-
Wärmeaustauscher
dieser Art werden bei verschiedenen Anwendungszwecken mit vergleichsweise
hohen Drücken
von z. B. 2,6 bar und mehr und entsprechend großen Strömungsgeschwindigkeiten betrieben,
beispielsweise bei ihrer Anwendung als Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge. Dabei hängt die bei
der Durchströmung
des Wärmeaustauschers
erzielbare Kühl-
bzw. Wärmeaustauschleistung
von dem im Wärmeaustauscher
insgesamt tolerierbaren Druckabfall ab. Da ein großer Teil
der Druckverluste in einem Wärmeaustauscher
der eingangs bezeichneten Gattung konstruktionsbedingt durch die Übergangsbereiche
zwischen den Sammlern und den Rohren des Wärmeaustauschernetzes verursacht wird,
sind die auf das Wärmeaustauschernetz
selbst entfallenden und zur Erzielung der geforderten Wärmeaustauschleistungen
nutzbaren Anteile des Druckabfalls begrenzt. Es sind daher bereits
zahlreiche Einrichtungen vorgeschlagen worden, die Druckverluste
in den Übergangsbereichen
zwischen den Sammmlern und den Rohren des Wärmeaustauschernetzes weitgehend
vermeiden und dadurch bewirken sollen, daß der längs des Wärmeaustauschers tolerierbare
Druckabfall überwiegend
in den Rohren des Wärmetauschernetzes
genutzt werden kann.
-
Bei
einem bekannten Wärmetauscher
der eingangs bezeichneten Gattung (
DE 198 57 435 A1 ) sind die Rohrenden des
Wärmeaustauschernetzes mit
Endstücken
versehen, die auf der Innenseite des Bodenteils des Sammlers aus
den zugeordneten Durchgängen
herausragen und trichterförmig
aufgeweitet sind. Um die dadurch geschaffenen Hindernisse für die Strömung bzw.
die daraus resultierenden Druckverluste klein zu halten, ist dem
Bodenteil eine mit Abdeckelementen versehenes Einlegeteil zugeordnet.
Die Abdeckelemente sind dicht oberhalb der zwischen den Durchgängen liegenden
Abschnitte des Bodenteils angeordnet und dienen zur Schaffung von
die Rohrenden verlängernden
Eintritts- oder Austrittsdüsen
bzw. von zwischen den Rohrenden angeordneten, konvexen Strömungsleitelementen. Derartige
Einlegeteile bringen zwar den Vorteil einer Reduzierung der Druckverluste
in den Übergangsbereichen
zwischen dem Sammler und dem Wärmeaustauschernetz
mit sich. Nachteilig am bekannten Wärmeaustauscher ist jedoch der
Umstand, daß die Rohre
an ihren Enden aufgeweitet werden müssen, was zumindest einen zusätzlichen
Arbeitsgang erfordert. Dies gilt auch für andere bekannte Wärmeaustauscher
[
DE 197 57 034 A1 (
4),
DE 101 14 078 A1 ,
EP 0798 531 B1 ],
bei denen die Endstücke
der Rohre nicht durch Einlegeteile abgedeckt, sondern glockenförmig so
stark erweitert werden, daß sie
sich gegenseitig berühren
oder an speziellen Anlageflächen
des Bodenteils anliegen. Außerdem
hat sich gezeigt, daß die
Druckverluste bei allen diesen Wärmeaustauschern
zwar kleiner als beim Fehlen der beschriebenen Maßnahmen,
aber immer noch nicht so klein sind, wie dies gerade im Fall von
Ladeluftkühlern
erwünscht
wäre.
-
Bei
anderen bekannten Wärmeaustauschern [
DE 197 57 034 A1 (
2 und
3),
EP 0 990 868 B1 ] wird das Bodenteil im Bereich
seiner Durchgänge
mit dem Wärmeaustauschernetz
zugewandten Kragen oder Einfassungen versehen, damit die Rohrenden
in diesen Kragen zu liegen kommen und nicht über das Bodenteil hinaus in
den Sammelkasten ragen. Eine wesentliche Reduzierung des Druckabfalls
in den genannten Übergangsbereichen
ist dadurch aber kaum möglich,
weil die Stirnfläche
der Rohrenden und die zwischen diesen befindlichen flachen Abschnitte
des Bodenteils auch weiterhin beträchtlich zu den unerwünschten
Druckverlusten beitragen.
