EP3625507A1 - Wärmeaustauschereinrichtung und verfahren zum austausch von wärme zwischen luft und einem in einem wärmeübertrager geführten fluid - Google Patents

Wärmeaustauschereinrichtung und verfahren zum austausch von wärme zwischen luft und einem in einem wärmeübertrager geführten fluid

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Publication number
EP3625507A1
EP3625507A1 EP18730978.6A EP18730978A EP3625507A1 EP 3625507 A1 EP3625507 A1 EP 3625507A1 EP 18730978 A EP18730978 A EP 18730978A EP 3625507 A1 EP3625507 A1 EP 3625507A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
air
housing
flow
air guide
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.)
Pending
Application number
EP18730978.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon GEISERT
Viktor TRENKENSCHUH
Andreas ZÜRNER
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.)
Guentner GmbH and Co KG
Original Assignee
Guentner GmbH and Co KG
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 Guentner GmbH and Co KG filed Critical Guentner GmbH and Co KG
Publication of EP3625507A1 publication Critical patent/EP3625507A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/0007—Indoor units, e.g. fan coil units
    • F24F1/0059—Indoor units, e.g. fan coil units characterised by heat exchangers
    • F24F1/0063—Indoor units, e.g. fan coil units characterised by heat exchangers by the mounting or arrangement of the heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/30—Arrangement or mounting of heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger device for exchanging heat between air and a fluid guided in at least one heat exchanger according to the preamble of claim 1 and to a method for exchanging heat between air and a fluid carried in a heat exchanger according to the preamble of claim 20.
  • Such heat exchanger devices can be used, for example, as evaporators in refrigerating machines or cooling systems in which air drawn in from the surroundings is cooled, or in heat pumps.
  • heat exchanger devices in air cooler for cooling the air in large-volume rooms, such. B. walk-in storage or cold rooms are used.
  • the air coolers used for this purpose are part of the equipment of the storage or cooling room and installed in stationary.
  • the air cooler contains a heat exchanger, for example in the form of a heat exchanger, on or through which the air to be cooled is passed or passed through, wherein the heat exchanger extracts heat from the air and cools it.
  • the heat exchanger can be a heat exchanger which has a pipe or channel system through which a coolant or refrigerant flows.
  • the heat exchanger can also be an evaporator which has a pipe or channel system through which a two-phase refrigerant flows.
  • the piping or channel system of the evaporator is coupled to a compressor and a condenser or a recooler, which is arranged regularly outside the space to be cooled (for example, on the roof of the building in which the storage or refrigerator is located).
  • the condenser or recooler is connected via pipelines to the evaporator of the air cooler to direct the refrigerant in the liquid state and at low pressure through the evaporator.
  • the vaporized refrigerant is returned via the pipe into the compressor and the condenser or the recooler to be liquefied there by compression or cooled.
  • a chiller designed as a two-flow evaporator with a housing which has a plurality of air inlet openings spaced apart in the longitudinal direction of the housing and two air outlet openings, wherein the air inlet openings substantially in a horizontal plane and the two Air outlet openings lie substantially in a vertical plane.
  • a fan is arranged and each air outlet opening is associated with a heat exchanger, each having a circuit for circulation of a cooling or heat transfer fluid.
  • fans suck in air from the environment and pass through the heat exchanger, wherein a heat exchange between the sucked air and circulating in the heat exchangers cooling or heat transfer fluid takes place, which leads to a cooling of the intake air and evaporation of the Fluids in the heat exchangers leads.
  • EP 0 759 795 A2 proposes the arrangement of at least one flow guide in a region outside the flowed cross section of the heat exchanger, wherein the flow guide influences the flow of the air flowing into the heat exchanger in the edge regions of the heat exchanger.
  • the flow guide influences the flow of the air flowing into the heat exchanger in the edge regions of the heat exchanger.
  • the flow guiding devices ensure that air flowing along the ceiling of the housing of the heat exchanger device is guided to the upper edge regions of the heat exchangers.
  • EP 2 365 271 A2 Another approach for avoiding efficiency losses, which is caused by an uneven flow of heat exchangers, is proposed in EP 2 365 271 A2.
  • an air-susceptible evaporator which can be used in particular in an air-water heat pump, wherein the evaporator comprises at least two air-pressurized refrigerant lines and a first refrigerant line in a first evaporator region and a second refrigerant line in a second evaporator region.
  • the refrigerant lines in the first and second regions have different heat transfer efficiencies, which may result in overheating of the fluid carried in the refrigerant lines in the higher heat transfer efficiency region.
  • the refrigerant lines are designed differently from one another or adaptable to each other, so that the heat transfer or evaporation efficiency (Evaporation efficiency) in the refrigerant pipe, which is flowed at a lower air flow rate, is greater than in the other refrigerant line.
  • the efficiency of the evaporator can be increased.
  • controllable pressure reducing means are provided in at least one refrigerant line and the evaporator comprises measuring means for measuring the operational parameters, such as the flow velocity of the air flowing past the refrigerant lines and the pressure and the temperature of the in the Refrigerant pipes guided fluid.
  • the arrangement of depressurizing means in the refrigerant pipelines results in a pressure loss of the fluid flow of the fluid flowing in the refrigerant piping, thereby decreasing the efficiency.
  • the arrangement of measuring devices in the evaporator is complicated and expensive and requires a high maintenance. Proceeding from this, the invention has the object to show a simple and inexpensive to produce heat exchanger device with the highest possible efficiency.
  • a homogenization of the heat transfer in the individual strands should be achieved.
  • the heat exchanger device comprises a housing with at least one inflow opening and at least one outflow opening and at least one heat exchanger arranged inside the housing, in which a fluid, for example a coolant or refrigerant, is guided.
  • a fluid for example a coolant or refrigerant
  • the or each arranged in the housing heat exchanger in this case has an inflow, which is of air, which is sucked, for example, from the environment, can be flowed.
  • At least one or each heat exchanger is present in the inventive heat exchanger device Associated with air guide, which is disposed within the flowed cross section of the inflow surface of the respective heat exchanger and divides the inflow through the inflow air flow into at least two partial streams, wherein one of the partial streams is deflected in the direction of the respective heat exchanger by the or an air guide.
  • the air flow which flows through the inlet opening of the housing in the heat exchanger device, in at least two partial streams is made possible equalization of the flow velocity or the flow density of the inflow surface of the or each heat exchanger inflowing air.
  • the partial flows preferably impinge on the inflow surface of the heat exchanger at different points or in different areas of the inflowed cross section.
  • the or each air guide element which is assigned to a heat exchanger, is preferably arranged within the flowed cross section of the inflow surface of the respective heat exchanger, that a uniform distribution of the total amount of air flowing through the inflow opening of the housing into two or more streams, each with the same or at least similar flow density (or flow rate) takes place.
  • the or each air guide which is associated with a heat exchanger, is expediently shaped so that a deflection of at least one partial flow takes place in the direction of the inflow surface of the respective heat exchanger.
  • at least a partial flow is deflected by the air guide or the air guide so that this partial flow flows at least substantially perpendicular to the inflow surface of the heat exchanger.
  • the other partial streams or streams can be deflected by further deflection devices, for example, of wall sections of the housing, in the direction of the inflow surface of the heat exchanger.
  • the housing of the heat exchanger device is box-shaped and has an upper wall formed as a lid, a lower wall formed as a bottom and arranged therebetween and perpendicular thereto side walls, wherein the or each inflow opening in the lower wall and the or each outflow opening in a side wall is arranged.
  • the housing may be secured to a ceiling of a room with the upper wall formed as a lid.
  • a Fan arranged, which sucks air from the room and leads into the interior of the housing.
  • the or each Ventialtor is preferably designed as an axial fan.
  • each outflow opening is a heat exchanger, for example in the form of a heat exchanger, in particular an evaporator arranged.
  • Each heat exchanger is assigned at least one air guide and arranged within the cross section of the inflow surface of the respective heat exchanger.
  • the air drawn in by a fan is divided by the air guide element or by the air guide elements into two or more partial flows and at least one of the partial flows is deflected by an air guide element in the direction of the respective heat exchanger.
  • the partial flows flow under heat exchange with the guided in the heat exchanger fluid through the respective heat exchanger and finally through the respective heat exchanger associated discharge opening out of the housing.
  • the heat exchanger device comprises two heat exchangers, which are arranged opposite each other in side walls of the housing. Depending on the required power of the heat exchanger device, this comprises a plurality of inflow openings arranged one after the other in the longitudinal direction and at a distance from one another, in each of which a fan is arranged.
  • each fan is expediently arranged in a nozzle.
  • each inlet opening is surrounded by a projecting into the interior of the housing nozzle ring and the fan is at least partially disposed within the nozzle ring.
  • the rotor blades of the fan at least partially engage in the nozzle ring.
  • the or each fan is an axial fan, which is expediently arranged at least partially outside the flown cross section (Q) of the heat exchanger.
  • An improvement in the flow of air drawn through the or each inflow opening and a deflection of the partial flows on the Anströmfiumblee arranged in the housing heat exchanger can be achieved if the upper wall of the housing, which is opposite to the or each inflow, an outer portion and a thereto having adjacent inner portion, wherein the outer portion (expediently on both sides) adjacent to a heat exchanger and the inflowing cross-section of the Anströmfiumblee this heat exchanger limited, and the inner portion in the direction of the inflow opening relative to the outer portion in the interior of the housing projecting projection, wherein on the projection a fan is attached.
  • a rotary shaft of the fan is rotatably attached to the projection.
  • the projecting in this embodiment in the interior of the housing projection may be formed for example by a trapezoidal in cross-section plate, which is fixed to the upper wall of the housing.
  • a deflection of the upper part or streams is achieved in the direction of the inflow surface of the heat exchanger.
  • the transition between the projection and the outer portion of the upper wall may be formed for example by a curved or by an obtuse angle to the outer portion extending wall portion.
  • each air guide element which is associated with a heat exchanger, for example, plate-shaped or strip-shaped, in particular in the form of a baffle, which is within the flown cross section of the inflow surface of the associated heat exchanger in the longitudinal direction of the heat exchanger device and at least substantially parallel to the upper or extending to the lower wall of the housing extending.
  • the or each air guide is suitably bent downwards or angled downwards at the edges.
  • each air guide element is concavely curved on its underside, which faces the lower wall of the housing, or the edge regions of the air guide element are bent at an angle to the lower wall of the housing.
