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Die Erfindung betrifft Wärmetauscher zur Beheizung oder Kühlung von Behältern oder Rohrleitungen durch Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme eines im Wärmetauscher strömenden Fluids.
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Zur Beheizung oder Kühlung von Behältern oder Rohrleitungen werden Konstruktionen verwendet, bei denen ein Rohr mit der Außenwand des Behälters oder der Rohrleitung in thermischem Kontakt gebracht wird. Das Rohr wird dabei meist schraubenlinienförmig in mehreren Windungen um den äußeren Umfang des Behälters oder der Rohrleitung gewickelt. Eine solche Vorrichtung zur Kühlung von Flüssigkeiten in einem Vorratsbehälter ist beispielsweise in
1 der Druckschrift
US 5,184,942 dargestellt. Die hier eingesetzten, leicht ovalen Rohre ermöglichen aber nur eine geringe Kontaktfläche mit der Behälterwand.
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In der Druckschrift
US 7,874,156 B2 wird ein Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom einer Gasturbine beschrieben. Der Wärmetauscher besteht im Wesentlichen aus Strömungskanälen, die jeweils aus zwei randseitig und mittig verschweißten Blechstreifen gebildet sind. Ferner werden die Blechstreifen lokal durch Punktschweißungen verbunden und anschließend pneumatisch aufgeweitet, so dass an den Schweißpunkten Dimpel entstehen. Die Schweißnaht, die sich mittig in jedem Strömungskanal befindet, ist so gebildet, dass das im Kanal strömende Fluid im Zweipass um das zu kühlende Abgasrohr geführt wird. Die Strömungskanäle werden um 180° gebogen und sind mit Anschlusselementen versehen. Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels derer die gebogenen Strömungskanäle am Abgasrohr fixiert werden können. Diese Konstruktion weist konstruktive und thermodynamische Nachteile auf. Die vorgeschlagenen Strömungskanäle bieten nur sehr begrenzte Möglichkeiten zur Variation der Strömungsführung. Komplexe Strömungsführungen, wie sie meist bei Prozessen mit Phasenumwandlung des Fluids verwendet werden, sind nur mit sehr hohem Aufwand darstellbar. Die Dimpel-Struktur erhöht den Druckabfall des im Kanal strömenden Mediums stärker als sie die Wärmeübertragung intensiviert. Ferner hat die Dimpel-Struktur Unebenheiten auf der zum Abgasrohr hin gewandten Oberfläche des Wärmetauschers zur Folge. Der daraus resultierende schlechte thermische Kontakt muss durch Verwendung von Wärmeleitpaste oder Wärmeleitkleber kompensiert werden. Vorlauf und Rücklauf des im Kanal strömenden Mediums sind auf der gesamten Länge des Strömungskanals nur durch eine Schweißnaht getrennt. Dadurch entsteht ein so genannter thermischer Kurzschluss zwischen Vorlauf und Rücklauf. Dies bedeutet, dass Wärme zwischen dem in den Wärmetauscher eintretenden und dem aus dem Wärmetauscher austretenden Medium ausgetauscht wird. Dies reduziert die Effizienz eines solchen Wärmetauschers erheblich. Die Anschlusselemente sind so ausgeführt, dass das Fluid in einem kleinen Volumen um 90° umgelenkt wird. Dies führt zu einem großen Druckabfall, was insbesondere bei Strömung von dampfförmigen Fluiden nachteilhaft ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Wärmetauscher zur Beheizung oder Kühlung von Behältern oder Rohrleitungen durch Wärmeabgabe oder Wärmeaufnahme eines im Wärmetauscher strömenden Fluids sowie die Verwendung eines solchen verbesserten Wärmetauschers anzugeben.
