der oberen Hälfte und der unteren Hälfte und zeigt einen Zustand, in dem die obere Hälfte und die untere Hälfte voneinander beabstandet sind und noch nicht aneinander montiert wurden; und 4(b) ist eine vergrößerte Ansicht der oberen Hälfte und der unteren Hälfte und zeigt einen Zustand, in dem die obere Hälfte und die untere Hälfte aneinander montiert wurden.
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5(a) bis 5(e) zeigen verschiedene die Oberfläche vergrößernde Formen eines flachen Rohrs, wobei 5(a) und 5(b) jeweils eine Draufsicht und eine vergrößerte Längsschnittansicht von in der Längsrichtung kontinuierlichen, spiralförmigen Wellen sind, 5(c) eine Draufsicht auf die die Oberfläche vergrößernde Form ist, die doppelspiralförmige Gewinde umfasst, die in einander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind und einander überlappen; und 5(d) und 5(e) eine Draufsicht und eine vergrößerte Längsschnittansicht eines gewellten Rohrs mit kontinuierlich alternierenden bogenförmigen Vorsprüngen und Vertiefungen sind.
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6(a) bis 6(d) sind Schnittansichten in der Breitenrichtung von flachen Rohren mit verschiedenen die Oberfläche vergrößernden Formen, wobei 6(a) eine Schnittansicht von Wellen mit kontinuierlich alternierenden bogenförmigen Vorsprüngen und Vertiefungen ist, 6(b) eine Schnittansicht von kontinuierlichen U-förmigen Vertiefungen ist, 6(c) eine Schnittansicht von kontinuierlichen, zickzackförmigen Wellen ist und 6(d) eine Schnittansicht einer großen Anzahl von vorstehenden Rippen ist.
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7(a) ist eine Explosionsansicht eines Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 7(b) ist eine Vertikalschnittansicht.
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8(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 8(b) ist eine perspektivische Ansicht eines Fluiddurchgangsbildungsglieds, das in dem Wärmetauscher von 8(a) verwendet wird.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 bis 6 zeigen den Wärmetauscher gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Wärmetauscher 1 umfasst ein sich in der Längsrichtung erstreckendes flaches äußeres Gehäuse 2, das mit drei rohrförmigen Räumen 3 versehen ist, die sich durch die gesamte Länge des äußeren Gehäuses 2 parallel zueinander erstrecken. Flache Rohre 4 sind in den entsprechenden rohrförmigen Räumen 3 aufgenommen. Die rohrförmigen Räume 3 sind an ihrem Innenumfang jeweils mit Fluiddurchgängen 5 versehen, durch die ein erstes Fluid in der Längsrichtung fließen kann, während die flachen Rohre 4 in ihrem Inneren jeweils einen Flussdurchgang 6 definieren, durch den ein zweites Fluid fließen kann, sodass Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid getauscht werden kann.
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Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 sind wasserdicht an den entsprechenden Enden des äußeren Gehäuses 2 fixiert. Die Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 weisen Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 9 für das erste Fluid auf, die mit den entsprechenden ersten und zweiten Längsenden der Fluiddurchgänge 5 verbunden sind. Die Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 umfassen weiterhin Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 10 für das zweite Fluid, die mit den entsprechenden ersten und zweiten Längsenden der Fluiddurchgänge 6 verbunden sind, die in den entsprechenden flachen Rohren 4 definiert sind. Der Wärmetauscher 1 weist insgesamt eine flache Form auf.
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Das äußere Gehäuse 2 wird gebildet, indem die untere Hälfte 2a und die obere Hälfte 2b, die aus einem Kunstharz oder einem Metall ausgebildet sind, aneinander montiert werden. Die untere Hälfte 2a ist ein sich in der Längsrichtung erstreckender flacher Streifen, der an seinen entsprechenden Längsenden Montagerahmen 11 aufweist, an denen die entsprechenden Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 montiert werden. Die untere Hälfte 2a weist in ihrer oberen Fläche drei Vertiefungsrillen 12 auf, die sich in der Längsrichtung parallel zueinander erstrecken.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die obere Hälfte 2b ein flacher Streifen mit einer im Wesentlichen gleichen Breite wie die untere Hälfte 2a und weist eine derartige Länge auf, dass sie zwischen den Montagerahmen 11 an den entsprechenden Längsenden aufgenommen wird. Die obere Hälfte 2b weist eine untere Fläche auf, die über der unteren Hälfte 2a angeordnet ist und mit Vertiefungsrillen 13 versehen ist, die den entsprechenden Vertiefungsrillen 12 der unteren Hälfte 2a zugewandt sind und sich über die gesamte Länge der oberen Hälfte 2b erstrecken. Die obere Hälfte 2b wird auf die untere Hälfte 2a platziert, wobei dazwischen eine ringförmige Dichtung 14 entlang der äußeren Kanten angeordnet ist und wobei die zwei Hälften 2a und 2b zu dem äußeren Gehäuse 2 montiert werden, indem Schrauben an verschiedenen Positionen festgezogen werden.
