EP2759795B1 - Wärmetauschereinrichtung - Google Patents

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EP2759795B1
EP2759795B1 EP14151999.1A EP14151999A EP2759795B1 EP 2759795 B1 EP2759795 B1 EP 2759795B1 EP 14151999 A EP14151999 A EP 14151999A EP 2759795 B1 EP2759795 B1 EP 2759795B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
heat exchanger
exchanger unit
section
flow guiding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP14151999.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2759795A3 (de
EP2759795A2 (de
Inventor
Steven Duncan
Ceslovas Georg Kizlauskas
Siegfried-Sebastian Ortmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kelvion Refrigeration GmbH
Original Assignee
Kelvion Refrigeration GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kelvion Refrigeration GmbH filed Critical Kelvion Refrigeration GmbH
Publication of EP2759795A2 publication Critical patent/EP2759795A2/de
Publication of EP2759795A3 publication Critical patent/EP2759795A3/de
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Publication of EP2759795B1 publication Critical patent/EP2759795B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • 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
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F28D2021/0071—Evaporators

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger device for exchanging heat between air and a heat transfer medium.
  • Such heat exchanger devices are used, for example, in cooling systems, for example in order to evaporate a liquid heat transfer medium while removing heat from the ambient air.
  • US 2010/0180619 A1 discloses a heat exchanger device according to the preamble of claim 1.
  • a freezer is known whose freezer compartment is divided by a horizontal partition plate to create a natural convention.
  • DE 26 38 408 A1 discloses a device for cooling or heating a room which comprises a condenser unit, two fans and a plurality of automatically controlled blinds.
  • the J H04 191121 A discloses a radiator for a motor vehicle.
  • the US 6,328,099 B2 relates to a drying device for a stream of solid particles.
  • the above-mentioned object is achieved by a heat exchanger device having the features of claim 1.
  • the heat exchanger device comprises an exchanger unit through which the air can flow and through which the heat transfer medium can flow.
  • at least one flow guide device is provided which influences the flow of the inflowing air and supports the flow of edge regions of a cross section of the exchanger unit against which the flow is flowing.
  • the present invention is thus based on the knowledge that the efficiency of a heat exchanger device can be improved if the flow in the edge areas of the exchanger unit is improved in order to create more uniform conditions in the different areas of the exchanger unit.
  • a corresponding flow guide device is provided, which deflects and guides the inflowing air masses in a suitable manner.
  • Such a flow guide device can be, for example, a passive and / or statically arranged assembly (or a corresponding individual component) that can be manufactured inexpensively and, if necessary, installed later.
  • the flow guide device can also be integrated into existing components.
  • the flow guide device is arranged upstream in the flow direction of the incoming air and laterally outside the cross section of the exchanger unit against which the flow is flowing, the cross section of the exchanger unit against the flow being not covered by the flow guide device.
  • the flow guiding device is not arranged directly in front of the exchanger unit, as a result of which at least partial areas of the exchanger unit would be covered. This would in turn have a disadvantageous effect on the efficiency of the heat exchanger device.
  • air flowing obliquely to the exchanger unit for example, is advantageously deflected in order to obtain the desired flow profile.
  • air which would flow past a heat exchanger device of conventional design can be conducted to the exchanger unit.
  • the flow guide device can also contribute to avoiding the formation of turbulence in the vicinity of the face of the exchanger unit against which the flow is flowing.
  • the flow guiding device is arranged upstream in the flow direction of the inflowing air and laterally outside the cross section of the exchanger unit against which the flow is flowing.
  • the flow guiding device is not arranged directly in front of the exchanger unit, as a result of which at least partial areas of the exchanger unit would be covered. This would in turn have a disadvantageous effect on the efficiency of the heat exchanger device.
  • air flowing obliquely to the exchanger unit for example, is advantageously deflected in order to obtain the desired flow profile.
  • air which would flow past a heat exchanger device of conventional design can be conducted to the exchanger unit.
  • the flow guide device can also contribute to avoiding the formation of turbulence in the vicinity of the face of the exchanger unit against which the flow is flowing.
  • the flow guide device can comprise at least one guide section which is inclined and / or curved relative to a main flow direction of the air flowing to or through the exchanger unit.
  • a plurality of guide sections can be provided, each of which is inclined differently in order to generate the desired flow profile.
  • the guide sections can also be arranged one behind the other in the direction of flow of the inflowing air. Additionally or alternatively, it can be provided that the flow guide device comprises one or more curved guide sections.
  • the design of the guide section (s) can be adapted as desired to the respective prevailing conditions.
  • sections of the flow guide device can be configured differently depending on their position relative to the exchanger unit.
  • sections of the flow guide device provided on the sides of the exchanger unit in the position of use of the heat exchanger device are configured differently than sections that are arranged on an upper and / or a lower side of the exchanger unit.
  • the installation-specific conditions and / or functional components, which are only provided on certain sides or in certain areas of the heat exchanger device can be taken into account.
  • the flow guiding device comprises at least two sections which are formed separately from one another and which are arranged one behind the other in the flow direction of the inflowing air.
  • the flow guiding device is formed at least in sections on a housing which at least partially surrounds the exchanger unit.
  • the flow guiding device is at least in sections on a drip pan, which is provided in the installed position of the heat exchanger device to collect condensate formed on the exchanger unit, and / or on an optional intermediate plate (24) provided between the exchanger unit and the drip tray to collect the condensate, which is provided to collect ice falling from the exchanger unit, educated.
