DE112021004879T5 - HEAT EXCHANGER WITH MEANS FOR REDUCING THERMAL LOAD OR. TENSION - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Mittel zur Verringerung der thermischen Belastung bzw. Spannung. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen integrierten Wärmetauscher bereitzustellen, der konfiguriert ist, um zwei Arten von Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen zu kühlen, wobei der Wärmetauscher ein Mittel zum Reduzieren von thermischer Belastung bzw. Spannung und eine Strömungsverteilungsstruktur in einem Behälter zum effektiven Verteilen der durch Temperaturunterschied hervorgerufenen thermischen Belastung bzw. Spannung aufweist.The present invention relates to a heat exchanger having a thermal stress reducing means. An object of the present invention is to provide an integrated heat exchanger configured to cool two types of heat exchange media having different temperatures, the heat exchanger having a means of reducing thermal stress and a flow distribution structure in a vessel for effective distribution the thermal load or stress caused by the temperature difference.
Description
[Technisches Gebiet][Technical Field]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher und insbesondere einen integrierten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um zwei Arten von Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen zu kühlen, d.h. einen Wärmetauscher mit einem Mittel zum Reduzieren thermischer Belastung bzw. Spannung, der in der Lage ist, durch einen Temperaturunterschied hervorgerufene thermische Belastung bzw. Spannung effektiv aufzulösen.The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to an integrated heat exchanger configured to cool two types of heat exchange media having different temperatures, i.e., a heat exchanger with a thermal stress reducing agent capable of effectively resolving thermal stress caused by a temperature difference.
[Technischer Hintergrund][Technical background]
Im Allgemeinen sind in einem Motorraum des Fahrzeugs nicht nur Komponenten wie etwa ein Motor zum Betreiben eines Fahrzeugs vorgesehen, sondern es sind auch verschiedene Wärmetauscher wie etwa ein Kühler, ein Ladeluftkühler, ein Verdampfer und ein Kondensator zum Kühlen der Komponenten wie z. B. des Motors im Fahrzeug oder zum Einstellen einer Lufttemperatur in einem Innenraum des Fahrzeugs im Motorraum des Fahrzeugs vorgesehen. In den Wärmetauschern strömen im Allgemeinen Wärmetauschmedien. Das Wärmetauschmedium in dem Wärmetauscher tauscht Wärme mit außerhalb des Wärmetauschers vorhandener Außenluft so aus, dass der Kühlvorgang oder die Wärmeabfuhr durchgeführt wird.In general, in an engine room of the vehicle, not only components such as a motor for running a vehicle are provided, but also various heat exchangers such as a radiator, an intercooler, an evaporator, and a condenser for cooling the components such as a condenser are provided. B. the engine in the vehicle or for setting an air temperature in an interior of the vehicle in the engine compartment of the vehicle. Heat exchange media generally flow in the heat exchangers. The heat exchange medium in the heat exchanger exchanges heat with outside air existing outside the heat exchanger so that the cooling operation or heat dissipation is performed.
In den meisten Fällen strömt im Wärmetauscher eine einzige Art von Wärmetauschmedium. Bei Bedarf werden jedoch manchmal Wärmetauscher integriert, in denen zwei Arten von Wärmetauschmedien strömen. Beispielsweise strömt im Fall eines Kühlers und eines Ölkühlers des Fahrzeugs ein Kühlmittel zum Kühlen des Motors im Kühler, und Öl, wie etwa Motoröl oder Getriebeöl, strömt im Ölkühler. Natürlich sind der Kühler und der Ölkühler manchmal als separate Vorrichtungen konfiguriert. Um jedoch die räumliche Ausnutzung des Motorraums zu verbessern, sind der Kühler und der Ölkühler oft als eine Struktur integriert, wie beispielsweise eine wassergekühlte Ölkühlerstruktur, die dazu konfiguriert ist, Öl unter Verwendung eines Kühlmittels zu kühlen.In most cases, a single type of heat exchange medium flows in the heat exchanger. However, if necessary, heat exchangers in which two types of heat exchange media flow are sometimes integrated. For example, in the case of a radiator and an oil cooler of the vehicle, a coolant for cooling the engine flows in the radiator, and oil such as engine oil or transmission oil flows in the oil cooler. Of course, the radiator and oil cooler are sometimes configured as separate devices. However, in order to improve the space utilization of the engine room, the radiator and the oil cooler are often integrated as one structure, such as a water-cooled oil cooler structure configured to cool oil using a coolant.
