DE102012217333A1 - Flachrohr - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachrohr (1) mit zwei gegenüberliegenden und parallel zueinander angeordneten im Wesentlichen flachen ersten Wandungen (2, 3) und mit zwei die beiden flachen ersten Wandungen (2, 3) verbindenden bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5), mit einem Innenraum (6) zur Durchströmung eines Mediums, wobei in zumindest einer der flachen ersten Wandungen (2, 3) in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (7) vorgesehen sind, wobei in den bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5) in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (11) vorgesehen sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Flachrohr mit zwei gegenüberliegenden und parallel zueinander angeordneten im Wesentlichen flachen ersten Wandungen und mit zwei die beiden flachen ersten Wandungen verbindenden bogenförmigen zweiten Wandungen, mit einem Innenraum zur Durchströmung eines Mediums, wobei in zumindest einer der flachen ersten Wandungen in den Innenraum ragende Vorsprünge vorgesehen sind. Auch betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit solchen Flachrohren.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind Flachrohre als so genannte Rechteckrohre bekannt geworden, welche zwei flache breite Seitenwandungen aufweisen, die über flache Seitenwandungen verbunden sind. Die Ecken zwischen den flachen breiten und den flachen seitlichen Wandungen sind dabei mit einem kleinen Radius versehen. Diese Flachrohre sind im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und werden für verschiedene Wärmeübertragertypen eingesetzt.
  • Zur Verwendung in Abgaskühlern werden diese Rechteckrohre mit in den Innenraum ragenden Vorsprüngen versehen, um den Wärmeübergang zwischen dem durchströmenden Abgas und der Wandung zu verbessern. Die Vorsprünge werden auch als so genannte Winglets bezeichnet. Nach außen abragende Vorsprünge werden auch als Abstandshalter zwischen benachbarten Flachrohren verwendet, siehe auch DE 10 2004 045 923 A1 .
  • Auch sind im Stand der Technik so genannte flachrunde Flachrohre bekannt geworden, welche zwei flache breite Seitenwandungen aufweisen, die über bogenförmige Seitenwandungen verbunden sind. Diese Flachrohre sind im Wesentlichen rechteckähnlich mit ausgebauchten Seitenwandungen ausgebildet und werden ebenso für verschiedene Wärmeübertragertypen eingesetzt.
  • Zur Verwendung in Abgaskühlern werden diese flachrunden Flachrohre mit in den Innenraum ragenden Vorsprüngen in den flachen breiten Seitenwandungen versehen, um den Wärmeübergang zwischen dem durchströmenden Abgas und der Wandung zu verbessern. Da in diesen Flachrohren die Breite der flachen Seitenwandung allerdings gegenüber den Rechteckrohren reduziert ist, weil der seitliche Bogen mehr Bauraum benötigt als bei einem Rechteckrohr die flache Seitenwand, so sind die eingeprägten Vorsprünge schmäler angeordnet und die Vorsprünge können nicht in die Bereiche der Ausrundungen ragen. Dies bewirkt einen reduzierten Wärmeübertrag bei dem flachrunden Flachrohr im Vergleich zum Rechteckrohr. Vergleichsmessungen zeigen Reduzierungen um bis zu 10%.
  • Die flachrunden Flachrohre haben allerdings den Vorteil, dass sie bei Thermowechselbelastungen eine deutlich höhere Lebensdauer zeigen, als vergleichbare Rechteckrohre, da die Ausrundungen eine höhere Festigkeit aufweisen als die flachen Seitenwandungen der Rechteckrohre.
  • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flachrundes Flachrohr zu schaffen, das eine zumindest gleich hohe Leistungsdichte wie ein vergleichbares Rechteckrohr erzielt und zugleich die höhere Thermowechselfestigkeit beibehält. Zudem ist es die Aufgabe, einen Wärmeübertrager mit solchen Flachrohren zu schaffen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Flachrohrs wird durch ein Flachrohr mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Flachrohr mit zwei gegenüberliegenden und parallel zueinander angeordneten im Wesentlichen flachen ersten Wandungen und mit zwei die beiden flachen ersten Wandungen verbindenden bogenförmigen zweiten Wandungen, mit einem Innenraum zur Durchströmung eines Mediums, wobei in zumindest einer der flachen ersten Wandungen in den Innenraum ragende Vorsprünge vorgesehen sind, wobei in den bogenförmigen zweiten Wandungen in den Innenraum ragende Vorsprünge vorgesehen sind. Dadurch wird erreicht, dass das flachrunde Flachrohr mit seiner hohen Thermowechselfestigkeit in der Leistungsdichte gesteigert ist, weil nun auch im Bereich der Ausrundungen in den Innenraum ragende Vorsprünge vorgesehen sind. Dadurch werden die Innenraumbereiche reduziert, die ohne Verwirbelung durch Vorsprünge durchströmbar sind.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn beide gegenüberliegenden flachen ersten Wandungen jeweils in den Innenraum ragende Vorsprünge aufweisen. Dies führt zu einer erhöhten Leistungsdichte.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide sich gegenüberliegenden bogenförmigen zweiten Wandungen in den Innenraum ragende Vorsprünge aufweisen. Dadurch wird die Leistungsdichte erhöht, weil nun an beiden stirnseitigen Ausrundungen vorspringende Vorsprünge vorgesehen sind.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine, vorzugsweise beide, der beiden gegenüberliegenden flachen ersten Wandungen nach außen gerichtete Vorsprünge aufweisen. Dadurch werden Noppen als Abstandshalter zwischen benachbarten Flachrohren geschaffen, so dass der Abstand der Rohre definiert ist und sich die Flachrohre nur in geringen Flächenbereichen berühren können.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn die nach innen gerichteten Vorsprünge der flachen ersten Wandungen mit einer ersten Wiederholrate entlang der Längsachse des Flachrohrs angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine einfachere Fertigung, weil die Vorsprünge mittels Prägewalzen oder sich entsprechend wiederholenden Prägewerkzeugen periodisch eingeprägt werden können.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die nach innen gerichteten Vorsprünge der bogenförmigen zweiten Wandungen mit einer zweiten Wiederholrate entlang der Längsachse des Flachrohrs angeordnet sind. Dadurch können auch die Vorsprünge durch vereinfachte Werkzeuggestaltung periodisch wiederkehrend erzeugt werden.
  • Dabei ist es zweckmäßig, wenn eine Wiederholrate ein ganzzahliges Vielfaches, inklusive 1, der anderen Wiederholrate beträgt. Dadurch wird die Gesamtperiodenlänge begrenzt, was wiederum eine Längenvariation der Rohre erleichtert, sowie den Aufwand für periodisch wiederholende Werkzeuge verringert.
  • besonders zweckmäßig ist es, wenn die zweite Wiederholrate doppelt so hoch ist wie die erste Wiederholrate. Mit dieser Konstellation konnten mit dem flachrunden Flachrohr, bei gleichem Druckabfall, die gleichen Leistungsdichten erreicht werden, wie mit einem vergleichbaren Rechteckrohr.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn die in den Innenraum ragenden Vorsprünge der flachen ersten Wandungen x-förmig und/oder o-förmig angeordnet sind. Dadurch kann eine optimierte Durchströmung erreicht werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die nach außer ragenden Vorsprünge der flachen Wandungen zwischen den o-förmig angeordneten in den Innenraum ragenden Vorsprüngen der ersten Wandung angeordnet sind.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die in den Innenraum ragenden Vorsprünge gegenüberliegender erster Wandungen komplementär zueinander angeordnet sind, so dass eine x-förmige Anordnung in einer ersten Wandung einer o-förmigen Anordnung einer gegenüberliegenden ersten Wandung gegenüber liegt. Dadurch wird eine verbesserte Ausbildung von Verwirbelungen erzielt.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn die in den bogenförmigen zweiten Wandungen vorgesehenen in den Innenraum ragenden Vorsprünge einen ovalen Querschnitt aufweisen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Vorsprung in der bogenförmigen zweiten Wandung im Wesentlichen auf der Hohe der Mitte eines Vorsprungs in der flachen ersten Wandung angeordnet ist. Dadurch wird eine günstige Rohrgestaltung geschaffen, weil die Rohrverengungen durch die Vorsprünge nicht auf gleicher Höhe angeordnet sind, was die Druckabfallerhöhung begrenzt.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest ein Endbereich oder vorzugsweise beide Endbereiche des Flachrohrs ohne Vorsprünge ausgebildet ist, bzw. sind. Dies verbessert die Siedevermeidung im Rohr des Wärmeübertragers. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Endbereiche eine Länge von etwa 5 mm bis 50 mm aufweisen, wobei diese Endbereiche für die verschiedenen Vorsprünge unterschiedlich lang sein können. Vorzugsweise werden 15 mm ohne jede Art von Vorsprüngen und weitere 30 mm ohne Vorsprünge nach außen ausgeführt.
