DE102012202883A1 - heat exchangers - Google Patents

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Abstract

Wärmetauscher für einen Kühlmittelkreislauf, wobei der Wärmetauscher einen Kühlmitteleinlass aufweist, der in weitgehend flächig parallel zueinander ausgerichtete Kühlrohre mündet, in denen das Kühlmittel zu einem Kühlmittelauslass leitbar ist, wobei die Kühlrohre einen Luftdurchströmungsbereich definieren und wobei zwischen den Kühlrohren Kühlrippen angeordnet sind, die weitgehend in Richtung einer den Wärmetauscher durchströmenden Kühlluft ausgerichtet sind und wobei in zumindest einem ersten Teil des Luftdurchströmungsbereiches die Kühlrippen einen größeren Abstand voneinander aufweisen als in einem zweiten Teil des Luftdurchströmungsbereiches. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die gezielte Beeinflussung der Anström- bzw. Durchströmbedingungen von Wärmetauschern möglich, was zu einer Effizienzsteigerung führt.Heat exchanger for a coolant circuit, wherein the heat exchanger has a coolant inlet, which opens into largely parallel cooling pipes, in which the coolant is ducted to a coolant outlet, wherein the cooling tubes define a Luftdurchströmungsbereich and wherein cooling fins are arranged between the cooling tubes, which are largely in Direction of a heat exchanger flowing through the cooling air are aligned and wherein in at least a first part of the Luftdurchströmungsbereiches the cooling fins have a greater distance from each other than in a second part of the air flow area. Due to the configuration of the invention, the targeted influencing of the inflow or Durchströmbedingungen of heat exchangers is possible, resulting in an increase in efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger with the features of the preamble of patent claim 1.

Bisher bekannte Luft-Medium-Wärmetauscher, hier speziell Kühlmittelkühler, werden nach geltenden Industriestandards mit einer einheitlichen Rippendichte bei der Luftlamelle ausgerüstet. Ein Beispiel hierfür ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 018 217 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, bekannt. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug bekannt, der in einen Kreislauf eingebunden ist, mit zwei Sammelkästen, einem gelöteten Kühlnetz, bestehend aus Flachrohren und Kühlrippen. Die Flachrohre verbinden die beiden Sammelkästen strömungstechnisch und mit einem ein- oder beidseitig des Kühlnetzes angeordnetem Rohr als Seitenteil, das mit der angrenzenden Kühlrippe mittels Löten verbunden ist. Die Flachrohre sind aus einem endlosen Rohr herstellbar. Die Herstellung des Wärmetauschers wird signifikant vereinfacht, wenn vorgesehen wird, dass das als Seitenteil dienende Rohr nicht durchströmt ist und entweder aus demselben oder aus einem anderen endlosen Rohr stammt, wie die Flachrohre. Wie insbesondere aus 6 klar ersichtlich ist, weisen die Kühlrippen alle den gleichen Abstand auf.Previously known air-medium heat exchangers, in particular coolant radiators, are equipped according to applicable industry standards with a uniform rib density at the air lamella. An example of this is from the German Offenlegungsschrift DE 10 2006 018 217 A1 , from which the present invention proceeds known. From this publication, a heat exchanger for a motor vehicle is known, which is integrated in a circuit, with two manifolds, a soldered cooling network consisting of flat tubes and cooling fins. The flat tubes connect the two header boxes fluidically and with a one or both sides of the cooling network arranged pipe as a side part, which is connected to the adjacent fin by means of soldering. The flat tubes are made from an endless tube. The production of the heat exchanger is significantly simplified if it is provided that the pipe serving as a side part is not flowed through and comes either from the same or from another endless tube, such as the flat tubes. As in particular from 6 clearly visible, the cooling fins are all at the same distance.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 537 650 A2 ist es bekannt, dass Wärmetauscher mit hoher Leistung sowie mit hohen Hygieneansprüchen bevorzugt aus Stahl gefertigt und verzinkt werden. Es wurde gefunden, dass beim Aufbau der wärmeübertragenden Rippen anstelle von Lamellen durch vielreihige Platinen ein stabiler und resistenter Aufbau erreicht wird. Durch alternierenden Einsatz von Platinen unterschiedlicher Breite lassen sich in Durchsatzrichtung der zu kühlenden Luft unterschiedliche Teilungsabstände der Platinen erreichen, ohne dass eine entsprechende Anzahl von als Ausgleichszonen wirksamen Lücken erforderlich wird. Durch das Entfallen oder erhebliche Reduzieren der Anzahl der Lücken können diese ohne wesentliche Beeinträchtigung der thermischen Leistung so weit gehalten werden, dass beim Verzinken Metallbrücken vermieden und während des Betriebes das Ansetzen von die Hygiene beeinträchtigenden Fremdkörpern unterbunden werden.From the European patent application EP 0 537 650 A2 It is known that heat exchangers with high performance and with high hygiene requirements are preferably made of steel and galvanized. It has been found that in the construction of the heat-transmitting ribs instead of lamellae by means of multi-row circuit boards, a stable and resistant construction is achieved. By alternating use of boards of different widths, different pitches of the boards can be achieved in the throughput direction of the air to be cooled, without a corresponding number of gaps acting as compensation zones being required. By eliminating or significantly reducing the number of gaps they can be kept so far without significant impairment of thermal performance that avoided during galvanizing metal bridges and prevent the preparation of hygiene impairing foreign bodies during operation.

