HEAT EXCHANGER FOR COLLECTING ENVIRONMENTAL HEAT

Abstract: 1. Heat exchanger for receiving surrounding heat with through-flow ducts (14) for a heat carrier which lead into collecting ducts (16), the ducts (14, 16) being constructed between two approximately rectangular plates which comprise ductless edge strips (28) on two opposite edges, characterized in that the edge strips (28) are provided with bent portions (30) in a known manner and in that at least that region (20) of the plates (10, 12), which contains the through-flow ducts, is provided with common projections (24, 44, 46) extending transverse to the bent portions (30) of both plates (10, 12) together with enclosed through-flow ducts (14).

Description: "lXärmeLauscher zur Aufnahme von Umgebungswärme" Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Aufnahme von Umgebungswärme mit Durchflusskanälen für einen Wärme- träger, die in Sammelkanäle münden, wobei die Kanäle zwischen zwei etwa rechteckigen Platten ausgebildet sind, die an zwei gegenüberliegenden Rändern kanallose Randstreifen aufweisen. Wärmetauscher dieser Art dienen zur Aufnahme von Umge buncswärme, insbesondere in Form von Sonnenwärme und/oder Luftwärme und weisen zwei aufeinanderbefestigte, meist rechteckige dünne Metallplatten auf, zwischen denen die Durchflusskanäle und Sammelkanäle ausgebildet sind. Die Kanäle eisen meist ein etwa rundes bis ovales Profil auf und sind zwischen spiegelbildlichen Ausbuchtungen oder Ausprägungen der Platten gebilaet, wobei zwischen benachbarten Kanälen die Platten direkt aureinanderliegen und wenigstens stellenweise aneinander befestigt sind. m einen dichten Abschluss nach aussen zu erreichen, weisen die Platten ebene Randstreifen auf, welche den mit Kanälen versehen Bereich umgeben. In den Randstreifen legen die beiden Platten direkt aufeinander, eisen keine Kanäle auf und sind miteinander dicht verbunden. Obwohl die Vielzahl der Ausbuchtungen oder Ausprägungen, wel che die Kanäle bilden, dem Wärmetauscher eine gewisse Steifigkeit vermitteln, ist diese jedoch nicht vollständig ausreichend, znsbesondere für Wärmetauscher mit grossen Bau längen undjoder grossen Baubreiten von z. 13. über 2 m. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art anzugeben, der bei einfachem Aufbau aus Platten, welche im Verhältnis zum Querschnitt der Durchflusskanäle dünn sind, selbst bei grossen Baulängen und vergrösserter Baubreite ausreichend steif ist. Darüberhinaus soll der Wärmetauscher billig in der Herstellung und den üblichen Betriebsanforderungen voll gewachsen sein. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss nun darin, dass die Randstreifen mit Abkantungen versehen sind und dass wenigstens jener Bereich der Platten, welcherdie Durchflusskanäle enthält mit quer zu den Abkantungen verlaufenden Profilierungen versehen ist. Durch die Abkantungen der Randstrei fen wird die Steifigkeit des Wärmetauschers in der einen Richtung erheblich gesteigert, so dass grössere Bau länge möglic ist. Die quer zu den Randstreifen angeordneten Profilierungen geben dem Wärmetauscher erhebliche Quersteifigkeit, so dass auch die Baubreite ohne weiteres erhöht werden kann. Darüber hinaus vermitteln die Profilierungendem Wärmetauscher ein gefälliges Aussehen, das durch geeignete Wahl der Profilierun gen an das Profil benachbarter Dacheindeckungen angepasst werden kann. Um gleichmässige Quersteifigkeit des Wärmetauschers etwa auf seiner gesamten Fläche zu gewährleisten, ist es umfehlens- wert, dass die Profilierungen in Reihen nebeneinander gleich- mässIg auf den mit Durchflusskanälen versehenen Bereich verteilt