DE102006048664A1

DE102006048664A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102006048664A1
Application number: DE102006048664A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wille
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2006-10-14
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Kühlflüssigkeitskühler, Ladeluftkühler oder Ölkühler für Kraftfahrzeuge, der ein Wärmetauschernetz (20) aus Rohren (1) und aus von Kühlluft durchströmbaren Rippen (2) aufweist, der einen mit Öffnungen (3) versehenen konturierten Rohrboden (4) besitzt, in denen die Rohrenden (11) münden und der Teil eines Behälters (5) ist, in dessen Wand (6) wenigstens ein Einlass- bzw. Auslassstutzen (7) angeordnet ist. Der Wärmetauscher erhält ein eigenartiges Aussehen mit technisch-ökonomischen Vorteilen, indem erfindungsgemäß der konturierte Rohrboden (4) bzw. der Behälter (5) - in dessen Querschnitt betrachtet - asymmetrisch auf den Rohrenden (11) sitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, speziell einen Kühlflüssigkeitskühler, einen Ladeluftkühler oder Ölkühler für Kraftfahrzeuge, der ein Wärmetauschernetz aus Rohren und aus von Kühlluft durchströmbaren Rippen aufweist, der einen konturierten Rohrboden besitzt, der mit Öffnungen versehen ist, in denen die Rohrenden münden, wobei der Rohrboden Teil eines Behälters ist, in dessen Wand wenigstens ein Einlass – bzw. Auslass angeordnet ist.
Wärmetauscher mit den vorstehenden Merkmalen gehören seit langer Zeit zum Stand der Technik.
Konturierte Rohrböden werden gewöhnlich dort eingesetzt, wo höhere Innendrücke im Wärmetauscher auftreten. Im Bereich Kraftfahrzeuge sieht man so etwas beispielsweise bei Kondensatoren, bei Gaskühlern oder bei Verdampfern vor, die Bestandteil von Klimaanlagen sind. Meistens ist dort der Sammelkasten und der Rohrboden ein einziges den Behälter darstellendes Bauteil, beispielsweise ein rundes oder ovales Rohr, welches Schlitze aufweist, in denen die Enden der Flachrohre münden. Es gibt auch andere Kondensatoren, die weisen einen im Querschnitt gesehen etwa halbrunden, einen mit einer Kontur versehenen, also einen konturierten Rohrboden auf. Der Rand dieses Rohrbodens wird dann mit dem Rand eines meistens ebenfalls etwa halbrunden Sammelkastens verbunden, bei Kondensatoren meistens verlötet, um den geschlossenen Behälter zu erhalten. Im EP 519 334B1 ist die Kontur nicht halbrund sondern nur leicht geschwungen bzw. leicht konturiert. Bei Kühlflüssigkeitskühlern und Ladeluftkühlern setzt man gewöhnlich ebene, also nicht konturierte Rohrböden ein, weil die dort vorhandenen Innendrücke bisher gut beherrschbar waren.
Neuerdings steigen aber die Innendrücke auch in Kühlflüssigkeitskühlern und in Ladeluftkühlern an, so dass der Fachmann zu der vermutlich nahe liegenden Maßnahme übergehen würde, auch bei diesen Kühlern konturierte Rohrböden vorzusehen. Bei solchen konturierten Rohrböden kann dann möglicherweise deren Wanddicke sogar etwas reduziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher vorzuschlagen, der hohem Innendruck besser widerstehen kann, der an bauliche Gegebenheiten angepasst ist und dessen Herstellungsaufwand vertretbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Weil der konturierte Rohrboden asymmetrisch auf den Flachrohrenden sitzt, wurde eine ganz eigenartige Gestaltung insbesondere von Kühlflüssigkeitskühlern bzw. von Ladeluftkühlern erzeugt. Der asymmetrische Sitz des Rohrbodens bedeutet mit anderen Worten, dass die Mittelachse des Rohrbodens bzw. des Behälters nicht, wie es gewöhnlich ist, auf der Mittelachse des Wärmetauschernetzes liegt, sondern dass beide Achsen einen Winkel einschließen. Es ist deshalb möglich geworden, den Einlass – bzw. den Auslass, in dem in gewöhnlicher aber nicht in notwendiger Weise ein Stutzen angeordnet ist, entweder komplett in der Wand des Sammelkastens oder komplett in der Wand des Rohrbodens auszubilden, ohne von der vorteilhaften über die Gesamtlänge derselben reichenden gleichförmigen Ausbildung des Rohrbodens bzw. des Sammelkastens abweichen zu müssen. Im Stand der Technik muss die Wand des Sammelkastens – dort wo die besagten Stutzen sitzen sollen – entsprechend größer ausgebildet werden, um dem Stutzen genügend Platz zu bieten. Es ist als Folge der Erfindung auch nicht nötig, die besagten Stutzen etwa über die Verbindung zwischen Sammelkasten und Rohrboden hinweg anzuordnen, was fertigungstechnisch nachteilig wäre.
