-
Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere
einen Heizkörper,
der einen inneren Durchströmungsweg
für ein
erstes Fluid, z.B. warme Flüssigkeit,
sowie einen äußeren Durchströmungsweg
für ein
zweites Fluid, z.B. zu erwärmende
Luft, aufweist.
-
Bei
einem derartigen, beispielsweise aus der
US 5,355,947 A bekannten
Wärmetauscher
sind mehrere, plattenförmige
Segmente vorgesehen, die jeweils einen Kanal enthalten, der beim
bekannten Wärmetauscher
zwei parallel zueinander in einer Segmentmittelebene verlaufende
gerade Kanalabschnitte aufweist, die einerseits über einen U-förmigen Kanalabschnitt
miteinander verbunden sind und von denen andererseits der eine gerade
Kanalabschnitte eine Kanaleinlassöffnung und der andere gerade
Kanalabschnitt eine Kanalauslassöffnung
aufweist. Die Segmente sind außerdem
jeweils mit einem Einlassrohrabschnitt, in den die jeweilige Kanaleinlassöffnung mündet, und
mit einem Auslassrohrabschnitt ausgestattet, in den die jeweilige
Kanalauslassöffnung
mündet.
Die Kanäle
der Segmente sind über
diese Rohrabschnitte kommunizierend miteinander verbunden und bilden
dabei den inneren Durchströmungsweg.
Beim bekannten Wärmetauscher
sind die Kanäle
der benachbarten Segmente in Reihe geschaltet, so dass jeweils der
Auslassrohrabschnitt eines der Segmente mit dem Einlassrohrabschnitt
des benachbarten Segmentes verbunden ist. Die Segmente des Wärmetau schers
sind nebeneinander angeordnet und bilden zwischen sich den äußeren Durchströmungsweg
aus, wobei die zwei geraden Kanalabschnitte der Segmente bezüglich des äußeren Durchströmungsweges
jeweils hintereinander angeordnet sind und wobei außerdem die
Segmentmittelebenen der Segmente parallel zueinander verlaufen.
Jedes der Segmente ist hierbei aus zwei Halbschalen gebildet, die
an parallel zur Segmentmittelebene verlaufenden Stirnseiten aneinander
befestigt sind. Diese Halbschalen weisen die Rohrabschnitte auf
und bilden zwischen sich den jeweiligen Kanal aus.
-
Die
DE 92 18 615 U1 offenbart
einen Plattenwärmetauscher
mit Platten und Anschlussrohrstutzen. Die
DE 69415779 T2 offenbart
einen Wärmetauscher
mit Sammelrohren und dazwischen angeordneten Flachrohren, wobei
die Flachrohre eine Biegung um 180° aufweisen.
-
Insbesondere
aufgrund der Reihenschaltung der Kanäle der einzelnen Segmente weist
der bekannte Wärmetauscher
einen aufwendigen Aufbau auf und benötigt eine Vielzahl von verschiedenen Einzelteilen,
wodurch eine Serienproduktion des bekannten Wärmetauschers relativ kostenintensiv
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Wärmetauscher
der eingangs genannten Art einen vereinfachten Aufbau anzugeben.
-
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
-
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Einlassrohrabschnitte
und die Auslassrohrabschnitte der Halbschale so auszugestalten,
daß einerseits
der Einlassrohrabschnitt und der Auslassrohrabschnitt eines einzelnen
Segmentes durch eine Steckverbindung zwischen den den Halbschalen
zugeordneten Einlassrohrabschnitten und Auslassrohrabschnitten ausgebildet
werden können und
dass andererseits die Einlassrohrabschnitte aller Segmente zu einem
Einlasssammelrohr und die Auslassrohrabschnitte aller Segmente zu
einem Auslasssammelrohr zusammengesteckt werden können. Um beim
erfindungsgemäßen Wärmetauscher
den äußeren und
den inneren Durchströmungsweg
auszubilden, werden somit lediglich zwei verschiedene Bauteile benötigt, nämlich die
inneren Halbschalen und die äußeren Halbschalen
der Segmente. Der Herstellungsaufwand für den erfin dungsgemäßen Wärmetauscher
ist dadurch relativ gering. Außerdem
eignen sich Steckverbindungen in besonderer Weise für eine Serienfertigung.
-
Des
weiteren können
Steckverbindungen, bei denen sich ineinandergesteckte bzw. benachbarte
Randbereich gegenseitig überlappen,
besonders einfach abgedichtet werden. Beispielsweise werden die
ineinander gesteckten Bauteile in den Überlappungsbereichen mit Lot
beschichtet, so dass eine an den Ansteckvorgang anschließende entsprechende Erwärmung die
Bauteile dicht miteinander verbindet.