  • condensate is to be understood in particular as water in liquid or solid form, which can form during operation of the heat exchanger device and which is generally deposited on the exchanger unit.
  • the intermediate plate is used to catch ice, which falls, for example, in the course of defrosting the exchanger unit, and / or dripping water.
  • the intermediate plate is usually arranged between the exchanger unit and a drip pan, which is provided below the heat exchanger device, in order to be able to reliably collect and discharge the condensate.
  • a first section of the flow guiding device can be provided on the drip pan and a second section of the flow guiding device can be provided on the intermediate plate.
  • the drip pan and / or the intermediate plate can be provided with a heating device in order to ensure that condensation water dripping down from the exchanger unit does not freeze onto the intermediate plate. In addition, falling ice is melted and safely removed.
  • the flow guide device is at least partially formed in one piece with the housing, the drip pan and / or the intermediate plate.
  • the flow guide device comprises at least one separately manufactured component - for example a sheet metal or plastic component - which is fastened to the housing, the drip pan and / or the intermediate plate. So it is possible to use conventional heat exchanger devices by attaching them accordingly Retrofitting components to improve the flow to the exchanger unit.
  • the flow guiding device can form, at least in sections, a channel for collecting condensate formed on the exchanger unit, or it can be integrated into the channel.
  • the flow guide device can be shaped in such a way that, in addition to the flow line, it also contributes to a further functionality.
  • the channel can have a V-shaped or U-shaped cross section. For example, its cross section is modeled on a U that is inclined in the installed position of the heat exchanger device.
  • Fig. 1 shows a heat exchanger device 10a, which is, for example, a component of a refrigeration system.
  • the heat exchanger device 10a comprises a fan (not shown) and an exchanger unit 12, in which the exchange of heat between the ambient air and a heat transfer medium, for example a refrigerant, takes place.
  • the exchanger unit 12 comprises one or more pipelines that run through the volume of the exchanger unit 12 in order to extract heat from the ambient air and to supply it to the heat transfer medium.
  • fins can be provided which are in heat-conducting contact with the pipes to increase the effective surface of the exchanger unit 12 available for heat exchange.
  • the fan provides for a flow to the exchanger unit 12, which is symbolized by an arrow S 1 indicating the main flow direction.
  • the flow against the exchanger unit 12 causes it to flow through, which is symbolized by an arrow S 2 indicating the main flow direction.
  • the heat exchanger device 10a is suspended from a ceiling 14 of a building. It goes without saying that the following statements can also be applied analogously to other installation situations of the heat exchanger device 10a.
  • the attachment to the ceiling 14 influences a flow against the exchanger unit 12 in an upper edge region R, which is indicated by a dashed line. It goes without saying that the delimitation of the edge region R is not a sharp line in practice.
  • the exchanger unit 12 is not fastened directly to the ceiling 14 but is spaced from the latter by a section 16 of a housing of the heat exchanger device 10a.
  • the housing section 16 supports the development of the Coanda effect, which generates a slight negative pressure directly behind the heat exchanger device 10a, as a result of which the air flow rests / hugs the ceiling 14.
  • a flow guide section 18 is provided on the left side of the housing section 16 - that is, on the upstream side with respect to the main flow direction S 1 - which deflects part of the air flowing towards the exchanger unit 12. the The flow-guiding effect of the flow-guiding section 18 is indicated by the flow path s.
  • the flow guide section 18 ensures that the edge region R of the exchanger unit 12 is also flowed through by sufficient air.
  • a flow guide section 18a is provided, which is located on the side of the heat exchanger device 10a-in Fig. 1 left - is arranged on a drip tray 20.
  • the drip tray 20 serves to collect and discharge condensation water that drips down from the exchanger unit 12.
  • the drip tray 20 also serves to catch ice that falls from the exchanger unit 12, for example when it is defrosted.
  • the flow guide section 18a is curved and is designed in such a way that it creates a flow path s of the air which flows onto the edge region R of the exchanger unit 12 adjacent to the drip tray 20.
  • a gap 22 is provided between the flow guide section 18a and the exchanger unit 12 so that ice falling from the face of the exchanger unit 12 against which the flow is flowing can fall into the drip tray 20 and does not slip off the flow guide section 18a and fall to the ground in an uncontrolled manner.
  • the drip pan 20 is provided with a drain (not shown) in order to discharge the condensate that has accumulated in the drip pan 20.
  • the flow guide sections 18, 18a thus ensure a uniform flow through the exchanger unit 12, whereby they are adapted to the respective boundary conditions and are therefore designed differently.
  • the flow guide section 18 ensures that air flowing along the ceiling 14 to the upper edge area R of the exchanger unit 12 is directed towards.
  • the flow guide section 18a does the same with respect to the lower region R of the exchanger unit 12. Due to the different flow conditions - for example, there is no air-impermeable limit in the form of the ceiling 14 - the shape of the lower flow guide section 18a is different from that of the upper flow guide section 18.
  • Fig. 2 shows the heat exchanger device 10a in a view from the front, ie viewed in the direction S 1. It can be seen that the flow guide sections 18, 18a do not cover the face of the exchanger unit 12 against which the flow is flowing. Rather, together with the flow guide sections 18b provided on both sides of the exchanger unit 12, they form a type of funnel which improves the flow in the edge region R and thus the uniform flow through the exchanger unit 12.
  • the flow guide sections 18, 18a, 18b can be designed in order to achieve a flow through the exchanger unit 12 that is adapted to the respective situation. In principle, it is also possible that only individual pages or even only certain sections of individual pages are provided with flow guide sections 18, 18a, 18b.
