DE102008006474A1

DE102008006474A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102008006474A1
Application number: DE200810006474
Authority: DE
Inventors: Helmut Roll
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem eine Eintrittsöffnung (10) aufweisenden Sammelkasten (1), wobei der Wärmetauscher Flachrohre (2) und zwischen den Flachrohren (2) angeordnete Kühlrippen aufweist, wobei die Flachrohre (2) strömungstechnisch mit dem Sammelkasten (1) verbunden sind, und wobei an einer Wand (12) des Sammelkastens (1) Leitelemente (30) angeordnet sind, die den durch die Eintrittsöffnung (10) eintretenden Medienstrom in Teilströme (a, b, c) aufteilen. Um den Druckverlust weiter zu reduzieren wurde erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einströmöffnung (10) in Einströmöffnungsquerschnitte (10a, 10b, 10c) aufgeteilt ist, und dass die Leitelemente (30) die durch die Einströmöffnungsquerschnitte (10a, 10b, 10c) strömenden Teilströme (a, b, c) denselben zugeordneten Gruppen (20a, 20b, 20c) von Flachrohren (2) zuleiten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem eine Eintrittsöffnung aufweisenden Sammelkasten, wobei der Wärmetauscher Flachrohre und zwischen den Flachrohren angeordnete Kühlrippen besitzt, wobei die Flachrohre strömungstechnisch mit dem Sammelkasten verbunden sind, und wobei an einer Wand des Sammelkastens Leitelemente angeordnet sind, die den durch die Eintrittsöffnung eintretenden Medienstrom in Teilströme aufteilen.
Aus der DE 203 07 881 U1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der die einleitend aufgeführten Merkmale besitzt. Die Leitelemente dienen der Senkung des Druckverlustes im damit geleiteten Medium. Dort sind am Rohrboden angebrachte erste Leitelemente auf jedes einzelne Flachrohrende zugeschnitten worden. Es handelt sich beispielsweise um Einlegeteile. Jedoch sind in der dortigen 1, mit der Position 30, auch am Sammelkasten angeordnete zweite Leitelemente gezeigt worden, die, in gewisser Weise, den in den Sammelkasten eintretenden Medienstrom in Teilströme aufteilen. Die Teilströme werden im Anschluss an diese Leitelemente, d. h. in Richtung auf den Rohrboden hin, allerdings wieder vereinigt. Die zweiten Leitelemente wirken mit den ersten Leitelementen zusammen, jedoch werden an den Übergangsstellen zwischen den ersten und zweiten Leitelementen Turbulenzen auftreten, die der Senkung des Druckverlustes nicht besonders dienlich sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht ebenfalls in der Senkung des Druckverlustes. Die erfindungsgemäße Lösung wird mit einem Wärmetauscher erreicht, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Weil gemäß der Erfindung der Bereich der Einströmöffnung in Einströmöffnungsquerschnitte aufgeteilt ist, und weil das Leitelement die durch die Einströmöffnungsquerschnitte strömenden Teilströme ihnen zugeordnete Gruppen von Flachrohren zuleitet, kann eine weitere Senkung des Druckverlustes erwartet oder jedenfalls vermutet werden. Verwirbelungen des Mediums werden von der Eintrittsöffnung bis hin zu den Flachrohren deutlicher als im Stand der Technik unterdrückt. Das Merkmal, wonach der Bereich der Einströmöffnung in Einströmöffnungsquerschnitte aufgeteilt ist, ist so zu verstehen, dass die Aufteilung der Teilströme entweder unmittelbar in der Einströmöffnung oder auch im Anschluss an dieselbe geschehen kann. Verglichen mit dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, der für jedes einzelne Flachrohrende Leitelemente vorsieht, scheint der bautechnische Aufwand für den Wärmetauscher mit der vorschlagsgemäßen Ausbildung von Gruppen von Flachroh ren, deren Enden nicht mit Leitelementen ausgebildet werden müssen, gesenkt worden zu sein. Auf die vorne beschriebenen zwei Typen von Leitelementen wird hier verzichtet, was sich ebenfalls aufwandsmindernd bemerkbar macht.
Die Anzahl und Größe der Gruppen und der korrespondierenden Einströmöffnungsquerschnitte kann konstruktiv zweckmäßig festgelegt werden. Dabei wird auch daran gedacht, den von der Einströmöffnung entfernt liegenden Flachrohren das Medium gezielt zuzuführen, das heißt, die Strömung auf alle Flachrohre bzw. auf alle Flachrohrgruppen möglichst gleichmäßig zu verteilen, wodurch der Wärmetausch bekanntlich verbessert wird, wodurch aber auch die durch hohe Temperaturunterschiede induzierten Werkstoffspannungen positiv beeinflusst werden könnten.