Bei Kühlflüssigkeitskühlern und bei Ladeluftkühlern sollte der Querschnitt des Einlasses bzw. des Auslasses einerseits ausreichend groß sein, damit beim Ein – bzw. Ausströmen großer Massenströme wenig Druckverlust erzeugt wird. Andererseits soll der Querschnitt des Behälters möglichst platzsparend und klein ausgebildet werden, da derselbe ohnehin nicht unmittelbar der Wärmeübertragung dient. Dadurch werden gewisse Widersprüche hervorgerufen, die ingenieurtechnisch aufzulösen sind, was mit der Erfindung geschehen ist.
Die Vorteile entstehen insbesondere dann, wenn der Rohrboden aus einem Aluminiumblech, wie der übrige Wärmetauscher auch, und der Sammelkasten aus Kunststoff hergestellt werden soll, was die kostengünstigste Wahl ist. Es ist alternativ aber auch vorgesehen sowohl den Rohrboden als auch den Sammelkasten – also den gesamten Behälter – aus Kunststoff auszubilden. Der Kühlflüssigkeitskühler oder Ladeluftkühler kann hohem Innendruck widerstehen, da der Querschnitt des Behälters etwa kreisförmig oder länglich oval ausgebildet ist. Die Wanddicke, insbesondere die des Rohrbodens, kann trotz des höheren Innendrucks reduziert werden, wodurch ein leichterer Kühler zur Verfügung gestellt wird.
Die vorgeschlagene Asymmetrie der Anordnung des Rohrbodens bezüglich seines Sitzes auf den Rohrenden kann an lediglich einem der gewöhnlich zwei Behälter ei nes Wärmetauschers vorhanden sein. Alternativ kann sie aber auch an beiden Behältern vorgesehen werden. Dabei kann dann die Asymmetrie beider Behälter entweder in eine gemeinsame Richtung weisend oder in entgegengesetzte Richtungen weisend ausgebildet werden, also der obere Behälter könnte beispielsweise – in Kühlluftströmungsrichtung gesehen – nach vorne geneigt werden und der untere Behälter nach hinten, oder umgekehrt. Mit dieser Maßnahme kann auch den räumlichen Gegebenheiten im Motorraum eines Kraftfahrzeuges entsprochen werden, was als eigenständiger Vorteil der Erfindung angesehen werden kann.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers oder Ladeluftkühlers und die 2 zeigt eine Seitenansicht.
Im einzigen gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der konturierte Rohrboden 4 aus einem Aluminiumblechstreifen, der entsprechend umgeformt, also mit der Kontur versehen und mit einer Reihe von Öffnungen 3 ausgebildet worden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Behälter 5 aus dem Rohrboden 4 und einem Sammelkasten 5' gebildet worden. Der Sammelkasten 5' ist hier ein Kunststoffkasten. Der Verschluss der beiden stirnseitigen Öffnungen des Behälters 5 wurde nicht gezeigt. Dieser kann im vorliegenden Zusammenhang beliebig ausgeführt sein. Beispielsweise durch entsprechende Ausbildung des Sammelkastens 5', des Rohrbodens 4 oder auch mittels separater Verschlussdeckel. Wie vorne erwähnt, könnten der Rohrboden 4 und der Sammelkasten 5' beide aus Kunststoff sein. Der Behälter 5 könnte auch einteilig sein. Der Behälter 5 bzw. der Rohrboden 4 und der Sammelkasten 5' weisen über die Gesamtlänge hinweg einen identischen Querschnitt auf, abgesehen von der Anordnungsstelle des Ein – bzw. Auslassstutzens 7. Jedenfalls wurde die Wand 6 an der Anordnungsstelle nicht vergrößert, weil so etwas Nachteiliges als Folge der Erfindung nicht erforderlich ist. Trotzdem kann ein Stutzen 7 mit entsprechend großem Querschnitt vorgesehen werden, ohne denselben über die Verbindung E zwischen Rohrboden 4 und Sammelkasten 5' hinweg ausbilden zu müssen, was fertigungstechnisch und funktionell ebenfalls von Nachteil wäre. In den 1 und 2 wurde der Stutzen 7 – wie erwähnt – in der Wand des Sammelkastens 5' angeordnet. In der 2 (rechts) wurde allerdings mit gestrichelter Linienführung angedeutet, dass ein Stutzen 7' auch vollständig in der Wand des Rohrbodens angeordnet werden könnte. Die Asymmetrie der Anordnung des Rohrbodens 4 bzw. des Behälters 5 ist in den beiden gezeigten Figuren nach vorne, bzw. in der 2, nach links geneigt ausgebildet. Sie könnte genau so gut auch nach rechts geneigt vorgesehen werden, wenn die Beschränkungen des Einbauraumes im Kraftfahrzeug dieses erfordern würden. Der Querschnitt des dargestellten Behälters 5 besitzt eine länglich ovale Gestalt.