-
Ein
prinzipieller Unterschied des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zu dem aus dem
eingangs zitierten Stand der Technik bekannten Wärmetauscher ist darin zu sehen,
dass beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher
die Kanäle
der Segmente über
die gemeinsamen Sammelrohre parallel geschaltet sind, während sie
beim bekannten Wärmetauscher
in Reihe geschaltet sind.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
kann die innere Halbschale einen senkrecht von der Segmentmittelebene
abstehenden Innenrand aufweisen, der den Kanal des jeweiligen Segmentes
seitlich begrenzt. Außerdem
weist dann die äußere Halbschale
einen senkrecht von der Segmentmittelebene abstehenden Außenrand
auf, der – wenn
die Halbschalen zur Ausbildung des Segmentes zusammengesetzt sind – den Innenrand
seitlich übergreift.
Insoweit ist auch für den
Kanal eine Steckverbindung ausgebildet, bei der der Innenrand in
den Außenrand
eingesteckt wird, so dass auch im Bereich des Kanals die Herstellung
vereinfacht ist.
-
Entsprechend
einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann zwischen
den beiden geraden Kanalabschnitten des Segmentes ein Schlitz ausgebildet
sein, durch den diese geraden Kanalabschnitte voneinander beabstandet
sind. Ein wichtiger Vorteil dieser Maßnahme ist darin zu sehen,
dass die so ausgebildeten Halbschalen besonders einfach durch ein
Tiefziehverfahren herstellbar sind. Denn auf diese Weise können die
beiden geraden Kanalabschnitte problemlos durch Abkanten bzw. Umbiegen
und Tiefziehen eines den Schlitz begrenzenden Randbereiches ausgebildet
werden.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ergeben sich aus
den Unteransprüchen,
aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der
Zeichnungen.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt eines Wärmetauschers
nach der Erfindung,
-
2 eine Frontansicht auf eine Innenseite einer
inneren Halbschale (2a) und auf eine Innenseite
einer äußeren Halbschale
(2b) eines Segmentes des erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
-
3 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt eines aus den Halbschalen
zusammengesetzten Segmentes und
-
4 eine
teilweise aufgerissene perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt
des Wärmetauschers.
-
Entsprechend 1 ist
ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 1,
von dem in 1 lediglich ein kleiner Ausschnitt
dargestellt ist, aus mehreren platten förmigen Segmenten 2 aufgebaut.
Am entsprechend 1 oberen Ende des Wärmetauschers 1 ist es
Einlsssammelrohr 3 angeordnet, das mit einem nicht dargestellten
Einlassanschluss des Wärmetausers 1 verbunden
ist. Parallel zum Einlasssammelrohr 3 verläuft ein
Auslasssammelrohr 4, das an einen ebenfalls nicht dargestellten
Auslassanschluss des Wärmetauschers 1 angeschlossen
ist. Das Einlassammelrohr 3 und das Auslasssammelrohr 4 sind hierbei
aus mehreren, aneinandergereihten, jeweils einem Segment 2 zugeordneten
Einlassrohrabschnitten 8 und Auslassrohrabschnitten 9 aufgebaut.
-
Ein
durch den Einlassanschluss über
das Einlaßsammelrohr 3 in
den Wärmetauscher 1 eintretendes
erstes Fluid, z.B. eine warme bzw. heiße Flüssigkeit, tritt über Einlassöffnungen 5 in
Kanäle 6 ein, die
im inneren der Segmente 2 ausgebildet sind und daher in 1 nicht
sichtbar sind. Die Kanäle 6 sind jedoch
in den 2 bis 4 erkennbass
und in der zugehörigen
Beschreibung näher
erläutert.
An einem vom Einlasssammelrohr 3 abgewandten, in 1 abgeschnittenen
Ende der Segmente 2 wird das erste Fluid in Kanal 6 umgelenkt
und zum Auslasssammelrohr 4 geführt. Das erste Fluid tritt
dann über
Kanalauslassöffnungen 7 in
das Auslasssammelrohr 4 ein. Das abgekühlte erste Fluid tritt dann
durch den Auslassanschluss aus dem Wärmetauscher 1 aus.
-
Die
Kanäle 6 der
Segmente 2 sind über
die Rohrabschnitte 8, 9 bzw. über das Einlasssammelrohr 3 und
das Auslasssammelrohr 4 kommunizierend miteinander verbunden
und zwar nach Art einer Parallelschaltung. Die miteinander verbundenen
Kanäle 6 bilden
dabei einen inneren Durchströmungsweg
des Wärmetauschers 1,
in dem das erste Fluid den Wärmetauscher 1 durchströmt.