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Die Erfindung wird bezüglich eines Wärmetauschers durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schließt Wärmetauscher ein, die mindestens folgende Bestandteile umfassen:
- – mindestens zwei Flachrohre zur innenseitigen Leitung eines Fluids, wobei die Flachrohre je zwei Breitseiten, zwei Schmalseiten und zwei Enden aufweisen, entlang des Strömungswegs des Fluids die Länge L haben und entlang des Strömungswegs des Fluids mit einem Biegeradius R um einen Winkel α um eine Biegeachse B gebogen sind,
- – mindestens zwei Hohlkörper, wobei jedes Flachrohr an seinen Enden druckdicht mit einem dieser Hohlkörper verbunden ist,
- – sowie mindestens eine Vorrichtung zur kraftschlüssigen Befestigung der Flachrohre mit einer ihrer Breitseiten an einem weiteren Körper zur Bereitstellung eines thermischen Kontakts.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Beheizung oder Kühlung von Medien, die sich in Behältern befinden oder durch Rohrleitungen strömen, ein oder mehrere Flachrohre mit der Außenwand des Behälters oder der Rohrleitung in thermischem Kontakt gebracht werden. In den Flachrohren strömt ein Fluid, das Wärme abgibt bzw. aufnimmt. Flachrohre sind Hohlprofile mit zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten, die sich jeweils paarweise gegenüber liegen. Die Breitseiten sind als im Wesentlichen ebene Flächen ausgebildet, während die Schmalseiten sowohl eine ebene als auch eine gekrümmte Form aufweisen können. Die Breitseiten stellen den größeren Anteil der äußeren Oberfläche des Flachrohrs dar. Flachrohre eignen sich folglich im Allgemeinen besser zur Realisierung eines thermischen Kontakts mit einem weiteren Körper als Rund- oder Ovalrohre, da Flachrohre an ihrer Breitseite einen großflächigen Kontakt ermöglichen. Bevorzugt werden metallische Flachrohre verwendet.
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Flachrohre, die mit einem zylindrischen Körper wie beispielsweise Behälter oder Rohrleitungen in thermischem Kontakt gebracht werden sollen, werden entlang des Strömungswegs des Fluids mit einem Biegeradius R um einen Winkel α um eine Biegeachse B gebogen. Die Biegung erfolgt im Wesentlichen entlang einer Kreislinie und der Biegeradius ist der Form und Abmessung des zylindrischen Körpers angepasst. Je nach Orientierung der Biegeachse B zu den Breitseiten des Flachrohrs kann das gebogene Flachrohr am Umfang oder an einer Stirnseite des zylinderförmigen Körpers angebracht werden. Der Biegewinkel α richtet sich nach den konstruktiven Erfordernissen und beträgt üblicherweise mindestens 150° und höchstens 450°. Er ist bevorzugt größer als 170° und kleiner als 360°. Die Länge L der Flachrohre ergibt sich unter Berücksichtigung der Anschlusssituation aus dem Biegeradius R und dem Biegewinkel α.
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Aus konstruktiven Gründen oder aus Gründen der Strömungsführung des Fluids ist es oft erforderlich, den erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit mindestens zwei Flachrohren auszuführen. Dies schließt den Fall ein, dass der zylindrische Körper durch zwei nahezu um 180° gebogene Flachrohre, welche zwei Halbschalen ähnlich sind, umschlossen wird. Dieser Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn der Wärmetauscher nachträglich an einem bereits installierten Behälter oder an einer bereits verlegten Rohrleitung angebracht werden muss. Eine Vervielfachung dieser Konstruktion auf vier, sechs oder mehr nahezu um 180° gebogene Flachrohre ist ebenfalls in der Erfindung eingeschlossen. Hierbei sind dann zwei, drei oder mehr Flachrohre parallel zueinander angeordnet. Ferner ist der Fall eingeschlossen, dass der zylindrische Körper durch zwei oder mehrere nahezu um 360° gebogene Flachrohre, die zueinander parallel verlaufen, umschlossen ist. Dieser Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn eine große Fluidmenge durch die Flachrohre strömen soll. Das Fluid kann dann auf zwei oder mehrere parallel verlaufende Flachrohre aufgeteilt werden. Dadurch kann eine günstige Situation für Wärmeübertragungsleistung und Druckabfall realisiert werden. Es ist für den Fachmann einsichtig, dass je nach konstruktiven oder strömungstechnischen Randbedingungen weitere vorteilhafte Konstruktionen mit zwei oder mehr gebogenen Flachrohren realisiert werden können.