DE102011118483A1

DE102011118483A1 - Heat exchanger used for motor car, has base whose oriented cross-section is set with different widths and lengths perpendicular and parallel to longitudinal direction such that maximum length has greater extension than maximum width

Info

Publication number: DE102011118483A1
Application number: DE201110118483
Authority: DE
Inventors: Martin Hoffmann; Georg-Friedrich Lührs
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2011-11-12
Publication date: 2013-05-16

Abstract

The heat exchanger (1) comprises a casing whose longitudinal direction (3) is oriented by a leading side (4) to a rear side (5). A structured transfer surface (6) of a solid portion (2) has a planar base surface (7) having mutually spaced transfer elements (10,11,22,25). The transfer elements are aligned as projections parallel to the base. An oriented cross-section (9) of base is set with different widths perpendicular to longitudinal direction and different lengths parallel to longitudinal direction such that maximum length has greater extension than maximum width.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für eine Elektronik eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Festkörper zur Übertragung von thermischer Energie von dem Festkörper auf ein relativ zu dem Wärmeübertrager bewegtes Fluid, wobei die Längsrichtung des Wärmeübertragers von einer Bugseite zu einer Heckseite des Wärmeübertragers orientiert ist und der Festkörper eine strukturierte Übertragungsfläche aufweist, welche aus einer ebenen Grundfläche und aus den Mantelflächen einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Übertragungselementen besteht, die als Erhebung gegenüber der Grundfläche für eine parallel zur Grundfläche ausgerichtete Umströmung mit dem Fluid ausgebildet sind.The invention relates to a heat exchanger, in particular for electronics of a motor vehicle, comprising a solid body for transmitting thermal energy from the solid to a relative to the heat exchanger fluid moved, wherein the longitudinal direction of the heat exchanger is oriented from a bow side to a rear side of the heat exchanger and the Solid body having a structured transfer surface, which consists of a flat base surface and of the lateral surfaces of a plurality of spaced-apart transmission elements, which are formed as a survey relative to the base for a parallel to the base surface aligned flow around the fluid.

Elektronische Bauteile, insbesondere Bauteile einer Leistungselektronik, müssen in der Regel gekühlt werden, um eine Beschädigung von wärmeempfindlichen elektronischen Elementen des infolge der im Betrieb erzeugten Wärme zu vermeiden. Augenblicklich werden dazu Wärmeübertrager in Form von Kühlkörpern eingesetzt. Diese sind beispielsweise bei Kraftfahrzeugen auf einer von einem Generator oder Spannungsregler abgewandten Seite angeordnet und bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material. Der Wärmeübertrager wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Strom eines Kühlmittels, beispielsweise Luft oder Wasser, beaufschlagt. Das Kühlmittel wird von einer Kühlmittelfördereinrichtung, zum Beispiel einem Gebläse oder einer Pumpe, umgewälzt. Um die Kühlleistung zu verbessern, weist der Kühlkörper auf seiner Oberseite mehrere im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete glatte Kühlrippen auf, deren Oberflächen zusammen mit den Oberflächen in den Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen eine Wärmetauscheroberfläche des Kühlkörpers bilden. Diese Wärmetauscheroberfläche ist in Bezug zum Kühlluftstrom so ausgerichtet, dass die Kühlluft durch die Zwischenräume zwischen den Kühlrippen hindurch im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Kühlkörpers an der Wärmetauscheroberfläche vorbei geleitet wird. Jedoch wurde festgestellt, dass sich an der Wärmetauscheroberfläche Grenzschichten bilden, die eine konvektive Wärmeübertragung und damit die Kühlwirkung beeinträchtigen. Weiterhin kann ein erhöhter Staudruck in dem Wärmeübertrager die Effizienz der Kühlmittelfördereinrichtung beeinträchtigen.Electronic components, in particular components of a power electronics, usually have to be cooled in order to avoid damage to heat-sensitive electronic elements of the heat generated during operation. Currently, this heat exchangers are used in the form of heat sinks. These are arranged for example in motor vehicles on a side facing away from a generator or voltage regulator side and consist of a good heat conducting material. During operation of the motor vehicle, the heat exchanger is subjected to a flow of a coolant, for example air or water. The coolant is circulated by a coolant delivery device, such as a blower or a pump. In order to improve the cooling performance, the cooling body has on its upper side a plurality of substantially parallel aligned smooth cooling fins whose surfaces together with the surfaces in the spaces between the cooling fins form a heat exchanger surface of the heat sink. This heat exchanger surface is aligned relative to the cooling air flow such that the cooling air is directed past the heat exchanger surface through the spaces between the cooling fins substantially parallel to the top of the heat sink. However, it has been found that boundary layers form on the surface of the heat exchanger, which affect a convective heat transfer and thus the cooling effect. Furthermore, an increased back pressure in the heat exchanger can affect the efficiency of the coolant conveyor.

