DE102007001437A1

DE102007001437A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: DE102007001437A1
Application number: DE102007001437A
Authority: DE
Inventors: Holger Auchter; Andreas Dr. Rer. Nat. Eilemann; Michael Müller; Matthias Dipl.-Ing. Traub
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-07-10
Also published as: EP1944564A1; DE502007004552D1; EP1944564B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit von einem Medium durchströmten Rohren (41, 42), zwischen denen Leiteinrichtungen (44) für ein weiteres Medium angeordnet sind, das dem Wärmeübertrager auf einer Anströmseite zugeführt wird, die Rohre in den Zwischenräumen mit den Leiteinrichtungen umströmt und auf einer Abströmseite abgeführt wird. Um auf einfache Art und Weise eine unterschiedliche Klimatisierung in verschiedenen Bereichen eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist der Bereich des Wärmeübertragers mit den Rohren und den Leiteinrichtungen durch mindestens einen Trennbereich (48) intern in Zonen unterteilt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit von einem Medium durchströmten Rohren, zwischen denen Leiteinrichtungen für ein weiteres Medium angeordnet sind, das dem Wärmeübertrager auf einer Anströmseite zugeführt wird, die Rohre in den Zwischenräumen mit den Leiteinrichtungen umströmt und auf einer Abströmseite abgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der auf einfache Art und Weise eine unterschiedliche Klimatisierung, insbesondere Beheizung, in verschiedenen Bereichen eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Die Aufgabe ist bei einem Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit von einem Medium durchströmten Rohren, zwischen denen Leiteinrichtungen für ein weiteres Medium angeordnet sind, das dem Wärmeübertrager auf einer Anströmseite zugeführt wird, die Rohre in den Zwischenräumen mit den Leiteinrichtungen umströmt und auf einer Abströmseite abgeführt wird, dadurch gelöst, dass der Bereich des Wärmeübertragers mit den Rohren und den Leiteinrichtungen durch mindestens einen Trennbereich intern in Zonen unterteilt ist. Bei den Rohren handelt es sich vorzugsweise um Flachrohre mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Bei den Leiteinrichtungen handelt es sich vorzugsweise um Wellrippen. Die Wellrip pen sind, zumindest teilweise, mit Kiemen ausgestattet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass es in bestimmten Betriebszuständen zu einem unerwünschten Überströmen des weiteren Mediums, insbesondere von Luft, von einer Zone in eine andere Zone kommen kann, die auf der Abströmseite ein anderes Druckniveau hat. Durch die Zonentrennbereiche kann ein unerwünschtes Überströmen des weiteren Mediums, also ein Kurzschluss, zwischen unterschiedlichen Zonen zumindest stark eingeschränkt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Trennbereich im Wesentlichen quer zu den Rohren erstreckt. Dieser Trennbereich wird durch die Rohre unterbrochen. Wenn sich der Trennbereich im Wesentlichen parallel zu den Rohren erstreckt, dann können die Rohre selbst ein unerwünschtes Überströmen des weiteren Mediums, also einen internen Kurzschluss, zwischen unterschiedlichen Zonen verhindern.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiteinrichtung in mindestens einem Trennbereich partiell so stark verdichtet ist, dass ein Überströmen des weiteren Mediums zwischen unterschiedlichen Zonen zumindest stark eingeschränkt wird. Vorzugsweise hat eine Wellrippe in dem Trennbereich eine höhere Rippendichte als im übrigen Bereich der Wellrippe.