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst mindestens zwei Hohlkörper, wobei jedes Flachrohr an seinen beiden Enden druckdicht mit einem dieser Hohlkörper verbunden ist. Die Hohlkörper stellen die Anschlussstücke der Flachrohre dar. Sie verbinden die Flachrohre untereinander und/oder mit den Zu- und Ableitungen für das Fluid. Die Verbindung der Enden der Flachrohre mit den Hohlkörpern kann durch eine geeignete Fügetechnik, bevorzugt durch Löten oder Schweißen, erfolgen. Die Hohlkörper können identisch oder unterschiedlich sein.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher umfasst mindestens eine Vorrichtung zur kraftschlüssigen Befestigung der Flachrohre mit einer ihrer Breitseiten an einem weiteren Körper, mit dem sie in thermischem Kontakt stehen oder in thermischem Kontakt gebracht werden sollen. Hierfür können je nach konstruktiver Ausführung des Wärmetauschers geeignete Spann- oder Klemmvorrichtungen verwendet werden. Diese Vorrichtungen können lösbar und/oder im Betrieb nachjustierbar sein. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien als Beispiele für derartige Vorrichtungen Konstruktionen genannt, die Gewinde, Federn oder Klemmen enthalten. Bevorzugt sind die Vorrichtungen mit den Hohlkörpern verbunden, die die Anschlussstücke der Flachrohre darstellen. Bevorzugt kann die Breitseite der Flachrohre, die mit dem Körper in thermischem Kontakt steht, mit geringfügig erhabenen Elementen, wie beispielsweise Stegen in Längsrichtung, versehen sein. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Flachrohren und dem Körper erfolgt dann entlang dieser Erhebungen. Bei dieser Ausführungsform ist bei gegebener Anpresskraft der lokale Anpressdruck größer als bei vollflächigem Kontakt zwischen der Breitseite des Flachrohrs und dem Körper. Dies kann die Wärmeübertragung verbessern.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können die Flachrohre als Mehrkanalflachrohre ausgeführt sein. Mehrkanalflachrohre zeichnen sich durch eine bei gegebenem Strömungsquerschnitt große innere Oberfläche aus. Dem entsprechend ist der hydraulische Durchmesser klein. Da in den kleinen Kanälen das Fluid ohne Hindernisse strömen kann, kann mit Mehrkanalflachrohren eine gute Wärmeübertragungsleistung bei moderatem Druckabfall erzielt werden. Insbesondere können aus Aluminium gepresst Mehrkanalflachrohre verwendet werden. Alternativ können auch Flachrohre verwendet werden, bei denen die parallelen Kanäle durch entsprechende Einbauten von einander getrennt sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens einer der Hohlkörper ein Hohlprofil mit einer Längsachse A umfassen und mindestens eines der Flachrohre kann derart mit dem Hohlkörper verbunden sein, dass die Breitseiten des Flachrohrs parallel zur Längsachse A des Hohlprofils sind. An den Stirnseiten des Hohlprofils ist der Hohlkörper in geeigneter Weise verschlossen oder mit einem Durchgang für das Fluid versehen. Das Hohlprofil kann bevorzugt die Form eines Rundrohrs, eines Halbrundrohrs, eines Ovalrohrs, eines Mehrkantrohrs oder eine andere geeignete Form mit einer Längsachse A haben. Profilformen, die eine Kombination der vorgenannten Formen umfassen, stellen besonders bevorzugte Profilformen dar. Der Teil des Hohlkörpers, der die Form eines Hohlprofils hat, ist vorteilhafterweise länger als die Breite eines Flachrohrs. Zur Verbindung mit einem Flachrohr ist in die Wand des Hohlprofils parallel zur Längsachse A des Hohlprofils ein Schlitz eingebracht, dessen Form dem Querschnitt des Flachrohrs angepasst ist. Wird das Ende eines Flachrohrs in den Schlitz eingebracht, dann sind die Breitseiten des Flachrohrs parallel zur Längsachse A des Hohlprofils. Diese Ausführungsform ermöglicht sehr kompakte Konstruktionen des Wärmetauschers. Vorteilhafterweise können die Flachrohre bezogen auf die Achse A des Hohlprofils außermittig an den Hohlkörper angeschlossen sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Biegeachse B der Flachrohre parallel zur Breitseite der Flachrohre sein. Flachrohre lassen sich auf diese Weise bis zu relativ kleinen Radien sehr leicht biegen. Das so gebogene Flachrohr passt sich sehr gut der Krümmung der Mantelfläche eines zylindrischen Körpers an. Es eignet sich also hervorragend zur Umschließung eines Behälters oder einer Rohrleitung.