Auch aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2005/274501 A1 ist es ferner bekannt, die Rippenanzahl eines gattungsgemäßen Wärmetauschers in Strömungsrichtung der Kühlungsluft unterschiedlich dicht auszugestalten, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erzielen.It is also known from United States Patent Application US 2005/274501 A1, the density of fins of a generic heat exchanger in the flow direction of the cooling air different density to design, in order to achieve the highest possible efficiency of the heat exchanger.

Aufgrund besonderer Bauraum- oder Einbaubedingungen, bzw. aus Strömungs-/Druckverlustgründen ist es bisher nicht möglich, die Luftverteilung innerhalb mehrerer verschalteter Wärmetauscher, z. B. einem Kühlmodul in einer Art zu beeinflussen, so dass eine Gleichverteilung oder auch, wenn gewünscht, eine Ungleichverteilung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Druckverluste in z. B. den einzelnen Wärmetauschern stattfinden kann. Beispielhaft sei hier z. B. eine außermittige Anordnung eines Elektrolüfters an einem Wärmetauscher zu erwähnen.Due to special space or installation conditions, or for flow / pressure loss reasons, it is not yet possible, the air distribution within several interconnected heat exchanger, eg. B. a cooling module in a way to influence, so that a uniform distribution or, if desired, an unequal distribution of the flow velocities or pressure losses in z. B. the individual heat exchangers can take place. Exemplary here z. B. to mention an eccentric arrangement of an electric fan to a heat exchanger.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der o. g. Nachteile vermieden werden.Object of the present invention is therefore to show a measure with the o. G. Disadvantages are avoided.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of patent claim 1.

