[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung.
[0002] Aus der EP 0 935 115 A2 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus wärmeleitenden Platten
besteht, die paarweise zusammengefügt sind, und die eine Vielzahl nach außen weisender
Rippen aufweisen. Innerhalb eines Paares wärmeleitender Platten sind Durchgänge für
ein Kühlmittel gebildet. Außerhalb der Platten strömt senkrecht zur Strömungsrichtung
des Kühlmittels Luft. Die Rippen verhindern, daß die Luft die Platten geradlinig passiert,
und erzeugen eine turbulente Strömung.
[0003] In der DE 43 08 858 A1 ist ein Scheibenwärmetauscher beschrieben, dessen Scheiben
aus zwei gleichen Blechen bestehen. Diese Bleche besitzen auf beiden Seiten einer
Blechebene kegelstumpfförmige Ausprägungen, deren Oberseite an einer entsprechenden
Fläche des jeweils nächsten Bleches anliegt. Auf diese Weise werden zwischen den Blechen
einer Scheibe und zwischen benachbarten Scheiben Strömungskanäle für die am Wärmetausch
beteiligten Fluide gebildet.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellung eine verbesserte
Wärmeübertragung bietet.
[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0006] Die Ausbildung der Erhöhungen auf der Außenseite der Scheiben als Sicken führt dazu,
daß bei geringem luftseitigem Druckabfall eine hohe Wärmeübertragungsleistung erzielt
wird. Für die Herstellung entsprechend gestalteter Bleche sind geringe Ziehtiefen
zur Erreichung der benötigten Strömungsquerschnitte erforderlich. Dadurch können harte
und korrosionsresistente Werkstoffe für die Bleche eingesetzt werden. Harte Werkstoffe
bedingen eine geringere erforderliche Wandstärke der Bleche und damit Gewichtsreduktion
und/oder höhere Steifigkeit des Wärmetauschers.
[0007] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Sicken in einem Blech unterschiedliche
Längen auf. Die Sicken können beispielsweise eine Breite von 1 mm bis 4 mm und eine
Länge von 3 mm bis 50 mm haben. Durch diese Ausgestaltung der Sicken wird das äußere
Fluid beim Durchströmen des Scheibenpakets sowohl in Längsrichtung als auch senkrecht
zur Scheibenoberfläche der Scheiben umgelenkt. Die Strömungsgeschwindigkeit des externen
Fluids wird erhöht und dadurch der Wärmeübergang gesteigert. Benachbarte Scheiben
sind insbesondere an Berührpunkten zwischen sich überkreuzenden länglichen Erhöhungen
miteinander verlötet, wodurch die Stabilität des Verdampfers erhöht ist. Insbesondere
sind die Sicken über ihre Länge unterschiedlich hoch ausgebildet, wobei sich überkreuzende
Sicken insbesondere in Bereichen mit großer Höhe verlötet sind. Zweckmäßig weisen
die Sicken zwei Höhen auf, wobei das Verhältnis der geringen Höhe zur großen Höhe
von 0,2 bis 0,8 beträgt. Als besonders günstig wird ein Verlauf der Sicken in einem
Winkel von ca. 30° bezogen auf die Anströmrichtung des äußeren Fluids angesehen. In
Ausgestaltung der Erfindung sind die auf die Scheibeninnenseite gerichteten Erhöhungen
der Bleche als Noppen ausgebildet. Zweckmäßig besitzen die Noppen eine ovale Grundfläche
mit einer Breite von 1,5 mm bis 4 mm und einer Länge von etwa 2,5 mm bis 25 mm. Durch
diese Ausgestaltung der Noppen ergibt sich eine günstige Strömungsführung für das
innere Fluid. Die ovale Ausführung der Noppen bewirkt eine hohe Steifigkeit der Bleche
und damit des gesamten Wärmetauschers. Insbesondere sind eine Scheibe bildende Bleche
an Berührflächen, die zwischen sich berührenden Noppen gebildet sind, miteinander
verlötet. Dies ergibt eine strömungstechnisch günstige feste Verbindung. Der vergrößerte
freie Strömungsquerschnitt führt zu einer Verringerung des Druckverlustes im internen
Fluid. Es kann zweckmäßig sein, daß die auf die Scheibeninnenseite gerichteten Erhöhungen
der Bleche als Sicken ausgebildet sind. Insbesondere sind eine Scheibe bildende Bleche
an Berührpunkten zwischen sich überkreuzenden Sicken verlötet.
[0008] Die Bleche haben insbesondere eine Wandstärke von 0,25 mm bis 0,40 mm, eine Breite
von 35 mm bis 70 mm und eine Länge von 200 mm bis 270 mm.
[0009] Zweckmäßig sind in einer Scheibe zwei parallele Kanäle gebildet, die durch auf den
Blechen an den Längsseiten angeordnete Randstege und einen in Längsrichtung in der
Mitte angeordneten Mittelsteg begrenzt sind, wobei die Stege auf die Scheibeninnenseite
ragen und Stege im Inneren und am Rand der Scheiben miteinander verlötet sind. Die
Kanäle weisen insbesondere eine Breite von 7,5 mm bis 40 mm auf. Insbesondere bei
zur Längsrichtung der Scheibe geneigter Anordnung der Sicken wird ein guter Kondensatablauf
erzielt.