  • a directional deflection of the lower partial flow in the direction of the lower, bottom-side region of the inflow surface of the respective heat exchanger can take place.
  • the position of the or each air guide with respect to the lower wall of the housing is suitably adjustable, for example by pivoting the air guide.
  • the position of the air guide with respect to the lower wall of the housing or the inflow of the associated heat exchanger on the one hand, the amount of air in the individual streams and on the other hand changed the flow direction of the streams and adapted to the requirements.
  • the or each air guide element is streamlined, for example in the form of a support surface is formed.
  • each region of the heat exchanger or each strand of the pipes in the heat exchanger is uniformly supplied with air, so that in each area or in each strand of the heat exchanger, the same heat transfer efficiency prevails.
  • overheating of the fluid in individual strands of the heat exchanger can be avoided, whereby the efficiency of the heat exchanger device is improved.
  • Figure 1 Perspective view of a first embodiment of a heat exchanger device according to the invention
  • FIG. 1 Detail view into the interior of the heat exchanger device of Figure 3 Cross section through the heat exchanger device of Figure 1;
  • Figure 4 Detail view into the interior of the heat exchanger device of Figure 1 in a perspective view from below;
  • FIG. 5 Top view of the heat exchanger device of Figure 1 with removed
  • FIG. 6 Schematic representation of further embodiments of inventive heat exchanger devices
  • FIG. 7 Schematic representation of further embodiments according to the invention
  • FIG. 8 Schematic representation of further embodiments according to the invention
  • Heat exchanger means comprising two heat exchangers each containing a plurality of strands grouped in strands
  • FIGS. 1-5 show a first embodiment of a heat exchanger device according to the invention with two heat exchangers 1 a, 1 b arranged in a housing 2, wherein FIGS. 2 to 5 show a view into the interior of the housing 2.
  • FIGS. 2 to 5 show a view into the interior of the housing 2.
  • an end-face side wall is shown in FIGS. 2 and 3, an end-face side wall and a bottom wall in FIG. 4, and an upper wall of the housing in FIG. 5 to release a view into the interior of the housing 2.
  • the two heat exchangers 1a, 1b are arranged mirror-symmetrically in the housing 2 with respect to the central longitudinal plane of the housing 2 and parallel to one another and at a distance from one another.
  • Each heat exchanger 1 a, 1 b is composed of three heat exchanger blocks 1, 1 "arranged one behind the other in the longitudinal direction L of the heat exchanger device, as can be seen in Figure 1.
  • Each heat exchanger block 1,, 1" is in an outflow opening 4, 4 ', 4 ".
  • a heat exchanger 1 is referred to below, this means a heat exchanger 1a or 1b or both heat exchangers 1a, 1b and when referring to an outflow opening 4, an outflow opening 4, 4 ', 4 "is meant, in each of which a heat exchanger block 1, 1 "is arranged.
  • the housing 2 is box-shaped and comprises an upper wall 2a designed as a cover, a lower wall 2b formed as a bottom, and side walls 2c arranged therebetween and perpendicular thereto. In the two longitudinal side walls 2c, the outflow openings 4 are arranged with the heat exchangers 1 inserted therein.
  • inflow openings 3 in the longitudinal direction L are provided one behind the other and at a distance from each other.
  • the heat exchanger device may be arranged on a ceiling of a room by fixing the upper wall 2a to the ceiling.
  • the upper wall 2a and the lower wall 2b extend in a horizontal plane parallel to the ceiling of the room.
  • the upper wall 2a includes a trapezoidal sheet 20 having a horizontal outer portion 20a, an obtuse and obliquely inward central portion 20b, and a horizontal inner portion 20c and mirror symmetric to the central longitudinal plane of the housing 2 is formed.
  • the trapezoidal sheet metal 20 forms a projection 9 extending in the longitudinal direction L in the region of the central longitudinal plane, which projection is formed by the inner section 20c and projects inwards relative to the outer section 20a of the housing 2.
  • the horizontal outer portion 20a of the sheet 20 limits the flow cross-section Q of the inflow surface of the heat exchanger (1) upwards. Towards the bottom, the flow cross-section Q is bounded by the lower wall 2b of the housing 2.
  • each fan 6 comprises a rotatable rotor shaft 16 and rotor blades 7 arranged thereon, which extend in the radial direction Fan 6 is rotatably mounted on the projection 9 and coupled to a motor, not shown here, which drives the fan 6 in rotation.
  • the rotor blades 7 of each fan 6 are arranged in a nozzle.
  • the nozzle is formed by a nozzle ring 8 projecting into the interior of the housing 2, which is arranged around a circular inflow opening 3. It is further apparent from FIGS. 2 and 3 that the rotor blades 7 of the fan 6 partially engage in the nozzle ring 8 and project beyond the upper edge of the nozzle ring 8 with their remaining upper part.
  • the heat exchangers 1 arranged in the housing 2 are evaporators or heat exchangers, for example in the form of lamellar or finned tube heat exchangers or microchannel heat exchangers.
  • Each heat exchanger 1 in this case comprises a plurality of in the longitudinal direction L and parallel to each other extending pipelines 10, in which a fluid, such as a coolant or refrigerant, is performed.
  • the pipes 10 of a heat exchanger 1 can be connected to each other at their front ends via connecting pieces. In this way, multiple passes of the fluid through a heat exchanger 1 can be achieved.
  • different strands T 1, T 2, T 3 can be formed in a heat exchanger 1, as shown schematically in FIG. 9.
  • a heat exchanger 1 is composed of a plurality of heat exchanger blocks 1, 1 ", the pipelines 10 of adjacent heat exchanger blocks 1, ⁇ , 1" are connected to one another to transfer the fluid from one heat exchanger block to the other.
  • each heat exchanger 1 a running in the longitudinal direction L collecting trough or trough 11 is arranged below each heat exchanger 1 a running in the longitudinal direction L collecting trough or trough 11 is arranged below each heat exchanger 1 a running in the longitudinal direction L collecting trough or trough 11 is arranged below each heat exchanger 1 a running in the longitudinal direction L collecting trough or trough 11 is arranged. This serves to collect condensation, which can form on the surface of the heat exchanger 1, in particular on the outer surfaces of the pipelines 10.
  • each heat exchanger 1 is assigned an air guide element 5.
  • the heat exchanger la is assigned an air guide element 5a and the heat exchanger 1b is assigned an air guide element 5b.
  • an air guiding element 5 is used, one of the air guiding elements 5 a, 5 b or both is meant.
  • the spoiler elements 5 are expediently strip-shaped or plate-shaped, for example. As elongated sheets.
  • Each of a heat exchanger 1 associated air guide 5 is upstream and within the flown cross section Q and at a distance from the inflow surface of the heat exchanger. 1 arranged and extends in the longitudinal direction L of the heat exchanger device.
  • each air guide element 5 extends over the entire extent of the heat exchanger device in the longitudinal direction L, as can be seen for example from FIG. 4, ie over the entire length of the heat exchanger blocks 1, 1 "arranged one behind the other in the longitudinal direction L.
  • each air guiding element 5 has three sections, namely a horizontally extending central section and lateral sections angled away at an obtuse angle relative to the central section.
  • each heat exchanger 1 divides the inflowing air flow into two partial streams S1, S2.
  • Each of these partial streams Sl, S2 flows in a respective flow direction jl, j2 on a Anströmfi kaue of the associated heat exchanger 1.
  • the lower partial flow Sl is guided by the angled shape of the Lucasleitelements 5 obliquely downward toward a lower portion of the inflow surface of the heat exchanger 1 ,
  • This diversion of the lower partial flow S1 in the direction of a lower region of the inflow surface of the heat exchanger 1 is effected in particular by the angled section in the downstream region of the air guide element 5.
  • the upper partial flow S2 is passed between the upper side of the air guide element 5 and the trapezoidal plate 20 and partially on the upper wall 2a and the horizontal outer portion 20a of the sheet 20 is reflected.
  • the upper part stream S2 thereby flows in a flow direction j2, which points slightly obliquely downwards, in an upper section onto the inflow surface of the heat exchanger 1.
  • the air flowing in through an inflow opening 3 is thus conveyed through the air guide element 5 assigned to the heat exchanger 1 a lower partial flow Sl and an upper partial flow S2 divided, wherein the lower partial flow S l are directed by the air guide 5 and the upper partial flow S2 through the trapezoidal plate 20 respectively in the direction of Anströmfizze of the heat exchanger 1.
  • the two streams S1 and S2 meet in different areas on the Anströmfikiee of the heat exchanger 1, whereby a uniform flow of the heat exchanger 1 is ensured.
  • the two partial streams Sl, S2 in each case one equal flow rate or an equal flow density, ie, the flowing in the lower part of the flow S1 on the inflow surface of the heat exchanger 1 per unit time and area unit amount of air is equal to the amount of air flowing in the upper part of the stream S2 on the inflow.
  • the air guide elements 5 may have different shapes, in particular in their upstream region.
  • the air guide elements 5 which are shown in Figures 2-4, by a different angular position of the upstream portion compared to the middle, horizontal section, the amount of air in the lower partial flow Sl and the upper partial flow S2 are suitably adjusted.
  • the distribution of the amount of air in the two partial streams S 1 and S2 can also be varied by the position of the respective associated air guide element 5 with respect to the heat exchanger 1 and with respect to the upper wall 2a and the lower wall 2b. Therefore, it is expedient if the air guide elements 5 are arranged pivotably in the housing 2.
  • a pivotability of the air guiding elements 5 can be made possible, for example, by a pivotable mounting in the end-side side walls 2c of the housing 2.
  • the flow direction j 1 of the lower part flow can be adjusted to a desired direction of inflow to the inflow surface of the associated heat exchanger 1. It is expedient here to set a flow direction j 1 which is perpendicular to the inflow surface of the associated heat exchanger 1 or, as can be seen for example from FIG. 3, is directed slightly downward.
  • the flow direction j2 of the upper partial flow S2 essentially depends on the shape of the upper wall 2a of the housing 2 and in the embodiment shown on the shape of the trapezoidal sheet 20 arranged there. To a lesser extent, the flow direction j 2 of the upper partial flow S2 is also influenced by the shape of the air guide element 5.
  • the angle between the downstream portion and the horizontal, central portion of an air guide element 5 is in the range of 160 °, the amount of air per unit time and area in the two partial streams Sl, S2 on the heat exchanger 1 flowing air is about the same size.
