Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal für einen Wärmeaustauscher, in dem
sich turbulenzerzeugende Erhebungen befinden, die eine Mantelfläche und eine
Verbindungsfläche aufweisen, wobei wenigstens einige Erhebungen entweder in
einer Wand des Strömungskanals ausgebildet sind und sich an der
gegenüberliegenden Wand desselben Strömungskanals abstützen und damit
verbunden sind oder in beiden Wänden ausgebildet sind, sich gegenseitig abstützen
und miteinander verbunden sind.
Solche Strömungskanäle sind oftmals in Plattenwärmeaustauschern anzutreffen. Ein
geeignetes Beispiel wurde im EP 0 623 798 B1 beschrieben. In diesem Dokument
sind die turbulenzerzeugenden Erhebungen in einer Wand des Strömungskanals
ausgebildet. Sie stützen sich an der glatten, gegenüberliegenden Wand des
Strömungskanals ab, und sie sind damit verlötet.
Aus dem EP 0 418 227 B1 gehen Erhebungen hervor, die an beiden Wänden des
Strömungskanals so angeordnet sind, dass sie sich beim Zusammenfügen der
Platten bzw. der Wände zum Wärmeaustauscher etwa in der Mitte des Abstandes
zwischen den Wänden, der die Höhe des Strömungskanals vorgibt, berühren und
dort miteinander verlötet sind.
Turbulenzerzeugende Erhebungen in Strömungskanälen dienen, wie der Begriff
bereits sagt, der Erzeugung von Turbulenzen im den Strömungskanal
durchströmenden Medium, mit dem Ziel, die Effizienz des Wärmeaustausches mit
dem im benachbarten Strömungskanal strömenden Medium anzuheben. Darüber
hinaus tragen diese Erhebungen zur Stabilität des Wärmeaustauschers bei, da sie in
der Regel metallisch mit den Wänden verbunden sind.
In dem bereits genannten Dokument EP 0 623 798 B1 befinden sich in anderen
Strömungskanälen, sogenannte Lamellen, mit denen hinsichtlich der Effizienz des
Wärmeaustausches im allgemeinen bessere Ergebnisse zu erzielen sind, weil die
Lamellen mit ganz verschiedener, den Forderungen (Kühlleistung) angepaßter,
Struktur ausgebildet werden können. Aus fertigungstechnischer Sicht ist das
Vorsehen von Lamellen jedoch oft nicht die bevorzugte Wahl, weil es sich dabei um
Einzelteile handelt, die hergestellt und in die Strömungskanäle eingefügt werden
müssen. Eine andere Restriktion, die den Einsatz von Lamellen erschwert, besteht
darin, dass in vielen Einsatzfällen von Wärmeaustauschern sehr hohe Forderungen
hinsichtlich der Reinheit in den Strömungskanälen zu stellen sind, da dort eventuell
vorhandene Rückstände zum Ausfall des gesamten Systems führen können. Die
Herstellung des geforderten Reinheitsgrades der Wärmeaustauscher ist zumindest
oft mit hohem Aufwand verbunden. Dabei muss auch an den Lötprozess gedacht
werden.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, die die Aufgabe zu lösen hat,
Strömungskanäle mit turbulenzerzeugenden Erhebungen zur Verfügung zu stellen,
die bei Ausrüstung eines Wärmeaustauschers mit solchen Strömungskanälen eine
höhere Kühlleistung versprechen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird mit dem Kennzeichen des
Anspruchs 1 erreicht. Die Vorsprünge oder feinen Strukturen an den
turbulenzerzeugenden Erhebungen führen zu erhöhten Turbulenzen im Medium und
damit zu einer höheren Kühlleistung. Der Einsatz von Lamellen, die, wie erwähnt, oft
zu Problemen bezüglich der Herstellung des geforderten Reinheitsgrades führen,
kann in vielen Fällen durch die Erfindung vermieden werden.
Obwohl es in vielfältigen Ausführungen zum Stand der Technik gehört,
wärmetauschende Oberflächen mit feinen Strukturen zu versehen oder mit einer
bestimmten Rauhigkeit auszubilden, um die Effizienz des Wärmetausches zu
beeinflussen, handelt es sich vorliegend um eine Erfindung, weil der Gedanke, die
feinen Strukturen nur an den turbulenzerzeugenden Erhebungen vorzusehen, durch
diesen Stand der Technik nicht nahegelegt sein kann, zumal die Art und Weise der
Herstellung der Vorsprünge bzw. der feinen Strukturen an den turbulenzerzeugenden
Erhebungen bei der Erfindung anders erfolgt als im Stand der Technik. Im Stand der
Technik wird gewöhnlich das gesamte Blechband mit einer Rauhigkeit versehen
bevor die Herstellung der Wärmetauscherplatten selbst durchgeführt wird.
