DE2518683A1 - Waermeuebertrager - Google Patents

Waermeuebertrager

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DE2518683A1 DE19752518683 DE2518683A DE2518683A1 DE 2518683 A1 DE2518683 A1 DE 2518683A1 DE 19752518683 DE19752518683 DE 19752518683 DE 2518683 A DE2518683 A DE 2518683A DE 2518683 A1 DE2518683 A1 DE 2518683A1
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Description

4P/7 4P Verpackungen GmbH
Wärmetauscher Kempten
Wärmeübertrager
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit wenigstens zwei unter Bildung von parallel zueinander verlaufenden Einzelkanälen aufeinander liegenden Metallbändern, von denen das eine im wesentlichen eben und das andere wellenförmig ausgebildet ist.
Aus der US-PS 1 6Ol 637 ist ein Wärmeübertrager dieser Art bekannt. Bei einer derartigen Wärmeübertrager-Konstruktion ist es verhältnismäßig schwierig, eine dichte Verbindung des wellenförmig ausgebildeten mit dem ebenen Band zu erzielen. Im allgemeinen wurden bisher die beiden Bänder an ihren gegenseitigen Anlageflächen durch Hartlöten miteinander verbunden. Dies ist beispielsweise in der DT-OS 2 048 010 beschrieben.
Aus der DT-PS 1 282 037 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der aus zwei im wesentlichen ebenen Blechen gebildet wird, die stellenweise miteinander verschweißt werden. An den unverschweißten Stellen werden durch Einführen eines Druckmediums Kanäle aufgebläht. Bei diesem Aufblähen werden die Schweißnähte und die beiden Bleche sehr stark beansprucht, so daß beide sehr, stark ausgebildet werden müssen.
In der DT-OS 1 551 452 ist ein Wärmeübertrager dargestellt und beschrieben, bei dem mehrere gewellte Bleche übereinander angeordnet sind, wobei die Längsachsen der einzelnen Lagen gegenüber den benachbarten um jeweils 90 gedreht sind. Bei einer derartigen Anordnung sind keine im Quer-
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schnitt gleichbleibenden Kanäle vorhanden, wodurch eine sehr starke Verwirbelung des durch die Kanäle strömenden Wärmeübertragungsmxttels eintritt. Dadurch treten aber ganz erhebliche Strömungsverluste ein. Die DT-OS 1 601 179 behandelt einen ähnlichen Wärmeübertrager, bei dem ebenfalls erhebliche Strömungsverluste innerhalb der Kanäle auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager zu schaffen, bei dem diese geschilderten Nachteile der bekannten Wärmeübertrager vermieden sind und der in rationeller Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einander zugekehrten Seiten der beiden Bänder mit einer Kunststoff- bzw. Lackschicht versehen sind, die an den jeweiligen Berührungsflächen miteinander verschweißt sind.
Durch die Verwendung zweier Metallbänder mit Kunststoffbzw. Lackschicht wird das Verschweißen auf sehr einfache Weise ermöglicht. Es genügt beispielsweise das Zusammenpressen der beiden Bänder an den vorgesehenen Schweißflächen durch aufgeheizte Backen. Dabei müssen lediglich die beiden Kunststoff- bzw. Lackschichten einander zugewandt sein.
Die sehr günstige Herstellung des Wärmeübertragers wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Wellenform des einen Bandes zwischen den Zähnen eines ineinandergreifenden Zahnradpaares gebildet wird, und daß unmittelbar hinter dieser Stelle das andere Band an das wellenförmig ausgebildete Band herangeführt und mit diesem verschweißt wird, wobei die beiden Bänder zwischen dem einen Zahnrad des Zahnradpaares und einer glatten Walze zusammengepreßt sind.
Dabei kann erfindungsgeinäß die glatte Walze als Heizwalze ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich,- die miteinander zu verschweißenden Flächen unmittelbar vor dem Zusammenpressen aufzuheizen.
Darüberhinaus ist es möglich, die Zähne des beim Verschweißen wirksamen Zahnrades aufheizbar auszubilden.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, die Aufheizzeit und damit das Herstellen des Wärmeübertragers mit äußerst kurzer Taktzeit durchzuführen.
Eine sehr günstige Herstellung des Wärmeübertragers ergibt sich, wenn erfindungsgemäß die Wellenform durch eine Evolvente mit gerundeten Zahnköpfen gebildet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt auch darin, daß die Bänder aus Aluminium bestehen, auf das wenigstens einseitig ein schweißbarer, im vorgesehenen Temperaturbereich aber wärmebeständiger Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen, aufgebracht ist.
