EP2430385B1 - Heizkörper für ein kraftfahrzeug mit einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP2430385B1 EP2430385B1 EP10717165.4A EP10717165A EP2430385B1 EP 2430385 B1 EP2430385 B1 EP 2430385B1 EP 10717165 A EP10717165 A EP 10717165A EP 2430385 B1 EP2430385 B1 EP 2430385B1
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
- F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
- F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
- F28D1/05391—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
- F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
- F28D2021/0091—Radiators
- F28D2021/0096—Radiators for space heating
Definitions
- the invention relates to a radiator for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
- Radiators that are operated in countercurrent to increase performance, ie in which the air to be heated is conducted in countercurrent to the coolant, are known. Such a radiator was through the DE 44 31 107 C2 known. In the known countercurrent radiator, the coolant is deflected in one or more stages of the air outlet side in the direction of the air inlet side. This can be a higher heat transfer performance can be achieved.
- the disadvantage here is that the coolant must be distributed on the inlet side over the entire row of tubes, not all tubes are supplied evenly with coolant. As a result, a Temperatursträhnmaschine, ie occur over the width inhomogeneous temperature distribution.
- the coolant is distributed on the inlet side to a number of flow channels (referred to below as channels for short) which corresponds at most to the number of channels in a row.
- the inlet cross section of the coolant in the radiator block thus amounts to a maximum of 25% of the cross section of all the flow channels of the radiator block.
- the channels can be formed by tubes, in particular flat tubes, wherein a flat tube as a two-chamber tube, d. H. can be formed with two discrete flow channels.
- the radiator then has two rows of flat tubes.
- the coolant is distributed on the inlet side on two rows of channels and then deflected at least once in the width, resulting in a more even flow on the inlet side of the channels and an increase in performance.
- the coolant is then in the first or second time in the Depth deflected to be subsequently deflected again in width.
- the heat contained in the coolant can thus be used to a greater extent for the heating of the passenger compartment of the motor vehicle.
- As a further advantage results in a high power density, even at low flow rates of the coolant. Due to the smaller volume flows, the hose diameter and thus the coolant quantity can be reduced, which leads to a faster heating of the coolant.
- the individual embodiments of the invention each have a specific temperature profile at a very high heat output and thereby offer the possibility of a special use in the air conditioning of the motor vehicle. This can be used in different versions of the air conditioning on a matching radiator with an adapted temperature profile.
- Fig. 1 shows a trained as a radiator 1 for motor vehicles heat exchanger, which has two rows of flat tubes 2, 3, which are each formed as a two-chamber tubes and each have two discrete flow channels 2a, 2b, 3a, 3b. Between the flat tubes 2, 3 (seen perpendicular to the plane) are not shown, designed as corrugated secondary surfaces arranged, which are overflowed by air, represented by an arrow L. Flat tubes and corrugated ribs form a radiator block.
- the flat tubes 2, 3 are accommodated in an upper coolant box 4 and a lower coolant box 5 at the end.
- the radiator 1 is preferably made entirely of aluminum materials, and all the items are soldered together.
- the flat tubes 2, 3 and their flow channels 2a, 2b, 3a, 3b are flowed through by a heating medium, for which the coolant of the cooling circuit of the internal combustion engine of the motor vehicle is used.
- the radiator is arranged on the water side in a secondary circuit (heating circuit) of the cooling circuit.
- the heat contained in the coolant is thus used for the heating of the air, which is supplied to a vehicle interior of the motor vehicle, not shown.
- the invention thus relates to a so-called engine-dependent heating.
- the direction of flow L of the air is also referred to as the depth direction, ie a deflection of the coolant in or against the direction of the arrow L is referred to below as a deflection in the depth.
- a redirection of the coolant - in one or both coolant boxes 4, 5 - perpendicular to the plane is referred to as a deflection in the width.
- longitudinal partitions 4a, 4b, 4c are provided, which allow a deflection of the coolant in the depth direction.
- a middle longitudinal partition wall 5a is arranged in the lower coolant box 5.
- the arrangement shown here of the partitions 4a, 4b, 4c, 5a is only an example, it does not apply in principle for the embodiments of the invention described below.
- Fig. 2, 2a show as a first example a horizontally arranged radiator 10, ie its flat tubes 12, 13, corresponding to the in Fig. 1 shown flat tubes 2, 3, are arranged horizontally.
- the inlet-side coolant box 14 and the deflection box 15 are arranged vertically.
- the coolant box 14 is additionally in a plan view in FIG Fig. 2a and has a longitudinal partition wall 14a and a transverse partition wall 14d, which delimits the longitudinal partition wall 14a.
- a continuous longitudinal partition wall 15a is arranged, which is shown partially in dashed lines.
- the flow direction of the air which flows through the radiator 10 is represented by arrows L.
- Inlet and outlet of the coolant are represented by arrows E, A.
- the coolant represented by the arrow E
- the flow direction of the coolant is in Fig. 2a represented by cross and point symbols, wherein the cross symbol in the circle a flow direction perpendicular to the plane and the point symbol in the circle indicate a flow direction perpendicular to the plane out.
- the flow of the coolant is in Fig. 2 denoted by seven each perpendicular to each other arrows S1 to S7.
- the coolant flows through the radiator 10 after entering thus first according to the arrow S1, ie in the entire width, but only in the upper half (as shown in FIG Fig.
- the coolant is deflected in the deflection box 5 over the entire width according to the arrow S2 and then flows through the radiator 10 over the full width in the opposite direction, ie according to the arrow S3.