  • the width of the horizontal, mean distance of an air guide element 5 suitably corresponds to the width of the downwardly angled portions of the air guide element 5.
  • the total width of the air guide element 5 is designated in Figure 3 with b.
  • the entire width b of the air guide element 5, ie its extent transverse to the longitudinal direction L, is preferably 1/3 - 1/2 of the diameter D of the rotor blades 7 of the fan 6 (FIG. 3).
  • the flow conditions are further influenced by the position of the air guide elements 5 with respect to the rotor blades 7 of the fan 6. Suitable flow conditions can be achieved if the cross-sectional area of a fan 6 covered by an air guide element 5 is approximately 15% -25% of the total area of a fan 6 swept by the rotor blades 7 (1/4 D 2 ⁇ ). This is illustrated in FIG. 5, the area of a fan 6 covered or covered by an air guide element 5a or 5b being shown in dashed lines in each case. Further embodiments of inventive heat exchanger devices are shown schematically in FIGS. 6-8, these embodiments, as well as the embodiment of FIGS.
  • each heat exchanger 1-5 each comprising two heat exchangers 1 a, 1 b arranged in a housing with at least one inlet opening 3 and a ventilator 6 arranged therein are.
  • the heat exchangers la, lb are each arranged in an outflow opening 4 in a side wall of the housing 2.
  • Each heat exchanger 1 is assigned at least one air guide element 5, ie the heat exchanger la is at least one air guide 5a and the heat exchanger lb at least one air guide 5b assigned.
  • Figures 6a - 6f show various embodiments of the air guide elements 5 a, 5 b.
  • the embodiment shown in Figure 6d corresponds to the embodiment of Figures 2-5.
  • a trapezoidal plate 20 is disposed on the upper wall 2a of the housing 2 .
  • the embodiments of FIGS. 6a, 6b and 6c have a flat upper wall 2a and do not include a trapezoidal sheet 20 on their inner surface.
  • the air guiding elements 5 (5 a and 5 b) each have a horizontal, middle section and a downwardly directed downstream edge section angled away from it.
  • the air guiding elements 5 are formed bent with a convex upper side, which faces the upper wall 2a of the housing 2.
  • FIG. 7 Various embodiments are also shown in FIG. 7, wherein the embodiments of FIGS. 7a, 7b and 7c do not have a trapezoidal sheet 20 on the inside of the upper wall 2a and the embodiments of FIGS. 7d, 7e and 7f each have a trapezoidal sheet 20 on the inside of the Upper wall 2a included.
  • the embodiments shown in FIGS. 7a and 7d each have air-guiding elements 5a, 5b, which are designed to be drop-shaped or streamlined.
  • FIGS. 7b and 7e each show heat exchanger devices in which each heat exchanger is assigned two superimposed air guide elements 5, 5 ', wherein the upper air guide element 5 is offset from the lower air guide element 5' to the respective associated heat exchanger 1.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c do not have a trapezoidal sheet 20 on the inside of the upper wall 2a
  • the embodiments of FIGS. 7d, 7e and 7f each have a trapezoidal sheet 20 on the inside of the Upper wall 2a included
  • the air guiding elements 5a, 5b are shaped as in the embodiments of FIGS. 6a and 6d, respectively, but pivoted counterclockwise by approximately 45 ° in comparison to these embodiments.
  • the embodiments shown in FIGS. 8 a and 8 c again have drop-shaped or streamlined air-guiding elements 5 a, 5 b, which are pivoted in the counterclockwise direction by approximately 45 ° in comparison to the embodiments of FIGS. 5 a and 5 b.
  • each heat exchanger 1 two air guide elements 5, 5 'are assigned, which are each roof-shaped.
  • each heat exchanger 1 associated air guide elements 5 is suitably adapted to the size and in particular to the height of the respective heat exchanger 1. With higher heat exchangers 1, more than two air guide elements can also be assigned to one heat exchanger 1. When using more than one air guide element per heat exchanger, the air flowing in through the inflow opening 3 is divided into more than two partial flows which each flow in different areas on the inflow surface of the respective heat exchanger.
  • the use of a plurality of air guide elements per heat exchanger is particularly useful in heat exchangers 1, which have a subdivision into a plurality of superposed strands of pipes.
  • FIG. 9 schematically shows such an embodiment of a heat exchanger device according to the invention with two heat exchangers 1 a, 1 b, each containing a plurality of pipelines 10 grouped in strands T 1, T 2, T 3.
  • the pipes 10 of a heat exchanger 1 are interconnected so that there are three strands Tl, T2, T3 arranged one above the other. These are connected via a supply line 21 and a manifold in parallel with a (cool or liquid) fluid applied.
  • the fluid flows through the pipelines 10 of the strands Tl, T2, T3 with heat exchange with the air flowing through the heat exchanger 1 air and heats up or is thereby evaporated.
  • the vaporized fluid is collected in a manifold 22, which is connected to the strands Tl, T2, T3 of the heat exchanger 1, and, for example, forwarded to a (not shown here) compressor and downstream condenser.
  • Each heat exchanger 1 are each assigned two air guide elements 5, 5 '.
  • the air flowing in through the inflow opening 3 is divided into partial streams S1, S2 and S3 and the partial streams S1, S2 and S3 are directed in the direction of the inflow surface of the heat exchanger 1, as indicated in FIG. 9, in particular in the heat exchanger 1a.
  • the air guide elements 5, 5 ' are shaped and arranged so that each strand Tl, T2, T3 of the heat exchanger 1, a partial stream Sl, S2, and S3 is supplied and the respective partial flow flows to the heat exchanger 1 in the region of the inflow, in the the associated strand Tl, T2 or T3 is located.
  • more than three strands may be provided in each heat exchanger 1. It is not absolutely necessary to divide the air flowing in through an inflow opening 3 through the air guiding elements 5 into as many partial flows, so that each branch of the heat exchanger is assigned a partial flow. It may be sufficient to assign each heat exchanger 1 only one air guide element 5, to ensure a uniform flow of air to the inflow surface of the heat exchanger. In this case, each strand is preferably uniformly flowed by an air flow with the same flow velocity or the same current density.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments illustrated in the drawings.
  • the number of inlet openings 3 and the fans 6 arranged therein can be adapted to the required power of the heat exchanger device.
  • the number of heat exchanger blocks 1,, 1 "of a heat exchanger can also be adapted to the required power of the heat exchanger device.

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Abstract

Eine Wärmeaustauschereinrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in mindestens einem Wärmeübertrager (1) geführten Fluid umfasst ein Gehäuse (2) mit mindestens einer Einströmöffnung (3) und mindestens einer Ausströmöffnung (4), wobei in dem Gehäuse mindestens ein Wärmeübertrager (1) angeordnet ist und der oder jeder Wärmeübertrager (1) eine Anströmfläche aufweist, durch welche eine Luftströmung in den Wärmeübertrager (1) einströmt. Zur Vergleichmäßigung der auf die Anströmfläche des oder jedes Wärmeübertragers strömende Luft ist jedem Wärmeübertrager (1) mindestens ein Luftleitelement (5) zugeordnet, welches innerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers (1) angeordnet ist und welches die durch die Einströmöffnung (3) einströmende Luftströmung in wenigstens zwei Teilströme (S1, S2) aufteilt und wenigstens einen Teilstrom (S1) in Richtung des jeweiligen Wärmeübertragers (1) umlenkt.

Description

Wärmeaustauschereinrichtung und Verfahren zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in einem Wärmeübertrager geführten Fluid Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschereinrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in mindestens einem Wärmeübertrager geführten Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in einem Wärmeübertrager geführten Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Derartige Wärmeaustauschereinrichtungen können beispielsweise als Verdampfer in Kältemaschinen bzw. Kühlanlagen, in denen aus der Umgebung angesaugte Luft gekühlt wird, oder in Wärmepumpen zum Einsatz kommen.
Insbesondere können derartige Wärmeaustauschereinrichtungen in Luftkühler zur Kühlung der Luft in großvolumigen Räumen, wie z. B. begehbare Lager- oder Kühlräume eingesetzt werden. Die hierfür eingesetzten Luftkühler sind dabei Bestandteil der Ausstattung des Lageroder Kühlraums und darin stationär installiert. Der Luftkühler enthält einen Wärmeübertrager, bspw. in Form eines Wärmetauschers, an dem bzw. durch den die zu kühlende Luft vorbei- bzw. durchgeleitet wird, wobei der Wärmeübertrager der Luft Wärme entzieht und diese abkühlt. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich um einen Wärmetauscher handeln, der ein von einem Kühl- oder Kältemittel durchflossenes Rohrleitungs- oder Kanalsystem aufweist. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich auch um einen Verdampfer handeln, der ein von einem zweiphasigen Kältemittel durchflossenes Rohrleitungs- oder Kanalsystem aufweist. Das Rohrleitungs- bzw. Kanalsystem des Verdampfers ist dabei mit einem Verdichter sowie einem Verflüssiger bzw. einem Rückkühler gekoppelt, der regelmäßig außerhalb des zu kühlenden Raums angeordnet ist (bspw. auf dem Dach des Gebäudes, in dem sich der Lageroder Kühlraum befindet). Der Verflüssiger bzw. Rückkühler ist über Rohrleitungen mit dem Verdampfer des Luftkühlers verbunden, um das Kältemittel im flüssigen Zustand und unter niedrigem Druck durch den Verdampfer zu leiten. Beim Durchströmen der zu kühlenden Raumluft des Lager- bzw. Kühlraums durch den Verdampfer verdampft das zunächst flüssige Kältemittel und entzieht der durchströmenden Luft dabei Wärme. Das verdampfte Kältemittel wird über die Rohrleitung in den Verdichter sowie den Verflüssiger bzw. den Rückkühler zurückgeführt, um dort durch Verdichtung verflüssigt bzw. gekühlt zu werden. Aus der EP 836 057 Bl ist beispielsweise eine als Zweistrom- Verdampfer ausgebildete Kältemaschine mit einem Gehäuse bekannt, welches über mehrere, in Längsrichtung des Gehäuses im Abstand zueinander angeordnete Lufteinrittsöffnungen und zwei Luftaustrittsöffnungen aufweist, wobei die Lufteintrittsöffnungen im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene und die beiden Luftaustrittsöffnungen im Wesentlichen in einer vertikalen Ebene liegen. In den Lufteintrittsöffnungen ist jeweils ein Ventilator angeordnet und jeder Luftaustrittsöffnung ist ein Wärmetauscher zugeordnet, der jeweils einen Kreislauf zur Zirkulation eines Kühl- oder Wärmeübertragungsfluids aufweist. Die in den Lufteintrittsöffnungen angeordneten Ventilatoren saugen Luft aus der Umgebung an und leiten diese durch die Wärmetauscher hindurch, wobei ein Wärmeaustausch zwischen der angesaugten Luft und dem in den Wärmetauschern zirkulierenden Kühl- oder Wärmeübertragungsfluid erfolgt, der zu einer Abkühlung der angesaugten Luft und zum Verdampfen des Fluids in den Wärmetauschern führt.
