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Blechplatten-Rohrwärm etauscher Die Erfindung betrifft einen Blechplatten-Rohrwärm
etauscher, ins -besondere für Klimageräte.
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Wärmetauscher dieser Art enthalten mehrere Blechplatten und kreuzweise
oder quer dazu angeordnete Rohre, wobei ein Wärme- oder Heizmittel durch die Rohre
treten kann, während Luft in direkter Berührung mit den Platten so zwangsbewegt
wird, daß die Wärme des Wärmemittels wirksam auf die Luft übertragen werden kann.
Das durchgeführte Wärmetauschverfahren ist in folgende Einzelschritte aufgliederbar:
Zunächst wird die Wärme vom Wärmemittel auf die Rohre übertragen und von den Rohren
zu den Platten und dann auf die Luft. Da das Wärmeübertragungsverhältnis von den
Platten zur Luft im Vergleich mit dem vom Wärmemittel
auf die Rohre
sehr gering ist, ist es üblich, Platten mit großer Gesamtoberfläche zu verwenden
und dadurch das Innenflächen-/A ußenflächenverhältnis des Wärmetauschers beträchtlich
zu erhöhen. Das erhöht jedoch die Kosten und die Größe des Geräts, wodurch Schwierigkeiten
beim Einbau der Wärmetauscher in Klimageräte wegen der begrenzten Raumverhältnisse
bestehen.
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Es wurden schon verschiedene Versuche unternommen, die Wärrneübertragung
von den Platten zur Luft zu verbessern. Eine erfolgreiche Verbesserung war das so
Schlitzen der Platten, daß jede Wärmegrenzluftschicht, die an der Kante jeder Platte
gebildet ist, durch die so gebildeten Haubenausschnitte gebrochen wird zur Bildung
einer neuen Wärmegrenzluftschicht, wobei dieser Zyklus wiederholt wird zur verbesserten
Wärmeleitung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher dieser Art anzugeben,
der leichter herzustellen ist und besseren Wärmetausch ermöglichst.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stapel aus zusammengebauten
Platten, mehreren Rohren mit ca. 10 mm (3/8 in.) Außendurchmesser und U-Bögen, wobei
die Platten mit Kurz-Haubenausschnitten und Lang-Haubenausschnitten und mit Öffnungen
mit Bunden in mehreren Zügen so ausgebildet sind, daß jeder der Züge aus jeweils
zwei Reihen der Kurz-Haubenausschnitte und der Lang-Haubenausschnitte besteht, die
abwechselnd mit einer Reihe der Bunde im rechten Winkel zur Luftstromrichtung und
symmetrisch zur Bund-Reihe angeordnet sind, die ausgeschnittenen und unausgeschnittenen
Bereiche 2,0 bis 2,2 mm
breit sind und abwechselnd und äquidistant
vorgesehen sind, die Höhe der Haubenausschnitte gleich der halben Höhe der Bunde
ist, die höchstens 1,8 mm beträgt, die Bunde so in zueinander versetzten Reihen
angeordnet sind, daß die Mitten jeweils dreier Bunde ein gleichseitiges Dreieck
mit einem gegenseitigen Bund-Abstand von 23,5 bis 25 mm bilden, jede Platte symmetrisch
zu den Bund-Reihen ausgebildet ist, die Platten-Breite, die jede Bund-Reihe enthält,
in Luftstromrichtung gemessen 20,4 bis 21,7 mm beträgt, die Vorder- und Hinterkanten
jeder Platte etwa 3 mm breite unausgeschnittene Ränder besitzen, und etwa 6 mm breite
unausgeschnittene Zwischenzonen zwischen benachbarten Bund-Reihen vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen! Fig. 1 perspektivisch im Teilschnitt einen erfindungsgemäßen
Wärme metauscher, Fig. 2 eine Einzelheit einer Platte des Wärmetauschers, Fig. 3
einen Schnitt III-III gemäß Fig. 2, Fig. 4 in Teilansicht eine Platte.