Erfindungsgemäß wird daher der Aufbau von Wärmetauschern mit variablen Kühlrippendichten, angepasst an den konkreten Einzelfall, vorgeschlagen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergibt sich eine gezielte Beeinflussung von Anström- bzw. Durchströmungsbedingungen von Wärmetauschern oder mehreren in sich verschalteten Wärmetauschern und damit eine Effizienzsteigerung in den entsprechenden Betriebspunkten. In vorteilhafter Weise wird eine optimale Anpassung von mehrflutigen Wärmetauschern, z. B. Klimakondensatoren mit Unterkühlstrecke, an dem speziellen Einbauort erzielt.The invention therefore proposes the construction of heat exchangers with variable cooling fin densities, adapted to the specific individual case. Due to the inventive design results in a targeted influence of inflow or flow conditions of heat exchangers or more interconnected heat exchangers and thus an increase in efficiency in the corresponding operating points. Advantageously, an optimal adaptation of multi-flow heat exchangers, z. As climate capacitors with subcooling, achieved at the special installation.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 2 sind besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, bei denen thermisch gut leitendes Bandmaterial entweder gefaltet oder gewellt oder gerollt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Kühlrippen auch als Einzelrippen dargestellt werden.The embodiments according to claim 2 are particularly preferred embodiments in which thermally highly conductive strip material is either folded or corrugated or rolled. In a further embodiment, the cooling fins can also be represented as single ribs.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt eine optimale Anpassung des Wärmetauschers an eine Anordnung gemäß den Patentansprüchen 3 und 4.The embodiment of the invention allows an optimal adaptation of the heat exchanger to an arrangement according to the claims 3 and 4.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 lässt sich eine nochmalige Effizienz- bzw. Wirkungsgradsteigerung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers erzielen.With the embodiment according to claim 5, a further increase in efficiency or efficiency of the heat exchanger according to the invention can be achieved.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a preferred embodiment in three figures.

1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher. 1 schematically shows a plan view of a heat exchanger according to the invention.

2 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Kühlrippen für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher. 2 schematically shows a plan view of the cooling fins for a heat exchanger according to the invention.

3 zeigt eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in mit Blick von oben. 3 shows a specific embodiment of the heat exchanger according to the invention in view from above.

1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1. Der Wärmetauscher 1 ist insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine geeignet. Der Wärmetauscher 1 weist einen als Schlauchstutzen ausgebildeten Kühlmitteleinlass 2 auf, der in weitgehend flächig parallel zueinander ausgerichtete Kühlrohre 3, 3' mündet. In diesen Kühlrohren strömt das Kühlmittel in den, dem Kühlmitteleinlass 2 gegenüberliegenden Kühlmittelauslass 4, der ebenfalls als Schlauchstutzen ausgebildet ist. Die Kühlrohre 3, 3' definieren durch die Ebene, die diese aufspannen einen Luftdurchströmungsbereich. Zwischen den Kühlrohren 3, 3' sind Kühlrippen 5, 5' angeordnet, die für einen möglichst geringen Strömungswiderstand weitgehend in Richtung einer den Wärmetauscher 1 durchströmenden Kühlluft ausgerichtet sind. Zum Schutz der Kühlrippen 5, 5' vor Verschmutzung und/oder Beschädigung ist ferner eine schraffiert dargestellte Netzmatrix 8 vorgesehen, die den Luftdurchströmungsbereich in der Abbildung nicht vollständig überdeckt. 1 schematically shows a plan view of a heat exchanger according to the invention 1 , The heat exchanger 1 is particularly suitable for a coolant circuit of an internal combustion engine. The heat exchanger 1 has a designed as a hose nozzle coolant inlet 2 on, in largely flat parallel to each other cooling tubes 3 . 3 ' empties. In these cooling tubes, the coolant flows into the coolant inlet 2 opposite coolant outlet 4 , which is also designed as a hose nozzle. The cooling pipes 3 . 3 ' define through the plane that they span an air flow area. Between the cooling pipes 3 . 3 ' are cooling fins 5 . 5 ' arranged, for the lowest possible flow resistance largely in the direction of a heat exchanger 1 are aligned by flowing cooling air. To protect the cooling fins 5 . 5 ' from pollution and / or damage is also a hatched network matrix 8th provided that does not completely cover the air flow area in the figure.