Bei den gattungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtungen besteht das Problem einer über den angeströmten Querschnitt des Wärmetauschers ungleichmäßigen Durchströmung der angesaugten Luft, die über den angeströmten Querschnitt des Wärmetauschers unterschiedliche Strömungsdichten bzw. Strömungsgeschwindigkeiten aufweist. Die Wärmetauscher weisen daher Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeübergangs- bzw. Wärmeaustauscheffizienz auf. Da in dem der Wärmeaustauschereinrichtung nachgeschalteten Verdichter (Kompressor) kein Kältemittel in flüssiger Form eingeführt werden darf, erfolgt in der Regel eine Überhitzung in dem Wärmetauscher, damit sicher gestellt werden kann, dass das Kältemittel im Wärmetauscher vollständig verdampft ist, bevor es dem Verdichter zugeführt wird. Im Betrieb wird die Wärmeaustauschereinrichtung so gesteuert, dass dem Wärmetauscher nur so viel Kältemittel zugeführt wird, wie dieser vollständig verdampfen kann. Dabei ist es bekannt, die Rohrleitungen eines Wärmetauschers, in denen das Kältemittel geführt wird, strangweise mit dem flüssigen Kältemittel zu beaufschlagen, wobei das Kältemittel die einzelnen Rohrleitungsstränge parallel zueinander durchströmt. Wenn verschiedene Bereiche des Wärmetauschers eine unterschiedliche Wärmeübergangs- bzw. Wärmeaustauscheffizienz aufweisen, bestimmt der Strang mit der niedrigsten Wärmeübergangs- bzw. Wärmeaustauscheffizienz die maximale Menge des Kältemittels, die den Strängen pro Zeiteinheit zugeführt wird, damit eine vollständige Verdampfung des Kältemittels in allen Strängen sicher gestellt werden kann. Dies kann bereichsweise in den Strängen mit höherer Wärmeübergangs- bzw. Wärmeaustauscheffizienz zu einer zu frühen Verdampfung des im Wärmetauscher geführten Fluids und dadurch zu einer Erniedrigung des Wirkungsgrads der Wärmeaustauschereinrichtung führen, weil die Bereiche bzw. Stränge des Wärmetauschers mit höherer Wärmeübergangs- bzw. Wärmeaustauscheffizienz nicht unter optimalen Betriebsbedingen betrieben werden.
In der EP 2 759 795 A2 wird zur Vergleichmäßigung der Durchströmung der Wärmetauscher einer Wärmetauschereinrichtung die Anordnung von wenigstens einer Strömungsleitvorrichtung in einem Bereich außerhalb des angeströmten Querschnitts des Wärmetauschers vorgeschlagen, wobei die Strömungsleitvorrichtung die Strömung der den Wärmetauscher anströmenden Luft in den Randbereichen des Wärmetauschers beeinflusst. Insbesondere wird durch die Anordnung von Strömungsleitvorrichtungen außerhalb des angeströmten Querschnitts des Wärmetauschers gewährleistet, dass auch der (obere) Randbereich des Wärmetauschers ausreichend von Luft durchströmt wird. Die Strömungsleitvorrichtungen sorgen insbesondere dafür, dass an der Decke des Gehäuses der Wärmetauschereinrichtung entlangströmende Luft zu den oberen Randbereichen der Wärmetauscher hingeleitet wird.
Ein anderer Ansatz zur Vermeidung von Effizienzverlusten, die durch eine ungleichmäßige Anströmung der Wärmetauscher hervorgerufen wird, ist in der EP 2 365 271 A2 vorgeschlagen. Darin ist ein luftbeaufschlagbarer Verdampfer vorgeschlagen, der insbesondere in einer Luft- Wasser- Wärmepumpe eingesetzt werden kann, wobei der Verdampfer mindestens zwei mit Luft beaufschlagbare Kältemittelleitungen umfasst und eine erste Kältemittelleitung in einem ersten Verdampferbereich und eine zweite Kältemittelleitung in einem zweiten Verdampferbereich verläuft. Aufgrund einer ungleichmäßigen Anströmung der Kältemittelleitungen, die als Wärmeübertrager zwischen der beaufschlagten Luft und einem in den Kältemittelleitungen geführten Fluid dienen, herrscht beim Betrieb des Verdampfers im ersten Bereich eine größere Luftströmungsgeschwindigkeit als im zweiten Bereich. Dadurch bedingt weisen die Kältemittelleitungen im ersten und im zweiten Bereich unterschiedliche Wärmeübertragungseffizienzen auf, was zu einer Überhitzung des in den Kältemittelleitungen geführten Fluids in dem Bereich mit der höheren Wärmeübertragungseffizienz führen kann. Um dies zu vermeiden sind die Kältemittelleitungen voneinander abweichend ausgestaltet bzw. aneinander anpassbar, so dass die Wärmeübertragungs- bzw. Verdampfungseffizienz (Verdampfungseffektivität) in der Kältemittelleitung, die mit geringerer Luftströmungsgeschwindigkeit angeströmt wird, größer ist als in der anderen Kältemittelleitung. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Verdampfers erhöht werden. Zur Einstellung der unterschiedlichen Verdampfungseffektivitäten in den zwei oder mehr Kältemittelleitungen sind in wenigstens einer Kältemittelleitung vorzugsweise steuerbare Druckminderungsmittel vorgesehen und der Verdampfer umfasst Messeinrichtungen zum Messen der betriebsrelevanten Parameter, wie z.B. der Strömungsgeschwindigkeit der an den Kältemittelleitungen vorbeiströmenden Luft sowie des Drucks und der Temperatur des in den Kältemittelleitungen geführten Fluids. Die Anordnung von Druckminderungsmitteln in den Kältemittelleitungen führt zu einem Druckverlust der Fluidströmung des in den Kältemittelleitungen strömenden Fluids und dadurch zu einer Effizienzminderung. Die Anordnung von Messeinrichtungen in dem Verdampfer ist aufwendig und teuer und erfordert einen hohen Wartungsaufwand. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und kostengünstig herstellbare Wärmeaustauschereinrichtung mit möglichst hohem Wirkungsgrad aufzuzeigen. Insbesondere soll in einer Wärmeaustauschereinrichtung mit mindestens einem Wärmeübertrager, der mehrere unterschiedliche Stränge von Rohrleitungen umfasst, eine Vergleichmäßigung des Wärmeübergangs in den einzelnen Strängen erzielt werden.
Diese Aufgaben werden mit einer Wärmeaustauschereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit dem Verfahren gemäß Anspruch 20 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Wärmeaustauschereinrichtung und des Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Wärmeaustauschereinrichtung umfasst ein Gehäuse mit mindestens einer Einströmöff ung und mindestens einer Ausströmöffnung und wenigstens einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Wärmeübertrager, in dem ein Fluid, beispielsweise ein Kühl- oder Kältemittel, geführt ist. Der oder jeder in dem Gehäuse angeordnete Wärmeübertrager weist dabei eine Anströmfläche auf, die von Luft, die beispielsweise aus der Umgebung angesaugt wird, anströmbar ist. Zur Vergleichmäßigung der den Wärmeübertrager anströmenden Luftströmung, insbesondere in Bezug auf die Luftströmungsgeschwindigkeit über den angeströmten Querschnitt der Anströmfläche, ist in der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtung dem oder jedem Wärmeübertrager mindestens ein Luftleitelement zugeordnet, welches innerhalb des angeströmten Querschnitts der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers angeordnet ist und die durch die Einströmöffnung einströmende Luftströmung in wenigstens zwei Teilströme aufteilt, wobei einer der Teilströme in Richtung des jeweiligen Wärmeübertragers durch das oder ein Luftleitelement umgelenkt wird.
Durch die Aufteilung der Luftströmung, die durch die Einströmöffnung des Gehäuses in die Wärmeaustauschereinrichtung einströmt, in wenigstens zwei Teilströme wird eine Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Strömungsdichte der die Anströmfläche des oder jedes Wärmeübertragers anströmenden Luft ermöglicht. Die Teilströme treffen dabei bevorzugt an unterschiedlichen Stellen bzw. in unterschiedlichen Bereichen des angeströmten Querschnitts auf die Anströmfläche des Wärmeübertragers auf.
Das oder jedes Luftleitelement, das einem Wärmeübertrager zugeordnet ist, ist dabei bevorzugt so innerhalb des angeströmten Querschnitts der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers angeordnet, dass eine gleichmäßige Aufteilung der Gesamtmenge der durch die Einströmöffnung des Gehäuses einströmenden Luft in zwei oder mehr Teilströme mit jeweils gleicher oder zumindest ähnlicher Strömungsdichte (bzw. Strömungsgeschwindigkeit) erfolgt. Das oder jedes Luftleitelement, welches einem Wärmeübertrager zugeordnet ist, ist dabei zweckmäßig so geformt, dass eine Umlenkung wenigstens eines Teilstroms in Richtung der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers erfolgt. Zweckmäßig wird dabei wenigstens ein Teilstrom von dem Luftleitelement bzw. den Luftleitelementen so umgelenkt, dass dieser Teilstrom zumindest im Wesentlichen senkrecht auf die Anströmfläche des Wärmeübertragers zuströmt. Der oder die anderen Teilströme können von weiteren Umlenkeinrichtungen, bspw. von Wandabschnitten des Gehäuses, in Richtung der Anströmfläche des Wärmeübertragers umgelenkt werden.