[0010] Zweckmäßig sind die Erhöhungen in einem Bereich auf dem Blech in einem sich nach
einem Längsabschnitt des Blechs wiederholenden Muster auf dem Blech angeordnet. Hierdurch
wird ein gleichmäßiges Strömungsprofil erreicht. Zweckmäßig beträgt die Länge des
Längsabschnitts 10 mm bis 35 mm. Insbesondere sind in jedem Längsabschnitt in Längsrichtung
eines Blechs zwei auf die Scheibeninnenseite gerichtete Erhöhungen ausgebildet, wodurch
eine hohe Stabilität des Wärmetauschers erreicht wird.
[0011] Es ist vorgesehen, daß in jedem Längsabschnitt in jedem Kanal zwei auf die Scheibenaußenseite
gerichtete Erhöhungen gebildet sind, die insbesondere in Längsrichtung der Scheibe
gegeneinander versetzt sind, wobei der Betrag, um den die Erhöhungen gegeneinander
versetzt sind, zweckmäßig der Längsteilung entspricht. Dabei kann die Länge der Sicken
größer sein als die Längsteilung. Zweckmäßig beträgt das Verhältnis der Querteilung,
die die Gesamthöhe einer Scheibe bezeichnet, zur Eintrittsspaltbreite, die die Breite
des Spalts, durch den das äußere Fluid zwischen zwei auf der Außenseite benachbarten
Scheiben einströmen kann, bezeichnet, 4:3 bis 4:1. Durch die verhältnismäßig geringe
Eintrittsspaltbreite wird ein hoher Wärmeübergang auf das äußere Fluid erreicht.
[0012] Zweckmäßig sind an mindestens einem Ende der Kanäle Durchzüge ausgebildet, die einen
Sammelkanal in Längsrichtung des Wärmetauschers bilden. Insbesondere sind an jedem
Ende der Kanäle Durchzüge ausgebildet, so daß bei zwei Kanälen vier Sammelkanäle gebildet
sind. Zweckmäßig sind im an den Sammelkanal angrenzenden Bereich eines Blechs Erhöhungen
in der Scheibe ausgebildet, die als Einströmnoppen ausgebildet sind, und die insbesondere
eine größere Grundfläche als die Noppen aufweisen. Zweckmäßig weisen die Einströmnoppen
auf die Scheibeninnenseite. Für Einlaß und Auslaß des inneren Fluids ist vorgesehen,
daß sie auf derselben Seite des Wärmetauschers angeordnet sind. Hierdurch ergeben
sich günstige Verhältnisse beim Einbau des Wärmetauschers. Zweckmäßig sind die Erhöhungen
durch Tiefziehen hergestellt. Es kann jedoch vorteilhaft sein, daß die Erhöhungen
durch Prägen hergestellt sind.
[0013] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen als Scheibenverdampfer ausgeführten Wärmetauscher in der Ansicht auf die Stirnseite,
- Fig. 2
- die Darstellung eines mehrere Grundelemente umfassenden Bleches,
- Fig. 3
- eine Explosionsdarstellung eines aus Scheiben aufgebauten Wärmetauschers,
- Fig. 4
- eine perspektivische Ausbildung von zwei Blechen, zwischen denen das äußere Fluid
strömt,
- Fig. 5
- einen Ausschnitt einer Ansicht auf eine Scheibe aus den in Fig. 4 dargestellten Scheiben,
- Fig. 6
- einen Schnitt durch ein Scheibenpaket in einer Ebene entlang der Linie VI-VI in Fig.
5,
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufs in dem in Fig. 3 dargestellten
Wärmetauscher,
- Fig. 8
- eine weitere Ausführungsform der Bleche,
- Fig. 9
- einen Ausschnitt einer Ansicht auf eine Scheibe gemäß Fig. 8,
- Fig. 10
- eine weitere Ausführungsform der Bleche,
- Fig. 11
- einen Ausschnitt einer Ansicht auf eine Scheibe gemäß Fig.10,
- Fig. 12
- eine weitere Ausführungsform der Bleche,
- Fig. 13
- einen Ausschnitt einer Ansicht auf ein Blech gemäß Fig. 12 mit dargestellten Sicken
des angrenzenden Blechs,
- Fig. 14
- einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 12,
- Fig. 15 u. 16
- weitere Ausführungsvarianten von Blechen mit unterschiedlichen Sicken,
- Fig. 17
- eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des Bleches gem. Fig. 16,
- Fig. 18 u. 19
- Ausschnitte weiterer Ausführungsvarianten von Sicken/Noppen-Strukturen,
- Fig. 20 u. 21
- Diagramme zur Darstellung der Wärmeübertragungsleistung und luftseitigem Druckabfall.
[0014] In Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 gezeigt, der vorzugsweise als Scheibenverdampfer
ausgebildet und Bestandteil einer hier nicht näher beschriebenen Klimaanlage eines
Kraftfahrzeugs ist. Der Scheibenverdampfer 1 weist eine Vielzahl von Scheiben 4 auf,
die zu einem Block 10 gestapelt zusammengesetzt sind und jeweils aus zwei miteinander
gefügten Blechelementen 2 bestehen. Die Scheiben 4 bilden unter Einfluß eines Hohlraumes
Rohrelemente zur Durchleitung eines Kältemittels aus. Die Scheiben 4 sind längs gestreckt
ausgebildet und fluidisch miteinander derart verbunden, daß das Kältemittel in Pfeilrichtung
21 den Scheibenverdampfer 1 durchströmt. Um den durch die Pfeile 21 dargestellten
Strömungsweg zu erreichen, sind zwischen bestimmten Scheiben 4 Trennwände 19 angeordnet.