- arrow S4 in the coolant box 14 a deflection in the Depth, ie opposite to the air flow direction L.
- the following arrows S5, S6, S7 correspond to the flow arrows S1, S2, S3 in the reverse direction.
- the coolant is deflected once in the row of flat tubes 12 in width, once in depth, and a second time in the row of flat tubes 13 in width.
- Fig. 3, 3a, 3b show a second example of a standing radiator 20, that is, the flat tubes 22, 23 are arranged vertically.
- the radiator 20 has an upper coolant box 24 for the lateral inlet and outlet of the coolant and a lower coolant box 25, which in each case in Fig. 3a and Fig. 3b are shown in a plan view with partitions and flow direction symbols.
- the upper coolant box 24 in Fig. 3a has a continuous longitudinal partition wall 24a, as well as an eccentrically arranged transverse partition wall 24d.
- the lower coolant box 25 has a continuous longitudinal partition wall 25a and an eccentrically arranged transverse partition wall 25b.
- the partitions 24d, 25b are, as far as hidden, also shown in dashed lines.
- the flow path of the coolant is in Fig. 3 represented by thirteen flow arrows S1 to S13. Thereafter, the coolant is deflected twice in the width in the inlet and leeward tube row, after which takes place according to arrow S7, a deflection in the depth in the windward outlet row. There, the coolant is also deflected twice in width according to the arrows S9 to S13. In this example, the coolant travels a relatively long distance due to the total of fivefold deflection, which is advantageous in particular for small volume flows and low inlet temperatures.
- Fig. 4, 4a, 4b show a third example of a flow pattern 30.
- the associated radiator is omitted here and in the following examples, it corresponds in principle Structure of the radiator 20 according to Fig. 3 , The only difference is the arrangement of the longitudinal and transverse partitions and partly the inlet and outlet of the coolant.
- the flow pattern 30 is characterized by eleven adjoining flow arrows S1 to S11, ie by a simple deflection in the width in the first row of tubes, a subsequent deflection in the depth (arrow S5) and then a double deflection in the width in the second row of tubes.
- the upper coolant box 34 of the radiator not shown, is in Fig. 4a , the lower coolant box 35 in Fig. 4b shown.
- Fig. 5, 5a, 5b show a fourth example with a flow model 40 for the coolant, represented by arrows S1 to S12, ie from the inlet E to the outlet A of the coolant.
- the upper coolant box 44 shown in FIG Fig. 5a has a discontinuous longitudinal partition wall 44a, in the non-continuous area thereof a dot symbol 7b corresponding to the flow arrow S7b in FIG Fig. 5 , is located.
- the lower coolant box 45 shown in FIG Fig. 5b also has a non-continuous longitudinal partition wall 45a, in whose non-continuous region a cross symbol S6a is drawn, which is the flow arrow S6a in Fig. 5 equivalent.
- the longitudinal partitions are always centered, ie arranged between the two rows of flat tubes.
- the deflection of the coolant in the width is thus always within the flat tube row, ie parallel in two rows of channels.
- the longitudinal partitions are also off-center, ie arranged between two rows of channels - this allows the coolant to be better distributed over the entire width of the radiator.
- Fig. 6, 6a, 6b show a fifth example, shown as flow model 50.
- the Fig. 6a, 6b show the upper coolant box 54 and the lower coolant box 55 of the heater, not shown.
- the coolant box 54 has a central, non-continuous longitudinal partition wall 54a and an off-center, continuous longitudinal partition wall 54b between the channels 52a, 52b of the flat tubes 52.
- the lower coolant box 55 has a centrally arranged, continuous longitudinal partition wall 55a. How out Fig. 6a can be seen, the coolant is distributed after the entry according to arrow E over the entire width of the coolant box 54, but only in the series of channels 52a. In the lower coolant tank 55 is then a deflection in the depth, represented by two arrows T1 in Fig.
- Fig. 7, 7a, 7b show a sixth, example, illustrated as a flow model 60.
- This example essentially corresponds to the example according to FIG Fig. 6 with the differences that the inlet and outlet of the coolant to a coolant box, namely the upper coolant box 64 are arranged and that takes place in the exit-side row of tubes only a simple deflection in width.
- the twofold deflections T1, T2 in the depth are the twofold deflections T1, T2 in the depth.
- Fig. 8, 8a, 8b show a seventh example in the form of a flow model 70, wherein the inlet E and the outlet A of the coolant takes place on opposite sides (narrow sides) of the upper coolant box 74. Due to an eccentric, continuous longitudinal partition wall 74 b, a first deflection takes place in the depth in the lower coolant box 75 as a result of the non-continuous partition wall 75 b. In Fig. 8 this deflection is shown as arrow T1. A second deflection in depth occurs in the upper coolant box 74 due to the non-continuous longitudinal partition wall 74a, which in Fig. 8 is shown by the arrow T2. The deflections in the depth T1, T2 thus take place - as can be seen on the flow model 70 - at diagonally opposite areas of the radiator.
- Fig. 9, 9a, 9b show an eighth example in the form of a flow model 80, wherein the coolant inlet E and the coolant outlet A respectively frontally, ie on the leeward and windward side of the upper coolant tank 84, shown in FIG Fig. 9a , he follows. Notwithstanding the previous example here is a non-continuous, centrally disposed longitudinal partition wall 84a is provided, which has on both sides of transfer for a deflection in depth - this is indicated by the arrows T2 in Fig. 9 shown. The first deflection in depth takes place in the lower coolant box 85 - in Fig. 9 represented by the arrows T1.
