EP0826941B1 - Rohrblock-Wärmeübertrager - Google Patents

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EP0826941B1
EP0826941B1 EP97113381A EP97113381A EP0826941B1 EP 0826941 B1 EP0826941 B1 EP 0826941B1 EP 97113381 A EP97113381 A EP 97113381A EP 97113381 A EP97113381 A EP 97113381A EP 0826941 B1 EP0826941 B1 EP 0826941B1
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EP
European Patent Office
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spacers
heat exchanger
tube
spacer
tube block
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EP97113381A
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French (fr)
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EP0826941A2 (de
EP0826941A3 (de
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Gebhard Schwarz
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Publication of EP0826941A3 publication Critical patent/EP0826941A3/de
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/916—Oil cooler

Definitions

  • the invention relates to a tube block heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • Such heat exchanger are for example in flat tube construction as Oil / air cooler or as water / air cooler in motor vehicles used.
  • the one to be cooled flows Liquid from a connection channel functioning as a distribution channel on one side of the pipe block through the pipes to a connection channel functioning as a collecting channel the other side of the pipe block and is from between the pipes blown air cooled.
  • To improve the Heat transfer is usually a rib structure in the spaces inserted between the tubes.
  • a tube block heat exchanger of this type is for example in published patent application EP 0 479 012 A1.
  • There are the flat tubes by means of an intermediate floor or Support comb is kept at a distance on each side of the pipe block.
  • the pipes enter through through openings through the intermediate floors or the support combs and open open at the end in laterally adjoining, box-shaped, as Connection channels serving distribution or collecting channels.
  • a tube block heat exchanger according to the preamble of claim 1 is e.g. known from DE-3 8 10 131-C.
  • the invention is a technical problem of providing a tube block heat exchanger of the aforementioned Type based, which is comparatively easy to manufacture and has at least two separate fluid circuits.
  • the invention solves this problem by providing it a tube block heat exchanger with the features of the claim 1.
  • This heat exchanger has a comparative easy to manufacture structure from individual, spaced tubes lying side by side and sealed at the ends as well as spacer elements between two neighboring Pipe end areas are introduced to the desired spaces to form between the tubes.
  • the necessary Connection channels on the pipe block cross sides are through respective Cross openings formed in the end areas of the pipes and in the spacers with the exception of the separation spacers are provided.
  • the height in the tube block is opposite on each side of the tube block in a technically simple manner two or more separate connection channels are formed.
  • the Pipe block is thereby in successive pipe block sections divided, which flows through several fluids separately can be.
  • Such a heat exchanger can for example for the simultaneous cooling of Engine oil on the one hand and gear oil on the other hand by means of air be used in a motor vehicle. It is only to fix a single radiator block in the vehicle, which without can also be designed as a large area cooler.
  • U-shaped Spacer shoes are provided, each of which has an associated one Grips pipe end area, with adjacent spacers placed in contact and firmly together are connected.
  • the spacers which keep adjacent pipes at a distance from each other connected halves of two successive spacer shoes educated.
  • the separation spacer elements are thereby realizes that associated, opposite one another at the same height Spacer halves not with a continuous Cross opening are provided.
  • This heat exchanger construction allows the insertion of the separation spacer elements very flexibly at any desired height of the Pipe block, so that the pipe block in its overall dimensions, especially the number of tubes used, as also with regard to its division into fluid-separated ones Pipe block sections in the production without major Additional effort optimal for the respective application can be coordinated.
  • heat exchanger are the separation spacers on their exposed ones Outside areas designed differently than the other spacer elements, and in such a way that this is from a corresponding Sensor technology can be detected. This way is finished Pipe block heat exchanger can be quickly determined where there are separation spacers are located.
  • the tube block heat exchanger shown in Fig. 1 includes a pipe block of several, in a row in the pipe transverse direction spaced apart flat tubes (1).
  • corrugated ribs (3) which in Fig. 1 only partially shown for clarity are.
  • the corrugated fins (3) serve for improved heat transfer between air that is perpendicular to the plane of the drawing Fig. 1 is blown through the gaps (2), and the fluid flowing in the flat tubes (1).
  • each is Flat tube (1) sealed at both ends, e.g. by attaching a flat fold and possibly additional Sealing soldering.
  • Each is at both end ranges Flat tube (1), each with a continuous transverse opening (4a, 4b) Mistake.
  • the tube end areas are each U-shaped Grasp the spacer shoe (5).
  • To manufacture the heat exchanger are, as indicated by the arrows in Fig. 2, initially the two spacer shoes (5) on each flat tube (1) attached and then the spacer shoe flat tube units thus obtained put together in a row so that neighboring Touch spacer shoes (5).