  • the flow guide sections 18, 18a, 18b can basically be of the same design, but in many cases it is advantageous if they have different designs. Instead of the in Fig. 1
  • the curved configuration of the flow guide sections 18, 18a to be recognized, these - as well as the flow guide sections 18b - can be flat surfaces which, relative to the main direction of flow S 1 are inclined. It is also conceivable that several inclined planes with different angles of inclination are combined in order to generate desired flow paths s for improved flow to and through the edge regions R of the exchanger unit 12.
  • Fig. 3 shows a heat exchanger device 10b, whereby here essentially only its design in the lower area is discussed. It goes without saying that flow-guiding elements - such as the flow-guiding section 18 of the heat exchanger device 10a ( Fig. 1 ) - can be provided if necessary.
  • the heat exchanger device 10b has an intermediate plate 24 which is arranged between the exchanger unit 12 and the drip tray 20. Liquid condensate or falling ice that drips down from the exchanger unit 12 then first falls onto the intermediate plate 24, as a result of which the drip tray 20 is protected. Due to the inclination of the intermediate plate 24, the liquid or solid condensate passes into a V-shaped channel 26, where it can be collected and removed in a simple manner.
  • the flow guide section 18a attached to the drip tray 20 is provided with rounded edges 28 at its ends to reduce turbulence. The flow guide section 18a runs essentially flat between the edges 28.
  • Fig. 4 shows a heat exchanger device 10c which is functionally similar to the heat exchanger device 10b. However, it is not arranged hanging, but stands on a base, for example on the floor or the roof of a building.
  • the flow against the upper edge region R is improved by the flow guide section 18, which is formed on a cover plate 16 ', which in turn is a component of a housing of the heat exchanger device 10c.
  • the channel 26 is provided here with a semicircular cross section and the flow guide section 18a has a curved cross section between the rounded edges 28 in order to generate the desired geometry of the flow path s.
  • Fig. 5 shows a heat exchanger device 10d which has a separate housing section 16 which is provided with the flow guide section 18.
  • the exchanger unit 12 is suspended with the substructure attached to it, which includes the intermediate plate 24 and the drip tray 20, among other things.
  • the intermediate plate 24 of the heat exchanger device 10d is provided with a heating device 30 in order to be able to melt ice falling from the exchanger unit 12.
  • the water generated by melting the ice and the water dripping down from the exchanger unit 12 reach the channel 26, which has the cross-section of an inclined U.
  • the heating device 30 also extends into the region of the channel 26 in order to be able to quickly melt ice that has formed on the front side of the exchanger unit 12 and that falls during a defrosting process and that has entered the channel 26.
  • the left or upper leg of the U of the cross section of the channel 26 is a flat surface which is inclined with respect to the main direction of flow S 1. This component of the channel 26 thus simultaneously forms the The flow guide section 18a or the flow guide section 18a is shaped in such a way that it forms the channel 26.
  • a curved flow guide section 18c is provided on the drip tray 20, which, together with the flow guide section 18a, creates the desired geometry of the flow path s.
  • Fig. 6 shows a heat exchanger device 10e with a V-shaped channel 26 on the intermediate plate 24. Both the intermediate plate 24 and the drip tray 20 are provided at least in sections with a heating device 30 or 30a. The end of the channel 26 facing the inflowing air is provided with a flow guide section 18a which is inclined relative to the main flow direction S 1 and which, together with the likewise planar flow guide section 18c of the drip tray 20, creates the desired geometry of the flow path s.
  • the flow guide sections 18, 18a, 18b, 18c can in principle be designed in one piece with the components to which they are assigned. In principle, however, it is also possible to form these as separate components, in particular as sheet metal or plastic components.
  • Existing heat exchanger devices can be retrofitted with suitably designed flow guide sections by attaching appropriate components at the appropriate points. If the ambient conditions change, for example due to a changed installation position of the heat exchanger device, the flow guide sections can be exchanged and / or changed in order to take account of the changed conditions.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem Wärmeträgermedium.
  • Derartige Wärmetauschereinrichtungen kommen beispielsweise bei Kühlanlagen zum Einsatz, etwa um ein flüssiges Wärmeträgermedium unter Entzug von Wärme aus der Umgebungsluft zu verdampfen.
  • US 2010/0180619 A1 offenbart eine Wärmetauschereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 29 28 774 A1 ist ein Gefrierschrank bekannt, dessen Gefrierraum zur Erzeugung einer natürlichen Konvention durch eine horizontale Trennplatte geteilt wird.
  • DE 16 28 707 U beschreibt eine Tropfwasserjalousie für eine Verdampfereinrichtung mit mehreren Taurinnen und einer quer zu ihnen verlaufenden gemeinsamen Sammelrinne.
  • DE 296 02 637 U1 beschreibt ein Schutz-, Blend- und Luftleitgitter aus mehreren Querlamellen für einen Verdampfer in einer Kühltruhe.
  • DE 26 38 408 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung bzw. zur Erwärmung eines Raumes, die eine Kondensoreinheit, zwei Gebläse, sowie eine Mehrzahl von automatisch gesteuerten Jalousien umfasst.
  • Die J H04 191121 A offenbart einen Kühler für ein Kraftfahrzeug.
  • Die US 6,328,099 B2 betrifft eine Trocknungsvorrichtung für einen Feststoffpartikelstrom.