[0015] An den freien Enden 8, 9 der Scheiben 4 ist jeweils an den die Scheiben 4 bildenden
Blechelementen 2 ein Anschlußstutzen 6 ausgebildet, welcher mit dem Anschlußstutzen
6' der jeweils benachbart liegenden Scheibe 4 verbunden ist. Die Scheiben 4 liegen
jeweils in überdeckung zueinander in dem Scheibenblock 10, wobei neben den Rippen
33 eine Vielzahl von Zwischenräumen zum Durchtritt von abzukühlender Luft in Richtung
der Tiefe des Verdampferblockes gebildet sind. Die Tiefenrichtung ist dabei die Richtung,
die senkrecht zur Blattebene der Zeichnung steht, das heißt die Erstreckung des Verdampferblocks
in der senkrechten Richtung zu seiner Stirnseite.
[0016] Die Blechelemente 2 sind derart geprägt, daß sie nach außen hervorstehende Kühlstege
33 in Form von Rippen aufweisen. Diese Kühlstege 33 befinden sich in Anlage an den
spiegelbildlich angeordneten Kühlstegen der jeweils benachbarten Scheibe 4 und sind
mit diesen verlötet. Durch das Verlöten ergibt sich nicht nur eine Vergrößerung der
Oberfläche der Scheiben, sondern auch eine höhere Festigkeit des Scheibenverdampfers
1. Zusätzlich zu den nach außen gerichteten Ausprägungen der Blechelemente 2 sind
auch nach innen gerichtete Noppen 26 vorgesehen.
[0017] Die Fig. 2 zeigt ein Blechelement 2, das aus einer Vielzahl von Grundelementen 34
besteht, die über Stege 14, 15 zusammenhängen. Durch Umformen wird in jedem Grundelement
34 eine Einsenkung 25 erzeugt, welche nach dem Zusammenfügen der Blechelemente den
Strömungskanal für das Kältemittel bildet. Aus der Ebene der Einsenkung 25 erheben
sich in einer Richtung Kühlstege 33 und in der anderen Richtung die Noppen 26. Die
Kühlstege 33 sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 als geneigt zur Längsrichtung
des Grundelementes 34 verlaufende Rippen ausgebildet. Im Bereich der Enden 8, 9 sind
auf beiden Seiten der Grundelemente 34 Übertrittsöffnungen 7 ausgespart, welche mit
einem entsprechend großen Querschnitt gemeinsam mit den die Scheiben verbindenden
Anschlußstutzen 6 einen über die in Fig. 1 gezeigte Teillänge des Scheibenblocks erstreckten
Sammelkanal 17 für ein Kältemittel bilden.
[0018] Bei der Montage des Scheibenverdampfers werden die Blechelemente 2, die aus einer
der gewünschten Tiefe des Verdampferblocks entsprechenden Anzahl an Grundelementen
34 bestehen, im Bereich ihrer Ränder 53 paarweise dicht zusammengefügt unter Einschluß
des Hohlraumes zur Leitung des Kältemittels. Die Scheiben können so als Scheibenmodule
mit variabler Tiefe ausgeführt werden, die jeweils mehrere Grundelemente 34 umfassen.
Das Blechelement 2 wird entsprechend ihrer Länge des Halbzeugs mit einer Vielzahl
von Grundelementen 34 beispielsweise durch Stanzen hergestellt. Die Grundelemente
34 hängen einteilig mittels der Stege 14, 15 zusammen, wobei die Stege 14, 15 bevorzugt
benachbarte Enden 8, 9 der langgestreckten Grundelemente 34 vorgesehen sind.
[0019] Fig. 3 zeigt einen Wärmetauscher 1, der ein Scheibenpaket 16 umfaßt, das aus Blechen
22 aufgebaut ist. Jeweils zwei identische Bleche 22 sind gegeneinander um 180° um
die Längsachse gedreht zusammengefügt und bilden so ein Scheibe 4, wie dies aus Fig.
5 ersichtlich ist. Die eine Scheibe 4 bildenden Bleche 22 können auch eine unterschiedliche
Struktur aufweisen, insbesondere können zwei spiegelbildlich ausgebildete Bleche zu
einer Scheibe zusammengefügt sein. Die Bleche 22 besitzen an ihren in Längsrichtung
angeordneten Enden jeweils zwei Durchzüge 18, die in der Breite der Bleche 22 nebeneinander
angeordnet sind, und die insgesamt vier Sammelkanäle 17 bilden. Jeder Sammelkanal
17 erstreckt sich in der Breite B des Wärmetauschers 1. Jede Scheibe 4 umfaßt einen
Hohlraum, der zwei Kanäle beinhaltet, die durch einen Mittelsteg 13 und zwei Randstege
12 sowie durch die Innenseiten der Bleche 22 begrenzt sind. Die Kanäle erstrecken
sich in Längsrichtung der Scheiben 4, d. h. in Richtung der Höhe H des Wärmetauschers
1. Im Inneren der Scheiben 4 strömt in den Kanälen das innere Fluid, beispielsweise
ein Kältemittel.
