DE102008059737A1 - Cross-flow heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wärmetauscher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit Rohren (10-12), die von einem Medium durchströmt und von einem weiteren Medium umströmt werden, mit mindestens einem Sammelkasten (2, 3), in den die Rohre münden, und mit Leitelementen (13, 14), die zwischen den Rohren (10-12) angeordnet sind. Um einen Wärmetauscher zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und einen relativ hohen Wirkungsgrad aufweist, sind der Sammelkasten (2, 3) und die Rohre (10-12) aus Kunststoff und die Leitelemente (13, 14) aus Metall gebildet.The invention relates to a cross-flow heat exchanger (1) for a motor vehicle, with tubes (10-12), which flows through a medium and flows around another medium, with at least one collecting box (2, 3), in which open the tubes , and with guide elements (13, 14), which are arranged between the tubes (10-12). In order to provide a heat exchanger which is inexpensive to produce and has a relatively high efficiency, the collecting box (2, 3) and the tubes (10-12) made of plastic and the guide elements (13, 14) are formed of metal.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kreuzstrom-Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, mit Rohren, die von einem Medium durchströmt und von einem weiteren Medium umströmt werden, mit mindestens einem Sammelkasten, in den die Rohre münden, und mit Leitelementen, die zwischen den Rohren angeordnet sind.The The invention relates to a cross-flow heat exchanger for a motor vehicle, with pipes that flows through a medium and be surrounded by another medium, with at least a collecting box, into which the pipes open, and with guide elements, which are arranged between the tubes.
Kreuzstrom-Wärmetauscher
können komplett aus Metall, zum Beispiel Aluminium, oder
aus Kunststoff hergestellt werden. Es gibt auch Wärmetauscher,
bei denen der Sammelkasten aus Kunststoff und der Wärmetauscherblock
mit den Rohren und den Wellrippen aus Metall gebildet sind. Aus
den deutschen Offenlegungsschriften
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und einen relativ hohen Wirkungsgrad aufweist.task The invention is a heat exchanger according to the To provide preamble of claim 1, the cost can be produced and has a relatively high efficiency.
Die Aufgabe ist bei einem Kreuzstrom-Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug, mit Rohren, die von einem Medium durchströmt und von einem weiteren Medium umströmt werden, mit mindestens einem Sammelkasten, in den die Rohre münden, und mit Leitelementen, die zwischen den Rohren angeordnet sind, dadurch gelöst, dass der Sammelkasten und die Rohre aus Kunststoff und die Leitelemente aus Metall gebildet sind. Der Sammelkasten kann zum Beispiel im Wesentlichen quaderförmig oder kreiszylindermantelförmig, das heißt als Sammelrohr, ausgeführt sein. Der Sammelkasten kann aber auch eine andere Gestalt aufweisen und wird daher nach seiner Funktion auch als Sammler bezeichnet. Vorzugsweise erstrecken sich die Rohre, die zusammen mit den Leitelementen, insbesondere Wellrippen, den Wärmetauscherblock bilden, zwischen zwei im Wesentlichen gleich oder ähnlich ausgeführten Sammelkästen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind in dem Wärmetauscherblock Rohre aus Kunststoff mit Leitelementen, insbesondere Wellrippen, aus Metall kombiniert. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist im Vergleich zu einem Aluminium-Wärmetauscher leichter und kostengünstiger herzustellen. Dabei benötigt der erfindungsgemäße Wärmetauscher etwa den gleichen Bauraum und weist ähnliche luft- und kühlmittelseitige Druckabfälle auf. Durch die Leitelemente, insbesondere Wellrippen, aus Metall, insbesondere Aluminium, können unerwünscht große Leistungseinbußen gegenüber Aluminium-Wärmetauschern verhindert werden.The Task is with a cross-flow heat exchanger for a motor vehicle, with pipes that flows through a medium and be surrounded by another medium, with at least a collecting box, into which the pipes open, and with guide elements, which are arranged between the tubes, thereby solved that the collecting box and the pipes are made of plastic and the guiding elements Metal are formed. For example, the collection box can be essentially cuboid or kreiszylindermantelelförmig, the means as a manifold, be executed. The collection box but can also have a different shape and will therefore according to his Function also referred to as a collector. Preferably extend the tubes, together