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Kiemen versehene Leiteinrichtung in mindestens einem Trennbereich keine Kiemen aufweist. Durch die Unterbrechung der Bekiemung wird ein Überströmen des weiteren Mediums zwischen unterschiedlichen Zonen zumindest stark eingeschränkt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Kiemen versehene Leiteinrichtung in mindestens einem Trennbereich, insbesondere durch Stoffschluss oder mechanisch, verschlossene Kiemen aufweist. Der Stoffschluss kann durch Verkleben oder Verlöten geschaffen werden. Durch die Verklebung oder Verlö tung der Bekiemung wird ein Überströmen des weiteren Mediums zwischen unterschiedlichen Zonen zumindest stark eingeschränkt. Die Kiemen können auch mechanisch, zum Beispiel mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs, verschlossen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kiemen versehene Leiteinrichtung zyklisch wechselnd Bereiche mit Kiemen und Trennbereiche ohne Kiemen oder mit verschlossenen Kiemen aufweist. Dadurch werden potentielle Trennbereiche geschaffen, die bei Bedarf zur Trennung einzelner Zonen voneinander verwendet werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Trennbereich eine Leiteinrichtung mit einer durchgehenden Oberfläche angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Leiteinrichtung in dem Trennbereich keine Durchgangslöcher aufweist, die ein unerwünschtes Überströmen des weiteren Mediums ermöglichen würden. Die Leiteinrichtung ist in dem Trennbereich insbesondere ohne Kiemen ausgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Rohren mindestens zwei Leiteinrichtungen oder Leiteinrichtungsabschnitte einer Leiteinrichtung angeordnet sind, zwischen denen in einem Trennbereich ein Zwischenteil angeordnet ist. Das Zwischenteil unterbricht beziehungsweise minimiert eine Strömung zwischen den Rohren in Längsrichtung. Das Zwischenteil kann als separates Bauteil ausgeführt oder an eine der Leiteinrichtungen angebunden sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zwischenteile an einem Verbindungselement befestigt sind. Die Zwischenteile sind vorzugsweise einstückig mit dem Verbindungselement verbunden. Dadurch wird eine kammartige Trenneinrichtung geschaffen, deren Zinken die Zwischenteile darstellen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre und/oder die Leiteinrichtung auf der Anströmseite und/oder auf der Abströmseite in mindestens einem Trennbereich mit mindestens einem externen Trennelement versehen sind. Bei dem externen Trennelement handelt es sich zum Beispiel um einen aufgeklebten Kunststoffstreifen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer mit Kiemen versehenen Leiteinrichtung für einen vorab beschriebenen Wärmeübertrager, bei dem die Kiemen nach einem Schneidvorgang in mindestens einem Trennbereich zumindest partiell, insbesondere mechanisch oder stoffschlüssig, verschlossen werden. Bei der Leiteinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Wellrippe.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Verschließen der Kiemen durch Prägen erfolgt. Das Verprägen erfolgt vorzugsweise vor dem Falten der Leiteinrichtung, insbesondere der Wellrippe. Das Verprägen kann aber auch, zum Beispiel mit Hilfe eines nadelartigen Werkzeugs, an einem mit der Leiteinrichtung ausgestatteten Wärmeübertrager durchgeführt werden. Die Kiemen können aber auch stoffschlüssig, zum Beispiel durch Kleben oder Löten, verschlossen werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 einen Wärmeübertrager in der Draufsicht;
2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus 1;
3 den Ausschnitt aus 2 in einer anderen Ansicht;
4 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit einer Rippenverdichtung in einem Trennbereich;
5 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit einer bekiemten Wellrippe;
6 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer bekiemten Wellrippe;
7 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit einer unbekiemten Wellrippe;
8 eine perspektivische Darstellung einer unbekiemten Wellrippe;
9 eine Wellrippe mit zyklisch wechselnden bekiemten und unbekiemten Abschnitten in der Draufsicht;
10 einen Ausschnitt eines Wärmeübertragers mit zwei Wellrippensträngen, zwischen denen ein Zwischenteil angeordnet ist;
11 einen Ausschnitt eines Wärmeübertragers mit verschlossenen Kiemen in einem Trennbereich;
12 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit verschlossenen Wellrippenzwischenräumen in einem Trennbereich;
13 einen Ausschnitt des Wärmeübertragers mit eingepressten Zwischenteilen und
14 den Ausschnitt aus 13 in einer anderen Ansicht.
