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Wärmeaustauscher aus Wabenwerkstoff und dazwischen angeordneten Rohren,
deren Achse senkrecht zu den Wabenachsen steht Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher,
der aus Wabenwerkstoff und dazwischen angeordneten, das eine Wärmeaustauschmittel
führenden Rohren besteht, deren Achse senkrecht zu den Wabenachsen steht. Bei derartigen
Wärmeaustauschem ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Rohre in Aussparungen
zwischen den aus Wabenwerkstoff hergestellten Teilen anzuordnen und mit dem Wabenwerkstoff
zu verlöten, jedoch werden bei der bekannten Ausbildung die Rohre nicht allseitig
vom Wabenwerkstoff umgeben.
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Die Erfindung schafft nun die Möglichkeit, die Rohre allseitig mit
Wabenwerkstoff zu umgeben und auch ganze Blöcke aus Wabenwerkstoff mit mehreren
darin enthaltenen Rohrreihen mit niedrigen Fertigungskosten aufzubauen.
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Erfindungsgemäß werden hierzu bei einem Wärmeaustauscher der eingangs
genannten Art die Wabenwerkstoffteile in an sich bekannter Weise durch Ineinanderdrücken
miteinander verbunden, wobei die Rohre in Aussparungen liegen, die vor dem Ineinanderdrücken
der Wabenwerkstoffteile in deren Verbindungsflächen angebracht worden sind.
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Es ist - wie bereits erwähnt - an sich bekannt, Wabenwerkstoffteile
aus Metall, z. B. Aluminiumfolie, mechanisch ineinanderzuschieben, wobei sich die
die Zellenwände bildenden Streifen ineinanderdrücken. Gewöhnlich schneiden dabei
die von den Klebestellen eines Wabenwerkstoffstücks gebildeten Streifenflächen von
doppelter Dicke wegen ihrer vergleichsweise größeren Steifheit und Stärke in die
Flächen mit einfacher Bahnstärke des anderen Abschnitts ein. Wo Flächen aus doppelten
Bahnen auf Flächen aus doppelten Bahnen oder Flächen aus einfachen Bahnen auf andere
aus einfachen Bahnen treffen, bettet sich das Material ineinander.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung erhellen aus der Beschreibung und
aus den Zeichnungen.
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Fig.1 stellt dabei einen teilweisen Querschnitt einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäß konstruierten Wärmeaustauschers dar und zeigt- dessen Hauptbestandteile
in auseinandergezogener Anordnung.
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Fig. 2 zeigt die gleiche Ansicht, jedoch in zusammengesetzter Anordnung
der Bestandteile.
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Fig. 3 zeigt eine Ansicht von oben der Vorrichtung nach Fig. 2, von
der jedoch Teile weggebrochen sind, im Schnitt.
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Fig. 4 ist eine stark vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Wärmeaustauschrohres,
das in einen umgebenden Körper aus Wabenwerkstoff eingebettet ist, wobei durch gestrichelte
Linien gezeigt ist, wie nebeneinanderliegende Flächen zwischen dem Rohr und dem
Wabenwerkstoff mit einer Metallschicht überzogen werden können.
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Fig 5 ist eine teilweise schematisch perspektivische Ansicht eines
elektrischen Heizkörpers gemäß der Erfindung.
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Fig. 6 ist eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Kühlers im Aufriß,
teilweise schematisch, wobei Teile im Schnitt weggebrochen sind.
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Fig. 7 zeigt einen vergrößerten teilweisen Querschnitt der Kühlerkonstruktion
nach Fig. 6 und gibt die Wärmeaustauschrohre und Wabenwerkstoffteilstücke in auseinandergezogener
Anordnung wieder.
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Fig. 8 entspricht Fig. 7, jedoch in zusammengesetzter Anordnung.
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Fig.9 ist eine teilweise Ansicht von oben einer Anordnung, in der
teilweise oder unterexpandierte Honigwaben verwendet sind.
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Fig. 1 zeigt im einzelnen zwei identische Wabenwerkstoffteile aus
Metall, die mit 11 und 12 bezeichnet sind. Die Teile 11 und 12 stellen eine übliche
Ausbildung mit in gleicher Richtung verlaufenden sechseckigen Zellenöffnungen 13
dar, wobei die Zellenöffnungen von gerippten oder sinusförmig gekrümmten Bahnen,
Streifen oder Bändern aus Metallfolie, z. B. Aluminiumfolie, begrenzt werden. In
der Praxis werden die gerippten Streifen, wie bei 14 gezeigt, Rücken an Rücken mit
einem geeigneten Klebstoff, vorzugsweise einem wärmeaushärtbaren Harz, miteinander
verbunden.