with the guide elements, in particular corrugated fins, forming the heat exchanger block, between two substantially identical or similar executed collection boxes. According to an essential aspect of the invention are in the heat exchanger block pipes made of plastic Guide elements, in particular corrugated fins, made of metal combined. Of the Heat exchanger according to the invention is in Compared to an aluminum heat exchanger lighter and cheaper to produce. It requires the Heat exchanger according to the invention about the same space and has similar air and coolant side Pressure drops on. By the guiding elements, in particular Corrugated ribs, made of metal, especially aluminum, can be undesirable Great performance losses compared to aluminum heat exchangers be prevented.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre aus Kunststoff mit dem Sammelkasten aus Kunststoff verschweißt sind. Die Rohrenden sind vorzugsweise mit einem Boden des Sammelkastens verschweißt. Der Sammelkasten kann einteilig und mehrteilig ausgeführt sein. Die einzelnen Teile des Sammelkastens sind vorzugsweise miteinander und mit dem Boden verschweißt. Dadurch kann eine hohe Dichtigkeit erreicht werden.One preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the pipes of plastic with the collecting box made of plastic are welded. The pipe ends are preferably welded to a bottom of the header tank. The collecting box can be made in one piece and multipart. The single ones Parts of the collecting tank are preferably together and with the Welded floor. As a result, a high density can be achieved become.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre und/oder der Sammelkasten aus mindestens einem Kunststoff der folgenden Gruppe gebildet sind: Chloriertes Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyphenylene Oxide (PPO), Polyetherimide (PI), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymerisat (FEP), Polyphenylensulfid (PPS), Self-reinforce Polymer (SRF), Polyaryletherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFE), Silan-modifiziertes und/oder vernetztes Poypropylen (PP), Silan-modifiziertes und/oder vernetztes Polyethylen hoher Dichte (PE-HD), Perfluoralkoxy-Copolymerisat (PFA), Polyphtalamid (PPA), Polyamid (PA XXX), Polysolfun (PSF), Polyimid (PI). Diese Kunststoffe haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. Vorteilhaft sind die Rohre und der Sammelkasten aus dem gleichen Werkstoff gebildet. Dadurch werden die Herstellung und/oder das Verschweißen der einzelnen Teile miteinander erleichtert. Die Rohre und der Sammelkasten können aber auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Es ist auch möglich, einzelne Rohre oder Rohrgruppen aus unterschiedlichen Materialien zu bilden, wenn die einzelnen Rohre oder Rohrgruppen mit unterschiedlichen Materialien in Kontakt kommen oder unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind.A further preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the tubes and / or the collecting box are formed from at least one plastic of the following group: chlorinated polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene oxides (PPO ), Polyetherimides (PI), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyphenylene sulfide (PPS), self-reinforcing polymer (SRF), polyaryletherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), silane-modified and / or cross-linked polypropylene (PP) , Silane-modified and / or cross-linked high density polyethylene (PE-HD), perfluoroalkoxy copolymer (PFA), polyphthalamide (PPA), polyamide (PA XXX), polysulfun (PSF), polyimide (PI). These plastics have proven to be particularly advantageous in the context of the present invention. Advantageously, the tubes and the collecting box are formed from the same material. As a result, the production and / or welding of the individual parts are facilitated with each other. But the pipes and the collecting tank can also be formed of different materials. It is also possible to form individual tubes or tube groups from different materials, if the individual tubes or tube groups come into contact with different materials or are exposed to different temperatures.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre aus einem Kunststoff gebildet sind, der mit wärmeleitenden Füllstoffen gefüllt ist. Als Füllstoffe haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Beispiel Metallpulver, Graphit oder Keramik als vorteilhaft herausgestellt. Je nach Anordnung beziehungsweise Ausrichtung der Füllstoffe im Grundmaterial kann die Wärmeleitfähigkeit deutlich erhöht werden.