Die erfindungsgemäßen feinen Strukturen an den turbulenzerzeugenden
Erhebungen werden in das Präge - bzw. Umformwerkzeug eingearbeitet, so dass sie
gleichzeitig mit der Herstellung der Wärmetauscherplatten bzw. der Wände des
Strömungskanals entstehen. Die Wärmetauscherplatten werden vorzugsweise aus
relativ dünnen Aluminiumblechen hergestellt. Die Form der Vorsprünge bzw. der
feinen Strukturen, ihre Anordnung und Anzahl kann äußerst vielfältig sein und hängt
vom vorgesehenen Anwendungsfall ab. Ferner selbstverständlich auch von der
Anordnung und Form der turbulenzerzeugenden Erhebungen selbst. Diese können
eine langgestreckte Form aufweisen, sie können kreisrund sein, letztlich können sie
beliebige, zweckmäßige Formen besitzen.
Weitere Merkmale wurden in den Ansprüchen niedergelegt, auf die hiermit verwiesen
wird, wobei der Verweis deren Wiederholung an dieser Stelle ersetzen soll.
In der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden
Zeichnungen sind die erwähnten Merkmale und die Vorteile der Erfindung ebenfalls
vorhanden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Details an einer turbulenzerzeugenden Erhebung. Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele der Ausbildung einer turbulenzerzeugenden
Erhebung. Die Fig. 5 zeigt einen Strömungskanal eines Wärmetauschers in einem ersten
Beispiel. Die Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel, und die Fig. 7 zeigt eine Teilansicht auf eine
Wärmetauscherplatte.
Die Fig. 3 bildet eine etwa kreisförmige turbulenzerzeugende Erhebung 1 ab, an der
sechs Vorsprünge 2, am Umfang verteilt, angeordnet sind. Die Vorsprünge 2 ragen
in den Strömungskanal 3 hinein, wie es in den Fig. 5 und 6 prinzipiell gezeigt wurde.
In den Fig. 3 und 4 wurden die Vorsprünge 2 schematisch als Striche dargestellt,
woraus erkennbar sein soll, dass es sich in diesem Ausführungsbeispiel um feine,
längliche Sicken handelt, die bei der Herstellung der (Wände) Platten 4, 5
umformtechnisch auf einer Presse ausgebildet werden. In den Fig. 1a, 1b ist ein
Querschnitt durch eine solche Sicke (Vorsprung 2) gezeigt worden. In der Fig. 1b
wurde der Stempel Wi gegenüber dem vorherigen Stand nicht verändert. Das
Material fließt in eine in der Matrize Wa ausgebildeten Kerbe. In der Fig. 1a besitzt
der innen angreifende Stempel eine Wölbung, die das Material gezielt in die Kerbe
der Matrize drückt, um die Sicke 2 auszubilden. In den Ausführungsbeispielen
wurden nur die Mantelflächen 10 der turbulenzerzeugenden Erhebungen 1 mit
Vorsprüngen 2 versehen. Die Sicken 2 (Vorsprünge) laufen etwa sternförmig von
einem gedachten Zentrum der Erhebung 1 auseinander und enden etwa an der
ebenen Wand 4 oder 5. Die Verbindungsflächen 11 der turbulenzerzeugenden
Erhebungen 1 dienen in der Fig. 5 der Verbindung mit der Wand 4, da dort nur in
einer Wand 5 turbulenzerzeugende Erhebungen 1 ausgebildet sind. Demgegenüber
dienen in der Fig. 6 die Verbindungsflächen 11 der Verbindung mit ebensolchen
Verbindungsflächen 11 der an der anderen Wand 5 ausgebildeten
turbulenzerzeugenden Erhebungen 1, die dort demzufolge an beiden Wänden 4 und
5 ausgebildet und deshalb, bei gleicher Höhe des Strömungskanals 3, nur etwa halb
so hoch sind wie diejenigen in der Fig. 5. Es gibt jedoch auch nicht gezeigte
Ausführungen, bei denen die gesamte Fläche der turbulenzerzeugenden Erhebung 1
mit feinen Strukturen 2 ausgebildet ist, weil festgestellt wurde, dass feine Strukturen
2 auch im Bereich der Verbindungsfläche 11 die Lötergebnisse weiter verbessern
können. Dabei ist klar, dass beispielsweise die Höhe der feinen Strukturen 2 in der
Mantelfläche 10 bis in den Millimeter - Bereich gehen kann, während sich die Höhe
derselben in der Verbindungsfläche 11 im Bereich der Rauhigkeit der Oberfläche
bewegt.