Fig. 1 zeigt ferner ein Wärmeaustauschrohr 16, das nach
einem Kreisbogen- oder Zickzackmuster geformt ist (s. Fig. 3) und durch welches
ein z. B. erwärmtes strömendes Wärmeaustauschmedium, flüssig oder gasförmig, geleitet
werden kann.
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Das Rohr 16 ist -in Fig. 1 zwischen den beiden Wabenwerkstofteilen
11 und 12 liegend dargestellt. Fig. 1 zeigt ferner, wie nebeneinanderliegende Flächen
von zwei Wabenwerkstofteilen ausgeschnitten oder eingekerbt werden (bei 15); im
wesentlichen entsprechend dem Zickzackmuster und der Querschnittsabmessung des Rohres
16.
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Wenn die Hauptbestandteile, nämlich die Teilstücke aus Wabenwerkstoff
und das Wärmeaustauschrohr, in die in Fig. 1 gezeigte Lage gebracht sind, können
die beiden Wabenwerkstoffteile so zusammengesetzt werden, daß die Zellöffnungen
einander gegenüberliegen, und dann fest zusammengedrückt werden, damit die Wabenwerkstoffteile
mechanisch ineinandergeschoben werden, wie bei 18 gezeigt, wobei das Wärmeaustauschrohr
16 in dem Wabenwerkstoü eng eingebettet ist.
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Fig.2 und 4 der Zeichnungen zeigen, wie die mechanisch verflochtenen
Teile 11 und 12 in innigem mechanischem Kontakt mit dem äußeren Umfang des Wärmeaustauschrohres
16 stehen, wodurch ein möglichst weitgehender Kontakt zwischen dem Metall des Wabenwerkstoffs
und des Wärmeaustauschrohres geschaffen wird, um .eine rasche Wärmeübertragung von
dem Rohr zum Wabenwerkstoff zu sichern, welcher als wärmeausstrahlende Leitbleche
oder -flachen des Ganzen funktioniert.
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Fig. 4 zeigt auch, wie die Berührungs- oder Nahtflächen zwischen dem
Wärmeaustauschrohr 16 und dem umgebenden Wabenwerkstoff aus Metallfolie mit Metall
plattiert oder überzogen werden können, wie z. B. durch die gestrichelte Fläche
17 gezeigt ist. Zum Beispiel kann der Wärmeaustauscher mit Zink überzogen werden,
indem man das gesamte Gebilde in ein geschmolzenes Bad taucht. Die Oberflächen können
aber auch mit Metall überzogen werden, indem man die beiden Wabenwerkstoffabschnitte
(oder nur eben Teile des Wabenwerkstücks 18, die später miteinander verbunden werden
sollen) vorher eintaucht oder auf andere Weise mit Zink oder anderem Metall überzieht
und, nachdem die Teile mit dem darin eingebetteten Rohr 16 vereinigt sind, dafür
sorgt, daß die so aufgebrachten überzüge genügend erhitzt werden, um mit den Oberflächen
des Rohres 16 zusammenzufließen. Bei diesem letzteren Verfahren kann das Rohr 16
vorher mit einem Flußmittel überzogen werden, ehe es zwischen die inemandergeschobenen
Wabenwerkstoffteile gebettet wird, damit ein richtiger Fluß und eine Adhäsion des
Metallüberzugs auf dem Rohr gesichert werden. Es liegt auch im Bereich der Erfindung,
die aneinanderliegenden Flächen von Wabenwerkstoff und Wärmeaustauschrohr mit Nickel
oder anderem Metall zu plattieren, und zwar z. B. nach bekannten Flektroplattierverfahren.
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Der Grund, weshalb eine metallische Verbindung zwischen dem Wärmeaustauschrohr
16 und dem dieses umgebenden Wabenwerkstoff geschaffen wird, besteht darin, eine.
bessere Übertragung der Wärme vom Rohr zum Wabenwerkstoff zu erhalten, als dies
durch bloße Berührung des Wabenwerkstoffs mit dem Wärmeaustauschrohr,gegeben wäre.