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Wenn die obere Hälfte 2b über der unteren Hälfte 2a wie in 4(a) gezeigt angeordnet ist, wird die obere Hälfte 2b auf der unteren Hälfte 2a platziert und werden die Schrauben an den verschiedenen Positionen festgezogen. In diesem Zustand befinden sich wie in 4(b) gezeigt die Vertiefungsrillen 12 der unteren Hälfte 2a unter den entsprechenden Vertiefungsrillen 13 der oberen Hälfte 2b und sind mit denselben verbunden, um die entsprechenden drei flachen rohrförmigen Räume 3 zu definieren, die parallel zueinander und voneinander beabstandet angeordnet sind. Die rohrförmigen Räume 3 werden durch die ringförmige Dichtung 14 umgeben und wasserdicht nach außen gedichtet, die zwischen der unteren Hälfte 2a und der oberen Hälfte 2b entlang der übereinander platzierten Außenkanten angeordnet ist.
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Damit die flachen Rohre 4 eng in die entsprechenden rohrförmigen Räume 3 aufgenommen werden können, weisen die vertieften Rillen 12 und 13 derartige Querschnittformen auf, dass die vertieften Rillen 12 und 13 direkt unter und über den entsprechenden flachen Rohren 4 angeordnet sein können. Die Fluiddurchgänge 5 sind also in der Innenumfangsfläche jedes rohrförmigen Rohrs 3 definiert.
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Wie in 4(a) und 4(b) gezeigt, werden die Fluiddurchgänge 5 durch Fluidflussbegradigungsrillen 5a definiert, die in den unteren Flächen der Vertiefungsrillen 12 der unteren Hälfte 2a und in den oberen Flächen der Vertiefungsrillen 13 der oberen Hälfte 2b ausgebildet sind und sich über die gesamte Länge der unteren Hälfte 2a und der oberen Hälfte 2b erstrecken.
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Die Fluidflussbegradigungsrillen 5a sind schmale Rillen, die jeweils eine relativ kleine Querschnittfläche aufweisen und von denen eine große Anzahl in der Breitenrichtung jeder der Vertiefungsrillen 12 und 13 mit regelmäßigen Intervallen angeordnet sind. Schmale Rippen 5b, die in den benachbarten Rillen 5a vorgesehen sind und die Rillen 5a definieren, bilden zusammen mit den Rillen 5a ein gewelltes Terrain auf der Oberfläche jeder Vertiefungsrille 12, 13. Wenn ein flaches Rohr 4 in dem durch die Vertiefungsrillen 12 und 13 definierten rohrförmigen Raum 3 aufgenommen ist, sind die Scheitel der Rippen 5b nahe an den äußeren Flächen des flachen Rohrs 4 angeordnet oder stoßen gegen dieselben an, wobei die offenen Enden der Fluidflussbegradigungsrillen 5a der Außenfläche des flachen Rohrs 4 zugewandt sind.
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Wenn das erste Fluid durch die Fluiddurchgänge 5 geführt wird, die durch die Fluidflussbegradigungsrillen 5b außerhalb der entsprechenden flachen Rohre 4 definiert werden, fließt das erste Fluid in der Längsrichtung und wird dabei in Kontakt mit den flachen Rohren 4 gehalten, sodass der Fluss des ersten Fluids entlang der Längsform der Fluidflussbegradigungsrillen 5 begradigt wird. Dadurch wird die Flussgeschwindigkeit des ersten Fluids erhöht.