  • Auch ist es dabei vorteilhaft, wenn zumindest ein Endbereich oder vorzugsweise beide Endbereiche des Flachrohrs ohne Vorsprünge ausgebildet ist bzw. sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil Winglets, Noppen und Dellen nicht an der gleichen Längskoordinate des Rohres beginnen und/oder enden müssen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Wärmeübertragers wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 16 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1a eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von oben,
  • 1b eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von der Seite,
  • 1c eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von unten,
  • 1d eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von vorn,
  • 1e eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2a eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von oben,
  • 2b eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer Ansicht von vorn,
  • 2c eine schematische Ansicht eines Flachrohrs in einer perspektivischen Ansicht,
  • 3a eine schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Flachrohrs in einer Ansicht von oben,
  • 3b eine schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Flachrohrs in einer Ansicht von unten,
  • 3c eine schematische Ansicht eines Vorsprungs in einer bogenförmigen Wandung,
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1a bis 1e zeigen ein Ausführungsbeispiel eines flachrunden Flachrohrs 1, welches zwei gegenüberliegende flache erste Wandungen 2, 3 aufweist. Die beiden flachen ersten Wandungen 2, 3 sind im Wesentlichen eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die flachen ersten Wandungen 2, 3 sind mittels bogenförmiger zweiter Wandungen 4, 5 an der Längsseite der flachen ersten Wandungen 2, 3 miteinander verbunden. Die bogenförmigen zweiten Wandungen 4, 5 sind dabei halbkreisförmig oder anderweitig bogenförmig, ausgebildet.
  • Das Flachrohr definiert zwischen den im Wesentlichen flachen ersten Wandungen 2, 3 und den bogenförmigen zweiten Wandungen 4, 5 einen Innenraum 6 zur Durchströmung des Flachrohres mittels eines Mediums. Das Medium ist vorzugsweise Abgas oder ein Abgas-Luft-Gemisch. Das Flachrohr wird vorteilhaft als Rohr eines Abgaskühlers oder Ladeluftkühlers eingesetzt.
  • Wie zu erkennen ist, sind in den flachen ersten Wandungen 2, 3 Vorsprünge 7 eingeprägt, die in den Innenraum 6 des Flachrohres 1 ragen, um dort eine Verwirbelung des durch das Flachrohr 1 strömenden Mediums zu erreichen.
  • Die Vorsprünge 7 sind dabei als längliche Vorsprünge 7 in die flache erste Wandung 2, 3 eingeprägt. Die Vorsprünge 7 sind, wie in den 1a bis 1e zu erkennen, x-förmig und o-Förmig angeordnet in die gegenüberliegenden Wandungen 2, 3 eingeprägt, wobei sich die x-förmigen Einprägungen 8 mit den o-förmigen Einprägungen 9 in Längsrichtung des Flachrohres 1 betrachtet abwechseln.
  • Eine o-förmige Anordnung von Vorsprüngen bedeutet dabei, dass vier der Vorsprünge rautenförmig angeordnet sind, so dass sie quasi ein O bilden. Eine x-förmige Anordnung von Vorsprüngen bedeutet dabei, dass vier der Vorsprünge x- oder sternförmig angeordnet sind, so dass sie quasi ein X bilden.
  • Weiterhin sind in die Wandungen 2, 3 nach außer gerichtete Vorsprünge 10 vorgesehen, die als Abstandshalter benachbarter Flachrohre 1 dienen können, wobei die nach außen ragenden Vorsprünge 10 im Bereich der o-förmig angeordneten Vorsprünge angeordnet sind. Die Vorsprünge sind im Zentrum von vier o-förmig angeordneten Vorsprüngen 7 angeordnet.