Wärmeübertrager der genannten Art sind beispielsweise aus den Druckschriften WO 2007/122263 A1 , EP 2 112 689 A2 , US 6,771,508 B1 , DE 10 2010 040 610 A1 , US 6,422,307 B1 und US 2004/0134646 A1 bekannt. Diese zeigen Kühlrippen mit kreisrunder oder annähernd kreisrunder Querschnittsfläche bzw. längliche Kühlrippen, deren Flanken parallel zueinander ausgerichtet sind.Heat exchangers of the type mentioned are for example from the publications WO 2007/122263 A1 . EP 2 112 689 A2 . US 6,771,508 B1 . DE 10 2010 040 610 A1 . US 6,422,307 B1 and US 2004/0134646 A1 known. These show cooling ribs with a circular or approximately circular cross-sectional area or elongated cooling ribs whose flanks are aligned parallel to one another.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager mit einer verbesserten Kühlwirkung bereitzustellen.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a heat exchanger with an improved cooling effect.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmeübertrager gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a heat exchanger according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Wärmeübertrager vorgesehen, bei dem jedes Übertragungselement einen parallel zur Grundfläche orientierten Querschnitt mit unterschiedlichen Breiten senkrecht zur Längsrichtung und mit unterschiedlichen Längen parallel zur Längsrichtung des Wärmeübertragers aufweist und bei dem die maximale Länge eine größere Erstreckung aufweist als die maximale Breite. Dieser Wärmeübertrager hat den Vorteil einer besseren Kühlwirkung und ermöglicht bei gleichbleibender Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des Fluids eine Temperaturabsenkung im Inneren der Wärmequelle und insbesondere in den Bereichen mit der höchsten Temperatur um mehrere Kelvin. Der Festkörper des Wärmeübertragers ist dazu mit der Wärmequelle wärmeleitend verbunden.Thus, according to the invention, a heat exchanger is provided in which each transmission element has a cross-section oriented parallel to the base surface with different widths perpendicular to the longitudinal direction and with different lengths parallel to the longitudinal direction of the heat exchanger and wherein the maximum length has a greater extension than the maximum width. This heat exchanger has the advantage of a better cooling effect and allows at constant temperature and flow rate of the fluid, a temperature drop in the interior of the heat source and in particular in the areas with the highest temperature by several Kelvin. The solid body of the heat exchanger is thermally conductively connected to the heat source.

Der Erfindung liegt die durch Simulationen und Versuche gewonnene Erkenntnis zugrunde, dass sich die unterschiedliche Form und Beströmung der Übertragungsfläche positiv auf den Wärmeübergang zwischen der Übertragungsfläche und dem Fluidstrom auswirkt, insbesondere dann, wenn in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung der Querschnitt der Übertragungselemente eine im Wesentlichen linsenförmige, bikonvexe Grundform mit einem konkav gekrümmten Abschnitt hat, deren größte Erstreckung, die maximale Länge, parallel zu der Längsrichtung des durchströmenden Fluids ausgerichtet ist. In diesem Fall wird das Fluid strömungsgünstig an den Mantelflächen der Übertragungselemente entlanggeführt. Zugleich werden Verwirbelungen reduziert, was den Leistungsbedarf der Kühlmittelpumpe verringert. Eine Verringerung des Leistungsbedarfs begründet sich weiterhin in der minimierten Staufläche der angeströmten Übertragungselemente. Diese sind dazu derart gestaltet, dass sie in einem der Strömung zugewandten und in einem der Strömung abgewandten Abschnitt jeweils die schmalste Breite aufweisen. Der Wärmetauscher kann nicht nur bei Kraftfahrzeugen, sondern auch bei anderen elektronischen Geräten, beispielsweise bei Computerkomponenten, eingesetzt werden. Als Kühlmedium wird ein Fluid, zum Beispiel Luft, Öl oder ähnliche Mittel, verwendet. Es hat sich jedoch für die Wärmeübertragung als günstig erwiesen, dass das Fluid Wasser und/oder Glykol ist.The invention is based on the knowledge gained by simulations and tests that the different shape and flow of the transfer surface has a positive effect on the heat transfer between the transfer surface and the fluid flow, in particular if, in a preferred embodiment of the invention, the cross section of the transfer elements is substantially lenticular , biconvex basic shape having a concavely curved portion whose largest extension, the maximum length, is aligned parallel to the longitudinal direction of the fluid flowing through. In this case, the fluid is streamlined along the lateral surfaces of the transmission elements. At the same time, turbulences are reduced, which reduces the power requirement of the coolant pump. A reduction in the power requirement continues to be due to the minimized storage area of the flowed transmission elements. These are designed in such a way that they each have the narrowest width in a section facing the flow and in a section facing away from the flow. The heat exchanger can be used not only in motor vehicles, but also in other electronic devices, such as computer components. The cooling medium used is a fluid, for example air, oil or similar agents. However, it has proved favorable for the heat transfer that the fluid is water and / or glycol.

