DE3143332C1

DE3143332C1 - Waermetauscher mit einem Iuftbeaufschlagbaren Buendel parallel verlaufender Rohre

Info

Publication number: DE3143332C1
Application number: DE3143332A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Andres; Helmut 7032 Sindelfingen Grantz; Wolf-Dietrich Dr. 7031 Ehningen Münzel; Wolfgang 7032 Sindelfingen Odebrecht
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-04-14
Also published as: JPS5883185A; US4448241A; FR2515802B1; FR2515802A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem luftbeaufschlagbaren Bündel parallel verlaufender Rohre nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS

30 31 624 als bekannt hervorgeht.

Der dort gezeigte Wärmetauscher dient wahlweise zum Kühlen oder zum Heizen des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges. An den beiden Enden des Rohrbündels sind jeweils unterschiedliche Wärmetauscherköpfe vorgesehen, von denen der eine mit heißem Wasser zum Heizen und der andere mit Kältemittel zum Kühlen beaufschlagt werden kann. Die Verteilung der zugeführten Wärme bzw. der Kälteleistung auf den Luftstrom erfolgt durch das Rohrbündel, dessen Rohre als an sich bekannte sogenannte Wärmerohre ausgebildet sind. Ähnliche Anordnungen eines wahlweise sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendbaren Wärmetauschers zeigen die DE-OS 27 56 119 und die DE-OS 28 00 265.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltungsform des Wärmetauschers anzugeben, die rationell herstellbar ist und die einen guten Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträgermedium und den Wärmerohren erwarten läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Verwendung von dreilagigen Teilverbundschichtkörpern mit zwei gesonderten Kanälen bzw. Kanalnetzen können auf rationelle und kostengünstige Weise viele gegeneinander abgetrennte Kanäle gebildet werden, zwischen denen jedoch eine innige wärmeleitende Verbindung besteht. Zum anderen wird aufgrund einer dichten Packung vieler aneinander angrenzender Teilverbundschichtkörper auf kleinem Raum ein inniger Wärmeaustausch zwischen den unterschiedlichen Strömungsräumen möglich.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und weitere Vorteile der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen

F i g. 1 und 2 Ansicht in Luftströmungsrichtung (Fig. 1) bzw. eine Teilansicht quer dazu teilweise geschnitten entlang dem Linienzug H-II (F i g. 2) auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers nach der Erfindung mit runden Rohren innerhalb des Rohrbündels,

Fig.3 und 4 ähnliche Ansichten wie zuvor auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers nach der Erfindung mit zwei Teilverbundschichtkörpern je Rohrreihe und

Fig.5 und 6 Seitenansicht quer zum Luftstrom (F i g. 5) und Ansicht von oben (F i g. 6) auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers nach der Erfindung, bei dem auch die luftbeaufschlagten Rohre durch den Teilverbundschichtkörper gebildet sind.

Die beiden in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Wärmetauscher 1 bzw. Γ bestehen im wesentlichen aus einem Wärmetauscherkopf 2 bzw. 2' sowie aus einem von diesem ausgehenden luftbeaufschlagbaren Rohrbündel von parallel verlaufenden Rohren 6, welches seinerseits aus mehreren etwa gleichlangen parallel nebeneinanderliegenden Rohrreihen 7 bzw. T besteht, die quer zum Luftstrom 5 angeordnet sind. Die Rohre des Rohrbündels stehen gruppenweise untereinander in Verbindung und bilden Wärmerohrhohlräume, die gegenüber den von Wärmeträgermedium beaufschlagbaren Räumen des Wärmetauscherkopfes strömungsmäßig getrennt und abgedichtet sind. Innerhalb des Wärmetauscherkopfes besteht eine gute wärmeübertragende Verbindung zwischen den Strömungskanälen des Wärmeträgermediums, den Wärmeträgerkanälen 9 einerseits und den im Wärmetauscherkopf liegenden Teilen der Wärmehohlräume des Rohrbündels, den Wärmerohrkanälen 8 andererseits. Die Wärmerohre verteilen bei geringen Temperaturgefällen die aufgenommene Wärme an den ganzen Querschnitt des Luftstromes 5.