  • each spacer shoe (5) firmly with the encompassed pipe end area is connected, so that a rigid pipe block structure results. This is through along one end plate element (6a, 6b) each, at which Fastening elements (7a, 7b, 7c, 7d) are provided, with which the pipe block heat exchanger at the desired installation location can be attached.
  • the separation spacer shoes (5a, 5b) differ from the remaining spacer shoes (5) in that they only on one (5c) of their two halves (5c, 5d) are provided with a transverse opening are formed while the other half (5d) is closed is like this for one (5b) of the two separation spacers can be seen in the detailed view of FIG. 3 is.
  • the two closed halves (5d) lie here two separation spacer shoes (5a, 5b) within the same Gap (2a) between two adjacent flat tubes. So that will a division of the connection channel structure in a simple manner each pipe transverse side in two separate connection channels (9a, 9b) achieved, as shown in Fig. 3 for a pipe transverse side are shown.
  • the pipe block structure in two pipe block sections each a distribution channel on one side of the pipe and one the associated collecting duct is divided on the other side of the pipe, passed through the two fluids separated from each other can be.
  • Fig. 1 are for each of the two pipe sections, one leading to the outside Connection (10a, 10b; 11a, 11b) provided, each of which one as an inlet into the associated distribution channel and the others act as an outlet from the associated manifold.
  • Oil / air cooler for simultaneous cooling of engine oil and transmission oil can be used by one of the both, by the separation spacers (5a, 5b) from each other separated pipe block sections the engine oil to be cooled and through the other pipe block section the gear oil to be cooled be passed through and the entire pipe block structure is blown with cooling air.
  • the spacer shoes (5, 5a, 5b) the distance between adjacent flat tubes (1) that results from twice the thickness of a spacer half.
  • the marking can be designed in such a way that you can see which one is closed trained halves (5d) of the separation spacer (5a, 5b).
  • Spacers are provided, which the required Spacer elements for mutual spacing of the Provide flat tubes.
  • perforated plate pieces as spacer elements between the adjacent pipe end areas inserted and soldered or glued to them his. There is then a pair of non-perforated plate pieces to provide as separation spacers that the Function of dividing the pipe block into fluid-separated sections fulfill.
  • the pipes are not folded, as described, but be sealed at the end that the spacers be placed on the flat tubes in such a way that they Half engage in the pipe and connected to it in a fluid-tight manner e.g. by sealing soldering.
  • the finished Pipe block construction then changes on each transverse side a spacer shoe half with a flat tube wall itself touching, e.g. by means of soldering or gluing are interconnected.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrblock-Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Wärmeübertrager werden beispielsweise in Flachrohrbauweise als Öl/Luft-Kühler oder als Wasser/Luft-Kühler in Kraftfahrzeugen verwendet. In diesem Anwendungsfall strömt die zu kühlende Flüssigkeit von einem als Verteilerkanal fungierenden Anschlußkanal auf einer Rohrblockquerseite durch die Rohre hindurch zu einem als Sammelkanal fungierenden Anschlußkanal auf der anderen Rohrblockquerseite und wird von zwischen den Rohren hindurchgeblasener Luft gekühlt. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist meist eine Rippenstruktur in die Zwischenräume zwischen den Rohren eingebracht.
Ein Rohrblock-Wärmeübertrager dieser Art ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift EP 0 479 012 A1 beschrieben. Dort werden die Flachrohre mittels je eines Zwischenbodens oder Abstützkamms auf jeder Rohrblockquerseite auf Abstand gehalten. Die Rohre treten dabei durch Durchführungsöffnungen in den Zwischenböden bzw. den Abstützkämmen hindurch und münden endseitig offen in seitlich anschließende, kastenförmige, als Verteiler- bzw. Sammelkanal dienende Anschlußkanäle.
Ein Rohrblock Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 is z.B. aus der DE-3 8 10 131-C bekannt.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Rohrblock-Wärmeübertragers der eingangs genannten Art zugrunde, der vergleichsweise einfach herstellbar ist und wenigstens zwei voneinander getrennte Fluidkreisläufe besitzt.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Rohrblock-Wärmeübertragers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Wärmeübertrager besitzt einen vergleichsweise einfach hergestellbaren Aufbau aus einzelnen, beabstandet nebeneinanderliegenden und endseitig abgedichteten Rohren sowie Distanzelementen, die zwischen je zwei benachbarten Rohrendbereichen eingebracht sind, um die gewünschten Zwischenräume zwischen den Rohren zu bilden. Die erforderlichen Anschlußkanäle an den Rohrblockquerseiten sind durch jeweilige Queröffnungen gebildet, die in den Endbereichen der Rohre und in den Distanzelementen mit Ausnahme der Trennungs-Distanzelemente vorgesehen sind. Durch das Anordnen eines Paares von Trennungs-Distanzelementen, die keine derartigen durchgehenden Queröffnungen besitzen und sich auf gleicher Höhe im Rohrblock gegenüberliegen, werden auf jeder Rohrblockquerseite in fertigungstechnisch einfacher Weise zwei oder mehr voneinander getrennte Anschlußkanäle gebildet. Der Rohrblock wird dadurch in aufeinanderfolgende Rohrblockabschnitte unterteilt, die von mehreren Fluiden getrennt durchströmt werden können.
