-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsanordnung für einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Wärmetauscher, wie etwa Kühler und Ladeluftkühler, die in einem vorderen Abschnitt eines Fahrzeugs durch Umgebungsluft gekühlt werden, können mit einer Vielzahl von parallelen Röhren ausgelegt sein, die in einer Reihe angeordnet sind und Kühlmittel oder Ladeluft von einem Einlasstank zu einem Auslasstank leiten. Die Röhren sind in einem Abstand voneinander angeordnet, so dass sich Luftströmungsdurchgänge zwischen den Röhren bilden. Luft wird während des Betriebs des Fahrzeugs durch ein Kühlergebläse und Staudruckluft durch die Luftströmungsdurchgänge hindurch getrieben. Wärmeübertragungselemente in der Form von Rippen können in den Luftströmungsdurchgängen angeordnet sein, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern und die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel oder der Ladeluft in den Röhren zu erhöhen. Ferner können die Rippen mit Strömungsumlenkelementen in der Form von Luftklappen versehen sein, welche die turbulente Strömung in den Luftströmungsdurchgängen erhöhen. Die turbulente Strömung verstärkt die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel oder der Ladeluft in den Röhren weiter. Bei Luftklappen gibt es jedoch gewisse Nachteile. Die turbulente Luftströmung erhöht den Druckabfall in den Luftströmungsdurchgängen, was zu einer höheren Belastung für das Kühlergebläse und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs führt. Ferner erhöht das Vorhandensein der Luftklappen das Risiko, dass die Luftströmungskanäle mit Schmutz verstopft werden, was die Kühlkapazität des Kühlers und des Ladeluftkühlers reduziert.
-
Es ist ebenfalls üblich, die Strömungskanäle in den Röhren in einem Kühler und einem Ladeluftkühler mit Wärmeübertragungselementen und Strömungsumlenkelementen zu versehen, um die Wärmeübertragung in dem Kühler und dem Ladeluftkühler zu erhöhen. Das Vorhandensein der Strömungsumlenkelemente in den Röhren eines Kühlers erhöht jedoch den Strömungswiderstand und die Belastung für eine Kühlmittelpumpe, um das Kühlmittel durch den Kühler umlaufen zu lassen.
-
Das Vorhandensein der Strömungsumlenkelemente in den Röhren eines Ladeluftkühlers erhöht den Strömungswiderstand und die Belastung für einen Kompressor, um Luft direkt durch den Ladeluftkühler zu laden.
-
Es sei zu beachten, dass Wärmeübertragungselemente und Strömungsumlenkelemente in Strömungsdurchgängen in Wärmetauschern beliebiger Art angeordnet sein können, um die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher zu erhöhen.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wärmeübertragungsanordnung für einen Wärmetauscher bereitzustellen, der mit Wärmeübertragungselementen und Umlenkelementen versehen ist, die eine verstärkte turbulente Strömung in einem Medienkanal nur verursachen, wenn ein erhöhter Wärmeübertragungsbedarf in dem Wärmetauscher gegeben ist.