Bei Verwendung von Aluminium können für die beiden Bänder sehr dünne Folien eingesetzt werden, die aufgrund der erfindungsgemäßen Herstellung des Wärmeübertragers trotzdem eine ausreichende Festigkeit ergeben. Durch dieses Material und dessen geringe Stärke wird dabei eine sehr gute Wärmeübertragung sowohl beim Zusammenschweißen der Bänder als auch beim Einsatz des Wärmeübertragers erzielt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Außenseite wenigstens des wellenförmigen Bandes eine matte Oberfläche aufweist. Diese ist für den Wärmeübergang vom Wärmeübertrager an die Umgebung (Konvektor) sehr günstig. Bei Verwendung als Kollektor (Wärmeübergang zum Wärmeübertrager) ist es dagegen günstiger, wenn die Oberfläche blank ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß kann diese Oberfläche zum Verbessern des Wärmeübergangs auch dunkel ausgebildet sein. Dabei ist sowohl eine dunkelfarbige Eloxierung des Aluminiums als auch eine anderweitige Beschichtung in dunkler Farbe denkbar.
Um die Oberfläche des Wärmeübertragers auf einfache Weise zu vergrößern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das ebene Band mit einem weiteren wellenförmigen Band verbunden ist. Dabei bilden dann die beiden wellenförmigen Bänder die beiden Außenflächen -des Wärmeübertragers, während das ebene Band dessen Zugfestigkeit quer zur Längsrichtung der Kanäle bringt.
Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, daß das wellenförmige Band mit einem weiteren ebenen Band verbunden ist.
Dadurch sind auf einfache Weise der Gesamtquerschnitt der Kanäle verdoppelt und darüberhinaus die Zugfestigkeit des Wärmeübertragers quer zur Längsrichtung der Kanäle erheblich verstärkt.
Im Rahmen der Erfindung kann aber auch das wellenförmige Band mit einem weiteren wellenförmigen Band verbunden werden, wobei die Wellen beider Bänder parallel zueinander verlaufen.
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, daß die zwischen den Bändern gebildeten Kanäle an ihrem axialen Ende von einem Wärmetransportmittel angeströmt werden. Nur bei einer derartigen Anströmung der Kanalenden wird eine gleichmäßige Verteilung des Wärmetransportmittels über alle Kanäle erzielt. Als Wärmetransportmittel kann eine Flüssigkeit oder ein Gas verwendet werden. Entscheidend für die Auswahl ist der Einsatzzweck.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt auch darin, daß die axialen Enden der beiden Bänder in jeweils einer Kohlleiste gefaßt sind, welche die Verteilung des Wärmetransportmittels in die einzelnen Kanäle bewirkt.
Diese beiden Hohlleisten dienen gleichzeitig der Versteifung des Wärmeübertragers quer zur Längsrichtung der Kanäle.
Eine weitere Versteifung des Wärmeübertragers wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Hohlleisten in einer Trägerplatte, vorzugsweise aus Kunststoffschaum, eingebettet sind, auf welcher die Bänder des Wärmeübertragers aufliegen.
Dadurch wird eine leicht zu transportierende Einheit des Wärmeübertragers geschaffen.
Es ist ebenfalls sehr vorteilhaft, wenn gemäß der Erfindung die äußere Lage schmäler als die durchströmte Matrix ist, so daß Luft oder ein anderes Medium in diesem Bereich zu- oder abgeführt werden kann, was beispielsweise für eine Ausführung als Konvektor von Vorteil ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:
Fig.l das Grundelement eines Wärmeübertragers, Fig.2 ein mit einer Abdeckfolie versehenes
Grundelement, das insbesondere zur • Aufnahme und Übertragung von Sonnenenergie geeignet ist,
Fig.3 bis 7 weitere Ausgestaltungen des Wärmeübertragers,
Fig.8 und 9 Ausführungsbeispiele für die Herstellung des Wärmeübertragers,
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-6- 2518b 8
Fig.10 ein Esispiel eines fertigen, mit
Verteilerkanälen versehenen Wärmeübertragers und
Fig. 11 bis 14 Ausführungsbexspxele für die Ausbildung der Verteilerkanäle und deren Anschluß an den eigentlichen Wärmeübertrager .