In einer Ausführungsform ist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtung kastenförmig ausgebildet und weist eine als Deckel ausgebildete obere Wandung, eine als Boden ausgebildete untere Wandung und dazwischen sowie senkrecht dazu angeordnete Seitenwände auf, wobei die oder jede Einströmöffnung in der unteren Wandung und die oder jede Ausströmöffnung in einer Seitenwand angeordnet ist. Das Gehäuse kann beispielsweise mit der als Deckel ausgebildeten oberen Wandung an einer Decke eines Raums befestigt werden. In jeder Einströmöffnung ist dabei zweckmäßig ein Ventilator angeordnet, der Luft aus dem Raum ansaugt und in das Innere des Gehäuses führt. Der oder jeder Ventialtor ist bevorzugt als Axiallüfter ausgebildet. In jeder Ausströmöffnung ist dabei ein Wärmeübertrager, beispielsweise in Form eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verdampfers, angeordnet. Jedem Wärmeübertrager ist dabei wenigstens ein Luftleitelement zugeordnet und innerhalb des Querschnitts der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers angeordnet. Die von einem Ventilator angesaugte Luft wird von dem Luftleitelement bzw. von den Luftleitelementen in zwei oder mehr Teilströme aufgeteilt und wenigstens einer der Teilströme wird von einem Luftleitelement in Richtung des jeweiligen Wärmeübertragers umgelenkt. Die Teilströme strömen unter Wärmeaustausch mit dem im Wärmeübertrager geführten Fluid durch den jeweiligen Wärmeübertrager und schließlich durch die dem jeweiligen Wärmeübertrager zugeordnete Ausströmöffnung aus dem Gehäuse heraus.
In einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel umfasst die Wärmeaustauschereinrichtung zwei Wärmeübertrager, die einander gegenüberliegend in Seitenwänden des Gehäuses angeordnet sind. In Abhängigkeit der erforderlichen Leistung der Wärmeaustauschereinrichtung umfasst diese mehrere, in Längsrichtung hintereinander und im Abstand zueinander angeordnete Einströmöffnungen, in denen jeweils ein Ventilator angeordnet ist. Dabei ist zweckmäßig jeder Ventilator in einer Düse angeordnet. Hierfür ist jede Einströmöffnung von einem in das Innere des Gehäuses ragenden Düsenring umgeben und der Ventilator ist zumindest teilweise innerhalb des Düsenrings angeordnet. Insbesondere die Rotorblätter des Ventilators greifen zumindest teilweise in den Düsenring ein. Bevorzugt handelt es sich bei dem oder jedem Ventilator um einen Axiallüfter, der zweckmäßig zumindest teilweise außerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) des Wärmeübertragers angeordnet ist.
Eine Verbesserung der Anströmung der durch die oder jede Einströmöffnung angesaugten Luft und eine Umlenkung der Teilströme auf die Anströmfiäche der im Gehäuse angeordneten Wärmeübertrager kann erzielt werden, wenn die obere Wandung des Gehäuses, die der oder jeder Einströmöffnung gegenüberliegt, einen äußeren Abschnitt und einen sich daran anschließenden inneren Abschnitt aufweist, wobei der äußere Abschnitt (zweckmäßig zu beiden Seiten) an einen Wärmeübertrager angrenzt und den angeströmten Querschnitt der Anströmfiäche dieses Wärmeübertragers begrenzt, und der innere Abschnitt einen in Richtung der Einströmöffnung gegenüber dem äußeren Abschnitt in das Innere des Gehäuses vorstehenden Vorsprung aufweist, wobei an dem Vorsprung ein Ventilator befestigt ist. Insbesondere ist eine Rotationswelle des Ventilators drehbar an dem Vorsprung befestigt.
Der bei diesem Ausführungsbeispiel in das Innere des Gehäuses vorstehende Vorsprung kann beispielsweise durch ein im Querschnitt trapezförmiges Blech gebildet sein, welches an der oberen Wandung des Gehäuses befestigt ist. Durch diese Geometrie wird eine Umlenkung des oder der oberen Teilströme in Richtung der Anströmfläche des Wärmeübertragers erzielt.
Der Übergang zwischen dem Vorsprung und dem äußeren Abschnitt der oberen Wandung kann beispielsweise durch einen gewölbten oder durch einen stumpfwinklig zum äußeren Abschnitt verlaufenden Wandabschnitt gebildet sein.
Das oder jedes Luftleitelement, das einem Wärmeübertrager zugeordnet ist, kann beispielsweise platten- oder leistenförmig ausgebildet sein, insbesondere in Form eines Luftleitblechs, welches sich innerhalb des angeströmten Querschnitts der Anströmfläche des zugeordneten Wärmeübertragers in Längsrichtung der Wärmeaustauschereinrichtung und zumindest im Wesentlichen parallel zur oberen bzw. zur unteren Wandung des Gehäuses verlaufend erstreckt. Zur Umlenkung des unteren, durch das jeweilige Luftleitelement ausgebildeten Teilstroms in Richtung der Anströmfläche des jeweils zugeordneten Wärmeübertragers ist das oder jedes Luftleitelement zweckmäßig nach unten gebogen oder randseitig nach unten abgewinkelt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das oder jedes Luftleitelement an seiner Unterseite, die zur unteren Wandung des Gehäuses zeigt, konkav gewölbt ist oder die Randbereiche des Luftleitelements winklig zur unteren Wandung des Gehäuses hin umgebogen sind. Dadurch kann eine gerichtete Umlenkung des unteren Teilstroms in Richtung des unteren, bodenseitigen Bereichs der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers erfolgen.
Die Lage des oder jedes Luftleitelements in Bezug auf die untere Wandung des Gehäuses ist dabei zweckmäßig einstellbar, beispielsweise durch ein Verschwenken des Luftleitelements. Durch eine Verstellung der Lage des Luftleitelements in Bezug auf die untere Wandung des Gehäuses bzw. die Anströmfläche des zugeordneten Wärmeübertragers kann einerseits die Luftmenge in den einzelnen Teilströmen und andererseits auch die Strömungsrichtung der Teilströme verändert und den Erfordernissen entsprechend angepasst werden. Zur Minimierung von Strömungsverlusten ist es zweckmäßig, wenn das oder jedes Luftleitelement stromlinienförmig, beispielsweise in der Form einer Tragfläche, ausgebildet ist. Insbesondere bei Wärmeaustauschereinrichtungen mit vergleichsweise hohen Wärmeübertragern, in denen mehrere Stränge von Rohrleitungen übereinander angeordnet sind, ist es möglich, jedem Wärmeübertrager mehr als ein Luftleitelement zuzuordnen, wobei die mehreren Luftleitelemente dabei übereinander und im Abstand zueinander innerhalb des Strömungsquerschnitts des Wärmeübertragers angeordnet sind. Dadurch wird die durch eine Einströmöffnung einströmende Luft in mehr als zwei Teilströme aufgeteilt, wodurch die Menge bzw. die Strömungsdichte der einzelnen Teilströme über den angeströmten Querschnitt des Wärmeübertragers vergleichmäßigt werden kann. Dadurch wird jeder Bereich des Wärmeübertragers bzw. jeder Strang der Rohrleitungen in dem Wärmeübertrager gleichmäßig von Luft angeströmt, so dass in jedem Bereich bzw. in jedem Strang des Wärmeübertragers die gleiche Wärmeübertragungseffizienz vorherrscht. Dadurch können Überhitzungen des Fluids in einzelnen Strängen des Wärmeübertragers vermieden werden, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeaustauschereinrichtung verbessert wird.
Diese und weitere Vorteile sowie Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei die Zeichnungen zeigen:
Figur 1: Perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtung;
Figur 2 Detailansicht in das Innere der Wärmeaustauschereinrichtung von Fig Figur 3 Querschnitt durch die Wärmeaustauschereinrichtung von Figur 1 ;
Figur 4: Detailansicht in das Innere der Wärmeaustauschereinrichtung von Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten;
Figur 5: Draufsicht auf die Wärmeaustauschereinrichtung von Figur 1 bei abgenommenem
Deckel des Gehäuses; Figur 6: Schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmeaustauschereinrichtungen;
Figur 7: Schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer
Wärmeaustauschereinrichtungen;
Figur 8: Schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer
Wärmeaustauschereinrichtungen; Figur 9: Schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Wärmeaustauschereinrichtung mit zwei Wärmeübertragern, die jeweils eine Mehrzahl von in Strängen gruppierte Rohrleitungen enthalten;
In den Figuren 1 - 5 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtung mit zwei in einem Gehäuse 2 angeordneten Wärmeübertragern la, lb gezeigt, wobei die Figuren 2 - 5 eine Ansicht in das Innere des Gehäuses 2 zeigen. Zur besseren Darstellung ist dabei in den Figuren 2 und 3 eine stirnseitige Seitenwand, in Figur 4 eine stirnseitige Seitenwand und eine untere Wandung und in Figur 5 eine obere Wandung des Gehäuses weggenommen, um eine Ansicht in das Innere des Gehäuses 2 freizugeben.
Die beiden Wärmeübertrager la, lb sind in dem Gehäuse 2 spiegelsymmetrisch zur Mittellängsebene des Gehäuses 2 und parallel zueinander verlaufend sowie im Abstand zueinander angeordnet. Jeder Wärmeübertrager la, lb setzt sich dabei aus drei in Längsrichtung L der Wärmeaustauschereinrichtung hintereinander angeordnete Wärmetauscherblöcke 1, , 1 " zusammen, wie aus Figur 1 ersichtlich. Jeder Wärmetauscherblock 1, , 1 " ist dabei in einer Ausströmöffnung 4, 4', 4" des Gehäuses 2 angeordnet. Wenn im Folgenden von einem Wärmeübertrager 1 gesprochen wird, ist damit ein Wärmeübertrager la oder lb oder beide Wärmeübertrager la, lb gemeint und wenn von einer Ausströmöffnung 4 gesprochen wird, ist eine Ausströmöffnung 4, 4', 4" gemeint, in der jeweils ein Wärmetauscherblock 1, , 1 " angeordnet ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist das Gehäuse 2 kastenförmig ausgebildet und umfasst eine als Deckel ausgebildete obere Wandung 2a, eine als Boden ausgebildete untere Wandung 2b sowie dazwischen und senkrecht dazu angeordnete Seitenwände 2c. In den beiden längsseitigen Seitenwänden 2c sind die Ausströmöffnungen 4 mit den darin eingesetzten Wärmeübertragern 1 angeordnet. In der unteren Wandung 2b sind mehrere (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei) Einströmöffnungen 3 in Längsrichtung L hintereinander und im Abstand zueinander vorgesehen. In jeder Einströmöffnung 3 ist ein Ventilator 6, 6', 6" eingesetzt. Wenn im Folgenden von einem Ventilator 6 gesprochen wird, sind die Ventilatoren 6, 6', 6" oder einer der drei Ventilatoren 6, 6', 6" gemeint.