Wie die Abbildungen ferner zeigen, wie insbesondere die 2 zeigt, ist die Verbindung E zwischen dem Rand des Sammelkastens 5' und dem Rand des Rohrbodens 4 in einer über die Gesamtlänge laufende Ebene E vorgesehen ist, die einen spitzen Winkel α mit einer Horizontalen H bildet. Die beiden strichpunktierten Linien E und H verdeutlichen dieses Merkmal. In der 2 wurde auch eine vertikale Symmetrieachse oder Mittelachse 10 des Wärmetauschernetzes 20 eingezeichnet. Es ist daran erkennbar, dass die durch den Behälter 5 laufende Mittelachse 12 oder Symmetrieachse, die nach links geneigt verläuft, mit der Symmetrieachse 10 einen stumpfen Winkel zwischen 90 und 180° einschließt. Die Verwendung des Begriffes Symmetrieachse bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass beide Seiten links und rechts der Achse tatsächlich symmetrisch sein müssen. Es handelt sich bei der Verwendung dieses Begriffes lediglich um eine Beschreibungshilfe. Die Symmetrie des Behälters 5 liegt wenigstens bezüglich der Achse 12 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwar vor aber sie kann in anderen nicht gezeigten Ausführungen fehlen. Falls z. B. das Wärmetauschernetz mehrere Rohrreihen aufweisen sollte, könnte es sich bei der Symmetrieachse 10 lediglich um eine vertikale mittlere Ebene handeln.
Die Rippen 2 des Wärmetauschernetzes 20 wurden nicht gezeichnet. Sie liegen jeweils zwischen zwei Rohren 1, die im Ausführungsbeispiel Flachrohre 1 sind. Der Blockpfeil in der 2 zeigt die im Ausführungsbeispiel vorgesehene Strömungsrichtung der Kühlluft an.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der ein Wärmetauschernetz (20) aus Rohren (1) und aus von Kühlluft durchströmbaren Rippen (2) aufweist, der einen konturierten Rohrboden (4) besitzt, der mit Öffnungen (3) versehen ist, in denen die Rohrenden (11) münden und der Teil eines Behälters (5) ist, in dessen Wand (6) wenigstens ein Einlass – bzw. Auslass (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der konturierte Rohrboden (4) bzw. der Behälter (5) – in dessen Querschnitt betrachtet – asymmetrisch auf den Rohrenden (11) sitzt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) und der konturierte Rohrboden (4) einteilig ausgebildet sind, wobei der Querschnitt des Behälters nicht kreisförmig ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konturierter Rohrboden (4) mit einem Sammelkasten (5') verbunden ist, um den Behälter (5) zu bilden, wobei der Querschnitt des Behälters (5) entweder nicht kreisförmig, beispielsweise länglich oval, oder etwa kreisförmig ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass – oder Auslass (7) vollständig in der Wand des Sammelkastens (5') angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass – bzw. Auslass (7') vollständig in der Wand des Rohrbodens (4) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Rand des Sammelkastens (5) und dem Rand des Rohrbodens (4) in einer Ebene (E) vorgesehen ist, die einen spitzen Winkel (α) mit einer Horizontalen (H) bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel einen Wert aufweist, der etwa zwischen und 20 und 60° liegt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (12) des Behälters (5) einen Winkel mit der Achse (10) des Wärmetauschernetzes (20) bildet.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) bzw. der Rohrboden (4) und der Sammelkasten (5') über die Länge hinweg gleichförmig ausgebildet ist/sind.