Ein Abschnitt des Wärmetauschers, in dem der Wärmetausch hauptsächlich durchgeführt wird, ist ein Abschnitt, in dem Rohre nebeneinander angeordnet sind, und dieser Abschnitt wird allgemein als Kern des Wärmetauschers bezeichnet. Im Stand der Technik hat der integrierte Wärmetauscher, in dem zwei Arten von Wärmetauschmedien strömen, oft eine Struktur, in der Kerne, in denen die Wärmetauschmedien strömen, in Reihe angeordnet sind. Indes wurden in letzter Zeit manchmal Strukturen verwendet, bei denen die Kerne parallel verbunden sind.
Insbesondere umfasst ein Wärmetauscher 100: Ein Paar Kopfbehälter 100, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet und Seite an Seite vorgesehen sind; und eine Vielzahl von Rohren 200, die jeweils zwei gegenüberliegende Enden aufweisen, die an den Kopfbehältern 100 befestigt und dazu konfiguriert sind, Strömungsbahnen für ein Wärmetauschmedium zu definieren, und die zusätzlich eine Vielzahl von Rippen enthalten, die zwischen den Rohren 200 angeordnet sind. In diesem Fall sind die Rohre 200 in zwei Reihen in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung vorgesehen. Die Kopfbehälter 100 umfassen jeweils eine Trennwand 125, die sich in einer Längsrichtung in dem Kopfbehälter erstreckt, um einen Raum zu unterteilen, der mit den jeweiligen Rohren in Verbindung steht. Daher können erste und zweite Wärmetauschmedien, die jeweils in den Rohren 200 strömen, die in ersten und zweiten Reihen angeordnet sind, getrennt werden und strömen, ohne aufeinander zu treffen. Natürlich sind ein Einlassanschluss und ein Auslassanschluss, die gepaart sind, separat für jedes der Wärmetauschmedien in dem Sammeltank 100 vorgesehen.
In dem wie oben beschrieben bereitgestellten integrierten Wärmetauscher können zwei Arten von Wärmetauschmedien strömen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden, wie ein Kühlmittel und Öl, oder zwei Arten von Wärmetauschmedien, die sich in Temperaturbereichen unterscheiden, wie etwa ein Niedertemperaturkühlmittel und ein Hochtemperaturkühlmittel, können so strömen, dass der integrierte Wärmetauscher auf verschiedene Arten betrieben wird. Da die Wärmetauschmedien sehr unterschiedliche Temperaturbereiche aufweisen, wird sich in jedem Fall ein signifikanter Temperaturunterschied zwischen dem vorderen und dem hinteren Kern abzeichnen, falls die zwei Arten von Wärmetauschmedien strömen. Wenn eine Temperaturverteilung wie oben beschrieben unausgeglichen ist, variiert ein Grad an thermischer Verformung in Abhängigkeit von der jeweiligen Position. Aus diesem Grund besteht ein Problem dahingehend, dass thermische Spannungen bzw. Belastungen (die Begriffe werden hierin mit gleicher Bedeutung alternativ verwendet) an einer bestimmten Stelle des Wärmetauschers konzentriert sind. Im Fall des oben erwähnten integrierten Wärmetauschers ist die thermische Belastungskonzentration an einem Abschnitt am höchsten, wo der vordere und der hintere Kern getrennt sind. Da die durch Wärmeverformung verursachte Wärmespannungskonzentration ein Hauptfaktor ist, der eine Beschädigung oder einen Bruch des Wärmetauschers verursacht, besteht ein Bedarf an einer Ausgestaltung, welche die Wärmespannungskonzentration bewältigt.In the integrated heat exchanger provided as described above, two types of heat exchange media that differ in properties, such as a coolant and oil, or two types of heat exchange media that differ in temperature ranges, such as a low-temperature coolant and a high-temperature coolant, can flow so that the integrated heat exchanger in different ways is operated. In any case, since the heat exchange media have very different temperature ranges, there will be a significant temperature difference between the front and rear cores if the two types of heat exchange media flow. When a temperature distribution is unbalanced as described above, a degree of thermal deformation varies depending on each position. For this reason, there is a problem that thermal stresses (the terms are used alternatively herein with the same meaning) are concentrated at a certain point of the heat exchanger. In the case of the integrated heat exchanger mentioned above, the thermal stress concentration is highest at a portion where the front and rear cores are separated. Since the thermal stress concentration caused by thermal deformation is a major factor causing damage or breakage of the heat exchanger, there is a need for a configuration that copes with the thermal stress concentration.