- the coolant flow is therefore divided as a result of the non-continuous partition wall 84 a, ie, into equal partial flows, which are in each case simply deflected on the exit-side tube row and brought together again in the middle region of the outlet A.
- This flow model 80 is characterized by a particularly homogeneous temperature distribution across the width due to the symmetrical flow guidance.
- Fig. 10, 10a, 10b show a ninth example in the form of a flow model 90, wherein the coolant inlet E and the coolant outlet A in each case take place centrally on the longitudinal sides of the upper coolant box 94.
- the upper coolant box 94 has two off-center continuous longitudinal walls 94b, 94c.
- the lower coolant box 95 shown in FIG Fig. 10b , Has a doubly interrupted, eccentrically arranged longitudinal partition 95c and also off-center arranged, end non-continuous longitudinal partition wall 95b. Insofar it comes in the lower coolant tank 95 to a first two-sided deflection in depth, in Fig. 10 represented by the two arrows T1. The incoming coolant flow is thus divided by the outer deflections in depth, then each simply deflected in width, reunited in the middle and then divided again and deflected in depth - this is in Fig. 10 represented schematically by the two arrows T2.
- the coolant sub-streams are brought together again in the last, luv computer located channel row in the upper coolant box 95 in the region of the outlet A.
- Fig. 11, 11a, 11b show a tenth example, shown as flow model 100.
- Fig. 11a shows the upper coolant box 104, which has two eccentrically arranged through partitions 104b, 104c.
- Fig. 11b shows the lower coolant box 105 having two eccentrically arranged, non-continuous partitions 105b, 105c.
- the coolant is distributed after the entry first over the entire width of a channel row and then in depth - represented by the arrow T1 in Fig. 11 - redirected.
- a simple deflection in the width and then a further deflection in depth represented by the arrow T2 in Fig. 11 ,
- the exit of the coolant occurs - analogous to the entry - over the entire width of a channel row.
- Fig. 12, 12a, 12b show a first embodiment of the invention, shown as a flow model 110th Fig. 12a shows the upper coolant box 114 with coolant inlet according to arrow E.
- Fig. 12b shows the lower coolant tank 115 with coolant outlet according to arrow A.
- the inlet-side flat tube row is a double deflection in width, then a deflection in depth, represented by the arrow T1 in Fig. 12 , then a further deflection in depth according to arrow T2 in Fig. 12 , The exit of the coolant takes place via the windward channel row.
- Fig. 13, 13a, 13b show a time embodiment of the invention, shown as flow model 120th Die Fig. 13a, 13b show the upper coolant box 124 with coolant inlet E and coolant outlet A and the lower coolant tank 125.
- the coolant inlet E takes place first in the leeward flat tube row a simple deflection in width, then a deflection in depth - as indicated by arrow T1 in Fig. 13 -
- a distribution of the coolant to a channel row and a second deflection in depth, according to arrow T2 in Fig. 13 The outlet A of the coolant takes place from the windward channel row.
- FIGS. 14a, 14b show a third embodiment of the invention, shown as flow model 130.
- FIGS. 14a, 14b show the upper coolant tank 134 with coolant inlet E and coolant outlet A and the lower coolant box 135.
- the coolant is simply deflected in width after entering the leeward flat-tube row , then in depth, according to arrow T1 in Fig. 14 , deflected and distributed on a channel row in full width. Subsequently, a second deflection in depth corresponding to the two arrows T2 in Fig. 14 and the exit of the coolant from the windward channel row.
- Fig. 15, 15a, 15b show an eleventh example, shown as flow model 140.
- Fig. 15a shows the upper coolant box 144 with coolant inlet E and coolant outlet A while
- Fig. 15b the lower coolant box 145 shows.
- the coolant is distributed after entry over the entire width of the leeward channel row, then deflected outside in the lower header 145 in depth, corresponding to the arrow T1 in Fig. 15 , and distributed over the remaining three rows of channels. Then there is a double deflection in width over three rows of channels, which are flowed through parallel to each other.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Heizkörper, die zur Leistungssteigerung im Gegenstrom betrieben werden, d. h. bei denen die zu erwärmende Luft im Gegenstrom zum Kühlmittel geführt wird, sind bekannt. Ein derartiger Heizkörper wurde durch die
DE 44 31 107 C2 bekannt. Bei dem bekannten Gegenstrom-Heizkörper wird das Kühlmittel in einer oder mehreren Stufen von der Luftaustrittsseite in Richtung Lufteintrittsseite umgelenkt. Hiermit kann eine höhere Wärmeübertragungsleistung erzielt werden. Nachteilig hierbei ist, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite über die gesamte Rohrreihe verteilt werden muss, wobei nicht alle Rohre gleichmäßig mit Kühlmittel versorgt werden. Dadurch kann eine Temperatursträhnigkeit, d. h. eine über die Breite inhomogene Temperaturverteilung auftreten. - Durch die
DE 102 47 609 A1 wurde ein Heizkörper bekannt, bei welchem das Kühlmittel ausschließlich in der Breite, und zwar in mehreren Stufen umgelenkt wird, wobei mehrere Kühlmittelströme parallel geschaltet sind. Ziel dieser Anordnung ist es, durch Verwirbelung des Kühlmittels an den Umlenkstellen der Kühlmittelkästen relativ große Druckverluste zu erreichen. - Durch die
DE 10 2005 048 227 A1 der Anmelderin wurde ein Heizkörper mit Flachrohren bekannt, bei welchem das Kühlmittel im Kreuzgegenstrom zum Luftstrom geführt ist, d. h. es findet eine Umlenkung in der Tiefe in Richtung auf die Lufteintrittsseite statt. - Durch die ältere Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen
10 2008 017 485.8 (internes Aktenzeichen der Anmelderin: 07-B-142-A) wurde ein Heizkörper für Kraftfahrzeuge mit Umlenkung des Kühlmittels sowohl in Breite als auch in der Tiefe bekannt. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizkörper der eingangs genannten Art in seiner Leistung weiter zu verbessern, wobei gleichzeitig eine möglichst kompakte Bauweise und eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Luftaustrittsseite (Leeseite) erreicht werden sollen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite auf eine Anzahl von Strömungskanälen (im Folgenden kurz Kanäle genannt) verteilt wird, welche maximal der Anzahl von Kanälen einer Reihe entspricht. Der Eintrittsquerschnitt des Kühlmittels in dem Heizkörperblock (mit vier Kanalreihen) beträgt somit maximal 25 % des Querschnittes sämtlicher Strömungskanäle des Heizkörperblockes. Bevorzugt können die Kanäle durch Rohre, insbesondere Flachrohre gebildet werden, wobei ein Flachrohr als Zweikammerrohr, d. h. mit zwei diskreten Strömungskanälen ausgebildet sein kann. Der Heizkörper hat dann zwei Flachrohrreihen.
