DE102011077633A1 - Heat exchanger, particularly for motor vehicle, has heat exchanger block provided with meander-shaped base body, where two flow channels for two fluids are provided in meander-shaped base body, and front ends of adjacent walls are sealed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Wärmeübertragerblock, welcher aus einem mäanderförmigen Grundkörper besteht, wobei der mäanderförmige Grundkörper erste Strömungskanäle für ein erstes Fluid und zweite Strömungskanäle für ein zweites Fluid bildet und ein erster Strömungskanal des ersten Fluids durch eine Wand des mäanderförmigen Grundkörpers von dem zweiten Strömungskanal des zweiten Fluids getrennt ist und die ersten Strömungskanäle des ersten Fluids auf einer ersten Stirnseite des Grundkörpers an einen Verteilerkasten grenzen und an der zweiten Stirnseite des Grundkörpers in einen Sammelkasten münden, wobei die zweiten Strömungskanäle des zweiten Fluids auf beiden Stirnseiten verschlossen sind.The invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising a heat exchanger block, which consists of a meandering body, wherein the meandering body forms first flow channels for a first fluid and second flow channels for a second fluid and a first flow channel of the first fluid through a wall of the meander-shaped main body is separated from the second flow channel of the second fluid and the first flow channels of the first fluid on a first end face of the main body adjoin a distribution box and open at the second end face of the main body in a collection box, wherein the second flow channels of the second fluid on both End faces are closed.
Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher ist aus der
Gemäß der
Die
Ein Wärmetauscher mit einem mäanderförmigen Grundkörper, welcher sowohl erste Strömungskanäle als auch zweite Strömungskanäle für ein erstes bzw. ein zweites Fluid bildet, ist aus der
Aus der
Die Verwendung von diesen, auch als Böden bezeichneten Verschließeinrichtungen hat den Nachteil, dass die Abstimmung der Verschließeinrichtungen zum mäanderförmigen Profil im Zusammenhang mit dem Fügeprozess Löten sehr aufwändig ist, da die Verschließeinrichtungen aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung immer einen festen Abstand zwischen den einzelnen Trennwänden der Mäander vorgeben.The use of these, also referred to as bottoms closure devices has the disadvantage that the vote of the closing devices for meandering profile in connection with the joining process soldering is very complex, since the closure devices always give a fixed distance between the individual partitions of the meander due to their structural design ,
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher anzugeben, bei welchem Wärme zwischen mindestens zwei Fluiden ausgetauscht werden kann, wobei die Kreisläufe der beiden Fluids einfach und kostengünstig herstellbar sind.The invention is therefore based on the object to provide a heat exchanger in which heat can be exchanged between at least two fluids, the circuits of the two fluids are simple and inexpensive to produce.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die stirnseitigen Enden jeweils zweier, nebeneinander liegender Wände des mäanderförmigen Grundkörpers dichtend miteinander zum Verschluss jeweils eines zweiten Strömungskanals des zweiten Fluids verbunden sind und die offenen Seiten der zweiten Strömungskanäle des zweiten Fluids mit einer Abdeckung versehen sind. Dies hat den Vorteil, dass die Trennung des ersten Strömungskanals des ersten Fluids von dem zweiten Strömungskanal des zweiten Fluids nur durch den mäanderförmigen Grundkörper selbst erfolgt. Ein zusätzliches Element, wie ein Boden, wird dabei nicht benötigt. Durch die dichtende Verbindung der nebeneinander liegenden Wände können die Toleranzen des Grundkörpers besser ausgeglichen werden. Somit wird die Abdichtung des zweiten Kreislaufes für das zweite Fluid gegenüber dem ersten Fluid mittels demselben Element erreicht, welches auch die Strömungskanäle realisiert. Durch einen Verzicht auf ein zusätzliches Bauteil in Form der Verschließeinrichtung entfallen zusätzliche Kasten betreffend Material, Herstellung und Kassettierung.According to the invention, the object is achieved in that the front ends of each of two juxtaposed walls of the meandering body sealingly connected to each other for closing a second flow channel of the second fluid and the open sides of the second flow channels of the second fluid are provided with a cover. This has the advantage that the separation of the first flow channel of the first fluid from the second flow channel of the second fluid takes place only through the meander-shaped main body itself. An additional Element, like a floor, is not needed. Due to the sealing connection of the adjacent walls, the tolerances of the body can be better compensated. Thus, the sealing of the second circuit for the second fluid with respect to the first fluid is achieved by means of the same element, which also realizes the flow channels. By dispensing with an additional component in the form of the closing device eliminates additional box regarding material, manufacturing and cassetting.