[Dokument zur verwandten Technik][Related Art Document]
[Patentdokument][patent document]
1. Koreanisches Patent Nr.
[Offenbarung][Epiphany]
[Technische Aufgabe][Technical Task]
Daher wurde die vorliegende Erfindung in dem Bemühen gemacht, die oben erwähnten Probleme im Stand der Technik zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierten Wärmetauscher bereitzustellen, der konfiguriert ist, um zwei Arten von Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen zu kühlen. d.h. einen Wärmetauscher mit einem Mittel zum Reduzieren von thermischer Belastung, der in der Lage ist, durch eine Temperaturdifferenz verursachte thermische Belastung effektiv zu verteilen.Therefore, the present invention has been made in an effort to solve the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide an integrated heat exchanger configured to cool two types of heat exchange media having different temperatures. i.e., a heat exchanger with thermal stress reducing means capable of effectively dissipating thermal stress caused by a temperature difference.
[Technische Lösung][Technical solution]
Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, umfasst ein Wärmetauscher 1000 gemäß der vorliegenden Erfindung: Ein Paar Kopfbehälter 100, die innen jeweils einen Fluidströmungsraum aufweisen, der durch Koppeln eines Sammlers 110 und eines Behälters 120 definiert ist, wobei das Paar von Kopfbehältern in einem vorbestimmten Abstand voneinander entfernt beabstandet und Seite an Seite vorgesehen ist; und eine Vielzahl von Rohren 200, die jeweils zwei gegenüberliegende Enden aufweisen, die an dem Kopfbehälter 100 befestigt und so konfiguriert sind, dass sie Strömungswege für Wärmetauschmedien definieren, wobei die Vielzahl von Rohren in einer Vorwärts-/Rückwärtsrichtung in zwei Reihen angeordnet sind, wobei ein Innenraum des Kopfbehälters 100 isoliert und durch eine Trennwand 125 in vordere und hintere Wärmetauscherteile unterteilt ist, wobei die Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Durchschnittstemperaturen jeweils in den vorderen und hinteren Wärmetauscherteilen strömen und wobei die Trennwand 125 ein Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen hat.In order to achieve the above-mentioned object, a
Bei einer Ausführungsform der Einrichtung zum Reduzieren thermischer Spannungen kann das Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen eine Strömungsverteilungsstruktur sein, die an dem Behälter 120 in einem Bereich in der Nähe der Trennwand neben der Trennwand 125 ausgebildet ist, der eine Grenzlinie zwischen dem vorderen und dem hinteren Wärmetauscherteil ist, und die Strömungsverteilungsstruktur kann so ausgebildet sein, dass eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums, das in dem Innenraum des Rohrs 200 in dem Bereich in der Nähe der Trennwand strömt, relativ niedriger ist als eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums, das in dem Innenraum des Rohrs 200 im übrigen Bereich strömt.In an embodiment of the device for reducing thermal stress, the means for reducing thermal stress may be a flow distribution structure formed on the
In diesem Fall kann die Strömungsverteilungsstruktur eine Strömungsrateneinstellblende 121 sein, deren eines Ende an einer Innenfläche des Behälters 120 befestigt ist und deren anderes Ende so angeordnet ist, dass es von dem Innenraum des Rohrs 200 die Strömungsrate beabstandet ist, wobei die Strömungsrateneinstellblende ausgebildet ist, um eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums zu reduzieren, das in dem Innenraum des Rohrs 200 in dem Bereich in der Nähe der Trennwand strömt.In this case, the flow distribution structure may be a flow
Alternativ kann die Strömungsverteilungsstruktur eine Strömungsrateneinstellrippe 122 sein, die als Teil des Behälters 120 ausgebildet ist und zu einer Innenseite des Kopfbehälters 100 vorsteht, wobei ein Ende eines vorstehenden Abschnitts so angeordnet ist, dass es von dem Innenraum des Rohrs 200 beabstandet ist, und die Strömungsrateneinstellrippe kann ausgebildet sein, um eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums zu verringern, das in dem Innenraum des Rohrs 200 in dem Bereich in der Nähe der Trennwand strömt.Alternatively, the flow distribution structure may be a flow