In den 1 bis 3 ist ein Wärmeübertrager 1 in verschiedenen Ansichten und Ausschnitten dargestellt. Bei dem Wärmeübertrager 1 handelt es sich um einen Heizkörper eines Kraftfahrzeugs. Der Heizkörper 1 umfasst zwei Sammelkästen 2, 3 für warmes Wasser. Mindestens einer der Sammelkäs ten 2, 3 ist mit einem Einlassstutzen und/oder einem Auslassstutzen für das warme Wasser ausgestattet. Zwischen den beiden Sammelkästen 2 und 3 erstreckt sich ein Wärmeübertragerblock 5 mit einer Vielzahl von Rohren 7, 8, 9, 10, die sich zwischen den Sammelkästen 2 und 3 erstrecken. Bei den Rohren 7 bis 10 handelt es sich um Flachrohre, die jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Zwischen zwei benachbarten Flachrohren 7 bis 10 ist jeweils eine Leiteinrichtung 14, 15 angeordnet, die auch als Wellrippe bezeichnet wird. Die Luftleiteinrichtungen 14, 15 dienen vorzugsweise zum Leiten von Luft, die zum Erwärmen zwischen den Rohren 7 bis 10 hindurchgeführt wird.
Der Wärmeübertragerblock 5 ist in vier Zonen 17 bis 20 unterteilt. Die beiden Zonen 17, 18 dienen zum Beheizen eines links/rechtsgetrennten Frontbereichs eines Kraftfahrzeugs. Die beiden Zonen 19, 20 dienen zum Beheizen eines links/rechtsgetrennten Fondbereichs des Kraftfahrzeugs. Der Heizkörper 1 ist auf der Luftabströmseite zur externen Zonentrennung 22 beklebt. Die externe Zonentrennung 22 umfasst ein externes Längstrennelement 24 und ein externes Quertrennelement 25. Die beiden externen Trennelemente 24, 25 sind kreuzweise angeordnet. Das Längstrennelement 24 erstreckt sich in Längsrichtung eines darunter angeordneten Rohres. Das Quertrennelement 25 ist senkrecht zu dem Längstrennelement 24 angeordnet.
In 2 ist durch einen Doppelpfeil 28 angedeutet, dass es bei bestimmten Betriebszuständen zu einem ungewollten internen Überströmen von Luft über die Kiemenfelder einer Wellrippe 29 von einer Zone in eine andere Zone kommen kann. Ein derartiger interner Kurzschluss zwischen zwei unterschiedlichen Zonen wird hauptsächlich durch unterschiedliche luftseitige Druckniveaus bewirkt.
In 3 ist ein Kiemenfeld 30 der Wellrippe 15 angedeutet. Bei den Kiemen handelt es sich um längliche Durchbrüche in der Wellrippe, die jeweils von zwei benachbarten Kiemen begrenzt werden.
Die Zonentrennung zwischen den benachbarten Zonen 17, 18 und den benachbarten Zonen 19, 20 verläuft parallel zu den Flachrohren. Somit können die Flachrohre selbst, also bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das unter dem externen Trennelement 24 angeordnete Flachrohr, die Aufgabe der Zonentrennung übernehmen. Das unter dem externen Trennelement 24 verlaufende Flachrohr verhindert ein internes Überströmen von Luft zwischen den Zonen 17, 18 und zwischen den Zonen 19, 20.
In den 4 bis 14 sind verschiedene Ausführungsformen von Trennbereichen dargestellt, wie ein internes Überströmen von Luft zwischen den Zonen 17, 19 und zwischen den Zonen 18, 20 verhindert werden kann. In diesen Fällen verläuft die Zonentrennlinie in einem Winkel von 90 Grad zu den Flachrohren.
In 4 sieht man, dass zwischen zwei Flachrohren 41, 42 eine Wellrippe 44 angeordnet ist. Die Wellrippe 44 weist in zwei Abschnitten 45 und 46 eine normale Rippendichte auf. Zwischen den beiden Abschnitten 45, 46 ist ein Trennbereich 48 angeordnet, der eine höhere Rippendichte aufweist. Die höhere Rippendichte oder Rippenverdichtung kann durch lokales Anbremsen bei der Rippenfertigung erreicht werden.