  • Um die Effizienz von Kühlanlagen zu steigern und damit deren Betriebskosten zu senken, ist es erforderlich, auch die eingesetzten Wärmetauschereinrichtungen möglichst effizient zu betreiben. D.h. die für den Wärmeaustausch vorgesehenen Funktionskomponenten der Wärmetauschereinrichtungen müssen baulich derart optimiert sein, dass die Wärme zuverlässig und effizient von der Luft auf das Wärmeträgermedium (oder umgekehrt) übertragen werden kann. Entsprechende Wärmetauschereinrichtungen sollten zudem auch kostengünstig herstellbar und einfach zu warten sein.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauschereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die effizient und zuverlässig betreibbar ist und die gleichzeitig einfach aufgebaut ist. Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Wärmetauschereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Wärmetauschereinrichtung umfasst eine von der Luft anströmbare Tauschereinheit, die von dem Wärmeträgermedium durchströmbar ist. Um den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung zu erhöhen, ist erfindungsgemäß zumindest eine die Strömung der anströmenden Luft beeinflussende Strömungsleitvorrichtung vorgesehen, die eine Anströmung von Randbereichen eines angeströmten Querschnitts der Tauschereinheit unterstützt.
  • Nicht nur die Ausgestaltung der Tauschereinheit ist nämlich von großer Bedeutung für den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung, son dern auch deren Anströmung durch die Umgebungsluft hat großen Einfluss auf die Wärmeaustauscheffizienz. Von den Erfindern wurde erkannt, dass bei herkömmlichen Wärmetauschereinrichtungen insbesondere in Randbereichen der Tauschereinheit unbefriedigende Anström- und Durchströmungsverhältnisse vorliegen. Dies führt dazu, dass in diesen Bereichen andere Bedingungen vorliegen als in zentralen Bereichen der Tauschereinheit. Beispielsweise kommt es bei bestimmten Betriebsbedingungen in den Randbereichen der Tauschereinheit nicht zu einer Verdampfung des Wärmeträgermediums, während die hierfür erforderlichen Bedingungen in einem zentralen Bereich der Tauschereinheit vorliegen.
  • Bei der Ansteuerung einer Wärmetauschereinrichtung werden häufig die in den Bereichen mit der "schlechtesten" An- bzw. Durchströmung herrschenden Bedingungen zugrunde gelegt, so dass die Betriebsparameter so lange angepasst werden, bis auch in diesen Bereichen die gewünschte Wärmeaustauschleistung erreicht wird. Diese Vorgehensweise führt allerdings gleichzeitig dazu, dass die besser von Umgebungsluft angeströmten Bereiche der Tauschereinheit unter suboptimalen Betriebsbedingungen betrieben werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass der Wirkungsgrad einer Wärmetauschereinrichtung verbessert werden kann, wenn die Anströmung in Randbereichen der Tauschereinheit verbessert wird, um gleichmäßigere Bedingungen in den verschiedenen Bereichen der Tauschereinheit zu schaffen. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Strömungsleitvorrichtung vorgesehen, die die anströmenden Luftmassen in geeigneter Weise ablenkt und leitet. Eine derartige Strömungsleitvorrichtung kann beispielsweise eine passive und/oder statisch angeordnete Baugruppe (oder ein entsprechendes einzelnes Bauteil) sein, die sich kostengünstig herstellen und - falls erforderlich auch nachträglich - installieren lässt. Die Strömungsleitvorrichtung kann auch in bereits vorhandene Komponenten integriert werden.
  • Ferner ist die Strömungsleitvorrichtung in Strömungsrichtung der anströmenden Luft stromaufwärts und seitlich außerhalb des angeströmten Querschnitts der Tauschereinheit angeordnet, wobei der angeströmte Querschnitt der Tauschereinheit nicht durch die Strömungsleitvorrichtung verdeckt wird. Mit anderen Worten ist die Strömungsleitvorrichtung nicht direkt vor der Tauschereinheit angeordnet, wodurch zumindest Teilbereiche der Tauschereinheit verdeckt werden würden. Dies würde sich nämlich wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung auswirken. Durch ihre bezüglich der angeströmten Stirnseite der Tauschereinheit seitlich versetzte Anordnung wird beispielsweise die Tauschereinheit schräg anströmende Luft vorteilhaft abgelenkt, um das gewünschte Anströmungsprofil zu erhalten. Außerdem kann Luft, die an einer Wärmetauschereinrichtung herkömmlicher Bauart vorbeiströmen würde, zu der Tauschereinheit hin geleitet werden. Die Strömungsleitvorrichtung kann ferner dazu beitragen, dass die Entstehung von Turbulenzen in der Umgebung der angeströmten Stirnfläche der Tauschereinheit vermieden wird.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
  • Gemäß der Erfindung ist die Strömungsleitvorrichtung in Strömungsrichtung der anströmenden Luft stromaufwärts und seitlich außerhalb des angeströmten Querschnitts der Tauschereinheit angeordnet. Mit anderen Worten ist die Strömungsleitvorrichtung nicht direkt vor der Tauschereinheit angeordnet, wodurch zumindest Teilbereiche der Tauschereinheit verdeckt werden würden. Dies würde sich nämlich wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung auswirken. Durch ihre bezüglich der angeströmten Stirnseite der Tauschereinheit seitlich versetzte Anordnung wird beispielsweise die Tauschereinheit schräg anströmende Luft vorteilhaft abgelenkt, um das gewünschte Anströmungsprofil zu erhalten. Außerdem kann Luft, die an einer Wärmetauschereinrichtung herkömmlicher Bauart vorbeiströmen würde, zu der Tauschereinheit hin geleitet werden. Die Strömungsleitvorrichtung kann ferner dazu beitragen, dass die Entstehung von Turbulenzen in der Umgebung der angeströmten Stirnfläche der Tauschereinheit vermieden wird.