-
Bei
Plattenwärmeaustauschern
für Hauhaltswäschetrockner
ist es bekannt (
EP
1 050 618 A1 ), Strömungsverluste
eines schräg
bzw. rechtwinklig zu den Wärmeaustauscherplatten
ein- bzw. austretenden Gastroms dadurch zu vermeiden, daß die Enden der
Wärmeaustauscherplatten
treppenförmig
versetzt angeordnet und mit Gasumlenkungsteilen versehen werden.
Eine unmittelbare Übertragung
dieses Prinzips auf Wärmeaustauscher
der eingangs bezeichneten Gattung, die ein aus Rohren gebildetes Netz
und wenigstens einen Sammler aufweisen, ist nicht ohne weiteres
möglich.
-
Schließlich sind
Wärmeaustauscher
der eingangs bezeichneten Gattung bekannt (
US-PS 5 531 266 ), die speziell dem
Wärmeaustausch
von zweiphasigen Systemen dienen. Diese Wärmeaustauscher weisen in den
Sammlern angeordnete, im wesentlichen konisch ausgebildete Strömungsleitflächen auf,
die von den Bodenteilen bis zu den Anschlußöffnungen der Sammler erstreckte,
entsprechend konisch ausgebildete Strömungskanäle bilden. Diese Strömungskanäle sollen
gleichmäßige Massenströme in dem
zweiphasigen Gemisch und gleiche Druckverluste in allen Strömungskanälen sicherstellen.
Eine Reduzierung der Druckverluste innerhalb der kritischen Bereiche
der Sammler insgesamt kann damit nicht erreicht werden, weil die
Strömungsleitflächen zumindest
in unmittelbarer Nähe der
Rohrenden und der Anschlußöffnungen
des Sammlers erhebliche Veränderungen
der Strömungsquerschnitte
bewirken.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische
Problem zugrunde, den Wärmeaustauscher
der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß er ohne
die beschriebene, zusätzliche
Aufweitung der Rohrenden und/oder Längenversatz von Rohren oder
anderen Bauelementen des Wärmeaustauschernetzes
herstellbar ist, keine wesentlichen konstruktiven Beschränkungen
vorgesehen werden müssen
und dennoch die Druckverluste innerhalb des Sammlers vergleichsweise
klein gehalten werden können.
-
Zur
Lösung
dieses Problems dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
-
Die
Erfindung beruht auf der überraschenden
Erkenntnis, daß die
Druckverluste in den kritischen Übergangsbereichen
zwischen den Sammlern und den Rohren durch eine ausreichend große Bemessung
der Höhe
der Strömungsleitelemente
auch gegenüber
solchen Wärmeaustauschern
merklich reduziert werden können,
bei denen ein Überstand
der Rohrenden über
das Bodenteil hinaus vermieden wird oder aufgeweitete Rohrenden
mit konvexen Abdeckungen versehen bzw. unter Bildung solcher Abdeckungen
aufgeweitet werden. Obwohl eine Aufweitung der Rohrenden in einem
zusätzlichen
Arbeitsschritt bei den erfindungsgemäßen Wärmeaustauschern nicht erforderlich
ist, können
unerwünschte Änderungen
der Strömungsquerschnitte
in den kritischen Übergangsbereichen
auf einfache Weise weitgehend vermieden werden. Verbleibende Druckverluste
innerhalb des Sammlers können
weiter dadurch minimiert werden, daß den in den Sammler ragenden Teilen
der Strömungsleitelemente
eine strömungsgünstige Form,
Länge und/oder
Ausrichtung gegeben wird.
-
Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 schematisch eine perspektivische, auseinander
gezogene Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers;
-
2 einen Längsschnitt
etwa längs
der Linie II–II
der 4 durch einen Teilabschnitt
eines erfindungsgemäßen Einlegeteils;
-
3 einen der 2 entsprechenden Längsschnitt durch einen Teilabschnitt
eines mit Rohren besetzten Bodenteils des Wärmeaustauschers nach 1;
-
4 eine Draufsicht auf das
Einlegeteil nach 2;
-
5 eine perspektivische Ansicht
des Einlegeteils nach 2;
-
6 einen Längsschnitt
durch das Einlegeteil und die Bodenplatte entsprechend 2 und 3, jedoch im zusammengesetzten Zustand;
-
7 einen der 6 entsprechenden Längsschnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.