Erfindungsgemäß weisen die Kühlrippen 5, 5' zumindest in einem ersten Teil des Luftdurchströmungsbereiches einen größeren Abstand voneinander auf als in einem zweiten Teil des Luftdurchströmungsbereiches.According to the invention, the cooling fins 5 . 5 ' at least in a first part of the Luftdurchströmungsbereiches a greater distance from each other than in a second part of the Luftdurchströmungsbereiches.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlrippen 5, 5' aus einem gut wärmeleitfähigen Material, wie z. B. einem Leichtmetall gefaltet, in anderen Ausführungsbeispielen können sie aber auch gewellt sein oder gerollt hergestellt werden. Weiter können die Kühlrippen 5, 5' kraft- oder form- oder stoffschlüssig mit den Kühlrohren 3, 3' verbunden werden.In the present embodiment, the cooling fins 5 . 5 ' from a good thermal conductivity material, such. As a light metal folded, in other embodiments, but they can also be wavy or rolled produced. Next, the cooling fins 5 . 5 ' positive or positive or cohesive with the cooling tubes 3 . 3 ' get connected.

2 zeigt eine Aufsicht auf dreidimensional dargestellte Kühlrippen 5, 5' für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 Wie bereits erwähnt, sind in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kühlrippen 5, 5' aus einem Bandmaterial gefaltet. Mit a und b sind die unterschiedlichen Abstände der Kühlrippen 5, 5' untereinander bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand der Kühlrippen 5 mit a bezeichnet und der Abstand der weiter beabstandeten Kühlrippen 5' mit b. Selbstverständlich können die Kühlrippen 5, 5' auch durch einzelne kleine Bleche dargestellt werden. 2 shows a plan view of cooling ribs shown in three dimensions 5 . 5 ' for a heat exchanger according to the invention 1 As already mentioned, in this present embodiment, the cooling fins 5 . 5 ' folded from a band material. With a and b are the different distances of the cooling fins 5 . 5 ' referred to each other. In this embodiment, the distance of the cooling fins 5 denoted by a and the distance of the farther spaced cooling fins 5 ' with b. Of course, the cooling fins 5 . 5 ' also be represented by individual small sheets.

3 zeigt ein besonders bevorzugtes Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 mit Blick von oben. Eine Strömungsrichtung der Kühlluft ist mit Pfeilen dargestellt. In diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung der Kühlluft hinter dem Wärmetauscher 1 ein Ventilator 6 außermittig angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Ventilator 6 in Strömungsrichtung der Kühlluft auch vor dem Wärmetauscher 1 angeordnet sein. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die in 3 nicht bezifferten Kühlrippen im Bereich des Ventilators 6 einen kleineren Abstand voneinander auf als im restlichen Bereich des Luftdurchströmungsbereiches. Mit a und b sind wieder die Bereiche eingezeichnet, mit den unterschiedlich beabstandeten Kühlrippen 5, 5'. Um die Kühlluft besonders effizient in Richtung Ventilator 6 zu leiten, ist ferner ein Gehäuse 7 vorgesehen, welches die Kühlluft in Richtung des Ventilators 6 umlenkt. 3 shows a particularly preferred application example of a heat exchanger according to the invention 1 with a view from above. A flow direction of the cooling air is shown by arrows. In this particularly preferred embodiment is in the flow direction of the cooling air behind the heat exchanger 1 a fan 6 arranged off-center. In a further embodiment, the fan 6 in the flow direction of the cooling air before the heat exchanger 1 be arranged. In this embodiment, the in 3 Unmentioned cooling fins in the area of the fan 6 a smaller distance from each other than in the remaining area of the air flow area. With a and b the areas are again shown, with the differently spaced cooling fins 5 . 5 ' , To make the cooling air particularly efficient towards the fan 6 to conduct, is also a housing 7 provided, which the cooling air in the direction of the fan 6 deflects.