  • Die Strömungsleitvorrichtung kann zumindest einen Leitabschnitt umfassen, der relativ zu einer Hauptstromrichtung der die Tauschereinheit an- oder durchströmenden Luft geneigt und/oder gekrümmt ist. Es können mehrere Leitabschnitte vorgesehen sein, die jeweils unterschiedlich geneigt sind, um das gewünschte Strömungsprofil zu erzeugen. Die Leitabschnitte können auch in Strömungsrichtung der anströmenden Luft hintereinander angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Strömungsleitvorrichtung einen oder mehrere gekrümmte Leitabschnitte umfasst. Die Ausgestaltung des oder der Leitabschnitte kann beliebig an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasst werden. Insbesondere können Abschnitte der Strömungsleitvorrichtung in Abhängigkeit ihrer Position relativ zu der Tauschereinheit unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass in Gebrauchslage der Wärmetauschereinrichtung an den Seiten der Tauschereinheit vorgesehene Abschnitte der Strömungsleitvorrichtung anders ausgestaltet sind als Abschnitte, die an einer oberen und/oder einer unteren Seite der Tauschereinheit angeordnet sind. So kann den einbauspezifischen Gegebenheiten und/oder Funktionskomponenten, die nur an bestimmten Seiten oder in bestimmten Bereichen der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen sind, Rechnung getragen werden.
  • Es ist auch möglich, dass die Strömungsleitvorrichtung zumindest zwei Abschnitte umfasst, die separat voneinander ausgebildet sind und die in Strömungsrichtung der anströmenden Luft hintereinander angeordnet sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Strömungsleitvorrichtung zumindest abschnittsweise an einem die Tauschereinheit zumindest teilweise umgebenden Gehäuse ausgebildet. Die Strömungsleitvorrichtung ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise an einer Tropfwanne, die in Einbaulage der Wärmetauschereinrichtung zum Auffangen von an der Tauschereinheit gebildetem Kondensat vorgesehen ist, und/oder an einem zwischen der Tauschereinheit und der Tropfwanne zum Auffangen des Kondensats vorgesehenen optionalen Zwischenblech (24), welches zum Auffangen von von der Tauschereinheit herabfallendem Eis vorgesehen ist, ausgebildet. Unter Kondensat ist in diesem Zusammenhang insbesondere Wasser in flüssiger oder fester Form zu verstehen, das sich bei dem Betrieb der Wärmetauschereinrichtung bilden kann und sich in der Regel an der Tauschereinheit niederschlägt. Das Zwischenblech dient zum Auffangen von Eis, das beispielsweise im Zuge einer Abtauung der Tauschereinheit herabfällt, und/oder von herabtropfendem Wasser. Das Zwischenblech ist üblicherweise zwischen der Tauschereinheit und einer Tropfwanne angeordnet, die unterhalb der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist, um das Kondensat zuverlässig auffangen und abführen zu können. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Wärmetauschereinrichtung kann beispielsweise ein erster Abschnitt der Strömungsleitvorrichtung an der Tropfwanne und ein zweiter Abschnitt der Strömungsleitvorrichtung an dem Zwischenblech vorgesehen sein. Die Tropfwanne und/oder das Zwischenblech können mit einer Heizeinrichtung versehen sein, um sicherzustellen, dass von der Tauschereinheit herabtropfendes Tauwasser nicht am Zwischenblech festfriert. Außerdem wird herabfallendes Eis geschmolzen und sicher abgeführt.
  • Konstruktiv einfach und kostengünstig ist es, wenn die Strömungsleitvorrichtung zumindest abschnittsweise einstückig mit dem Gehäuse, der Tropfwanne und/oder dem Zwischenblech ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Strömungsleitvorrichtung zumindest ein separat gefertigtes Bauteil - beispielsweise ein Blech- oder Kunststoffbauteil - umfasst, das an dem Gehäuse, der Tropfwanne und/oder dem Zwischenblech befestigt ist. So ist es möglich, auch herkömmliche Wärmetauschereinrichtungen durch die Befestigung entsprechender Bauteile nachzurüsten, um die Anströmung der Tauschereinheit zu verbessern.
  • Die Strömungsleitvorrichtung kann zumindest abschnittsweise eine Rinne zum Sammeln von an der Tauschereinheit gebildetem Kondensat bilden oder in die Rinne integriert sein. Mit anderen Worten kann die Strömungsleitvorrichtung so geformt sein, dass sie neben der Strömungsleitung noch zu einer weiteren Funktionalität beiträgt. Die Rinne kann einen V- oder U-förmigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise ist ihr Querschnitt einem in Einbaulage der Wärmetauschereinrichtung schräg liegenden U nachempfunden.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 6
    verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine Wärmetauschereinrichtung 10a, die zum Beispiel ein Bestandteil einer Kälteanlage ist. Die Wärmetauschereinrichtung 10a umfasst einen Ventilator (nicht gezeigt) und eine Tauschereinheit 12, in der der Austausch von Wärme zwischen der Umgebungsluft und einem Wärmeträgermedium, beispielsweise ein Kältemittel, stattfindet. Beispielsweise umfasst die Tauschereinheit 12 ein oder mehrere Rohrleitungen, die sich durch das Volumen der Tauschereinheit 12 ziehen, um der Umgebungsluft Wärme zu entziehen und sie dem Wärmeträgermedium zuzuführen. Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs können Lamellen vorgesehen sein, die mit den Rohrleitungen in wärmeleitendem Kontakt stehen, um die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende effektive Oberfläche der Tauschereinheit 12 zu vergrößern.
