DE102008021279A1 - Wärmetauscher und Konvektoreinheit aus Wärmetauschern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Erwärmen und/oder Kühlen von Luft insbesondere von Raumluft mit mehreren von einem Fluid durchströmbaren Rohren, die zur Vergrößerung der Heiz- und/oder Kühlfläche mit Lamellen verbunden sind, wobei eine Mehrzahl von Rohren parallel zueinander angeordnet und aneinander befestigt sind und eine Wärmetauscherwand bilden, die einen Wärmetauscherinnenraum umschließt, der von der zu erwärmenden und/oder zu kühlenden Luft durchströmbar ist, und dass an und/oder zwischen den Rohren die Lamellen befestigt sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Konvektoreinheit, die aus Wärmetauschern zusammengesetzt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Erwärmen und/oder Kühlen von Luft insbesondere von Raumluft mit mehreren von einem Fluid durchströmbaren Rohren, die zur Vergrößerung der Heiz- und/oder Kühlfläche mit Lamellen verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Konvektoreinheit, die aus Wärmetauschern zusammengesetzt ist.
- Es sind Wärmetauscher unterschiedlichster Größe und Bauart bekannt. Hierbei ist die Baugröße von der gewünschten Leistung abhängig, so dass je nach erforderlicher Leistung unterschiedlich große Wärmetauscher hergestellt werden. Dies erfordert einen erheblichen Konstruktions- und Herstellungsaufwand, bei dem eine Automatisierung nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der bei hoher Übertragungsleistung und kleiner Druckdifferenz in Konstruktion und Herstellung einfach ist und hierbei geringe Außenabmessungen aufweist und vielseitig einsetzbar ist. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, dass der Wärmetauscher seine Wärmeabgabe sowohl konvektiv als auch zeitgleich als Strahlung abgibt.
- Darüber hinaus ist Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art in Konvektoren unterschiedlichster Leistung verwenden zu können, ohne den Wärmetauscher selber verändern zu müssen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von Rohren parallel zueinander angeordnet und aneinander befestigt sind und eine Wärmetauscherwand bilden, die einen Wärmetauscherinnenraum umschließt, der von der zu erwärmenden und/oder zu kühlenden Luft durchströmbar ist, und dass an und/oder zwischen den Rohren die Lamellen befestigt sind.
- Ein solcher Wärmetauscher besteht im Wesentlichen nur aus zwei Bauteilen, d. h. aus einem Rohr, aus dem die Wärmetauscherwand zusammensetzbar ist und am oder zwischen den Rohren befestigten Lamellen. Damit hängt die Leistung des Wärmetauschers nur noch von der Anzahl und der Größe der Rohre und Lamellen ab. Dies erleichtert eine maschinelle Fertigung und ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad.
- Darüber hinaus kann der Wärmetauscher insbesondere durch seine Patronenform als Einzelelement mehrfach nebeneinander in Konvektoreinheiten eingesetzt werden, ohne Änderungen am Wärmetauscher vornehmen zu müssen. Damit bestimmt nicht mehr die individuelle Größe des Wärmetauschers, sondern die Anzahl der Wärmetauscher die Leistung der Konvektoreinheit.
- Ferner kann ein solcher Wärmetauscher sowohl zum Kühlen als auch zum Erwärmen von Luft sowie in senkrechter als auch in waagerechter oder schräger Lage verwendet werden. Darüber hinaus ist ein solcher Wärmetauscher sowohl mit als auch aufgrund der niedrigen Druckdifferenz ohne Ventilator verwendbar.
- Eine gerundete Wärmetauscherwand ist dann auf konstruktiv einfache Weise erreichbar, wenn die den benachbarten Rohren zugewandten zwei Seitenflächen jeden Rohres derart zueinander schräg verlaufen, dass ihr Abstand voneinander zum Wärmetauscherinnenraum hin sich verringert. Hierbei können die Rohre einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
- Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Rohre einen Innenkanal mit rundem oder ovalem Querschnitt aufweisen. Auch ist von Vorteil, wenn die Wärmetauscherwand einen im Querschnitt kreisförmig oder ovalen Wärmetauscherinnenraum bildet.
- Die Befestigung der Rohre aneinander kann vielseitig gestaltet sein und erfolgt miteinander kraft-, stoff- oder formschlüssig. Vorzugsweise erfolgt sie stoffschlüssig, da eine beste Wärmeübertragung gegeben ist.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lamellen in den Wärmetauscherinnenraum insbesondere radial hineinragen. Hierbei können die Lamellen sich bis zur Mitte des Wärmetauscherinnenraums erstrecken. Hierbei ist von Vorteil, wenn die Lamellen sich zur Mitte des Wärmetauscherinnenraums in gebogener Form erstrecken und mit ihren inneren gebogenen Rändern einen koaxialen Kanal bilden, wobei die Lamellen mit ihren inneren Rändern aneinander befestigt sind.