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Vorteilhafterweise können bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher mindestens zwei Flachrohre nebeneinander angeordnet sein, wobei die Schmalseiten benachbarter Flachrohre einander zugewandt sind. Die Biegeachse B der Flachrohre ist hierbei parallel zur Breitseite der Flachrohre. Der Abstand benachbarter Flachrohre ist entsprechend den Gegebenheiten geeignet zu wählen. Die Gesamtheit der so angeordneten Flachrohre bildet dann die Mantelfläche eines Zylinders zumindest teilweise nach, wobei die Breitseiten der Flachrohre senkrecht zur Radialrichtung des Zylinders sind und sich in Umfangsrichtung des Zylinders erstrecken. Durch diese Ausführungsform wird eine für die Wärmeübertragung optimale Kontaktfläche zwischen den Flachrohren und einem zylindrischen Körper erreicht. Darüber hinaus gewährleistet der Abstand zwischen zwei benachbarten Flachrohren, dass kein thermischer Kurzschluss zwischen benachbarten Rohren entsteht.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens einer der Hohlkörper derart gestaltet sein, dass fluidseitig eine Verbindung zwischen den Enden mindestens zweier benachbarter Rohre entsteht. Bei dieser Ausführungsform kann das Fluid je nach Strömungsrichtung aus zwei oder mehreren benachbarten Flachrohren in den Hohlkörper strömen oder vom Hohlkörper auf zwei oder mehrere parallele Flachrohre verteilt werden. Bei einer anderen, besonders bevorzugten konstruktiven Variante dieser Ausführungsform können mindestens zwei benachbarte Flachrohre an mindestens einem ihrer Enden durch einen Hohlkörper derart mit einander verbunden sein, dass das Fluid von einem ersten Rohr durch den Hohlkörper in ein zweites Rohr strömen kann und auf diese Weise ein Strömungsweg für das Fluid entsteht, der länger als die Länge L eines Flachrohrs ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Hohlkörper an den Stirnseiten des Hohlprofils verschlossen. Diese konstruktive Variante ermöglicht die Mehrpassführung des Fluids.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei mindestens einem Hohlkörper die Anzahl der Flachrohre, die bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids in den Hohlkörper hineinführen, unterschiedlich zu der Anzahl der Flachrohre sein, die bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids aus diesem Hohlkörper herausführen. Es können sowohl mehr Flachrohre in den Hohlkörper hineinführen als herausführen als auch mehr Flachrohre aus dem Hohlkörper herausführen als hineinführen. Eine solche Konstruktion ist besonders vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher als Verdampfer oder als Verflüssiger betrieben wird. Die Anzahl der Flachrohre, die parallel vom Fluid durchströmt werden, kann dann bei jedem Pass dem Dampfgehalt des Fluids und der zu übertragenden Wärmemenge angepasst werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher freitragend konstruiert. Da die Flachrohre zusammen mit den Hohlkörpern an ihren Enden eine Eigensteifigkeit besitzen, ist es nicht erforderlich, die Flachrohre auf einem Blech oder ähnlichem zu fixieren. Die Flachrohre liegen direkt auf der Wand des zylindrischen Körpers auf, mit dem sie in thermischem Kontakt stehen.