DE10227930A1 - Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl parall angeordneter Rohre und quer zu diesen Rohren angeordneten Rippen, die zumindest bereichsweise mit Kiemenfelder bildenden Kiemen versehen sind, wobei die Kiemen derart angeordnet sind, dass sie an den Strömungsweg des gasförmigen Mediums angepasst sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 44 04 837 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der Rippen mit schräggestellten Kiemen hat, die eine Umlenkung der die Rippen überstreichenden Luft bewirken. Dabei sind die parallel verlaufenden Kiemen jeweils zwischen zwei auf einer Höhe angeordneten Rohren in Form rechteckiger Blöcke angeordnet. Durch die Kiemen wird der luftseitige Wärmeübergang erhöht. - Es ist Aufgabe der Endung, einen derartigen Wärmeübertrager zu verbessern, insbesondere den Wärmeübergang zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weitergestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Erfindungsgemäß ist ein Wärmeübertrager für einen Wärmeaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Medium vorgesehen, bei dem das erste Medium durch eine Mehrzahl parallel angeordneter Rohre und das zweite Medium zwischen den Rohren und quer zu den Rohren angeordneten Rippen strömen kann.
- Beispielsweise kann das erste Medium ein Kühlmittel zur Kühlung eines Verbrennungsmotors und das zweite Medium Luft sein. Im Rahmen der Erfindung ist der Wärmeübertrager jedoch auch für beliebige andere Medien verwendbar.
- Die Aufgabe der Erfindung wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass die Kiemen an den Strömungsweg des zweiten Mediums angepasst sind. Dadurch wird ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Medium vergrößert und damit die Leistung des Wärmeübertragers verbessert, wodurch die Bautiefe verringert werden kann und damit die Kosten und das Gewicht reduziert werden. Vorzugsweise ragen hierbei die senkrecht zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums und parallel zueinander verlaufenden Kiemen im wesentlichen bis an die Rohre heran, wodurch Kiemenfelder mit bereichsweise etwa der Form der Rohre entsprechenden Begrenzungslinien entstehen, welche die Verteilung des zweiten Mediums optimieren. Das heißt im Falle von kreisförmigen Rohren haben die Kiemenfelder eine bereichsweise etwa kreisbogenförmige Begrenzungslinie und im Falle von elliptischen Rohren eine bereichsweise etwa ellipsenförmige Begrenzungslinie.
- Vorzugsweise ist zwischen zwei, in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen auf gleicher Höhe angeordneten, benachbarten Rohren zumindest ein Kiemenfeld, insbesondere in einem Randbereich ein durchgehendes Kiemenfeld, vorgesehen.
- Vorzugsweise ist zwischen zwei, in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen benachbarten Rohren ein Bereich ohne Kiemen vorgesehen. Durch den Strömungswiderstand in den langgezogenen Kiemenfeldern wird das zweite Medium in die nicht mit Kiemen versehenen Bereiche nach den Rohren gedrückt, in denen eine gute Wärmeleitung in der Rippe herrscht, und der Wärmeübergang wird in diesen strömungsarmen Bereichen erhöht. Die Wärmeleitung erfolgt somit nicht nur quer, sondern auch längs der Strömungsrichtung des zweiten Mediums.
- Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen in der Mitte einer Rippe ein Bereich ohne Kiemen vorgesehen. Dies erhöht die Stabilität der Rippe und verbessert gleichzeitig die Wärmeleitung quer zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums, wodurch der Rippenwirkungsgrad erhöht wird.
- Vorzugsweise sind die äußersten Rohre an drei Seiten von Kiemen umgeben, d.h. die Kiemenfelder zwischen den beiden Rändern (in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen vorne und hinten) sind nicht unterbrochen.