Die Längsrichtung ist im Sinne der Erfindung die globale Richtung der Fluidströmung zwischen der Bugseite und der Heckseite des Wärmeübertragers. Die lokale Richtung der Fluidströmung zwischen den einzelnen Übertragungselementen ist die Strömungsrichtung. The longitudinal direction in the sense of the invention is the global direction of the fluid flow between the front and the rear side of the heat exchanger. The local direction of the fluid flow between the individual transmission elements is the flow direction.

Das Übertragungselement ist als Erhebung gegenüber der Grundfläche mit einer Höhe ausgebildet. Bei dem Wärmeübertrager haben alle Übertragungselemente dieselbe Höhe. Alternativ dazu haben einzelne oder alle Übertragungselemente eine individuelle Höhe. Der Querschnitt des Übertragungselements weist über die Höhe die gleiche Form und/oder Fläche auf. Der Querschnitt ist parallel zur Längsrichtung symmetrisch. Hierdurch ist es möglich, ein besonders günstiges Strömungsverhalten zu erzielen und über eine kleine Übertragungsfläche viel Wärme zu übertragen. Bei einer besonderen Ausführung des Wärmeübertragers sind die Mantelflächen der Übertragungselemente senkrecht zur Grundfläche orientiert. Die Höhe der Übertragungselemente ist deren Erstreckung zwischen der Grundfläche und der Deckfläche senkrecht zur Grundfläche.The transmission element is formed as a survey relative to the base with a height. In the heat exchanger, all transmission elements have the same height. Alternatively, individual or all transmission elements have an individual height. The cross section of the transmission element has the same shape and / or surface over the height. The cross section is symmetrical parallel to the longitudinal direction. This makes it possible to achieve a particularly favorable flow behavior and to transfer a lot of heat over a small transfer area. In a particular embodiment of the heat exchanger, the lateral surfaces of the transmission elements are oriented perpendicular to the base. The height of the transmission elements is their extension between the base and the top surface perpendicular to the base.

Der Querschnitt hat eine parallel zur Längsrichtung orientierte Längsachse und eine senkrecht zur Längsrichtung orientierte Querachse. In einer speziellen Ausführungsform liegt die Längsachse in der Mitte der Erstreckung des Übertragungselements quer zur Längsrichtung. Der Querschnitt ist bevorzugt symmetrisch zu der Längsachse ausgestaltet. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Querachse in der Mitte der Erstreckung des Übertragungselements parallel zur Längsrichtung. Entlang der Längsachse hat das Übertragungselement seine größte Ausdehnung in der Länge und entlang der Querachse seine größte Ausdehnung in der Breite. Hierdurch ist es möglich, dass für die Wärmeübertragung nachteilige Strömungsabrisse gemindert oder vermieden werden.The cross section has a longitudinal axis oriented parallel to the longitudinal axis and a transverse axis oriented perpendicular to the longitudinal axis. In a specific embodiment, the longitudinal axis lies in the middle of the extension of the transmission element transversely to the longitudinal direction. The cross section is preferably designed symmetrically to the longitudinal axis. In a further embodiment, the transverse axis lies in the middle of the extension of the transmission element parallel to the longitudinal direction. Along the longitudinal axis, the transmission element has its greatest extension in length and along the transverse axis its greatest extension in width. This makes it possible for the heat transfer adverse stalls are reduced or avoided.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Mantelfläche des Übertragungselements an einem Bugpunkt und einem Heckpunkt einen spitzen Winkel aufweist. Der Bugpunkt ist die der Fluidströmung entgegengerichtete Spitze des Querschnitts und ist ein Element der Bugkante des Übertragungselements. Der Heckpunkt ist die in Längsrichtung hinterste Spitze des Querschnitts und ist ein Element der Heckkante des Übertragungselements. Eine derartige Ausführung des Bugpunkts mindert den Staudruck vor einem Übertragungselement, wodurch Verwirbelungen reduziert werden und die Leistung der Kühlmittelpumpe besser ausgenutzt wird. Die Form des Heckpunkts erleichtert das Zusammenströmen des Fluids, welches so annähernd tangential bei nur geringen Verwirbelungen erfolgt.It has proved favorable that the lateral surface of the transmission element has an acute angle at a bow point and a tail point. The bow point is the fluid flow-opposed tip of the cross-section and is an element of the leading edge of the transmission element. The tail point is the longitudinalmost rearmost tip of the cross section and is an element of the rear edge of the transmission element. Such a design of the bow point reduces the dynamic pressure in front of a transmission element, whereby turbulences are reduced and the performance of the coolant pump is better utilized. The shape of the tail point facilitates the confluence of the fluid, which is approximately tangential with only slight turbulence.