  • Der Ventilator sorgt für eine Anströmung der Tauschereinheit 12, was durch einen die Hauptanströmungsrichtung andeutenden Pfeil S1 symbolisiert wird. Die Anströmung der Tauschereinheit 12 bewirkt deren Durchströmung, was durch einen die Hauptdurchströmungsrichtung andeutenden Pfeil S2 symbolisiert wird.
  • Die Wärmetauschereinrichtung 10a ist hängend an einer Decke 14 eines Gebäudes befestigt. Es versteht sich, dass sich die folgenden Ausführungen in analoger Form auch auf andere Einbausituationen der Wärmetauschereinrichtung 10a übertragen lassen.
  • Durch die Befestigung an der Decke 14 wird eine Anströmung der Tauschereinheit 12 in einem oberen Randbereich R beeinflusst, der durch eine gestrichelte Linie angedeutet wird. Es versteht sich, dass die Begrenzung des Randbereichs R in der Praxis keine scharfe Linie ist. Um die den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung 10a beeinträchtigende Beeinflussung zu verringern, ist die Tauschereinheit 12 nicht direkt an der Decke 14 befestigt sondern durch einen Abschnitt 16 eines Gehäuses der Wärmetauschereinrichtung 10a von diesem beabstandet. Der Gehäuseabschnitt 16 unterstützt dabei die Ausbildung des Coanda-Effekts, der einen leichten Unterdruck unmittelbar hinter der Wärmetauschereinrichtung 10a erzeugt, wodurch sich die Luftströmung an die Decke 14 anlegt/anschmiegt. Außerdem ist an der linken Seite des Gehäuseabschnitts 16 - also an der in Bezug auf die Hauptanströmungsrichtung S1 stromaufwärtigen Seite - ein Strömungsleitabschnitt 18 vorgesehen, der einen Teil der anströmende Luft zu der Tauschereinheit 12 hin ablenkt. Die strömungsleitende Wirkung des Strömungsleitabschnitts 18 wird durch den Strömungspfad s angedeutet.
  • Mit anderen Worten sorgt der Strömungsleitabschnitt 18 dafür, dass auch der Randbereich R der Tauschereinheit 12 von ausreichend Luft durchströmt wird.
  • Ergänzend zu dem Strömungsleitabschnitt 18 ist ein Strömungsleitabschnitt 18a vorgesehen, der auf der angeströmten Seite der Wärmetauschereinrichtung 10a - in Fig. 1 links - an einer Tropfwanne 20 angeordnet ist. Die Tropfwanne 20 dient dazu, von der Tauschereinheit 12 herabtropfendes Kondenswasser aufzufangen und abzuführen. Die Tropfwanne 20 dient ebenfalls dazu, Eis aufzufangen, das von der Tauschereinheit 12 herabfällt, beispielsweise wenn diese abgetaut wird.
  • Der Strömungsleitabschnitt 18a ist gekrümmt und so ausgestaltet, dass er einen Strömungspfad s der Luft erzeugt, die den der Tropfwanne 20 benachbarten Randbereich R der Tauschereinheit 12 anströmt. Zwischen dem Strömungsleitabschnitt 18a und der Tauschereinheit 12 ist ein Spalt 22 vorgesehen, so dass von der angeströmten Stirnseite der Tauschereinheit 12 fallendes Eis in die Tropfwanne 20 fallen kann und nicht an dem Strömungsleitabschnitt 18a abrutscht und unkontrolliert zu Boden fällt. Die Tropfwanne 20 ist mit einem nicht gezeigten Abfluss versehen, um das in der Tropfwanne 20 angesammelte Kondensat abzuführen.
  • Die Strömungsleitabschnitte 18, 18a sorgen somit für eine gleichmäßige Durchströmung der Tauschereinheit 12, wobei sie an die jeweils vorliegenden Randbedingungen angepasst und daher unterschiedlich ausgebildet sind. Der Strömungsleitabschnitt 18 sorgt dafür, dass an der Decke 14 entlang strömende Luft zu dem oberen Randbereich R der Tauschereinheit 12 hin geleitet wird. Analoges leistet der Strömungsleitabschnitt 18a in Bezug auf den unteren Bereich R der Tauschereinheit 12. Aufgrund der strömungstechnisch andersartigen Umgebungsbedingungen - beispielsweise ist keine luftundurchlässige Begrenzung in Form der Decke 14 vorhanden - ist die Formgebung des unteren Strömungsleitabschnitts 18a eine andere als die des oberen Strömungsleitabschnitts 18. Zudem wurde bei der Formgebung des Strömungsleitabschnitts 18a berücksichtigt, dass das Auftreten von Turbulenzen an der stromaufwärtigen Kante der Tropfwanne 20 verhindert wird. Derartige Turbulenzen würden sich nachteilig auf eine Durchströmung des unteren Randbereichs R der Tauschereinheit 12 auswirken.
  • Fig. 2 zeigt die Wärmetauschereinrichtung 10a in einer Ansicht von vorne, d.h. in Richtung S1 gesehen. Es ist zu erkennen, dass die Strömungsleitabschnitte 18, 18a die angeströmte Stirnseite der Tauschereinheit 12 nicht verdecken. Vielmehr bilden sie zusammen mit zu beiden Seiten der Tauschereinheit 12 vorgesehenen Strömungsleitabschnitten 18b eine Art Trichter, der die Anströmung in dem Randbereich R und damit die gleichmäßige Durchströmung der Tauschereinheit 12 verbessert.