In 5 sind zwei Rohre 51, 52 perspektivisch dargestellt, zwischen denen eine Wellrippe 54 angeordnet ist. Die Wellrippe 54 ist mit einer Vielzahl von Kiemen 55, 56, 57 ausgestattet. In 6 sieht man, dass die Kiemen 55 bis 57 so aus der Fläche der Wellrippe 54 herausgestanzt/herausgeprägt sind, dass Durchbrüche 58, 59, 60 freigegeben werden. Die Durchbrüche 58 bis 60 haben jeweils die Gestalt eines langgezogenen Rechtecks.
In 7 ist zwischen zwei Rohren 61, 62 eine unbekiemte Wellrippe 64 angeordnet. Die Rippe 64 erstreckt sich, wie bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel zickzackförmig zwischen den beiden Rohren 61, 62. In 8 sieht man, dass die unbekiemte Wellrippe 64 eine glatte Oberfläche aufweist. Durch die unbekiemte Wellrippe 64 wird in einem Trennbereich ein unerwünschter interner Kurzschluss zwischen zwei Zonen verhindert. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung kann auch nur ein Bereich beziehungsweise Abschnitt der Wellrippe bekiemt ausgeführt sein.
In 9 ist angedeutet, dass eine Wellrippe 70 auch zyklisch wechselnd bekiemte Abschnitte 71, 72 und unbekiemte Abschnitte 73, 74, 75 aufweisen kann. Die Wellrippe in 9 ist in abgewickelter Form vor einer nachfolgenden Faltung dargestellt. Bei der Faltung bekommt die Wellrippe ihre im Wesentlichen zickzackförmige Gestalt. Die Wellrippe kann partiell oder komplett unbekiemt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Kiemen einer Wellrippe nach dem Einschneiden wieder geschlossen, indem sie zum Beispiel verprägt werden. Die Kiemen können aber auch stoffschlüssig, zum Beispiel durch Löten oder Kleben, verschlossen werden. Zum Verschließen der Kiemen kann Klebstoff, Harz, Aluminiumlot oder Flussmittel verwendet werden.
In 10 sind zwischen zwei Rohren 81, 82 zwei bekiemte Wellrippen 84, 85 angeordnet. Zwischen den beiden Wellrippen 84, 85 ist ein Zwischenteil 88 angeordnet, das ein internes Überströmen von Luft verhindert. Durch das Zwischenteil 88 werden Strömungen längs zwischen den Rohren 81, 82 unterbrochen beziehungsweise minimiert. Das Zwischenteil 88 kann als separates Zwischenteil ausgeführt oder an eine Wellrippe 84, 85 angebunden sein.
In 11 ist zwischen zwei Flachrohren 91, 92 eine bekiemte Wellrippe 94 angeordnet. Bei 98 ist angedeutet, dass die Kiemen der Wellrippe 94, zum Beispiel mit Kleber oder Lack verschlossen sein können, um einen Trennbereich zu bilden. Die Kiemen in dem Trennbereich 98 können auch durch Schweißen oder Löten verschlossen werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Kiemen der Wellrippe 94 in dem Trennbereich 98 durch mit Lot angereichertes Flussmittel verschlossen.
In 12 ist zwischen zwei Rohren 101, 102 eine bekiemte Wellrippe 104 angeordnet. In einem Trennbereich 108 sind die Wellrippenzwischenräume, zum Beispiel mit Kleber, Lack oder Lot, ausgefüllt.
In 13 sind die drei Flachrohre 111, 112, 113 dargestellt. Zwischen zwei benachbarten Flachrohren 111, 112; 112, 133 sind jeweils zwei Wellrippen oder Wellrippenabschnitte 115, 116 und 117, 118 angeordnet. Die Wellrip penabschnitte 115, 116 und 117, 118 sind jeweils durch ein Zwischenteil 121, 122 voneinander getrennt. Die Zwischenteile 121, 122 werden vor oder nach dem Löten eingepresst.
