DE10020797A1 - Rohrbündel-Wärmetauscher mit biegsamen Rohren, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wäremtauscher, insbesondere für eine Anlage oder Ausstattung in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren Rohren (1), durch die eine Flüssigkeit zum Wärmeaustausch geleitet wird und die aus einem biegsamen Material hergestellt sind, sowie zwei im wesentlichen parallele Sammelplatten (2a, 2b), die die Öffnungen (3a, 3b) aufweisen, um einzeln die jeweiligen Enden aller Rohre (1) aufzunehmen. Diese Öffnungen (3a, 3b) sind in parallelen Reihen angeordnet, um ein Rohrbündel aus Reihen von parallelen Rohren zu bilden. Gemäß der Erfindung sind die aufeinander folgenden Reihen der einen der beiden Sammelplatten (2a) abwechseln in eine erste, parallel zu den Reihen liegende Richtung und dann in eine zweite, zu dieser ersten Richtung entgegengesetzte Richtung versetzt, wobei die Reihen der anderen Sammelplatte (2b) abwechselnd zuerst in der zweiten Richtung und dann in der ersten Richtung versetzt sind, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender Reihen zwischen den beiden Sammelplatten (2a, 2b) kreuzen. Darüber hinaus weisen zwei aufeinander folgende Reihen derselben Sammelplatte eine Schrittweite (d) zueinander auf, die in der Größenordnung eines Rohrdurchmessers liegt, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender, sich kreuzender Rohre berühren (C).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Anlage oder Ausstattung zur Kühlung der Luft eines Kraftfahrzeuges. Sie betrifft insbesondere einen mit Rohren ausgestatteten Wärmetauscher, wobei die Rohre aus einem biegsamen Material hergestellt sind und der Beförderung einer Wärmetauscherflüssigkeit dienen.

Ein solcher Wärmetauscher umfaßt im allgemeinen zwei Sammelkästen für die Wärmetauscherflüssigkeit. Jeder der Sammelkästen beinhaltet eine Sammelplatte, die im allgemeinen dicht mit dem Kasten zusammengefügt ist. Die zwei Sammelplatten beinhalten Öffnungen, um einzeln die jeweiligen Enden aller Rohre dicht aufzunehmen.

Bei Wärmetauschern des genannten Typs sind die Öffnungen der Sammelplatten in im wesentlichen parallelen Reihen angeordnet, um so ein Rohrbündel aus Reihen von im wesentlichen parallelen Rohren zu bilden. Eine solche Anordnung, der Rohre erlaubt vorteilhafterweise einen ausreichenden Wärmeaustausch zwischen den Rohren und einer Flüssigkeit, die den Wärmetauscher durchströmt.

Angesichts der Biegsamkeit der Rohre ist es indessen notwendig, wenigstens innerhalb derselben Reihe, dafür zu sorgen, dass die Rohre im wesentlichen untereinander einen Abstand aufweisen.

Eine Lösung könnte darin bestehen, zwischen den Rohren Distanzelemente vorzusehen, um einen Abstand zwischen ihnen zu gewährleisten. Solche Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes führen indessen zu einer Erhöhung der Anzahl der Produktionsschritte des Herstellungsprozesses für einen solchen Wärmetauscher sowie zu einer Verringerung der pro Zeiteinheit herstellbaren Teile.

Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der oben genannten Probleme.

Gemäß einer allgemeinen Definition der Erfindung sind die aufeinander folgenden Reihen einer der genannten Sammelplatten abwechselnd in einer ersten, im wesentlichen zur Reihe parallelen Richtung und in einer zweiten, der ersten im wesentlichen entgegen gesetzten Richtung gegeneinander versetzt, wobei die Reihen der anderen Platte jeweils zunächst in die zweite und dann in die erste Richtung versetzt sind, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender Reihen zwischen den Sammelplatten einmal kreuzen. Zudem entspricht der Abstand zweier aufeinander folgender Reihen derselben Platte im wesentlichen der Dicke eines Rohres, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender, sich kreuzender Reihen gerade berühren.

Die Rohre des Wärmetauschers gemäß der Erfindung sind folglich nur in einem oder zwei im wesentlichen punktuellen Bereichen in Kontakt und weisen außerhalb dieser punktförmigen Bereiche einen Abstand voneinander auf.

Vorteilhafterweise weisen zwei aufeinander folgende Öffnungen derselben Reihe eine im wesentlichen festgelegte Schrittweite auf, was gleichbedeutend damit ist, dass die Rohre innerhalb derselben Reihe im wesentlichen einen Abstand zueinander aufweisen.

Dieser Abstand ist vorzugsweise kleiner als der zweieinhalbfache Durchmesser eines Rohres.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Rohre wenigstens in einem Teil, der den Bereich ihres gegenseitigen Kontaktes umfaßt, eine Klebstoffschicht auf, um den Rohren Halt zu verleihen.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Wärmetauschers beinhaltet die äußere Schicht der Rohre ein Material, das durch thermische Behandlung klebend wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten Wärmetauschers,

Fig. 3 eine Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten Wärmetauschers, und

Fig. 4 ist eine Vorderansicht einer Sammelplatte eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung.