Dies realisiert mit geringem Herstellungsaufwand einen mit mehreren Fluiden jeweils voneinander separiert durchströmbaren Wärmeübertrager mit kompaktem Aufbau. Ein solcher Wärmeübertrager kann beispielsweise zur gleichzeitigen Kühlung von Motoröl einerseits und Getriebeöl andererseits mittels Luft in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Dabei ist lediglich ein einziger Kühlerblock im Fahrzeug zu befestigen, der ohne weiteres als Großflächenkühler ausgelegt sein kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sind U-förmige Distanzschuhe vorgesehen, von denen jeder einen zugehörigen Rohrendbereich umgreift, wobei benachbarte Distanzschuhe kontaktierend aneinandergelegt und fest miteinander verbunden sind. Auf diese Weise sind die Distanzelemente, welche benachbarte Rohre auf Abstand halten, von je zwei miteinander verbundenen Hälften zweier aufeinanderfolgender Distanzschuhe gebildet. Die Trennungs-Distanzelemente sind dadurch realisiert, daß zugehörige, sich auf gleicher Höhe gegenüberliegende Distanzschuhhälften nicht mit einer durchgehenden Queröffnung versehen sind. Diese Wärmeübertragerkonstruktion erlaubt sehr flexibel die Einbringung der Trennungs-Distanzelemente auf beliebiger, gewünschter Höhe des Rohrblocks, so daß der Rohrblock sowohl in seiner Gesamtabmessung, insbesondere der Anzahl der verwendeten Rohre, als auch hinsichtlich seiner Aufteilung in die voneinander fluidgetrennten Rohrblockabschnitte bei der Herstellung ohne größeren Zusatzaufwand optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden kann.
Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Wärmeübertrager sind die Trennungs-Distanzelemente auf ihren freiliegenden Außenseitenbereichen anders gestaltet als die übrigen Distanzelemente, und zwar so, daß dies von einer entsprechenden Sensorik erfaßt werden kann. Auf diese Weise ist am fertigen Rohrblock-Wärmeübertrager rasch feststellbar, wo sich Trennungs-Distanzelemente befinden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1
eine schematische Seitenansicht eines als Öl/Luft-Kühler in einem Kraftfahrzeug verwendbaren, von zwei Fluiden getrennt durchströmbaren Rohrblock-Wärmeübertragers in Flachrohrbauweise,
Fig. 2
eine perspektivische Explosionsansicht eines Distanz-schuh-Flachrohr-Elementes des Wärmeübertragers von Fig. 1 und
Fig. 3
eine ausschnittweise Schnittansicht eines Querseitenbereichs des Wärmeübertragers von Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Rohrblock-Wärmeübertrager beinhaltet einen Rohrblock aus mehreren, in einer Reihe in Rohrquerrichtung beabstandet nebeneinander angeordneten Flachrohren (1). In die Zwischenräume (2) zwischen den Flachrohren (1) sind in herkömmlicher Weise Wellrippen (3) angebracht, die in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur teilweise dargestellt sind. Die Wellrippen (3) dienen der verbesserten Wärmeübertragung zwischen Luft, die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 durch die Zwischenräume (2) hindurchgeblasen wird, und dem in den Flachrohren (1) strömenden Fluid.