Die Mantelfläche des Übertragungselements ist weitestgehend konvex gekrümmt. Diese konvexe Krümmung ist dem Heck des Übertragungselements zugeordnet, während ein Abschnitt am Bug des Übertragungselements eine konkave Krümmung aufweist. Hierdurch wird eine hohe Ausnutzung der Oberfläche zur Wärmeübertragung erreicht, da der Fluidstrom erst spät oder gar nicht abreißt. Dabei ist es vorteilhaft, dass zwischen dem Bugpunkt und der Querachse in einem insbesondere dem Bugpunkt nahen ersten Abschnitt die Mantelfläche konkav gekrümmt ist. Die übrige Mantelfläche, insbesondere in einem dem Heckpunkt nahen zweiten Abschnitt ist konvex gekrümmt. Bei einer präzisierten Weiterbildung der Erfindung beginnt der Abschnitt der konkaven Krümmung am Bugpunkt und endet an einem Wechselpunkt. An dem Wechselpunkt beginnt dann die konvexe Krümmung der Mantelfläche. Hierdurch wird erreicht, dass die Strömung sicher und mit ausreichendem, aber nicht übermäßigem Druck laminar an der Mantelfläche entlanggeführt wird. Dabei ist das Übertragungselement so gestaltet, dass der Wechselpunkt für geringe Strömungsgeschwindigkeiten nahe dem Bugpunkt und bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten nahe der Querachse positioniert ist. Der Abschnitt der konvexen Krümmung endet an dem Heckpunkt. Die Querschnittsform ist zu der Querachse asymmetrisch. Hierdurch bildet sich über einen großen Bereich der Mantelfläche eine Strömung aus, bei der ein sehr geringer Staudruck entsteht.The lateral surface of the transmission element is largely convexly curved. This convex curvature is associated with the rear of the transmission element, while a portion at the bow of the transmission element has a concave curvature. As a result, a high utilization of the surface is achieved for heat transfer, since the fluid flow breaks late or not at all. It is advantageous that between the bow point and the transverse axis in a particular near the bow point near the first section, the lateral surface is concavely curved. The remaining lateral surface, in particular in a second section near the rear point, is convexly curved. In a more specific embodiment of the invention, the portion of the concave curvature begins at the bow point and ends at a point of change. At the change point then begins the convex curvature of the lateral surface. This ensures that the flow is guided safely and with sufficient, but not excessive pressure laminar along the lateral surface. In this case, the transmission element is designed so that the change point is positioned for low flow velocities near the bow point and at high flow velocities near the transverse axis. The portion of the convex curvature terminates at the tail point. The cross-sectional shape is asymmetrical to the transverse axis. As a result, a flow forms over a large area of the lateral surface, resulting in a very low back pressure.

Der Wärmeübertrager umfasst mehrere Übertragungselemente. Diese sind in einem Raster zueinander beabstandet angeordnet, wobei die quer zur Längsrichtung benachbarten Übertragungselemente in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Längsachsen der in Längsrichtung benachbarten Übertragungselemente sind koaxial. Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung des Wärmeübertragers ist der Öffnungsquerschnitt des Wärmeübertragers in Längsrichtung unveränderlich, zumindest annähernd konstant. Hierdurch ist es möglich, dass die Druckverhältnisse in dem Fluidstrom auch annähernd konstant bleiben, welches Verwirbelungen unterdrückt und eine laminare Strömung, insbesondere bei den in Strömungsrichtung weiter hinten gelegenen Übertragungselementen, begünstigt. Bedingt durch diese Geometrie wird bei hoher Wärmeabfuhr der Staudruck minimiert, was einen deutlich geringeren Leistungsbedarf der Kühlmittelfördereinrichtung zur Folge hat.The heat exchanger comprises a plurality of transmission elements. These are arranged in a grid spaced from each other, wherein the transverse to the longitudinal direction adjacent transmission elements are arranged offset from one another in the longitudinal direction. The longitudinal axes of the longitudinally adjacent transmission elements are coaxial. In a further development of the heat exchanger according to the invention, the opening cross-section of the heat exchanger is invariable in the longitudinal direction, at least approximately constant. This makes it possible that the pressure conditions in the fluid flow also remain approximately constant, which suppresses turbulence and favors a laminar flow, in particular in the downstream in the flow direction transmission elements. Due to this geometry, the dynamic pressure is minimized with high heat dissipation, which results in a significantly lower power requirement of the coolant delivery device.

Der Strömungsquerschnitt zweier unmittelbar benachbarter Übertragungselemente, deren Querachsen zueinander versetzt sind, entspricht annähernd dem halben Strömungsquerschnitt zweier unmittelbar benachbarter Übertragungselemente, deren Querachsen koaxial sind. Hierdurch bildet sich nur ein geringer oder kein Staudruck aus und die Strömung des Fluids erfolgt nahezu homogen und mit annähernd konstanter Geschwindigkeit. The flow cross-section of two directly adjacent transmission elements whose transverse axes are offset from one another corresponds approximately to half the flow cross-section of two directly adjacent transmission elements whose transverse axes are coaxial. As a result, only a small or no back pressure forms and the Flow of the fluid is almost homogeneous and at approximately constant speed.