Da die Leitelemente am Sammelkasten befestigt sind, das heißt, sie verbinden die beiden Längswände des Sammelkastens miteinander, verstärken sie denselben gegen Innendruck. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2–13 enthalten, die als an dieser Stelle genannt angesehen werden sollen. Die Austrittsöffnung des Sammelkastens oder des anderen Sammelkastens des Wärmetauschers kann in identischer Weise mit Leitelementen und mit Gruppen von Flachrohren ausgebildet sein wie der Sammelkasten mit der Eintrittsöffnung. Die erwähnten weiteren Merkmale und auch andere unter Umständen wichtige Merkmale sowie deren Vorteile ergeben sich ferner aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Die 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Wärmetauscherteil mit einem Sammelkasten und einem Leitelement darin.
Die 2 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung eines Teiles gemäß 1.
Die 3, 4 und 5 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
Die 6a, 6b zeigen ein abgewandeltes Leitelement.
Die 7 und 8 zeigen andere Aufteilungen der Querschnitte und Gruppen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Wärmetauscher, deren Sammelkästen 1 aus Metall, beispielsweise aus Aluminiumblech hergestellt werden, sodass ein Ganz-Metall-Wärmetauscher vorliegt. Solche Ganz-Metall-Wärmetauscher werden im Zuge ihrer Herstellung gewöhnlich in einem CAB-Lötofen gelötet. Auf Ganz-Metall-Wärmetauscher ist der erfindungsgemäße Vorschlag allerdings nicht beschränkt. Vielmehr umfasst er auch solche häufig anzutreffenden Wärmetauscher, deren Sammelkästen 1 einschließlich der Bodenplatten 3 aus Kunststoff hergestellt worden sind, wobei dann das Leitelement 30 ebenfalls aus Kunststoff besteht. Die Bodenplatten – sofern überhaupt vorhanden – können allerdings auch aus Metall bestehen. Der Rest des Wärmetauschers – also die Flachrohre 2 und die Kühlrippen – besteht zweckmäßigerweise immer aus Metall.
In den beigefügten Abbildungen wurden bezüglich der Wärmetauscher nur eine Seite derselben, das heißt, ein Sammelkasten 1 und ein Teil des sich anschließenden Kühlnetzes gezeigt. Am nicht gezeigten anderen Ende des Kühlnetze bzw. der Flachrohre 2 kann sich ein identischer Sammelkasten 1 mit einer Austrittsöffnung befinden.
Der nicht gezeigte Sammelkasten kann allerdings auch ein Umlenkkasten sein, wobei dann das in den Rohren strömende Mittel in einigen Rohren des Kühlnetzes einen Hinweg zum Umlenkkasten und in den anderen Rohren einen Rückweg zum Sammelkasten durchströmt. In diesem Fall wäre der gezeigte Sammelkasten 1 in einen Eintrittsteil und einen Austrittsteil unterteilt, wobei sich am Austrittsteil die Austrittsöffnung befinden würde. Solche Wärmetauscherausführungen sind hinlänglich bekannt und bieten sich zur Nutzung der vorschlagsgemäßen Vorteile an. Sie wurden deshalb ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt.
Zurück zu den gezeigten Ausführungsbeispielen. Die Flachrohre 2 und Kühlrippen (nicht gezeichnet) werden in bekannter Weise zu einem Kühlnetz zusammengelegt. In den Ausführungsbeispielen ist lediglich eine Reihe von Flachrohren 2 vorhanden. In Tiefenrichtung des Kühlnetzes könnten auch mehrere Flachrohrreihen hintereinander angeordnet sein. An den gegenüberliegenden Flachrohrenden sind Rohrhalter 3 vorgesehen, die dann an den Flachrohrenden angesetzt werden. Die Flachrohrenden reichen seitlich gering über die beiden Längsränder der Rohrhalter 3 hinaus. (Überstand 25, 5) Die Rohrhalter 3 stellen gleichzeitig die Bodenplatte 3 des Sammelkastens 1 dar. Der Sammelkasten 1 weist an seinen beiden Längswänden 12 angeordnete Vorsprünge 15 auf. Die Abstände der Vorsprünge 15 entsprechen den Abständen der Flachrohre 2 im Kühlnetz, sodass jeder Vorsprung 15 in ein entsprechendes Flachrohrende eingeschoben werden kann. Wie die Figuren, insbesondere 5, hierzu zeigen, werden die Längswände 12 von außen an die Längsränder der Rohrhalter 3 angesetzt, wobei die Vorsprünge 15 im Bereich der erwähnten Überstände 25 in die Flachrohrenden eingeschoben werden können.