Die Zeichnungen enthalten im wesentlichen Elemente, deren Bedeutung bestimmt ist. Sie können somit nicht nur zum besseren Verständnis, sondern gegebenenfalls auch zur Definition der Erfindung beitragen.

In Fig. 1 ist ein Rohrbündel-Wärmetauscher mit biegsamen Rohren dargestellt, der in dem beschriebenen Beispiel als Kühler in einem Auflader eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Ein solcher Wärmetauscher trägt insbesondere zur Kühlung der Aufladeluft eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, besonders eines Schwerlast­ fahrzeuges, bei.

Die Aufladung eines Verbrennungsmotors besteht darin, den Motor statt direkt mit atmosphärischer Luft mit komprimierter Luft zu versorgen, was eine Erhöhung der in den Brennkammern verfügbaren Sauerstoffmenge ermöglicht. Die Komprimierung der Luft ist jedoch von einem starken Temperaturanstieg begleitet, was eine Kühlung dieser Luft notwendig macht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, beinhaltet ein solcher Wärmetauscher zwei Sammelkästen 4a und 4b (durch gestrichelte Linien dargestellt), versehen mit einem eingangsseitigen Rohrstutzen E und einem ausgangsseitigen Rohrstutzen S für ein kühlendes Medium (zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit), das durch ein Rohrbündel 1 befördert wird und dazu dient, durch Wärmeaustausch den Luftstrom (Pfeil F), der den Wärmetauscher durchströmt, zu kühlen.

Beide Sammelkästen 4a und 4b umfassen Sammelplatten 2a bzw. 2b, die wiederum Öffnungen 3a, 3b beinhalten, um die jeweiligen Enden aller Rohre 1 im wesentlichen dicht aufzunehmen. Allgemein ist jede Sammelplatte 2a, 2b ein abgedichteter fester Bestandteil einer Schale, woraus die Sammelkästen 4a, 4b gebildet sind.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Öffnungen 3a jeder Sammelplatte 2a in (im gezeigten Beispiel horizontalen) Reihen rk, ri und rj angeordnet. Eine solche Anordnung bei beiden Sammelplatten 2a und 2b definiert eine allgemeine Anordnung der Rohre 1 eines Rohrbündels mit den parallelen Reihen r'k, r'i, r'j (Fig. 3).

Gemäß der Erfindung sind die aufeinander folgenden Reihen ri, rj, rk der Öffnungen der einen Sammelplatte 2a abwechselnd in einer ersten (im dargestellten Beispiel horizontalen) Richtung, dann in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung versetzt. Auf der anderen Seite sind die entsprechenden (nicht dargestellten) Reihen der anderen Sammelplatte 2b abwechselnd erst in die oben genannte zweite, entgegengesetzte Richtung, dann in die erste Richtung versetzt.

Vorzugsweise lassen sich die Formen der zwei Sammelplatten 2a und 2b durch Rotation um 180° um eine zu den Sammelplatten senkrechte Achse (eine zur Zeichenebene gemäß Fig. 4 senkrechte Achse) im wesentlichen ineinander überführen. So ist in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel die Reihe ri gegenüber der Reihe rk um eine Schrittweite q nach rechts versetzt, wobei die entsprechenden Reihen (die Reihen, die dieselben Rohre r'k und r'i aufnehmen) der anderen Sammelplatte 2b um dieselbe Schrittweite q nach links versetzt sind. Auf der anderen Seite sind die Reihen ri und rj der Sammelplatte 2a um die gleiche Schrittweite q nach links verschoben, wobei die entsprechenden Reihen der Sammelplatte 2b um diese Schrittweite q nach rechts verschoben sind, und so weiter, immer abwechselnd.

Die alternierenden Verschiebungen der Reihen rk, ri, rj der Sammelplatten 2a und 2b definieren so eine Struktur der Rohre 1, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender Reihen r'i und r'j in einem Bereich C (Fig. 1 und 2), der sich zwischen den beiden Sammelplatten 2a und 2b befindet, kreuzen.

Zwei aufeinander folgende Reihen mit Öffnungen ri und rj weisen eine Schrittweite d (in vertikaler Richtung) auf, die im wesentlichen dem Durchmesser eines Rohres (im Beispiel mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt) entspricht, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender Reihen im Kreuzungsbereich C zwischen den beiden Sammelplatten 2a und 2b berühren. Insbesondere weisen die Rohre einer mittleren Reihe r'i (eine Reihe, die sich weder am Anfang noch am Ende des Rohrbündels befindet) zwei Berührungsbereiche auf, und zwar mit den Rohren einer darüberliegenden Reihe r'k und mit den Rohren einer darunterliegenden Reihe r'j.

Vorteilhafterweise weisen die äußeren Oberflächen der Rohre 1 eine Beschichtung auf, die durch thermische Behandlung klebend wird, was eine Versteifung des Rohrbündels ermöglicht und damit einen Abstand zwischen den Rohren außerhalb ihres Kontaktbereiches C gewährleistet.