Die Anordnung der Übertragungselemente zueinander ist durch die Lage der Bug-, Wechsel- und Heckpunkte benachbarter Übertragungselemente definiert. Bei zwei quer zur Längsrichtung benachbarten Übertragungselementen, deren Querachsen zueinander versetzt sind, liegen der Wechselpunkt des einen Übertragungselements und der Heckpunkt des benachbarten Übertragungselements auf einer gemeinsamen Achse. Diese Achse ist senkrecht zu der Längsachse orientiert.The arrangement of the transmission elements to each other is defined by the position of the bow, change and tail points of adjacent transmission elements. In two transversely adjacent to the longitudinal direction transmission elements whose transverse axes are offset from one another, the point of change of a transmission element and the rear point of the adjacent transmission element lie on a common axis. This axis is oriented perpendicular to the longitudinal axis.

Vorteilhaft ist es, dass der Wärmeübertrager einen Kanal umfasst. Der Kanal begrenzt und leitet den Fluidstrom im Bereich der Übertragungsfläche. Die Grundfläche bildet zumindest einen Abschnitt der inneren Begrenzungswand des Kanals. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Begrenzungswand des Kanals vier Teilelemente, nämlich die Grundfläche, eine Deckfläche und zwei Seitenflächen. Die Seitenflächen haben ein wellenartiges Profil mit auf das Raster und die Form der Übertragungselemente abgestimmten Krümmungen. Die Übertragungselemente liegen an der Deckfläche dichtend an oder sind mit dieser, insbesondere einteilig, verbunden. Der Kanal hat weiterhin eine der Bugseite zugeordnete Öffnung und eine der Heckseite zugeordnete Öffnung.It is advantageous that the heat exchanger comprises a channel. The channel limits and directs the fluid flow in the area of the transfer surface. The base forms at least a portion of the inner boundary wall of the channel. In a preferred embodiment, the boundary wall of the channel has four sub-elements, namely the base surface, a top surface and two side surfaces. The side surfaces have a wave-like profile with curvatures matched to the grid and the shape of the transmission elements. The transmission elements lie on the top surface sealingly or are connected to this, in particular in one piece. The channel also has an opening assigned to the bow side and an opening assigned to the tail side.

Die vorgestellten Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar.The presented embodiments can be combined with each other.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 eine schematische räumliche Darstellung eines Wärmeübertragers; 1 a schematic spatial representation of a heat exchanger;

2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des in 1 gezeigten Wärmeübertragers; 2 a schematic representation of a side view of the in 1 shown heat exchanger;

3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts des in den 1 und 2 gezeigten Wärmeübertragers; 3 a schematic representation of a cross section of the in the 1 and 2 shown heat exchanger;

4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Querschnitts des in den 1 bis 3 gezeigten Wärmeübertragers. 4 a schematic representation of a section of the cross section of the in the 1 to 3 shown heat exchanger.

1 zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1. Der Wärmeübertrager 1 umfasst einen Festkörper 2 zur Übertragung von thermischer Energie von dem Festkörper 2 auf ein relativ zu dem Wärmeübertrager 1 bewegtes Fluid. Die Längsrichtung 3 ist von einer Bugseite 4 zu einer Heckseite 5 des Wärmeübertragers 1 orientiert. Der Festkörper 2 weist eine strukturierte Übertragungsfläche 6 auf. Die Übertragungsfläche 6 besteht aus einer ebenen Grundfläche 7 und aus den Mantelflächen 8 einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Übertragungselemente 10, 11, 22, 25, die als Erhebungen gegenüber der Grundfläche 7 für eine parallel zur Grundfläche 7 ausgerichtete Umströmung mit dem Fluid ausgebildet sind. Jedes Übertragungselement 10, 11, 22, 25 hat einen parallel zur Grundfläche 7 orientierten Querschnitt 9. Die Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 sind in einem Raster zueinander beabstandet angeordnet, wobei die quer zur Längsrichtung 3 benachbarten Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 in Längsrichtung 3 versetzt zueinander angeordnet sind. Der Wärmeübertrager 1 umfasst weiterhin einen Kanal 12, durch den das Fluid strömt. Die Grundfläche 7 bildet zumindest ein Teilelement der inneren Begrenzungswand des Kanals. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die innere Begrenzungswand des Kanals vier Teilelemente, nämlich die Grundfläche 7, eine in 2 gezeigte Deckfläche 13 und zwei Seitenflächen 16. Die Seitenflächen 16 haben ein wellenartiges Profil mit Krümmungen, die auf die Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 abgestimmt sind. Der Kanal 12 hat weiterhin eine der Bugseite 4 zugeordnete Öffnung 14 und eine der Heckseite 5 zugeordnete Öffnung 15. 1 shows a spatial representation of a section of the heat exchanger according to the invention 1 , The heat exchanger 1 includes a solid 2 for transferring thermal energy from the solid 2 on a relative to the heat exchanger 1 moving fluid. The longitudinal direction 3 is from a front page 4 to a rear side 5 of the heat exchanger 1 oriented. The solid 2 has a structured transfer surface 6 on. The transfer surface 6 consists of a flat base 7 and from the lateral surfaces 8th a plurality of spaced apart transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 that as surveys against the base area 7 for a parallel to the base area 7 aligned flow are formed with the fluid. Every transmission element 10 . 11 . 22 . 25 has a parallel to the base 7 oriented cross-section 9 , The transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 are arranged in a grid spaced from each other, wherein the transverse to the longitudinal direction 3 adjacent transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 longitudinal 3 offset from one another. The heat exchanger 1 further includes a channel 12 through which the fluid flows. The base area 7 forms at least a partial element of the inner boundary wall of the channel. In a preferred embodiment, the inner boundary wall of the channel has four sub-elements, namely the base surface 7 , one in 2 shown top surface 13 and two side surfaces 16 , The side surfaces 16 have a wave-like profile with curvatures on the transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 are coordinated. The channel 12 still has one of the front pages 4 associated opening 14 and one of the rear side 5 associated opening 15 ,