Der Sammelkasten 1 weist eine Eintrittsöffnung 10 auf, durch die beispielsweise komprimierte zu kühlende Luft, wie Ladeluft, oder auch beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, einströmen und sich auf die Flachrohre 2 verteilen kann, in denen sie mittels der durch die Rippen strömenden Kühlluft gekühlt wird. Als Kühlmittel könnte auch ein flüssiges Medium verwendet werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1–6 wurde die Eintrittsöffnung 10 mittels des Leitelements 30 in vier etwa gleich große Einströmöffnungsquerschnitte 10a, 10b, 10c, und 10d aufgeteilt. Dazu ist das Leitelement 30 in Form eines Kreuzes angeordnet, dessen Zentrum etwa mit dem Zentrum der Einströmöffnung 10 fluchtet. Das erwähnte Kreuz wurde im Ausführungsbeispiel dadurch gebildet, dass die beiden Blechteile 30.1 und 30.2 des Leitelements 30 einen sich bis etwa zur Hälfte ihrer Breite reichenden Schlitz 31 aufweisen, um nach Art einer Steckbauweise in den Schlitzen 31 zusammengesteckt bzw. ineinander gesteckt werden zu können. Dadurch halten sich die Blechteile 30.1, 30.2 gegenseitig, und sie halten auch ihre Position im Sammelkasten 1, um darin im Zuge des erwähnten Lötprozesses verbunden zu werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 wird die Positionshaltung dadurch weiter unterstützt, dass sich das eine Blechteil 30.1 des Leitelements 30 bis in die Eintrittsöffnung 10 hinein erstreckt. Das zweite Blechteil 30.2 beginnt hingegen erst im Anschluss an die Eintrittsöffnung 10. Das führt dann dazu, dass gewissermaßen direkt in der Eintrittsöffnung 10 zunächst zwei Teilströme entstehen und unmittelbar im Anschluss an die Eintrittsöffnung 10 entstehen aus den zwei Teilströmen vier Teilströme. In derselben befindet sich ein Stutzen 40 zum Anschluss einer nicht gezeigten Kupplung. Der Stutzen 40 besitzt ebenfalls einen Schlitz 41, der in Verbindung mit dem ersten Blechteil 30.1 ist, um eine Positionssicherung für den Stutzen 40 zu gewährleisten. (2)
Wegen der angesprochenen Lötung sind die Ränder des Leitelements 30 beispielsweise durch eine Abkantung 33 so verbreitert, dass mit guten Lötergebnissen gerechnet werden kann, wobei es hier nicht auf dichte jedoch auf haltbare Verbindung ankommt, denn die Leitelemente 30 können dann die Widerstandsfähigkeit des Sammelkastens 1 gegen Innendruck verbessern. Das Leitelement 30 ist weiterhin so gestaltet, dass von jedem Eintrittsöffnungsquerschnitt 10a, 10b, 10c und 10d ein möglichst hindernisarmer bzw. störungsfreier Strömungsweg für jeweils einen Teilstrom a, b, c, d zu jeweils einer Gruppe 20a, 20b, 20c, 20d von Flachrohren 2 ausgebildet ist. (1 oder 3) Die Grenzen der Gruppen 20 werden durch das Leitele ment 30 festgelegt. Jede Gruppe 20 besteht aus mehreren benachbarten Flachrohren 2. Alle Gruppen 20 dieses Ausführungsbeispiels weisen etwa die gleiche Größe bzw. wenigstens etwa die gleiche Anzahl von Flachrohren auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind etwa 8–10 Flachrohre 2 pro Gruppe 20 vorhanden.
Die Anzahl der Gruppen 20a, 20b, 20c, 20d (vier) von Flachrohren 2 stimmt demnach mit der Anzahl der Teilströme a, b, c, d (vier) überein. In den 1 und 3 wurde der Sammelkasten 1 teilweise aufgebrochen gezeichnet und die einzelnen Teilströme a, b, c, d wurden in der 3 durch Pfeile mit unterschiedlicher Linienführung kenntlich gemacht. Die Zugehörigkeit der Teilströme zu den Gruppen 20 ist daraus ebenfalls erkennbar. Die einzelnen Gruppen 20 wurden mittels geschwungener Klammern angedeutet. Die Enden der Flachrohre 2 in den Gruppen 20 ragen möglichst nicht wesentlich in den Sammelkasten 1 hinein sondern enden vorzugsweise etwa auf dem Niveau des Bodens 3 des Sammelkastens 1, wodurch ebenfalls der Senkung des Druckverlustes gedient wird.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 wird das Leitelement 30 als Einzelteil in den Sammelkasten 1 eingesetzt. Im Unterschied dazu wurde im Ausführungsbeispiel gemäß den 3–5 das eine Teil 30.2 des Leitelements 30 als Teil der Bodenplatte 2 ausgebildet. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet Stege als Verbindung zwischen der Bodenplatte 3 und dem Leitelementteil 30.2. Das Leitelement 30 und somit auch die Aufteilung der Teilströme a, b, c, d beginnt in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar im Anschluss an die Einströmöffnung 10.