Wie in Verbindung mit Fig. 2 genauer zu erkennen, ist jedes Flachrohr (1) an seinen beiden Stirnenden abgedichtet, z.B. mittels Anbringen eines Flachfalzes und gegebenenfalls zusätzlichem Dichtlöten. An beiden Endbereichen ist jedes Flachrohr (1) mit je einer durchgehenden Queröffnung (4a, 4b) versehen. Die Rohrendbereiche werden von je einem U-förmigen Distanzschuh (5) umgriffen. Zur Fertigung des Wärmeübertragers werden, wie in Fig. 2 durch die Pfeile angedeutet, zunächst auf jedes Flachrohr (1) die beiden Distanzschuhe (5) aufgesetzt und dann die so erhaltenen Distanzschuh-Flachrohr-Einheiten in einer Reihe aneinandergelegt, so daß sich benachbarte Distanzschuhe (5) berühren. Durch Löten oder ein anderes geeignetes Verbindungsverfahren werden dann die Distanzschuhe (5) über ihre sich berührenden Flächen fest mit-einander verbunden, wobei jeder Distanzschuh (5) fest mit dem umgriffenen Rohrendbereich verbunden ist, so daß sich ein starrer Rohrblockaufbau ergibt. Dieser wird längsseitig durch je ein Abschlußplattenelement (6a, 6b) abgeschlossen, an denen Befestigungselemente (7a, 7b, 7c, 7d) vorgesehen sind, mit denen der Rohrblock-Wärmeübertrager am gewünschten Montageort angebracht werden kann.
Zur Bildung von Anschlußkanälen entlang der beiden Rohrquerseiten sind die Distanzschuhe (5) mit Ausnahme zweier spezieller Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) auf jeder ihrer beiden Hälften mit je einer Queröffnung (8) versehen. Die Distanz-schuh-Queröffnungen (8) fluchten beim fertiggestellten Rohrblockaufbau auf der jeweiligen Rohrquerseite untereinander und mit den zugehörgen Rohr-Queröffnungen (4a, 4b), wodurch ein jeweiliger, als Verteiler- oder Sammelkanal dienender Anschlußkanal gebildet ist. Um nun die getrennte Durchströmung des Rohrblockaufbaus mit zwei verschiedenen Fluiden zu ermöglichen, ist auf einer gewünschten Höhe des Rohrblocks anstelle der oben beschriebenen, normalen Distanzschuhe (5) ein spezielles Paar von Trennungs-Distanzschuhen (5a, 5b) vorgesehen, wie sie in Fig. 1 schraffiert markiert sind. Dies bedeutet, daß eines (1a) der Flachrohre mit diesen Trennungs-Distanzschuhen (5a, 5b) anstelle der normalen Distanzschuhe (5) versehen ist.
Die Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) unterscheiden sich von den übrigen Distanzschuhen (5) dadurch, daß sie nur auf einer (5c) ihrer beiden Hälften (5c, 5d) mit einer Queröffnung versehen sind, während die andere Hälfte (5d) geschlossen ausgebildet ist, wie dies für einen (5b) der beiden Trennungs-Distanzschuhe in der Detailansicht von Fig. 3 zu erkennen ist. Dabei liegen die beiden geschlossenen Hälften (5d) der beiden Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) innerhalb desselben Zwischenraums (2a) zweier benachbarter Flachrohre. Damit wird in einfacher Weise eine Teilung der Anschlußkanalstruktur auf jeder Rohrquerseite in zwei getrennte Anschlußkanäle (9a, 9b) erreicht, wie sie in Fig. 3 für eine Rohrquerseite teilweise gezeigt sind.
Mittels der beiden Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) wird somit der Rohrblockaufbau in zwei Rohrblockabschnitte mit je einem Verteilerkanal auf der einen Rohrquerseite und einem zugehörigen Sammelkanal auf der anderen Rohrquerseite unterteilt, durch die zwei Fluide voneinander separiert hindurchgeführt werden können. Wie in Fig. 1 ersichtlich, sind für jeden der beiden Rohrabschnitte je ein nach außen führender Anschluß (10a, 10b; 11a, 11b) vorgesehen, von denen jeweils einer als Einlaß in den zugehörigen Verteilerkanal und der andere als Auslaß aus dem zugehörigen Sammelkanal fungieren. Beispielsweise kann der Wärmeübertrager von Fig. 1 als kombinierter Öl/Luft-Kühler zur gleichzeitigen Kühlung von Motoröl und Getriebeöl verwendet werden, indem durch den einen der beiden, durch die Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) voneinander separierten Rohrblockabschnitte das zu kühlende Motoröl und durch den anderen Rohrblockabschnitt das zu kühlende Getriebeöl hindurchgeleitet werden und der gesamte Rohrblockaufbau mit Kühlluft angeströmt wird.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bestimmen die Distanzschuhe (5, 5a, 5b) den Abstand benachbarter Flachrohre (1), der sich aus der doppelten Dicke einer Distanzschuhhälfte ergibt. Um die Trennungs-Distanzschuhe (5a, 5b) am fertigen Rohrblock leicht lokalisieren zu können, tragen sie eine spezielle, außenseitige Markierung (12), die an einer freibleibenden Stelle angeordnet ist und von einer entsprechenden Sensorik beispielsweise optisch erfaßt werden kann. Dabei kann die Markierung so gestaltet sein, daß an ihr ablesbar ist, welches die geschlossen ausgebildete Hälte (5d) des Trennungs-Distanzschuhs (5a, 5b) ist.