Die Wärmeaustauschereinrichtung kann beispielsweise an einer Decke eines Raums angeordnet werden, indem die obere Wandung 2a an der Decke befestigt wird. In einer solchen Anordnung verläuft die obere Wandung 2a und die untere Wandung 2b in einer horizontalen Ebene parallel zur Decke des Raums.
Wie aus den Figuren 2 - 4 ersichtlich, enthältdie obere Wandung 2a ein im Querschnitt trapezförmiges Blech 20 , welches einen horizontalen, äußeren Abschnitt 20a, einen stumpfwinklig und schräg nach innen verlaufenden mittleren Abschnitt 20b sowie einen horizontalen, inneren Abschnitt 20c aufweist und spiegelsymmetrisch zur Mittellängsebene des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Das trapezförmige Blech 20 bildet dadurch einen im Bereich der Mittellängsebene in Längsrichtung L verlaufenden Vorsprung 9 aus, der durch den inneren Abschnitt 20c gebildet ist und gegenüber dem äußeren Abschnitt 20a des Gehäuses 2 nach innen vorsteht. Der horizontale äußere Abschnitt 20a des Blechs 20 begrenzt dabei den Strömungsquerschnitt Q der Anströmfläche der Wärmeübertrager (1) nach oben hin. Nach unten hin wird der Strömungsquerschnitt Q von der unteren Wandung 2b des Gehäuses 2 begrenzt.
An dem Vorsprung 9 sind, wie beispielsweise aus Figur 4 ersichtlich, die Ventilatoren 6, 6', 6" angeordnet. Jeder Ventilator 6 umfasst dabei einen drehbaren Rotorschaft 16 und daran angeordnete Rotorblätter 7, die sich in radialer Richtung erstrecken. Der Rotorschaft 16 jedes Ventilators 6 ist drehbar am Vorsprung 9 befestigt und mit einem hier nicht dargestellten Motor gekoppelt, der den Ventilator 6 rotierend antreibt. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, sind die Rotorblätter 7 jedes Ventilators 6 in einer Düse angeordnet. Die Düse wird dabei durch einen in das Innere des Gehäuses 2 vorstehenden Düsenring 8 gebildet, der um eine kreisrunde Einströmöffhung 3 angeordnet ist. Aus den Figuren 2 und 3 ist weiterhin ersichtlich, dass die Rotorblätter 7 des Ventilators 6 teilweise in den Düsenring 8 eingreifen und mit ihrem übrigen, oberen Teil die Oberkante des Düsenrings 8 überragen.
Bei den im Gehäuse 2 angeordneten Wärmeübertragern 1 handelt es sich um Verdampfer bzw. Wärmeaustauscher, beispielsweise in Form von Lamellen- bzw. Rippenrohr- Wärmetauschern oder Mikrokanal- Wärmetauscher. Jeder Wärmeübertrager 1 umfasst dabei eine Mehrzahl von in Längsrichtung L sowie parallel zueinander verlaufende Rohrleitungen 10, in denen ein Fluid, beispielsweise ein Kühl- oder Kältemittel, geführt wird. Die Rohrleitungen 10 eines Wärmeübertragers 1 können dabei an ihren stirnseitigen Enden über Verbindungsstücke miteinander verbunden sein. Auf diese Weise können mehrfache Durchläufe des Fluids durch einen Wärmeübertrager 1 erzielt werden. Durch geeignete Schaltung der Rohrleitungen 10 können dabei unterschiedliche Stränge Tl, T2, T3 in einem Wärmeübertrager 1 ausgebildet werden, wie in Figur 9 schematisch dargestellt. Wenn sich ein Wärmeübertrager 1 aus mehreren Wärmetauscherblöcken 1, , 1 " zusammen setzt, sind die Rohrleitungen 10 von benachbarten Wärmetauscherblöcken 1 , Γ, 1 " miteinander verbunden, um das Fluid von einem zum anderen Wärmetauscherblock zu überführen.
Unterhalb jedes Wärmeübertragers 1 ist eine in Längsrichtung L verlaufende Sammelrinne oder -wanne 11 angeordnet. Diese dient zum Sammeln von Kondenswasser, das sich an der Oberfläche der Wärmetauscher 1, insbesondere an den Außenflächen der Rohrleitungen 10 bilden kann.
Aus den Figuren 2 - 4 ist weiterhin ersichtlich, dass jedem Wärmeübertrager 1 ein Luftleitelement 5 zugeordnet ist. Bei im in den Figuren 2 - 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist also dem Wärmeübertrager la ein Luftleitelement 5a und dem Wärmeübertrager lb ein Luftleitelement 5b zugeordnet. Wenn im Folgenden von einem Luftleitelement 5 gesprochen wird, ist eines der Luftleitelemente 5 a, 5b oder beide gemeint. Die Luftleitelemente 5 sind zweckmäßig leisten- oder plattenförmig ausgebildet, bspw. als längliche Bleche. Jedes einem Wärmeübertrager 1 zugeordnete Luftleitelement 5 ist dabei stromaufwärts und innerhalb des angeströmten Querschnitts Q sowie im Abstand zur Anströmfläche des Wärmeübertragers 1 angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung L der Wärmeaustauschereinrichtung. Zweckmäßig erstreckt sich dabei jedes Luftleitelement 5 über die gesamte Ausdehnung der Wärmeaustauschereinrichtung in Längsrichtung L, wie beispielsweise aus Figur 4 ersichtlich, also über die gesamte Länge der in Längsrichtung L hintereinander angeordneten Wärmetauscherblöcke 1, , 1 ".
In dem in den Figuren 1 - 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist jedes Luftleitelement 5 drei Abschnitte auf, nämlich einen horizontal verlaufenden mittleren Abschnitt sowie gegenüber dem mittleren Abschnitt nach unten in einem stumpfen Winkel abgewinkelte seitliche Abschnitte.
Mittels der Ventilatoren 6, die bevorzugt als Axiallüfter ausgebildet sind, wird Luft aus der Umgebung angesaugt und durch die Einströmöffnungen 3 in das Innere des Gehäuses 3 geleitet. Die jedem Wärmeübertrager 1 zugeordneten Luftleitelemente 5 teilen den einströmenden Luftstrom jeweils in zwei Teilströme Sl, S2 auf. Jeder dieser Teilströme Sl , S2 strömt in einer jeweiligen Strömungsrichtung j l, j2 auf eine Anströmfiäche des zugeordneten Wärmeübertragers 1. Dabei wird der untere Teilstrom Sl durch die abgewinkelte Form des Luftleitelements 5 schräg nach unten in Richtung auf einen unteren Abschnitt der Anströmfläche des Wärmeübertragers 1 geleitet. Diese Umleitung des unteren Teilstroms Sl in Richtung auf einen unteren Bereich der Anströmfiäche des Wärmeübertragers 1 erfolgt insbesondere durch den abgewinkelten Abschnitt im stromabwärtigen Bereich des Luftleitelements 5. Der obere Teilstrom S2 wird zwischen der Oberseite des Luftleitelements 5 und dem trapezförmigen Blech 20 durchgeleitet und dabei teilweise an der oberen Wandung 2a bzw. dem horizontalen äußeren Abschnitt 20a des Blechs 20 reflektiert. Der obere Teilstrom S2 strömt dadurch in einer Strömungsrichtung j2, die leicht schräg nach unten weist, in einem oberen Abschnitt auf die Anströmfiäche des Wärmeübertragers 1. Die durch eine Einströmöffnung 3 einströmende Luft wird auf diese Weise durch das dem Wärmeübertrager 1 jeweils zugeordnete Luftleitelement 5 in einen unteren Teilstrom Sl und einen oberen Teilstrom S2 aufgeteilt, wobei der untere Teilstrom S l durch das Luftleitelement 5 und der obere Teilstrom S2 durch das trapezförmige Blech 20 jeweils in Richtung der Anströmfiäche des Wärmeübertragers 1 gelenkt werden. Die beiden Teilströme Sl und S2 treffen dabei in unterschiedlichen Bereichen auf die Anströmfiäche des Wärmeübertragers 1 auf, wodurch eine gleichmäßige Anströmung des Wärmeübertragers 1 gewährleistet wird. Zweckmäßig weisen die beiden Teilströme Sl, S2 dabei jeweils eine gleich große Strömungsgeschwindigkeit bzw. eine gleich große Strömungsdichte auf, d.h. die im unteren Teilstrom Sl auf die Anströmfläche des Wärmeübertragers 1 pro Zeit- und Flächeneinheit strömende Luftmenge ist genauso groß wie die im oberen Teilstrom S2 auf die Anströmfläche strömende Luftmenge.
Zur Einstellung einer zweckmäßigen Aufteilung der Menge der einströmenden Luft in die Teilströme Sl und S2 können die Luftleitelemente 5 verschiedene Formen aufweisen, insbesondere in ihrem stromaufwärtigen Bereich. So kann beispielsweise bei den Luftleitelementen 5, die in den Figuren 2 - 4 gezeigt sind, durch eine unterschiedliche Winkelstellung des stromaufwärtigen Abschnitts im Vergleich zu dem mittleren, horizontalen Abschnitt die Luftmenge im unteren Teilstrom Sl und im oberen Teilstrom S2 geeignet eingestellt werden. Die Aufteilung der Luftmenge in die beiden Teilströme S 1 und S2 kann auch durch die Lage des jeweils zugeordneten Luftleitelements 5 in Bezug auf den Wärmeübertrager 1 bzw. in Bezug auf die obere Wandung 2a bzw. die untere Wandung 2b variiert werden. Daher ist es zweckmäßig, wenn die Luftleitelemente 5 verschwenkbar in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Eine Verschwenkbarkeit der Luftleitelemente 5 kann beispielsweise durch eine verschwenkbare Lagerung in den stirnseitigen Seitenwänden 2c des Gehäuses 2 ermöglicht werden. Durch eine Verschwenkbarkeit der Luftleitelemente 5 kann auch die Strömungsrichtung j 1 des unteren Teilstroms auf eine gewünschte Anströmrichtung auf die Anströmfläche des zugeordneten Wärmeübertragers 1 eingestellt werden. Zweckmäßig ist dabei die Einstellung einer Strömungsrichtung j l, welche senkrecht zur Anströmfläche des zugeordneten Wärmeübertragers 1 steht oder, wie beispielsweise aus Figur 3 ersichtlich, leicht nach unten gerichtet ist. Die Strömungsrichtung j2 des oberen Teilstroms S2 hängt im Wesentlichen von der Form der oberen Wandung 2a des Gehäuses 2 und bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel von der Form des dort angeordneten trapezförmigen Bleches 20 ab. In geringerem Maße wird die Strömungsrichtung j 2 des oberen Teilstroms S2 auch von der Form des Luftleitelements 5 beeinflusst.