Vorzugsweise weisen die Rohre innerhalb einer Reihe r'i eine Schrittweite p zueinander auf, die den Abstand zwischen den Öffnungen innerhalb einer Reihe ri der Sammelplatten definiert (Fig. 4). Diese Schrittweite p ist geringer als der zweieinhalbfache Durchmesser d eines Rohres (p = 2,5 × d) oder von der Größenordnung dieses Wertes. Eine solche Schrittweite zwischen den Rohren innerhalb einer Reihe ermöglicht vorteilhafterweise eine optimale Wechselwirkung zwischen den Rohren und dem Luftstrom F (typischerweise liegt der Wirkungsgrad nahe bei 90%).

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungen, die insbesondere als Beispiel dienen, beschränkt. Sie gilt gleichermaßen für weitere Varianten. Daher wird man verstehen, dass die Rohre 1 an ihren Berührungsstellen nur einen Klebepunkt oder zwei Klebepunkte aufweisen können (einen Klebepunkt für die äußeren Reihen und zwei Klebepunkte für die mittleren Reihen).

In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel entspricht die, im Beispiel konstante, Schrittweite p zwischen zwei Rohren innerhalb einer Reihe in etwa dem 2,5-fachen Durchmesser eines Rohres. Alternativ dazu kann diese Schrittweite p davon abweichen, indem er vorzugsweise geringer ist als dieses Maß.

In dem oben beschriebenen Beispiel weisen die beiden Sammelplatten 2a und 2b eine Form auf, die sich durch eine Rotation um 180° um die zu den Sammelplatten senkrechten Achse in die Form der anderen Sammelplatte überführen läßt. In einer anderen Ausführungsform können die Formen der Sammelplatten unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Schrittweite p zwischen den Öffnungen innerhalb einer Reihe oder aber die Verschiebung q zwischen zwei aufeinander folgenden Reihen bei beiden Sammelplatten verschieden sein.

Schließlich ist der Einsatz eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung als Kühler in einem Auflader eines Kraftfahrzeuges, obwohl äußerst vorteilhaft, im Vorangegangenen nur beispielhaft beschrieben. Ganz allgemein kann ein solcher Wärmetauscher als Kühler eines Kraftfahrzeugmotors, Heizstrahler in einer Lüftungsanlage, Heizung oder/und Klimatisierung dieses Kraftfahrzeuges oder anderweitig eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Wärmetauscher, insbesondere für eine Anlage oder Ausstattung in einem Kraftfahrzeug, mit mehreren Rohren (1), durch die eine Flüssigkeit zum Wärmeaustausch geleitet wird und die aus einem biegsamen Material hergestellt sind, sowie zwei im wesentlichen parallelen Sammelplatten (2a, 2b), die die Öffnungen (3a, 3b) aufweisen, um einzeln die jeweiligen Enden aller Rohre (1) aufzunehmen, wobei die Öffnungen (3a, 3b) in im wesentlichen parallelen Reihen (rk, ri, rj) angeordnet sind, um ein Rohrbündel aus im wesentlich parallelen Rohrreihen (r'k, r'i, r'j) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander folgenden Reihen (rk, ri, rj) einer der Sammelplatten (2a) abwechselnd in eine erste, zu den Reihen im wesentlichen parallele Richtung und dann in eine zweite, zur ersten Richtung im wesentlichen entgegen gesetzte Richtung, versetzt sind, wobei die Reihen der anderen Sammelplatte (2b) abwechselnd erst in die zweite Richtung und dann in die erste Richtung versetzt sind, derart, dass die Rohre zweier aufeinander folgender Reihen (r'i, r'j) sich zwischen den beiden Sammelplatten (2a, 2b) kreuzen, und dass zwei aufeinander folgende Reihen (ri, rj) einer Sammelplatte eine Schrittweite (d) aufweisen, die im wesentlichen der Dicke eines Rohres entspricht, derart, dass sich die Rohre zweier aufeinander folgender, sich kreuzender Reihen (r'i, r'j) im wesentlichen berühren (C).

2. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aufeinander folgende Öffnungen innerhalb einer Reihe im wesentlichen durch eine gegebene Schrittweite (p) bestimmt sind.

3. Wärmetauscher gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebene Schrittweite (p) kleiner als das Zweieinhalbfache des Rohrdurchmessers (d) ist.

4. Wärmetauscher gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) wenigstens in einem Teil, der den Kontaktbereich (C) umfaßt, außen mit einer Klebeschicht bedeckt sind, um den Rohren Halt zu verleihen.

5. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf den äußeren Oberflächen der Rohre ein Material aufgetragen ist, das durch thermische Behandlung klebend wird.

6. Wärmetauscher gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Sammelplatten (2a, 2b) eine Form aufweist, die sich durch Rotation um 180° um eine zu den Sammelplatten senkrechte Achse im wesentlichen in die Form der anderen Platte überführen läßt.

7. Wärmetauscher gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sammelplatte (2a, 2b) ein im wesentlichen abgedichteter Teil eines Sammelkastens (4a, 4b) für die Wärmetauscherflüssigkeit ist.

8. Verwendung eines Wärmetauschers gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche als Kühler in einem Auflader eines Kraftfahrzeugs.