  • Im Vergleich der 1a und 1c ist zu erkennen, dass die Anordnung der Vorsprünge 7 auf einer Wandung 2 im Vergleich zu der Anordnung der Vorsprünge 7 auf der gegenüberliegenden Wandung 3 versetzt zueinander ist. So ist bei einer x-förmigen Anordnung 8 der Vorsprünge 7 auf der Wandung 2 gegenüberliegend auf der Wandung 3 eine o-förmige Anordnung 9 der Vorsprünge 7 und umgekehrt. Auch die Anordnung der nach außen ragenden Vorsprünge 10 ist zwischen gegenüberliegenden ersten Wandungen 2, 3 versetzt zueinander.
  • Weiterhin ist zu erkennen, dass in der bogenförmigen zweiten Wandung 4, 5 Vorsprünge 11 vorgesehen sind, die von der bogenförmigen zweiten Wandung 4, 5 in den Innenraum 6 des Flachrohres 1 abragen.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1a bis 1e ist die Periodizität der Vorsprünge 7 mit der Wiederhollänge L eingezeichnet, wobei die Periodizität der Vorsprünge 11 mit der Wiederhollänge l bezeichnet ist. Die Wiederhollänge ist dabei die Länge, nach welcher sich das gleiche Muster wiederholt. Die Wiederhollänge l ist in den 1a bis 1e halb so groß wie die Wiederhollänge L, so dass die Wiederholrate der Vorsprünge 11 doppelt so hoch ist wie die Wiederholrate der Vorsprünge 7.
  • In den 1a bis 1e ist zu erkennen, dass die Vorsprünge 11 gegenüberliegend in beiden bogenförmigen zweiten Wandungen 4, 5 angeordnet sind. Alternativ könnten die Vorsprünge 11 einer bogenförmigen Wandung 4 auch versetzt zu den Vorsprüngen 11 der gegenüberliegenden Wandung 5 angeordnet sein.
  • Die 2a bis 2c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flachrohres 21, welches ebenso wie das Ausführungsbeispiel der 1a bis 1e im Wesentlichen flache erste Wandungen 22, 23 aufweist, die sich gegenüberliegen und die parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten Wandungen 22, 23 sind durch zweite bogenförmige Wandungen 24, 25 miteinander verbunden ausgebildet. Dabei sind in den flachen ersten Wandungen Vorsprünge, wie Einprägungen, 27, 28 vorgesehen, die von den ersten Wandungen 22, 23 abragen. Dabei ragen die Vorsprünge 27 in den Innenraum 26 hinein und die Vorsprünge 28 ragen nach außen.
  • In den bogenförmigen zweiten Wandungen 24, 25 sind ebenso Vorsprünge 29 vorgesehen, die in den Innenraum 26 hineinragen. Die Anordnung der Vorsprünge 27, 28 entspricht im Wesentlichen der Anordnung der Vorsprünge 7, 10 der 1a bis 1e, wobei die Anordnung der Vorsprünge 29 im Wesentlichen der Anordnung der Vorsprünge 11 der 1a bis 1e entspricht. Der Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 2a bis 2c zu dem Ausführungsbeispiel der 1a bis 1e ist, dass die Wiederhollänge l' im Ausführungsbeispiel der 2a bis 2c der Wiederhollänge L der Vorsprünge 27 entspricht.
  • Die 3a und 3b zeigen die Anordnung eines Vorsprungs 29 im Verhältnis zur Anordnung der Vorsprünge 27. Dabei ist zu erkennen, dass die Mitte 30 des Vorsprungs 29 etwa auf gleicher Höhe liegt, wie die Mitte 31 eines Vorsprungs 27. Der Vorsprung 29 ist somit mittig zu einem Vorsprung 27, der mit einer Gruppe von Vorsprüngen 27 o-förmig angeordnet ist, wobei im Zentrum der o-förmigen Anordnung ein Vorsprung 28 angeordnet ist.