[0020] Das äußere Fluid strömt senkrecht zur Strömungsrichtung des inneren Fluids in der
durch den Pfeil 3 angegebenen Richtung. Auf den Blechen 22 sind auf die Scheibeninnenseite
gerichtete Noppen 26 und auf die Scheibenaußenseite gerichtete als Kühlstege wirkende
Sicken 33' angeordnet. Das Scheibenpaket 16 ist aus gestapelten Scheiben 4 aufgebaut.
An den auf die Scheibeninnenseiten gerichteten Seiten sind die Bleche 22, die eine
Scheibe 4 bilden, an den sich berührenden Noppen 26, dem Mittelsteg 13 und den Randstegen
12 miteinander verlötet. Die einzelnen Scheiben 4 sind an den Berührstellen der Sicken33'
und der Durchzüge 18 miteinander verlötet. Die Durchzüge 18 berühren sich an einer
Kreisringfläche 49 (Fig. 4), die eine gute Anlagefläche für die Verlötung darstellt.
Die Noppen 26 und die Sicken33' sind vorteilhaft durch Tiefziehen oder Prägen hergestellt.
Vorteilhaft sind die Stege 12, 13, die durch die Sicken 33' und Noppen 26 gebildeten
Erhöhungen und die Durchzüge 18 in einem Werkzeug hergestellt.
[0021] Das Scheibenpaket 16 wird auf einer Seite in Richtung der Breite B des Wärmetauschers
1 von einer Endscheibe 56 begrenzt, die aus einem Blech gebildet ist, und die einen
Einlaß 11 und einen Auslaß 5 für das innere Fluid aufweist. Der Einlaß 11 und der
Auslaß 5 sind als Rohranschlüsse ausgebildet, wobei der Auslaß 5 einen größeren Durchmesser
aufweist als der Einlaß 11. An der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 1 wird
das Scheibenpaket 16 von der Endscheibe 57 begrenzt, die ebenfalls aus einem Blech
gebildet ist, und die über eine Anschlußscheibe 48 an das Scheibenpaket 16 angeschlossen
ist. Die Anschlußscheibe 48 weist zwei Öffnungen auf, die den Öffnungen der beiden
unteren Sammelkanäle 17 entsprechen und mit diesen deckungsgleich angeordnet sind.
Die Endscheibe 57 weist einen Umlenkkanal 20 auf, der eine fluidische Verbindung zwischen
den beiden an ihn angeschlossenen Sammelkanälen 17 herstellt. Der Umlenkkanal 20 kann
beispielsweise auch als Rohr ausgeführt sein.
[0022] In Fig. 4 sind zwei Bleche 22 dargestellt, zwischen denen das äußere Fluid an der
auf die Scheibenaußenseite gerichteten Seite der Bleche 22 in der durch den Pfeil
3 dargestellten Richtung strömt. An der auf die Scheibenaußenseite gerichteten Seite
der Bleche 22 sind die Sicken 33' quer zur Längsrichtung der Bleche 22 angeordnet.
Die Sicken 33' sind zur Längsachse um einen Winkel geneigt, der vorteilhaft etwa zwischen
20° und 30° liegen kann. Es sind jedoch auch davon abweichende Neigungswinkel möglich.
Die Sicken 33' sind in Längsrichtung der Bleche 22 um die Länge des in Fig. 5 dargestellten
Längsabschnitts L versetzt. Die Länge des Längsabschnitts L beträgt beispielsweise
17,5 mm. Auch davon abweichende Längen, insbesondere von 15 mm bis 35 mm, können sinnvoll
sein, insbesondere bei abweichenden Neigungen der Sicken 33'. Durch die Sicken 33'
auf den Außenseiten der Scheiben 4 wird das äußere Fluid beim Passieren des Wärmetauschers
1 in Richtung des Pfeils 3 sowohl in der Breite B als auch in der Höhe H des Wärmetauschers
1 umgelenkt.
[0023] An der auf die Scheibeninnenseite gerichteten Seite der Bleche 22, auf der das innere
Fluid in der durch den Pfeil 21 angegebenen Richtung strömt, sind Noppen 26 angeordnet.
Die Noppen 26 sind im Ausführungsbeispiel im wesentlichen oval geformt und weisen
günstig eine Länge von 3 mm bis 7 mm, insbesondere von 4,6 mm, und eine Breite von
2 mm bis 4 mm, insbesondere von 2,7 mm, auf. In Längsrichtung der Bleche 22 sind in
einem Längsabschnitt L auf jedem Blech 22 an einem Kanal jeweils zwei Noppen 26 und
in einem Abstand in Längsrichtung, der etwa der halben Länge des Längsabschnitts L
entspricht, eine Noppe 26 angeordnet. Im an den Durchzug 18 angrenzenden Bereich des
Blechs 22 sind zwei auf die Scheibeninnenseite gerichtete Einströmnoppen 54 angeordnet,
die eine größere Grundfläche als die Noppen 26 haben. Die an die Einströmnoppen 54
angrenzende Sicke 33' ist aus Platzgründen verkürzt ausgeführt. Die Randstege 12 folgen
im Bereich der Durchzüge 18 der Kontur der Durchzüge 18 und gehen im Bereich des Mittelstegs
13 in diesen über, so daß beim Zusammenfügen der Innenseiten benachbarter Bleche 22,
die eine Scheibe 4 bilden, jeder Kanal nach oben und nach unten abgeschlossen ist
und das innere Fluid nur durch die den Sammelkanal 17 bildenden Durchzüge 18 aus dem
bzw. in den Kanal aus- bzw. einströmen kann.