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann insbesondere auch zur Verflüssigung eines dampfförmigen Mediums dienen. Verflüssigung tritt beispielsweise bei Wärmepumpen und Kältemaschinen auf. Im Allgemeinen muss dabei das dampfförmige Medium, das im überhitzten Zustand aus einem Kompressor austritt, zunächst auf Verflüssigungstemperatur abgekühlt werden. Diesen Teilprozess bezeichnet man als Enthitzung. Daran schließt sich die eigentliche Verflüssigung an. Aus Gründen der Prozesseffizienz soll das entstandene Kondensat noch unter die Verflüssigungstemperatur unterkühlt werden. Bei einem Wärmetauscher, der zur Verflüssigung eines dampfförmigen Mediums dient, wird das Medium üblicherweise in drei oder mehr Pässen durch den Wärmetauscher geführt. Im ersten Pass findet bevorzugt die Enthitzung statt. Der letzte Pass dient vorwiegend der Unterkühlung des Kondensats. Aufgrund des kleinen spezifischen Volumens des Kondensats werden nur wenige Flachrohre parallel geführt. Die zwischen dem ersten und dem letztem Pass angeordneten Pässe dienen der Verflüssigung. Da auf die Verflüssigung meist 80–90% der gesamten Wärmeleistung entfallen, werden diese Pässe mit mehreren parallelen Flachrohren ausgeführt.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 den Querschnitt eines einfachen Flachrohrs,
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2 den Querschnitt eines Mehrkanalflachrohrs,
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3 ein gerades Flachrohr in perspektivischer Darstellung,
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4 ein in einer ersten Art gebogenes Flachrohr,
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5 ein in einer zweiten Art gebogenes Flachrohr,
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6 einen Hohlkörper,
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7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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9 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
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10 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
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1 zeigt den Querschnitt eines einfachen Flachrohrs 2, während 2 den Querschnitt eines Mehrkanalflachrohrs 25 darstellt. Sowohl das einfache Flachrohr 2 gemäß 1 als auch das Mehrkanalflachrohr 25 gemäß 2 haben jeweils zwei Breitseiten 21 und zwei Schmalseiten 22. Die Schmalseiten 22 sind in den dargestellten Ausführungsformen rund ausgebildet. Das einfache Flachrohr 2 weist auf seiner Innenseite einen Kanal 24 auf, während das Mehrkanalflachrohr 25 mehrere parallel zu einander verlaufende Kanäle 24 besitzt. In 2 sind die Kanäle 24 des Mehrkanalflachrohrs 25 mit rundem Querschnitt dargestellt. Andere Querschnittsformen, beispielsweise rechteckig, sind ebenfalls möglich. 3 zeigt ein gerades Flachrohr 2 der Länge L in perspektivischer Darstellung. Die sichtbare Breitseite 21 ist als ebene Fläche ausgebildet. An den Enden 23 des Flachrohrs 2 ist sein Querschnitt zu erkennen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 3 sowie in allen folgenden Figuren das Flachrohr 2 immer als einfaches Flachrohr 2 dargestellt. Alle dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch auf Mehrkanalflachrohre 25 übertragen werden.
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4 zeigt ein entlang einer Kreislinie gebogenes Flachrohr 2. Der Biegeradius ist mit R und der Biegewinkel mit α bezeichnet. Im dargestellten Fall beträgt der Biegewinkel α ungefähr 120°. Die Biegeachse B ist parallel zur Breitseite 21 des Flachrohrs 2. Ein derart gebogenes Flachrohr 2 eignet sich besonders, um am äußeren Umfang eines zylindrischen Körpers, beispielsweise eines Behälters oder einer Rohrleitung, angebracht zu werden.
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5 zeigt ein entlang einer Kreislinie gebogenes Flachrohr 2. Der Biegeradius ist mit R und der Biegewinkel mit α bezeichnet. Im dargestellten Fall beträgt der Biegewinkel α ungefähr 210°. Die Biegeachse B ist senkrecht zur Breitseite 21 des Flachrohrs 2. Ein derart gebogenes Flachrohr 2 eignet sich besonders, um an der Stirnseite eines zylindrischen Körpers angebracht zu werden.