In Figur 1 ist das Grundelement des Wärmeübertragers dargestellt, das aus einem gewellten, dünnen Aluminiumband 1, das eine Siegelschicht 2 aufweist und an den Berührungsflächen mit der Siegelschicht 3 eines glatten Aluminiumbandes 4 durch Verschweißen verbunden ist, besteht. Die Bezeichnung für dieses Grundelement ist Welle/Platte. Die Konvektoraußenseite des wellenförmigen Eandes hat eine für den Wärmeübergang günstige matte Oberfläche. Diese Oberfläche kann auch mit einer dunkel eingefärbten Beschichtung 5 versehen sein oder eine dunkle Eloxierung des Aluminiums aufweisen, wenn die Verwendung als Solar-Kollektor vorgesehen ist.
In Figur 2 ist dargestellt, wie das Grundelement variiert werden kann, um eine Sonderausführung des Wärmeübertragers, einen Kollektor für Sonnenstrahlung zu erhalten. Ein gewelltes, dünnes Aluminiumband 1, welches auf einer Seite eine Siegel schicht 2 hat, wird an seinen Berührungsflächen mit der Siegelschicht 3 eines glatten Äluminiumbandes 4 verschweißt.. Die andere Seite des gewellten Bandes 1 ist mit einer dunkel eingefärbten, siegelfähigen Beschichtung 5 versehen. Diese Seite des wellenförmigen Aluminiumbandes 1 wird mit einer transparenten, UV-beständigen Abdeckfolie 6 durch Versiegeln der Berührungsflächen verbunden. Ansteile einer Versiegelung ist es auch möglich, ein Verkleben der sich berührenden Flächen vorzusehen. So entstehen luftgefüllte Kanäle, in denen
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die reflektierte Strahlung in Form des Treibhauseffektes besser genutzt wird, um den Wirkungsgrad des Kollektors zu verbessern. Der optimale Aufstellwinkel für einen Sonnenkollektor beträgt im Winter 70 ° und im Sommer 40 gegen Süden (geografische Breite Kempten/Allgäu). Wenn die schräge Aufstellung aus optischen Gründen unerwünscht ist, kann durch entsprechende Formgebung des wellenförmigen Bandes ein Ausgleich herbeigeführt werden. Haben die Wellen z. B. einen Flankenwirikel von 7O ° gegen Süden, so kann der Kollektor ohne größeren Verlust flach verlegt werden. Zwar bedeutet diese Verlegung, daß eine Flanke nicht von der Sonne bestrahlt wird, was aber dadurch kompensiert wird, daß der Abstand zwischen zwei Wellenbergen größer als beim Grundelement ist. Wenn aber diese Fläche zwischen den Wellenbergen Strahlung aufnimmt, wird durch Wärmetransport aus dieser Fläche in die Flanke der Welle die der Sonne abgewandte Seite des zwischen den Aluminiumbändern gebildeten Kanals auch erwärmt. Dadurch ist eine optimale Wärmeausbeute gegeben.
Die Figuren 3-7 zeigen einige Kombinationsmöglichkeiten des Grundelementes Welle/Platte des Wärmeübertragers mit einer weiteren Welle resp. Platte oder der Grundelemente miteinander. Dabei besteht auch die Möglichkeit, für diese Kombination anstelle des Grundelementes das in Fig.2 dargestellte Kollektorelement zu verwenden.
In Figur 3 wird eine Ausführungsform des Wärmeübertragers gezeigt. Sie besteht aus der Verbindung eines wellenförmigen, einseitig mit einer Siegelschicht 2 versehenen Aluminiumbandes 1 mit einem glatten Aluminiumband 4, das eine beidseitige Siegelschicht 3 und 3' aufweist. Die beiden Bänder sind an ihren Berührungsstellen miteinander verschweißt. Zusätzlich ist auf der anderen Seite des glatten Aluminiumbandes 4 deckungsgleich mit dem gewellten Band ein zweites, ebenfalls wellenförmiges Aluminiumband 1' mit einseitiger Siegelschicht 2' aufgeschweißt. Diese Form des Wärmeübertragers kann man als Element Welle/Platte/Welle bezeichnen. 6G9845/0557
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des WärmeübertragersDabei ist ein wellenförmiges Aluminiumband 1, das auf beiden Seiten mit einer Siegelschicht 2 und 2' versehen ist, an den Berührungsstellen mit einem glatten Aluminiumband 4, welches eine einseitige Siegelschicht 3 hat, verschweißt. Die andere Seite des wellenförmigen Bandes 1 ist an den Berührungsstellen mit der Siegelschicht 3' eines zweiten glatten Aluminiumbandas 4' verschweißt. Die Bezeichnung dieser Wärmeübertrager-Matrix ist Platte/Welle/Platte.