-
8 eine der 1 entsprechende Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels;
-
9 einen der 6 entsprechenden Längsschnitt durch noch ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
10 die Draufsicht auf ein
schematisch dargestelltes, zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers
im Bereich eines Einlegeteils;
-
11 und 12 Schnitte längs der Linien XI – XI und
XII – XII
der 10;
-
13 eine perspektivische
Darstellung allein des Einlegeteils des Wärmeaustauschers nach 10; und
-
14 eine der 10 entsprechende Draufsicht auf ein drittes
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers.
-
Nach 1 enthält ein nur teilweise angedeuteter
Wärmeaustauscher
der hier interessierenden Art ein Wärmeaustauschernetz, das eine
Vielzahl von parallel angeordneten, hier als Flachrohre ausgebildeten
Rohren 2 enthält,
die durchgehend im wesentlichen dieselben Querschnitte aufweisen
und Löcher
in nicht dargestellten, quer zu ihren Achsen angeordneten, dem Wärmeaustausch
dienenden Leitblechen durchragen können oder zwischen sich übliche,
gewellte Kühlrippen
bzw. Lamellen aufnehmen. An den Seiten kann das Netz durch nicht
dargestellte Seitenteile zusammengehalten sein.
-
An
ihren in 1 oberen Enden
sind die Rohre 2 in Durchgängen 3 eines plattenförmigen, hier
rechteckigen Bodenteils 4 angeordnet und in diesem durch
Löten,
Kleben, mechanisches Aufweiten oder sonstwie flüssigkeits- bzw. gasdicht befestigt (vgl.
auch 3). An den entgegengesetzten,
in 1 nicht sichtbaren
Enden der Rohre 2 ist in der Regel ein dem Bodenteil 4 entsprechendes
Bodenteil vorgesehen.
-
Das
Bodenteil 4 dient neben der Halterung der Rohre 2 auch
zur Befestigung eines Sammelkastens 5, der an einer vom
Netz 1 abgewandten Innenseite des Bodenteils 4 befestigt
wird. Der Sammelkasten 5 kann im Prinzip jede beliebige
Form haben, die in der Regel vom Anwendungszweck des jeweiligen
Wärmeaustauschers
abhängt
und im wesentlichen von einer einen inneren Hohlraum umgebenden Wand 6 des
Sammelkastens 5 bestimmt wird. Dabei enthält die Wand 6 einerseits
wenigstens eine in den inneren Hohlraum mündende Anschlußöffnung 7,
an die sich nach außen
hin meistens ein Rohrstutzen 8 anschließt, und andererseits eine zur
Befestigung des Sammelkastens 5 am Bodenteil 4 bestimmte, hier
rechteckige Montageöffnung 9,
die von einem umlaufenden Randabschnitt 10 umgeben ist.
Die Befestigung des Sammelkastens 5 am Bodenteil 4 zu einem
nach außen
geschlossenen Sammler erfolgt z. B. dadurch, daß der Randabschnitt 10 zentriert
auf das Bodenteil 4 aufgelegt und dann ein an diesem vorgesehener,
umlaufender, hochgestellter Befestigungsrand 11 klammerartig
nach innen umgebogen wird. Zwischen dem Randabschnitt 10 und
dem Befestigungsrand 11 wird meistens ein umlaufendes Dichtelement
angeordnet.
-
Beim
Betrieb des Wärmetauschers
nach 1 wird ein z. B.
zu kühlendes
Medium (z. B. Wasser, Öl
oder Luft), das durch die Anschlußöffnung 7 in den Sammelkasten 5 einströmt, von
diesem auf die Rohre 2 verteilt, von wo aus das Medium
in einen in 1 nicht
dargestellten zweiten Sammelkasten gelangt, bevor es den Wärmeaustauscher
verläßt. Wäre der zweite
Sammelkasten identisch mit dem Sammelkasten 5 ausgebildet,
dann würde
also ein durch die Rohre 2 zugeführtes Medium im Sammelkasten 5 gesammelt,
zur Anschlußöffnung 7 umgelenkt
und durch die Anschlußöffnung 7 weggeführt.
-
Wärmeaustauscher
dieser Art sind allgemein bekannt und brauchen dem Fachmann daher
nicht näher
erläutert
werden.