- Das Kühlmittel wird eintrittsseitig auf zwei Kanalreihen verteilt und anschließend mindestens einmal in der Breite umgelenkt, wodurch sich eintrittsseitig eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Kanäle und eine Leistungssteigerung ergibt. Das Kühlmittel wird dann zum ersten oder zweiten Mal in der Tiefe umgelenkt, um ein anschließend nochmals in der Breite umgelenkt zu werden. Mit der erfindungsgemäßen Verteilung und Umlenkung des Kühlmittels wird der Vorteil einer hohen Leistungsdichte und eines hohen Wirkungsgrades erreicht. Dadurch ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass eine elektrische Zusatzheizung, ein so genannter Zuheizer, der bei konventionellen Heizkörpern leeseitig angeordnet ist, entfallen kann. Das durch den bekannten Zuheizer zusätzlich beanspruchte Bauvolumen wird durch den erfindungsgemäßen Heizkörper eingenommen. Letzterer beansprucht somit nicht mehr Bauraum als bekannte Heizkörper mit elektrischem Zuheizer. Damit wird das Bordnetz des Kraftfahrzeuges von einem zusätzlichen Verbraucher befreit. Die im Kühlmittel enthaltene Wärme kann somit in verstärktem Maße für die Beheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges herangezogen werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine hohe Leistungsdichte auch bei kleinen Volumenströmen des Kühlmittels. Durch die kleineren Volumenströme können Schlauchdurchmesser und somit die Kühlmittelmenge reduziert werden, was zu einer schnelleren Aufheizung des Kühlmittels führt. Die einzelnen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen jeweils ein spezifisches Temperaturprofil bei einer sehr hohen Heizleistung auf und bieten dadurch die Möglichkeit einer speziellen Nutzung in der Klimaanlage des Kraftfahrzeuges. Damit kann bei unterschiedlichen Ausführungen der Klimaanlage auf einen passenden Heizkörper mit angepasstem Temperaturprofil zurückgegriffen werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich weitere Merkmale und/oder Vorteile aus der Beschreibung und/oder Zeichnung ergeben können. Es zeigen
- Fig. 1
- einen zweireihigen Flachrohr-Heizkörper mit vier Strömungskanälen,
- Fig. 2, 2a
- ein erstes Beispiel für einen liegend angeordneten Heizkörper (Flachrohre waagerecht),
- Fig. 3, 3a, 3b
- ein zweites Beispiel der Erfindung für einen stehend angeordneten Heizkörper (Rohre senkrecht), mit Strömungsverlauf des Kühlmittels,
- Fig. 4, 4a, 4b
- ein drittes Beispiel,
- Fig. 5, 5a, 5b
- ein viertes Beispiel,
- Fig. 6, 6a, 6b
- ein fünftes Beispiel,
- Fig. 7, 7a, 7b
- ein sechstes Beispiel,
- Fig. 8, 8a, 8b
- ein siebtes Beispiel,
- Fig. 9, 9a, 9b
- ein achtesBeispiel,
- Fig. 10, 10a, 10b
- ein neuntes Beispiel,
- Fig. 11, 11a, 11b
- ein zehntes Beispiel,
- Fig. 12, 12a, 12b
- ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 13, 13a, 13b
- ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 14, 14a, 14b
- ein dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 15, 15a, 15b
- ein elftes Beispiel.