Erfindungsgemäß wird somit der Aufbau von Wärmetauschern 1 mit variablen Kühlrippendichten vorgeschlagen, die an den konkreten Einsatzfall angepasst sind. Hierdurch ist eine gezielte Beeinflussung von Anström- bzw. Durchströmungsbedingungen von Wärmetauschern 1 oder mehreren in sich verschalteten Wärmetauschern 1 und damit eine Effizienzsteigerung in entsprechenden Betriebspunkten möglich. Auch ist die optimale Anpassung von mehrflutigen Wärmetauschern 1, z. B. Klimakondensatoren mit Unterkühlstrecke an den speziellen Einbauort denkbar.According to the invention thus the construction of heat exchangers 1 proposed with variable cooling fin densities, which are adapted to the specific application. As a result, a targeted influencing of Anström- or flow conditions of heat exchangers 1 or several interconnected heat exchangers 1 and thus an increase in efficiency at appropriate operating points possible. Also is the optimal adaptation of multi-flow heat exchangers 1 , z. B. climate capacitors with subcooling to the special installation conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wärmetauscherheat exchangers
22
KühlmitteleinlassCoolant inlet
3, 3'3, 3 '
Kühlrohrcooling pipe
44
Kühlmittelauslasscoolant outlet
5, 5'5, 5 '
Kühlrippecooling fin
66
Ventilatorfan
77
Gehäusecasing
88th
Netzmatrixnetwork matrix

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006018217 A1 [0002] DE 102006018217 A1 [0002]
  • EP 0537650 A2 [0003] EP 0537650 A2 [0003]

Claims (5)

Wärmetauscher (1), insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf, wobei der Wärmetauscher (1) einen Kühlmitteleinlass (2) aufweist, der in weitgehend flächig parallel zueinander ausgerichtete Kühlrohre (3, 3') mündet, in denen das Kühlmittel zu einem Kühlmittelauslass (4) leitbar ist, wobei die Kühlrohre (3, 3') einen Luftdurchströmungsbereich definieren und wobei zwischen den Kühlrohren (3, 3') Kühlrippen (5, 5') angeordnet sind, die weitgehend in Richtung einer den Wärmetauscher (1) durchströmenden Kühlluft ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem ersten Teil des Luftdurchströmungsbereiches die Kühlrippen (5, 5') einen größeren Abstand voneinander aufweisen als in einem zweiten Teil des Luftdurchströmungsbereiches.Heat exchanger ( 1 ), in particular for a coolant circuit, wherein the heat exchanger ( 1 ) a coolant inlet ( 2 ), which in largely flat parallel aligned cooling tubes ( 3 . 3 ' ), in which the coolant to a coolant outlet ( 4 ) is conductive, wherein the cooling tubes ( 3 . 3 ' ) define an air flow area and wherein between the cooling tubes ( 3 . 3 ' ) Cooling fins ( 5 . 5 ' ) are arranged substantially in the direction of a heat exchanger ( 1 ) are flowed through cooling air, characterized in that in at least a first part of the air flow through the cooling fins ( 5 . 5 ' ) have a greater distance from each other than in a second part of the air flow area. Wärmetauscher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (5, 5') gefaltet oder gewellt oder gerollt sind.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the cooling fins ( 5 . 5 ' ) folded or curled or rolled. Wärmetauscher nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Kühlluft vor oder hinter dem Wärmetauscher (1) ein Ventilator (6) angeordnet ist.Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that in the flow direction of the cooling air in front of or behind the heat exchanger ( 1 ) a fan ( 6 ) is arranged. Wärmetauscher nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (5, 5') im Bereich des Ventilators (6) einen kleineren Abstand voneinander aufweisen als im restlichen Bereich des Luftdurchströmungsbereiches.Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the cooling fins ( 5 . 5 ' ) in the area of the fan ( 6 ) have a smaller distance from each other than in the remaining area of the air flow area. Wärmetauscher nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Kühlluft hinter dem Wärmetauscher (1) ein Gehäuse (7) vorgesehen ist, welches die Kühlluft in Richtung Ventilator (6) umlenkt.Heat exchanger according to claim 3 or 4, characterized in that in the flow direction of the cooling air behind the heat exchanger ( 1 ) a housing ( 7 ) is provided, which the cooling air in the direction of fan ( 6 ) redirects.
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