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In der Zeichnung dargestellte Blech(-Leit- )platten 1 werden aus
einer Aluminiumplatte oder -tafel hergestellt, die in Stücke gewünschter Abmessungen
geschnitten ist, wobei jede Platte mit Rändern, Wulsten oder Bunden la versehene
Öffnungen aufweist und in sie Haubenausschnitte
(vgl. insbesondere
Fig. 1 und 3) (1 b, lc) eingedrückt oder eingeprägt sind. Die Bunde la erstrecken
sich in den wärmezutauschenden Luftstrom und sind in mehreren versetzten Reihen
angeordnet, so daß die Mitten jeweils dreier Bunde 1 a ein gleichseitiges Dreieck
bilden. Die Achsen der Haubenausschnitte lb, lc ragen in rechten Winkeln zur Luftstrom
richtung und sind abwechselnd und symmetrisch zu den Reihen der Bunde la angeordnet,
um Züge oder Serien zu bilden. Jeder Zug besteht, wie dargestellt, aus zwei Reihen
Kurz-Haubenausschnitte lb und zwei Reihen Lang-Haubenausschnitte lc, die parallel
zueinander angeordnet sind, wobei die Lang-Haubenausschnitte lc die äußeren Reihen
des Zugs bilden. Rohre 2 sind in die mit dem Bund 1 a versehenen Öffnungen mehrerer
Platten 1 eingesetzt, die zu einem Paket oder Stapel vereinigt sind und sind ausgeweitet
zur festhaltenden Anbringung an und zum Wärmekontakt mit den Platten 1. Die beiden
offenen Enden der Rohre 2 sind durch U-Bögen 3 verbunden mittels Schweißen oder
Löten, so daß das Wärmemittel einen serpentinenförmigen oder wellenförmigen Zwangsströmungsweg
durch den Platten-Stapel durchführt.
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Der Wärmetauscher mit dem beschriebenen Aufbau wirkt so, daß, wenn
das Wärmemittel durch ein Einsatzrohr 4 in die gesamte Anordnung der miteinander
verbundenen Rohre 2 eingeführt wird, die Wärme des Wärmemittels von den Rohren 2
auf die Platten und dann auf den Luftstrom übertragen wird, der entlang der Oberflächen
der Platten 1 strömt. Da die Platten 1 geschlitzt oder ausgeschnitten sind, wird
die Wärmegrenzluftschicht, die anfangs an der Eingangskante jeder Platte 1 gebildet
wird, durch die ersten Haubenausschnitte lc gebrochen, die an der Vorderseite des
ersten Zugs angeordnet sind, und die so durch
die Haubenausschnitte
lc erzeugte Wärmegrenzschicht wird auf der Rückseite der Haubenausschnitte 1 c auf
Null verringert, wobei dieser Vorgang bei den folgenden Haubenausschnitten lc wiederholt
wird, so daß ein verbessertes Wärmeübertragungsverhältnis erreicht wird. Dadurch
wird ein Konzept verwirklicht, das als solches üblich ist. Auch die regelmäßige
"Dreieck"-Befestigung und versetzte Anordnung der Bunde la der Platten 1 macht es
möglich, den Wärmetauscher mit U-Bögen 3 gleicher Größe und Form aufzubauen. Bei
den herkömmlichen Wärmetauschern, die Platten mit Haubenausschnitten aufweisen,
wie die Haubenausschnitte lb und lc gemäß der Erfindung, erzeugen diese Haubenausschnitte
einen solchen Luftströmungs-Widerstand, daß mehr Luft entlang der ungeschlitzten
oder unausgeschnittenen Bereiche als entlang der geschlitzten oder ausgeschnittenen
Bereiche, oder vor den Bereichen um die Bunde la strömt. Gemäß der Erfindung wird
im Gegensatz dazu der Luftstrom gleichmäßig verteilt, da die Bunde la versetzt angeordnet
sind und deshalb erreicht der Luftstrom, der an den Umfängen der Bunde 1 a vorbeigetreten
ist, die Mitten der Haubenaus schnitte lb und 1 c und trifft dann an den Umfängen
der folgenden Bunde la ein. Dadurch wird die durch den Wärmetauscher geführte Luft
stets durch die Haubenausschnitte lb, lc hindurch zwangsgeführt.
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Für die Massenfertigung ist es zweckmäßig, wenn die Platten 1 durch
einen einzigen Prägestempel geprägt und geschnitten werden, um die Bunde 1 a und
Haubenausschnitte lb, lc jeweils in mehreren Reihen, wie in Fig. 4 dargestellt,
zu bilden. Mit Rücksicht auf die Anwendungen müssen Platten 1 in verschiedenen Größen
für z. B. große und kleine Wärmetauscher zur Verfügung stehen.