  • Die Strömungsleitabschnitte 18, 18a, 18b können ausgestaltet sein, um eine an die jeweilige Situation angepasste Durchströmung der Tauschereinheit 12 zu erzielen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass nur einzelne Seiten oder sogar nur bestimmte Abschnitte einzelner Seiten mit Strömungsleitabschnitten 18, 18a, 18b versehen sind. Die Strömungsleitabschnitte 18, 18a, 18b können zwar grundsätzlich gleich ausgebildet sein, in vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, wenn diese unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Anstelle der in Fig. 1 zu erkennenden gekrümmten Ausgestaltung der Strömungsleitabschnitte 18, 18a können diese - wie auch die Strömungsleitabschnitte 18b - ebene Flächen sein, die relativ zu der Hauptanströmungsrichtung S1 geneigt sind. Gleichfalls ist es vorstellbar, dass mehrere geneigte Ebenen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln kombiniert werden, um gewünschte Strömungspfade s zur verbesserten An- und Durchströmung der Randbereiche R der Tauschereinheit 12 zu erzeugen.
  • Fig. 3 zeigt eine Wärmetauschereinrichtung 10b, wobei hier im Wesentlichen nur auf ihre Ausgestaltung im unteren Bereich eingegangen wird. Es versteht sich, dass auch im oberen Bereich strömungsleitende Elemente - wie etwa der Strömungsleitabschnitt 18 der Wärmetauschereinrichtung 10a (Fig. 1) - vorgesehen sein können, falls es erforderlich sein sollte.
  • Im Unterschied zu der Wärmetauschereinrichtung 10a weist die Wärmetauschereinrichtung 10b ein Zwischenblech 24 auf, das zwischen der Tauschereinheit 12 und der Tropfwanne 20 angeordnet ist. Von der Tauschereinheit 12 herabtropfendes flüssiges Kondensat oder herabfallendes Eis fällt dann zunächst auf das Zwischenblech 24, wodurch die Tropfwanne 20 geschützt wird. Durch die Neigung des Zwischenblechs 24 gelangt das flüssige oder feste Kondensat in eine V-förmige Rinne 26, wo es aufgefangen und auf einfache Weise abgeführt werden kann. Der an der Tropfwanne 20 angebrachte Strömungsleitabschnitt 18a ist an dessen Enden zur Verringerung von Turbulenzen mit verrundeten Kanten 28 versehen. Zwischen den Kanten 28 verläuft der Strömungsleitabschnitt 18a im Wesentlichen eben. Seine Neigung relativ zu der Hauptanströmungsrichtung S1 ist so gewählt, dass der Strömungspfad s zu einer verbesserten An- und Durchströmung des unteren Randbereichs R der Tauschereinheit 12 führt. Außerdem wird durch den Strömungsleitabschnitt 18a die Bildung von den Wirkungsgrad der Wärmetauschereinrichtung 10b vermindernden Turbulenzen minimiert.
  • Fig. 4 zeigt eine Wärmetauschereinrichtung 10c, die der Wärmetauschereinrichtung 10b funktionell ähnlich ist. Allerdings ist sie nicht hängend angeordnet, sondern steht auf einer Unterlage, z.B. auf dem Boden oder dem Dach eines Gebäudes. Die Anströmung des oberen Randbereichs R wird durch den Strömungsleitabschnitt 18 verbessert, der an einem Deckblech 16' ausgebildet ist, das wiederum ein Bestandteil eines Gehäuses der Wärmetauschereinrichtung 10c ist. Die Rinne 26 ist hier mit einem halbkreisförmigen Querschnitt versehen und der Strömungsleitabschnitt 18a weist zwischen den verrundeten Kanten 28 einen gekrümmten Querschnitt auf, um die gewünschte Geometrie des Strömungspfads s zu erzeugen.
  • Fig. 5 zeigt eine Wärmetauschereinrichtung 10d, die einen separaten Gehäuseabschnitt 16 aufweist, der mit dem Strömungsleitabschnitt 18 versehen ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Tauschereinheit 12 mit daran befestigtem Unterbau, der u.a. das Zwischenblech 24 und die Tropfwanne 20 umfasst, eingehängt wird. Das Zwischenblech 24 der Wärmetauschereinrichtung 10d ist mit einer Heizeinrichtung 30 versehen, um von der Tauschereinheit 12 herabfallendes Eis schmelzen zu können. Das durch Schmelzen des Eises erzeugte Wasser sowie das von der Tauschereinheit 12 herabtropfende Wasser gelangt in die Rinne 26, die den Querschnitt eines schräg liegenden U aufweist. Die Heizeinrichtung 30 erstreckt sich auch in den Bereich der Rinne 26, um an der Vorderseite der Tauschereinheit 12 gebildetes und bei einem Abtauvorgang herabfallendes Eis, das direkt in die Rinne 26 gelangt ist, rasch schmelzen zu können.
  • Der linke bzw. obere Schenkel des U des Querschnitts der Rinne 26 ist eine ebene Fläche, die gegenüber der Hauptanströmungsrichtung S1 geneigt ist. Dieser Bestandteil der Rinne 26 bildet somit gleichzeitig den Strömungsleitabschnitt 18a bzw. der Strömungsleitabschnitt 18a ist so geformt, dass er die Rinne 26 bildet.