Außerdem kann die Strömungsverteilungsstruktur in einem der vorderen und hinteren Wärmetauscherteile ausgebildet sein, wo eine Temperatur des Wärmetauschmediums relativ hoch ist. Genauer gesagt kann in dem Wärmetauscher 1000 eine Temperatur des in dem hinteren Wärmetauscherteil strömenden Wärmetauschmediums höher sein als eine Temperatur des in dem vorderen Wärmetauscherteil strömenden Wärmetauschmediums, und die Wärmetauscher-Strömungsverteilungsstruktur kann im hinteren Wärmetauscherteil ausgebildet sein.In addition, the flow distribution structure may be formed in one of the front and rear heat exchange parts where a temperature of the heat exchange medium is relatively high. More specifically, in the
Außerdem kann die Strömungsverteilungsstruktur auf alle Positionen der Rohre 200 angewendet werden.In addition, the flow distribution structure can be applied to all positions of the
Außerdem kann die Strömungsverteilungsstruktur so ausgebildet sein, dass sie nur von einer Position gegenüber einer Position des Rohrs 200 beabstandet ist.Also, the flow distribution structure may be formed to be spaced only from a position opposite to a position of the
Die Strömungsverteilungsstruktur kann so ausgebildet sein, dass sie einem Bereich von 10 bis 20 % einer Breite des Rohrs 200 entspricht.The flow distribution structure can be formed to correspond to a range of 10 to 20% of a width of the
Bei einer weiteren Ausführungsform des Mittels zum Reduzieren thermischer Spannungen kann das Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen eine Lufttasche 123 sein, die in Form eines leeren Raums in der Trennwand 125 ausgebildet ist.In another embodiment of the thermal stress reducing means, the thermal stress reducing means may be an
In diesem Fall kann sich die Lufttasche 123 in einer Erstreckungsrichtung der Trennwand 125 erstrecken.In this case, the
Zusätzlich kann die Lufttasche 123 so ausgebildet sein, dass sie an einem Ende geöffnet ist, das in Richtung des Sammlers 120 gerichtet ist.In addition, the
In diesem Fall kann ein geöffneter Abschnitt der Lufttasche 123 durch eine Dichtung 150 abgedichtet werden, die an einem Abschnitt vorgesehen ist, wo der Sammler 110 und der Behälter 120 gekoppelt sind.In this case, an opened portion of the
Zusätzlich kann in diesem Fall die Dichtung 150 einen Dichtungsvorsprung 151 aufweisen, der an einer Position vorsteht, die dem geöffneten Abschnitt der Lufttasche 123 entspricht.In addition, in this case, the
Außerdem kann der Wärmetauscher 1000 eine Leckprüfstrecke 124 aufweisen, der in dem Behälter 120 ausgebildet und in Form einer Strömungsbahn bereitgestellt ist, die es der Lufttasche 123 ermöglicht, mit der Außenseite zu kommunizieren.In addition, the
Außerdem kann der Wärmetauscher 1000 ein Kühler sein, in dem ein Hochtemperatur-Kühlmittel und ein Niedertemperatur-Kühlmittel strömen.In addition, the
[Vorteilhafte Effekte][Beneficial Effects]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem integrierten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um zwei Arten von Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen zu kühlen, die Strömungsverteilungsstruktur in dem Behälter vorgesehen oder die Lufttasche ist in der Trennwand in dem Behälter ausgebildet, was es möglich macht, thermische Spannungen, die durch einen Temperaturunterschied verursacht werden, effektiv abzubauen. Genauer gesagt umfassen die Kerne des Wärmetauschers in dem Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung den vorderen und den hinteren Kern, um die zwei Arten von Wärmetauschmedien zu kühlen, und es ist bekannt, dass die thermische Spannungskonzentration an dem Grenzabschnitt zwischen dem vorderen und hinteren Kern am höchsten ist. In diesem Fall wird bei der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform die Konzentration thermischer Spannungen gemildert, indem eine Struktur vorgesehen wird, bei der die Strömungsrate verringert wird, indem das Ende des Rohrs an dem Grenzabschnitt teilweise blockiert wird, wo die Rohre nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere wird bei der vorliegenden Erfindung die Strömungsverteilung durch die Blende oder die nach innen vorstehende Behälterstruktur implementiert, die benachbart zu der in dem Behälter gebildeten Trennwand ausgebildet ist. Alternativ ist als weitere Ausführungsform die Lufttasche in der Trennwand ausgebildet, so dass eine Wärmeisolierung effektiv zwischen der Vorder- und der Rückseite implementiert wird.According to the present invention, in the integrated heat exchanger configured to cool two types of heat exchange media with different temperatures, the flow distribution structure is provided in the tank or the air pocket is formed in