angeordnet sind Die Profilierungen können ansich verschiedene Formen besitzen, eine einfache Ausbildung ist dann gegeben, wenn die Profilierungen in einem in Längsrichtung der Randstreifen verlaufenden Schnitt die Form von gemeinsamen Ausbuchtungen beider Platten aufweisen. Hierbei ist der Wärmetauscher in seiner Gesamtheit ausgebuchtet, d. h. die beiden aufeinanderliegen- den Platten einschl. der zwischen ihnen gebildeten Kanälen sind ausgebuchtet. Um gute Quersteifigkeit, guten Ablauf von Regen-und/oder Schmelzwasser zu gewährleisten und um ein besonders gefälliges Aussehen zu erzielen, ist es vorteilhaft, dass die Aus buchungen jeweils das Profil eines Sägezahnes aufweisen, dessen Schneidkante vorzugsweise eta senkrecht zur Ebene der Randstreifen verläuft. Hierbei kann, um die Quersteifigkeit weiter zu erhöhen und das Aussehen weiter zu verbessern, jede Ausbuchtung im Bereich der Schneidkante eine quer zu den Randstreifen verlaufende Wellung aufweisen. Ebenfalls hohe Quersteifigkeit wird erreicht, fall sie Ausbuchtungen in einem in Längsrichtung der Randstreifen verlaufendes Wellenprofil aufweisen. Eine andere Ausbildung der Profilierungen kann darin bestehen, dass diese von den quer zu den Abkantungen verlaufenden Sam- melkanälen sowie von ebenfalls quer verlaufenden, in die Durchflusskanäle eingeschalteten Zwischensammelkanälen gebilact sind. Herbei ist es vorteilhaft, dass die SamrrLelkanäle sowie die Zwischensnmelkanäle ein Profil aufweisen, dessen Biegesteifigkeit mindestens etwa das 1,5-fache, vorzugsweise das 2- bis 4-fache, der BIegesteifigkeit eines Durchflusska- nals beträgt. Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann nun darin bestehen, dass die Abkantungen mit den Randstreifen einen spitzen Winkel einschliessen und insbesondere auf der Vorderseite des W.ärmetauschers angeordnet sind. Sind mehrere Wärmetauscher zu einer Wärmetauschergruppe hoher Festigkeit nebeneinander angeordnet, so sind vorteil- haft die Abkantungen benachbarter Wärmetauscher durch eine Klammerleiste verbunden, deren gegenüberstehende Schenkel eine auf den AbkantwInkel der Abkantungen abgestimmte Nei- gung aufweisen und die Abkantungen benachbarter Wärinetausche umgreifen. Um hierbei eine steife Querverbindung zwischen den einzelnen Wärmetauschern sicherustellen, ist es empfehlenswert, dass wenigstens ein keijormiges Zwischenstück, dessen KeilElan- ken dem Abkantwinkel der Abkantungen angepasst sind und das zur Fixierung der zu verbindenden Wärmetauscher in den zai- schen den Abkantungen benachbarter Wärmetauscher gebildeten Keilspalt gepresst ist. Weitere Merkmale und Vorteile-der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusam- menhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen: Figur 1 die perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäss der Erfindung mit Profilierungen in Form von Sägezähnen, vorgesehen ist Figur 2 den Bereich II der Figur 1 als ausschnitt in grössere:n Massstab und in perspektivischer Ansicht, Figur 3 eine Vebindungsmöglichkeit benachbarter Wärmetau scher, Figur 4 eine Ausiunrungsvariante des Gegenstands der Fig.l, Figur 5 einen Wärmetauscher mit Profilierungen in Form von Wellungen, die Richtung der Randstreifen verlau fen, Figur 6 eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Er f inaung in perspektivischer Ansicht und Figur 7 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 6 gemäss der Schnittlinie VII-VII in perspektivischer Darstellung und in grösserem Masssrab. Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen Der Wärrnetauscner gemäss Figur 1 weist einen rechteckigen Umriss auf und ist, wie insbesondere dem Ausschnitt gemäss Figur 2 zu entnehmen ist, aus zwei aufeienderliegenden Platten 10, 12 zusammengesetzt, die in Figur 1 der ubersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind. Die Platten 10, 12 weisen spiegelbildliche Ausbuchtungen oder Ausprägungen auf, so dass zwischen ihnen Durchflusskanäle 14, Sammelkanäle 16 mit Anschlussstutzen 18 gebildet sind. Der Querschnitt der Kanäle ist rund bis elliptisch, die Dicke der Platten etwa 0,8 bis 2 mm, das Material vorzugsweise Aluminium. Die Durchfluss- kanäle 18 verlaufen etwa parallel zur langen Rechteckseite und münden an ihren Enden in querverlaufende Sammelkanäle 16. Zur übersichtlicheren Darstellung ist in den Figuren 1, 4, 5 und 6 lediglich eii einziger Durchflusskanal 14 dargestellt, obwohi eine Vielzahl solcher mit im Verhältnis zur Grösse des Wärmetauschers sehr geringem gegenseitigen Abstand verlaufende Durchflusskanäle 14 vorhanden sind, wie dies ins besondere aus der Detaildarstellung gemäss Figur 2 zu entnehmen ist. Der mit Durchflusskanälen 14 versehene Bereich 20 des Wärmetauschers weist Profllierungen 22 auf, die quer zu dem Randstreifen 28 und den Durchflusskanälen 14 verlaufen und in Reihen nebeneinander angeordnet und gleichmässig auf den Bereich 20 verteilt sind. Die Profilierungen sind als Ausbuchtungen 24 der Platten 10, 12 ausgebildet, die im vorliegenden AusführungsbeisPiel die Form von Sägezähnen aufweisen, deren Schneidkanten 26 etwa senkrecht auf der Ebene des Wärmetauschers stehen. Die Ausbildung der Ausbuchtungen ist insbesondere aus Figur 2 deutlich zu erkennen, welche die Einzelheit II der Figur 1 in grösserem Massstab in perspektivischer Ansicht darstellt. Hieraus ist zu ersehen, dass im Bereich 20 die beiden Platten 10, 12 und die von ihnen eingeschlossenen Durchflusskanäle 14 gemeinsam der Profilierung unterworfen bzw. sägezahnförmig ausgebildet sind. Seitlich des Bereichs 20, in welchem die Durchflusskanäle anaeordnet sInd, verläuft jeweils ein ebener Randstreifen 28 über die gesamte Länge des Wärmetauschers, wobei die Platten 10, 12 im Bereich des Randstreifens unmittelbar aufeinander liegen und fluiddicht aneinander befestigt sind. Das freie Ende der Randstreifen 28 weist jeweils eine Abkantung 30 auf, die sich über die gesamte Länge des Randstreifens erstreckt. Die Abkantungen 30 zeigen hierbei in die gleiche Richtung wie die Ausbuchtungen 24, d. h. zur Vorderseite des Wärmetauschers und schliessen mit dem Randstreifen 28 jeweils einen spitzen WinkelCC ein von z. B. 45 bis 60 . DIe Ausbildung der Abkantungen 30 ist insbesondere aus Figur 3 sehr deutlich zu erkennen, welche die Verbindung von zwei nebeneinanderliegenden Wärmetauschern zeigt. Danach werden die Wärmetauscher derart nebeneinander angeordnet, dass die Abkantungen 30 mit geringem gegenseitigen Abstand verlaufen und üer das Ende der Abkantungen eine Klammerleiste 32 aufgebracht, eren Schenkel 34 auf die Neigung der Abkantungen 30 abgestimmt sind und diese umgreifen. Die Klammer leiste 32 erstreckt sich hierbei huber die gesamte Länge der Abkantungen 30, so dass ein Eindringen von Wasser in den zwischen den Abkantungen 30 verbleibenden Keilspalt 36 verhindert ist. Um die Abkantungen 30 benachbarter Wärmetauscher gegeneinander zu fixieren, ist im Keilspalt 36 eine keilförmiges Zwi- schenstück 38 angeordnet, dessen Keilflanken dem Abkantwinkel der Abkantungen 30 angepasst sind und auf diesem liegen. Das Zwlschenstuck 38 wird hierbei durch eine Schraube 40 in aen Sveilspalte 36 gezogen, so dass die Abkantungen 30 an den Schenkeln 34 zur Anlage kommen und somit eine Verbindung der