Es können auch zwei Wärmetauscherköpfe am Rohrbündel vorgesehen sein, von denen der eine ίο zweckmäßigerweise oben angeordnet ist und beim Kühlen des Luftstromes mit einem zu verdampfenden Kältemittel beaufschlagbar ist, während der untere Anschlußkasten beim Heizen verwendet und dann mit Heißwasser durchströmt wird. Die Wärmerohrhohlräunie des Rohrbündels bzw. der Rohrreihen erstrecken sich sowohl in den oberen als auch in den unteren Wärmetauscherkopf hinein. Beim Heizen wird das in den Wärmerohrhohlräumen befindliche Medium unten verdampft, steigt in den Rohren 6 auf, gibt Wärme über die Rohrwandung an den Luftstrom ab und kondensiert an der Rohrinnenseite; das Kondensat läuft durch Schwerkrafteinfluß und/oder durch Kapillarwirkung einer entsprechenden Strukturierung der Rohrinnenseite zur beheizten Stelle zurück, so daß sich der Kreislauf schließt. Beim Kühlen des Luftstroms wird selbstverständlich die Heizwasserzufuhr abgeschaltet und statt dessen zu verdampfendes Kältemittel durch den oberen Anschlußkasten geleitet. Bei dieser Betriebsart wird das in den Wärmerohrhohlräumen befindliche Medium in den dem Luftstrom ausgesetzten Röhren 6 des Bündels verdampft, wobei der Luft Wärme entzogen wird. Das verdampfte Medium steigt im Rohrinnern auf und kondensiert in den im oberen Anschlußkasten befindlichen Abschnitten der Wärmerohrhohlräume, wobei die aufgenommene Wärme an das Kältemittel überführt wird und dieses verdampft. Das gebildete Kondensat läuft durch Schwerkrafteinfluß und/oder durch Kapillarwirkung im Rohrinneren nach unten in den Teil der Wärmerohrhohlräume, die dem Luftstrom 5 ausgesetzt sind, wodurch sich ebenfalls der Kreislauf wieder schließt. In jedem Fall ist die Kondensationspartie des Wärmerohrhohlraumes in Schwerkraftrichtung oberhalb der Verdampfungspartie angeordnet, so daß ein Kondensatrückfluß durch Schwerkrafteinfluß begünstigt wird. Dieses wirkt sich auf eine leistungsfähige Wärmeübertragung günstig aus. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen der angeströmten Luft und den Rohren 6 sind auf diese gelochte Bleche aufgeschrumpft, zwischen denen die Luft hindurchstreicht. Der Schrumpfsitz wird zweckmäßigerweise durch eine Aufweitung der Rohre nach dem Auffädeln der Bleche erzeugt

Bei den Wärmetauschern nach den F i g. 1 bis 4 sind die Wärmetauscherköpfe durch mehrere dreilagige geblähte Teilverbundschichtkörper gebildet, die dort quer zur Richtung des Luftstromes 5 angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 ist je Rohrreihe ein Teilverbundschichtkörper 10 vorgesehen, wogegen beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 zwei Teilverbundschichtkörper 10' je Rohrreihe vorhanden sind. Aufgrund der Dreilagigkeit des flachen Teilverbundschichtkörpers können zwei gesonderte Kanäle oder Kanalnetze in ihnen gebildet werden, wobei einer davon den Wärmerohrkanal 8 und der andere den Wärmeträgerkanal 9 des Wärmetauscherkopfes bildet. Der Wärmerohrkanal ist in Form eines etwa leiterförmigen Kanalnetzes ausgebildet, dessen den Leitersprossen entsprechenden Kanalabschnitte