Wenn nicht eine homogene Verbindung zwischen dem Wärmeaustauschrohr und dem Wabenwerkstoff
vorgesehen wird, besteht die Gefahr, daß ein Luftfilm, zwischen diesen Bauteilen
vorhanden ist, gleichgültig, wie innig der Wabenwerkstoff mechanisch mit der Peripherie
des Wärmeaustauschrohres verbunden wird. Wie allgemein bekannt ist, verschlechtert
das Vorhandensein des Luftfilms zwischen zwei wärmeleitenden Teilen die Wärmeübertragung
zwischen diesen Teilen, und daraus ergibt sich das Bestreben nach einer festen und
durchgehenden Metallschicht zwischen dem Wärmerohr und dem Wabenwerkstoff gemäß
der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der Erfmdung unter Verwendung
eines Wärmeaustauschrohres von kreisförmigem Querschnitt, durch welches ein erhitztes
strömendes Medium in gasförmigem oder flüssigem Zustand geleitet werden kann.. Die
Wärme wird von dem umlaufenden strömenden Medium infolge der Leitfähigkeit durch
die Wände des Rohres und zu den wärmeausstrahlenden Oberflächen geleitet, welche
von dem umgebenden Wabenwerkstoff gebildet werden. Die Wärme aus dem Wabenwerkstoff
kann in die umgebende Luft ausgestrahlt werden. Vielfach ist es vorteilhaft, einen
Luftstrom oder ein anderes kühlendes Medium durch das Wabenwerkstoffgebilde zu drücken,
um den Prozeß der Wärmeübertragung noch zu beschleunigen.
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Die Art des strömenden Mediums, das durch das Rohr 16 läuft, bedingt
selbstverständlich keine Begrenzung des erfindungsgemäßen Zieles. Es wird die Verwendung
von Wärmeaustauschern mit erhitzten Gasen, wie Dampf- oder Rauchgasen, in Betracht
gezogen, oder es können heiße Flüssigkeiten, wie heißes Wasser oder öl, als abzukühlendes
erhitztes Medium gewählt werden.
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Fig.5 hat eine abgewandelte Ausführungsform eines Wärnieaustauschers
zum. Gegenstand, die in bezug auf Konstruktion, Arbeitsweise und das verwendete
Material als identisch mit der in Fig.1 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist, mit
der Ausnahme; daß an Stelle des Wärmeaustauschrohres 16 ein elektrischer Widerstand
116 als Heizelement verwendet wird, der innig zwischen zwei nebeneinandergesetzte
und mechanisch ineinandergedrückte Teile 111 und 112 aus Metallwabenwerkstoff eingebettet
wird. Das elektrische Heizelement 116 kann von üblicher Art, etwa eine ummantelte
Heizspirale, wie in den Zeichnungen gezeigt, oder eine beliebige Spezialanfertigung
sein.
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Die Fig. 6 bis 8 stellen eine erfindungsgemäße Ausführungsform. in
Gestalt eines Kühlers dar. Fig. 6 zeigt einen Kühler mit einer unteren Einlaßkammer
21, die mit einer oberen Auslaßkammer 22 über eine Vielzahl von Röhren, die mit
23 bezeichnet sind, in Verbindung steht. Die Auslaßleitung 22a liegt auf einem niedrigeren
Niveau als die Spitze oder der Scheitel der Kammer 22, wodurch ein Luftraum 24 wie
bei den allgemein üblichen Kühlerkonstruktionen gebildet wird. Ein Sicherheitsventil
26 ist schematisch in Verbindung mit der Luftkammer 24 dargestellt.
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In übereinstimmung mit der als Standard zu bezeichnenden Praxis sind
die Kühlerröhren relativ flach, dünn und von rechteckigem Querschnitt, um eine große
wärmeausstrahlende Fläche zu erzielen. Weiterhin sind sie als wechselweise gestapelte
Reihen oder Zeilen, wie bei 23 a, 23 b und 23 c in Fig. 7 und 8 gezeigt, angeordnet.
Alle Kühlerrohre sind eng in eine Vielzahl von ineinandergeschobenen
Wabenteilen
eingebettet, wie bei 31, 32, 33 bzw. 34 angedeutet. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist
jedes nebeneinanderliegende Paar Wabenteile vorher eingeschnitten oder eingekerbt,
wie bei 37 gezeigt, um einen ergänzend ausgestalteten Teil der Rohre aufzunehmen,
welche zwischen die genannten Wabenwerkstoffteile eingelegt werden. Hierbei sind
die aneinanderliegenden Wabenteile 31, 32 vorher eingeschnitten und dann zusammengepreßt
und ineinandergeschoben, um in engster Berührung die Reihe oder Zeile 23 a von Kühlerrohren
aufzunehmen. Ähnlich wird das anliegende Paar Wabenteile 32, 33 eingeschnitten und
verbunden, um zwischen einander die Reihe 23 b von Kühlerrohren aufzunehmen, die
versetzt zu den Reihen 23 a und 23 c angeordnet sind.