[0024] Fig. 5 verdeutlicht die Lage der durch die Sicken 33', 33'' und Noppen 26, 54 gebildeten
Erhöhungen in Richtung der Breite B des Wärmetauschers 1. Die Sicken 33' benachbarter
Scheiben 4 überkreuzen sich an den drei Berührpunkten 27 jeder Sicke 33'. An den Berührpunkten
27 sind die Sicken 33' miteinander verlötet. Die Noppen 26 sind zwischen den Sicken
33' auf der Gegenseite eines Blechs 22 angeordnet, wobei sich Noppen 26 benachbarter
Bleche 22, die eine Scheibe 4 bilden, an Berührflächen 28 flächig berühren und miteinander
verlötet sind.
[0025] Es kann sinnvoll sein, daß die Noppen 26 sich lediglich punktförmig berühren. Für
die Sicken 33' kann es sinnvoll sein, daß diese sich flächig berühren. Die Randstege
12 und die Mittelstege 13 zweier eine Scheibe 4 bildender Bleche 22 berühren sich
und sind miteinander verlötet, wobei die Breite der Berührfläche so ausgebildet ist,
daß eine gute Verlötung erreicht wird.
[0026] Eine Scheibe 4 besitzt eine Höhe, die der Querteilung S
Q entspricht. Die Eintrittsspaltbreite S, durch die das äußere Fluid zwischen zwei
Scheiben 4 einströmen kann, beträgt ein Viertel bis drei Viertel, insbesondere etwa
ein Drittel, der Querteilung S
Q. Der Pfeil 3, der die Strömungsrichtung des äußeren Fluids durch das Scheibenpaket
16 andeutet, verdeutlicht die Umlenkung des äußeren Fluids durch die Sicken33' in
Richtung der Breite B des Wärmetauschers 1.
[0027] In Fig. 7 ist die Strömungsrichtung 21 des inneren Fluids durch den in Fig. 3 dargestellten
Wärmetauscher 1 dargestellt. Das innere Fluid strömt durch den Einlaß 11 in einen
Abschnitt des Sammelkanals 17 in der stromab der Strömungsrichtung des äußeren Fluids
angeordneten Kanalreihe 23. Der Einlaß 11 und der Auslaß 5 münden in obere Sammelkanäle
17a, und die auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Kanäle angeordneten Sammelkanäle
sind untere Sammelkanäle 17b. Die vier Sammelkanäle 17a, 17b sind durch jeweils eine
Trennwand 19 in jeweils zwei Abschnitte geteilt. Das innere Fluid strömt aus dem ersten
Abschnitt des oberen Sammelkanals 17a in Kanälen der Kanalreihe 23 in einen Abschnitt
des unteren Sammelkanals 17b, von dort in einen vom Einlaß 11 durch eine Trennwand
19 fluidisch abgetrennten Abschnitt des oberen Sammelkanals 17a und durch weitere
Kanäle der Kanalreihe 23 in einen weiteren Abschnitt des unteren Sammelkanals 17b
der Kanalreihe 23.
[0028] In der Endscheibe 57 wird das Fluid von der Kanalreihe 23 in die Kanalreihe 24, die
stromauf der Strömungsrichtung des äußeren Fluids angeordnet ist, umgelenkt und strömt
in dieser in zur Kanalreihe 23 entgegengesetzter Strömungsrichtung zum Auslaß 5, wo
es aus dem Wärmetauscher 1 austritt. Es kann in einem Sammelkanal 17 mehr als eine
Trennwand 19 vorgesehen sein. Die Trennwand 19 kann als separates Bauteil ausgeführt
sein. Sie kann jedoch auch in einem Blech 22 integriert sein, bei dem beispielsweise
anstelle des Durchzugs 18 nur eine Erhöhung als Lötstelle angeordnet ist.
[0029] Die Fig. 8 und 9 zeigen eine weitere Anordnung der Sicken 33' und der Noppen 26 auf
einer Scheibe 4. Zwischen zwei Sicken 33', die zur Längsachse des Blechs 22 geneigt
sind, sind jeweils zwei Noppen 26 angeordnet. In einer in Fig. 9 dargestellten Scheibe
4 berühren sich die Sicken 33' an jeweils vier Berührpunkten 29 auf jeder Sicke 33'.
In Längsrichtung der Scheiben 4 weisen die Sicken 33' etwa die eineinhalbfache Länge
des Längsabschnitts L auf. Die Noppen 26 sind jeweils in einem durch die Sicken 33'
zweier benachbarter Scheiben 4 gebildeten Raum angeordnet. Die Noppen 26 berühren
sich flächig an Berührstellen 30 und sind miteinander verlötet. Der Mittelsteg 13
weist Verbreiterungen 31 auf und die Randstege 12 Verbreiterungen 32. Die Verbreiterungen
31 und 32 entsprechen etwa in Längsrichtung der Scheibe 4 halbierten Noppen 26. Die
Verbreiterungen 31, 32 führen zu einer erhöhten Stabilität der Scheibe 4.