  • Um zu verhindern, dass an der stromaufwärtigen Seite der Tropfwanne 20 Turbulenzen entstehen, ist an der Tropfwanne 20 ein gekrümmter Strömungsleitabschnitt 18c vorgesehen, der zusammen mit dem Strömungsleitabschnitt 18a die gewünschte Geometrie des Strömungspfads s erzeugt.
  • Fig. 6 zeigt eine Wärmetauschereinrichtung 10e mit einer V-förmigen Rinne 26 an dem Zwischenblech 24. Sowohl das Zwischenblech 24 als auch die Tropfwanne 20 sind zumindest abschnittsweise mit einer Heizeinrichtung 30 bzw. 30a versehen. Das der anströmenden Luft zugewandte Ende der Rinne 26 ist mit einem relativ zu der Hauptanströmungsrichtung S1 geneigten Strömungsleitabschnitt 18a versehen, der zusammen mit dem ebenfalls planaren Strömungsleitabschnitt 18c der Tropfwanne 20 die gewünschte Geometrie des Strömungspfads s erzeugt.
  • Es versteht sich, dass einzelne Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen der beispielhaft beschriebenen Wärmetauschereinrichtungen bzw. Strömungsleitabschnitte kombiniert werden können, um die gewünschte Beeinflussung der Strömung der anströmenden Luft zu erreichen. Die Strömungsleitabschnitte 18, 18a, 18b, 18c können grundsätzlich einstückig mit den Komponenten ausgebildet sein, denen sie zugeordnet sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, diese als separate Bauteile, insbesondere als Blech- oder Kunststoffbauteile zu formen. Bestehende Wärmetauschereinrichtungen können durch geeignet konzipierte Strömungsleitabschnitte nachgerüstet werden, indem an den geeigneten Stellen entsprechende Bauteile befestigt werden. Bei geänderten Umgebungsbedingungen, beispielsweise durch eine veränderte Einbaulage der Wärmetauschereinrichtung, können die Strömungsleitabschnitte ausgetauscht und/oder verändert werden, um den geänderten Bedingungen Rechnung zu tragen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10a, 10b, 10c, 10d, 10e
    Wärmetauschereinrichtung
    12
    Tauschereinheit
    14
    Decke
    16
    Gehäuseabschnitt
    16'
    Deckblech
    18, 18a, 18b, 18c
    Strömungsleitabschnitt
    20
    Tropfwanne
    22
    Spalt
    24
    Zwischenblech
    26
    Rinne
    28
    Kante
    30, 30a
    Heizeinrichtung
    S1
    Hauptanströmungsrichtung
    S2
    Hauptdurchströmungsrichtung
    s
    Strömungspfad

Claims (9)

  1. Wärmetauschereinrichtung für eine Kälteanlage zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem Wärmeträgermedium, die eine von der Luft anströmbare Tauschereinheit (12) umfasst, die von dem Wärmeträgermedium durchströmbar ist, wobei zumindest eine die Strömung (S1) der anströmenden Luft beeinflussende Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) vorgesehen ist, die eine Anströmung von Randbereichen (R) eines angeströmten Querschnitts der Tauschereinheit (12) unterstützt,
    wobei die Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) in Strömungsrichtung (S1) der anströmenden Luft stromaufwärts und seitlich außerhalb des angeströmten Querschnitts der Tauschereinheit (12) angeordnet ist,
    wobei der angeströmte Querschnitt der Tauschereinheit (12) durch die Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) nicht verdeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtung (18a, 18b, 18c) zumindest abschnittweise an einer Tropfwanne (20), die in Einbaulage der Wärmetauschereinrichtung zum Auffangen von an der Tauschereinheit (12) gebildetem Kondensat vorgesehen ist, und/oder an einem zwischen der Tauschereinheit und der Tropfwanne (20) zum Auffangen des Kondensats vorgesehenen optionalen Zwischenblech (24), das zum Auffangen von von der Tauschereinheit herabfallendem Eis vorgesehen ist, ausgebildet ist.
  2. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) zumindest einen Leitabschnitt umfasst, der relativ zu einer Hauptstromrichtung (S1) der die Tauschereinheit (12) durchströmenden Luft geneigt und/oder gekrümmt ist.
  3. Wärmetauschereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsleitvorrichtung zumindest zwei Abschnitte (18a, 18c) umfasst, die in separat voneinander ausgebildet sind und die in Strömungsrichtung (S1) der anströmenden Luft hintereinander angeordnet sind.
  4. Wärmetauschereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsleitvorrichtung (18) zumindest abschnittweise an einem die Tauschereinheit (12) zumindest teilweise umgebenen Gehäuse (16) ausgebildet ist.
  5. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Tropfwanne (20) und/oder das Zwischenblech (24) mit einer Heizeinrichtung (30a, 30) versehen sind.
  6. Wärmetauschereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) zumindest abschnittsweise einstückig mit dem Gehäuse (16), der Tropfwanne (20) und/oder dem Zwischenblech (24) ausgebildet ist.
  7. Wärmetauschereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsleitvorrichtung (18, 18a, 18b, 18c) zumindest abschnittsweise ein separat gefertigtes Bauteil umfasst, das an dem Gehäuse (16), der Tropfwanne (20) und/oder dem Zwischenblech (24) befestigt ist.
  8. Wärmetauschereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsleitvorrichtung (18a) zumindest abschnittsweise einen Teil einer Rinne (26) zum Sammeln von an der Tauschereinheit (12) gebildetem Kondensat bildet.
  9. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rinne (26) einen V- oder U-förmigen Querschnitt aufweist.
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