-
Fig. 1 zeigt einen als Heizkörper 1 für Kraftfahrzeuge ausgebildeten Wärmeübertrager, welcher zwei Reihen von Flachrohren 2, 3 aufweist, welche jeweils als Zweikammerrohre ausgebildet sind und jeweils zwei diskrete Strömungskanäle 2a, 2b, 3a, 3b aufweisen. Zwischen den Flachrohren 2, 3 (senkrecht zur Zeichenebene gesehen) sind nicht dargestellte, als Wellrippen ausgebildete Sekundärflächen angeordnet, welche von Luft, dargestellt durch einen Pfeil L, überströmt werden. Flachrohre und Wellrippen bilden einen Heizkörperblock. Die Flachrohre 2, 3 sind endseitig in einem oberen Kühlmittelkasten 4 und einem unteren Kühlmittelkasten 5 aufgenommen. Der Heizkörper 1 ist vorzugsweise gänzlich aus Aluminiumwerkstoffen hergestellt, und sämtliche Einzelteile sind miteinander verlötet. Die Flachrohre 2, 3 bzw. deren Strömungskanäle 2a, 2b, 3a, 3b werden von einem Heizmedium durchströmt, wofür das Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verwendet wird. Der Heizkörper ist wasserseitig in einem Nebenkreislauf (Heizkreislauf) des Kühlkreislaufes angeordnet. Die im Kühlmittel enthaltene Wärme wird somit für die Erwärmung der Luft benutzt, welche einem nicht dargestellten Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist somit eine so genannte motorabhängige Heizung. Die Strömungsrichtung L der Luft, wird auch als Tiefenrichtung bezeichnet, d. h. eine Umlenkung des Kühlmittels in oder entgegen der Pfeilrichtung L wird im Folgenden als Umlenkung in der Tiefe bezeichnet. Eine Umlenkung des Kühlmittels - in einem der oder beiden Kühlmittelkästen 4, 5 - senkrecht zur Zeichenebene wird als Umlenkung in der Breite bezeichnet. Im oberen Kühlmittelkasten 4 sind Längstrennwände 4a, 4b, 4c vorgesehen, welche eine Umlenkung des Kühlmittels in Tiefenrichtung ermöglichen. Im unteren Kühlmittelkasten 5 ist eine mittlere Längstrennwand 5a angeordnet. Die hier gezeigte Anordnung der Trennwände 4a, 4b, 4c, 5a ist nur beispielhaft, sie gilt grundsätzlich nicht für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. -
Fig. 2, 2a zeigen als erstes Beispiel einen liegend angeordneten Heizkörper 10, d. h. dessen Flachrohre 12, 13, entsprechend den inFig. 1 dargestellten Flachrohren 2, 3, sind waagerecht angeordnet. Der eintrittsseitige Kühlmittelkasten 14 sowie der Umlenkkasten 15 sind senkrecht angeordnet. Der Kühlmittelkasten 14 ist zusätzlich in einer Draufsicht inFig. 2a dargestellt und weist eine Längstrennwand 14a sowie eine Quertrennwand 14d auf, welche die Längstrennwand 14a begrenzt. Im Umlenkkasten 15 ist eine durchgehende Längstrennwand 15a angeordnet, welche teilweise gestrichelt dargestellt ist. Die Strömungsrichtung der Luft, welche den Heizkörper 10 durchströmt, ist durch Pfeile L dargestellt. Ein- und austritt des Kühlmittels sind durch Pfeile E, A dargestellt. Man erkennt, dass das Kühlmittel und die Luft im Gegenstrom bzw. Kreuzgegenstrom geführt sind: das Kühlmittel, dargestellt durch den Pfeil E, tritt auf der Leeseite des Heizkörpers 10, d. h. in die Flachrohre 12 ein. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist inFig. 2a durch Kreuz- und Punktsymbole dargestellt, wobei das Kreuzsymbol im Kreis eine Strömungsrichtung senkrecht in die Zeichenebene hinein und das Punktsymbol im Kreis eine Strömungsrichtung senkrecht aus der Zeichenebene heraus bezeichnen. Zusätzlich ist der Strömungsverlauf des Kühlmittels inFig. 2 durch sieben jeweils senkrecht aneinander anschließende Pfeile S1 bis S7 gekennzeichnet. Das Kühlmittel durchströmt den Heizkörper 10 nach dem Eintritt also zunächst gemäß dem Pfeil S1, d. h. in der gesamten Breite, jedoch nur in der oberen Hälfte (entsprechend der Darstellung inFig. 2 ). Anschließend wird das Kühlmittel im Umlenkkasten 5 über die gesamte Breite entsprechend dem Pfeil S2 umgelenkt und durchströmt dann den Heizkörper 10 über die volle Breite in der entgegengesetzten Richtung, d. h. entsprechend dem Pfeil S3. Danach erfolgt entsprechend Pfeil S4 im Kühlmittelkasten 14 eine Umlenkung in der Tiefe, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung L. Die nachfolgenden Pfeile S5, S6, S7 entsprechen den Strömungspfeilen S1, S2, S3 in umgekehrter Richtung. Somit wird das Kühlmittel einmal in der Reihe der Flachrohre 12 in der Breite, einmal in der Tiefe, und ein zweites Mal in der Reihe der Flachrohre 13 in der Breite umgelenkt. - Alle nachfolgenden Beispiele arbeiten ebenfalls nach dem Gegenstromprinzip, wobei die Ausdrücke luv- und leeseitig die Lufteintritts- bzw. -austrittsseite bezeichnen. Das Kühlmittel tritt also immer leeseitig ein und luvseitig aus.