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6 zeigt einen Hohlkörper 3, an dem zwei Flachrohre angeschlossen werden können. Der Hohlkörper besteht aus einem rohrförmigen Hohlprofil 31 mit einer Längsachse A. An seinem unteren Ende ist der Hohlkörper 3 durch einen Deckel 34 verschlossen. An seinem oberen Ende ist ein Reduzierstück 33 angebracht, an dem eine Zu- oder Ableitungen für das Fluid angeschlossen werden kann. In die Wand des Hohlprofils 31 sind zwei Aussparungen in Form von Schlitzen 32 eingebracht. Die Form der Schlitze 32 ist dem Querschnitt eines Flachrohrs 2 angepasst. Jeder Schlitz 32 besitzt analog zum Querschnitt des Flachrohrs 2 zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten. Die Schlitze 32 sind so in die Wand des Hohlprofils 31 eingebracht, dass die Breitseiten der Schlitze 32 parallel zur Längsachse A des Hohlprofils 31 sind. Wird das Ende 23 eines Flachrohrs 2 in den Schlitz 32 eingebracht, dann sind die Breitseiten 21 des Flachrohrs 2 parallel zur Längsachse A des Hohlprofils 31. Die Verbindung der Enden 23 der Flachrohre 2 mit dem Hohlkörper 3 kann durch eine geeignete Fügetechnik, bevorzugt durch Löten oder Schweißen, erfolgen.
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7 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1. Der dargestellte Wärmetauscher besteht aus zwei gebogenen Flachrohren 2 und zwei Hohlkörpern 3 gemäß 6. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Hohlkörper 3 identisch. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Vorrichtung zur kraftschlüssigen Befestigung der Flachrohre 2 mit ihren Breitseiten 21 an einem weiteren, nicht dargestellten Körper, mit dem sie in thermischem Kontakt stehen, nicht dargestellt. Die beiden Flachrohre 2 sind mit dem gleichen Biegeradius R um den gleichen Biegewinkel α gebogen. Der Biegewinkel α beträgt nahezu 360°. Die Orientierung der Biegeachse B relativ zu den Breiteseiten 21 der Flachrohre 2 ist wie bei dem in 4 dargestellten Flachrohr 2. Die beiden Flachrohre 2 sind derart angeordnet, dass die Schmalseiten 22 benachbarter Flachrohre 2 einander zugewandt sind. Der Abstand der beiden Flachrohre 2 ergibt sich aus dem Abstand der Schlitze 32 in der Wand der beiden Hohlkörper 3 gemäß 6. Die beiden Flachrohre 2 bilden jeweils einen annähernd geschlossenen Ring, wobei jeweils eine Breitseite 21 der beiden Flachrohre 2 die Innenseite des Rings darstellt. Die beiden so angeordneten Flachrohre 2 bilden mit der Innenseite des Rings die Mantelfläche eines (nicht dargestellten) Zylinders zumindest teilweise nach, wobei die Breitseiten der Flachrohre 2 senkrecht zur Radialrichtung des Zylinders sind und die Flachrohre 2 sich ähnlich einem Gürtel in Umfangsrichtung des Zylinders erstrecken. Durch diese Ausführungsform wird eine für die Wärmeübertragung optimale Kontaktfläche zwischen den Flachrohren und einem zylindrischen Körper erreicht. Damit die Flachrohre 2 auch in der Nähe der Hohlkörper 3 in gutem thermischen Kontakt mit dem zylindrischen Körper stehen, müssen dort besondere Vorkehrungen getroffen werden. Beispielsweise können die Flachrohre in der Nähe der Hohlkörper 3 geringfügig entgegen der Hauptbiegerichtung gebogen werden, so dass sie sich nur in einem kleinen, in Umfangsrichtung an die Hohlkörper 3 unmittelbar anschließenden Abschnitt von der Wand des zylindrischen Körpers abheben. Bevorzugt kann auch die Form des Hohlprofils der Hohlkörpers 3 geeignet gewählt werden. Von der Zylinderform abweichende Hohlprofilformen ermöglichen günstige Konstruktionen. Als mögliche Beispiele seien Hohlprofilformen genannt, die Halbzylinder und/oder Mehrkantprofile wie Vierkant- oder Dreikantprofile umfassen. Ferner können die Schlitze vorteilhafterweise derart in das Hohlprofil der Hohlkörpers 3 eingebracht sein, dass die Flachrohre 2 bezogen auf die Achse A des Hohlprofils außermittig an die Hohlkörper 3 angeschlossen sind und auf diese Weise bereits in der Nähe der Hohlkörper 3 nahe an der Wand des zylindrischen Körpers anliegen.