Figur 5 stellt eine weitere Möglichkeit dar, den Wärmeübertrager zu variieren. Ein gewelltes Aluminiumband 1 mit einseitiger Siegelschicht 2 wird an den Berührungsflächen mit einem zweiten gewellten Aluminiumband 1' mit beidseitiger Siegelschicht 24 und 24' durch Schweißung verbunden. Dieses zweite gewellte Aluminiumband 1' ist auf seiner anderen Seite an den Berührungsflächen mit der einseitigen Siegelschicht 3 eines glatten Aluminiumbandes 4 verschweißt. Dieses Element trägt die Bezeichnung Welle/ Welle/Platte.
Figur 6 zeigt eine weitere Variation der Wärmeübertrager-Matrix. Dabei sind die Aluminiumbänder in der Reihenfolge Platte/Welle/Welle/Platte miteinander verschweißt.
Figur 7 zeigt die Kombination Platte/Welle/Platte/Welle/ Platte.
In Figur 8 wird die Herstellung des wellenförmigen Aluminiumbandes 1 zwischen den Zähnen eines ineinandergreifenden Zahnradpaares 7 und 8 gezeigt. Die Wellenform wird dabei durch eine Evolvente mit gerundeten Zahnköpfen gebildet. Durch entsprechende Profilierung der Formwerkzeuge kann man beliebige Querschnitte erzielen, z. B. dreieckige, wellenförmige, halbrunde oder trapezförmige, wie in der Zeichnung gezeigt.
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Figur 9 erläutert die Fertigung eines Warmeübertragerelementes-Dabei ist der Kern der Anlage die Formstation, die aus zwei verzahnten Trommeln 7 und 8 besteht. Sie zieht das beschichtete Aluminiumband von einer Rolle 9 ab und bildet das gewellte Aluminiumband 1- Von einer zweiten Rolle 10 wird mit entspr. Abzugsgeschwindigkeit die glatte Lage aus beschichtetem Aluminiumband abgerollt, am Umfang der Laminiertrommel 11 erwärmt und während des Abwälzens an der großen Zahntrommel 8 mit dem Wellenband verschweißt. Zur Verbesserung des Schweißergebnisses kann auch die große Zahntrommel 8 erwärmt werden.
Wird eine zweite glatte Decklage gewünscht, d. h. ein Element Platte/Welle/Platte, so kann diese wiederum über eine beheizte Laminiertrommel 12 zugeführt werden. Hierzu wird außer einer Gegentrommel zur Aufnahme des Schweißdruckes eventuell eine Erwärmung der Welle erforderlich, z. B. durch Gasflammen (nicht dargestellt).
Figur 10 zeigt die Verbindung des Warmeübertragerelementes mit einem Verteilerkanal. Die axialen Enden des Elementes sind in je einer Hohlleiste 13 gefaßt. Diese Hohlleiste dient als Verteilerkanal.für das Wärmetransportmittel. Die zwischen den beiden Aluminiumbändern gebildeten Kanäle 14 werden über diese Hohlleisten mit einer Flüssigkeit oder einem Gas angeströmt.
In Figur 11 wird eine Ausführungsform der in Figur 10 dargestellten Hohlleiste 13 gezeigt. Dieser Verteilerkanal kann, aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt sein. Er soll nicht nur das Wärmetransportmittel führen und verteilen, sondern auch wesentlich zur Versteifung des Bauelementes beitragen. Das Profil der Hohlleiste ist mit mehreren Nasen 15, 16, 17 versehen, die das Element beim späteren Einbetten in Schaumstoff gut verankern sollen.
GQ98AS/O557
2 518 b 8
Figur 12 zeigt eine Möglichkeit, das Grundelement des Wärmeübertragers 18 mit der Welle nach außen- gegen den Verteilerkanal abzudichten. Die Dichtung besteht aus zwei Weichprofilen, einem gewellten Profil 19 an der Außenseite und einem Flachprofil 20, das nach innen gerichtet ist. Bei der Montage wird das Aluminiumteil zusammen mit den entsprechenden Dichtungsabschnitten und 20 in die Nut des Verteilerprofils eingeschoben. Das gesamte Wärmeübertragungselement ist zur Versteifung und zur Wärmeisolierung in Schaumstoff 21 eingebettet.