-
Erfindungsgemäß ist auf
der Innenseite des Bodenteils 4 ein Einlegeteil 12 angeordnet,
das insbesondere aus 2, 4 und 5 ersichtlich ist. Das Einlegeteil 12 besitzt
hier wie das Bodenteil 4 eine rechteckige Umfangskontur,
die derart bemessen ist, daß das
Einlegeteil 12 beim Zusammenbau des Wärmeaustauschers zwischem dem
Bodenteil 4 und dem Randabschnitt 10 des Sammelkastens 5 gas-
bzw. flüssigkeitsdicht
eingeklemmt werden kann, wenn der Sammelkasten 5 mittels
des Randabschnitts 10 am Befestigungsrand 11 des
Bodenteils 4 befestigt wird. Alternativ kann das Einlegeteil 12 aber
auch z. B. durch Löten,
Kleben oder sonstwie an der Innenseite des Bodenteils 4 befestigt
werden.
-
Wie
insbesondere 1 zeigt,
ist das Bodenteil 4 zwischen den Durchgängen 3, die im wesentlichen
den Außenquerschnitten
der Rohre 2 entsprechende Innenquerschnitte besitzen, jeweils
mit einem in der Draufsicht rechteckförmigen Abschnitt 14 versehen
(vgl. auch 3). Dabei
wird in 1 bis 6 von einem einreihigen Wärmeaustauscher
ausgegangen, der entsprechend 1 nur
eine Reihe von Rohren 2 aufweist, wobei die langen Rohrachsen enthaltende
Mittelebenen 15 der Rohre 2 im wesentlichen senkrecht
zum Bodenteil 4 und parallel zu Mittelebenen 16 angeordnet
sind, die die Abschnitte 14 senkrecht durchsetzen und deren
Längsachsen
enthalten. Im Ausführungsbeispiel
sind die Abschnitte 14 beim Blick auf ihre Innenseiten
jeweils leicht konkav gewölbt.
Außerdem
läßt 3 erkennen, daß die Enden
der Rohre 2 mit einem geringen Überstand in das Bodenteil 4 eingesetzt
sind und etwas über
dessen Innenseite hinaus vorstehen. Nach dem Zusammenbau der aus 1 ersichtlichen Teile ragen
die Rohrenden daher leicht in den Sammelkasten 5 hinein.
-
Das
Einlegeteil 12 (4 und 5) ist dort, wo das Bodenteil 4 die
Durchgänge 3 aufweist,
mit entsprechend ausgebildeten Löchern 17 versehen,
die nach dem Zusammenbau der aus 1 ersichtlichen
Teile im wesentlichen deckungsgleich über den Durchgängen 3 zu
liegen kommen (vgl. auch 6). Die
zwischen den Löchern 17 befindlichen
Abschnitte des Einlegeteils 12 sind dabei als Strömmungsleitelemente 18 ausgebildet.
Zudem ist das Einlegeteil 12 an seinem Umfang mit einem
umlaufenden Befestigungsrand 19 versehen, der zwischen
den Rändern 10 bzw.
11 des Sammelkastens 5 bzw. des Bodenteils 4 zu
liegen kommt.
-
Die
Strömungsleitelemente 18 bestehen
aus massiven, noppen- bzw. rippenartigen Vorsprüngen und weisen an dem Bodenteil 4 zugewandten,
ersten Enden 18a Querschnitte auf, die im wesentlichen
den Umfangskonturen der Abschnitte 14 entsprechen. Insbesondere
sind die ersten Enden 19a in ihrer Längsrichtung zwischen gegenüberliegenden
Teilen des Befestigungsrandes 19 durchgehend ausgebildet
und quer dazu mit Dicken a versehen (2),
die im wesentlichen den lichten Abständen A der Rohre 2 entsprechen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke a
der ersten Enden der Strömungsleitelemente 18 gleich
der Summe aus dem lichten Abstand A der Rohre 2 und der
zweifachen Wandstärke
s der Rohre 2, so daß a
= A + 2s gilt (vgl. 2 und 3). Außerdem weisen die Strömungsleitelemente 18 erfindungsgemäß Höhen b auf,
die wenigstens gleich der Dicke a und höchstens gleich der doppelten
Dicke 2a sind, wobei die Höhen b mit besonderen Vorteil
Werte zwischen 1,0 · a
und 1,5 · a
aufweisen.