- Um ein sicheres Ablaufen von Kondensat zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der untere Rand der Lamellen derart schräg geformt ist, dass der Randbereich nahe der Wärmetauscherwand tiefer hegt als der weiter innen liegende Randbereich. Hierbei kann unterhalb der Lamellen an der Innenseite der Wärmetauscherwand eine Auffangrinne für das Kondensat angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die gebogene Innenwand der Auffangrinne den insbesondere düsenförmigen Lufteinlass des Wärmetauschers bildet.
- Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass unterhalb oder oberhalb der Lamellen ein Ventilator insbesondere im Wärmetauscherinnenraum angeordnet ist. Ein einfaches Beeinflussen der Luftströmung, hier besonders die Austrittsgeschwindigkeit für zugfreien Eintrag, wird erreicht, wenn in oder an der Auslassseite ein verstellbares Ventil insbesondere mit lamellenförmigen Verschlussteilen angeordnet ist.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine erste Gruppe mehrerer nebeneinander liegender Rohre zum Erwärmen von Luft und eine zweite Gruppe mehrerer nebeneinander liegender Rohre zum Kühlen von Luft mit den entsprechenden Heiz- und Kühlaggregaten verbunden ist. Hierbei kann die erste Gruppe von Rohren die Vorderseite des Wärmetauschers bilden.
- Auf konstruktiv einfache Weise wird eine Konvektoreinheit mit solchen Wärmetauschern dann geschaffen, wenn zwei oder mehr rohrförmige Wärmetauscher zu einer Konvektoreinheit aneinander befestigt sind. Hierbei ist von Vorteil, wenn die Achsen der Wärmetauscher zueinander parallel liegen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist gegeben, wenn die Wärmetauscher miteinander eine gerade Reihe bilden. Die Wärmetauscher sind zu einer Konvektoreinheit baukastenförmig leicht aneinander befestigbar, wenn die Wärmetauscher formschlüssig insbesondere durch Steckverbindungen aneinander befestigt sind.
- Ein einfaches Verstellen aller Wärmetauscher einer Konvektoreinheit ist gegeben, wenn die Ventilverschlussteile und/oder Auswürfe durch ein Gestänge verbunden und verstellbar sind. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass neben oder zwischen den rohrförmigen Wärmetauschern ein rohrförmiges Gehäuse gleicher Form und Größe wie die Wärmetauscher angeordnet ist, das technische Mittel wie Stellantrieb, Elektrik und/oder Elektronik enthält.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
-
1 einen axialen Schnitt durch einen Wärmetauscher in liegender Stellung, -
2 einen Querschnitt durch den Wärmetauscher nach II-II in1 , -
3 einen Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr in vergrößerter Darstellung, -
4 eine perspektivische Ansicht einer Wärmetauscherwand mit Rohren und Lamellen im aufgeschnittenen Zustand ohne Endteile an beiden Kopfseiten, -
5 einen axialen Schnitt durch einen Wärmetauscher im senkrechten Zustand und -
6 eine perspektivische Ansicht einer Konvektoreinheit mit Wärmetauschern und einem zusätzlichen Gehäuse für technische Mittel. - Der erfindungsgemäße Wärmetauscher
1 weist eine Außenwand2 auf, die aus einer Mehrzahl von Rohren3 zusammengesetzt ist. Hierbei besitzen die Rohre einen koaxialen Innenkanal4 und zwei Seitenflächen3a ,3b , die zueinander leicht schräg verlaufen, um miteinander einen spitzen Winkel zu bilden, dessen Scheitelpunkt auf der Längsachse des Wärmetauschers liegt. Die Seitenflächen3a ,3b liegen damit jeweils auf einem Radius der im Querschnitt kreisförmigen Wand2 , wobei der Querschnitt jeden Rohres3 außenseitig ein gleichschenkliges Trapez bilden. Hierbei können aber die Außenfläche3c und die Innenfläche3d von einem Trapez dadurch abweichen, dass die Außenfläche3c konvex und die Innenfläche3d des Rohres3 konkav in einer Weise gewölbt sind, dass die Außenflächen3c aller Rohre die zylindrische Außenseite des Wärmetauschers und die Innenflächen3d aller Rohre die zylindrische Innenfläche des Wärmetauschers bzw. der Wand2 bilden. Hierbei weist der Innenkanal4 der Rohre3 vorzugsweise einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf. Alternativ kann der Wärmetauscher aber auch eine nichtzylindrische Form besitzen und z. B. quaderförmig sein. - Zwischen den Rohren