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the pipes are made of a plastic are formed, filled with heat-conductive fillers is. As fillers are within the scope of the present Invention, for example, metal powder, graphite or ceramic advantageous exposed. Depending on the arrangement or orientation of Fillers in the base material can increase the thermal conductivity be increased significantly.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten einen Boden mit Durchgangslöchern umfasst, deren Umfangsrand einen Anschlag für die Rohre bildet. Der Boden des Sammelkastens stellt die Schnittstelle zu den Rohren dar. Der Boden kann einstückig mit dem Sammelkasten verbunden sein. Vorzugsweise ist der Boden jedoch als separates Teil ausgeführt, das stoffschlüssig mit dem Sammelkasten verbunden wird. Die Durchgangslöcher sind vorzugsweise an die Gestalt der Rohrenden angepasst. Das heißt, die Durchgangslöcher haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt wie die Rohrenden innen. Somit bildet der Umfangsrand bei der Montage der Rohre einen Anschlag.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the collecting box has a bottom Through holes comprises, the peripheral edge of a stop forms for the pipes. The bottom of the collecting tank represents the interface to the pipes. The floor can be one-piece be connected to the collection box. Preferably, the soil is but executed as a separate part, the cohesive connected to the collecting box. The through holes are preferably adapted to the shape of the pipe ends. This means, the through holes preferably have the same cross section like the pipe ends inside. Thus, the peripheral edge forms during assembly the pipes a stop.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsrand durch einen umlaufenden Kragen eingefasst ist, in den die Rohre mit ihren Enden eingesteckt sind. Durch den Kragen wird die Kontaktfläche zwischen den Rohrenden und dem Boden vergrößert.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the peripheral edge by a circumferential Collar is framed, in which the pipes are inserted with their ends are. Through the collar, the contact surface between enlarged the pipe ends and the bottom.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kragen mit den Rohrenden verschweißt sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine dichte Verbindung zwischen den Rohrenden und dem Boden beziehungsweise dem Sammelkasten hergestellt.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the collar welded to the pipe ends are. This is a simple way a tight connection between the pipe ends and the bottom or the collecting box produced.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre als Flachrohre ausgeführt sind. Die Flachrohre haben im Querschnitt vorzugsweise die Gestalt eines Langlochs. Alternativ können die Rohre aber auch eine runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the tubes are designed as flat tubes are. The flat tubes preferably have the shape in cross section a long hole. Alternatively, the pipes can also have a round or an angular cross-section.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre extrudiert sind. Beim Extrudieren können die Rohre innen und/oder außen mit einem Querschnittsprofil versehen werden.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the tubes are extruded. At the The pipes can extrude inside and / or outside be provided with a cross-sectional profile.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre jeweils mindestens einen inneren Steg aufweisen. Durch den Steg werden die Rohre im Querschnitt in mehrere Kanäle unterteilt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung dienen die Stege jedoch dazu, die Steifigkeit der Rohre deutlich zu erhöhen.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the tubes each have at least one have inner web. Through the bridge, the tubes are in cross section divided into several channels. According to one essential aspect of the invention, however, the webs serve significantly increase the rigidity of the pipes.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre formschlüssig mit den Leitelementen verbunden und/oder teilweise von dem Kunststoffmaterial der Rohre umgeben sind. Dadurch wird eine stabile Verbindung zwischen den Leitelementen und den Rohren geschaffen. Diese Verbindung wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass die Rohre, zum Beispiel mit Hilfe von Heizplatten und Heizelementen, vor dem Zusammenfügen mit den Leitelementen erwärmt werden. Nach dem Erwärmen wird der Wärmetauscherblock mit den vorgewärmten Rohren und den Leitelementen zusammengepresst.