-
Die
Segmente 2 sind nebeneinander angeordnet und voneinander
beabstandet, wobei zwischen den Segmenten 2 ein äußerer Durchströmungsweg
für ein
zweites Fluid, z.B. zu erwärmende Luft,
ausgebildet ist. Die Strömungsrichtung
dieses äußeren Durchströmungsweges
ist durch einen Pfeil 10 symbolisiert. Die Segmente 2 sind
dabei so bezüglich
des äußeren Durchströmungsweges
angeordnet, dass Segmentmittelebenen der plattenartigen Segmente 2 parallel
zueinander verlaufen und in Erstreckungsrichtung der Sammelrohre 3 und 4 voneinander
beabstandet sind. Außerdem.
erstrecken sich die Segmente 2 ausgehend von den Sammelrohren 3 und 4 vorzugsweise
etwa senkrecht zum äußeren Durchströmungsweg.
-
Zwischen
den Segmenten 2 sind zick-zack-förmige Kühlrippen 11 in den äußeren Durchströmungsweg
eingebracht, die an den Segmenten 2 z.B. durch Verlöten wärmeübertragend
befestigt sind. Diese Kühlrippen 11 weisen
eine besonders einfache Form auf und können leicht beim Zusammenbau
des Wärmetauschers 1 zwischen
den Segmenten 2 angeordnet werden, so dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Segmente 2 den Aufbau und somit die Herstellung des
Wärmetauschers 1 auch
insoweit vereinfacht.
-
Entsprechend
den 2a und 2b ist
jedes einzelne Segment 2 aus zwei Halbschalen 12, nämlich aus
einer inneren Halbschale 12a (2a) und
aus einer äußeren Halbschale 12b (2b),
zusammengesetzt, die an parallel zur Segmentmittelebene verlaufenden
Stirnseiten aneinander befestigt sind, wenn sie das jeweilige Segment 2 ausbilden.
In den 2a und 2b sind
die Halbschalen 12a und 12b jedoch separat dargestellt.
Die Halbschalen 12a und 12b enthalten komplementär den Kanal 6, der
zwei parallel zueinander verlaufende gerade Kanalabschnitte 13 und 14 aufweist,
die einenends durch einen U-förmigen
Kanalabschnitt 15 miteinander verbunden sind. Anderenends
weist der eine gerade Kanalabschnitt 13 die Kanaleinlassöffnung 5 und
der andere gerade Kanalabschnitt 14 die Kanalauslassöffnung 7 auf
Die innere Halbschale 12a weist an den Kanalenden einen
inneren Einlassrohrabschnitt 16 und einen inneren Auslassrohrabschnitt 17 auf.
Dementsprechend weist die äußere Halbschale 12b an
den Enden des Kanals 6 einen äußeren Einlassrohrabschnitt 18 und
einen äußeren Auslassrohrabschnitt 19 auf.
Die einzelnen Rohrabschnitte 16 bis 19 sind jeweils
zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildet. Dabei ist
der Außendurchmesser
der inneren Rohrabschnitte 16 und 17 etwa gleich
gross wie der Innendurchmesser der äußeren Rohrabschnitte 18 und 19,
so dass die inneren Rohrabschnitte 16, 17 in die äußeren Rohrabschnitte 18, 19 einsteckbar
sind. Der innere Einlassrohrabschnitt 16 und der äußere Einlassrohrabschnitt 18 bilden
dann den Einlassrohrabschnitt 8 und der innere Auslassrohrabschnitt 17 und
der äußere Auslassrohrabschnitt 19 bilden
den Auslassrohrabschnitt 9.
-
Zwischen
den geraden Kanalabschnitten 13 und 14 ist ein
Schlitz 20 ausgebildet, durch den die geraden Kanalabschnitte 13 und 14 voneinander
beabstandet sind.
-
Die
innere Halbschale 12a weist einen den Kanal 6 einfassenden
bzw. seitlich begrenzenden Innenrand 21 auf, der senkrecht
zur Segmentmittelebene von der Stirnseite der inneren Halbschale 12a absteht,
die beim zusammengesteckten Segment 2 der äußeren Halbschale 12b zugewandt
ist. Die äußere Halbschale 12b weist
einen entsprechend ausgebildeten, den Kanal 6 einfassenden
Außenrand 22 auf.
Die Abmessungen des Innenrandes 21 der inneren Halbschale 12a und
die Abmessungen des Außenrandes 22 der äußeren Halbschale 12b sind
dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Innenrand 21 in
den Außenrand 22 eingebracht
werden kann, wobei der Außenrand 22 den
Innenrand 21 von außen
seitlich übergreift.