- Vorzugsweise sind in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen, senkrecht hierzu verlaufende Bereiche ohne Kiemen zwischen den Rohren vorgesehen.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit drei Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
-
1A eine perspektivische, ausschnittsweise Darstellung der Randbereiche eines Schnitts durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager; -
1B eine Draufsicht auf1A mit Darstellung der Wärmeleitung in Strömungsrichtung; -
2 eine erste Variante; -
3 eine zweite Variante; -
4 eine dritte Variante; und -
5 eine perspektivische, ausschnittsweise Darstellung des Wärmeübertragers von1A . - Ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager
1 , im vorliegenden Fall ein Heizkörper eines Kraftfahrzeugs, weist eine Mehrzahl von parallel angeordneten Rohren2 , durch die ein Kühlmittel strömt, welches Wärme an die Luft abführt und eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Rippen3 auf, die in Bereichen4 mit Kiemen5 versehen sind, welche Kiemenfelder6 bilden. Dabei durchdringen die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel runden Rohre2 die Rippen3 jeweils senkrecht. Die Kiemenfelder6 bewirken eine Umlenkung der die Rippen3 überstreichenden Luft (siehe1 ), deren Strömungsrichtung durch den Wärmeübertrager1 in5 durch zwei Pfeile angedeutet ist und die im wesentlichen senkrecht zu den Kiemen5 verläuft. - Hierbei sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Kiemenfelder
6 derart ausgebildet, dass sie in Randbereichen10 des Wärmeübertragers1 zwischen zwei in Strömungsrichtung der Luft betrachtet auf gleicher Höhe liegenden, benachbarten Rohren2 der ersten Reihe11 von außen durchgehend ausgestaltet sind, wie aus1A und1B ersichtlich ist. Das Kiemenfeld6 umgibt ein Rohr2 der zweiten Reihe12 von außen von drei Seiten. - Dagegen sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen zwei in Strömungsrichtung gesehen benachbarten Rohren
2 , wie in1A und1B ersichtlich, keine Kiemen5 vorgesehen, wobei auf diesen kiemenfreien Bereich als Bereich7 Bezug genommen wird. Dieser Bereich7 verbessert im strömungsarmen Bereich, nämlich in Strömungsrichtung der Luft gesehen hinter einem Rohr2 , die Wärmeleitung in der Rippe in Strömungsrichtung. - Ferner ist zwischen zwei in Strömungsrichtung der Luft betrachtet auf gleicher Höhe, jedoch versetzt zueinander angeordneten, mittleren Reihen
13 von Rohren2 ebenfalls ein durchgehender Bereich7' ohne Kiemen5 vorgesehen. Diese Unterbrechung sichert die Stabilität der Rippen3 . Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt nur vier Reihen14 von Rohren2 vorgesehen sind, sind die mittleren Reihen13 mit den zweiten Reihen12 identisch. - Im Bereich der Rohre
2 sind die Kiemenfelder6 jeweils möglichst dicht, nämlich so weit, wie fertigungstechnisch sinnvoll möglich ist, an die Rohre2 herangeführt, so dass sich etwa kreisbogenförmige Begrenzungslinien der Kiemenfelder6 in den entsprechenden Bereichen ergeben. - Im folgenden wird, Bezug nehmend auf
2 , die erste Variante des Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei sind gleiche oder wirkungsgleiche Teile mit um 100 höheren Bezugszeichen versehen. - Gemäß dieser ersten Variante sind zwischen zwei, in Strömungsrichtung der Luft betrachtet auf gleicher Höhe liegenden, benachbarten Rohren
102 die Kiemenfelder106 mit ihren Kiemen105 durchgehend ausgestaltet, wie aus2 ersichtlich ist. Dagegen enden, im Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, die Kiemenfelder106 in Strömungsrichtung der Luft betrachtet, jeweils bevor ein versetzt hierzu angeordnetes Rohr102 erreicht wird, so dass jeweils Reihen114 gebildet werden, in denen sich Rohre102 und Kiemenfelder106 abwechseln und die durch Bereiche107' unterbrochen werden. Somit entsprechen diese Bereiche107' im Prinzip dem Bereich7' des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Unterbrechung sichert die Stabilität der Rippen103 und verbessert die Wärmeleitung in diesem Bereich107' , so dass der Rippenwirkungsgrad steigt. - Auch in diesem Fall sind die Kiemenfelder
106 möglichst dicht an die Rohre102 herangeführt, so dass sich bereichsweise etwa kreisbogenförmige Begrenzungslinien der Kiemenfelder106 ergeben. - Im folgenden wird, Bezug nehmend auf
3 , die zweite Variante des Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei sind gleiche oder wirkungsgleiche Teile mit um 200 höheren Bezugszeichen als beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel versehen. - Bei dieser zweiten Variante handelt es sich – in Hinblick auf die Kiemenfelder