Vorteilhafterweise sind die stirnseitigen Enden der nebeneinander liegenden Wände plastisch umgeformt, vorzugsweise gecrimpt oder gebördelt. Dabei liegen die Enden der Wände formschlüssig aneinander, wobei eine Abstimmung des Bodenprofils zu einem zusätzlichen Bauteil entfällt. Dabei kann das erste Fluid axial durch den Grundkörper strömen, ohne dass dieses umgelenkt werden muss. Dadurch, dass die Umlenkungen unterbunden werden, wird der Druckverlust des ersten Fluids beim Durchströmen des Wärmetauschers verringert. Durch die plastische Umformung kann der zweite Strömungskanal des zweiten Fluids eine sehr geringe Breite aufweisen, wodurch die räumliche Ausdehnung des Wärmetauschers verringert wird. Da der mäanderförmige Grundkörper nur umgeformt wird, kann ebenfalls mit kleineren Wandstärken gearbeitet werden, wodurch das Gewicht des Wärmetauschers reduziert wird.Advantageously, the front ends of the adjacent walls are plastically deformed, preferably crimped or crimped. The ends of the walls are positively against each other, with a vote of the soil profile is omitted to an additional component. In this case, the first fluid can flow axially through the base body, without this having to be deflected. The fact that the deflections are prevented, the pressure loss of the first fluid is reduced as it flows through the heat exchanger. As a result of the plastic deformation, the second flow channel of the second fluid can have a very narrow width, which reduces the spatial extent of the heat exchanger. Since the meandering body is only reshaped, can also be used with smaller wall thicknesses, whereby the weight of the heat exchanger is reduced.
In einer Ausgestaltung sind die, von der plastischen Umformung ausgehenden, gegenüberliegenden Wände in einem Übergangsbereich trichterähnlich ausgebildet und nehmen insbesondere jeweils einen Winkel von mehr als 90° gegenüber der Umformung ein. Durch das Aufweiten der Enden der Wände bildet sich ein strömungsgünstigeres Profil aus, wobei unnötige Eintrittsdruckverluste, wie sie bei der Benutzung eines Bodens auftreten, unterbunden werden, da jetzt eine reduzierte Kreisströmung durch die Verengung der Strömung auftritt.In one embodiment, the opposite walls starting from the plastic deformation are funnel-shaped in a transition region and in particular each take an angle of more than 90 ° with respect to the deformation. By widening the ends of the walls, a more aerodynamic profile is formed, eliminating unnecessary inlet pressure losses, such as occur in the use of a floor, since now a reduced circular flow through the constriction of the flow occurs.
In einer Variante besteht der, die Strömungskanäle bildende mäanderförmige Grundkörper aus einem ununterbrochenen Band. Aus einem solchen ununterbrochenen Band, welches vorzugsweise aus Metall besteht, lässt sich sehr einfach ein mäanderförmiger Querschnitt des Grundkörpers herstellen, was den Herstellungsprozess des Wärmeübertragerblocks vereinfacht und somit die Herstellungskosten reduziert.In one variant, the meander-shaped main body forming the flow channels consists of an uninterrupted band. From such a continuous band, which preferably consists of metal, can be very easily produce a meandering cross-section of the body, which simplifies the manufacturing process of the heat exchanger block and thus reduces the manufacturing cost.
In einer Weiterbildung ist jeweils ein Querschnitt des ersten und zweiten Strömungskanals rechteckförmig und/oder wellenförmig und/oder trapezförmig ausgebildet. Durch diese Querschnittsformen ergibt sich ein kompakter, druckfester Grundkörper, wobei bei jeder dieser Querschnittsformen das Crimpen der Enden der Wände zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungskanal einfach auszuführen ist.In one development, in each case a cross section of the first and second flow channels is rectangular and / or wave-shaped and / or trapezoidal. These cross-sectional shapes result in a compact, pressure-resistant base body, wherein in each of these cross-sectional shapes, the crimping of the ends of the walls between the first and the second flow channel is easy to perform.
Vorteilhafterweise weist die Abdeckung des zweiten Strömungskanals des zweiten Fluids einen Verteilerkanal und einen Sammelkanal für das zweite Fluid auf, welche sich vorzugsweise annähernd senkrecht zu den zweiten Strömungskanälen des zweiten Fluids erstrecken, wobei die Abdeckung mit dem Grundkörper insbesondere verlötet oder verklebt oder verschweißt ist. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der aus Grundkörper und Abdeckung gebildete Wärmeübertragerblock auch ohne Anbauteile wie Abdeckungsseitenteile und Luftkästen in einem Gehäuse integriert werden kann. Die Abdeckung ist dazu notwendig, dass ein vollständiger Kreislauf für das zweite Fluid geschaffen wird. Die Abdeckung lässt sich mittels an sich bekannter Fügeprozesse einfach an dem Grundkörper anbringen.Advantageously, the cover of the second flow channel of the second fluid to a distribution channel and a collection channel for the second fluid, which preferably extend approximately perpendicular to the second flow channels of the second fluid, wherein the cover with the main body is in particular soldered or glued or welded. Such a configuration has the advantage that the heat exchanger block formed from the base body and cover can be integrated in a housing without attachments such as cover side parts and air boxes. The cover is necessary to provide a complete circuit for the second fluid. The cover can be easily attached to the base body by means of known joining processes.