[0030] In den Fig. 10 und 11 ist eine weitere Anordnung der Erhöhungen auf einem Blech 51
dargestellt. Die Sicken 33' weisen in Längsrichtung des Blechs 51 eine Länge auf,
die etwa drei Vierteln der Länge des Längsabschnitts L entspricht. An jedem Kanal
sind zwei Reihen 35 und 35' von Sicken 33' angeordnet, die zur Längsrichtung in entgegengesetzten
Winkeln, jedoch um den gleichen Winkelbetrag geneigt sind. Die Noppen 26 sind entsprechend
den Noppen 26 in den Fig. 8 und 9 angeordnet. In einer in Fig. 11 dargestellten Scheibe
4 aus Blechen 51 wird eine Sicke 33' der Reihe 35' durch eine Sicke 33' der Reihe
35 eines an der Scheibenaußenseite benachbarten Blechs 51 fortgesetzt. Die Sicken
33' der Reihen 35' und 35 weisen jeweils zwei Berührpunkte 36 zu Sicken 33' benachbarter
Scheiben 4 auf. Die Noppen 26 weisen Berührflächen 37 innerhalb einer Scheibe 4 auf.
Die Ausbildung der Sicken 33' in zwei Reihen 35 und 3' führt zu einer stärkeren Umlenkung
des externen Fluids in Richtung der Breite B des Wärmetauschers 1.
[0031] In den Fig. 12 bis 14 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Blechs 41 dargestellt.
Die auf die Innenseite einer aus zwei Blechen 41 gebildeten Scheibe ragenden Erhöhungen
sind als Sicken 44 ausgebildet. Die auf die Außenseite der Scheiben ragenden Sicken
45 weisen teilweise eine geringe Höhe a und in einem Mittelbereich eine große Höhe
b auf (Fig. 14). Das Verhältnis der geringen Höhe a zur großen Höhe b beträgt insbesondere
0,2 bis 0,8.
[0032] Die Sicken 44 und 45 sind an jedem Kanal in zwei Reihen 42, 43 angeordnet, wobei
die Sicken 44, 45 in einer Reihe 42 in entgegengesetzter Richtung, jedoch um den gleichen
Winkelbetrag zur Längsrichtung geneigt sind, wie die Sicken in einer Reihe 43.
[0033] In Längsrichtung des Blechs 41 sind abwechselnd auf die Innenseite einer Scheibe
gerichtete Sicken 44 und auf die Außenseite gerichtete Sicken 45 angeordnet. In jedem
Längsabschnitt L ist dabei in jeder Reihe eine Sicke 44 und eine Sicke 45 angeordnet.
[0034] In Fig. 13 ist ein Blech 41 mit den nach außen gerichteten Sicken 45 eines benachbart
angeordneten Bleches 41 dargestellt. Diese Anordnung ergibt sich durch das Zusammenfügen
zweier identischer, um 180° um die Längsachse gegeneinander verdrehter Bleche. Die
Sicken 45 benachbarter Bleche 41 sind dabei an Berührpunkten 46 verlötet und die Sicken
44 an Berührpunkten 47. Um Berührflächen zu erreichen, können jedoch auch Bleche 41
mit Blechen mit spiegelbildlicher Anordnung der Sicken 44, 45 zu Scheiben zusammengefügt
werden.
[0035] In Fig. 15 ist ein Blech 50 dargestellt, das ebenfalls für den in Fig. 3 dargestellten
Wärmetauscher 1 Verwendung finden könnte. Dieses Blech 50 weist an den Längsenden
die Durchzüge 18 auf, die im zusammengesetzten Stapel die Sammelkanäle 17 bilden.
Entlang des Randes des Bleches 50 erstrecken sich die Randstege 12 und entlang der
Längsmittelebene erstreckt sich der Mittelsteg 13. In den Bereichen jeweils zwischen
einem Randsteg 12 und dem Mittelsteg 13 ist eine regelmäßige Anordnung von Sicken
52, 52' und Noppen 55 vorgesehen, wobei die Sicken 52, 52' in einer Richtung aus der
Blechebene heraus geformt sind und in die entgegengesetzte Richtung sich die Noppen
55 erstrecken. Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist, weisen die Sicken 52 eine Länge auf,
die so bemessen ist, daß diese etwa der Hälfte des Abstandes zwischen dem Mittelsteg
13 und dem Randsteg 12 entspricht. Da in Längsrichtung des Bleches 50 gesehen zwischen
zwei Reihen hintereinander liegender Sicken 52 eine Sicke 52* versetzt angeordnet
ist, sind fluchtend zu dieser versetzten Sicke 52* kurze Sicken 52' vorgesehen. Zwischen
jeweils zwei zueinander verlaufenden Sicken 52, 52*, 52' sind die Noppen 55 angeordnet.
[0036] Eine Ausführungsvariante des Blechs 50 ist in Fig. 16 gezeigt, wobei die Grundfläche
des Blechelementes 50 mit derjenigen gemäß Fig. 15 übereinstimmt. Anders ist jedoch
die Anordnung von Sicken 58 und 58', die jeweils bezüglich ihrer Längsrichtung unter
einem Winkel α zur Anströmrichtung gemäß Pfeil 3 verlaufen, wobei gemäß Darstellung
in Fig. 17 die Sicken 58 schräg nach oben und die Sicken 58' schräg nach unten verlaufend
sind. Somit bilden jeweils vier derartiger Sicken 58, 58' im wesentlichen eine Rautenanordnung,
wobei innerhalb dieser Raute zwei gekreuzte Sicken 59 vorgesehen sind. Benachbart
zu den Randstegen 12 und dem Mittelsteg 13 sind V-förmig angeordnete, relativ kurze
Sicken 60 vorgesehen. Zwischen den verschiedenen Sicken 58, 58', 59 und 60 befinden
sich die aus der Blechebene zur anderen Seite hin geformten Noppen 55.