the partition wall in the tank, which makes it possible to effectively relieve thermal stress caused by a temperature difference. More specifically, in the heat exchanger of the present invention, the cores of the heat exchanger include the front and rear cores to cool the two types of heat exchange media, and it is known that the thermal stress concentration is highest at the boundary portion between the front and rear cores. In this case, in one embodiment of the present invention, the concentration of thermal stress is alleviated by providing a structure in which the flow rate is reduced by partially blocking the end of the tube at the boundary portion where the tubes are juxtaposed. In particular, in the present invention, flow distribution is implemented by the orifice or inwardly projecting vessel structure formed adjacent to the partition formed in the vessel. Alternatively, as another embodiment, the air pocket is formed in the partition wall so that thermal insulation is effectively implemented between the front and back.
Da die Strömungsverteilungsstruktur wie oben beschrieben vorgesehen ist, wird ein Temperaturgradient an dem Grenzabschnitt während des Prozesses sanfter definiert, in dem die Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturbereichen in den vorderen und hinteren Kernen strömen, wodurch es möglich wird, das Problem des Temperaturungleichgewichts zu lösen. Natürlich kann die Wärmespannung effektiv verteilt werden, wodurch letztendlich das Problem der Beschädigung und des Verbindungsbruchs zwischen dem Sammler und dem Rohr verhindert wird.Since the flow distribution structure is provided as described above, a temperature gradient is more gently defined at the boundary portion during the process in which the heat exchange media having different temperature ranges flow in the front and rear cores, making it possible to solve the temperature imbalance problem. Of course, the thermal stress can be effectively dispersed, ultimately preventing the problem of damage and connection breakage between the header and the pipe.
Figurenlistecharacter list
-
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines integrierten Wärmetauschers aus dem Stand der Technik darstellt.1 Fig. 12 is a view showing an example of a prior art integrated heat exchanger. -
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.2 12 is a perspective view of a first embodiment of a tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention. -
3 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform der Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.3 Fig. 12 is a cross-sectional view of the first embodiment of the tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention. -
4 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.4 12 is a perspective view of a second embodiment of the tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention. -
5 ist eine Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform der Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.5 Fig. 12 is a cross-sectional view of the second embodiment of the tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention. -
6 ist eine Darstellung von Beispielen von Temperaturgradienten im Stand der Technik und bei der vorliegenden Erfindung.6 Figure 12 is an illustration of examples of temperature gradients in the prior art and in the present invention. -
7 ist ein Graph zum Vergleichen von Temperaturgradienten zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung.7 Fig. 12 is a graph for comparing temperature gradients between the prior art and the present invention. -
8 ist eine Ansicht, die die Verformung einer Blende veranschaulicht, die verursacht wird, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Wärmetauschmedien an zwei Seiten des integrierten Wärmetauschers groß ist.8th 14 is a view illustrating deformation of an orifice caused when a temperature difference between heat exchange media on two sides of the integrated heat exchanger is large. -
9 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.9 Fig. 12 is a cross-sectional view of a third embodiment of the tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention. -
10 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform der Behälterstruktur eines integrierten Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung.10 Fig. 14 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the tank structure of an integrated heat exchanger of the present invention.