In 14 ist angedeutet, dass mehrere Zwischenteile 121, 122 einstückig mit einem Verbindungselement 130 verbunden sein können. Durch das Verbindungselement 130 mit den Zwischenteilen 121, 122 wird ein kammartiges Trennelement geschaffen. In 14 ist zwischen dem Flachrohr 113 und einem weiteren Flachrohr 124 eine Wellrippe 126 mit offenen Kiemen 128 angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Kiemen einer Wellrippe nach einem vorangegangenen Kiemen-Schneideprozess durch mechanisches Verprägen zumindest partiell wieder verschlossen. Nach dem zumindest partiellen Verschließen der Kiemen wird die Wellrippe gefaltet. Das mechanische Verprägen der Kiemen kann vor oder nach dem Löten des zugehörigen Wärmeübertragerblocks erfolgen. Nach dem Löten kann das Verprägen der Kiemen zum Beispiel mit einem nadelartigen Werkzeug durchgeführt werden, das in die Wellrippe eingeführt wird, um die aufgestellten Kiemen zu verschließen beziehungsweise zu verbiegen.

Claims

Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit von einem Medium durchströmten Rohren (7–10; 41, 42; 51, 52; 61, 62; 81, 82; 91, 92; 101, 102; 111–113), zwischen denen Leiteinrichtungen (14, 15; 44; 54; 64; 70; 84, 85; 94; 104; 115–118) für ein weiteres Medium angeordnet sind, das dem Wärmeübertrager auf einer Anströmseite zugeführt wird, die Rohre in den Zwischenräumen mit den Leiteinrichtungen umströmt und auf einer Abströmseite abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Wärmeübertragers mit den Rohren und den Leiteinrichtungen durch mindestens einen Trennbereich (48; 64; 72–75; 88; 98; 108; 121, 122) intern in Zonen (17–20) unterteilt ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Trennbereich (48; 64; 72–75; 88; 98; 108; 121, 122) im Wesentlichen quer zu den Rohren erstreckt.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiteinrichtung (44) in mindestens einem Trennbereich (48) partiell so stark verdichtet ist, dass ein Überströmen des weiteren Mediums zwischen unterschiedlichen Zonen zumindest stark eingeschränkt wird.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Kiemen versehene Leiteinrichtung (54) in mindestens einem Trennbereich (64) keine Kiemen aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Kiemen versehene Leiteinrichtung (94; 104) in mindestens einem Trennbereich (98; 108), insbesondere durch Stoffschluss oder mechanisch, verschlossene Kiemen aufweist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kiemen versehene Leiteinrichtung (70) zyklisch wechselnd Bereiche (71, 72) mit Kiemen und Trennbereiche (73–75) ohne Kiemen oder mit verschlossenen Kiemen aufweist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Trennbereich eine Leiteinrichtung (64) mit einer durchgehenden Oberfläche angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Rohren mindestens zwei Leiteinrichtungen (84, 85) oder Leiteinrichtungsabschnitte (115, 166) einer Leiteinrichtung angeordnet sind, zwischen denen in einem Trennbereich ein Zwischenteil (88; 121) angeordnet ist.
Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zwischenteile (121, 122) an einem Verbindungselement (130) befestigt sind.
Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (7–10) und/oder die Leiteinrichtung (14, 15) auf der Anströmseite und/oder auf der Abströmseite in mindestens einem Trennbereich mit mindestens einem externen Trennelement (24, 25) versehen sind.
Verfahren zum Herstellen einer mit Kiemen versehenen Leiteinrichtung für einen Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiemen nach einem Schneidvorgang in mindestens einem Trennbereich zumindest partiell, insbesondere mechanisch oder stoffschlüssig, verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Verschließen der Kiemen durch Prägen erfolgt.