2 zeigt in einer Seitenansicht von der Bugseite 4 den in 1 gezeigten Wärmeübertrager 1. Dabei sind zu erkennen der Festkörper 2, die Grundfläche 7, einzelne Übertragungselemente 10, 22, 25 mit deren Mantelflächen 8, die Deckfläche 13 und zwei Seitenflächen 16. Die Übertragungselemente 10, 22, 25 liegen an der Deckfläche 13 dichtend an. Der gezeigte Bugpunkt 20 und der Wechselpunkt 17 sind in der Beschreibung zur 4 näher erläutert. 2 shows in a side view from the bow side 4 the in 1 shown heat exchanger 1 , Here you can see the solid state 2 , the base area 7 , individual transmission elements 10 . 22 . 25 with their lateral surfaces 8th , the deck area 13 and two side surfaces 16 , The transmission elements 10 . 22 . 25 lie on the top surface 13 sealingly. The shown bow point 20 and the change point 17 are in the description of 4 explained in more detail.

3 zeigt einen Querschnitt des in 1 gezeigten Wärmeübertragers 1. Zwischen den Seitenwänden 16, der Bugseite 4 und der Heckseite 5 des Wärmeübertragers 1 sind mehrere Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 in einem Raster gleichmäßig verteilt angeordnet. Alle Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 haben einen identischen Querschnitt 9. Der Querschnitt 9 hat eine parallel zur Längsrichtung 3 orientierte Längsachse 19 und eine senkrecht zur Längsrichtung 3 orientierte Querachse 18. Die Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 haben eine der Fluidströmung entgegengerichtete Bugkante, die im Querschnitt 9 ein Punkt ist und daher auch mit Bugpunkt 20 bezeichnet ist. Die in Längsrichtung 3 hinterste Spitze der Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 bildet die Heckkante, auch als Heckpunkt 21 bezeichnet. Die Mantelfläche 8 der Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 weist an dem Bugpunkt 20 und an dem Heckpunkt 21 einen spitzen Winkel auf. Der Strömungsquerschnitt 23 zweier unmittelbar benachbarter Übertragungselemente 10, 11, deren Querachsen 18 zueinander versetzt sind, entspricht annähernd dem halben Strömungsquerschnitt 24 zweier unmittelbar benachbarter Übertragungselemente 10, 22, deren Querachsen 18 koaxial sind. Die Längsachsen 19 der in Längsrichtung 3 benachbarten Übertragungselemente 10, 25 sind koaxial. Die Längsachsen 19 aller Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 sind parallel. Die lokale Umströmung 34 der Übertragungselemente 10, 11, 22, 25 ist durch Pfeile angedeutet. 3 shows a cross section of in 1 shown heat exchanger 1 , Between the side walls 16 , the bow side 4 and the rear side 5 of the heat exchanger 1 are several transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 arranged in a grid evenly distributed. All transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 have an identical cross-section 9 , The cross section 9 has a parallel to the longitudinal direction 3 oriented longitudinal axis 19 and one perpendicular to the longitudinal direction 3 oriented transverse axis 18 , The transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 have a fluid flow opposing leading edge, in cross section 9 is a point and therefore also with a bow point 20 is designated. The longitudinal direction 3 rearmost tip of the transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 forms the tail edge, also as a tail point 21 designated. The lateral surface 8th the transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 points to the bow point 20 and at the rear point 21 an acute angle. Of the Flow area 23 two immediately adjacent transmission elements 10 . 11 whose transverse axes 18 are offset from one another, corresponds approximately to half the flow cross-section 24 two immediately adjacent transmission elements 10 . 22 whose transverse axes 18 coaxial. The longitudinal axes 19 in the longitudinal direction 3 adjacent transmission elements 10 . 25 are coaxial. The longitudinal axes 19 all transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 are parallel. The local flow around 34 the transmission elements 10 . 11 . 22 . 25 is indicated by arrows.