Die Aufteilung des Rohrblockaufbaus in zwei fluidgetrennte Rohrblockabschnitte kann auch durch alternative, erfindungsgemäße Gestaltungen erreicht werden. Beispielsweise können zwei sich auf den beiden Rohrquerseiten gegenüberliegende Trennungs-Distanzschuhe der oben beschriebenen Art vorgesehen sein, die gegeneinander in Rohrquerrichtung um einen Distanzschuh versetzt so angeordnet sind, daß ihre geschlossen ausgebildeten Hälften im gleichen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Flachrohren liegen.
Als weitere Alternative können anstelle der Distanzschuhe andersartige Distanzteile vorgesehen sein, welche die erforderlichen Distanzelemente zur gegenseitigen Beabstandung der Flachrohre bereitstellen. So könnten z.B. gelochte Plattenstücke als Distanzelemente zwischen die benachbarten Rohrendbereiche eingefügt und mit diesen dichtgelötet oder verklebt sein. Dabei ist dann je ein Paar von ungelochten Plattenstükken als Trennungs-Distanzelemente vorzusehen, welche die Funktion der Aufteilung des Rohrblocks in fluidgetrennte Abschnitte erfüllen.
Selbstverständlich können je nach Bedarf auch mehrere Paare von Trennungs-Distanzelementen, welche die erläuterte Aufteilungsfunktion besitzen, vorgesehen werden, um den Rohrblock in mehr als zwei fluidgetrennte Abschnitte aufteilen und eine entsprechende Anzahl von Fluiden voneinander getrennt hindurchströmen lassen zu können. Für die nicht außenliegenden Rohrblockabschnitte ist dann jeweils seitlich ein geeigneter Ein- und Auslaß für den betreffenden Verteiler- bzw. Sammelkanal einzubringen.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Rohre nicht wie beschrieben durch eine Falzung, sondern dadurch endseitig abgedichtet werden, daß die Distanzschuhe so auf die Flachrohre aufgesteckt werden, daß sie mit einer Hälfte in das Rohr eingreifen und mit diesem fluiddicht verbunden werden, z.B. durch Dichtlöten. Im fertiggestellten Rohrblockaufbau wechselt sich dann auf jeder Querseite jeweils eine Distanzschuhhälfte mit einer Flachrohrwandung sich berührend ab, wobei sie z.B. mittels Löten oder Kleben fest miteinander verbunden sind.

Claims (3)

  1. Rohrblock-Wärmeübertrager mit
    einem Rohrblock aus mehreren, in einer Reihe in Querrichtung beabstandet nebeneinander angeordneten und wenigstens in ihren Endbereichen flach gestalteten Rohren (1),
    zwischen je zwei benachbarten, flachen Rohrendbereichen eingefügten und mit diesen fest verbundenen Distanzelementen (5, 5a, 5b) und
    jeweils wenigstens einem Anschlußkanal entlang jeder Rohrblockquerseite,
    wobei
    die Rohre (1) endseitig abgedichtet und in ihren beiden Endbereichen mit Queröffnungen (4a, 4b) versehen sind, die mit Distanzelement-Queröffnungen anschlußkanalbildend in Verbindung stehen
       dadurch gekennzeichnet, daß
    wenigstens ein Paar sich im gleichen Zwischenraum (2a) zwischen zwei benachbarten Rohren gegenüberliegender Trennungs-Distanzelemente (5a, 5b) geschlossen ohne durchgehende Queröffnung ausgebildet ist und dadurch auf jeder Rohrblockquerseite wenigstens zwei voneinander separierte Anschlußkanäle (9a, 9b) zur getrennten Durchströmung zugehöriger Rohrblockabschnitte mit mehreren Fluiden gebildet sind.
  2. Rohrblock-Wärmeübertrager nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente von aneinanderliegenden Hälften U-förmiger, die Rohrendbereiche umgreifender Distanzschuhe (5) gebildet sind, wobei die Trennungs-Distanzelemente (5a, 5b) aus Distanzschuhen bestehen, deren eine Hälfte (5d) geschlossen ausgebildet ist.
  3. Rohrblock-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Trennungs-Distanzelemente (5a, 5b) auf ihren freiliegenden Außenseitenbereichen eine gegenüber derjenigen der übrigen Distanzelemente (5) unterschiedliche, sensierbare Gestaltung besitzen.
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