Abkantungen 30 erreicht wird. Die Schraube 40 stützt sich hierbei an einer Lasche 43 b, welche den Keilspalt 36 über brückt und an den Unterseiten der Randstreifen 28 anliegt. Das Zwischenstück 38 sowie die Lasche 43 brauchen sich hierbei nicht über die gesamte Länge der Abkantunqen 30 erstrecken, es genügt, wenn einzelne kurze Stücke dieser Teile über die Länge der Abkantungen verteilt angeordnet sind. Durch die Ausbildung des Wärmetauschers mit Profilierungen und seitlichen Abkantungen wird seine Steifigkeit erheblich vergrössert, so dass dieser auch bei der Herstellung aus sehr dünnen Platten mit einer Dicke von z. B. 0,8 bis 2 mm, in grossen Längen z. B. bis zu 5 m und grosse Breiten, z. B. bis 2 m, hergestellt werden kann und trotzdem ausreichende Steifigkeit aufweist. Es wird somit die erfindungswesentliche allgemeine Lehre befolgt, durch die Profilierungen die Quersteifigkeit und durch die Abkantungen die Längssteifigkeit zu verbessern In Figur 4 ist eine Ausführungsvariante des Wärmetauschers gemäss Figur 1 dargestellt. Während beim Gegenstand der Figur 1 die schneidezahnförmigen Ausbuchtungen 24 im Bereich - der Schneidkanten 26 quer zu den Randstreifen 28 bez. Durcn flusskanälen 14 verlaufen, sind in vorliegender usführungs- variante die Schneidkanten mit einer quer zu den Randstrei- en 28 verlaufenden Wellung42 versehen, so dass die Susbuch- tungen 44 ein schuppenförmiges Aussehen erhalten. Die Wellung 42 besteht hierbei vorzugsweise aus in gleiche Rich tung gekrummten Bögen, die an ihren Enden aneinander angeschlossen sind. Durch die zusätzliche Anoranung der Wellungen wird die Steifigkeit des Wärmetauschers nochmals erhöht. Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 5 weisen die Ausbuchtungen 46 ein Wellenprofil auf, das sich in Richtung der Randstreifen 28 erstreckt. Auch mit dieser Ausbildung der Ausbuchtungen bzw; Profilierungen wird eine grosse Steifigkeit des Wärmetauschers erreicht. In den Figuren 6 und 7 ist eine Ausführungsvariante bezüglich der Profilierungen dargestellt. Die Profilierungen 48 bestehen hier aus Zwischensammelkanälen 50, welche quer zu den Abkantungen 30 verlaufen und welche in die Durcnflusska- näle 14 eingeschaltet sind. Die Länge der Zwischensamrnelkanäle 50 ist hierbei mindestens so, dass sämtliche Durchfluss- kanäle 14 an diese angeschlossen sind, gegebenenfalls können die Zwischensammelkanäle 50 auch bis in die Randstreifen 28 hineinragen, die im allgemeinen eine Breite von 2 bis 5 cm aufweisen. Die Zwischensanmelkanäle 50, die von spiegelbildlich angeordneten Ausprägungen der einzelnen Platten 10, 12 gebildet sind, bewirken nicht nur eine Versteifung des Wär metauschersy sondern jeweils eine gute Durchmischung des Wärmeträgers, welcher in den Durchflusskanälen strömt. Hierdurch wird einer Bildung von Temperatursträhnen entgegengewirkt. die Ausbildung der einzelnen Profilierungen 48 ist besonders gut in Figur 7 zu erkennen, welche einen Ausschnitt aus Figur 7 gemäss der Schnittlinie VII-VII in grösserem Massstab zeigt. * geradlinig und Demnach s'nd d'f-e Ausprägungen, welche die Zwischensammelkanä- le 50 bilden, n Umriss grösser als die Durchflusskanäle 14 aus- gebildet und besitzen somit ein grösseres Widerstandsmoment, so dass ihre Biegesteifigkeit erhöht ist. Ihr Profil ist rund bis elliptisch. Anstelle Wärme aufzunehmen, kann mit den Wärmetauschern gemäss vorliegender Erfindung auch Wärme an die Umgebung abgegeben werden, bevorzugtes Einsatzgebiet wird jedoch die Wärmeauf- nähme sein. Die quer zu den Abkantungen verlaufenden Profilierungen schlies sen mit diesen einen Winkel von etwa 900 ein.