4 zeigt einen Ausschnitt des in 3 gezeigten Wärmeübertragers 1. Anhand dieser Figur werden die Geometrie aller Übertragungskörper und der Versatz benachbarter Übertragungselemente zueinander in Längsrichtung 3 beschrieben. Dazu zeigt 4 exemplarisch und stellvertretend für alle Übertragungselemente zwei Übertragungselemente 10, 11. Alle Übertragungselemente 10, 11 haben einen identischen Querschnitt 9. Der Querschnitt 9 hat unterschiedliche Breiten 26, 28, 30 senkrecht zur Längsrichtung 3. Weiterhin weist der Querschnitt 9 unterschiedliche Längen 27, 29, 31 parallel zur Längsrichtung 3 auf. Dabei weist die maximale Länge 31 eine größere Erstreckung auf als die maximale Breite 30. Die maximale Länge 31 haben die Übertragungselemente 10, 11 an der eigenen Längsachse 19 zu der der Querschnitt 9 symmetrisch ist. Die maximale Breite 30 weisen die Übertragungselemente 10, 11 an der eigenen Querachse 18 auf. Die Mantelfläche 8 ist zwischen Bugpunkt 20 und Querachse 18 in einem ersten Abschnitt konkav gekrümmt. Dieser erste Abschnitt ist dem Bugpunkt 20 näher als der Querachse 18, und zwar so, dass der Abschnitt der konkaven Krümmung am Bugpunkt 20 beginnt. Die übrige Mantelfläche 8, insbesondere in einem dem Heckpunkt 21 nahen zweiten Abschnitt, ist konvex gekrümmt. Der erste Abschnitt mit der konkaven Krümmung endet an einem Wechselpunkt 17, an dem der zweite Abschnitt mit der konvexen Krümmung beginnt. Der zweite Abschnitt endet an dem Heckpunkt 21. Die Mantelflächen der Übertragungselemente 10, 11 weisen an dem Bugpunkt 20 und an dem Heckpunkt 21 einen spitzen Winkel auf. Bei den zwei quer zur Längsrichtung 3 benachbarten Übertragungselementen 10, 11 sind deren Querachsen 18 zueinander versetzt. Der Versatz ist dabei über die Lage von dem Wechselpunkt 17 des einen Übertragungselements 10 und von dem Heckpunkt 21 des anderen Übertragungselements 11 definiert. Dabei liegen der Wechselpunkt 17 des Übertragungselements 10 und der Heckpunkt 21 des benachbarten Übertragungselements 11 auf einer gemeinsamen Achse 32. Die Krümmung der Mantelfläche 8 im Bereich der Querachse 18 weist zumindest über einen Teilabschnitt einen einheitlichen Radius um einen Punkt 33 auf. 4 shows a section of the in 3 shown heat exchanger 1 , Based on this figure, the geometry of all transfer body and the offset of adjacent transmission elements to each other in the longitudinal direction 3 described. In addition shows 4 exemplary and representative of all transmission elements two transmission elements 10 . 11 , All transmission elements 10 . 11 have an identical cross-section 9 , The cross section 9 has different widths 26 . 28 . 30 perpendicular to the longitudinal direction 3 , Furthermore, the cross section 9 different lengths 27 . 29 . 31 parallel to the longitudinal direction 3 on. The maximum length is indicated here 31 a greater extension than the maximum width 30 , The maximum length 31 have the transmission elements 10 . 11 on its own longitudinal axis 19 to the cross section 9 is symmetrical. The maximum width 30 have the transmission elements 10 . 11 on the own transverse axis 18 on. The lateral surface 8th is between the bow point 20 and transverse axis 18 concavely curved in a first section. This first section is the bow point 20 closer than the transverse axis 18 , in such a way that the section of the concave curvature at the bow point 20 starts. The remaining lateral surface 8th especially in a tail end 21 near second section, is convexly curved. The first section with the concave curvature ends at a point of change 17 at which the second section begins with the convex curvature. The second section ends at the stern point 21 , The lateral surfaces of the transmission elements 10 . 11 point to the bow point 20 and at the rear point 21 an acute angle. In the two transverse to the longitudinal direction 3 adjacent transmission elements 10 . 11 are their transverse axes 18 offset from each other. The offset is about the location of the change point 17 of a transmission element 10 and from the rear point 21 of the other transmission element 11 Are defined. This is the change point 17 of the transmission element 10 and the rear point 21 of the adjacent transmission element 11 on a common axis 32 , The curvature of the lateral surface 8th in the area of the transverse axis 18 has at least a partial section a uniform radius around a point 33 on.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: WärmeübertragerHeat exchanger
22: Festkörpersolid
33: Längsrichtunglongitudinal direction
44: Bugseitebow side
55: Heckseiterear side
66: Übertragungsflächetransfer surface
77: GrundflächeFloor space
88th: Mantelflächenlateral surfaces
99: Querschnittcross-section
1010: Übertragungselementtransmission element
1111: Übertragungselementtransmission element
1212: Kanalchannel
1313: Deckflächecover surface
1414: Öffnungopening
1515: Öffnungopening
1616: Seitenflächeside surface
1717: Wechselpunktchange point
1818: Querachsetransverse axis
1919: Längsachselongitudinal axis
2020: Bugpunktbow point
2121: HeckpunktHeck point
2222: Übertragungselementtransmission element
2323: StrömungsquerschnittFlow area
2424: StrömungsquerschnittFlow area
2525: Übertragungselementtransmission element
2626: Breitewidth
2727: Längelength
2828: Breitewidth
2929: Längelength
3030: Breitewidth
3131: Längelength
3232: Achseaxis
3333: PunktPoint
3434: Umströmungflow around