3 und damit zwischen den Seitenflächen3a und3b sind Lamellen5 befestigt insbesondere eingelötet. Hierzu können die Lamellen außenseitig mit einem Lot beschichtet sein. In einer nicht dargestellten Ausführung sind die Rohre3 nicht aneinander gelötet, sondern durch einen Außenmantel oder durch Außenringe aneinander gehalten. - Stattdessen können die Lamellen
5 aber auch nur an der Innenseite der Wand2 und damit an der Innenfläche3d der Rohre befestigt sein insbesondere durch Anlöten. Die Lamellen erstrecken sich von der Wand2 nach innen zur inneren Mitte des von der Wand2 umgebenden Innenraums6 . Hierbei sind die Lamellen5 in der in den2 und4 dargestellten Ausführung in der Weise gebogen hergestellt, dass sie einen inneren koaxialen Kanal7 bilden, wobei die inneren Enden der Lamellen5 durch tangentiale Lage die Wand des Kanals7 bilden. - Die sich zur Mitte des Innenraums
6 erstreckenden Lamellen5 haben die wesentliche Funktion, durch den Innenraum6 geführte Luft zu erwärmen oder abzukühlen, so dass der Wärmetauscher sowohl als Heizelement als auch als Kühlelement verwendbar ist. Hierbei können die Anschlüsse an die Innenkanäle4 der Rohre3 derart vorgesehen sein, dass nur eine bestimmte Anzahl von Rohren3 der Erwärmung dienen, im folgenden als erste Gruppe8 bezeichnet, s.2 . Die übrigen Rohre der zweiten Gruppe9 dienen hierbei der Kühlung, wobei eine Gruppe8 von nebeneinander liegender Rohre kleiner sein kann als die in der zweiten Gruppe9 . Vorzugsweise bildet hierbei die erste Gruppe8 , die der Erwärmung dient, mit ihrer Außenseite die Außenwand des Wärmetauschers, die dem Raum bzw. den Benutzern zugekehrt ist, um damit Wärmestrahlung nach außen abzugeben. - Zu beiden Enden der Wand
2 und damit der Rohre3 ist jeweils ein Endteil10 ,11 befestigt, das Ringkanalsegment12 zur Versorgung der Kanäle aufweist. In einem der beiden ringförmigen Endteile10 ist ein Ventilator24 angeordnet, der dafür sorgt, dass Luft durch den Innenraum6 strömt. - In dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Wärmetauscher waagerecht oder leicht schräg angeordnet, so dass das Kondensat17 von den Lamellen nach unten fließt und von dort gesammelt nach außen zum Endteil11 und dort in eine Auffangrinne14 , die von einer ringförmigen Endfläche15 gebildet wird. Hierbei ist die ringförmige Auffangrinne14 derart abgerundet gestaltet, dass die Innenöffnung16 einen abgerundeten Rand für die Öffnung16 bildet. - In
5 ist der Wärmetauscher in senkrechter Stellung im Kühlbetrieb dargestellt. Wird hierbei ohne Ventilator gearbeitet, so strömt die zu kühlende Luft in Richtung der Pfeile18 nach unten. Mit Unterstützung des Ventilators24 wird die Luft vorzugsweise nach oben in Richtung der Pfeile19 bewegt. Mit den Pfeilen17 ist die Strömungsrichtung des Kondensats dargestellt, das nach unten strömt, wobei die Unterseiten der Lamellen5 derart schräg geformt sind, dass der Randbereich der Lamelle nahe der Wärmetauscherwand tiefer liegt als der weiter innen liegende Randbereich, so dass entlang dieser unteren Kante20 der Lamelle das Kondensat nach außen fließt, um in die Auffangrinne14 zu gelangen. - In
6 ist eine Konvektoreinheit21 dargestellt, die aus drei zylindrischen bzw. patronenförmigen Wärmetauschern1 zusammengesetzt ist. Hierbei sind die einzelnen Wärmetauscher durch Steckverbindungen22 aneinander insbesondere lösbar befestigt. Die Anzahl der einzelnen gleich großen und damit dieselbe Leistung erbringenden Wärmetauscher1 innerhalb einer Konvektoreinheit ist direkt abhängig von der gewünschten Gesamtleistung der Konvektoreinheit. Dabei liegen die einzelnen Wärmetauscher mit ihren Längsachsen stets parallel zueinander. - Auf einer Seite der Reihe von Wärmetauschern
1 oder zwischen diesen ist vorzugsweise ein rohrförmiges Gehäuse23 mit der gleichen Form und den gleichen Außenabmessungen und der gleichen Steckverbindung wie die Wärmetauscher befestigt, in dem technische Mittel insbesondere die elektrischen und/oder Heiz- und/oder Kühlkreislauf-Anschlüsse, die Elektrik, die Elektronik und vorzugsweise ein Stellantrieb für die Lamellen der Ventile angeordnet sind. - Statt einer Anordnung nebeneinander können die einzelnen Wärmetauscher
1 einer Konvektoreinheit auch in anderer Weise gruppiert werden. Ferner muss die Wand2 jedes Wärmetauschers nicht unbedingt kreisförmig sein, sondern es ist auch ein ovaler Querschnitt möglich.