-
Die
ersten Enden 18a der Strömungsleitelemente 18 reichen
im montierten Zustand des Wärmeaustauschers
(6) bis dicht an die
Rohrenden heran, wobei sie vorzugsweise mit deren Außenflächen bündig abschließen. Um
dies sichexzustellen, weisen die Enden 18a gemäß 2 an ihren seitlichen Rändern je
eine Stufe 20 auf, die eine der Wandstärke s der Rohre 2 entsprechende
Breite besitzt und im montierten Zustand einen zugeordneten Längsabschnitt
eines Rohrendes derart in sich aufnimmt, daß dessen Stirnfläche 21 an
der Stufe anliegt. Zwischen den Stufen 20 befindliche Abschnitte 22 der
ersten Enden 18a treten dagegen in die Zwischenräume zwischen
zwei benachbarten Rohren 2 ein und liegen dabei zweckmäßig an den
Abschnitten 14 des Bodenteils 4 an, wodurch eine
mechanische stabile Konstruktion erhalten wird.
-
Vom
Bodenteil 4 entfernte, zweite Enden 18b der Strömungsleitelemente 18 sind vorzugsweise
gerundet und weisen z. B. halbkreisförmige oder halbovale Querschnitte
auf. Im übrigen
weisen die Strömungsleitelemente 18,
beginnend an den ersten Enden 18a, bis zu den zweiten Enden 18b hin
kontinuierlich abnehmende Dicken a auf.
-
Die
beschriebene Ausbildung und Anordnung der Strömungsleitelemente 18 bringt
den Vorteil mit sich, daß zwischen
den Rohrenden einerseits vergleichsweise lange und hohe, durch die
Außenwände der
Strömungsleitelemente 18 gebildete
Kanäle
entstehen, die – vom
Inneren der Sammelkastens 5 her betrachtet – in Richtung
der Rohre 2 allmählich
abnehmende Querschnitte aufweisen, bis sie genau den Rohrquerschnitten
entsprechen und daher keine scharfen Querschnittsänderungen
bewirken. Dadurch ist eine stabile Strömung im Übergangsbereich Sammler/Wärmeaustauschernetz möglich. Außerdem sind
im Sammler praktische keine vorstehenden Kanten oder sonstige Strömungshindernisse
vorhanden, die wesentliche Druckverluste verursachen könnten, so
daß der
Hauptteil des Druckabfalls wie gewünscht im Wärmeaustauschernetz auftritt.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
nach 1 bis 6 stehen Mittelebenen 24 der
Strömungsleitelemente 18 wie
die Mittelebenen 16 der Abschnitte 14 im wesentlichen
senkrecht zum Bodenteil 4, so daß sie im montierten Zustand
in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dagegen zeigt 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem Mittelebenen 25 von
Strömungsleitelementen 26 im
montierten Zustand mit den Mittelebenen 16 der Abschnitte 14 Winkel α einschließen, die
z. B. ± 30° betragen
können.
Dabei können
die Winkel α der
Mittelebenen 25 aller vorhandenen Strömungsleitelemente 26 gleich
oder, wie 7 zeigt, unterschiedlich
sein. Die im Einzelfall gewählte
Lage und Orientierung der Strömungsleitelemente 26 kann
insbesondere in Abhängigkeit
davon gewählt
werden, wo jeweils die Anschlußöffnung 7 (1) des Sammelkastens 5 liegt.
Liegt diese in einem mittleren Teil des Sammelkastens 5,
dann ist es zweckmäßig, die Mittelebenen 25 der
mittleren Strömungsleitelemente 26 im
wesentlichen senkrecht zum Bodenteil 4 anzuordnen, während die
Mittelebenen 25 der beiden in 7 links von einer gedachten Mittelebene 27 des Wärmeaustauschers
liegenden Strömungsleitelemente 26 nach
rechts (+α),
die Mittelebenen 25 der beiden in 7 rechts von der gedachten Mittelebene 27 liegenden
Strömungsleitelemente 26 nach links
(– α) geneigt
sind. Dies dient dem Zweck, die Strömungsleitelemente 26 jeweils
im wesentlichen in die beim Betrieb des Wärmeaustauschers zu erwartende
Strömungsrichtung
zu legen und dadurch die Strömungswiderstände und
Druckverluste noch weiter zu reduzieren. Aus demselben Grund ist
es möglich,
die Strömungsleitelemente 26 abweichend
von 2 nicht streng spiegelsymmetrisch,
sondern in Abhängigkeit
vom erwartenden Strömungsprofil
unsymmetrisch zu ihren Mittelebenen 25 auszubilden, wie
z. B. in 7 für das ganz
links und ganz rechts dargestellte Strömungsleitelement 26 klar
erkennbar ist. Auch beidseitig der in 7 angedeuteten
Mittelebene 27 des Wärmeaustauschers
können
die Strömungsleitelemente 26 sowohl
unterschiedlich bzw. unsymmetrisch ausgebildet als auch unterschiedlich orientiert
sein.