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Fig. 3, 3a, 3b zeigen ein zweites Beispiel für einen stehend angeordneten Heizkörper 20, d. h. die Flachrohre 22, 23 sind senkrecht angeordnet. Der Heizkörper 20 weist einen oberen Kühlmittelkasten 24 für den seitlichen Ein- und Austritt des Kühlmittels sowie einen unteren Kühlmittelkasten 25 auf, welche jeweils inFig. 3a und Fig. 3b in einer Draufsicht mit Trennwänden und Strömungsrichtungssymbolen dargestellt sind. Der obere Kühlmittelkasten 24 inFig. 3a weist eine durchgehende Längstrennwand 24a auf, sowie eine außermittig angeordnete Quertrennwand 24d. Der untere Kühlmittelkasten 25 weist eine durchgehende Längstrennwand 25a sowie eine außermittig angeordnete Quertrennwand 25b auf. Die Trennwände 24d, 25b sind, soweit verdeckt, auch gestrichelt dargestellt. Der Strömungsverlauf des Kühlmittels ist inFig. 3 durch dreizehn Strömungspfeile S1 bis S13 dargestellt. Danach wird das Kühlmittel in der eintritts- und leeseitigen Rohrreihe zweifach in der Breite umgelenkt, wonach gemäß Pfeil S7 eine Umlenkung in der Tiefe in die luvseitige Austrittsreihe erfolgt. Dort wird das Kühlmittel entsprechend den Pfeilen S9 bis S13 ebenfalls zweifach in der Breite umgelenkt. Das Kühlmittel legt bei diesem Beispiel durch die insgesamt fünffache Umlenkung einen relativ weiten Weg zurück, was insbesondere bei kleinen Volumenströmen und niedrigen Eintrittstemperaturen vorteilhaft ist. -
Fig. 4, 4a, 4b zeigen ein drittes Beispiel für ein Strömungsmuster 30. Der zugehörige Heizkörper ist hier und in den folgenden Beispielen weggelassen, er entspricht im grundsätzlichen Aufbau dem Heizkörper 20 gemäßFig. 3 , Unterschiedlich sind lediglich die Anordnung der Längs- und Quertrennwände sowie teilweise der Ein- und austritt des Kühlmittels. Das Strömungsmuster 30 ist durch elf aneinander anschließende Strömungspfeile S1 bis S11 gekennzeichnet, d. h. durch eine einfache Umlenkung in der Breite in der ersten Rohrreihe, eine anschließende Umlenkung in der Tiefe (Pfeil S5) und anschließend eine zweifache Umlenkung in der Breite in der zweiten Rohrreihe. Der obere Kühlmittelkasten 34 des nicht dargestellten Heizkörpers ist inFig. 4a , der untere Kühlmittelkasten 35 inFig. 4b dargestellt. Man erkennt hier - ebenso wie beim Strömungsmodell 30, dass der Eintritt E des Kühlmittels in den unteren Kühlmittelkasten 35 und der Austritt A aus dem oberen Kühlmittelkasten 34 erfolgt. Die für das Strömungsmuster 30 erforderlichen Längs- und Quertrennwände sind inFig. 4a und Fig. 4b analog den vorherigen Darstellungen deutlich eingezeichnet, sodass hier - wie auch in den folgenden Beispielen teilweise auf eine zusätzliche Kennzeichnung mit Bezugszahlen verzichtet werden kann. Es wird hier lediglich darauf hingewiesen, dass die Längstrennwand 35a inFig. 4b nicht über die gesamte Breite des Heizkörpers durchgehend ist, sodass eine Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe - entsprechend dem Pfeil S5 inFig. 4 - möglich ist. -
Fig. 5, 5a, 5b zeigen ein viertes Beispiel mit einem Strömungsmodell 40 für das Kühlmittel, dargestellt durch Pfeile S1 bis S12, d. h. vom Eintritt E bis zum Austritt A des Kühlmittels. Der obere Kühlmittelkasten 44, dargestellt inFig. 5a , weist eine nicht durchgehende Längstrennwand 44a auf, in deren nicht durchgehendem Bereich ein Punktsymbol 7b, entsprechend dem Strömungspfeil S7b inFig. 5 , eingezeichnet ist. Der untere Kühlmittelkasten 45, dargestellt inFig. 5b , weist ebenfalls eine nicht durchgehende Längstrennwand 45a auf, in deren nicht durchgehendem Bereich ein Kreuzsymbol S6a eingezeichnet ist, welches dem Strömungspfeil S6a inFig. 5 entspricht. Wie aus dem Strömungsmodell 40 ersichtlich, erfolgt nach der Umlenkung in der Breite, entsprechend dem Strömungspfeil S5 eine Verzweigung des Kühlmittels in eine Umlenkung in der Breite (Pfeil S6a) und eine Umlenkung in der Tiefe (Pfeil S6b). Die Vereinigung der Kühlmittelteilströme erfolgt durch Aufeinandertreffen der Strömungspfeile S7a und S7b. Zur weiteren Verdeutlichung sind die Bezeichnungen der senkrechten Strömungspfeile ausFig. 5 den Punkt- bzw. Kreuzsymbolen in denFig. 5a, 5b zugeordnet. - In den Beispielen der
Fig. 2 bis 5 sind die Längstrennwände stets mittig, d. h. zwischen den beiden Flachrohrreihen angeordnet. Die Umlenkung des Kühlmittels in der Breite erfolgt somit immer innerhalb der Flachrohrreihe, d. h. parallel in zwei Kanalreihen. Bei den folgenden Beispielen sind die Längstrennwände auch außermittig, d. h. zwischen zwei Kanalreihen angeordnet - dadurch kann das Kühlmittel besser über die gesamte Breite des Heizkörpers verteilt werden. -