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In 7 ist mit Pfeilen der Strömungsweg des Fluids angedeutet. Das Fluid tritt durch das Reduzierstück 33 in den links dargestellten, ersten Hohlkörper 301 ein und strömt anschließend in Radialrichtung des Hohlprofils durch die Schlitze in die Flachrohre 2. Die Menge des Fluids wird dabei auf beide Flachrohre 2 aufgeteilt. Das Fluid strömt in beiden Flachrohren 2 parallel bis es durch die Schlitze in den rechts dargestellten, zweiten Hohlkörper 302 gelangt. Es verlässt den zweiten Hohlkörper 302 durch das Reduzierstück 33. Diese Strömungsführung stellt eine Einpassführung des Fluids dar.
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8 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1. Im Unterschied zu der in 7 dargestellten Ausführungsform sind bei dieser Ausführungsform die beiden Hohlkörper 301, 302 nicht identisch. Der sich links befindende, zweite Hohlkörper 302 ist durch zwei Deckel 34 verschlossen. Er besitzt kein Reduzierstück, an dem Zu- oder Ableitungen für das Fluid angeschlossen werden können. Der sich rechts befindende, erste Hohlkörper 301 besitzt zwei Reduzierstücke 331, 332 an denen Zu- oder Ableitungen für das Fluid angeschlossen werden können. Der erste Hohlkörper 301 ist durch eine senkrecht zu seiner Längsachse angebrachte Trennwand 35 in einen unteren und einen oberen Bereich geteilt. Beide Hohlkörper 301, 302 sind mit jeweils zwei, nicht sichtbaren Schlitzen zur Verbindung mit den Enden der Flachrohre 2 versehen. In 8 ist mit Pfeilen der Strömungsweg des Fluids angedeutet. Das Fluid tritt durch das erste Reduzierstück 331 von unten in den unteren Bereich des ersten Hohlkörper 301 ein und strömt anschließend in Radialrichtung des Hohlprofils durch den Schlitz in das unten positionierte, erste Flachrohr 201. Die gesamte Menge des Fluids strömt im ersten Flachrohr 201 bis es in den zweiten Hohlkörper 302 gelangt. Dort wird es um 180° umgelenkt und strömt anschliessend in Radialrichtung des Hohlprofils durch den Schlitz in das oben positionierte, zweite Flachrohr 202. Die gesamte Menge des Fluids strömt im zweiten Flachrohr 202 bis es in den oberen Bereich des ersten Hohlkörpers 301 gelangt. Es verlässt den ersten Hohlkörper 301 nach oben durch das zweite Reduzierstück 332. Diese Strömungsführung stellt eine Zweipassführung des Fluids dar. Ein besonderer Vorteil der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit Flachrohren 2 ist, dass zwischen den benachbarten Flachrohren 201, 202 ein Abstand gegeben ist. Somit ist gewährleistet, dass zwischen den beiden Flachrohren 201, 202 und damit zwischen Vor- und Rücklauf des Fluids kein thermischer Kurzschluss entsteht.