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• parallel zu den Rohren 6 liegen. Der Wärmeträgerkanal parallel zu den Rohrreihen auszurichten. Um einen hingegen ist unverzweigt ausgebildet und verläuft Luftdurchtritt quer zu den Wärmetauscherplatten zu mäanderförmig über den ganzen Bereich des Teilver- ermöglichen, sind zwischen den Rohren 6' parallel zu bundschichtkörpers hinweg, wobei die vertikalen ihnen verlaufende Längsschlitze 13 vorgesehen, die Kanalabschnitte des Wärmeträgerkanales deckungs- 5 durch Stabilisierungsstege 14 in mehrere kürzere gleich mit den den Leitersprossen entsprechenden hintereinander angeordnete Durchbrüche unterteilt Kanalabschnitten des Wärmerohrkanales Hegen, so daß sind. Um den Wärmeaustausch zwischen Luft und den beide Kanalarten auf einem möglichst großen Teil ihres von ihr beaufschlagten Teil der Wärmetauscherplatte zu Verlaufes deckungsgleich angeordnet sind. Der Wärme- begünstigen, sind im Bereich zwischen den einzelnen rohrkanal eines Teilverbundschichtkörpers weist meh- 10 Rohren mehrere aus der Plattenebene herausragende rere zum Rand hin verlaufende Stichkanäle 11 auf, von Zungen 15 nach Art von Wärmeübergangsrippen denen je einer mit einem Rohr der entsprechenden vorgesehen, die aus dem Plattenwerkstoff ausgestanzt Rohrreihe dichtend, z. B. durch eine Lötung verbunden und umgebogen sind.

ist. Das Rohr ist an der entsprechenden Übergangsstelle Wie die Ansicht von oben nach F i g. 6 zeigt, können etwas abgeflacht, wogegen der Stichkanal gegenüber 15 die mehreren Teilverbundschichtkörper des Wärmetauden anderen Kanalquerschnitten etwas aufgeweitet ist. schers aus einer zusammenhängenden Platine durch

Die Wärmerohrhohlräüme der verschiedenen Teil- zick-zack-förmiges Falten gebildet werden. Dies eröffverbundschichtkörper haben bei den Ausführungsbei- net die Möglichkeit, größere rationeller zu fertigende spielen nach den Fig. 1 bis 4 keine Querverbindung und zu handhabende Platinen von Teilverbundschichtuntereinander. Bei den quer zur Luftströmungsrichtung 20 körpern zu benutzen.

liegenden Teilverbundschichtkörpern können hier die Das in den F i g. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbei-Wärmerohrhohlräume jeweils für sich aufgrund einer spiel eines Wärmetauschers 1' weist zwei gleiche bestimmten Füllung individuell auf bestimmte Arbeits- Wärmetauscherköpfe 3 und 3' auf. Die Besonderheit punkte eingestellt werden, so daß auch bei weiter hinten dieses Wärmetauschers liegt unter anderem in der im Luftstrom liegenden Rohrreihen trotz des abneh- 25 Unterteilung der Wärmetaüscherköpfe; und zwar sind menden Temperaturgefälles zwischen der Luft und den sie quer zur Richtung der Rohrreihen bzw. quer zur Rohren noch ein optimaler Wärmeübergang erzielt Richtung des Luftstromes in zwei voneinander getrennwerden kann, te jeweils gesondert mit nach außen führenden Zu-bzw.