Fig. 6, 6a, 6b zeigen ein fünftes Beispiel, dargestellt als Strömungsmodell 50. DieFig. 6a, 6b zeigen den oberen Kühlmittelkasten 54 und den unteren Kühlmittelkasten 55 des nicht dargestellten Heizkörpers. Der Kühlmittelkasten 54 weist eine mittige, nicht durchgehende Längstrennwand 54a sowie eine außermittige, durchgehende Längstrennwand 54b zwischen den Kanälen 52a, 52b der Flachrohre 52 auf. Der untere Kühlmittelkasten 55 weist eine mittig angeordnete, durchgehende Längstrennwand 55a auf. Wie ausFig. 6a ersichtlich, wird das Kühlmittel nach dem Eintritt gemäß Pfeil E über die gesamte Breite des Kühlmittelkastens 54 verteilt, allerdings nur in der Reihe der Kanäle 52a. Im unteren Kühlmittelkasten 55 erfolgt dann eine Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch zwei Pfeile T1 inFig. 6 . Infolge der nicht durchgehenden, mittigen Trennwand 54a erfolgt dann eine zweite Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch einen Pfeil T2 inFig. 6 . Anschließend erfolgt in der austrittsseitigen Reihe der Flachrohre 53 eine zweifache Umlenkung in der Breite. -
Fig. 7, 7a, 7b zeigen ein sechstes, Beispiel, dargestellt als Strömungsmodell 60. Dieses Beispiel entspricht im Wesentlichen dem Beispiel gemäßFig. 6 mit den Unterschieden, dass der Ein- und Austritt des Kühlmittels an einem Kühlmittelkasten, nämlich dem oberen Kühlmittelkasten 64 angeordnet sind und dass in der austrittsseitigen Rohrreihe nur eine einfache Umlenkung in der Breite erfolgt. Übereinstimmend sind also die zweifachen Umlenkungen T1, T2 in der Tiefe. -
Fig. 8, 8a, 8b zeigen ein siebtes Beispiel in Form eines Strömungsmodells 70, wobei der Eintritt E und der Austritt A des Kühlmittels auf entgegengesetzten Seiten (Schmalseiten) des oberen Kühlmittelkastens 74 erfolgt. Aufgrund einer außermittigen, durchgehenden Längstrennwand 74b erfolgt eine erste Umlenkung in der Tiefe im unteren Kühlmittelkasten 75 infolge der nicht durchgehenden Trennwand 75b. InFig. 8 ist diese Umlenkung als Pfeil T1 dargestellt. Eine zweite Umlenkung in der Tiefe erfolgt im oberen Kühlmittelkasten 74 aufgrund der nicht durchgehenden Längstrennwand 74a, was inFig. 8 durch den Pfeil T2 dargestellt ist. Die Umlenkungen in der Tiefe T1, T2 erfolgen also - wie man an dem Strömungsmodell 70 erkennen kann - an sich diagonal gegenüberliegenden Bereichen des Heizkörpers. -
Fig. 9, 9a, 9b zeigen ein achtes Beispiel in Form eines Strömungsmodells 80, wobei der Kühlmitteleintritt E und der Kühlmittelaustritt A jeweils frontal, d. h. auf der leeseitigen und luvseitigen Längsseite des oberen Kühlmittelkastens 84, dargestellt inFig. 9a , erfolgt. Abweichend von den vorherigen Beispiel ist hier eine nicht durchgehende, mittig angeordnete Längstrennwand 84a vorgesehen, die auf beiden Seiten Übertritte für eine Umlenkung in der Tiefe aufweist - dies ist durch die Pfeile T2 inFig. 9 dargestellt. Die erste Umlenkung in der Tiefe erfolgt im unteren Kühlmittelkasten 85 - inFig. 9 dargestellt durch die Pfeile T1. Der Kühlmittelstrom wird also infolge der nicht durchgehenden Trennwand 84a geteilt, d. h. in gleiche Teilströme, welche jeweils auf der austrittsseitigen Rohrreihe einfach umgelenkt und im mittleren Bereich des Austrittes A wieder zusammengeführt werden. Dieses Strömungsmodell 80 zeichnet sich durch eine besonders homogene Temperaturverteilung über die Breite infolge der symmetrischen Strömungsführung aus. -
Fig. 10, 10a, 10b zeigen ein neuntes Beispiel in Form eines Strömungsmodells 90, wobei der Kühlmitteleintritt E und der Kühlmittelaustritt A jeweils mittig auf den Längsseiten des oberen Kühlmittelkasten 94 erfolgen. WieFig. 10a zeigt, weist der obere Kühlmittelkasten 94 zwei außermittig angeordnete durchgehende Längstrennwände 94b, 94c auf. - Der untere Kühlmittelkasten 95, dargestellt in
Fig. 10b , weist eine zweifach unterbrochene, außermittig angeordnete Längstrennwand 95c sowie eine ebenfalls außermittig angeordnete, endseitig nicht durchgehende Längstrennwand 95b auf. Insofern kommt es im unteren Kühlmittelkasten 95 zu einer ersten beidseitigen Umlenkung in der Tiefe, inFig. 10 dargestellt durch die beiden Pfeile T1. Der eintretende Kühlmittelstrom wird somit durch die äußeren Umlenkungen in der Tiefe geteilt, anschließend jeweils einfach in der Breite umgelenkt, mittig wieder vereinigt und anschließend wieder geteilt und in der Tiefe umgelenkt - dies ist inFig. 10 durch die beiden Pfeile T2 schematisch dargestellt. Die Kühlmittelteilströme werden in der letzten, luvseitig gelegenen Kanalreihe im oberen Kühlmittelkasten 95 im Bereich des Austrittes A wieder zusammengeführt. Auch hier ergeben sich als Vorteil eine homogene Temperaturverteilung in der Breite sowie lange Strömungswege, welche eine hohe Wärmeabgabe des Kühlmittels an die Luft ermöglichen. -
Fig. 11, 11a, 11b zeigen ein zehntes Beispiel, dargestellt als Strömungsmodell 100.Fig. 11a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 104, welcher zwei außermittig angeordnete durchgehende Trennwände 104b, 104c aufweist.Fig. 11 b zeigt den unteren Kühlmittelkasten 105, der zwei außermittig angeordnete, nicht durchgehende Trennwände 105b, 105c aufweist. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt zunächst über die gesamte Breite einer Kanalreihe verteilt und anschließend in der Tiefe - dargestellt durch den Pfeil T1 inFig. 11 - umgelenkt. Im mittleren Bereich des Heizkörpers erfolgen eine einfache Umlenkung in der Breite und anschließend eine weitere Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch den Pfeil T2 inFig. 11 . Der Austritt des Kühlmittels erfolgt - analog dem Eintritt - über die gesamte Breite einer Kanalreihe. -