[0037] Die Fig. 18 und 19 zeigen weitere Ausführungsvarianten eines Bleches 50, wobei in
den Fig. 18 und 19 jeweils lediglich ein mittlerer Ausschnitt des sich in der Länge
erstreckenden Bleches 50 dargestellt ist. In beiden Ausführungen sind Sicken 61, 62
und 63 vorgesehen, die unterschiedliche Länge besitzen, wobei relativ längere Sicken
61, mittlere Sicken 62 und relativ kurze Sicken 63 mit unterschiedlichem Winkel zur
Anströmrichtung gemäß Pfeil 3 angeordnet sind. Es ist ersichtlich, daß die Dichte
der Sicken 61, 62, 63 in Fig. 19 wesentlich größer ist als in Fig. 18, wodurch nicht
nur die wärmeübertragende Oberfläche vergrößert, sondern auch, allerdings nur in begrenztem
Maße, der luftseitige Druckabfall beeinflußt wird. Wie außerdem aus Fig. 19 deutlich
wird, sind dort an bestimmten Stellen benachbart zu den Randstegen 12 und dem Mittelsteg
13 gekreuzte Sicken 64 angeordnet.
[0038] Wie aus den Fig. 15 bis 19 ersichtlich ist, sind die zur Scheibeninnenseite gerichteten
Noppen oval geformt, während die Außensicken eine längliche Form haben. Dabei verlaufen
die Sicken vorzugsweise in einem Winkel von etwa 30° zur Strömungsrichtung des zwischen
den Scheiben hindurchtretenden Fluids, was strömungstechnisch besonders günstig ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch die Wahl der Sickenhöhe und des genannten Winkels
keine Ablenkung der Luft in Längsrichtung der Scheiben erfolgt, so daß auch keine
spürbare Verlängerung des Strömungsweges zwischen den Scheiben auftritt. Sofern der
äußere Druckabfall verringert und die Strömungsverteilung über die Scheibenhöhe vergleichmäßigt
werden soll, ist es zweckmäßig, die Anzahl der sich auf der Außenseite überkreuzenden
Rippen zu minimieren, wobei selbstverständlich auf die ausreichende Festigkeit und
Verlötbarkeit zu achten ist. Durch die Minimierung der Lötmenisken werden ungünstige
Geschwindigkeitsspitzen der Strömung im Bereich der Lötmenisken und Totgebiete in
der Strömungsverteilung vermieden.
[0039] Als besonders zweckmäßig hat sich auch erwiesen, die Sicken bezüglich ihrer Länge
eher kürzer zu bemessen und gegenüber jeweils aufeinander folgenden Sicken zu versetzen.
Als vorteilhaft wird auch angesehen, Sicken unterschiedlicher Längen in einem vorgegebenen
Muster anzuordnen, wie dies beispielsweise in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist.
Beispielsweise können derartige Sicken mit einer Länge von etwa 3 mm und einer Breite
von etwa 1 mm ausgeführt sein. Dabei sollte die Höhe der Sicken maximal die Hälfte
einer Eintrittsspaltbreite zwischen zwei benachbarten Scheiben betragen. Die Noppen
26 auf der Innenseite besitzen eine ovale Form mit einer Breite von ca. 1,5 mm und
einer Länge von ca. 2,5 mm.
[0040] Die in Fig. 15 und 16 dargestellten Bleche 50 eignen sich insbesondere für Scheiben
eines Scheibenverdampfers, bei denen die Scheibe eine Mindestbreite von 20 mm und
eine Mindestlänge von 100 mm besitzt. Die Länge eines Längsabschnittes, innerhalb
dessen sich die innere und äußere Struktur von Erhebungen wiederholt, beträgt mindestens
10 mm. In Fig. 20 ist ein Diagramm gezeigt, in welchem der luftseitige Druckabfall
Δp sowie die Wärmeübertragungsleistung Q bezogen auf verschiedene Ausführungsformen
der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele eingetragen ist. Es ist ersichtlich,
daß bei nahezu konstanter Wärmeübertragungsleistung Q der luftseitige Druckabfall
Δp je nach Ausführungsform deutlich unterschiedlich sein kann. Dabei steht die Angabe
in der Ebene I für die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 8 bis 11 gegenüber dem deutlich
niedrigeren Druckabfall in der Ebene II für die Fig. 12 bis 14 und dem noch weiter
reduzierten Druckabfall in der Ebene III für die Ausführungen gemäß Fig. 15 bis 19.
[0041] In dem in Fig. 21 gezeigten Diagramm ist wiederum der luftseitige Druckabfall Δp
und die Wärmeübertragungsleistung Q in Prozent angegeben und über der Querteilung
S
Q bzw. Luftspaltbereite S angegeben. Es wird daraus ersichtlich, daß der luftseitige
Druckabfall ganz wesentlich von der Luftspaltbreite abhängt und eine befriedigende
Wärmeübertragungsleistung und ein akzeptabler Druckabfall lediglich im Bereich zwischen
1/3 und 2/3 der Querteilung S
Q bzw. der Spaltbreite S zu verzeichnen ist.