206 – im Prinzip um eine Kombination der Anordnung der Kiemenfelder6 gemäß dem Ausführungsbeispiel und der Anordnung der Kiemenfelder106 gemäß der ersten Variante, wobei die Bereiche7 und107' , in denen keine Kiemenfelder6 ,106 vorgesehen sind, sowohl des Ausführungsbeispiels als auch der ersten Variante miteinander kombiniert werden. - Dies führt dazu, dass im Randbereich
210 der Rippen203 eine erste Reihe211 vorgesehen ist, in der sich Rohre202 und Kiemenfelder206 abwechseln, ab der zweiten Reihe212 wechseln sich jeweils Rohre202 mit zwei Kiemenfeldern206 und einem dazwischen angeordneten Bereich207 ohne Kiemen205 ab. Zwischen den einzelnen Reihen214 sind ebenfalls Bereiche207' ohne Kiemen205 vorgesehen. - Im folgenden wird, Bezug nehmend auf
4 , die dritte Variante des Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei sind gleiche oder wirkungsgleiche Teile mit um 300 höheren Bezugszeichen als beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel versehen. - Gemäß dieser Variante sind zwei Reihen
314 von Rohren302 vorgesehen, wobei jeweils zwei Rohre302 in Strömungsrichtung der Luft betrachtet miteinander fluchten. Die Rippen303 weisen Kiemenfelder306 auf, wobei die Kiemenfelder306 möglichst weit zu den Rohren302 herangeführt sind und somit eine etwa der Rohrform entsprechende Begrenzungslinie aufweisen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel und der zweiten Variante sind in Strömungsrichtung der Luft betrachtet Bereiche307 zwischen zwei Rohren302 angeordnet, in denen keine Kiemen305 vorgesehen sind. - Zwischen den beiden Reihen
314 ist ein Bereich307' ohne Kiemen vorgesehen. Anstelle der durch diesen Bereich307' unterbrochenen Kiemenfelder306 sind auch in Strömungsrichtung der Luft gesehen durchgehende Kiemenfelder möglich (entsprechend der ersten Variante). - Die vorliegende Erfindung wurde am Beispiel eines Wärmeübertragers für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Es sind jedoch auch andere Verwendungsformen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
- 1
- Wärmeübertrager
- 2, 102, 202, 302
- Rohr
- 3, 103, 203, 303
- Rippe
- 4
- Bereich
- 5, 105, 205, 305
- Kieme
- 6, 106, 206, 306
- Kiemenfelder
- 7, 7', 107', 207, 207', 307, 307'
- Bereich
- 10, 210
- Randbereich
- 11, 211
- erste Reihe
- 12, 212
- zweite Reihe
- 13
- mittlere Reihe
- 14, 114, 214, 314
- Reihe
Claims (9)
- Wärmeübertrager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl parallel angeordneter Rohre (
2 ;102 ;202 ;302 ) und quer zu diesen Rohren (2 ;102 ;202 ;302 ) angeordnete Rippen (3 ;103 ;203 ;303 ), die zumindest bereichsweise mit Kiemenfelder (6 ;106 ;206 ;306 ) bildenden Kiemen (5 ;105 ;205 ;305 ) versehen sind, wobei durch die Rohre ein erstes Medium und zwischen den Rohren (2 ;102 ;202 ;302 ) und Rippen (3 ;103 ;203 ;303 ) ein zweites Medium strömen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kiemen (5 ;105 ;205 ;305 ) derart angeordnet sind, dass sie an den Strömungsweg des gasförmigen Mediums angepasst sind. - Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums und parallel zueinander verlaufenden Kiemen (
5 ;105 ;205 ;305 ) im wesentlichen bis an die Rohre (2 ;102 ;202 ;302 ) heranreichen. - Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei, in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen auf gleicher Höhe angeordneten, benachbarten Rohren (
2 ;102 ;202 ;302 ) zumindest ein Kiemenfeld (6 ;106 ;206 ;306 ) vorgesehen ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei, in einem Randbereich (
10 ;210 ) angeordneten, benachbarten Rohren (2 ;102 ;202 ;302 ) ein durchgehendes Kiemenfeld (6 ;106 ;206 ;306 ) vorgesehen ist. - Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei, in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen benachbarten Rohren (
2 ;202 ;302 ) ein Bereich (7 ;207 ;307 ) ohne Kiemen (5 ;205 ;305 ) vorgesehen ist. - Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des zweiten Mediums gesehen in der Mitte einer Rippe (
3 ;103 ;203 ;303 ) ein Bereich (7' ;107' ,207' ,307' ) ohne Kiemen (5 ;105 ;205 ;305 ) vorgesehen ist. - Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußersten Rohre (
2 ) an drei Seiten von Kiemen (5 ) umgeben sind. - Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums verlaufende Bereiche (
7' ;107' ;207' ;307' ) ohne Kiemen (5 ;105 ;205 ;305 ) zwischen den Rohren (2 ;102 ;202 ;302 ) vorgesehen sind. - Verwendung eines Wärmeübertragers (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 als Heizelement.
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