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/122263 A1 [0003]
EP 2112689 A2 [0003]
US 6771508 B1 [0003]
DE 102010040610 A1 [0003]
US 6422307 B1 [0003]
US 2004/0134646 A1 [0003]

Claims

Heat exchanger ( 1 ) comprising a solid ( 2 ) for transferring thermal energy from the solid ( 2 ) on a relative to the heat exchanger ( 1 ) moving fluid, the longitudinal direction ( 3 ) of the heat exchanger ( 1 ) from a front page ( 4 ) to a rear side ( 5 ) of the heat exchanger ( 1 ), the solid state ( 2 ) a structured transfer surface ( 6 ), which consists of a flat base ( 7 ) and from the lateral surfaces ( 8th ) a plurality of spaced-apart transmission elements ( 10 . 11 . 22 . 25 ), which are surveys of the base area ( 7 ) for a parallel to the base area ( 7 ) aligned flow ( 34 ) are formed with the fluid, and wherein each transmission element ( 10 . 11 . 22 . 25 ) one parallel to the base ( 7 ) oriented cross section ( 9 ) with different widths ( 26 . 28 . 30 ) perpendicular to the longitudinal direction ( 3 ) and with different lengths ( 27 . 29 . 31 ) parallel to the longitudinal direction ( 3 ) and in which the maximum length ( 31 ) has a greater extension than the maximum width ( 30 ).

Heat exchanger ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cross-section ( 9 ) over the height of the transmission element ( 10 . 11 . 22 . 25 ) has the same shape and / or surface.

Heat exchanger ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the cross-section ( 9 ) one parallel to the longitudinal direction ( 3 ) oriented longitudinal axis ( 19 ) and one perpendicular to the longitudinal direction ( 3 ) oriented transverse axis ( 18 ) Has.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the lateral surface ( 8th ) of the transmission element ( 10 . 11 . 22 . 25 ) at a bow point ( 20 ) and a tail point ( 21 ) has an acute angle.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the lateral surface ( 8th ) between the bow point ( 20 ) and the transverse axis ( 18 ) in a particular the bow point ( 20 ) near the first section is concavely curved.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the lateral surface ( 8th ) especially in a tail point ( 21 ) near the second section is convexly curved.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the portion of the concave curvature at the bow point ( 20 ) starts and at a change point ( 17 ) ends and the portion of the convex curvature at the change point ( 17 ) starts and at the rear point ( 21 ) ends.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal axes ( 19 ) in the longitudinal direction ( 3 ) adjacent transmission elements ( 10 . 11 . 22 ) coaxial and / or the longitudinal axes ( 19 ) of all transmission elements ( 10 . 11 . 22 . 25 ) are parallel.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flow cross-section ( 23 ) of two immediately adjacent transmission elements ( 10 . 11 ) whose transverse axes ( 18 ) are offset from each other, approximately half the flow cross section ( 24 ) of two immediately adjacent transmission elements ( 19 . 22 ) whose transverse axes ( 18 ) are coaxial, corresponds.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at two transverse to the longitudinal direction ( 3 ) adjacent transmission elements ( 10 . 11 ) whose transverse axes ( 18 ) are offset from each other, the change point ( 17 ) of the one transmission element ( 10 ) and the rear point ( 21 ) of the adjacent transmission element ( 11 ) lie on a common axis.

Heat exchanger ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 1 ) a channel ( 12 ), the base area ( 7 ) at least a sub-element of an inner boundary wall of the channel ( 12 ).