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Es werden keine bestimmten Beschränkungen für die Tiefe, Breite und die Intervalle der Fluidflussbegradigungsrillen 5a auf der Fläche jeder Vertiefungsrille 12, 13 vorgegeben. Zum Beispiel können sich die Rillen 5a in der Längsrichtung von oben betrachtet geradlinig erstrecken. Die Rillen 5a können sich aber auch wie in 2(b) und 3(b) gezeigt in der Längsrichtung von oben betrachtet in einer Zickzackanordnung erstrecken. Die sich in einer Zickzackanordnung erstreckenden Rillen 5b vergrößern die Kontaktlänge des ersten Fluids mit der Außenfläche der flachen Rohre 4 und verbessern dadurch die Effizienz des Wärmetauschs.
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Die flachen Rohre 4 sind zum Beispiel aus einem Metall mit einer großen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet und weisen einen flachen elliptischen Querschnitt auf, sodass sie eng in die entsprechenden rohrförmigen Räume 3 gepasst werden können, die durch die Vertiefungsrillen 12 und 13 definiert werden. Die entsprechenden Enden der flachen Rohre 4 stehen mit einer vorbestimmten Länge von den entsprechenden Montagerahmen 11 vor, die an beiden Enden der unteren Hälfte 2a vorgesehen sind. Die flachen Rohre 4 weisen jeweils eine Umfangswand mit einer die Oberfläche vergrößernden Form 15 an ihrem Längsteil innerhalb des rohrförmigen Raums 3 auf.
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5(a) bis 5(e) und 6(a) bis 6(d) weisen verschiedene die Oberfläche vergrößernde Formen 15 auf. Die in 5(a) und 5(b) gezeigte Form 15 umfasst eine einzelne oder mehrere in der Längsrichtung kontinuierliche, spiralförmige Wellen oder Gewinde, die mit einem bogenförmigen Querschnitt versehen sind und an der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 ausgebildet sind. Die in 5(c) gezeigte Form 15 umfasst zwei spiralförmige Gewinde, die an der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 ausgebildet sind, in einander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind und einander überlappen.
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Die in 5(d) und 5(e) gezeigte Form 15 umfasst in der Längsrichtung kontinuierliche Wellen, d. h. alternierende kreisförmige Vertiefungen und Vorsprünge, die an der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 ausgebildet sind. Das flache Rohr dieser Ausführungsform ist also einem wohlbekannten gewellten Rohr ähnlich.
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Die die Oberfläche vergrößernden Formen 15 von 6(a) bis 6(d) umfassen jeweils gebogene Formen, die an den oberen und unteren Flächen der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 kontinuierlich in der Breitenrichtung ausgebildet sind, wobei die Umfangswand einen flachen und rechteckigen Querschnitt in der Breitenrichtung aufweist. Die Form 15 von 6(a) weist einen gewellten Querschnitt auf, der alternierende bogenförmige Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, die kontinuierlich zueinander sind. Die Form 15 von 6(b) umfasst im Querschnitt eine Vielzahl von kontinuierlichen, U-förmigen Vertiefungen. Die Form 15 von 6(c) umfasst im Querschnitt eine Vielzahl von kontinuierlichen, zickzackförmigen Wellen.
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Die die Oberfläche vergrößernde Form 15 von 6(d) umfasst eine große Anzahl von Rippen 15a, die von oberen und unteren Außenflächen der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 vorstehen und mit regelmäßigen Intervallen in der Breitenrichtung angeordnet sind, wobei die Umfangswand einen flachen und rechteckigen Querschnitt aufweist.
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Es kann eine beliebige der in 5(a) bis 5(e) und 6(a) bis 6(d) gezeigten Formen für die die Oberfläche vergrößernde Form 15 an der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 gewählt werden.
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Weil die gewellte Außenfläche der die Oberfläche vergrößernden Form 15 an der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 vorgesehen ist, variiert die Tiefe jedes der Fluiddurchgänge 5 um die flachen Rohre 4 herum in der Längsrichtung. Aber weil die Tiefe niemals unter die Tiefe der Fluidflussbegradigungsrille 5a geht, kann das erste Fluid zuverlässig durch die entsprechenden Fluiddurchgänge 5 hindurchgehen.