In Figur 13 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, das Grundelement des Wärmeübertragers 18 gegen den Verteilerkanal abzudichten. Dabei werden zwei Dichtprofile 19' und 20' in etwas schmälerer Ausführung wie die in Figur 12 gezeigten verwendet. Mit diesen Dichtprofilen wird das Aluminiumteil 18 in der Nut zentriert und außerdem verhindert, daß die später eingebrachte Dichtungsmasse in den Verteilerkanal eindringt. Die Abdichtung erfolgt dann durch Hintergießen mit Silicongummi oder einer anderen geeigneten Dichtmasse 22 und 22'.
Figur 14 zeigt, wie das Element Platte/Welle/Platte gegen den Verteilerkanal abgedichtet werden kann. Dabei bewirkt ein Absatz in dem Profil des Verteilerkanals die Zentrierung des Wärmetauscherelementes 23 während des Hintergießens mit Dichtmasse 22 und 22' .
23.4.1975
609845/0557

Claims (11)

  1. 4P/7 4P Verpackungen GmbH
    Wärmetauscher Kempten
    Ansprüche
    Wärmeübertrager mit wenigstens zwei unter Bildung von parallel zueinander verlaufenden Einzellcanälen nebeneinanderliegenden Metallbändern, von denen das eine im wesentlichen eben und das andere wellenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Seiten der beiden Bänder (1, 1', 4, 4*) mit einer Kunststoff- bzw. Lackschicht (2, 2', 3, 3', 24, 24') versehen sind, die an den jeweiligen Berührungsflächen miteinander verschweiß t sind.
  2. 2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des einen Bandes (1, 1') zwischen den Zähnen eines ineinandergreifenden Zahnradpaares (Trommel 7,8) gebildet wird, und daß unmittelbar hinter dieser Stelle das andere Band(4,4') an das wellenförmig ausgebildete Band herangeführt und dabei mit diesem verschweißt wird, wobei die beiden Bänder zwischen dem einen Zahnrad des Zahnradpaares und einer glatten Walze (11) zusammengepreßt sind.
  3. 3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Walze (11) als Heizwalze ausgebildet ist.
    609845/0557
  4. 4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des beim Verschweißen wirksamen Zahnrades (Trommel 8) aufheizbar auszubilden sind.
  5. 5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform durch eine Evolvente mit gerundeten Zahnköpfen(7,8) gebildet wird.
  6. 6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (1, 1', 4, 4') aus Aluminium bestehen, auf das wenigstens einseitig ein schweißbarer, im vorgesehenen Temperaturbereich aber wärmebeständiger Kunststoff (2, 2', 3, 3', 24, 24') vorzugsweise Polypropylen, aufgebracht ist.
  7. 7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (5) wenigstens des wellenförmigen Bandes eine matte Oberfläche aufweist.
  8. 8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (5) wenigstens des wellenförmigen Bandes(1) mit einer dunklen Oberfläche versehen ist.
  9. 9. Wärmeübertrager nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene Band (4) mit einem weiteren wellenförmigen Band(l) verbunden ist. (Figur 3)
    809 845/0557
  10. 10. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenförmige Band (1) mit einem weiteren ebenen Band(4') verbunden ist. (Figur 4)
  11. 11. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenförmige Band (1) mit einem weiteren wellenförmigen Band(l') verbunden ist, wobei die Wellen beider Bänder parallel zueinander verlaufen. (Figur 5)
    12. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Bändern gebildeten Kanäle (14) an ihrem axialen Ende von einem Wärmetransportmittel (Flüssigkeit, Gas) angeströmt werden.
    13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Enden der beiden Bänder in jeweils einer Hohlleiste (13) gefaßt sind, welche die Verteilung des Wärme transportmitte Is in die einzelnen Kanäle (14) bewirkt.
    14· Wärmeübertrager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleisten in einer Trägerplatte, vorzugsweise aus Kunststoffschaum (21), eingebettet sind, auf welcher die Bänder des Wärmeübertragers aufliegen.
    15. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie wellenförmige Band (1) durch eine transparente ebene Deckbahn (6) abgedeckt ist.
    609845/0557
    16. Wärmeübertrager insbesondere nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen zwei Wellenbergen liegende gerade verlaufende Fläche breiter ist, als der Fuß der Wellenberge (Fig.2)
    17. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lage schmäler als die durchströmte Matrix ist, so daß Luft oder ein anderes Medium in diesem Bereich zu- bzw. abgeführt werden kann.
    11.4.1975
    Kr-schu
    609845/0557
DE2518683A 1975-04-26 1975-04-26 Wärmeübertrager aus zwei miteinander verbundenen Aluminiumblechen Expired DE2518683C3 (de)

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