-
Die zuvor erwähnte Aufgabe wird durch die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1 erreicht. Die Wärmeübertragung zwischen zwei Medien in einem Wärmetauscher kann dadurch erhöht werden, dass ein Wärmeübertragungselement in einem Strömungsdurchgang für mindestens eines der Medien angeordnet ist. Das Wärmeübertragungselement erhöht den Wärmeübertragungsbereich zwischen den Medien in dem Wärmetauscher. Die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher hängt auch mit dem Niveau der turbulenten Strömung in den Strömungsdurchgängen zusammen. Die Proportion der turbulenten Strömung kann dadurch erhöht werden, dass Wärmeübertragungselemente mit Strömungsumlenkelementen verwendet werden. Gemäß der Erfindung umfasst die Wärmeübertragungsanordnung mindestens ein Strömungsumlenkelement aus einem magnetisierbaren Material und eine Vorrichtung, die in der Lage ist, ein Magnetfeld in einem Bereich, der das Strömungsumlenkelement umfasst, zeitweilig anzulegen. Wenn ein Magnetfeld in dem Bereich angelegt wird, entsteht eine Kraft, die auf das magnetisierbare Material derart einwirkt, dass das Strömungsumlenkelement in Bezug auf eine anfängliche Form, wenn kein Magnetfeld angelegt wird, seine Form ändert. Somit kann das Umlenkelement mindestens zwei verschiedene Formen in Kontakt mit dem Medium in dem Strömungsdurchgang annehmen und die Medienströmung mit zwei verschiedenen Möglichkeiten umlenken. Folglich kann das Umlenkelement zwei verschiedene Turbulenzniveaus in dem Strömungsdurchgang mit verschiedenen Wärmeübertragungseigenschaften bereitstellen. Die Wärmeübertragungsanordnung wird derart gesteuert, dass die geringere turbulente Strömung in dem Strömungsdurchgang entsteht, wenn die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher ausreichend ist, beispielsweise wenn ein Medium bereits auf eine gewünschte Temperatur in dem Wärmetauscher abgekühlt ist. Es besteht ein erhöhter Wärmeübertragungsbedarf, wenn das Medium in dem Wärmetauscher nicht auf die gewünschte Temperatur abgekühlt ist. In diesem Fall wird die Wärmeübertragungsanordnung derart gesteuert, dass die höhere turbulente Strömung in dem Strömungsdurchgang entsteht. Die höhere turbulente Strömung erhöht die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher derart, dass das Medium auf die gewünschte Temperatur abgekühlt werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Strömungsumlenkelement konfiguriert, um eine erste Form, in der es die Medienströmung in einem Strömungskanal umlenkt, und eine zweite Form, in der es die Medienströmung in dem Strömungskanal nicht umlenkt, aufzuweisen. Das Strömungsumlenkelement kann eine erste Form, in der es in einen Strömungskanal vorsteht und die Medienströmung stört, und eine zweite Form, in der es die Medienströmung gar nicht beeinflusst, aufweisen. Alternativ oder kombiniert ist das Strömungsumlenkelement konfiguriert, um eine Öffnung zwischen zwei angrenzenden Strömungskanälen freizulegen, wenn es die erste Form aufweist. In diesem Fall ist es möglich, dass das Medium zwischen angrenzenden Strömungskanälen fließt, was die turbulente Strömung in den Strömungskanälen weiter erhöht. Das Wärmeübertragungselement kann mit mindestens einem Strömungsumlenkelement für jeden Strömungskanal in dem Strömungsdurchgang versehen sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Strömungsumlenkelement aus einem teilweise ausgeschnittenen Abschnitt in dem Wärmeübertragungselement und einem magnetisierbaren Material, das mit dem ausgeschnittenen Abschnitt in dem Wärmeübertragungselement verbunden ist. Es ist möglich, ein Strömungsumlenkelement bereitzustellen, indem ein Streifen aus einem geeigneten magnetisierbaren Material zu einer Oberfläche eines teilweise ausgeschnittenen Abschnitts in dem Wärmeübertragungselement hinzugefügt wird. Der Streifen aus magnetisierbarem Material kann mit dem teilweise ausgeschnittenen Abschnitt durch Prägen, Schmieden, Hartlöten, Schweißen, Kleben usw. fest zusammengefügt sein. Alternativ ist das magnetisierbare Material eine Schicht, die auf den ausgeschnittenen Abschnitt aufgetragen wird. Ein derartiges magnetisierbares Material kann auf eine Oberfläche des teilweise ausgeschnittenen Abschnitts durch Sprühen, Bedampfen usw. aufgetragen werden. In diesem Fall ist es möglich, den teilweise ausgeschnittenen Abschnitt mit einer sehr dünnen Schicht aus magnetisierbarem Material zu versehen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung konfiguriert, um ein elektromagnetisches Feld in diesem Bereich zu generieren. Ein elektromagnetisches Feld kann anhand eines elektrischen Schalters, der die Stromzufuhr für einen Elektromagneten regelt, oder einer elektrischen Leitung, die ein elektromagnetisches Feld in dem Bereich generiert, der das Umlenkelement umfasst, angelegt werden. Alternativ kann die Vorrichtung einen Dauermagneten umfassen, der zwischen einer ersten Position, in der er ein Magnetfeld an das Umlenkelement anlegt, und einer zweiten Position, in der er kein Magnetfeld an das Umlenkelement anlegt, bewegt wird. Die Vorrichtung kann konfiguriert sein, um ein Magnetfeld variabler Stärke anzulegen. In diesem Fall ist es möglich, dem Strömungsumlenkelement eine mehr oder weniger gekrümmte Form in Abhängigkeit von der Stärke des elektromagnetischen Feldes zu verleihen. In diesem Fall ist es möglich, die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher stufenlos zu variieren.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um Informationen über einen Parameter bezüglich des Wärmeübertragungsbedarfs in dem Wärmetauscher zu empfangen und das Magnetfeld anzulegen, wenn eine erhöhte Wärmeübertragung verlangt wird. Die Steuereinheit kann beispielsweise Informationen über die Temperatur eines Mediums empfangen, das in dem Wärmetauscher gekühlt werden soll. Für den Fall, dass das Medium eine zu hohe Temperatur aufweist, besteht ein erhöhter Wärmeübertragungsbedarf, und es wird ein elektromagnetisches Feld generiert. Für den Fall, dass das Medium bereits auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt ist, wird kein elektromagnetisches Feld generiert. In letzterem Fall wird der Strömungswiderstand in dem Strömungsdurchgang derart reduziert, dass weniger Energie benötigt wird, um das Medium durch den Strömungsdurchgang zu leiten.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der teilweise ausgeschnittene Abschnitt mit einem feststehenden Ende, das mit dem Wärmeübertragungselement fest verbunden ist, einem freien Ende und zwei Seiten, die das freie Ende und das feststehende Ende verbinden, ausgelegt. Der ausgeschnittene Abschnitt kann federelastische Eigenschaften aufweisen. Der ausgeschnittene Abschnitt kann in einem nicht geladenen Zustand eine nicht umlenkende Position einnehmen. Das Strömungsumlenkelement kann eine rechteckige Form aufweisen. Wenn ein elektromagnetisches Feld angelegt wird, wird das Umlenkelement von einer nicht umlenkenden Position gegen die Wirkung der federelastischen Eigenschaften des ausgeschnittenen Abschnitts in eine umlenkende Position gebogen. Wenn das angelegte elektromagnetische Feld aufgehoben wird, bewegen die federelastischen Eigenschaften des ausgeschnittenen Abschnitts das Umlenkelement in die nicht umlenkende Position zurück. Das freie Ende ist der Teil des Strömungsumlenkelements, der am weitesten in den Strömungsdurchgang vorsteht. Das freie Ende kann sich in einer stromabwärtigen Position des feststehenden Endes im Verhältnis zu der beabsichtigten Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang befinden. In diesem Fall wird die Medienströmung in Kontakt mit dem Strömungsumlenkelement in einer mehr oder weniger querliegenden Richtung in den Strömungskanal geleitet. Alternativ kann sich das feststehende Ende des ausgeschnittenen Abschnitts in einer stromabwärtigen Position des feststehenden Endes im Verhältnis zu der beabsichtigten Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang befinden. In diesem Fall wird die Medienströmung in Kontakt mit dem Strömungsumlenkelement von einem Strömungskanal auf einen angrenzenden Strömungskanal über eine Öffnung zwischen den Strömungskanälen umgelenkt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Wärmeübertragungselement ein erstes Teilstück, das mit einer Oberfläche fest zu verbinden ist, die eine Seite des Strömungsdurchgangs definiert, ein zweites Teilstück, das mit einer Oberfläche fest zu verbinden ist, die eine gegenüberliegende Seite des Strömungsdurchgangs definiert, und ein Zwischenteilstück, das eine Erstreckung quer über den Strömungskanal zwischen den Endteilstücken aufweist. In diesem Fall kann das Wärmeübertragungselement wellenförmig mit einem V-Profil oder einem U-Profil geformt sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Wärmeübertragungselemente mit Strömungsumlenkabschnitten versehen, die in verschiedenen stromabwärtigen Positionen in dem Strömungsdurchgang angeordnet sind. Die Temperatur des Mediums variiert entlang des Strömungsdurchgangs. In diesem Fall ist es möglich, dass die Strömungsumlenkelemente verschiedene Formen in verschiedenen stromabwärtigen Positionen in dem Strömungsdurchgang bereitstellen.
-
Das Wärmeübertragungselement und die Umlenkelemente können in einem Wärmetauscher beliebiger Art angeordnet sein. Der Wärmetauscher kann beispielsweise ein Kühler, in dem ein Kühlmittel luftgekühlt wird, oder ein Ladeluftkühler, in dem Ladeluft luftgekühlt wird, sein.
-
Figurenliste
-
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Wärmetauscher in der Form eines Kühlers, der eine Wärmeübertragungsanordnung gemäß der Erfindung umfasst,
- 2 einen Teil des Kühlers in 1,
- 3 eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die ein elektromagnetisches Feld anlegt,
- 4 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene A-A in 2, in der sich die Strömungsumlenkelemente in einer nicht umlenkenden Position befinden,
- 5 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene A-A in 2, in der sich die Strömungsumlenkelemente in einer umlenkenden Position befinden,
- 6 eine Querschnittsansicht durch eine der Röhren in 1,
- 7 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene B-B in 6, in der sich die Strömungsumlenkelemente in einer nicht umlenkenden Position befinden, und
- 8 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene B-B in 6, in der sich die Strömungsumlenkelemente in einer umlenkenden Position befinden.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
1 zeigt einen Wärmetauscher in der Form eines Kühlers 1, der in einem Fahrzeug angeordnet sein kann. Der Kühler 1 empfängt ein Kühlmittel, das in einer Kühlanlage umläuft, um Komponenten in dem Fahrzeug, wie etwa einen Verbrennungsmotor, zu kühlen. Der Kühler 1 umfasst einen Einlasstank 2, der ein zu kühlendes Kühlmittel aufnimmt. Das Kühlmittel wird von dem Einlasstank 2 zu einem Wärmeübertragungsbereich 3 des Kühlers geleitet. Der Wärmeübertragungsbereich 3 umfasst eine Vielzahl von Röhren 4, die in einer Reihe parallel angeordnet sind. Die Luftströmungsdurchgänge 5 sind in den Zwischenräumen zwischen angrenzenden Röhren 4 angeordnet. Jede Röhre 4 umfasst einen Innenraum, der einen Kühlmittelströmungsdurchgang 6 durch den Wärmeübertragungsbereich 3 hindurch definiert. Die Kühlmittelströmung wird anhand einer nicht gezeigten Kühlmittelpumpe durch die Kühlmittelströmungsdurchgänge hindurch getrieben. Eine kühlende Luftströmung wird anhand eines Kühlergebläses und Staudruckluft durch die Luftströmungsdurchgänge 5 in dem Kühler 1 hindurch getrieben. Wärmeübertragungselemente 7, die man als Rippen bezeichnen kann, sind in den Luftströmungsdurchgängen 5 angeordnet. Das Vorhandensein der Wärmeübertragungselemente 7 vergrößert den Wärmeübertragungsbereich und somit die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel in den Röhren 4. Das Kühlmittel, das den Wärmeübertragungsbereich 3 verlässt, wird in einem Auslasstank 8 aufgenommen.
-
2 zeigt einen Teil des Kühlers in 1. Die Röhren 4 weisen eine längliche Querschnittsfläche auf. Folglich weisen die Röhren 4 eine kleine vordere Oberfläche und eine relativ große flache äußere Oberfläche 4a auf, die den Luftströmungsdurchgang 5 zwischen zwei angrenzenden Röhren 4 definieren. Die Wärmeübertragungselemente 7 sind durch ein gefalztes dünnes Metallblech gebildet. Die Wärmeübertragungselemente 7 umfassen erste Endteilstücke 7a, die mit einer äußeren Oberfläche 4a einer Röhre 4 auf einer Seite des Luftströmungsdurchgangs 5 fest zu verbinden sind, zweite Endteilstücke 7b, die mit einer äußeren Oberfläche 4a einer Röhre 4 auf einer gegenüberliegenden Seite des Luftströmungsdurchgangs 5 fest zu verbinden sind, und Zwischenteilstücke 7e, die jeweils eine Erstreckung zwischen einem ersten Endteilstück 7a und einem zweiten Endteilstück 7b aufweisen. Die Wärmeübertragungselemente 7 unterteilen die Luftströmungsdurchgänge 5 in eine große Anzahl von relativ schmalen Luftströmungskanälen 5a, die parallel angeordnet sind. Die Wärmeübertragungselemente 7 werden aus einem Material hergestellt, das ausgezeichnete Wärmeleitungseigenschaften aufweist, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Jedes Zwischenteilstück 7c weist seitliche Oberflächen auf, die sich in Wärmeübertragungskontakt mit der Luft in dem Luftströmungsdurchgang 5 befinden sollen. Die Zwischenteilstücke 7a sind mit einer Vielzahl von teilweise ausgeschnittenen Abschnitten 7d versehen. Der teilweise ausgeschnittene Abschnitt 7d umfasst ein feststehendes Ende 7e, das mit dem Wärmeübertragungselement 7 fest verbunden ist, ein freies Ende 7f und zwei Seiten 7g, 7h, die das feststehende Ende 7e und das freie Ende 7f verbinden. Ein magnetisierbares Material 9 ist auf einer Oberfläche der ausgeschnittenen Abschnitte 7d angeordnet. Die teilweise ausgeschnittenen Abschnitte 7d und das magnetisierbare Material 9 bilden Strömungsumlenkelemente 10. Die Wärmeübertragungselemente 7 umfassen mehrere Strömungsumlenkelemente 10, die in verschiedenen stromabwärtigen Positionen in dem Luftströmungsdurchgang 5 angeordnet sind.
-
3 zeigt eine Vorrichtung 17, die konfiguriert ist, um ein elektromagnetisches Feld in einem Bereich anzulegen, der die Strömungsumlenkelemente 10 umfasst. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit 18, die konfiguriert ist, um Informationen über einen Parameter bezüglich des Wärmeübertragungsbedarfs in dem Kühler 1 zu empfangen. In diesem Fall empfängt die Steuereinheit 18 Informationen von einem Temperatursensor 19, der die Temperatur des Kühlmittels misst, das den Kühler 1 verlässt. Die Vorrichtung umfasst eine elektrische Schaltung, die einen elektrischen Schalter 20, eine Spannungsquelle 21, einen Elektromagneten 22 in der Form einer Spule und eines Eisenkerns und einen verstellbaren elektrischen Widerstand 23 umfasst. Die Steuereinheit 18 steuert den elektrischen Schalter 20 und den verstellbaren elektrischen Widerstand 23. Wenn der elektrische Schalter 20 geschlossen ist, wird Strom durch die Schaltung und den Elektromagneten 22 geleitet. Die Menge von Strom durch die Spule 22 und die Stärke des elektromagnetischen Feldes, das durch den Elektromagneten 22 generiert wird, wird durch den verstellbaren elektrischen Widerstand 23 gesteuert. Das elektromagnetische Feld erstellt eine Kraft, die auf das magnetisierbare Material 9 derart einwirkt, dass die Strömungsumlenkelemente 10 elastisch verformt werden, so dass sie ihre Form in Abhängigkeit von der Stärke des elektromagnetischen Feldes ändern. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Elektromagneten 22 in geeigneten Positionen des Kühlers 1 angeordnet, um ein im Wesentlichen einheitliches elektromagnetisches Feld in einem Bereich bereitzustellen, der die Strömungsumlenkelemente 10 umfasst. Der verstellbare elektrische Widerstand 23 kann natürlich durch eine Pulsbreitenmodulationseinheit PWM oder dergleichen ersetzt werden, um eine variable Spannung und Strom mit einem Minimum an elektrisch generierten Wärmeverlusten zu erreichen.
-
4 und 5 zeigen eine Ansicht in der Ebene A-A in 2 von zwei Strömungskanälen 5a in dem Luftströmungsdurchgang 5. Der teilweise ausgeschnittene Abschnitt 7d weist eine Erstreckung in der beabsichtigten Strömungsrichtung in den Strömungskanälen 5a zwischen dem feststehenden Ende 7e und dem freien Ende 7f auf. Eine seitliche Oberfläche des teilweise ausgeschnittenen Abschnitts 7d ist mit dem magnetisierbaren Material 9 derart versehen, dass der teilweise ausgeschnittene Abschnitt 7d und das magnetisierbare Material 9 zusammen das Strömungsumlenkelement 10 bilden. Das magnetisierbare Material 9 kann ein dünner Metallstreifen sein, der an einer Oberfläche des teilweise ausgeschnittenen Abschnitts 7d durch Prägen, Schmieden, Hartlöten, Schweißen, Kleben usw. fest angebracht ist. Alternativ kann das magnetisierbare Material 9 auf den teilweise ausgeschnittenen Abschnitt 7d durch Sprühen, Bedampfen, wie etwa physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CPD) usw., aufgetragen werden.
-
Während des Betriebs strömt Luft durch die Luftströmungsdurchgänge 5 zwischen den Röhren 4. Die Steuereinheit 18 empfängt Informationen von dem Sensor 19 über die Temperatur des Kühlmittels, das den Kühler 1 verlässt. Wenn das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als eine geeignete Betriebstemperatur aufweist, besteht kein Bedarf daran, die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel zu erhöhen, um eine effektivere Kühlung des Kühlmittels durch Luft bereitzustellen. Die Steuereinheit 18 versetzt den elektrischen Schalter 20 in eine offene Position, so dass kein Strom durch die Schaltung und den Elektromagneten 22 fließt. Folglich wird kein elektromagnetisches Feld generiert. Die Strömungsumlenkelemente 10 in den Luftströmungsdurchgängen 5 befinden sich in einer nicht umlenkenden Position, wenn kein elektromagnetisches Feld generiert wird. 4 zeigt die Strömungsumlenkelemente 10 in der nicht umlenkenden Position. In dieser Position beeinflussen die Strömungsumlenkelemente 10 die Luftströmung in den angrenzenden Luftkanälen 5a gar nicht. Folglich ist der Strömungswiderstand in dem Luftströmungsdurchgang 5 gering. Somit ist der Energieverbrauch eines Kühlergebläses, das Luft durch den Luftströmungsdurchgang 5 hindurch treibt, gering.
-
Wenn das Kühlmittel eine höhere Temperatur als eine geeignete Betriebstemperatur aufweist, besteht ein Bedarf daran, die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel zu erhöhen, um eine effektivere Kühlung des Kühlmittels durch Luft bereitzustellen. Die Steuereinheit 18 schließt den elektrischen Schalter 20, so dass Strom durch die Schaltung und den Elektromagneten 22 fließt, so dass ein elektromagnetisches Feld in einem Bereich angelegt wird, der die Strömungsumlenkelemente 10 umfasst. Die Steuereinheit 18 steuert den verstellbaren elektrischen Widerstand 23, so dass die Menge von Strom durch den Elektromagneten 22 ein elektromagnetisches Feld einer geeigneten Stärke erstellt. Das elektromagnetische Feld stellt eine Kraft bereit, die auf die Strömungsumlenkelemente 10 in den Luftströmungsdurchgängen 5 derart einwirkt, dass sie angesichts der Stärke des angelegten Magnetfeldes in eine mehr oder weniger gekrümmte Form gebogen werden. Die Strömungsumlenkelemente 10 werden in eine umlenkende Position bewegt. In der umlenkenden Position dringen die Strömungsumlenkelemente 10 in einen angrenzenden Luftströmungskanal 5a ein. Folglich stören die Strömungsumlenkelemente 10 die Luftströmung in dem Luftströmungskanal 5a. Die gestörte Luftströmung wird turbulenter sein. Ferner entsteht eine Öffnung 12 in den Zwischenteilstücken 7b, die Luft zwischen zwei angrenzenden Luftströmungskanälen 5a strömen lässt. Eine derartige Luftströmung führt auch zu einer erhöhten turbulenten Strömung in den Luftströmungsdurchgängen 5a. Die turbulente Luftströmung in den Strömungsdurchgängen 5 erhöht die Wärmeübertragung, so dass die Luft eine effektivere Kühlung des Kühlmittels bereitstellt. Dadurch verringert sich die Temperatur des Kühlmittels, das den Kühler verlässt, auf eine geeignete Betriebstemperatur.
-
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer der Röhren 4 in 1 und den Kühlmittelströmungsdurchgang 6. Ein Wärmeübertragungselement 13 ist in der Röhre 4 in dem Kühlmittelströmungsdurchgang 6 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 13 weist eine im Wesentlichen ähnliche Bauform wie das Wärmeübertragungselement 7 in dem Luftströmungsdurchgang 5 auf. Das Wärmeübertragungselement 13 ist durch ein gefalztes dünnes Metallblech gebildet. Das Wärmeübertragungselement 13 unterteilt den Luftströmungsdurchgang 6 in eine große Anzahl von parallelen Strömungskanälen 6a. Das Wärmeübertragungselement 13 wird aus einem Material hergestellt, das ausgezeichnete Wärmeleitungseigenschaften aufweist, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Das Wärmeübertragungselement 13 umfasst erste Endteilstücke 13a, die mit einer inneren Seitenfläche 4b der Röhre 4 fest zu verbinden sind, zweite Endteilstücke 13b, die mit einer inneren Seitenfläche 4b der Röhre 4 auf einer gegenüberliegenden Seite des Kühlmittelströmungsdurchgangs 6 fest zu verbinden sind, und Zwischenteilstücke 13c, die eine Erstreckung quer über den Kühlmittelströmungsdurchgang 6 zwischen zwei Endteilstücken 13a, 14b aufweisen. Somit weist das Wärmeübertragungselement eine wellenförmige Bauform in einer Querschnittsansicht durch die Röhre 4 auf. Die Zwischenteilstücke 13c weisen seitliche Oberflächen auf, die sich in Wärmeübertragungskontakt mit dem Kühlmittel in dem Strömungsdurchgang 6 befinden sollen. Die Zwischenteilstücke 13c sind mit Strömungsumlenkelementen 14 versehen. Eine elektrische Leitung 24 ist entlang einer Vorderseite und einer Rückseite der Röhre 4 angeordnet. Die elektrische Leitung 24 ist Teil einer Vorrichtung, die ein elektromagnetisches Feld für einen Bereich generiert, der die Strömungsumlenkelemente 10 umfasst. Die Vorrichtung 17 umfasst ferner eine Steuereinheit 18, die konfiguriert ist, um Informationen von einem Sensor 19 zu empfangen, der die Temperatur des Kühlmittels misst, das den Kühler 1 verlässt, einen elektrischen Schalter 20 und eine Spannungsquelle 21. Die Steuereinheit 18 steuert den elektrischen Schalter 20. Ein elektromagnetisches Feld wird um die elektrische Leitung 24 herum erstellt, wenn der elektrische Schalter 20 geschlossen ist, und Strom fließt durch die elektrischen Leitungen 24. Die elektrische Leitung 24 kann in anderen Positionen an den Röhren 4 und in anderen Richtungen angeordnet sein. Die elektrischen Leitungen 4 können beispielsweise an einer oberen oder unteren Seitenfläche der Röhren 4 und in einer Längs- oder Querrichtung in Bezug auf die Röhren 4 angeordnet sein.
-
7 und 8 zeigen eine Ansicht entlang der Ebene B-B in 6 von zwei Strömungskanälen 6a in dem Kühlmittelströmungsdurchgang 6. 7 zeigt die beiden Strömungskanäle 6a, wenn kein elektromagnetisches Feld angelegt ist. 8 zeigt die beiden Strömungskanäle 6a, wenn ein elektromagnetisches Feld angelegt ist. Mehrere Strömungsumlenkelemente 14 sind in verschiedenen stromabwärtigen Positionen in den Strömungskanälen 6a angeordnet. Jedes Strömungsumlenkelement 14 umfasst einen teilweise ausgeschnittenen Abschnitt 13d. Der teilweise ausgeschnittene Abschnitt 13d weist eine Erstreckung in der Kühlmittelströmung zwischen einem feststehenden Ende 13e und einem freien Ende 13f auf. Eine Seite des teilweise ausgeschnittenen Abschnitts 13d wurde mit einem magnetisierbaren Material 16 versehen. Ein teilweise ausgeschnittener Abschnitt 13d und ein magnetisierbares Material 16 bilden zusammen ein Strömungsumlenkelement 14.
-
Während des Betriebs strömt Kühlmittel durch die Kühlmittelströmungsdurchgänge 6 in den Röhren 4. Wenn das Kühlmittel eine niedrige Temperatur aufweist, besteht kein Bedarf daran, die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel zu erhöhen, um eine effektivere Kühlung des Kühlmittels bereitzustellen. Die Steuereinheit 18 bringt den elektrischen Schalter 20 in eine offene Position, so dass kein Strom durch die elektrischen Leitungen 24 fließt. Somit wird kein elektromagnetisches Feld angelegt, und die Strömungsumlenkelemente 14 in den Kühlmittelströmungsdurchgängen 6 bleiben in einer nicht ablenkenden Position. 7 zeigt die Strömungsumlenkelemente 14 in der nicht umlenkenden Position. In dieser Position beeinflusst das Strömungsumlenkelement 14 die Kühlmittelströmung in den angrenzenden Strömungskanälen 6a gar nicht. Folglich ist der Strömungswiderstand in dem Kühlmittelströmungsdurchgang 6 sowie in den Strömungskanälen 6a gering. Somit ist der Energieverbrauch der Kühlmittelpumpe, um Kühlmittel durch die Kühlmittelströmungsdurchgänge 6 hindurch zu treiben, gering.
-
Wenn das Kühlmittel eine höhere Temperatur als eine geeignete Betriebstemperatur aufweist, besteht ein Bedarf daran, die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Kühlmittel zu erhöhen, um eine effektivere Kühlung des Kühlmittels durch Luft bereitzustellen. Die Steuereinheit 18 schließt den elektrischen Schalter 20, so dass Strom durch die elektrischen Leitungen 24 fließt, so dass er ein elektromagnetisches Feld generiert. Das elektromagnetische Feld stellt eine Kraft bereit, die auf die Strömungsumlenkelemente 14 in den Luftströmungsdurchgängen 6 derart einwirkt, dass sie in eine mehr oder weniger gekrümmte Form gebogen werden. Die Strömungsumlenkelemente 14 befinden sich nun in einer umlenkenden Position. In der umlenkenden Position dringen die Strömungsumlenkelemente 10 in einen angrenzenden Luftströmungskanal 6a ein. Folglich stören die Strömungsumlenkelemente 14 die Kühlmittelströmung in dem Luftströmungskanal 6a. Die gestörte Kühlmittelströmung wird turbulenter sein. Ferner entsteht eine Öffnung 12 in den Zwischenteilstücken 13c, die Kühlmittel zwischen zwei angrenzenden Strömungskanälen 6a strömen lässt. Eine derartige Kühlmittelströmung führt auch zu einer erhöhten turbulenten Strömung in den Strömungsdurchgängen 6a. Die turbulente Kühlmittelströmung in den Strömungsdurchgängen 6 erhöht die Wärmeübertragung, so dass das Kühlmittel eine effektivere Luftkühlung erhält. Dadurch verringert sich die Temperatur des Kühlmittels, das den Kühler verlässt.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche frei variiert werden. Der Wärmetauscher muss kein Kühler sein, sondern kann ein Wärmetauscher beliebiger Art sein. Ferner ist es möglich, die Wärmeübertragungselemente in einem Medienströmungsdurchgang oder in zwei Medienströmungsdurchgängen in einem Wärmetauscher anzuordnen. Die anderen Teile des Wärmetauschers als die Strömungsumlenkelemente können ein magnetisierbares oder ein nicht magnetisierbares Material umfassen.