1. Wärmetauscher, insbesondere Kältemittelverdampfer (1), mit mehreren zu einem Wärmetauscherblock
(10) oder Scheibenpaket (16) zusammengesetzten Scheiben (4), die jeweils aus paarweise
zusammengefügten Blechen (2, 22, 41, 50) gebildet sind und mindestens einen als Kanal
ausgebildeten Hohlraum zwischen sich einschließen, der durch die Innenseiten der Bleche
(2, 22, 41, 50) begrenzt wird, wobei in dem Kanal ein inneres Fluid in Längsrichtung
der Scheiben (4) strömt und auf der Außenseite der Scheiben (4) ein äußeres Fluid
im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung (21) des inneren Fluids strömt und wobei
jedes Blech (2, 22, 41) Erhöhungen (26, 33, 33', 44, 45, 52, 52*, 52', 55, 58 bis
64) aus der Blechebene heraus aufweist, die durch Materialverformung gebildet sind,
und wobei die Bleche (2, 22, 41, 50) sowohl ins Scheibeninnere als auch auf die Scheibenaußenseite
gerichtete Erhöhungen (44, 45, 52, 52*, 52', 55, 58 bis 64) umfassen und dabei die
auf die Scheibenaußenseite gerichteten Erhebungen (33, 33', 45, 52, 52', 52*, 58 bis
63) als längliche Ausprägungen, insbesondere in Form von Sicken gestaltet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (33, 33', 52, 52', 58 bis 63) in einem Blech (22, 41, 50) unterschiedliche
Längen aufweisen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (33, 33', 52, 52', 58 bis 63) eine Breite von 1 mm bis 4 mm und eine Länge
von 3 mm bis 50 mm haben.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Scheiben (4, 38, 39, 40) an Berührpunkten (27, 29, 36,) zwischen sich
überkreuzenden Sicken (33, 33', 45, 52, 58 bis 63) miteinander verlötet sind.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (45) über ihre Länge unterschiedlich hoch ausgebildet sind, wobei sich
überkreuzende Sicken (45) insbesondere in Bereichen mit großer Höhe (b) verlötet sind.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (45) zwei Höhen aufweisen, wobei das Verhältnis der geringen Höhe (a)
zur großen Höhe (b) 0,2 bis 0,8 beträgt.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Scheibeninnenseite gerichteten Erhöhungen der Bleche (2, 41, 50) als
Noppen (26, 55) ausgebildet sind.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (26, 55) eine ovale Grundfläche mit einer Breite von 1,5 mm bis 4 mm und
einer Länge von 2,5 mm bis 25 mm besitzen.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe (4) bildende Bleche (2, 22, 41, 50) an Berührflächen (28, 30, 37), die
zwischen sich berührenden Noppen (26, 55) gebildet sind, miteinander verlötet sind.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Scheibeninnenseite gerichteten Erhöhungen der Bleche (41) als Sicken
(44) ausgebildet sind.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe bildende Bleche (41) an Berührpunkten (47) zwischen sich überkreuzenden
Sicken (44) verlötet sind.
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (2, 22, 41, 50) eine Wandstärke von 0,25 mm bis 0,40 mm, eine Breite von
20 mm bis 75 mm und eine Länge von 100 mm bis 270 mm haben.
13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer Scheibe (4) zwei parallele Kanäle gebildet sind, die durch auf den Blechen
(22, 41, 50) an den Längsseiten angeordnete Randstege (12) und einen in Längsrichtung
in der Mitte angeordneten Mittelsteg (13) begrenzt sind, wobei die Stege (12, 13)
auf die Scheibeninnenseite ragen und die Stege (12, 13) im Inneren und am Rand der
Scheiben (4) miteinander verlötet sind, wobei die Kanäle vorzugsweise eine Breite
von 7,5 mm bis 40 mm aufweisen.
14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (33, 33', 44, 45, 52, 58 bis 63) geneigt zur Längsrichtung der Scheibe
(4) angeordnet sind, wobei der Winkel (α) bezogen auf die Orthogonale zur Anströmfläche
des Wärmetauscherblocks (10) oder Scheibenpaketes (16) vorzugsweise etwa 30° beträgt.
15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (26, 33, 33', 44, 45, 52, 55, 58 bis 63) an dem Blech (2, 22, 41,
50) in einem sich nach einem Längsabschnitt (L) des Blechs (2, 22, 41, 50) wiederholenden
Muster angeordnet sind, wobei die Länge des Längsabschnitts (L) 10 mm bis 35 mm beträgt.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Längsabschnitt (L) in Längsrichtung eines Blechs (2, 22, 41, 50) mindestens
zwei auf die Innenseite gerichtete Erhöhungen (26, 55) an einem Blech (22, 41, 50)
ausgebildet sind.
17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querteilung (SQ), die die Gesamthöhe einer Scheibe (4) bezeichnet, zur Eintrittsspaltbreite (S),
die die Breite des Spalts bezeichnet, durch den das äußere Fluid zwischen zwei auf
der Außenseite benachbarten Scheiben (4) einströmen kann, 4:3 bis 4:1 beträgt.
18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (26, 33, 33', 44, 45, 52, 55, 58 bis 63) durch Tiefziehen hergestellt
sind.
19. Wärmetauscher nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß eine regelmäßige Anordnung aus die Form einer Raute bildenden Sicken (58, 58'), zwei
innerhalb der Rautenfläche angeordneten gekreuzten Sicken (59) und benachbart zu den
Randstegen (12) und dem Mittelsteg (13) angeordneten V-förmigen Sicken (60) gebildet
ist.
20. Wärmetauscher nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (61, 62, 63) zum Teil fluchtend und zum Teil versetzt zueinander verlaufen.