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Es ist augenscheinlich, daß jede gewünschte Anzahl Wabenteile miteinander
in Reihen verbunden werden kann, um einen Wärmeaustauscher von beliebiger Größe
zu bilden. Wie bei gewöhnlichen Kühlern bildet der Werkstoff mit seinen offenen
Zellen ein Metallgitter, durch welches Luft frei hindurchströmen kann und das als
Rippenfläche für die Rohre 23 wirkt.
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Es ist vorteilhaft, wenn die gesamte Tiefe der in gegenüberliegenden
Wabenwerkstoffteilen gebildeten Vertiefungen für die Aufnahme eines einzubettenden
Wärmeaustauschrohres größer ist als der Querschnitt des einzubringenden Rohres.
Beispielsweise ist in Fig. 1 die Tiefe jeder Ausnehmung annähernd gleich einer Hälfte
des Querschnitts des Rohres 16 plus der Tiefe der verflochtenen Zwischenfläche 18
zwischen den beiden Wabenteilen 11 und 12. Ähnlich ist die Tiefe jeder Ausnehmung
37 gemäß Fig. 7 im wesentlichen gleich der großen Halbachse des Querschnitts der
rechteckigen Rohre 23 plus der Tiefe oder Dicke der überlappung an der Zwischenfläche
zwischen jedem verflochtenen Paar Wabenteile. Der Grund, weshalb man die Ausnehmungen
zweckmäßig tiefer hält als den Querschnitt ist der, daß beim Zusammenschieben der
Wabenteile der Wabenwerkstoff nicht an den Rohren knittern kann, sondern der Druck
beim Zusammenschieben nur den Wabenwerkstoff in engen Kontakt mit dem Rohr bringt,
ohne daß eine strukturelle Zerstörung oder wesentliche Verformung des Wabenwerkstoffs
eintritt.
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Fig. 9 zeigt eine teilweise Draufsicht einer dem in Fig. 6 gezeigten
Gebilde ähnlichen Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die mit 111 bezeichneten
Waben bei der Herstellung nur teilweise aufgebläht oder unterexpandiert worden sind,
wobei die Zellen in der Richtung verlängert sind, die quer zur Achse des Wärmeaustauschrohres
116 ist. Es ist auch klar, daß durch Verwendung unterexpandierter Wabenwerkstoffe
die Anzahl der Zellen pro dm2 variierend vergrößert werden kann, wodurch es möglich
ist, die Dichte und daher auch die Menge der wärmeausstrahlenden Metallfolienfläche
pro dms der ausstrahlenden Oberfläche zu vergrößern.
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Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, den unterexpandierten Wabenwerkstoff
mit in die Länge gezogenen Zellformen, wie in Fig. 9 dargestellt, in Fällen zu verwenden,
in welchen die Größe der Wabenzelle bei nominaler Zellausdehnung (voll expandiert)
annähernd gleich oder nur wenig größer ist als der Durchmesser der Wärmeaustauschrohre.
In solchen Fällen kann es sich ergeben, daß das Wärmeaustauschrohr ziemlich vollständig
den Durchgang der Luft durch die Wabenzellen blockiert, was natürlich den Wärmeaustausch
verhindern würde. Wie in Fig. 9 angedeutet, sind die unterexpandierten Zellen alle
viel länger als der Durchmesser oder Querschnitt der Wärmeaustauschrohre 116, wodurch
es für eines der Wärmeaustauschrohre unmöglich wird, die Zirkulation der Luft oder
eines anderen kühlenden Mediums durch , die Wabenzellen vollständig zu blockieren.
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Wenn in den vorstehenden Ausführungen hauptsächlich davon die Rede
ist, daß durch die Rohre 16 ein erhitztes Medium strömen soll, so sei an dieser
Stelle bemerkt, daß statt dessen in sinngemäßen Fällen natürlich auch ein kühlendes
Medium verwendet werden kann.
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Der Wabenwerkstoff erfüllt erfindungsgemäß etwa die Aufgabe von Lamellen,
erlaubt jedoch infolge seiner vielfältigen und engen Anordnung einen hervorragenden
Wärmeaustausch, insbesondere bei Kühlaggregaten.