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Wie in 1 gezeigt, enthalten die Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 jeweils einen U-förmigen Montageteil 17, der wasserdicht um den Montagerahmen 11 gepasst ist, wobei dazwischen eine Dichtung 16 um den Montagerahmen 11 herum vorgesehen ist. Der Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 9 für das erste Fluid und der Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 10 für das zweite Fluid sind außerhalb des Montageteils 17 vorgesehen. Wenn die Köpfe 7 und 8 an den entsprechenden Montagerahmen 11 montiert sind, sind die Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 9 für das erste Fluid wasserdicht mit den entsprechenden Enden der Fluiddurchgänge 5 des äußeren Gehäuses 2 verbunden, während die Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 10 für das zweite Fluid wasserdicht mit den entsprechenden Enden der Fluiddurchgänge 6 in den entsprechenden flachen Rohren 4 verbunden sind, die in den entsprechenden rohrförmigen Räumen 3 des äußeren Gehäuses 2 aufgenommen sind.
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7(a) und 7(b) zeigen einen Wärmetauscher gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Elemente, die identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform sind, werden durch gleiche Bezugszeichen angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung derselben verzichtet wird.
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Bei dem Wärmetauscher 1 der zweiten Ausführungsform wird auf die ringförmige Dichtung 14 und die Schrauben verzichtet, die in dem äußeren Gehäuse 2 der ersten Ausführungsform verwendet werden. Der Wärmetauscher dieser Ausführungsform umfasst einen Gehäusekörper 21 in der Form eines monolithischen Rohrs mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt sowie eine Vielzahl von Paaren von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22, die in dem Gehäusekörper 21 montiert sind.
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Die Montagerahmen 11 sind an der Außenfläche des Gehäusekörpers 21 an den entsprechenden Endteilen desselben montiert. Das Innere des Gehäusekörpers 21 ist durch Trennwände 23 in vier rohrförmige Kammern 24 unterteilt, die parallel zueinander angeordnet sind und eine etwas größere Querschnittfläche aufweisen als die flachen Rohre 4.
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Jedes Paar von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 besteht aus in der Längsrichtung geteilten dünnen Streifen mit einer Länge gleich der Länge des Gehäusekörpers 21 und bildet ein quadratisches Rohr, das eng in einer der Rohrkammern 24 aufgenommen werden kann. Wenn jedes Paar von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 als ein quadratisches Rohr ausgebildet wird, wird durch gegenüberliegende Vertiefungsrillen der entsprechenden Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 ein rohrförmiger Raum 3 gebildet, in dem ein flaches Rohr 4 eng aufgenommen werden kann. Wenn die Paare von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 in den entsprechenden rohrförmigen Räumen 3 aufgenommen sind, sind gebogene Teile 25 an beiden Enden der entsprechenden Glieder 22 durch Schrauben 26 an den entsprechenden Montagerahmen 11 fixiert.
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Eine große Anzahl von in der Längsrichtung kontinuierlichen dünnen Fluidflussbegradigungsrillen 5a, die denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, sind an der Bodenfläche der Vertiefungsrille jedes Fluiddurchgangsbildungsglieds 22 ausgebildet und parallel zueinander in der Breitenrichtung des Fluiddurchgangsbildungsglied 22 angeordnet.
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Wenn die Paare der Fluiddurchgangsbildungsglieder an dem äußeren Gehäuse 2 fixiert sind, werden die flachen Rohre 4 durch die entsprechenden rohrförmigen Rohre 3 eingesteckt. In diesem Zustand werden Fluiddurchgänge 5 außerhalb der entsprechenden flachen Rohre 4 durch die entsprechenden Fluidflussbegradigungsrillen 5a definiert.
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Der flache rohrförmige Wärmetauscher 1 der zweiten Ausführungsform wird wie folgt montiert: Die entsprechenden Paare von Fluiddurchgangsbildungsgliedern werden miteinander kombiniert und in die entsprechenden rohrförmigen Kammern 24 eingesteckt; die flachen Rohre 4 werden durch die rohrförmigen Räume 3 eingesteckt, die zwischen den entsprechenden Paaren von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 definiert sind; und die Fluideinführ- und Fluidausführköpfe 7 und 8 sind mit den entsprechenden Montagerahmen 11 an den entsprechenden Enden des Gehäusekörpers 21 derart fixiert, dass die Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 9 für das erste Fluid der entsprechenden Köpfe 7 und 8 wasserdicht mit den entsprechenden Enden der Fluiddurchgänge 5 des äußeren Gehäuses 2 verbunden sind und die Fluideinführ- und Fluidausführdurchgänge 10 für das zweite Fluid der entsprechenden Köpfe 7 und 8 wasserdicht mit den entsprechenden Enden der Fluiddurchgänge 6 in den entsprechenden flachen Rohren 4 verbunden sind.