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9 zeigt den erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß 7 mit einer angedeuteten Vorrichtung 4 zur kraftschlüssigen Befestigung der Flachrohre 2 mit ihren innen liegenden Breitseiten 21 an einem weiteren, nicht dargestellten Körper, mit dem sie in thermischem Kontakt stehen. Die Vorrichtung 4 besteht aus zwei Klötzchen 41, in die jeweils zwei Bohrungen 42 eingebracht sind. Die Klötzchen 41 ihrerseits sind fest mit jeweils einem der Hohlkörper 3 verbunden. Sie sind so angebracht, dass einander entsprechende Bohrungen 42 der beiden Klötzchen 41 zueinander fluchtend sind. Mittels Schrauben 43, von denen in 9 nur eine dargestellt ist, kann auf die Klötzchen 41 eine Kraft aufgebracht werden. Diese Kraft wird über die Hohlkörper 3 auf die Flachrohre 2 übertragen, wodurch eine kraftschlüssige Befestigung der Flachrohre 2 mit ihren innen liegenden Breitseiten 21 an einem weiteren, nicht dargestellten Körper entsteht.
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10 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1. Der Wärmetauscher umfasst insgesamt vier Flachrohre 2, die alle um ca. 180° gebogen sind, sowie vier Hohlkörper 3 gemäß 6. Die vier dargestellten Hohlkörper 3 sind hinsichtlich ihres Aufbaus identisch. Jeder Hohlkörper 3 ist mit einem Reduzierstück 33 und zwei Schlitzen zur Verbindung mit den Enden zweier Flachrohre 2 versehen. Jeweils zwei Hohlkörper 301, 302 sind paarweise nebeneinander angeordnet, wobei die Längsachsen der Hohlkörper 301, 302 zueinander parallel versetzt sind und die Schlitze der beiden Hohlkörper 301, 302 von einander abgewandt sind. Die beiden Paare der Hohlkörper 301, 302 sind zueinander so positioniert, dass sich sowohl zwischen dem ersten Hohlkörper 301 des ersten Paars und dem ersten Hohlkörper 301 des zweiten Paars als auch zwischen dem zweiten Hohlkörper 302 des ersten Paars und dem zweiten Hohlkörper 302 des zweiten Paars jeweils zwei gebogene Flachrohre 2 parallel zueinander in Form eines halben Rings erstrecken können. In 10 ist dieser Sachverhalt verdeutlicht, indem das erste Paar der Hohlkörper 301, 302 im Vordergrund der Figur dargestellt ist, während das zweite Paar der Hohlkörper 301, 302 im Hintergrund der Figur dargestellt ist. Insgesamt ergeben die Flachrohre 2 einen nahezu geschlossenen Ring, der einen zylinderförmigen Körper wie zwei Halbschalen umschließen kann. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 zwei Vorrichtungen zur kraftschlüssigen Befestigung der Flachrohre 2 mit ihren inneren Breitseiten 21 an einem weiteren, nicht dargestellten Körper, mit dem sie in thermischem Kontakt stehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Vorrichtungen jedoch in 10 nicht dargestellt. Die erste der beiden Vorrichtungen ist an dem ersten Paar von Hohlkörpern 301, 302 angebracht, während die zweite der beiden Vorrichtungen an dem zweiten Paar von Hohlkörpern 301, 302 angebracht ist. Die in 10 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 kann bevorzugt nachträglich an einen bereits installierten Behälter oder an eine bereits verlegte Rohrleitung angebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmetauscher
- 2
- Flachrohr
- 201
- erstes Flachrohr
- 202
- zweites Flachrohr
- 21
- Breitseite des Flachrohrs
- 22
- Schmalseite des Flachrohrs
- 23
- Enden der Flachrohre
- 24
- Kanal
- 25
- Mehrkanalflachrohr
- 3
- Hohlkörper
- 301
- erster Hohlkörper
- 301
- zweiter Hohlkörper
- 31
- Hohlprofil
- 32
- Schlitz
- 33
- Reduzierstück
- 331
- erstes Reduzierstück
- 332
- zweites Reduzierstück
- 34
- Deckel
- 35
- Trennwand
- 4
- Vorrichtung
- 41
- Klötzchen
- 42
- Bohrung
- 43
- Schraube
- A
- Längsachse des Hohlprofils
- B
- Biegeachse
- L
- Länge des Flachrohrs
- R
- Biegeradius
- α
- Biegewinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5184942 [0002]
- US 7874156 B2 [0003]