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the tubes form fit connected to the guide elements and / or partially of the plastic material surrounded by the tubes. This will create a stable connection between created the guide elements and the tubes. This connection will For example, achieved by using the pipes, for example with Help of heating plates and heating elements, before joining be heated with the guide elements. After heating is the heat exchanger block with the preheated Tubes and the guide elements pressed together.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente als Wellrippen mit Biege- oder Knickstellen ausgeführt sind. Die Wellrippen sind vorzugsweise in bekannter Art und Weise im Wesentlichen zickzackförmig gefaltet und aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that the guide elements as corrugated ribs are executed with bending or bending points. The corrugated ribs are preferably substantially zigzag in a known manner folded and formed of aluminum or an aluminum alloy.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Biege- oder Knickstellen jeweils mindestens eine Lasche aus der Wellrippe herausgebogen ist, die, zumindest teilweise, in dem zugehörigen Rohr angeordnet ist. Durch das Eindringen der Lasche aus Metall in das vorzugsweise vorgewärmte Kunststoffmaterial, aus dem das zugehörige Rohr gebildet ist, wird ein stabiler Verbund zwischen Rohr und Wellrippe geschaffen. Es ist auch möglich, dass die Lasche sich bis in den Innenraum des Rohres hinein erstreckt.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that in the region of bending or kinking in each case at least one tab is bent out of the corrugated rib, which, at least partially, arranged in the associated pipe is. By the penetration of the tab of metal in the preferably preheated plastic material from which the associated Tube is formed, a stable bond between pipe and corrugated fin created. It is also possible that the tab is up extends into the interior of the tube.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kreuzstrom-Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Biege- oder Knickstellen jeweils mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, die von dem Rohrmaterial durchdrungen ist. Die Öffnung kann, zumindest teilweise, durch einen Kranz eingefasst sein. Das vorzugsweise erwärmte Kunststoffmaterial drückt sich beim Zusammenpressen des Wärmetauscherblocks durch die Öffnung hindurch, so dass ein Hinterschnitt geschaffen wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine stabile Verbindung zwischen dem Rohr und der Wellrippe geschaffen werden.One Another preferred embodiment of the cross-flow heat exchanger is characterized in that in the region of bending or kinking in each case at least one opening is provided by the pipe material is penetrated. The opening can, at least partially enclosed by a wreath. The preferably heated Plastic material is expressed during compression of the Heat exchanger block through the opening, so that an undercut is created. This can be easy on Way a stable connection between the pipe and the corrugated fin be created.
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:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description, with reference to the drawing various embodiments described in detail are. Show it:
In
den
Zwischen
den beiden Sammelkästen
Der
in den
Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung sind die Rohre
Die
Kunststoffteile werden dann durch ein geeignetes Schweißverfahren
auf einfache Art und Weise stoffschlüssig gefügt
beziehungsweise miteinander verbunden. Durch die vorliegende Erfindung werden
verschiedene Maßnahmen bereitgestellt, wie die Leitelemente
Die
Sammelkästen
Um
die Wärmeleitung in den Kunststoff-Rohren
In
den
Die
beiden Sammelkastenwandungen
Das
Rohr
Die
Längsachse der Durchgangslöcher oder Schlitze
In
Das
Rohr
Alternativ
können statt der Flachrohre
In
Die
Leitelemente
In
Die Öffnung
In
In
In
den
Die
Wellrippe
Bei
dem in
In
Der
in
In
den
In
In
Die
Blechstreifen
Der
Zusammenbau der Wärmetauscher
Anschließend
wird der so gebildete Wärmetauscherblock in Breitenrichtung
Die
Durchgangslöcher
Bei
dem in
Auch
bei der in den
Die
Verbindung zwischen den Kunststoffrohren
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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