Claims (24)
- Wärmetauscher (
1 ) zum Erwärmen und/oder Kühlen von Luft insbesondere von Raumluft mit mehreren von einem Fluid durchströmbaren Rohren (3 ), die zur Vergrößerung der Heiz- und/oder Kühlfläche mit Lamellen (5 ) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rohren (3 ) parallel zueinander angeordnet und aneinander befestigt sind und eine Wärmetauscherwand (2 ) bilden, die einen Wärmetauscherinnenraum (6 ) umschließt, der von der zu erwärmenden und/oder zu kühlenden Luft durchströmbar ist, und dass an und/oder zwischen den Rohren (3 ) die Lamellen (5 ) befestigt sind. - Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den benachbarten Rohren (
3 ) zugewandten zwei Seitenflächen (3a ,3b ) jeden Rohres derart zueinander schräg verlaufen, dass ihr Abstand voneinander zum Wärmetauscherinnenraum (6 ) hin sich verringert. - Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (
3 ) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (
3 ) einen Innenkanal (4 ) insbesondere mit rundem, ovalem oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherwand (
2 ) einen im Querschnitt kreisförmig oder ovalen Wärmetauscherinnenraum (6 ) bildet. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (
3 ) miteinander kraft-, stoff- oder formschlüssig verbunden sind. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (
5 ) in den Wärmetauscherinnenraum (6 ) insbesondere radial hineinragen. - Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (
5 ) sich bis zur Mitte des Wärmetauscherinnenraums (6 ) erstrecken. - Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (
5 ) sich zur Mitte des Wärmetauscherinnenraums (6 ) in gebogener Form erstrecken und mit ihren inneren gebogenen Rändern einen koaxialen Kanal (7 ) bilden. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (
5 ) mit ihren inneren Rändern aneinander befestigt sind. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand (
20 ) der Lamellen (5 ) derart schräg geformt ist, dass der Randbereich nahe der Wärmetauscherwand (2 ) tiefer liegt als der weiter innen liegende Randbereich. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Lamellen (
5 ) an der Innenseite der Wärmetauscherwand (2 ) eine Auffangrinne (14 ) für das Kondensat angeordnet ist. - Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogene Innenwand der Auffangrinne (
14 ) den insbesondere düsenförmigen Lufteinlass des Wärmetauschers (1 ) bildet. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb oder oberhalb der Lamellen (
5 ) ein Ventilator (12 ) insbesondere im Wärmetauscherinnenraum angeordnet ist. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auslassseite ein verstellbares Ventil (
13 ) insbesondere mit lamellenförmigen Verschlussteilen angeordnet ist. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe (
8 ) mehrerer nebeneinander liegender Rohre (3 ) zum Erwärmen von Luft und eine zweite Gruppe (9 ) mehrerer nebeneinander liegender Rohre (3 ) zum Kühlen von Luft mit den entsprechenden Heiz- und Kühlaggregaten verbunden ist. - Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er sowohl konvektiv als auch durch Strahlung wirksam ist.
- Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet, durch Zuordnung der Einzelrohre mit leichter Gestaltung des Verhältnisses von Heiz- zu Kühlleistung.
- Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (
8 ) von Rohren (3 ) die Vorderseite des Wärmetauschers (1 ) bilden. - Konvektoreinheit mit Wärmetauschern insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr rohrförmige Wärmetauscher (
1 ) zu einer Konvektoreinheit (21 ) aneinander befestigt sind. 21. Konvektoreinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Wärmetauscher (1 ) zueinander parallel liegen. - Konvektoreinheit nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (
1 ) miteinander eine gerade Reihe bilden. - Konvektoreinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (
1 ) formschlüssig insbesondere durch Steckverbindungen (22 ) aneinander befestigt sind. - Konvektoreinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilverschlussteile durch ein Gestänge verbunden und verstellbar sind.
- Konvektoreinheit nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass neben oder zwischen den rohrförmigen Wärmetauschern ein insbesondere rohrförmiges oder quaderförmiges Gehäuse (
23 ) gleicher Form und Größe wie die Wärmetauscher angeordnet ist, das insbesondere technische Mittel wie Anschlüsse, Stellantrieb, Elektrik und/oder Elektronik enthält.
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2009
- 2009-04-16 WO PCT/EP2009/002795 patent/WO2009132776A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
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