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8 zeigt einen Wärmetauscher einer dritten Ausführungsform, dessen äußeres Gehäuse 2 wie in der zweiten Ausführungsform einen Gehäusekörper 21 und Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 umfasst. Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper 21 einfach durch das Gießen eines Kunstharzes ausgebildet und lang geformt werden kann.
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Die Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 dieser Ausführungsform sind denjenigen der zweiten Ausführungsform darin ähnlich, dass jedes Paar durch in der Längsrichtung geteilte Streifen gebildet wird. Wenn die entsprechenden Paare zu quadratischen Rohren kombiniert werden, werden die Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 in eine Gussform zum Formen des Gehäusekörpers 21 gesetzt, die eine quadratische Rohrform aufweist, wobei dann Kunstharz in die Gussform eingespritzt wird, um den Gehäusekörper 21 zu formen, wobei die Paare von Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 in dem Kunstharz eingebettet sind. Der Gehäusekörper 21 wird also durch ein Einsatzgießen ausgebildet.
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Der Gehäusekörper 21 kann durch ein Einsatzgießen unter Verwendung einer Gussform mit oberen und unteren geteilten Gussformgliedern ausgebildet werden. Weil im Gegensatz zu einem monolithischen Rohr keine Neigung erforderlich ist, kann ein langer Gehäusekörper 21 aus Kunstharz ausgebildet werden. Weil die Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 in der Längsrichtung geteilte Glieder sind, können sie auch unter Verwendung von geteilten Gussformen ausgebildet werden. Unter Verwendung von derartigen Gussformen kann eine große Anzahl von dünnen Fluidflussbegradigungsrillen 5a einfach auf den Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 ausgebildet werden, auch wenn es sich um ungerade, komplex geformte Rillen wie etwa Zickzackrillen handelt.
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Bei den zweiten und dritten Ausführungsformen können die Fluiddurchgangsbildungsglieder 22 anstatt durch das Gießen von Kunstharz auch durch das Schneiden oder Stanzen eines Metalls ausgebildet werden.
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In der dritten Ausführungsform von 8 wird der Gehäusekörper 21 durch ein Einsatzgießen mit zwei Paaren von parallel zueinander in dem Gehäusekörper 21 gesetzten Fluiddurchgangsbildungsgliedern 22 ausgebildet. Während des Einsatzgießens werden die Montagerahmen 11 einstückig an den entsprechenden Enden des Gehäusekörpers 21 ausgebildet, wobei eine große Anzahl von Verstärkungsrippen 27 an dem Außenumfang des Gehäusekörpers 21 mit vorbestimmten Intervallen ausgebildet werden. Zwei oder mehr derartige Gehäusekörper 21 werden an ihren aneinanderstoßenden Enden durch die Montagerahmen 11 und ein Verbindungsglied 28 miteinander verbunden, um einen langen Wärmetauscher zu bilden.
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Im Folgenden wird die Wärmetauschoperation des Wärmetauschers der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 6 erläutert.
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Wie in 1 gezeigt, setzt sich das äußere Gehäuse 2 aus der Kombination der unteren Hälfte 2a mit der oberen Hälfte 2b zusammen. Die flachen Rohre 4 sind in die entsprechenden rohrförmigen Räume 3 eingesteckt, die in dem äußeren Gehäuse 2 definiert sind. Ein Einführrohr 29 für ein Heizfluid ist mit dem Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 9 für das erste Fluid des Fluideinführ- und Fluidausführkopfs 7 verbunden, der an dem einen Ende des äußeren Gehäuses 2 montiert ist. Ein Ausführrohr 30 für das Heizfluid ist mit dem Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 9 für das erste Fluid des Fluideinführ- und Fluidausführkopfs 8 verbunden, der an dem anderen Ende des äußeren Gehäuses 2 montiert ist.
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Ein Ausführrohr 31 für ein zu heizendes Fluid ist mit dem Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 10 für das zweite Fluid des Fluideinführ- und Fluidausführkopfs 7 verbunden. Ein Einführrohr 32 für das zu heizende Fluid ist mit dem Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang 10 für das zweite Fluid des Fluideinführ- und Fluidausführkopfs 8 verbunden.