-
Schließlich ist
es möglich,
die Strömungsleitelemente 26 in
Abhängigkeit
von der Lage der Anschlußöffnung 7 (1) unterschiedlich lang
auszubilden, falls dies zur Erzielung kleiner Strömungswiderstände zweckmäßig ist.
Bei in 7 nach links (bzw.
nach rechts) versetzt gedachten Anschlußöffnungen 7 könnten die
Strömungsleitelemente 26z.
B. Höhen
b aufweisen, die von links nach rechts (bzw. von rechts nach links)
allmählich
abnehmen. Dies ist in 8 für Strömungsleitelemente 28 angedeutet, deren
Höhen von
links nach rechts kontinuierlich abnehmen. Insgesamt sollten dabei
die Lage, Ausbildung, Dimensionierung und Orientierung der verschiedenen
Strömungsleitelemente 28 derart
gewählt
werden, daß sich
für ein
das Wärmeaustauschernetz
zu durchströmendes
Medium möglichst kleine Änderungen
der Strömungsquerschnitte und/oder
möglichst
stetige Strömungsübergänge in Bereichen
zwischen den Anschlußöffnungen 7 und den
zugehörigen
Rohrenden ergeben.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
nach 7 wird die Dicke
a analog zu 2 jeweils
senkrecht zur Mittelebene 25 des betreffenden Strömungsleitelements 26 gemessen.
Entsprechend bemißt
sich die Höhe
b jeweils parallel zur Mittelebene 25, die wie in 2 im wesentlichen durch
die Mittellinie eines ersten, in 7 unteren
Endes 26a und eine Scheitellinie eines zweiten, über dem
Bodenteil 4 liegenden Endes 26b verläuft. Damit
ist auch hier die Höhe
b jeweils maßgeblich
dafür,
um wieviel die Rohre 2 von den Strömungsleitelementen 26 überragt
bzw. verlängert
werden. In entsprechender Weise werden die Maße a und b in 8 festgelegt.
-
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
das dem Ausführungsbeispiel
nach 1 bis 6 bis auf den Unterschied
gleicht, daß Strömungsleitelemente 29 vorgesehen
sind, die aus Hohlkörpern
mit Querschnitten in Form eines umgekehrten U bestehen.
-
Die
Strömungsleitelemente 18, 26, 28 und 29 sind
nach 1 bis 9 an einem Einlegeteil 12 ausgebildet,
das mit dem Bodenteil 4 verbunden wird. Dabei kann das
Einlegeteil 12 je nach Ausbildung und Lage der Strömungsleitlemente 18, 26, 28 und 29 mit diesen
z. B. aus einem einstückig
gefertigten Kunststoff – Spritzgußteil bestehen.
Alternativ wäre
es aber auch möglich,
die Strömungsleitelemente 18, 26, 28 und 29 an
das Bodenteil 4 anzuformen, das in diesem Fall ebenfalls
aus einem Kunststoff – Spritzgußteil hergestellt
sein könnte,
oder das Einlegeteil 4 beim Zusammenbau des Wärmeaustauschers fest mit dem
Sammelkasten 5 anstatt mit dem Bodenteil 4 zu
verbinden. Auch zahlreiche andere Befestigungs- und Herstellungsarten
für die
Strömungsleitelemente
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.
-
Gemäß einer
weiteren Variante ist es möglich,
sowohl dem am Eingang als auch dem aus Ausgang eines Wärmeaustauschers
vorgesehenen Sammler mit Strömungsleitelementen
entsprechend der obigen Beschreibung zu versehen. Dabei können die
Strömungsleitelemente
in beiden Sammlern identisch ausgebildet oder in Abhängigkeit
von den Lagen der eingangs- bzw. ausgangsseitigen Anschlußöffnungen
unterschiedlich ausgebildet und/oder orientiert sein. Außerdem ist
es insbesondere möglich,
die Längen
der Strömungsleitelemente
des einen Sammlers größer als
die Längen
der Strömungsleitelemente
des anderen Sammlers zu wählen.