Fig. 12, 12a, 12b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 110.Fig. 12a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 114 mit Kühlmitteleintritt gemäß Pfeil E.Fig. 12b zeigt den unteren Kühlmittelkasten 115 mit Kühlmittelaustritt gemäß Pfeil A. In der eintrittsseitigen Flachrohrreihe erfolgt eine zweifache Umlenkung in der Breite, anschließend eine Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch den Pfeil T1 inFig. 12 , danach eine weitere Umlenkung in der Tiefe gemäß Pfeil T2 inFig. 12 . Der Austritt des Kühlmittels erfolgt über die luvseitige Kanalreihe. -
Fig. 13, 13a, 13b zeigen ein zeites Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 120. DieFig. 13a, 13b zeigen den oberen Kühlmittelkasten 124 mit Kühlmitteleintritt E und Kühlmittelaustritt A sowie den unteren Kühlmittelkasten 125. Nach dem Kühlmitteleintritt E erfolgt zunächst in der leeseitigen Flachrohrreihe eine einfache Umlenkung in der Breite, anschließend eine Umlenkung in der Tiefe - entsprechend Pfeil T1 inFig. 13 - dann eine Verteilung des Kühlmittels auf eine Kanalreihe und eine zweite Umlenkung in der Tiefe, entsprechend Pfeil T2 inFig. 13 . Der Austritt A des Kühlmittels erfolgt aus der luvseitigen Kanalreihe. -
Fig. 14, 14a, 14b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 130. Die Fig. 14a, 14b zeigen den oberen Kühlmittelkasten 134 mit Kühlmitteleintritt E und Kühlmittelaustritt A sowie den unteren Kühlmittelkasten 135. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt in der leeseitigen Flachrohrreihe einfach in der Breite umgelenkt, anschließend in der Tiefe, entsprechend Pfeil T1 inFig. 14 , umgelenkt und auf eine Kanalreihe in voller Breite verteilt. Anschließend erfolgen eine zweite Umlenkung in der Tiefe entsprechend den beiden Pfeilen T2 inFig. 14 und der Austritt des Kühlmittels aus der luvseitigen Kanalreihe. -
Fig. 15, 15a, 15b zeigen ein elftes Beispiel, dargestellt als Strömungsmodell 140.Fig. 15a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 144 mit Kühlmitteleintritt E und Kühlmittelaustritt A, währendFig. 15b den unteren Kühlmittelkasten 145 zeigt. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt über die gesamte Breite der leeseitigen Kanalreihe verteilt, anschließend außen im unteren Sammelkasten 145 in der Tiefe umgelenkt, entsprechend dem Pfeil T1 inFig. 15 , und auf die restlichen drei Kanalreihen verteilt. Anschließend erfolgt eine zweifache Umlenkung in der Breite über drei Kanalreihen, die parallel zueinander durchströmt werden.
Claims (3)
- Heizkörper (110, 120, 130) für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Heizkörperblock mit mindestens vier Reihen von Strömungskanälen (2a, 2b, 3a, 3b) für ein dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine entnehmbares Kühlmittel, wobei sich die Reihen von Strömungskanälen (2a, 2b, 3a, 3b) in Richtung der Breite des Heizkörpers erstrecken, mit mindestens einem Kühlmittelkasten (114, 124, 134, 115) für den Eintritt und ggf. den Austritt des Kühlmittels, wobei in dem mindestens einen Kühlmittelkasten (114, 124, 134) Längs- und Quertrennwände zur Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe und der Breite angeordnet sind und wobei der Heizkörperblock von Luft in Strömungsrichtung (L), welche der Tiefenrichtung entspricht, durchströmt und das Kühlmittel durch die Strömungskanäle (2a, 2b, 3a, 3b) im Gegenstrom geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite des mindestens einen eintrittseitigen Kühlmittelkastens (114, 124, 134) auf eine Anzahl von Strömungskanälen (2a, 2b) verteilt wird, welche maximal der Anzahl von Strömungskanälen einer Reihe entspricht und das Kühlmittel auf zwei Kanalreihen (2a, 2b) verteilt wird, wobei jeweils zwei benachbarte Strömungskanäle (2a, 2b, 3a, 3b) als Zweikammerflachrohre (2, 3) ausgebildet sind, wobei das eintrittsseitige Kühlmittel mindestens einmal in der Breite umgelenkt wird und im eintrittsseitigen Kühlmittelkasten (114, 124, 134) mindestens eine Quertrennwand angeordnet ist, wobei das Kühlmittel anschließend in der Tiefe umgelenkt und auf nur eine Reche von Strömungs Kanälen (3a, 3b) verteilt wird, wonach anschließend eine zweite Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe (T2) erfolgt.
- Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ein- und austrittsseitigen Kühlmittelkasten (24, 25, 34, 35, 44, 45) jeweils eine Längstrennwand (24a, 25a, 34a, 35a, 44a, 45a) angeordnet ist.
- Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flachrohren (2, 3) Wellrippen angeordnet sind.
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