Strömungssimulationen haben gezeigt, dass die besten Strömungsverhältnisse erzielt werden können, wenn der axiale Abstand d zwischen den Rotorblättern 7 des Ventilators 6 und dem Vorsprung 9, an dem der Rotorschaft 16 des Ventilators 6 angeordnet ist, mindestens einem Viertel des Durchmessers D der Rotorblätter 7 entspricht (Figur 3). Günstige Strömungsverhältnisse ergeben sich weiterhin, wenn der stumpfe Winkel zwischen dem mittleren, horizontalen Abschnitt und den davon nach unten abgewinkelten Randabschnitten des Luftleitelements 5 gleich groß ist und insbesondere im Bereich von 120° bis 170° liegt. Durch eine Veränderung des Winkels zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem horizontalen, mittleren Abschnitt des Luftleitelements 5 kann die Luftmenge in den beiden Teilströmen Sl, S2 eingestellt werden. Wenn der Winkel zwischen dem stromabwärtigen Abschnitt und dem horizontalen, mittleren Abschnitt eines Luftleitelements 5 im Bereich von 160° liegt, ist die Menge der pro Zeit- und Flächeneinheit in den beiden Teilströmen Sl, S2 auf den Wärmeübertrager 1 strömende Luft etwa gleich groß. Durch Variation des Winkels zwischen dem horizontalen, mittleren Abschnitt und dem abgewinkelten, stromabwärtigen Abschnitt eines Luftleitelements 5 kann die Strömungsrichtung j 1 des unteren Teilstroms S 1 eingestellt werden.
Die Breite des horizontalen, mittleren Abstands eines Luftleitelements 5 entspricht zweckmäßig der Breite der nach unten abgewinkelten Abschnitte des Luftleitelements 5. Die Gesamtbreite des Luftleitelements 5 ist in Figur 3 mit b bezeichnet. Die gesamte Breite b des Luftleitelements 5, also dessen Erstreckung quer zur Längsrichtung L, beträgt bevorzugt 1/3 - 1/2 des Durchmessers D der Rotorblätter 7 des Ventilators 6 (Figur 3).
Weiterhin haben Strömungssimulationen gezeigt, dass optimale Strömungsverhältnisse erzielt werden können, wenn das Luftleitelement 5 etwa mittig in Bezug auf den Strömungsquerschnitt Q des Wärmeübertragers 1 liegt, also der Abstand zwischen der Oberkante des Düsenrings 8 und der Unterseite des mittleren, horizontalen Abschnitts eines Luftleitelements 5 etwa gleich groß ist wie der Abstand zwischen der Oberseite des horizontalen, mittleren Abschnitts dieses Luftleitelements 5 und dem horizontal verlaufenden, äußeren Abschnitt 20a des Blechs 20.
Die Strömungsverhältnisse werden weiterhin von der Lage der Luftleitelemente 5 in Bezug auf die Rotorblätter 7 des Ventilators 6 beeinfiusst. Geeignete Strömungsverhältnisse können erzielt werden, wenn die von einem Luftleitelement 5 abgedeckte Querschnittsfläche eines Ventilators 6 etwa 15 % - 25 % der Gesamtfläche eines Ventilators 6 beträgt, die von den Rotorblättern 7 überstrichen wird (1/4 D2 π). Dies ist in Figur 5 veranschaulicht, wobei die von einem Luftleitelement 5a bzw. 5b ab- bzw. überdeckte Fläche eines Ventilators 6 jeweils gestrichelt dargestellt ist. In den Figuren 6 - 8 sind schematisch weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmeaustauschereinrichtungen gezeigt, wobei diese Ausführungsformen ebenso wie die Ausführungsform der Figuren 1 - 5 jeweils zwei Wärmeübertrager la, lb umfassen, die in einem Gehäuse mit wenigstens einer Einströmöffnung 3 und einem darin angeordneten Ventilator 6 angeordnet sind. Die Wärmeübertrager la, lb sind dabei jeweils in einer Ausströmöffnung 4 in einer Seitenwand des Gehäuses 2 angeordnet. Jedem Wärmeübertrager 1 ist dabei mindestens ein Luftleitelement 5 zugeordnet, d.h. dem Wärmeübertrager la ist mindestens ein Luftleitelement 5a und dem Wärmeübertrager lb ist wenigstens ein Luftleitelement 5b zugeordnet.
Die Figuren 6a - 6f zeigen verschiedene Ausführungsformen der Luftleitelemente 5 a, 5b. Die in Figur 6d gezeigte Ausführungsform entspricht der Ausführungsform der Figuren 2 - 5. In den Ausführungsformen der Figuren 6d, 6e und 6f ist, wie in der Ausführungsform der Figuren 1 - 5, ein trapezförmiges Blech 20 an der oberen Wandung 2a des Gehäuses 2 angeordnet. Die Ausführungsformen der Figuren 6a, 6b und 6c weisen dagegen eine ebene obere Wandung 2a auf und enthalten kein trapezförmiges Blech 20 an ihrer Innenfläche. In den Ausführungsformen von Figur 6b und 6e weisen die Luftleitelemente 5 (5 a und 5b) jeweils einen horizontalen, mittleren Abschnitt und einen davon abgewinkelten, nach unten weisenden stromabwärtigen Randabschnitt auf. In den Ausführungsformen der Figuren 6c und 6f sind die Luftleitelemente 5 gebogen ausgebildet mit einer konvexen Oberseite, welche der oberen Wandung 2a des Gehäuses 2 zugewandt ist.
In Figur 7 sind ebenfalls verschiedene Ausführungsformen dargestellt, wobei die Ausführungsformen der Figuren 7a, 7b und 7c kein trapezförmiges Blech 20 an der Innenseite der oberen Wandung 2a aufweisen und die Ausführungsformen von Figur 7d, 7e und 7f jeweils ein trapezförmiges Blech 20 an der Innenseite der oberen Wandung 2a enthalten. Die in den Figuren 7a und 7d gezeigten Ausführungsformen weisen jeweils Luftleitelemente 5a, 5b auf, welche tropfen- bzw. stromlinienförmig ausgebildet sind. Die Ausführungsformen der Figuren 7b und 7e zeigen jeweils Wärmeaustauschereinrichtungen, in denen jedem Wärmeübertrager jeweils zwei übereinander angeordnete Luftleitelemente 5, 5' zugeordnet sind, wobei das obere Luftleitelement 5 gegenüber dem unteren Luftleitelement 5' zum jeweils zugeordneten Wärmeübertrager 1 hin versetzt ist. In den Ausführungsformen der Figuren 7c und 7f sind die Luftleitelemente 5a, 5b so geformt, wie in den Ausführungsformen von Figur 6a bzw. 6d, im Vergleich zu diesen Ausführungsformen jedoch um ca. 45° entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Die in den Figuren 8a und 8c gezeigten Ausführungsformen weisen wiederum tropfen- bzw. stromlinienförmige Luftleitelemente 5 a, 5b auf, die im Vergleich zu den Ausführungsformen der Figuren 5 a und 5b um ca. 45° entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt sind.
In den Figuren 8b und 8d sind wiederum Ausführungsformen gezeigt, in denen jedem Wärmeübertrager 1 zwei Luftleitelemente 5, 5' zugeordnet sind, welche jeweils dachförmig ausgebildet sind.
Weitere Ausführungsformen für eine geeignete Ausbildung, Anordnung und Form von Luftleitelementen 5 kann ein Fachmann anhand der aufgezeigten Beispiele der Figuren 6 - 8 erschließen.
Die Anzahl der jedem Wärmeübertrager 1 zugeordneten Luftleitelemente 5 wird zweckmäßig an die Größe und insbesondere an die Höhe des jeweiligen Wärmeübertragers 1 angepasst. Bei höheren Wärmeübertragern 1 können auch mehr als zwei Luftleitelemente einem Wärmeübertrager 1 zugeordnet sein. Bei Verwendung von mehr als einem Luftleitelement pro Wärmeübertrager wird die durch die Einströmöffnung 3 einströmende Luft in mehr als zwei Teilströme aufgeteilt, welche jeweils in unterschiedlichen Bereichen auf die Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers strömen. Die Verwendung von mehreren Luftleitelementen pro Wärmeübertrager ist insbesondere bei Wärmeübertragern 1 sinnvoll, welche eine Unterteilung in mehrere, übereinander angeordnete Stränge von Rohrleitungen aufweisen.