Dabei ist es im Prinzip gleichgültig,
ob der zweite Sammler neben dem ersten Sammler oder an einer an
den entgegengesetzten Enden der Rohre 2 befindlichen Stelle
angeordnet ist.
-
Die
Erfindung kann in analoger Weise auch an Wärmeaustauschern realisiert
werden, die im Wärmeaustauschernetz über mehrere,
parallele Reihen von Rohren verfügen,
die wie in 1 bis 9 aus Flachrohren, aber auch
aus Rohren mit runden oder ovalen Querschnitten bestehen können.
-
10 bis 13 zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel
mit einer Vielzahl von Rohren 32, die mit durchgehend im
wesentlichen gleichen, kreisrunden Querschnitten versehen sind.
Die Enden dieser Rohre 32 sind in 10 als kleine Kreise angedeutet, woraus
sich ergibt, daß sie
im Ausführungsbeispiel
in fünf
parallelen Reihen und einer Vielzahl von dazu senkrechten Spalten
angeordnet sind.
-
Wie
insbesondere 11 und 12 zeigen, sind die Rohrenden
analog zu 1 bis 9 in entsprechend bemessenen
Durchgängen
eines plattenförmigen
Bodenteils 33 befestigt, wobei parallel bzw. senkrecht
zu den Rohrreihen gemessene lichte Abstände A1 und A2 der Rohre 32 (10) im wesentlichen gleich
sind.
-
Anders
als in 1 bis 9 bestehen zwischen den Durchgängen des
Bodenteils 33 verbleibende Abschnitte 34 nicht
aus rechteckförmigen,
quer zu der Rohrreihe angeordneten Streifen (4), sondern aus im wesentlichen quadratischen
Bereichen, die in ihren Ecken konkave Ausnehmungen haben. Diese
Abschnitte 34 kann man sich im linken Teil der 10 entstanden denken durch
die Bereiche zwischen vier benachbarten, in den Ecken eines Quadrats
angeordneten Rohrenden 32a bis 32d, da die sie
aufnehmenden Durchgänge
die Abschnitte 34 in den Eckbereichen begrenzen.
-
Erfindungsgemäß ist auf
der Innenseite des Bodenteils 33 ein Einlegeteil 35 (vgl.
insbesondere 13) angeordnet,
das wie das Bodenteil 33 eine z.B. rechteckige Umfangskontur
besitzt. Das Einlegeteil 35 ist dort, wo das Bodenteil 33 die
Durchgänge
hat, mit entsprechend ausgebildeten Löchern 36 versehen,
die nach dem Zusammenbau des Wärmeaustauschers
im wesentlichen deckungsgleich über dfen
Durchgängen
des Bodenteils 33 bzw. den zugehörigen Rohrenden zu liegen kommen.
Die zwischen diesen Löchern 36 befindlichen
Abschnitte des Einlegeteils 35 sind dabei als Strömungsleitelemente 37 ausgebildet
(11 und 13). Diese werden z.B. dadurch erhalten,
daß in
dem als planparallele Platte ausgebildeten Einlegeteil 35 die
Löcher 36 von
einer dem Wärmeaustauschernetz
zugewandten Seite des Einlegteils 35 aus in Richtung einer
dem Sammelkasten zugewandten Innenseite 38 konisch erweitert werden,
so daß zu
jedem mit einem Loch 36 verbundenen Rohr 32 ein
Strömungstrichter 39 (13) führt. Die dabei stehenbleibenden
Strömungsleitelemente 37 haben
an ihren den Abschnitten 34 des Bodenteils 33 zugewandten
Enden 37a eine den Abschnitten 34 entsprechende
Umfangskontur und Dicke a, die sich auch hier im wesentlichen aus
den lichten Abständen
A1, A2 der Rohre 32 ergibt und zum entgegengesetzten Ende 37b der
Strömungsleitelemente 37 hin
abnimmt. Mit besonderem Vorteil ist die Anordnung dabei derart,
daß an
der Innenseite 38 mündende
Enden 40 der Strömungstrichter 39 (11) mit solchen Querschnitten
versehen sind, daß sich
alle diese Enden 40 praktisch berühren, wie im linken Teil der 10 durch große Kreise 40a bis 40d angedeutet
ist. Die zwischen zwei derartigen Enden 40 (z.B. 40a, 40c in 10) aneinandergrenzenden
Teile der Enden 37b der Strömungsleitelemente 37 sind
daher, wie 11 und 12 zeigen, kegelförmig ausgebildet
und an den Scheiteln vorzugsweise gerundet. Dagegen zeigen 10 und 13, daß dazwischen liegende Teile
der Enden 37b der Strömungsleitelemente 37 im
wesentlichen rautenförmig
ausgebildet sind und bei der dargestellten Anordnung an ebenen Oberflächen enden.