In den 6a und 6b wird diese Ausführung in leicht abgewandelter Form in zwei perspektivischen Ansichten gezeigt. Es handelt sich dabei um ein ausgestanztes und umgeformtes Blechteil. In den Stegen 32 können sich Positionierungshilfen in Form weiterer Schlitze 33, 34 befinden.
Die Einströmöffnungsquerschnitte 10 und die ihnen zugeordneten Gruppen 20 können, im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungen, auch verschiedene Größen aufweisen. Auch die Anzahl der Gruppen 20 und der Öffnungsquerschnitte kann den Anforderungen des Einzelfalls konstruktiv angepasst werden. Dazu wird auf die 7 aufmerksam gemacht, wo lediglich drei Öffnungsquerschnitte 10a, 10b, 10c vorhanden sind, die mit drei Gruppen 20 kooperieren. Der Querschnitt 10c kann größer sein als die anderen Querschnitte 10a bzw. 10b.
Schließlich zeigt die 8 ein Ausführungsbeispiel mit sechs Öffnungsquerschnitten 10a–10f und Gruppen 20. Dem Fachmann werden weitere nicht gezeigte Varianten, basierend auf dem vorschlagsgemäßen Grundgedanken, einfallen. Sich kreuzende Bauteile des Leitelements 30 sind zur Aufteilung der Querschnitte durchaus nicht immer notwendig, auch wenn die gezeigten Ausführungsbeispiele solche vorsehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20307881 U1 [0002]

Claims

Wärmetauscher mit einem eine Eintrittsöffnung (10) aufweisenden Sammelkasten (1), wobei der Wärmetauscher Flachrohre (2) und zwischen den Flachrohren (2) angeordnete Kühlrippen aufweist, wobei die Flachrohre (2) strömungstechnisch mit dem Sammelkasten (1) verbunden sind, und wobei an einer Wand (12) des Sammelkastens (1) ein Leitelement (30) angeordnet ist, das den durch die Eintrittsöffnung (10) eintretenden Medienstrom in Teilströme (a, b, c) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Einströmöffnung (10) in Einströmöffnungsquerschnitte (10a, 10b, 10c) aufgeteilt ist, und dass das Leitelement (30) die durch die Einströmöffnungsquerschnitte (10a, 10b, 10c) strömenden Teilströme (a, b, c) denselben zugeordneten Gruppen (20a, 20b, 20c) von Flachrohren (2) zuführt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe aus mehreren benachbarten Flachrohren (2) besteht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gruppen (20a, 20b, 20c) von Flachrohren (2) vorzugsweise mit der Anzahl der Teilströme übereinstimmt,
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Einströmöffnungsquerschnitte etwa die gleiche Größe haben.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnungsquerschnitte verschiedene Größen aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) durchgehend etwa von der Einströmöffnung (10) bis zu den Grenzen der Gruppen von Flachrohren (2) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Leitelement (30) sowohl die Eintrittsöffnungsquerschnitte festgelegt sind als auch die Teilströme zu den Gruppen (20a, 20b, 20c) leitbar sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) zwei gegenüberliegende Längswände (12) des Sammelkastens (1) verbindet und somit den Sammelkasten (1) gegenüber Innendruck stabilisiert.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) etwa von der Einströmöffnung bis an die Grenzen der Gruppen von Flachrohren herangeführt ist, sodass die Teilströme im Wesentlichen voneinander getrennt den einzelnen Gruppen zuführbar sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Flachrohre in den Gruppen möglichst nicht wesentlich in den Sammelkasten (1) hineinragen sondern vorzugsweise etwa auf dem Niveau des Bodens (3) des Sammelkastens (1) enden.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) entweder auch mit der Bodenplatte (3) verbunden ist oder nicht damit verbunden ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) beispielsweise aus einzelnen, zusammensteckbaren, verformten Blechen (30.1, 30.2) besteht.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) einteilig mit der Bodenplatte ausgebildet sind.