Durch die Zweifachanordnung von Teilverbund- Ablauf anschlüsse versehene Sektionen unterteilt. Die schichtkörpern 10' je Rohrreihe 7' können je Bauvolu- 30 Wärmerohrkanäle 9 der einzelnen nebeneinanderliemeneinheit des Wärmetaüscherkopfes größere Wärme- genden Teilverbundschichtkörper sind zulaufseitig und austauschflächen zwischen den Wärmeträgerkanälen ablaufseitig jeweils über ein Verbindungsrohr 4 und den Wärmerohrkanälen untergebracht werden, so miteinander strömungsmäßig verbunden, in welches ein daß bei vorgegebener Länge und Breite des Wärmetau- Zulaufanschluß einmündet bzw. von dem aus ein scherkopfes dieser flach ausgebildet werden kann. Die 35 Ablaufanschluß abgeht. Dank der Unterteilung der Doppelanordnung von Teilverbundschichtkörpern je Wärmetauscherköpfe in zwei hintereinanderliegende Rohrreihe hat außerdem den Vorteil, daß diese Sektionen 16, 17 können diese einzeln abgeschaltet innerhalb des Wärmetauscherkopfes auf Block ge- werden, so daß isoliert nur eine der Sektionen schichtet sind, was allerdings voraussetzt, daß die demgemäß der zugehörige Teil des Wärmetauscher-Gesamtstärke eines Teilverbundschichtkörpers wenig- 40 kopfes für sich beaufschlagt werden kann. Eine solche stens etwa dem halben Rohrdurchmesser entspricht und Ausgestaltung des Wärmetauschers bzw. der Wärmetwozu ferner die Rohre benachbarter Teilverbund- auscherköpfe istsinnvoll für das Trocknen feuchter Luft, schichtkörper zueinander auf Lücke angeordnet sein Hierbei werden die drei ersten im Luftstrom liegenden müssen. Um die einem Paar von Teilverbundschichtkör- Rohre 6' der Rohrreihen gekühlt, indem dem oberen pern zugeordneten Rohre in einer geraden Rohrreihe 7' 45 Anschlußkasten 3 Kältemittel mit einer Temperatur anordnen zu können, sind die einem Teilverbundschicht- unterhalb der Taupunkttemperatur der Luft zugeführt körper zugeordneten Rohre exzentrisch zu ihm geführt wird, wobei die hintere Sektion des Wärmetauscherkop- und die beiden einer Rohrreihe zugeordneten Teilver- fes abgeschaltet ist und dementsprechend die drei bundschichtkörper mit den zugehörigen Rohren sind hinteren Rohre der Rohrreihen nicht gekühlt werden, dann spiegelbildlich zueinander angeordnet. 50 Gleichzeitig wird jedoch der untere Wärmetauscher-

Bei dem in den Fig.5 und 6 dargestellten kopf 3'mit Heizwasser beaufschlagt, wobei hier dessen Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers sind auch vordere Sektion stillgelegt wird und lediglich die die Rohre 6' einer Rohrreihe des Rohrbündels in Form hinteren Rohre der Rohrreihen beheizt werden. Durch eines aufgeblähten Teilverbundschichtkörpers gebildet, eine solche Betriebsweise kann der durch den der mit dem zu der Reihe gehörigen Teilverbund- 55 Wärmetauscher geförderten Luft die Feuchtigkeit schichtkörper des Wärmetauscherkopfes 3 bzw. 3' zu entzogen werden, indem diese an den vorderen kalten einer einstückigen baulichen Einheit einer Wärmetau- Rohren kondensiert; anschließend wird die abgekühlte scherplatte 12 integriert ist. Bei dieser Ausgestaltung Luft an den hinteren Rohren wieder auf normale der Rohrreihen haben die Rohre fischförmigen Quer- Temperatur aufgeheizt, so daß die getrocknete Luft schnitt, so daß es zweckmäßiger ist, den Luftstrom 60 normale Raumtemperatur erhält bzw. behält.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Wärmetauscher mit einem luftbeauf schlagbaren Bündel parallel ■ verlaufender, wenigstens in einer Reihe, vorzugsweise in mehreren gleichlangen parallel nebeneinanderliegenden Reihen angeordneter metallener Rohre, die hermetisch verschlossen und nach Art von Wärmerohren ausgebildet sind, ferner mit wenigstens einem quer zum Rohrbündel sich erstreckenden von einem Wärmeträgermedium durchströmbaren metallenen Wärmetauscherkopf, der strömungsmäßig gegen die Wärmerohrhohlräume des Rohrbündels abgedichtet ist, aber in wärmeübertragender Verbindung mit ihnen steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherkopf (2, 2', 3, 3') aus wenigstens einem geblähten, dreilagigen, zwei gesonderte Kanäle oder Kanalnetze umschließenden flachen Teilverbundschichtkörper (10, 10') je Rohrreihe (7, T) gebildet ist, der parallel zu der zugehörigen Rohrreihe (7,7') ausgerichtet ist, wobei einer der Kanäle eines Teilverbundschichtkörpers (10,10') — Wärmerohrkanal (8) — mit den Wärmerohrhohlräumen der Rohrreihe (7,7') verbunden und der andere Kanal — Wärmeträgerkanal (9) — vom Wärmeträgermedium beaufschlagbar ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrkanal (8) in Form eines etwa leiterförmigen Kanalnetzes ausgebildet ist, dessen den Leitersprossen entsprechenden Kanaläbschnitte parallel zu den Rohren (6) der Rohrreihe (7,7') liegen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrkanal (8) mehrere) zum Rand des Teilverbundschichtkörpers (IiL" JlO') verlaufende Schichtkanäle (11) aufweist, von denen je einer mit einem Rohr (6) der entsprechenden Rohrreihe (7, 7') dichtend verbunden ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkanal (9) unverzweigt mäanderförmig über den ganzen Bereich des Teilverbundschichtkörpers (10, 10') verläuft.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkanal· (9) und der Wärmerohrkanal (8) auf einem jeweils möglichst großen Teil ihres Verlaufes deckungsgleich angeordnet sind.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teilverbundschichtkörper (10') je Rohrreihe (7') und Wärmetauscherkopf (2') vorgesehen sind, wobei abwechselnd ein Rohr (6) zu dem einen und das nächste Rohr (6) zu dem anderen Teilverbundschichtkörper (10') geführt, und zwar abwechselnd spiegelbildlich exzentrisch zu ihm geführt ist (F i g. 3 und 4).
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtstärke eines Teilverbundschichtkörpers (10') wenigstens etwa dem halben Rohrdurchmesser entspricht und daß die Teilverbundschichtkörper (10') eines Wärmetauscherkopfes (2') auf Block geschichtet sind, wobei die Rohre (6), die benachbarten Teilverbundschichtkörpern (10') zugeordnet sind, zueinander auf Lücke angeordnet sind.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrreihen (7, 7') und Teilverbundschichtkörper (10, 10') quer zum Luftstrom (5) angeordnet sind.
9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (6')