In Figur 9 ist schematisch eine solche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinrichtung mit zwei Wärmeübertragern la, lb gezeigt, die jeweils eine Mehrzahl von in Strängen Tl, T2, T3 gruppierte Rohrleitungen 10 enthalten. Die Rohrleitungen 10 eines Wärmeübertragers 1 sind dabei so miteinander verschaltet, dass sich drei übereinander angeordnete Stränge Tl, T2, T3 ergeben. Diese werden über eine Zufuhrleitung 21 und einen Verteiler parallel mit einem (kühlen bzw. flüssigen) Fluid beaufschlagt. Das Fluid durchströmt die Rohrleitungen 10 der Stränge Tl, T2, T3 unter Wärmeaustausch mit der durch den Wärmeübertrager 1 strömenden Luft und erwärmt sich dabei bzw. wird dabei verdampft. Das verdampfte Fluid wird in einer Sammelleitung 22, welche mit den Strängen Tl, T2, T3 des Wärmeübertragers 1 verbunden ist, gesammelt und bspw. zu einem (hier nicht gezeigten) Verdichter und nachgeschaltetem Verflüssiger weiter geleitet. Jedem Wärmeübertrager 1 sind dabei jeweils zwei Luftleitelemente 5, 5' zugeordnet. Dadurch wird die durch die Einströmöffnung 3 einströmende Luft in Teilströme Sl, S2, und S3 aufgeteilt und die Teilströme Sl, S2, und S3 werden in Richtung der Anströmfläche des Wärmeübertragers 1 gelenkt, wie in Figur 9 insb. bei dem Wärmeübertrager la angedeutet. Die Luftleitelemente 5, 5' sind dabei so geformt und angeordnet, dass jedem Strang Tl, T2, T3 des Wärmeübertragers 1 ein Teilstrom Sl, S2, und S3 zugeführt wird und der jeweilige Teilstrom den Wärmeübertrager 1 in dem Bereich der Anströmfläche anströmt, in dem sich der zugeordnete Strang Tl, T2 bzw. T3 befindet. In analoger Weise wie in Figur 9 gezeigt, können auch mehr als drei Stränge in jedem Wärmeübertrager 1 vorgesehen sein. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, die durch eine Einströmöffnung 3 einströmende Luft durch die Luftleitelemente 5 in so viele Teilströme aufzuteilen, so dass jedem Strang des Wärmeübertragers ein Teilstrom zugeordnet ist. Es ist u.U. ausreichend, jedem Wärmeübertrager 1 nur ein Luftleitelement 5 zuzuordnen, um eine gleichmäßige Anströmung der Luft auf die Anströmfläche des Wärmeübertragers sicher zu stellen. Bevorzugt wird dabei jeder Strang gleichmäßig von einem Luftstrom mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit bzw. gleicher Stromdichte angeströmt.
Die Erfindung ist nicht auf die zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann die Anzahl der Einströmöffnungen 3 und der darin angeordneten Ventilatoren 6 an die benötigte Leistung der Wärmeaustauschereinrichtung angepasst werden. In entsprechender Weise kann auch die Anzahl der Wärmetauscherblöcke 1, , 1 " eines Wärmeübertragers an die benötigte Leistung der Wärmeaustauschereinrichtung angepasst werden.

Claims

Ansprüche
1. Wärmeaustauschereinrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in mindestens einem Wärmeübertrager (1) geführten Fluid, wobei die Wärmeaustauschereinrichtung ein Gehäuse (2) mit mindestens einer
Einströmöffnung (3) und mindestens einer Ausströmöffnung (4) aufweist, in dem der oder jeder Wärmeübertrager (1) angeordnet ist und der oder jeder Wärmeübertrager (1) eine Anströmfläche aufweist, durch welche eine Luftströmung in den Wärmeübertrager (1) einströmt, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wärmeübertrager (1) mindestens ein Luftleitelement (5) zugeordnet ist, welches innerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers (1) angeordnet ist und welches die durch die Einströmöffnung (3) einströmende Luftströmung in wenigstens zwei Teilströme (Sl, S2) aufteilt und wenigstens einen Teilstrom (Sl) in Richtung des jeweiligen Wärmeübertragers (1) umlenkt.
2. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angeströmte Querschnitt (Q) der Anströmfläche des oder jedes Wärmeübertragers (1) von Wandungen (2a, 2b) des Gehäuses (2) begrenzt ist.
3. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine als Deckel ausgebildete obere Wandung (2a) und eine als Boden ausgebildete untere Wandung (2b) sowie dazwischen und senkrecht dazu angeordnete Seitenwände (2c) umfasst, wobei die oder jede Einströmöffnung (3) in der unteren Wandung (2b) und die oder jede Ausströmöffnung (4) in einer Seitenwand (2c) angeordnet ist.
4. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Wärmeübertrager (1) in einer Ausströmöffnung (4) angeordnet ist.
5. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) mindestens ein Ventilator (6) mit Rotorblättern (7) angeordnet ist, wobei bevorzugt jeder Einströmöffnung (3) ein Ventilator (6) zugeordnet ist.
6. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einströmöff ung (3) von einem in das Innere des Gehäuse (2) ragenden Düsenring (8) umgeben ist, wobei die Rotorblätter (7) des der jeweiligen Einströmöffhung (3) zugeordneten Ventilators (6) zumindest teilweise in den Düsenring (8) eingreifen.
7. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine obere Wandung (2a) umfasst, welche der oder jeder Einströmöffnung (3) gegenüber liegt und dass diese obere Wandung (2a) zumindest einen äußeren Abschnitt (20a) und einen inneren Abschnitt (20c) aufweist, wobei der äußere Abschnitt (20a) an einen Wärmeübertrager (1) angrenzt und den angeströmten Querschnitt (Q) der Anströmfläche dieses Wärmeübertragers (1) begrenzt und der innere Abschnitt (20b) einen in Richtung der Einströmöffnung (3) gegenüber dem äußeren Abschnitt (20a') in das Innere des Gehäuses (2) vorstehenden Vorsprung (9) ausbildet.
8. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorsprung (9) wenigstens ein Ventilator (6) befestigt ist.
9. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Abschnitt (20a) und der innere Abschnitt (20c) sowie der gegenüber dem äußeren Abschnitt (20a) in das Innere des Gehäuses (2) vorstehende Vorsprung (9) durch ein im Querschnitt trapezförmiges Blech (20) gebildet sind, welches an der oberen Wandung (2a) des Gehäuses (2) angeordnet ist oder die obere Wandung (2a) ausbildet.
10. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (6) eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckende Rotorblätter (7) aufweist, wobei die Rotorblätter (7) in axialer Richtung des Ventilators (6) einen vorgegebenen Abstand (d) zu dem Vorsprung (9) aufweisen.
11. Wärmeaustauschereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (d) zwischen den Rotorblättern (7) des Ventilators (6) und dem Vorsprung (9) mindestens einem Viertel des Durchmessers (D) der Rotorblätter (7) entspricht.
12. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Vorsprung (9) und dem äußeren Abschnitt (20a) der oberen Wandung (2a) durch einen gewölbten oder durch einen stumpfwinklig zum äußeren Abschnitt (20a) verlaufenden mittleren
Abschnitt (20b) gebildet ist.
13. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Wärmeübertrager (1) mindestens ein platten- oder leistenförmig ausgebildetes Luftleitelement (5) zugeordnet ist, welches sich innerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) der Anströmfläche in einer Längsrichtung (L) der Wärmeaustauschereinrichtung erstreckt.
14. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Luftleitelement (5) stromaufwärts und in Strömungsrichtung (jl, j2) im Abstand zur Anströmfläche des ihm zugeordneten Wärmeübertragers (1) angeordnet ist.
15. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Luftleitelement (5) abgewinkelt oder gebogen oder stromlinienförmig ausgebildet ist und dadurch die Luftsrömung wenigstens eines Teilstroms (Sl) in Richtung des zugeordneten Wärmeübertragers (1) umlenkt.
16. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wärmeübertrager (1) zwei oder mehr Luftleitelemente (5, 5') zugeordnet sind, welche innerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) der Anströmfläche des jeweiligen Wärmeübertragers (1) im Abstand zueinander und übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind.
17. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) zwei Wärmeübertrager (la, lb) angeordnet sind und jedem Wärmeübertrager (la, lb) mindestens ein Luftleitelement (5a, 5b) zugeordnet ist, wobei die Anordnung der Wärmeübertrager (la, lb) und der Luftleitelemente (5a, 5b) spiegelsymmetrisch zur Mittellängsebene des Gehäuses (2) ist.
18. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oder jedem Ventilator (6) um einen Axiallüfter handelt, wobei der oder jeder Axiallüfter zumindest teilweise außerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) des Wärmeübertragers (1) bzw. der Wärmeübertrager (la, lb) angeordnet ist.
19. Wärmeaustauschereinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmeübertrager (1) eine Mehrzahl von in Strängen (Tl, T2, T3) gruppierte Rohrleitungen (10) umfasst und jedem Wärmeübertrager (1) mindestens ein Luftleitelement (5, 5') zugeordnet ist, wobei die dem Wärmeübertrager (1) zugeordneten Luftleitelemente (5, 5') die durch die Einströmöffnung (3) einströmende Luftströmung in eine Mehrzahl von Teilströmen (Sl, S2, S3) aufteilt.
20. Verfahren zum Austausch von Wärme zwischen Luft und einem in einem Wärmeübertrager (1) geführten Fluid, wobei der Wärmeübertrager (1) in einem Gehäuse (2) mit mindestens einer Einströmöffnung (3) und mindestens einer Ausströmöffnung (4) angeordnet ist und eine Anströmfläche aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Ansaugen von Umgebungsluft durch die Einströmöffnung (3) in das Innere des Gehäuses (2),
- Aufteilen der Luftströmung der angesaugten Umgebungsluft in wenigstens zwei Teilströme (Sl, S2) durch Vorbeiströmen der angesaugten Umgebungsluft an wenigstens einem Luftleitelement (5), welches dem Wärmeübertrager (1) zugeordnet und innerhalb des angeströmten Querschnitts (Q) der Anströmfläche des Wärmeübertragers (1) angeordnet ist,
- Umlenken wenigstens eines Teilstroms (Sl) durch das oder jedes Luftleitelement (5) in Richtung der Anströmfläche des Wärmeübertragers
(1),
Einströmen der Teilströme (Sl, S2) in den Wärmeübertrager (1) an unterschiedlichen Stellen der Anströmfläche,
- Ausströmen der durch den Wärmeübertrager (1) geleiteten Umgebungsluft durch die Ausströmöffnung (4), nachdem im Wärmeübertrager (1) ein Wärmeaustausch zwischen der angesaugten Umgebungsluft und dem im Wärmeübertrager (1) geführten Fluid erfolgt ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (Sl, S2) den Wärmeübertrager (1) jeweils in einer Strömungsrichtung (jl, j2) durchströmen, wobei die Strömungsrichtungen (jl, j2) zumindest im Wesentlichen parallel oder schräg zur Horizontalen verlaufen.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (Sl, S2) in unterschiedlichen Bereichen des angeströmten
Querschnitts (Q) auf die Anströmfläche des Wärmeübertragers (1) auftreffen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid dem Wärmeübertrager (1) in flüssiger Form zugeleitet wird und durch den Wärmeaustausch mit der angesaugten Umgebungsluft in dem
Wärmeübertrager (1) verdampft.
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