  • Die 3c zeigt die Ausdehnung eines Vorsprungs 29 beispielhaft, wobei die Ausdehnung quer zur Längsrichtung des Flachrohres, die Prägetiefe, etwa 1,0 mm beträgt und die Prägeradien und die Auslaufradien jeweils etwa 6,0 mm betragen. Die Prägetiefe der Vorsprünge 29 können sinnvollerweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,2 mm ausgewählt werden, um gegenüber der bogenförmigen zweiten Wandung ausreichend tief in den Innenraum vorzustehen. Dabei wird die Einprägung durch einen zentralen Prägeradius mit zwei randseitigen Auslaufradien gebildet. Die Länge, quer zur Prägetiefe, kann dabei vorteilhaft das Mehrfache der Prägetiefe betragen.
  • In den 3b und 3a ist zu erkenne, dass die Vorsprünge 27 in einem Winkel von etwa 22° zur Längsachse des Rohres angeordnet sind, wobei die Vorsprünge 28 rund oder oval ausgebildet sind, wobei bei ovaler Ausprägung die Längsachse parallel zu Längsachse des Rohres angeordnet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004045923 A1 [0003]

Claims (16)

  1. Flachrohr (1) mit zwei gegenüberliegenden und parallel zueinander angeordneten im Wesentlichen flachen ersten Wandungen (2, 3) und mit zwei die beiden flachen ersten Wandungen (2, 3) verbindenden bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5), mit einem Innenraum (6) zur Durchströmung eines Mediums, wobei in zumindest einer der flachen ersten Wandungen (2, 3) in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5) in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (11) vorgesehen sind.
  2. Flachrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide gegenüberliegenden flachen ersten Wandungen (2, 3) jeweils in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (7) aufweisen.
  3. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide sich gegenüberliegenden bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5) in den Innenraum (6) ragende Vorsprünge (11) aufweisen.
  4. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise beide, der beiden gegenüberliegenden flachen ersten Wandungen (2, 3) nach außen gerichtete Vorsprünge (10) aufweisen.
  5. Flachrohre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gerichteten Vorsprünge (7) der flachen ersten Wandungen (2, 3) mit einer ersten Wiederholrate entlang der Längsachse des Flachrohrs angeordnet sind.
  6. Flachrohre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gerichteten Vorsprünge (11) der bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5) mit einer zweiten Wiederholrate entlang der Längsachse des Flachrohrs angeordnet sind.
  7. Flachrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wiederholrate einem ganzzahligen Vielfachen der anderen Wiederholrate im Wesentlichen entspricht.
  8. Flachrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wiederholrate doppelt so hoch ist als die erste Wiederholrate.
  9. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum ragenden Vorsprünge (7) der flachen ersten Wandungen x-förmig (8) und/oder o-förmig (9) angeordnet sind.
  10. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen ragenden Vorsprünge (10) der flachen Wandungen (2, 3) zwischen den o-förmig angeordneten in den Innenraum ragenden Vorsprüngen der ersten Wandung angeordnet sind.
  11. Flachrohr nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum (6) ragenden Vorsprünge (7) gegenüberliegender erster Wandungen (2, 3) komplementär zueinander angeordnet sind, so dass eine x-förmige Anordnung in einer ersten Wandung einer o-förmigen Anordnung einer gegenüberliegenden ersten Wandung gegenüber liegt.
  12. Flachrohr nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den bogenförmigen zweiten Wandungen (4, 5) vorgesehenen, in den Innenraum ragende, Vorsprünge einen ovalen Querschnitt aufweisen.
  13. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorsprung (11) in den bogenförmigen zweiten Wandung (4, 5) im Wesentlichen auf der Höhe der Mitte eines Vorsprungs (7) in der flachen ersten Wandung (2, 3) angeordnet ist.
  14. Flachrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Endbereich oder vorzugsweise beide Endbereiche des Flachrohrs (1) ohne Vorsprünge ausgebildet ist bzw. sind.
  15. Flachrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesparten Endbereiche für die jeweiligen Vorsprünge voneinander abweichen können.
  16. Wärmeübertrager mit einer Mehrzahl von Flachrohren, wobei die Flachrohre mit den Merkmalen zumindest eines der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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