Mit anderen Worten besitzen die Enden 37b im wesentlichen
identisch geformte, jedoch wesentlich kleinere Umfangskonturen wie
die entgegengesetzt liegenden Enden 37a.
-
Bei
der anhand der 1 bis 9 beschriebenen Bemessung
a ≤ b ≤ 2a werden
die Strömungsverluste,
die durch die Enden 37b der Strömungsleitelemente 37 verursacht
werden, vergleichsweise klein sein. Falls auch diese Strömungsverluste
minimiert werden sollen, können
die rautenförmigen
Enden 37b nach oben hin, d. h. in Richtung eines nicht dargestellten
Sammelkastens, ebenfalls gerundet und z.B. kuppelförmig ausgebildet
werden, wie in 12 durch
gestrichelte Linien 42 angedeutet ist.
-
Im
rechten Teil der 10 ist
eine ähnliche Konstruktion
wie im linken Teil vorgesehen. Ein Unterschied besteht hier nur
darin, daß die
Rohre 32 in Richtung der Reihen mit der doppelten Teilung
angeordnet und von Reihe zu Reihe um eine halbe Teilung versetzt
sind. Obere Enden von Strömungstrichtern 43 sind
hier wiederum durch große
Kreise angedeutet, während
Flächen 44 die
oberen Enden von zwischen den Strömungstrichtern 43 stehen
bleibenden Strömungsleitelementen
andeuten.
-
14 zeigt schließlich ein
Ausführungsbeispiel
analog zu 10 bis 13, bei dem jedoch ovale Rohre 45 vorgesehen
sind. Diese Rohre 45 sind in drei Reihen angeordnet und
entsprechend dem rechten Teil der 10 von
Reihe zu Reihe um eine halbe Teilung versetzt. Außerdem sind
die Enden der Rohre 45 durch konisch aufgeweitete, in einem
nicht dargestellten Einlegeteil angeordnete Strömungstrichter 46 verlängert. Dabei
ist die Anordnung jedoch so getroffen, daß zwischen den Strömunggtrichtern 46 stehen
bleibende Strömungsleitelemente
an schmalen, vorzugsweise abgerundeten Wandabschnitten 47 enden,
die in 14 durch dicke
Linien angedeutet sind und auf der einem nicht dargestellten Sammelkasten
zugewandten Innenseite des Einlegeteils liegen. Das Maß b ist
hierbei ebenfalls gleich dem ein- bis zweifachen Wert der sich aus
den lichten Abständen
der Rohre 45 ergebenden Dicke der Strömungsleitelemente, wobei je
nach Bedarf wenigstens die kleinsten und höchstens die größten vorhandenen lichten
Abstände
zugrunde zu legen sind.
-
Im übrigen sind
die Ausführungsbeispiele nach 10 bis 14 im wesentlichen analog zu den Ausführungsbeispielen
nach 1 bis 9 ausgebildet.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Beispielsweise könnten die
Rohre 2 ohne Überstand
in das Bodenteil 4 ragen. Auch in diesem Fall können die
den Rohren 2 zugewandten Enden der Strömungsleitelemente leicht so
ausgebildet werden, daß sie
die Stirnseiten der Rohren 2 abdecken, bündig mit
den Außenflächen der
Rohre abschließen
und die Bildung von Hindernissen im Strömungsweg weitgehend verhindern. Ferner
können
an den Innenwänden
des Sammelkastens 5 zusätzliche
Strömungsleitflächen angebracht
werden, wie z. B. in 1 schematisch
durch das Bezugszeichen 30 angedeutet ist, um dadurch die
Strömung
auf ihrem Weg zu oder von den Rohren 2 zu vergleichsmäßigen und
die Bildung von Turbulenzen zu vermeiden. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen
Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen
Kombinationen angewendet werden können.