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Die beiden Bedingungen können gemäß der Erfindung durch Bildung
eines
Werkstücks mit unausgeschnittenen Bereichen ld, die jeweils zwischen der letzten
Reihe der Haubenausschnitte 1 c eines Zugs und der ersten Reihe der Haubenausschnitte
1 c des nächsten Zugs angeordnet sind, mit einer Zonenbreite a, die doppelt so groß
ist wie die Breite b jeder unausgeschnittenen Zone 1 e zwischen der Kante jeder
Platteneinheit und der ersten Reihe der Haubenausschnitte lc des ersten Zugs. Dann
kann das Werkstück in Platteneinheiten verschiedener Größen eingetrieben werden,
wie entlang den Strichlinien der Fig. 4. Auf diese Weise können verschiedene Platten
durch einen einzigen Prägestempel hergestellt werden.
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Es ist erwünscht, wenn die Breiten der Kurz-Haubenausschnitte lb,
der Lang-Haubenausschnitte 1 c und der unausgeschnittenen Bereiche dazwischen, in
Luftstromrichtung gemessen, einerseits gering sind im Hinblick auf das Wärmeübertragungsverhältnis,
jedoch andererseits groß sind im Hinblick auf den Luftströmungs-Widerstand. Als
Kompromiß konnte festgestellt werden, daß der Größenbereich 2,0 bis 2,2 mm die besten
Ergebnisse zeigt.
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Die Höhe c der Haubenausschnitte lb, lc (vgl. Fig. 3) ist gleich
der halben Höhe d der Bunde la, Das vermeidet eine Ablenkung des Luftstroms weg
vom Raum zwischen den Platten 1 und ermöglicht befriedigenden Wärmetausch. Wenn
die Höhe d der Bunde 2 kleiner als 1,8 mm ist, nimmt der Luftströmungs-Widerstand
abrupt oder stark zu, und die übertragene Wärmemenge nimmt trotz Erhöhen der Zahl
der verwendeten Platten 1 ab. Aus diesem Grund ist gemäß der Erfindung der Abstand
zwischen den Platten 1 nicht kleiner als 1,8 mm. Die Platten 1 können in geeigneten
Abständen über dem Grenzwert gesetzt oder angebracht werden, abhängig von der Art
und den Eigenschaften des Gebläses.
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Das Ausschneiden der Platten 1 verbessert das Wärmeübertragungsverhältnis
von den Platten 1 zur Luft, jedoch neigt der Plattenwirkungsgrad zum Abfallen. Um
diesen Nachteil zu beseitigen, muß der Abstand zwischen den Rohren 2 verkürzt werden.
Da die Fertigungskosten des Wärmetauschers zum größten Teil vom Rohrwerkstoff abhängen,
kann die Verwendung dünnwandiger Rohre für diesen Zweck die Kosten verringern. Die
Wanddicke der zu verwendenden Rohre wird durch die Grenz-Krümmung der U-Bögen 3
bestimmt. Bei den üblicherweise bei Klimageräten verwendeten Rohren mit ca. 10 mm
(3/8 in) A ußendurchmesser beträgt der Maximalkrümm ungs-Durchmesser 23,5 bis 25
mm, und deshalb liegt der Rohrabstand im gleichen Bereich.
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Die regelmäßige Dreieck-Befestigung und versetzte Anordnung der Bunde
la der Platten 1 bestimmt die Plattenbreite e in Luftstromrichtung zu 20,4 mm pro
Bund-Reihe, bei einem Rohr-Abstand 23,5 mm, oder zu 21,7 mm, bei einem Rohr-Abstand
25,0 mm. Wenn die Haubenausschnitt-Breite zwischen 2,0 und 2,2 mm beträgt, können
vier Haubenausschnitt-Reihen gebildet werden. Dann ist die Abmessung b des unausgeschnittenen
Randes le entlang der Vorderkante jeder Platte 1 3 mm und die Abmessung a des dazwischenliegenden
unausgeschnittenen Bereiches ld 6 mm.
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Eine Fertigung aufgrund der genannten Abmessungen erlaubt die sehr
einfache Herstellung von Blechplatten-Rohrwärmetauschern mit hervorragendem Wärmetauschvermögen.