Claims: A n s p r ü c h e 1. Wärmetauscher zur Aufnahme von Umgebungswärme mit Durchflusskanälen (14) für einen Wärmeträger, die in Sammelkanäle (16) zünden, wobei die kanäle (14, 16) zwischen zwei etwa rechteckigen Platten ausgebildet sind, die an zwei gegenüberliegenden Rändern kanallose Randstreifen (28) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Randstreifen (28) mit Abkantungen (30) versehen sind und dass wenigstens jener Be- reich (20) der Platten (10, 12) welcherdie Durchflusskanäle (14) entnält, mit quer zu den Abkantungen (30) verlaufenden Profilierungen (22, 48) versehen ist. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die Profilierungen (22, 48) in Reihen nebeneinander gleichmässig auf den Bereich (20) verteilt angeordnet sind. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Profilierungen(22) in einem in Längsrichtung der Randstreifen (28) verlaufenden Schnitt die Form von gen-el samen Ausbuchtungen (24, 44, 46) beider Platten (10, 12) auf weisen 4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Ausbuchtungen (24) jeweils das Profil eines Sägezahnes aufweisen1 dessen Schneidkante (26) vorzugsweise etwa senk- recht zur Ebene der Randstreifen (28) verläuft,wobei die Schneidkanten (26) jeweils am gleichen Ende der Sägezähne angeordnet sind (r'Tg. 1) 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausbuchtung (44) im Bereich der Schneidkante (26) eine quer zu dem Randstreifen (28) verlaufende Wellung f42) aufweist Figur 4). 6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzerch- net, dass die Ausbuchtungen (46) ein in Längsrichtung der Randstreifen (28) verlaufendes Wellenprofil aufweisen Figur 5) 7. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Profilierungen (48) von den quer zu den Ab- kantungen (28) verlaufenden Sammelkanälen (16) sowie von enen- falls quer verlaufenden, in die Durchflusskanäle 814) zinge- schalteten Zwischensammelkanälen (50) gebildet sind (Fig 6). 8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass die Zwischensammelkänale (50) sowie die Sammelkanale (16) ein Profil aufweisen, dessen Biegesteifigkeit mindes- tens das 1,S-fache, vorzugsweise das 2- bis 4-fache, or steifigkeit eines Durchflusskanals (14) beträgt. 9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkantungen (30) mit den Randstreifen (28) einen spitzen Winkel Ot einschliessen und insbesondere auf der Vorderseite des Wärmetauschers angeordnet sind. 10. lvärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass i)ei einer Wärmetauschergruppe hoher Festigkeit mit nebeneinander angeordneten Wärmetauschern die Abkantungen (30) benachbarter Wärmetauscher durch eine Klammerleiste (32) re-- bunden sind, deren gegenüberstehende Schenkel (34) ein2 auf dem Abkantwinkel der Abkantungen (30) abgestimmte Neigung auf- weisen und die Abkantungen (30) benachbarter Wärmetauscher umgreifen (Figur 3). 11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens ein keilförmiges Zwischenstück(38), dessei Keilflanken dem Abkantwinkel der Abkantungen (30) angepasst sind und das zur Fixierung der verbindenden Wärmetauscher in den zwischen den Abkantungen (30) benachbarter Wärmetau scher gebildeten Keilspalt (36) gepresst ist.

Inventors: HEIDTMANN, UWE, ING. GRAD.
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT MANNHEIM
Application year: 1980
Main classification: F24J3
IPC codes: F24J2