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In diesem Zustand wird das Heizfluid in die Fluiddurchgänge 5, die in den Innenumfängen der rohrförmigen Räume 3 des äußeren Gehäuses 2 ausgebildet sind, von dem Einführrohr für das Heizfluid geführt. Gleichzeitig wird das zu heizende Fluid in die Flussdurchgänge 6, die in den entsprechenden flachen Rohren 4 definiert sind, von dem Einführrohr 32 für das zu heizende Fluid geführt. Das Heizfluid und das zu heizende Fluid fließen also in entgegengesetzten Längsrichtungen außerhalb und innerhalb der entsprechenden flachen Rohre 4. Dabei wird Wärme zwischen den zwei Fluiden durch die Umfangswände der flachen Rohre 4 getauscht. Mit anderen Worten wird das zu heizende Fluid, während es durch die Fluiddurchgänge 6 der flachen Rohre 4 fließt, durch die Wärme des Heizfluids, das durch die äußeren Fluiddurchgänge 5 fließt, geheizt und wird das derart erhitzte heiße Wasser aus dem Ausführrohr 31 ausgegeben.
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Während Wärme zwischen dem Heizfluid und dem zu heizenden Fluid durch die Umfangswände der flachen Rohre 4 getauscht wird, sieht die die Oberfläche vergrößernde Form 15 an den Innen- und Außenflächen der Umfangswand jedes flachen Rohrs 4 eine größere Oberfläche und damit eine größere Kontaktfläche für das Heizfluid und für das zu heizende Fluid vor. Die Wärmetauscheffizienz kann also in Entsprechung zu einer Vergrößerung der Oberfläche aufgrund der die Oberfläche vergrößernden Form 15 verbessert werden, sodass das zu heizende Fluid effizient geheizt werden kann.
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Der Fluss des Heizfluids durch die Fluiddurchgänge 5, die außerhalb der flachen Rohre 4 angeordnet sind, wird durch die dünnen Fluidflussbegradigungsrillen 5a begradigt, die an den Innenumfängen der rohrförmigen Räume 3 in der Längsrichtung der flachen Rohre geradlinig oder in einem Zickzackmuster ausgebildet sind. Weil der Fluss des Heizfluids durch die Fluidflussbegradigungsrillen 5a begradigt wird und in der gewünschten Richtung geführt wird, fließt das Heizfluid mit einer erhöhten Geschwindigkeit, die den Durchgang des Heizfluids durch die Fluidduchgänge 5 beschleunigt und damit die Wärmetauscheffizienz verbessert.
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Der Betrieb des Wärmetauschers 1 der zweiten oder dritten Ausführungsform ist identisch mit dem vorstehend beschriebenen Betrieb des Wärmetauschers der ersten Ausführungsform.
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In den Ausführungsformen ist die Anzahl der flachen Rohre 4 und damit auch die Anzahl der rohrförmigen Räume 3 in dem äußeren Gehäuse 2 nicht wie hier gezeigt auf zwei bis vier beschränkt, sondern kann es kann auch eine größere Anzahl als vier verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmetauscher
- 2
- äußeres Gehäuse
- 2a
- untere Hälfte
- 2b
- obere Hälfte
- 3
- rohrförmiger Raum
- 4
- flaches Rohr
- 5
- Fluiddurchgang
- 6
- Flussdurchgang
- 7
- Fluideinführ- und Fluidausführkopf
- 8
- Fluideinführ- und Fluidausführkopf
- 9
- Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang
- 10
- Fluideinführ- und Fluidausführdurchgang
- 11
- Montagerahmen
- 12
- Vertiefungsrille
- 13
- Vertiefungsrille
- 14
- ringförmige Dichtung
- 15
- die Oberfläche vergrößernde Form
- 16
- Dichtung
- 17
- U-förmiger Montageteil
- 21
- Gehäusekörper
- 22
- Fluiddurchgangsbildungsglied
- 23
- Trennwand
- 24
- rohrförmige Kammer
- 25
- gebogener Teil
- 26
- Schraube
- 27
- Verstärkungsrippe
- 28
- Verbindungsglied
- 29
- Einführrohr
- 30
- Ausführrohr
- 31
- Ausführrohr
- 32
- Einführrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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