In der Fig. 4 ist eine länglich ovale turbulenzerzeugende Erhebung 1 zu sehen, nur
um zu zeigen, dass deren Form im Prinzip freigestellt ist. Dort sind insgesamt 16
Vorsprünge 2 an einer Erhebung 1 ausgebildet.
Der Wärmetauscher in den Fig. 5, 6 und 7 ist ein gehäuseloser
Plattenwärmetauscher, bzw. ein Teil davon, bei dem die Wärmetauscherplatten 4
und 5, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist, ineinander gesetzt werden, um nach der
Vormontage des Plattenwärmetauscher in einem Lötprozess an ihren schrägen
Rändern 6 und an den Verbindungsflächen 11 dicht verbunden werden. Wie an sich
bekannt, hat der Strömungskanal 3 einen Zufluss und einen Abfluss, und zwar über
einen vertikal durch den Stapel der Wärmetauscherplatten 4, 5 hindurchgehenden
Sammelkanal und einen Verteilerkanal, die jedoch nicht gezeigt wurden.
Es muss aber darauf aufmerksam gemacht werden, dass sich der erfindungsgemäße
Strömungskanal 3 durchaus in anderen Wärmetauschern befinden kann und
ausdrücklich auch dafür vorgesehen ist, beispielsweise in solchen Wärmetauschern,
die ein Gehäuse um einen Stapel von Platten herum aufweisen. Bei diesem Typ
Wärmetauscher bilden in der Regel zwei Platten zwischen sich einen
Strömungskanal 3 aus. Die Strömungskanäle 3 sind ebenfalls mittels eines
Sammelkanals und eines Verteilerkanals hydraulisch verbunden. Zwischen den
Paaren von Platten befinden sich andere Strömungskanäle, die hydraulisch durch
das Gehäuse hindurch zugänglich sind. Die Beschreibung dieses weit verbreiteten
Typs Wärmetauscher ist ebenfalls nicht als Beschränkung darauf zu verstehen.
Der Strömungskanal 3 kann beispielsweise auch ein Flachrohr sein, dessen
Breitseiten die Wände 4 und 5 darstellen.
Es ist ferner vollkommen unerheblich, ob in einem einzigen Strömungskanal 3 einige
Erhebungen 1 an einer Wand 4 und andere Erhebungen 1 an der anderen Wand 5
ausgebildet sind, was durch die Formulierung "wenigstens einige Erhebungen 1" im
Anspruch 1 zum Ausdruck gebracht sein soll. Wenn an beiden Wänden 4 und 5
Erhebungen 1 ausgebildet sind, die gegenüberliegen und miteinander verbunden
sind, muss deren Verbindung auch nicht unbedingt auf der halben Höhe des
Strömungskanals 1 vorhanden sein.
Die Fig. 7 zeigt lediglich einen Teil einer Wärmetauscherplatte 4 oder 5 eines
gehäuselosen Plattenwärmetauschers als Muster, die eine Vielzahl von in Reihen 20
angeordneten Erhebungen 1 aufweist, die alle mit einer feinen Struktur 2 ausgebildet
sind. Darin sind zwei Öffnungen zu erkennen, die das Bezugszeichen 7 und 8
erhalten haben. Die Öffnung 7 dient dem Zufluss des Mediums in den
Strömungskanal 3. Die zugehörige Öffnung für den Abfluss befindet sich am nicht
gezeigten anderen Ende der Wärmetauscherplatte. Die Öffnung 8 dient dem Zufluss
in den benachbarten nicht gezeigten Strömungskanal. Auch diesem Strömungskanal
ist ein nicht gezeigter Abfluss am anderen Ende der Wärmetauscherplatte
zugeordnet.
Wenigstens einige Strömungskanäle des Wärmeaustauschers weisen die
beschriebenen und gezeigten Merkmale auf. Ausdrücklich können das entweder alle
Strömungskanäle des Wärmeaustauschers sein oder bespielsweise nur diejenigen
für ein Medium. Diejenigen für das andere Medium können durchaus anders
ausgebildet, beispielsweise mit Lamellen belegt sein.