einer Reihe ebenfalls in Form aufgeblähter Teilverbundschichtkörper ausgebildet sind, die mit dem zu der Reihe gehörigen Teilverbundschichtkörper des Wärmetauscherkopfes (3, 3') zu einer einstückigen baulichen Einheit einer Wärmetauscherplatte (12) integriert sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (12) zwischen den Rohren parallel zu ihnen verlaufende Längsschlitze (13) für einen quer zur Wärmetauscherplatte (12) gerichteten Luftdurchtritt aufweisen.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze durch Stabilisierungsstäbe (14) in mehrere kürzere hintereinander angeordnete Durchbrüche unterteilt sind.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (12) im Bereich zwischen den einzelnen Rohren (6') mehrere aus der Plattenebene herausragende aus dem Plattenwerkstoff ausgestanzte Zungen (15) nach Art von Wärmeübergangsrippen aufweisen.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherplatten (12) parallel zum Luftstrom (5) ausgerichtet sind.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilverbundschichtkörper des Wärmetauschers (1") bzw. des Wärmetauscherkopfes (3, 3') durch einen einheitlichen zick-zack-förmig flach übereinandergefalteten entsprechend größeren Teilverbundschichtkörper gebildet sind.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden des Rohrbündels jeweils ein Wärmetauscherkopf (3,3') vorgesehen ist, von denen der eine (3) mit einem wärmer als Raumtemperatur und der andere (3') mit einem kälter als die Taupunkttemperatur der beaufschlagten Luft temperierten Wärmeträgermedium beaufschlagbar ist und daß die Wärmeträgerkanäle (9) der Teilverbundschichtkörper im Bereich der beiden Wärmetauscherköpfe (3, 3') in zwei

so unabhängige jeweils gesondert mit nach außen führenden Zu- bzw. Ablaufanschlüssen versehene vorzugsweise gleichgroße in Luftströmungsriehtung gesehen hintereinander liegende Sektionen (16,17) unterteilt sind bzw. die einzelnene Wärmeträgerkanäle zu zwei derartigen Sektionen zusammengefaßt sind, derart, daß lediglich ein Teil der Rohrreihen des Rohrbündels isoliert von dem einen Wärmetauscherkopf (3) aus und gleichzeitig der andere Teil der Rohrreihen von dem anderen Wärmetauscherkopf (3') aus beaufschlagbar ist.