Mit anderen Worten: Die Halbschalen 12a und 12b sind
sowohl im Bereich der Rohrabschnitte 8 und 9 als
auch im Bereich des Kanals 6 aufeinander aufsteckbar ausgebildet.
Eine derartige Steckverbindung, ist im Rahmen eines Zusammenbaus
der einzelnen Segmente 2 besonders einfach realisierbar.
Außerdem
können
die sich überlappenden
Bereiche besonders einfach abgedichtet werden.
-
Bei
der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform sind der Innenrand 21 und
die inneren Rohrabschnitte 16, 17 an der inneren
Halbschale 12a ausgebildet, während die äußere Halbschale 12b den
Außenrand 22 und
die äußeren Rohrabschnitte 18, 19 aufweist.
Durch diese Ausgestaltung ergibt sich zwischen den beiden Halbschalen 12 eine
ununterbrochene Dichtungslinie, die relativ einfach abdichtbar ist.
-
In 3 ist
ein Ausschnitt eines einzelnen Segmentes 2 wiedergegeben,
das durch Einstecken der inneren Halbschale 12a in die äußere Halbschale 12b gebildet
ist. Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Steckverbindung zwischen
den Halbschalen 12 (12a, 12b) ist eine
relativ geringe Überlappung
bezüglich
der Axialrichtung der Rohrabschnitte 16 bis 19 ausreichend.
Vorzugsweise ist die Überlappung zwischen
dem Innenrand 21 und dem Außenrand 22 sowie zwischen
den inneren Rohrabschnitten 16, 17 und den äußeren Rohrabschnitten 18, 19 gerade
so groß wie
die Höhe
des Kanals 6. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform
der Segmente 2, bei der die Rohrabschnitte 8 und 9 im
Bereich des Schlitzes 20 tangential in die den Kanal 6 enthaltenden
Bereiche des Segmentes 2 übergehen.
-
Da
die Rohrabschnitte 16 bis 19 zylindrisch ausgebildet
sind, können
entsprechend 4 bei zwei benachbarten Segmenten 2 die
inneren Rohrabschnitte 16, 17 des einen Segmentes 2 (entsprechend 4 des
rechten Segmentes 2) in die äußeren Rohrabschnitte 18, 19 des
benachbarten Segmentes 2 eingesteckt werden. Über diese
Steckverbindung sind die Segmente 2 besonders rasch zum erfindungsgemäßen Wärmetauscher
aneinander anschließbar.
Darüber
hinaus können
die sich dabei ausbildenden Überlappungsbereiche
auch hier besonders einfach abgedichtet werden.
-
Die
Strömung
des ersten Fluids kann beispielsweise entsprechend den Pfeiles 23 verlaufen, d.h.
das erste Fluid strömt
durch den nicht dargestellten Einlassanschluß in den Wärmetauscher 1 ein.
Im Einlasssammelrohr 3 verteilt sich das erste Fluid auf die
aufeinanderfolgenden Kanaleinlasslöffnungen 5 und tritt
parallel in die Kanäle 6 ein.
Da zwischen den die Kanäle 6 enthaltenden
Abschnitte der Segmente 2 der äußere Durchströmungsweg
ausgebildet ist, in dem das zweite Fluid entsprechend den Pfeilen 10 die
Kühlrippen 11 durchdringt,
findet im Bereich der Kanäle 6 der
Wärmeübergang
zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid statt. Beispielsweise wird
dabei eine im inneren Durchströmungsweg
strömende
heiße
Flüssigkeit
gekühlt,
während
eine im äußeren Durchströmungsweg
den Wärmetauscher 1 durchdringende
Luftströmung
erwärmt
wird.
-
Nach
dem Wärmeaustausch
tritt das erste Fluid durch die Kanalauslassöffnungen 7 parallel,
in das Auslasssammelrohr 4 ein und wird darin dem nicht dargestellten
Auslassanschluss zugeführt.
Bei der Ausführungsform
gemäß 4 sind
dabei der Einlassanschluss und der Auslassanschluss auf der selben
Seite des Wärmetauschers 1 angeordnet.
Die Anschlüsse
können
bei einer anderen Ausführungsform
ebenso an entgegengesetzten Seiten angeordnet sein.
-
Beim
jeweils äußersten
Segment 2 des Wärmetauschers 1 ist
an den jeweiligen Rohrabschnitt 16–19 entweder einer
der Anschlüsse
(Einlass- bzw. Auslassanschluss) oder ein das jeweilige axiale Ende
des jeweiligen Sammelrohres 3, 4 dicht verschließender Deckel
angebracht, vorzugsweise wieder durch eine Steckverbindung.