Vorteilhafterweise ist der Wärmeübertragerblock in einem Gehäuse integriert, wobei der Verteilerkasten und der Sammelkasten an jeweils einer offenen Seite des Gehäuses, insbesondere zueinander gegenüberliegend, positioniert sind. Dabei können Abdeckungsbestandteile, Seitenteile oder Fluidführungskästen wie Verteiler- und Sammelkästen an dem Wärmeübertragerblock entfallen, da diese in das bzw. an dem Gehäuse integriert werden. Die mit dem Grundkörper verlötete Abdeckplatte kann mit dem Gehäuse durch Schrauben, Clipse, Wellschlitzbördelung, Krallen, Kleben, Löten oder Schweißen verbunden werden. Bei der Anordnung des Wärmeübertragerblocks in dem Gehäuse werden Thermospannungen reduziert, da sich die heißen Strömungskanäle frei ausdehnen können.Advantageously, the heat exchanger block is integrated in a housing, wherein the distribution box and the collecting box are respectively positioned on an open side of the housing, in particular opposite one another. This cover components, side panels or fluid guide boxes such as distribution and collection boxes can be omitted on the heat exchanger block, since they are integrated into or on the housing. The cover plate soldered to the base body can be connected to the housing by means of screws, clips, corrugated-edge flanging, claws, gluing, soldering or welding. In the arrangement of the heat exchanger block in the housing thermoelectric voltages are reduced because the hot flow channels can expand freely.
In einer weiteren Ausführungsform sind mindestens zwei Wärmeübertragerblöcke, vorzugsweise gegenüberliegend, in dem Gehäuse angeordnet. Somit kann mit nur einer baulichen Einheit, welche mindestens zwei Wärmeübertragerblöcke aufnimmt, ein Wärmeaustausch zwischen mehr als nur zwei Fluiden ausgeführt werden. Dies verbessert die Wärmetauschleistung des Wärmetauschers.In a further embodiment, at least two heat exchanger blocks, preferably opposite one another, are arranged in the housing. Thus, with only one structural unit, which accommodates at least two heat exchanger blocks, a heat exchange between more than just two fluids are performed. This improves the heat exchange performance of the heat exchanger.
In einer Variante ist mindestens ein Wärmeübertragerblock modular aufgebaut. Diese modulare Ausbildung vereinfacht den Einbau der Wärmeübertragerblöcke in das Gehäuse, da der mit standardisierten Abmaßen ausgebildete Wärmeübertragerblock bereits vorgefertigt in das Gehäuse eingesetzt werden kann.In one variant, at least one heat exchanger block is modular. This modular design simplifies the installation of the heat exchanger blocks in the housing, since the formed with standardized dimensions heat exchanger block can be used already prefabricated in the housing.
In einer Variante weisen die sich gegenüberliegenden Wände zueinander ausgerichtete Einprägungen auf, welche insbesondere miteinander verschweißt sind. Diese Einprägungen, welche gleichzeitig als Turbulenzerzeugungseinheiten, sogenannte Winglets, dienen, sind an den Wänden der Strömungskanäle angeordnet und erzeugen eine turbulente Strömung des in dem jeweiligen Strömungskanal fließenden Fluids, wodurch der Wärmeaustausch zwischen beiden Fluids verbessert wird. Durch die Verschweißung der Einprägungen wird die Stabilität des Grundkörpers erhöht.In a variant, the opposing walls have embossments aligned with each other, which in particular are welded together. These impressions, which simultaneously serve as turbulence generation units, so-called winglets serve, are arranged on the walls of the flow channels and generate a turbulent flow of the fluid flowing in the respective flow channel, whereby the heat exchange between the two fluids is improved. By welding the impressions, the stability of the body is increased.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention allows numerous embodiments. Some of these will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigt:It shows:
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical features are identified by the same reference numerals.
In
Ein solcher Wärmetauscher
In
Der Wärmeübertragerblock
Wie aus
Die Umformungen
In den gemäß
In
Der in
Die Abdeckung
Mittels eines Dichtelementes
Wie aus
In
Der beschriebene Wärmetauscher
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R163 | Identified publications notified | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GRAUEL, ANDREAS, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAHLE INTERNATIONAL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BEHR GMBH & CO. KG, 70469 STUTTGART, DE Effective date: 20150304 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: GRAUEL, ANDREAS, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE Effective date: 20150304 |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |