DE10212249A1

DE10212249A1 - Heat exchanger and cooling system

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Publication number: DE10212249A1
Application number: DE10212249A
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02
Also published as: JP2005527764A; CN100573016C; AU2003239792A1; WO2003078911A2; US20050092475A1; CN1643326A; WO2003078911A3; EP1492990A2; BR0303650A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und ein Kühlsystem, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Obwohl die Erfindung im Folgenden mit Hinblick auf den Einsatz an einem Kraftfahrzeug beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher und das erfindungsgemäße Kühlsystem auch für andere Kühlprozesse eingesetzt werden kann. The invention relates to a heat exchanger and a cooling system, in particular for use in a motor vehicle. Although the invention is in Described below with regard to the use on a motor vehicle is, it should be noted that the heat exchanger according to the invention and the cooling system according to the invention also for other cooling processes can be used.

Im Stand der Technik werden Kühlsysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um z. B. die Abwärme des Verbrennungsmotors an die Umgebung abzugeben. Als Kühlmittel wird im allgemeinen Wasser eingesetzt, das Zusätze wie zum Beispiel Frostschutzmittel enthält. Im Kühlmittelkühler wird die in den Kühlkreislauf vom Motor abgegebene Wärme an die Umgebung abgeführt, indem ein Luftstrom an den Oberflächen des Kühlmittelkühlers vorbeigeleitet wird. The prior art uses cooling systems in motor vehicles, to z. B. the waste heat of the engine to the environment leave. The coolant used is generally water, the additives such as containing antifreeze. In the coolant cooler, the in the cooling circuit from the engine heat to the environment dissipated by a stream of air on the surfaces of the coolant cooler is bypassed.

Im Sinne dieser Anmeldung wird mit Kühlmittel immer das Medium im Inneren des Kühlkreislaufes bezeichnet. Mit Kühlmedium wird hingegen das (äußere) Medium bezeichnet, an welches die Kühlleistung des Kühlkreislaufes abgegeben wird. Bei z. B. einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors wird die Abwärme des Motors von dem im Kühlkreislauf enthaltenen Kühlmittel aufgenommen. Im Kühlmittelkühler wird die Abwärme des Kühlmittels dann an das den Kühlmittelkühler durchströmende Kühlmedium abgeführt. Bei einem konventionellen Kühlkreislauf ist das die Kühlluft. For the purposes of this application is always with coolant in the medium Interior of the cooling circuit designated. With cooling medium, however, is the (Outer) means medium to which the cooling capacity of Cooling circuit is discharged. At z. B. a cooling circuit of a Internal combustion engine is the waste heat of the engine from that contained in the cooling circuit Coolant added. In the coolant cooler, the waste heat of Coolant then to the coolant radiator flowing through the cooling medium dissipated. In a conventional refrigeration cycle, this is the cooling air.

Zur Erhöhung des Wärmestroms wird die wärmeabgebende Oberfläche des Kühlmittelkühlers vergrößert, indem der Kühlmittelstrom auf eine Anzahl paralleler Kühlmittelrohre aufgeteilt wird, an denen Kühlrippen angeordnet sind, um die Wärme effektiv an die Umgebung abzugeben. To increase the heat flow, the heat-emitting surface of the Coolant cooler increased by the coolant flow to a number split parallel coolant tubes, arranged on which cooling fins are to effectively dissipate the heat to the environment.

In der Praxis werden von einem Kraftfahrzeughersteller bzw. von dem Hersteller des Kühlsystems technische Bedingungen vorgegeben, die der Wärmetauscher des Kühlsystems einhalten muss. Vorgegeben werden die thermodynamischen Daten wie Wärmeleistung bei gegebenen Betriebstemperaturen des Kühlmittels und der Umgebung sowie maximaler Druckverlust bei vorgegebenem Massenstrom des Kühlmittels im Betriebszustand. In practice, by a motor vehicle manufacturer or by the Manufacturer of the cooling system specified technical conditions, the Heat exchanger of the cooling system must comply. The are specified thermodynamic data such as heat output at given Operating temperatures of the coolant and the environment as well as maximum Pressure loss at a given mass flow of the coolant in the operating state.

Der Druckverlust wird begrenzt im Hinblick auf die aufzuwendende Leistung und Dimensionierung der Kühlmittelpumpe. The pressure loss is limited in terms of the power required and dimensioning of the coolant pump.

Typischerweise werden die einzelnen Komponenten des Kühlkreislaufes auf sogenannte kritische Betriebszustände des Fahrzeugs ausgelegt, bei denen zum Beispiel bei Bergauffahrt unter bestimmten Lastbedingungen und vorherrschender Außentemperaturen eine vorgegebene Wärmemenge an die Umgebung abgebbar sein muss, ohne die zulässigen Grenztemperaturen zu überschreiten. Typically, the individual components of the cooling circuit on so-called critical operating conditions of the vehicle designed in which for example when driving uphill under certain load conditions and prevailing outside temperatures a given amount of heat to the Environment must be deliverable, without the permissible limit temperatures too exceed.

Um die vorgenannten Kriterien zu erzielen, werden Wärmetauscher für Kühlmittelkreisläufe in Kraftfahrzeugen derart ausgelegt, dass bei maximaler Wärmeübertragungsleistung der Strömungswiderstand gering ist. Es werden maximale Strömungsverluste auf der Kühlmittelseite im Wärmetauscher bzw. Wärmeübertragungsnetz vorgegeben, die nicht überschritten werden dürfen. To achieve the above criteria, heat exchangers for Coolant circuits in motor vehicles designed such that at maximum Heat transfer performance of the flow resistance is low. It will maximum flow losses on the coolant side in the heat exchanger or Heat transfer network specified, which must not be exceeded.

Obwohl der maximale Druckverlust im Kühlmittelkühler gering vorgegeben ist, ist der Druckverlust im gesamten Kühlkreislauf insgesamt hoch. Although the maximum pressure loss in the coolant radiator is set low is, the pressure loss in the entire cooling circuit is high overall.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, der es bei gleichen Wärmeübertragungseigenschaften erlaubt, den Leistungsbedarf für die Pumpe des Kühlkreislaufes zu senken. Vorzugsweise ist es weiterhin ein Aspekt der Aufgabe der Erfindung, ein Kühlsystem zur Verfügung zu stellen, bei dem insgesamt eine kleinere Pumpenleistung zur Überwindung der Strömungswiderstände im Kühlmittelkreislauf möglich ist. It is the object of the invention to provide a heat exchanger available which allows it with the same heat transfer properties, the Reduce power requirement for the pump of the cooling circuit. Preferably, it is further an aspect of the object of the invention to provide a refrigeration system to provide, in which a total of a smaller pump power to overcome the flow resistance in the coolant circuit possible is.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist Gegenstand des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist Gegenstand des Anspruchs 9. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The heat exchanger according to the invention is the subject of claim 1. The cooling system according to the invention is the subject of claim 9. Preferred developments are subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist insbesondere, aber nicht nur, zur Verwendung in einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Zwischen Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass des Wärmetauschers ist wenigstens ein Wärmeübertragungsnetz vorgesehen. Wenigstens ein Wärmeübertragungsnetz umfasst wenigstens eine Rohreinrichtung, wobei die Rohreinrichtung bzw. die Rohreinrichtungen dazu vorgesehen sind, Kühlmittel durch den Wärmetauscher vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass zu transportieren, während die Abwärme abgeführt wird. Ein charakteristischer hydraulischer Durchmesser einer Rohreinrichtung ist bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher kleiner oder gleich als 2,0 mm. The heat exchanger according to the invention is in particular, but not only, to Use provided in a cooling circuit of a motor vehicle. Between coolant inlet and coolant outlet of the heat exchanger is provided at least one heat transfer network. At least one Heat transfer network comprises at least one tube device, wherein the pipe device or the pipe devices are intended to Coolant through the heat exchanger from the coolant inlet to Coolant outlet to transport while the waste heat is dissipated. On Characteristic hydraulic diameter of a tube device is at a heat exchanger according to the invention less than or equal to 2.0 mm.

Dabei ist der hydraulische Durchmesser d_hydr im Sinne dieser Anmeldung definiert als das Vierfache der Querschnittsfläche dividiert durch die Innenumfangsfläche, wie zum Beispiel auch im VDI-Wärmeatlas verwendet, wenn Mehrkammerrohre bezeichnet werden. Der hydraulische Durchmesser dhydr bezeichnet im VDI-Wärmeatlas den hydraulischen Durchmesser aller parallel durchströmten Kammern. Mit der Querschnittsfläche wird hier im Folgenden die innere Querschnittsfläche, die der Strömung des Kühlmittels zur Verfügung steht, bezeichnet. Der Innenumfang ist der Umfang um die Strömungskanaleinrichtung im Inneren der Rohreinrichtung. Here, the hydraulic diameter d _hydr in the context of this application is defined as four times the cross-sectional area divided by the inner peripheral surface, as used for example in the VDI-Wärmeatlas when multi-chamber tubes are called. The hydraulic diameter dhydr in the VDI heat Atlas designates the hydraulic diameter of all parallel-flow chambers. Hereinafter, the cross-sectional area refers to the internal cross-sectional area available for the flow of the coolant. The inner circumference is the circumference around the flow channel device in the interior of the tube device.

Dies bedeutet, dass bei einer kreisförmigen und ideal gestalteten Rohreinrichtung der hydraulische Durchmesser d_hydr gleich dem Durchmesser der Rohreinrichtung d ist. Bei einer Rohreinrichtung mit quadratischer Innenfläche entspricht der hydraulische Durchmesser d_hydr einer inneren Seitenlänge der Rohreinrichtung. This means that in a circular and ideally designed tube device, the hydraulic diameter d _{hydr is} equal to the diameter of the tube device d. In a tube device with a square inner surface, the hydraulic diameter d _{hydr corresponds to} an inner side length of the tube device.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher hat viele Vorteile. The heat exchanger according to the invention has many advantages.

Im Stand der Technik bekannt gewordene Wärmetauscher für Kühlmittelkreisläufe von Kfz weisen einen hydraulischen Durchmesser d_hydr auf, der zum Beispiel bei 2,8 mm und größer liegt. Derartige hydraulische Durchmesser werden gewählt, um die Strömungsverluste im Wärmetauscher zu minimieren. Known in the art heat exchanger for coolant circuits of motor vehicles have a hydraulic diameter d _hydr , which is, for example, at 2.8 mm and larger. Such hydraulic diameters are chosen to minimize the flow losses in the heat exchanger.

Kleinere hydraulische Durchmesser, wie entsprechend dieser Erfindung, weisen hingegen bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums größere Druckverluste auf, so dass erfindungsgemäße Wärmetauscher bei konstantem Massenstrom zu höheren Druckverlusten führen. Deshalb wurde es von der Fachwelt nicht in Betracht gezogen, Wärmetauscher für den Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges zu erforschen, bei denen kleinere hydraulische Durchmesser vorliegen, da diese außerhalb der von den Kraftfahrzeugherstellern vorgegebenen Normen liegen können. Smaller hydraulic diameters, as in accordance with this invention, have, however, at constant flow velocity of the Cooling medium greater pressure losses, so that inventive Heat exchangers at constant mass flow to higher pressure losses. Therefore, it was not considered by experts To explore heat exchanger for the coolant circuit of a motor vehicle, at which have smaller hydraulic diameters, as these outside the can be given by the motor vehicle manufacturers standards.

Überraschenderweise hat sich allerdings gezeigt, dass der Einsatz kleinerer hydraulischer Durchmesser nicht nur zu höheren Strömungswiderständen und somit Druckverlusten führt, sondern gleichzeitig die Wärmeübertragung auf der Innenseite des Kühlmediums derart verbessert wird, dass insgesamt ein kleinerer Kühlmittelmassenstrom erforderlich ist, um eine gleiche Wärmemenge an die Umgebung abzutransportieren. Surprisingly, however, it has been shown that the use of smaller hydraulic diameter not only to higher flow resistance and thus pressure losses, but at the same time the heat transfer is improved on the inside of the cooling medium such that overall a smaller coolant mass flow is required to equal one Heat to be transported to the environment.

Deshalb ist es mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher möglich, den Kühlmittelmassenstrom im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Bei inkompressiblen Kühlmedien, wie zum Beispiel Kühlwasser, führt eine Reduzierung des Kühlmittelmassenstroms direkt zu einer proportionalen Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Kühlkreislauf. Da die Strömungsverluste im Kühlkreislauf proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Kühlmittels ist, bedeutet eine Reduzierung des Kühlmittelmassenstroms auf etwa 70% eine Halbierung der Strömungsverluste im Gesamtkreislauf und eine Absenkung der hydraulischen Förderleistung ▱P mal Volumenstrom auf ca. 35%. Therefore, it is possible with a heat exchanger according to the invention, the To reduce coolant mass flow in the cooling circuit of a motor vehicle. For incompressible cooling media, such as cooling water, leads a Reduction of the coolant mass flow directly to a proportional Reduction of the flow velocity of the coolant in the Cooling circuit. Because the flow losses in the cooling circuit are proportional to the square the speed of the coolant means a reduction of the Coolant mass flow to about 70% halving the Flow losses in the entire circuit and a lowering of the hydraulic Delivery rate ▱P times volume flow to approx. 35%.

Bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers wird durch den kleinen hydraulischen Durchmesser der Rohreinrichtungen im Wärmetauscher der Strömungswiderstand im Wärmetauscher erhöht. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels kann bei gleichbleibender Wärmeleistung außerhalb des Kühlers reduziert werden, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in der Peripherie deutlich geringer ist als bei einem konventionellen Wärmetauscher. When using a heat exchanger according to the invention is characterized by the small hydraulic diameter of the pipe facilities in the Heat exchanger increases the flow resistance in the heat exchanger. The Flow rate of the coolant can be at a constant Heat output can be reduced outside the cooler, so that the Flow velocity of the cooling medium in the periphery significantly is lower than in a conventional heat exchanger.

Unter Peripherie werden hierbei alle vom Kühlmittel durchströmten Bauteile und Bauteilbereiche im Kühlkreislauf verstanden mit Ausnahme der Rohreinrichtungen. Under periphery here are all flowed through by the coolant components and component areas in the cooling circuit understood with the exception of Tube devices.

Obwohl die notwendige Pumpenleistung zur Überwindung des Strömungsverlustes im Wärmetauscher beträchtlich höher sein kann (z. B. Faktor 2 oder 4) als bei einem konventionellen Wärmetauscher, kann insgesamt durch die höhere Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers die zur Kühlung erforderliche Kühlmittelumlaufmenge reduziert werden. Durch die Verminderung der Druckverluste in der Peripherie wird die erforderliche Pumpenleistung der Pumpeneinrichtung reduziert, so dass es die vorliegende Erfindung erlaubt, insgesamt Energie zum Betrieb der Pumpe einzusparen (z. B. Faktor 1,5 oder 2). Although the necessary pump power to overcome the Flow loss in the heat exchanger can be considerably higher (eg factor 2 or 4) than in a conventional heat exchanger, can total due to the higher heat transfer performance of the heat exchanger to the Cooling required coolant circulation amount can be reduced. By the Reduction of pressure losses in the periphery becomes the required Pumping capacity of the pump device is reduced, making it the The present invention allows for overall energy to operate the pump to save (eg factor 1.5 or 2).

Wird die Erfindung in einem Kreislauf mit elektrischer Pumpe verwendet, so ist der Einsparungseffekt an Primärenergie größer, da auch die Umwandlungsverluste von mechanischer Energie in elektrische Energie geringer sind. If the invention is used in a circuit with an electric pump, so is the saving effect of primary energy greater, as well as the Conversion losses of mechanical energy into electrical energy lower are.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist, dass bei Einsatz einer elektrischen Pumpeneinrichtung eine elektrische Pumpe mit deutlich kleinerer elektrischer Leistung Verwendung finden kann, so dass Kosten für Pumpe, Batterie, Lichtmaschine etc. eingespart werden können. Another advantage of the heat exchanger according to the invention is that at Use of an electric pump device with an electric pump significantly smaller electrical power can be used, so that Costs for pump, battery, alternator, etc. can be saved.

Als Kühlmittel zur Aufnahme der abgeführten Wärmemenge wird Gas und besonders bevorzugt Luft verwendet. As a coolant for receiving the heat dissipated amount of gas and particularly preferably used air.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung oder eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung auch in einem Heizkreislauf oder in einem beliebigen Kühlkreislauf Anwendung finden kann. Ebenso kann die Erfindung bei parallelen Kreisläufen oder auch in Mehrkreissystemen angewendet werden. It should be noted that the invention or an advantageous Development of the invention in a heating circuit or in any Cooling circuit can be used. Likewise, the invention in parallel circuits or in multi-circuit systems.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Vielzahl im wesentlichen gleichartiger Rohreinrichtungen vorgesehen. Es ist auch möglich, dass von einem ersten Typ von Rohreinrichtung eine erste Vielzahl vorgesehen ist und von einem zweiten oder noch mehr Typen von Rohreinrichtungen jeweils eine zweite (dritte etc.) Vielzahl vorgesehen ist. In a preferred embodiment of the invention is at least one Variety provided substantially similar pipe facilities. It is also possible that of a first type of pipe device a first Variety is provided and of a second or even more types of Tube devices each have a second (third, etc.) is provided variety.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens der Querschnitt wenigstens eines Typs einer Rohreinrichtung einer Gruppe von Querschnittsformen entnommen, welche runde und kreisrunde, elliptische, ovale, eckige, rechteckige, dreieckige, quadratische und abgerundete Abwandlungen der genannten Querschnittsformen umfasst. In a further development of the invention, at least the cross section at least one type of pipe device of a group of Cross-sectional shapes taken from round and circular, elliptical, oval, angular, triangular, triangular, square and rounded Variations of said cross-sectional shapes comprises.

Vorzugsweise ist der Querschnitt wenigstens einer Rohreinrichtung über wenigstens einen Längenabschnitt entlang der Rohreinrichtung im wesentlichen konstant. Bevorzugt ist der Einsatz von flachen Rohreinrichtungen, bei denen der Strömungskanal des Kühlmediums eine relativ geringe Breite und eine relativ hohe Tiefe (jeweils quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums) aufweist. Preferably, the cross section is at least one tube means over at least one longitudinal section along the pipe device in essentially constant. Preference is given to the use of flat tube devices, in which the flow channel of the cooling medium has a relatively small width and a relatively high depth (each transverse to the flow direction of the Cooling medium).

Zur Verbesserung der Druckfestigkeit können Stege im Strömungskanal vorgesehen sein, die z. B. einen flachen Strömungskanal in rechteckige oder quadratische oder runde oder kreisrunde Segmente aufteilen. Dann enthält eine Rohreinrichtung z. B. Rohrsegmente. Im Folgenden wird immer auf die Abmessungen der Rohreinrichtung Bezug genommen, auch wenn die Rohreinrichtung Segmente enthalten sollte. To improve the pressure resistance webs in the flow channel be provided, the z. B. a flat flow channel in rectangular or split square or round or circular segments. Then contains a pipe device z. B. pipe segments. The following is always on the Dimensions of the pipe device reference, even if the Tubing should contain segments.

In einer bevorzugten Weiterbildung können die Rohreinrichtungen auch mit Turbulenzeinlageneinrichtungen oder Rippeneinrichtungen in den Rohreinrichtungen versehen sein, um die Turbulenz und den Wärmeübergang zu erhöhen. Der charakteristische hydraulische Durchmesser wird durch diese Rippeneinrichtungen und Turbulenzeinlageneinrichtungen nicht geändert. In a preferred embodiment, the tube devices can also with Turbulence insertion devices or rib devices in the Tubing be provided to the turbulence and the heat transfer to increase. The characteristic hydraulic diameter is through this Ribs and turbulence inserts are not changed.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind im wesentlichen alle Rohreinrichtungen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei das Kühlmedium quer durch die im wesentlichen parallel angeordneten Rohreinrichtungen hindurchtritt. An den Rohreinrichtungen sind vorzugsweise Rippeneinrichtungen vorgesehen, die Kiemeneinrichtungen aufweisen können, um den Wärmeübergang an der Außenseite der Rohreinrichtungen zu erhöhen. In a preferred embodiment of the invention are substantially all Pipe devices arranged substantially parallel to each other, wherein the cooling medium is arranged transversely through the substantially parallel Tube devices passes. At the tube facilities are preferably provided rib means having gill means allow to heat transfer to the outside of the tube facilities to increase.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein charakteristisches Querschnittsverhältnis von Tiefe einer Rohreinrichtung in Strömungsrichtung des Kühlmediums zu Höhe einer Rohreinrichtung zwischen 1 und 100 und vorzugsweise zwischen 7 und 50, besonders bevorzugt zwischen 15 und 50, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30. In a preferred embodiment of the invention is a characteristic Cross section ratio of depth of a pipe device in the flow direction the cooling medium to the height of a pipe device between 1 and 100 and preferably between 7 and 50, more preferably between 15 and 50, more preferably between 20 and 30.

Das bedeutet, dass die Rohreinrichtungen in Strömungsrichtung des Kühlmediums eine wesentlich größere Ausdehnung aufweisen, als in einer Richtung senkrecht dazu und zu der Strömungsrichtung des Kühlmittels. Die genannten Zahlenwerte können auf die Außen- oder auch Innenabmessungen der Rohreinrichtungen bezogen sein. This means that the tube devices in the flow direction of Coolant have a much greater extent than in a Direction perpendicular thereto and to the flow direction of the coolant. The mentioned numerical values can be on the outside or also Inner dimensions of the tube facilities related.

In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Weiterbildungen enthält das Kühlmittel als wesentlichen Bestandteil Wasser, wobei das Kühlmittel auch Zusätze wie Gefrierschutzmittel und andere Zusätze mehr aufweisen kann. Genauso gut ist es möglich, dass das Kühlmittel wasserlos oder nur einen geringen Anteil an Wasser enthält. Die Erfindung kann auch bei Heizkörpern Verwendung finden. Ebenso ist es möglich, dass die Erfindung zum Kühlen oder Heizen von Motoröl, Getriebeöl oder des Kraftstoffs zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Je nach Anwendungsfall kann das Kühlmittel als Bestandteil Öl oder sonstige im Stand der Technik bekannte Kühlmittel aufweisen. In a preferred embodiment of one or more of the above described developments contains the coolant as an essential component Water, the coolant also additives such as antifreeze and Other additives may have more. It is equally possible that that Coolant contains water or only a small amount of water. The Invention can also be used in radiators. It is the same possible that the invention for cooling or heating engine oil, Transmission oil or fuel, for example, a motor vehicle is used. Depending on the application, the coolant may be part of oil or other coolants known in the art.

Vorzugsweise wird als Kühlmedium auf der Außenseite der Rohreinrichtungen Gas und besonders bevorzugt Luft eingesetzt. Preferably, as the cooling medium on the outside of the Pipe devices used gas and more preferably air.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem weist wenigstens eine Pumpeneinrichtung, wenigstens eine Wärmequelleneinrichtung (wie z. B. eine Motoreinrichtung)und wenigstens eine Wärmetauschereinrichtung auf, wobei die Wärmetauschereinrichtung wenigstens eine Wärmeübertragungsnetzeinrichtung umfasst. Die Pumpeneinrichtung, die Wärmetauschereinrichtung und die Wärmequelleneinrichtung sind zu einem im wesentlichen geschlossenen Kühlkreislauf verschaltet und werden von wenigstens einem Kühlmittel durchströmt. The cooling system according to the invention has at least one Pump device, at least one heat source device (such as a Engine means) and at least one heat exchanger means, wherein the Heat exchange device at least one Heat transfer network device comprises. The pump device, the heat exchanger device and the heat source means are substantially one closed cooling circuit and are connected by at least one Coolant flows through.

Der Druckverlust der Wärmeübertragungsnetzeinrichtung der Wärmetauschereinrichtung bezogen auf den Druckverlust im gesamten Kühlmittelkreislauf, bewertet vor und hinter der Pumpeneinrichtung, beträgt wenigstens 12%, vorzugsweise mehr als 15%. The pressure loss of the heat transfer network device of Heat exchanger device based on the pressure loss throughout Coolant circuit, rated before and after the pump device, amounts to at least 12%, preferably more than 15%.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem hat viele Vorteile. The cooling system according to the invention has many advantages.

Vorzugsweise ist der Druckverlust der Wärmeübertragungsnetzeinrichtung im Bereich zwischen 15 und 90% des Druckverlustes im gesamten Kühlmittelkreislauf im Betriebszustand und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 20% und 70%. Bevorzugt liegt er bei wenigstens 30%. Preferably, the pressure loss of the heat transfer network device ranging between 15 and 90% of the pressure loss throughout Coolant circuit in the operating state and particularly preferably in the field between 20% and 70%. It is preferably at least 30%.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems umfasst die Wärmeübertragungsnetzeinrichtung Rohreinrichtungen, wobei wenigstens eine Rohreinrichtung einer Gruppe von Rohreinrichtungen entnommen ist, die Rohreinrichtungen mit hydraulischen Durchmessern < 2 mm und insbesondere im hydraulischen Durchmesserbereich zwischen 1 und 1,8 mm, sowie Dimple-Rohre, Rohreinrichtungen mit Turbulenzeinlagen- Einrichtungen und dergleichen mehr umfasst. Turbulenzeinlagen können z. B. (Metall-)Spiralen oder Folien oder Fäden sein, die in die Rohreinrichtungen eingebracht werden. In a preferred embodiment of the cooling system according to the invention The heat transfer network device comprises tube devices, wherein at least one tube device of a group of tube devices taken from the tube devices with hydraulic diameters <2 mm and in particular in the hydraulic diameter range between 1 and 1.8 mm, as well as dimple tubes, tubes with turbulence inserts. Facilities and the like more. Turbulence inserts can z. B. (metal) spirals or films or threads that are in the Tube devices are introduced.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Kühlmittelstrom in der Wärmetauschereinrichtung wenigstens einmal umgelenkt. Der Kühlmittelstrom in der Wärmetauschereinrichtung kann auch 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Male umgelenkt werden. In a preferred embodiment of the invention, the coolant flow in the heat exchanger device deflected at least once. Of the Coolant flow in the heat exchanger device can also be 2, 3, 4, 5, 6 or be redirected more times.

Besonders bevorzugt weist eine Wärmetauschereinrichtung eine Rippendichte im Bereich zwischen 50 und 120 pro Dezimeter Länge der Rohreinrichtung auf, wobei die Dicke der einzelnen Rippen zwischen 0,01 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm, beträgt. Je größer die Rippendichte, desto mehr Wärme kann grundsätzlich übertragen werden, allerdings reduziert eine große Rippendichte, insbesondere in Verbindung mit einer großen Dicke der Rippen, die zur Verfügung stehende Querschnittsfläche für das Kühlmedium, wie zum Beispiel den Kühlluftstrom. Es ergibt sich ein Optimum aus Anzahl, Dicke und Länge der Kühlrippen bei vorgegebenem Material für die Kühlrippen. Particularly preferably, a heat exchanger device has a Rib density in the range between 50 and 120 per decimeter length of the Pipe device, wherein the thickness of the individual ribs between 0.01 and 0.5 mm, preferably between 0.05 and 0.2 mm. The bigger the Rib density, the more heat can be transferred basically however, it reduces a large rib density, especially in conjunction with a large thickness of the ribs available Cross-sectional area for the cooling medium, such as the cooling air flow. It results in an optimum number, thickness and length of the cooling fins given material for the cooling fins.

Üblicherweise wird der Gesamtströmungswiderstand im Kühlkreislauf im wesentlichen durch die Strömungswiderstände in den Verbindungsschläuchen, den Wasserkästen, dem Wärmeübertragungsnetz des Wärmetauschers, den in Serie geschalteten Thermostaten und den Motorblock bestimmt. Usually, the total flow resistance in the cooling circuit in Essential due to the flow resistance in the Connecting hoses, the water tanks, the heat transfer network of the Heat exchanger, the series-connected thermostats and the engine block certainly.

Es sei darauf hingewiesen, dass im Sinne dieser Anmeldung der Druckverlustanteil des Wärmeübertragungsnetzes an dem gesamten Kühlkreislauf sich durch diese Definition bestimmt. Wenn in einem anderen System weitere Komponenten hinzukommen oder fehlen, müssen die hier genannten Zahlenwerte gegebenenfalls entsprechend umgerechnet bzw. angepasst werden. It should be noted that for the purposes of this application the Pressure loss portion of the heat transfer network to the entire cooling circuit determined by this definition. If in another system other components are added or missing, the ones mentioned here If necessary, converted or adjusted accordingly become.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen: Further advantages and applications of the present invention will now be described by way of embodiments with reference to the Drawings shown. Show:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Kühlkreislauf; FIG. 1 is a refrigeration circuit according to the invention shown schematically;

Fig. 2 ein erstes Wärmeübertragungsnetz für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher; FIG. 2 shows a first heat transfer network for the heat exchanger according to the invention; FIG.

Fig. 3 ein Wärmeübertragungsnetz für einen zweiten erfindungsgemäßen Wärmetauscher; Fig. 3, a heat transmission system according to the invention for a second heat exchanger;

Fig. 4 ein Wärmeübertragungsnetz für einen dritten erfindungsgemäßen Wärmetauscher; Fig. 4 is a heat transmission system for a third inventive heat exchanger;

Fig. 5 ein Diagramm zur Bestimmung eines optimalen hydraulischen Durchmessers bei einer ersten Rohrwandstärke; 5 is a graph for determining an optimum hydraulic diameter at a first tube wall thickness.

Fig. 6 ein weiteres Diagramm zur Bestimmung eines optimalen hydraulischen Durchmessers bei einer zweiten Rohrwandstärke; Fig. 6 is another diagram for determining an optimal hydraulic diameter in a second tube wall thickness;

Fig. 7 ein Diagramm zur Bestimmung einer optimalen Rippendichte bei gegebener Rohrwandstärke; Fig. 7 is a diagram for determining an optimal fin density for a given tube wall thickness;

Fig. 8 den Kühlluftdurchsatz über der Rippendichte für unterschiedliche Rohrteilungen; und Fig. 8 the cooling air flow over the fin density for different pipe divisions; and

Fig. 9 den Anteil des Druckverlustes im Kühler am Gesamtdruckverlust im Kühlkreislauf über dem hydraulischen Durchmesser. Fig. 9 shows the proportion of the pressure loss in the cooler the total pressure loss in the cooling circuit via the hydraulic diameter.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 1 dargestellt. Das Kühlmittelsystem 1 ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen und dient zur Kühlung des Motors 5. Das aus dem Motor austretende erwärmte Kühlmittel wird durch den Thermostaten 7 geleitet und tritt in einen Wasserkasten 4 des Wärmetauschers 2 ein. In Fig. 1, an embodiment of a cooling system 1 according to the invention is shown. The coolant system 1 is intended for use in a motor vehicle and serves to cool the engine 5 . The exited from the engine heated coolant is passed through the thermostat 7 and enters a water box 4 of the heat exchanger 2 a.

Wenn z. B. kurz nach dem Start des Fahrzeugs die Betriebstemperatur des Motors noch nicht erreicht ist, kann das Kühlmittel auch über den By-pass 8am Wärmetauscher 2 vorbeigeführt werden und wird wieder über die Pumpe 6 in den Motor 5 geleitet. If z. B. shortly after the start of the vehicle, the operating temperature of the engine is not reached, the coolant can also be passed over the by-pass 8 on the heat exchanger 2 and is again passed through the pump 6 in the motor 5 .

Der Wärmetauscher 2 weist ein Wärmeübertragungsnetz 3 auf. Ein solches erfindungsgemäßes Wärmeübertragungsnetz 3 ist in verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt, bei denen sich die Anordnung und die Abmessungen der einzelnen Komponenten unterscheiden. The heat exchanger 2 has a heat transfer network 3 . Such a heat transfer network 3 according to the invention is shown in various embodiments in FIGS. 2, 3 and 4, in which the arrangement and the dimensions of the individual components differ.

Das in Fig. 2 dargestellte Wärmeübertragungsnetz weist Rohre 11 in Form vom Flachrohren auf, die eine Tiefe 12 in Strömungsrichtung des Kühlmediums aufweisen, die im gewählten Ausführungsbeispiel 32 mm beträgt. Je nach geforderter Dimension des Wärmeübertragungsnetzes kann die Tiefe der Flachrohre 11 auch 10, 12, 16, 20, 24, 32 oder auch 40 oder 48 mm oder Werte dazwischen betragen. Aber auch andere Werte sind möglich, wenn es die Anforderungen an den Wärmetauscher erfordern. The heat transfer network shown in Fig. 2 has tubes 11 in the form of flat tubes, which have a depth 12 in the flow direction of the cooling medium, which is 32 mm in the selected embodiment. Depending on the required dimension of the heat transfer network, the depth of the flat tubes 11 may also be 10, 12, 16, 20, 24, 32 or else 40 or 48 mm or values in between. But other values are possible, if required by the requirements of the heat exchanger.

Die Flachrohre 11 nach Fig. 2 weisen eine Breite 13 von 1,3 mm auf mit einer Wandstärke 17, die - über dem Umfang des Flachrohres im wesentlichen konstant - nur 0,26 mm beträgt. Das entspricht lichten Innenabmessungen von 31,48 mm in der Tiefe und 0,78 mm in der Breite. The flat tubes 11 according to Fig. 2 have a width 13 of 1.3 mm with a wall thickness 17 , which - over the circumference of the flat tube is substantially constant - only 0.26 mm. This corresponds to clear internal dimensions of 31.48 mm in depth and 0.78 mm in width.

Mit der freien Querschnittsfläche 23 und dem Innenumfang 24 ergibt sich (unter Annahme eines rechteckigen Innenquerschnitts) in erster Näherung mit den genannten Abmessungen ein hydraulischer Durchmesser D_hydr = 4 × Innenfläche/Innenumfang = 1,52 mm. Bei Verwendung eines Rohres mit 16 mm Tiefe anstatt von 32 mm Tiefe ergibt sich unter den genannten Voraussetzungen ein hydraulischer Durchmesser von D_hydr = 1,48 mm. With the free cross-sectional area 23 and the inner circumference 24 results (assuming a rectangular inner cross-section) in a first approximation with the dimensions mentioned a hydraulic diameter D _hydr = 4 × inner surface / inner circumference = 1.52 mm. When using a pipe with a depth of 16 mm instead of 32 mm depth, a hydraulic diameter of D _hydr = 1.48 mm results under the above conditions.

Wenn hingegen die Ausdehnung in die Tiefe auf 64 mm verdoppelt wird, ergibt sich ein hydraulischer Durchmesser von D_hydr = 1,54. Dies bedeutet, dass der hydraulische Durchmesser D_hydr im wesentlichen von der Innenbreite der einzelnen Flachrohre beeinflusst wird, während eine größere oder kleinere Ausdehnung in der Tiefe den Wert des hydraulischen Durchmessers über weite Bereiche nur in geringem Maße beeinflusst. If, on the other hand, the depth is doubled to 64 mm, the result is a hydraulic diameter of D _hydr = 1.54. This means that the hydraulic diameter D _hydr is essentially influenced by the inner width of the individual flat tubes, while a greater or lesser extent in the depth influences the value of the hydraulic diameter over a wide range only to a small extent.

Durch eine Erhöhung der Ausdehnung der Flachrohre in der Tiefe wird durch die größere Wärmeübertragungsfläche einerseits eine Erhöhung der übertragenen Wärmeleistung erzielt, während andererseits die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels abnimmt, da die Querschnittsfläche zunimmt. Bei konstant bleibender Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels würde ein größerer Massenstrom des Kühlmittels transportiert werden. By increasing the extension of the flat tubes in depth is by the larger heat transfer surface on the one hand an increase in achieved transferred heat output, while on the other hand the Flow rate of the coolant decreases as the cross-sectional area increases. At a constant flow velocity of the coolant a larger mass flow of the coolant would be transported.

Um bei gleichbleibendem Kühlmitteldurchsatz die Kühlleistung zu erhöhen, ist es besser, wenn der hydraulische Durchmesser dadurch reduziert wird, dass die lichte Strömungsbreite in den Rohren 11 reduziert wird. Dies führt zu einer höheren Wärmeübertragung auf der Innenseite der Rohre, die die gesamte Wärmeübertragungsleistung unter Umständen beträchtlich erhöht. In order to increase the cooling capacity with a constant coolant throughput, it is better if the hydraulic diameter is reduced by reducing the clear flow width in the tubes 11 . This results in a higher heat transfer on the inside of the tubes, which may significantly increase the overall heat transfer performance.

Bei gleicher Wärmeleistung des Kühlers kann dann der Kühlmittelmassenstrom reduziert werden. Bei gleichbleibendem Strömungsquerschnitt führt das zu einer Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und somit zu geringeren Strömungsverlusten. With the same heat output of the radiator then the Coolant mass flow can be reduced. At constant flow cross section leads this leads to a reduction of the flow velocity of the coolant and thus lower flow losses.

Der Abstand 14 der einzelnen Rohre 11 beträgt 9,3 mm im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Die Rippenhöhe der Rippen 15 beträgt 8 mm. Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung sind die Rippen mit Kiemen 16 versehen, so dass die Grenzschichten immer wieder neu ausgebildet werden. The distance 14 of the individual tubes 11 is 9.3 mm in the embodiment of FIG. 2. The rib height of the ribs 15 is 8 mm. To increase the heat transfer performance, the ribs are provided with gills 16 , so that the boundary layers are formed again and again.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 beträgt die Wandstärke 17 der Rohre 11 0,26 mm. Ebenso sind auch kleinere oder größere Wandstärken möglich, wie z. B. 0,35 mm. Die Tendenz geht dahin, die Wandstärke zu reduzieren, um Gewicht und Material einzusparen und den Wärmeleiterwiderstand zu verbessern. Allerdings hängt die minimale Wandstärke auch von dem Druck innerhalb des Systems ab. In the embodiment of FIG. 2, the wall thickness 17 of the tubes 11 is 0.26 mm. Likewise, smaller or larger wall thicknesses are possible, such. B. 0.35 mm. The tendency is to reduce the wall thickness to save weight and material and to improve the heat conductor resistance. However, the minimum wall thickness also depends on the pressure within the system.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Rippen 15 auf die Rohre 11 aufgelötet, während sie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mechanisch befestigt bzw. geklemmt sind. Rippenelemente 15 werden auf die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kreisförmigen Rohre 21 aufgesteckt. Anschliessend werden die Rohre 21 gedehnt, so dass sich ein größerer Außendurchmesser ergibt. Die Rippenelemente 15 werden fest auf den Rohren 21 gehalten. In the embodiment of FIG. 2, the ribs 15 are soldered to the tubes 11 , while they are mechanically fastened or clamped in the embodiment of FIG . Rib members 15 are attached to the circular in the embodiment of FIG. 3 tubes 21 . Subsequently, the tubes 21 are stretched, resulting in a larger outer diameter. The rib members 15 are firmly held on the tubes 21 .

Üblicherweise ist die Wärmeübertragung bei gelöteten Verbindungen besser. Deshalb kann auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bei Verwendung von kreisförmigen Rohren im Wärmetauscher eine Lötverbindung zwischen Rippe und Rohr vorgesehen sein. Usually, heat transfer is better for soldered joints. Therefore, in the embodiment of FIG. 3 when using circular pipes in the heat exchanger, a solder joint between the rib and pipe can be provided.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Innendurchmesser 18 der Rohre 21 gleich dem hydraulischen Durchmesser D_hydr. Die Rohreinrichtungen 23 weisen einen Innendurchmesser 18 auf. Die Wandstärke 25 ist in Fig. 4 eingezeichnet. In the embodiment of FIG. 3, the inner diameter 18 of the tubes 21 is equal to the hydraulic diameter D _hydr . The tube devices 23 have an inner diameter 18 . The wall thickness 25 is shown in Fig. 4.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Wärmeübertragungsnetz werden sog. Radienrohre 21 verwendet. Die Rohre 21 weisen eine Tiefe 12 (in Strömungsrichtung der Kühlluft) auf und eine maximale Breite 13. Der hydraulische Durchmesser berechnet sich wieder aus der inneren Strömungsfläche 23 und dem Innenumfang 24 aus D_hydr = vier × Strömungsquerschnitt 23/Innenumfangsfläche 24. Die Innenumfangsfläche 24 und der Strömungsquerschnitt 23 können mit Kenntnis der Tiefe 12 und der maximalen Breite 13 sowie der Rohrwandstärke 25 und der geometrischen Kontur bestimmt werden. In the heat transfer network shown in Fig. 4 so-called. Radienrohre 21 are used. The tubes 21 have a depth 12 (in the flow direction of the cooling air) and a maximum width 13 . The hydraulic diameter is calculated again from the inner flow surface 23 and the inner circumference 24 from D _hydr = four × flow cross section 23 / inner circumferential surface 24 . The inner peripheral surface 24 and the flow cross-section 23 can be determined with knowledge of the depth 12 and the maximum width 13 and the tube wall thickness 25 and the geometric contour.

Die einzelnen Rohre 21 sind in einem seitlichen Abstand 14 angeordnet. Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei Reihen von Wärmeübertragungsrohren 21 vorgesehen, die einen Rohrreihenabstand 19 aufweisen. The individual tubes 21 are arranged at a lateral distance 14 . As in the embodiment of FIG. 3, two rows of heat transfer tubes 21 are provided which have a row spacing 19 .

Es können auch weniger, das heißt eine Rohrreihe oder auch mehr, zum Beispiel 3, 4 oder 5 Rohrreihen, vorhanden sein. Die einzelnen Rohrreihen können in Luftströmungsrichtung fluchtend oder jeweils versetzt angeordnet werden. It can also less, that is, a row of pipes or more, for Example 3, 4 or 5 rows of tubes, be present. The individual rows of pipes can be aligned in the air flow direction or arranged offset in each case become.

In Fig. 5 ist in einem Diagramm die hydraulische Leistung des Kühlerkreises über dem Druckverlust des Wärmeübertragungsblocks dargestellt. Der Wärmeübertragungsblock besteht aus dem Wärmeübertragungsnetz und den Böden. Das Wärmeübertragungsnetz besteht aus den Kühlmittelrohren mit den Kühlrippen. FIG. 5 shows in a diagram the hydraulic power of the cooler circuit above the pressure loss of the heat transfer block. The heat transfer block consists of the heat transfer network and the floors. The heat transfer network consists of the coolant tubes with the cooling fins.

Das Diagramm wurde mit Bezug auf ein KFZ mittlerer Größe mit z. B. einem 1,7-l-Dieselmotor erstellt. The graph was compared with a medium-sized car with z. B. one 1.7-liter diesel engine created.

Der eingezeichnete Messpunkt 30 kennzeichnet ein heutiges Serienmodell, bei dem in einem bestimmten Betriebszustand eine hydraulische Förderleistung von etwa 270 W erforderlich ist, um den nötigen Kühlmittelmassendurchsatz für Motor 5 und Kühler 7 zur Verfügung zu stellen. The drawn measuring point 30 identifies a current production model in which, in a specific operating state, a hydraulic delivery of about 270 W is required in order to provide the necessary coolant mass flow rate for the engine 5 and cooler 7 .

Alle eingezeichneten Messpunkte sind für eine konstante Kühlleistung bestimmt worden. Die Wandstärke der Rohre des Wärmeübertragungsnetzes betrug für Fig. 5 0,35 mm und für Fig. 6 0,26 mm. Die Messpunkte 33, 34 und 35 wurden für ein Kühlsystem abgeleitet, bei dem der Wärmetauscher mit unterschiedlichen Wärmeübertragungsnetzen versehen wurde. All marked measuring points have been determined for a constant cooling performance. The wall thickness of the tubes of the heat transfer network was for Fig. 5 0.35 mm and for Fig. 6 0.26 mm. The measuring points 33 , 34 and 35 were derived for a cooling system in which the heat exchanger was provided with different heat transfer nets.

Während der Messpunkt 30 den heutigen Stand der Technik angibt, bei dem der hydraulische Durchmesser der eingesetzten Rohre groß ist und hier bei etwa 2,5 mm liegt, wurde der hydraulische Durchmesser für den Messpunkt 33 auf 1,94 mm reduziert. Beim Messpunkt 34 beträgt der hydraulische Durchmesser 1,56 mm und beim Messpunkt 35 1,3 mm. While the measuring point 30 indicates the current state of the art, in which the hydraulic diameter of the pipes used is large and here is about 2.5 mm, the hydraulic diameter for the measuring point 33 has been reduced to 1.94 mm. At measuring point 34 , the hydraulic diameter is 1.56 mm and at measuring point 35 1.3 mm.

Von dem Messpunkt 30 aus gesehen, erhöht sich der Druckverlust des Wärmetauscherblocks mit sinkendem hydraulischem Durchmesser beträchtlich. Während der Druckverlust bei dem hydraulischen Durchmesser 2,5 mm etwa 120 mbar beträgt, beträgt er beim hydraulischen Durchmesser von 1,56 mm mit etwa 200 mbar schon fast das Doppelte. As seen from the measuring point 30 , the pressure loss of the heat exchanger block increases significantly with decreasing hydraulic diameter. While the pressure loss at the hydraulic diameter 2.5 mm is about 120 mbar, it is almost twice as high at the hydraulic diameter of 1.56 mm with about 200 mbar.

Andererseits wird dadurch, dass die Wärmeübertragungsleistung in den Rohren deutlich erhöht werden kann und somit der gesamte Kühlmittelmassenstrom reduziert werden kann, die Strömungsgeschwindigkeit in den übrigen Komponenten des Kühlkreislaufes reduziert, so dass statt etwa 270 W im Basispunkt nur etwa 120 W hydraulische Leistung erforderlich sind. On the other hand, the fact that the heat transfer performance in the Pipes can be increased significantly and thus the entire Coolant mass flow can be reduced, the flow rate in the other components of the cooling circuit reduced, so that instead of about 270 W in the base point only about 120 W of hydraulic power are required.

Dies wird durch Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ermöglicht, ohne dass weitere Komponenten im Kühlkreislauf geändert werden müssen. Das Ergebnis ist überraschend, da durch eine Erhöhung des Druckverlustes im Wärmeübertragungsblock die Pumpenleistung und damit der Einsatz an Primärenergie deutlich auf etwa die Hälfte reduziert werden kann. This is achieved by using a heat exchanger according to the invention without changing other components in the cooling circuit have to. The result is surprising, as by an increase in the Pressure loss in the heat transfer block the pump performance and thus The use of primary energy can be significantly reduced to about half can.

Wird zusätzlich zur Änderung des Wärmeübertragungsnetzes die Peripherie angepasst, indem dort die Strömungswiderstände zum Beispiel im Motor, dem Thermostat, den Schläuchen, den Wasserkästen oder dergleichen verringert werden, so ergeben sich die in Fig. 5 und 6 eingezeichneten Linien entsprechend den Prozentzahlen des Peripheriedruckverlustes 37, wobei 100% dem Serienzustand entspricht. If, in addition to changing the heat transfer network, the peripherals are adjusted by reducing the flow resistances in, for example, the motor, the thermostat, the hoses, the water boxes or the like, then the lines shown in FIGS. 5 and 6 result according to the percentages of the peripheral pressure loss 37 , where 100% corresponds to the standard condition.

Bei einem hydraulischen Durchmesser von 1,56 mm und einem Druckverlust in der Peripherie von 80% im Vergleich zur heutigen Serie ergibt sich der Messpunkt 38, bei dem die notwendige hydraulische Leistung im Kühlerkreis nun bei etwa 100 Watt liegt. With a hydraulic diameter of 1.56 mm and a pressure drop in the periphery of 80% compared to today's series results in the measurement point 38 , in which the required hydraulic power in the cooler circuit is now about 100 watts.

Bei weiterer Reduzierung des Druckverlustes in den weiteren Komponenten der Peripherie auf einen Wert von 40% ergibt sich der Messpunkt 39, bei dem die notwendige hydraulische Leistung im Kühlerkreis nur zwischen 60 und 70 Watt beträgt. With further reduction of the pressure loss in the other components of the periphery to a value of 40% results in the measuring point 39 , in which the required hydraulic power in the cooler circuit is only between 60 and 70 watts.

Interessant ist auch der eingetragene Zustandspunkt 40, der bei einem Druckverlust in der Peripherie von 0% berechnet wurde. Der Messpunkt 40 gibt einen Druckverlust von ca. 200 mbar im Wärmeübertragungsblock an. Aus dem Diagramm folgt, dass die notwendige hydraulische Leistung zur Überwindung des Strömungswiderstandes im Wärmeübertragungsblock knapp 30 Watt beträgt. Interesting is also the registered state point 40 , which was calculated at a pressure loss in the periphery of 0%. The measuring point 40 indicates a pressure loss of about 200 mbar in the heat transfer block. From the diagram follows that the necessary hydraulic power to overcome the flow resistance in the heat transfer block is just under 30 watts.

Aus der Differenz der hydraulischen Leistungen im Betriebspunkt 34 und im Betriebspunkt 40 ergibt sich die notwendige hydraulische Leistung, um die Strömungswiderstände in der Peripherie zu überwinden. Mit etwa 120 Watt als Gesamtleistung und etwa 30 Watt als Strömungsverlustleistung im Wärmeübertragungsblock bestimmt sich die Strömungsverlustleistung für einen Kühlkreislauf nach Punkt 34 in der Peripherie zu ca. 90 Watt. From the difference of the hydraulic power at the operating point 34 and at the operating point 40 results in the necessary hydraulic power to overcome the flow resistance in the periphery. With about 120 watts as a total power and about 30 watts as a flow loss in the heat transfer block, the flow loss performance for a cooling circuit after point 34 in the periphery determined to about 90 watts.

In einem konventionellen Kühlsystem beträgt die Verlustleistung in der Peripherie ca. 270 Watt Gesamtverlust minus 25 Watt Blockverlust und damit etwa 250 Watt. In a conventional cooling system, the power loss in the Peripheral about 270 watts total loss minus 25 watts block loss and thus about 250 watts.

Während man durch Verringerung des hydraulischen Durchmessers von etwa 2,5 auf etwa 1,5 mm die Strömungsverlustleistung im Wärmeübertragungsblock deutlich erhöht hat, sinkt die Gesamtverlustleistung im Wärmeübertragungsnetz erheblich, da durch die erforderlichen geringeren Kühlmittelmassenströme im erfindungsgemäßen Kühlsystem der Strömungsverlust im Gesamtsystem reduziert werden kann. While by reducing the hydraulic diameter of about 2.5 to about 1.5 mm the flow loss in the Heat transfer block has increased significantly, the total power loss decreases Heat transfer network considerably, as required by the lower Coolant mass flows in the cooling system of the invention Flow loss in the overall system can be reduced.

Hier bietet sich auch der Einsatz einer elektrisch betriebenen Pumpe an, um das Kühlmittel im Kühlkreislauf zu transportieren. Here also offers the use of an electrically operated pump to to transport the coolant in the cooling circuit.

Die Dimensionierung der Pumpe 6 in einem Kühlkreislauf 1 hängt von den kritischen Betriebszuständen ab. Die Pumpe muss so ausgelegt sein, dass sie auch in kritischen Betriebssituationen eine zuverlässige Kühlung des Motors sicherstellen kann. The dimensioning of the pump 6 in a cooling circuit 1 depends on the critical operating conditions. The pump must be designed so that it can ensure reliable cooling of the engine even in critical operating situations.

Wird eine elektrische Pumpe vorgesehen, so würde bei den heute erforderlichen hydraulischen Leistungen eine Pumpe eingesetzt werden müssen, die ein bis zwei Klassen größer ist als es eine Pumpe sein müsste, die in einem erfindungsgemäßen Kühlsystem Einsatz finden kann. If an electric pump is provided, then today would required hydraulic power a pump must be used, the one to two classes is greater than it would have to be a pump in one inventive cooling system can be used.

Hohe Pumpenleistungen von bis zu 400 oder sogar 600 Watt erfordern eine größere Lichtmaschine im Kraftfahrzeug und unter Umständen einen Übergang der verwendeten Bordspannung von 12 auf 24 Volt oder auch 42 Volt. Zudem müssen die Querschnitte von Verkabelung und Verbindungssteckern und die Stärke der Sicherungen an die hohen elektrischen Ströme angepasst werden. High pump capacities of up to 400 or even 600 watts require one larger alternator in the vehicle and possibly one Transition of the on-board voltage used from 12 to 24 volts or 42 volts. In addition, the cross sections of wiring and connectors must and the strength of the fuses to the high electrical currents be adjusted.

Die Verwendung einer elektrischen Pumpe im Kühlkreislauf ermöglicht es weiterhin dem Konstrukteur eines Kraftfahrzeugs, die Pumpe unabhängig vom Motor anzuordnen. Dies führt zu konstruktiven Freiheiten und reduziert das Volumen und Gewicht des Motorblocks an sich. Das ist unter anderem im Hinblick auf die Größe, Form und Lage von Knautschzonen beim Automobil von Bedeutung. The use of an electric pump in the cooling circuit makes it possible continue to the designer of a motor vehicle, the pump independently from the engine. This leads to constructive freedom and reduces the volume and weight of the engine block itself. That's among other things in view of the size, shape and location of crumple zones Automobile of importance.

Die Leistung, die eine elektrische Pumpe zur Verfügung stellen kann, ist unabhängig von der Motordrehzahl, so dass auch bei geringen Motordrehzahlen eine zuverlässige Kühlung sichergestellt werden kann. The power that an electric pump can provide is regardless of the engine speed, so even at low Engine speeds reliable cooling can be ensured.

Wird für solche Fälle in künftigen Kraftfahrzeugen eine elektrische Kühlmittelpumpe eingebaut, kann diese bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsnetzes kleiner dimensioniert werden und die mechanische Pumpe entfallen. Is for such cases in future vehicles an electric Built-in coolant pump, this can when using a Heat transmission network according to the invention are dimensioned smaller and the Mechanical pump omitted.

Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungsnetz kann auch in Nebenkreisläufen, wie zum Beispiel in Heiz- oder Ölkreisläufen, eingesetzt werden. Vorteilhaft ist auch hierbei eine kleinere Dimensionierung der Hauptkühlmittelpumpe bzw. einer im entsprechenden Nebenkreis befindlichen Zusatzpumpe. The heat transfer network according to the invention can also be used in Secondary circuits, such as in heating or oil circuits, are used. Also advantageous here is a smaller dimensioning of Main coolant pump or one located in the corresponding secondary circuit Additional pump.

Während in Fig. 5 die benötigte hydraulische Pumpenleistung des Kühlkreislaufes über dem Druckverlust des Wärmeübertragungsblockes für eine Rohrwandstärke von 0,35 mm dargestellt wurde, ist in Fig. 6 ein ähnliches Diagramm dargestellt, wobei die Rohrwandstärke für alle eingezeichneten Betriebspunkte 0,26 mm beträgt. While in Fig. 5, the required hydraulic pump power of the cooling circuit has been shown above the pressure loss of the heat transfer block for a pipe wall thickness of 0.35 mm, a similar diagram is shown in Fig. 6, wherein the pipe wall thickness for all drawn operating points is 0.26 mm.

Deutlich erkennbar ist, dass sich ein ähnlicher Verlauf von benötigter Pumpenleistung im Gesamtkreislauf gegenüber dem Druckverlust des Blockes bzw. dem verwendeten hydraulischen Durchmesser der Rohre im Wärmeübertragungsnetz ergibt. It is clearly recognizable that a similar course of required Pump capacity in the entire circuit compared to the pressure loss of Block or the hydraulic diameter of the tubes used in the Heat transfer network results.

Bei Einsatz konventioneller Rohre mit einem hydraulischen Durchmesser von 2,8 mm, wie er dem eingezeichneten Basispunkt 30 in diesem Diagramm entspricht, wird eine hohe hydraulische Leistung benötigt. When using conventional tubes with a hydraulic diameter of 2.8 mm, as it corresponds to the marked base point 30 in this diagram, a high hydraulic power is needed.

Bei Reduzierung des hydraulischen Durchmessers von 2,8 mm im Basispunkt 30 auf 2,27 mm im Messpunkt 33 sinkt die erforderliche hydraulische Pumpenleistung von ca. 300 auf etwa 130 Watt. Wird der hydraulische Durchmesser weiterhin auf 1,52 mm gesenkt, so ergibt sich der Betriebszustand, wie er im Messpunkt 34 dargestellt ist. When the hydraulic diameter is reduced from 2.8 mm at the base point 30 to 2.27 mm at the measuring point 33 , the required hydraulic pump power drops from approx. 300 to approx. 130 watts. If the hydraulic diameter is further reduced to 1.52 mm, then the operating state, as shown in the measuring point 34 results.

Die erforderliche hydraulische Leistung liegt bei etwa 95 Watt und wurde auf ein Drittel der hydraulischen Leistung im Basispunkt 30 reduziert. Die eingezeichnete Kurve 48 zeigt die optimalen Bedingungen für unterschiedliche periphere Druckverluste, die zwischen 40% und 120% variiert wurden. The required hydraulic power is about 95 watts and has been reduced to one third of the hydraulic power at base point 30 . The plotted curve 48 shows the optimum conditions for different peripheral pressure losses varied between 40% and 120%.

Genau wie im Diagramm gemäß Fig. 5 zeigt sich auch im Diagramm nach Fig. 6, dass für hydraulische Durchmesser < etwa 2 mm die benötigte hydraulische Leistung im Kühlkreislauf stark abnimmt, bis sie ein Optimum erreicht, während zu noch kleineren hydraulischen Durchmessern die Gesamtverluste wieder ansteigen. Just as in the diagram according to FIG. 5, it is also shown in the diagram according to FIG. 6 that for hydraulic diameters <about 2 mm, the required hydraulic power in the cooling circuit decreases sharply until it reaches an optimum, while at even smaller hydraulic diameters the total losses again increase.

Die Ursache dafür ist ein überproportional ansteigender Strömungsverlust im Wärmetauscher, der durch einen geringeren Strömungsverlust in der Peripherie, der durch einen geringeren Massenstrom und damit eine kleinere Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen wird, nicht mehr kompensiert werden kann. The reason for this is a disproportionately increasing flow loss in the Heat exchanger, which is characterized by a lower flow loss in the Periphery, by a lower mass flow and thus a smaller Flow rate is caused, no longer compensated can be.

Als Ergebnis ergibt sich ein optimaler hydraulischer Durchmesser < 2 mm, und insbesondere ein optimaler hydraulischer Durchmesserbereich zwischen etwa 0,5 und 2 mm. Der Bereich zwischen etwa 1 und 1,7 mm ist besonders geeignet. The result is an optimum hydraulic diameter <2 mm, and in particular an optimum hydraulic diameter range between about 0.5 and 2 mm. The range is between about 1 and 1.7 mm particularly suitable.

In Fig. 5 ist eine Grenzlinie 71 eingezeichnet, die in dem Anwendungsbeispiel eine Temperaturdifferenz des Kühlmittels von 10K über dem Motor anzeichnet. Betriebszustände mit höheren Druckverlusten in Block als durch die Linie 71 angezeigt, kennzeichnen Temperaturdifferenzen des Kühlmittels über dem Motor größer 10K. Zustandspunkte links (in der Orientierung der Fig. 5) der Linie 71 kennzeichnen Betriebszustände mit Temperaturdifferenzen kleiner 10K). In Fig. 5, a boundary line 71 is shown, which in the application example, a temperature difference of the coolant of 10K above the engine draws. Operating conditions with higher pressure losses in block than indicated by line 71 indicate temperature differences of the coolant above the engine greater than 10K. State points on the left (in the orientation of FIG. 5) of the line 71 indicate operating states with temperature differences of less than 10K).

Ebenso ist in Fig. 6 eine Grenzlinie 71 eingezeichnet, die, wie in Fig. 5, eine Temperaturdifferenz des Kühlmittels über dem Motor von größer gleich 10K anzeigt. Zusätzlich ist in Fig. 6 noch eine Grenzlinie 72 dargestellt, die eine Temperaturdifferenz bzw. einen Temperaturgradienten des Kühlmittels über dem Motor von 8K angibt. Likewise, a boundary line 71 is shown in Fig. 6, which, as in Fig. 5, indicates a temperature difference of the coolant over the engine of greater than or equal to 10K. In addition, FIG. 6 also shows a boundary line 72 which indicates a temperature difference or a temperature gradient of the coolant over the engine of 8K.

Betriebszustände mit Druckverlusten größer als denen durch die Grenzlinien 71 und 72 angegebenen, führen zu Temperaturdifferenzen über dem Motor oberhalb der jeweils angegebenen Temperaturdifferenzen (8K bzw. 10K oder dergleichen.). Operating conditions with pressure losses greater than those indicated by the boundary lines 71 and 72 , lead to temperature differences across the engine above the respective specified temperature differences (8K or 10K or the like.).

Heutzutage werden die zulässigen Temperaturdifferenzen von den Herstellern der Motoren oder der Kraftfahrzeuge vorgegeben, so dass im allgemeinen Betriebszustände mit Druckverlusten kleiner als die jeweilige Temperaturgrenzlinie von den Herstellern erlaubt sind. Deshalb ergeben sich (je nach gewählter Temperaturdifferenzgrenze entsprechend Linie 71 oder 72 in Fig. 6) mögliche Betriebszustände mit Druckverlusten unterhalb der durch die entsprechenden Grenzlinie angezeigten. Today, the permissible temperature differences are specified by the manufacturers of the engines or motor vehicles, so that in general operating conditions with pressure losses smaller than the respective temperature limit line are allowed by the manufacturers. Therefore arise (depending on the selected temperature difference limit according to line 71 or 72 in Fig. 6) possible operating conditions with pressure losses below that indicated by the corresponding boundary line.

Dieser beträgt bei Grenzlinie 71 gemäß Fig. 6 etwa 340 mbar über dem Block. Bei einer maximalen Temperaturdifferenz des Kühlmittels über dem Motor von 8K gemäß Linie 72 ist er im hier dargestellten Beispiel etwa 210 mbar. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei anderen Temperaturdifferenzen oder anderen Ausführungsbeispielen andere Werte auftreten können. This is at borderline 71 of FIG. 6 about 340 mbar above the block. At a maximum temperature difference of the coolant over the engine of 8K according to line 72, it is about 210 mbar in the example shown here. It should be understood, however, that other values may occur at different temperature differences or other embodiments.

Unter gleichen Voraussetzungen (Kühlleistung, Rohrwandstärke = 0,26 mm) wurde das in Fig. 7 dargestellte Diagramm erstellt. Darin ist die hydraulische Leistung im Kühlkreislauf über der Rippendichte auf der Außenseite der Rohre für drei unterschiedliche Rohrabstände bzw. Rohrteilungen im Wärmeübertragungsnetz dargestellt. Under the same conditions (cooling capacity, pipe wall thickness = 0.26 mm), the diagram shown in Fig. 7 was created. Therein, the hydraulic power in the cooling circuit above the rib density on the outside of the tubes for three different pipe distances or pipe pitches in the heat transfer network is shown.

Die Betriebszustandslinie 41 wurde für Rohrabstände von einem zum nächsten Rohr von 9,3 mm bestimmt, die Betriebszustandslinie 42 für Rohrabstände von 7,3 mm und die Betriebszustandslinie 43 für Rohrabstände von 5,8 mm. Wird die Rippendichte auf über 65 Rippen je dm Rohrlänge erhöht, so ergibt sich bei einem Rippenabstand von 9,3 mm zunächst eine Absenkung der erforderlichen Pumpenleistung bei etwa 70 bis 75 Rippen je dm, während sie zu höheren Rippendichten wieder ansteigt. The operating state line 41 was determined for pipe distances from one to the next pipe of 9.3 mm, the operating state line 42 for pipe distances of 7.3 mm and the operating state line 43 for pipe distances of 5.8 mm. If the rib density is increased to more than 65 ribs per dm tube length, with a rib distance of 9.3 mm, the required pump capacity is initially reduced by about 70 to 75 ribs per dm, while it increases again to higher rib densities.

Die erforderliche hydraulische Leistung steigt dann wieder an, weil unter anderem durch die hohe Rippendichte bedingt der freie Strömungsquerschnitt der Kühlluft eingeengt wird und deshalb die übertragene Wärmeleistung geringer wird. Dadurch muss der Kühlmittelstrom im Wärmenetz erhöht werden, so dass die Strömungsverluste im Kühlkreislauf ansteigen. The required hydraulic power then increases again because under due to the high rib density the free Flow cross-section of the cooling air is concentrated and therefore the transmitted Heat output is lower. As a result, the coolant flow in the Heat network can be increased, so that the flow losses in the cooling circuit increase.

Wird umgekehrt die Rippendichte verringert, so reduziert sich die nach außen übertragene Wärmeleistung und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels muss wiederum erhöht werden. If, on the other hand, the rib density is reduced, it reduces outside transmitted heat output and the flow velocity of the Coolant must be increased again.

Es ergibt sich für Rohrabstände von 7,3 und 9,3 mm ein optimaler Bereich zwischen etwa 70 und 75 Rippen pro dm Rohrlänge. This results in an optimal range for pipe distances of 7.3 and 9.3 mm between about 70 and 75 ribs per dm of pipe length.

Bei einem Rohrabstand von 5,8 mm ist der zur Verfügung stehende freie Querschnitt für die Kühlluft auch bei kleinen Rippendichten im Vergleich zu den anderen Rohrabständen geringer, nämlich 5,8 mm minus 1,3 mm gleich 4,5 mm. Der freie Abstand ist bei 7,3 mm Rohrabstand demgegenüber 6,0 mm. At a pipe pitch of 5.8 mm, the available free Cross section for the cooling air even with small rib densities compared to the other pipe distances lower, namely 5.8 mm minus 1.3 mm same 4.5 mm. The free distance is in contrast to 7.3 mm tube spacing 6.0 mm.

Um die Wärmeübertragungsleistung konstant zu halten, muss die Strömungsgeschwindigkeit in den Kühlmittelrohren erhöht werden, damit der Wärmeübergangs-Koeffizient höher wird. Das führt zu einer notwendigen hydraulischen Leistung, die oberhalb der Leistung der anderen Rohrabstände liegt. To keep the heat transfer performance constant, the Flow rate can be increased in the coolant tubes, so that the Heat transfer coefficient becomes higher. That leads to a necessary hydraulic power, which is above the performance of others Tube distances is.

Für den in Fig. 7 dargestellten Betriebszustand würde sich bei einem Rohrabstand von 9,3 mm als optimales Ergebnis eine äußere Rippendichte von etwa 73 Rippen pro dm ergeben. For the operating condition shown in Fig. 7, with a pipe pitch of 9.3 mm, the optimum result would be an outer fin density of about 73 fins per dm.

Allerdings sind auch die weiteren Parameter bei der Auslegung eines Kühlsystems zu beachten. Dazu zählt unter anderem auch der Kühlluftdurchsatz. However, the other parameters in the interpretation of a Cooling system to note. This includes, among other things, the cooling air flow rate.

In einem KFZ wird die durch den Kühler strömende Kühlluft nicht nur zur Kühlung des Kühlmittelkühlers verwendet, sondern kann auch zur Kühlung weiterer Kreisläufe eingesetzt werden, wie zum Beispiel dem Klimaanlagenkreislauf. In a car, the cooling air flowing through the radiator is not only for Cooling of the coolant cooler used but can also be used for cooling other circuits are used, such as the Air conditioning circuit.

Deshalb ist es wichtig, dass sich durch Änderungen am Wärmetauscher der Kühlluftdurchsatz nicht zu stark verändert, insbesondere verringert. Eine Erhöhung kann (muss aber nicht) positiv sein. Therefore, it is important that changes to the heat exchanger of the Cooling air flow rate not changed too much, in particular reduced. A Boost can (but does not have to) be positive.

Eine Übersicht über die Veränderung des Kühlluftdurchsatzes zeigt Fig. 8. In diesem Diagramm wurde für die in Fig. 7 dargestellten Rohrabstände jeweils der Kühlluftdurchsatz über der äußeren Rippendichte aufgetragen. An overview of the change in the cooling air flow rate is shown in FIG. 8. In this diagram, in each case the cooling air throughput over the outer fin density was plotted for the pipe distances shown in FIG .

Der Zustandspunkt 54 entspricht dem Zustandspunkt 44 in Fig. 7 und wurde für einen Rohrabstand von 9,3 mm und eine Rippenzahl von 65 pro dm Rohrlänge ermittelt. The state point 54 corresponds to the state point 44 in FIG. 7 and was determined for a pipe pitch of 9.3 mm and a fin number of 65 per dm pipe length.

Zu höheren Rippendichten fällt der Kühlluftdurchsatz bei allen Rohrabständen stark ab. Daraus ergibt sich, dass eine Rippendichte von 65 pro dm im hier dargestellten Beispiel bei Verwendung eines Rohrabstandes von 9,3 mm optimal ist, da einerseits der Kühlluftdurchsatz sich um etwas mehr als 1,5% erhöht, wobei die hydraulische Leistung im entsprechenden Zustandspunkt 45 bei ca. 105 Watt liegt. At higher fin densities, the cooling air flow rate drops sharply at all pipe distances. It follows that a fin density of 65 per dm in the example shown here is optimal when using a pipe pitch of 9.3 mm, since on the one hand, the cooling air flow rate increased by slightly more than 1.5%, the hydraulic power in the corresponding state point 45 at about 105 watts.

Zusammengefasst ergibt sich ein optimaler Auslegungspunkt, wenn ein im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduzierter hydraulischer Durchmesser im Bereich zwischen etwa dhydr = 1 mm und 2 mm gewählt wird, bevorzugt 1,1 bis 1,8 mm, besonders bevorzugt 1,1 mm bis 1,7 mm. In summary, this results in an optimal design point when an im Compared to the prior art significantly reduced hydraulic Diameter is chosen in the range between about dhydr = 1 mm and 2 mm, preferably 1.1 to 1.8 mm, more preferably 1.1 mm to 1.7 mm.

Werden ausgehend von einer solchen Reduzierung des hydraulischen Durchmessers die Rippendichte, die Wandstärke und der Rohrabstand geeignet gewählt, so ergibt sich (unter Umständen auch iterativ) ein optimaler Auslegungspunkt für ein erfindungsgemäßes Kühlsystem, das wesentlich weniger hydraulische Pumpenleistung benötigt als herkömmlich im Stand der Technik bekannte. Are starting from such a reduction of the hydraulic Diameter, the rib density, the wall thickness and the tube spacing suitably chosen, this results in (possibly also iteratively) a optimal design point for a cooling system according to the invention, the much less hydraulic pump power needed than conventional known in the art.

Die Reduzierung der Pumpenleistung kann 20, 50, 75 oder noch mehr Prozent betragen, je nach Auslegung des Wärmeübertragungsnetzes und der weiteren Komponenten eines Kühlkreislaufes. The pump power reduction can be 20, 50, 75 or more Percent, depending on the design of the heat transfer network and the other components of a cooling circuit.

Die Wahl eines hydraulischen Durchmessers wird nach unten dadurch begrenzt, dass einerseits die Strömungsverluste beim Übertragungsnetz zu groß werden und andererseits dadurch, dass der Kühlmittelmassenstrom zu stark absinkt. Bei geringen Kühlmittelmassenströmen nimmt die Temperaturdifferenz zwischen Austritts- und Eintrittstemperatur am zu kühlenden Motor zu, da die insgesamt übertragene Wärmeleistung konstant bleibt. The choice of a hydraulic diameter will be down by that limited, on the one hand, the flow losses in the transmission network to become large and on the other hand by the fact that the coolant mass flow to drops sharply. At low coolant mass flows takes the Temperature difference between outlet and inlet temperature to be cooled Motor too, since the total transmitted heat output remains constant.

Hier setzen bisher die Motorhersteller vorgegebene Grenzen im Bereich von etwa 8 bis ca. 10K, so dass der minimale Kühlmittelmassenstrom, wie in Fig. 6 dargestellt, festliegt. Diese Grenze kann aber unter Umständen ohne Gefahr für die Motoren erhöht werden, so dass auch kleinere hydraulische Durchmesser möglich erscheinen. So far, the motor manufacturers set limits in the range of about 8 to about 10K, so that the minimum coolant mass flow, as shown in Fig. 6, fixed. However, under certain circumstances, this limit can be increased without risk to the engines, so that smaller hydraulic diameters also appear possible.

In Fig. 9 wird der Anteil des Druckverlustes im Wärmeübertragungsnetz, bezogen auf den Gesamtdruckverlust des Kühlkreislaufes (ist gleich der Förderhöhe der Kühlmittelpumpe) im Betriebszustand über dem hydraulischen Durchmesser der Wärmeübertragungsrohre dargestellt. In Fig. 9, the proportion of the pressure loss in the heat transfer network, based on the total pressure loss of the cooling circuit (equal to the head of the coolant pump) is shown in the operating state over the hydraulic diameter of the heat transfer tubes.

Die Linien 61 bis 65 kennzeichnen dabei jeweils den relativen Druckverlust in der Peripherie des Kühlkreislaufes, das heißt, den Druckverlust außerhalb des Wärmeübertragungsnetzes. The lines 61 to 65 each indicate the relative pressure loss in the periphery of the cooling circuit, that is, the pressure loss outside the heat transfer network.

Die Linie 64 kennzeichnet die Peripherie eines heutiges Systems, währen die Linie 61 einen peripheren Druckverlust von 40% gegenüber einem heutigen System darstellt. Die Linie 62 repräsentiert 60%, die Linie 63 80% und die Linie 65 einen Verlust von 120% in der Peripherie gegenüber einem heutigen System. Line 64 identifies the periphery of a current system, while line 61 represents a 40% peripheral pressure drop over a current system. The line 62 represents 60%, the line 63 80% and the line 65 a loss of 120% in the periphery compared to a current system.

Heutige Wärmeübertragungsnetze weisen üblicherweise Rohreinrichtungen mit einem hydraulischen Durchmesser größer/gleich 2,8 mm auf. Bei einem heutigen Kühlsystem liegt der Druckverlust des Wärmeübertragungsnetzes gemessen am gesamten Druckverlust im Kühlkreislauf bei 10% (d_hydr = 2,8). Beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsnetzes liegt bei einem hydraulischen Durchmesser von 2 mm der Druckverlust bei Einsatz heutiger peripherer Komponenten bei wenigstens 12% und damit deutlich höher. Today's heat transfer networks usually have tube devices with a hydraulic diameter greater than or equal to 2.8 mm. In today's cooling system, the pressure loss of the heat transfer network measured at the total pressure loss in the cooling circuit at 10% (d _hydr = 2.8). When using a heat transfer network according to the invention is at a hydraulic diameter of 2 mm, the pressure loss when using today's peripheral components at least 12% and thus significantly higher.

Vorteilhaft ist auch ein Anteil des Wärmeübertragungsnetzes an Druckabfall des gesamten Kühlkreislaufes von 20%, besonders vorteilhaft beträgt der Anteil 25%, 30%, 40% oder mehr. Also advantageous is a share of the heat transfer network to pressure drop the entire cooling circuit of 20%, particularly advantageous is the Share 25%, 30%, 40% or more.

Erfindungsgemäße Systeme weisen relativ große Druckverluste im Wärmeübertragungsnetz auf. Dadurch werden kleinere Kühlmittelmassenströme bei höherer Kühlmittelgeschwindigkeit im Wärmeübertragungsnetz und gleichzeitig höheren Wärmeübertragung auf der Innenseite im Wärmeübertragungsnetz ermöglicht Außerhalb des Wärmetauschers kann die Strömungsgeschwindigkeit reduziert werden, so dass insgesamt die erforderliche hydraulische Leistung verringert wird. Inventive systems have relatively large pressure losses in Heat transfer network on. As a result, smaller coolant mass flows at higher coolant velocity in the heat transfer network and at the same time higher heat transfer on the inside Heat transfer network allows outside the heat exchanger can Flow rate can be reduced, so that the total required hydraulic power is reduced.

Für das sich aus Fig. 6 bis 8 ergebende optimale Versuchsfahrzeug ergibt sich ein optimaler Auslegungspunkt von einem hydraulischen Durchmesser d_hydr = 1,52 und ein Verlustanteil von 30%, wenn die Verluste in der Peripherie auf 80% des heutigen Standes gesenkt werden. Das ist mit z. B. Veränderungen an den Leitungen, Wasserkästen etc. möglich. For the optimum test _vehicle resulting from Figs. 6 to 8, an optimal design point of a hydraulic diameter d _hydr = 1.52 and a loss rate of 30% results when the losses in the periphery are reduced to 80% of the present level. This is with z. B. changes to the lines, water tanks, etc. possible.

Der Druckverlust in dem Kühlkreislauf einer heutigen Serie beträgt beispielsweise 4% in den Schläuchen, 15% in den Wasserkästen, 9% im Kühlernetz, 21% in dem in Serie geschalteten Thermostat und 51% im Motorblock. The pressure loss in the refrigeration cycle of today's series is for example 4% in hoses, 15% in water tanks, 9% in Radiator network, 21% in the series thermostat and 51% in the Engine block.

Bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ohne Veränderung in der Peripherie würden bei gleichen Strömungsgeschwindigkeiten die Verluste im Motorblock, dem in Serie geschalteten Thermostat, den Wasserkästen und den in Serie geschalteten Schläuchen gleich bleiben. When using a heat exchanger according to the invention without change in the periphery would be at the same flow velocities Losses in the engine block, the series-connected thermostat, the Water tanks and the hoses connected in series remain the same.

Durch die Verbesserung der Wärmeübertragung bedingt kann der Kühlmittelmassenstrom reduziert werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird. Dadurch wird der absolute Verlust in der Peripherie verringert, während der Druckverlust im Kühlernetz von beispielsweise 9% auf 20% oder sogar 30% zunimmt. Due to the improvement of heat transfer conditionally, the Coolant mass flow can be reduced, causing the Flow rate is reduced. This will cause the absolute loss in the periphery reduced, while the pressure loss in the radiator network, for example, 9% 20% or even 30% increases.

Dabei kann nicht nur der relative Druckverlust im Kühlernetz zunehmen, sondern auch der absolute Druckverlust. Diese Druckverlustzunahme wird in einem optimalen System überkompensiert durch die geringeren Druckverluste in den weiteren Komponenten. Not only can the relative pressure loss in the cooler network increase, but also the absolute pressure loss. This pressure loss increase is in an optimal system overcompensated by the lower Pressure losses in the other components.

Claims

A heat exchanger ( 2 ), in particular for use in a refrigeration cycle ( 1 ) of a motor vehicle, having at least one heat transfer network ( 3 ), the heat transfer network comprising at least one tube device ( 11 ), and wherein the tube device has a characteristic hydraulic diameter which is smaller or equal to 2.0 mm.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that at least a plurality of substantially similar tube means ( 11 ) is provided.

3. Heat exchanger according to claim 1 and / or claim 2, characterized in that at least the cross section ( 23 ) is taken from at least one tube means of a group of cross-sectional shapes, which round and circular, elliptical, oval, angular, triangular, rectangular, square and rounded Variations of said cross-sectional shapes comprises.

4. Heat exchanger according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the cooling medium substantially flows perpendicular to the flow direction of the coolant.

5. Heat exchanger according to at least one of the preceding claims, characterized in that a characteristic aspect ratio of depth of a tube device ( 12 ) to width of a tube device ( 13 ) between 1 and 100, preferably between 7 and 50, is.

6. Heat exchanger according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the coolant as a substantial Component contains water.

7. Heat exchanger according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the cooling medium is a gas and preferably air.

8. Heat exchanger according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one tube means ( 11 ) has a characteristic hydraulic diameter which is less than or equal to 1.8 mm or less than or equal to 1.7 mm or less than or equal to 1.6 mm or smaller.

9. Cooling system ( 1 ) with
at least one pump device ( 6 );
at least one heat exchanger device ( 2 ) comprising at least one heat transfer network device ( 3 );
at least one heat source device ( 5 ),
wherein the pump device ( 6 ), the heat exchanger device ( 2 ) and the heat source device ( 5 ) are arranged in a substantially closed cooling circuit ( 1 ), through which a coolant flows;
wherein a pressure loss in the heat transfer network means ( 3 ) of the heat exchanger means amounts to at least 12% of the pressure loss in the coolant circuit.

10. Cooling system according to claim 9, characterized in that the pressure loss of the heat transfer network device ( 3 ) is greater than 20% of the pressure loss in the cooling circuit ( 1 ).

11. Cooling system according to claim 9 and / or claim 10, characterized in that the heat transfer network device ( 3 ) comprises tube devices ( 11 ), wherein at least one tube device ( 11 ) is taken from a group of tube devices, the tubes with hydraulic diameters <2 mm, Dimple tubes, tube devices with turbulence inserts and the like.

12. Cooling system according to at least one of claims 9 to 11, characterized in that the coolant flow at least once is diverted.

13. Cooling system according to at least one of claims 9 to 12, characterized in that an electrically operated Pump device is provided for conveying the coolant.