[Ausführungsmodus der Erfindung][Mode of carrying out the invention]
Nachfolgend wird ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, a heat exchanger according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung beschriebene Wärmetauscher ist ein integrierter Wärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass verschiedene Arten von Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen unabhängig voneinander strömen, insbesondere ein Wärmetauscher, in dem Rohre in zwei vorderen und hinteren Reihen angeordnet sind, und Kerne, d.h. Wärmetauschteile, an denen hauptsächlich der Wärmetausch stattfindet, an Vorder- und Rückseite doppelt vorgesehen sind. Insbesondere, wie kurz unter Bezugnahme auf
In diesem Fall ist in dem Wärmetauscher 1000 ein Innenraum des Kopfbehälters 100 durch eine Trennwand 125 in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung unterteilt und isoliert, so dass die Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Durchschnittstemperaturen in den vorderen bzw. hinteren Wärmetauschteilen strömen Das heißt, der Wärmetauscher hat eine ähnliche Form wie ein genereller, zweireihiger Wärmetauscher. Da die Trennwand 125 den vorderen Wärmetauschteil und den hinteren Wärmetauschteil vollständig isoliert, können die unterschiedlichen Wärmetauschmedien unabhängig voneinander in den vorderen Wärmetauschteil und den hinteren Wärmetauschteil strömen. Zum Beispiel kann ein Kühler oder dergleichen, in dem ein Hochtemperatur-Kühlmittel- und ein Niedertemperatur-Kühlmittelstrom verwendet werden, als der Wärmetauscher verwendet werden, der so konfiguriert ist, dass unterschiedliche Arten von Wärmetauschmedien mit für jeweilige Bereiche unterschiedlichen Durchschnittstemperaturen strömen. In diesem Fall kann das Hochtemperaturkühlmittel dazu dienen, Wärme von einem Motor abzuführen, während es durch einen Kühlmittelkreislauf strömt, der den Motor umfasst. Das Niedertemperaturkühlmittel kann dazu dienen, elektrische Komponenten mit einer relativ niedrigen Temperatur zu kühlen, während es durch einen Kühlmittelkreislauf strömt, der die elektrischen Komponenten umfasst.In this case, in the
Bei dem oben beschriebenen Wärmetauscher unterscheidet sich der Grad der Wärmeausdehnung natürlich zwischen einem Abschnitt, wo ein Hochtemperatur-Wärmetauschmedium strömt, und einem Abschnitt, wo ein Niedertemperatur-Wärmetauschmedium strömt. Es ist kein großes Problem, wenn die Wärmeausdehnungsgrade in allen Komponenten des Wärmetauschers in dem Zustand gleich sind, in dem die Komponenten des Wärmetauschers durch Schweißen fest aneinander befestigt sind. Falls jedoch die Abschnitte mit stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungsgraden lokal gebildet werden, wird die Wärmespannung natürlich und übermäßig an den entsprechenden Abschnitten konzentriert, was Beschädigungen verursacht. Im Fall des Wärmetauschers 1000 der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt in der Nähe der Trennwand 125, die eine Grenzlinie zwischen den vorderen und hinteren Wärmetauscherteilen ist, der Abschnitt, wo die Wärmespannung am stärksten konzentriert ist.In the heat exchanger described above, the degree of thermal expansion naturally differs between a portion where a high-temperature heat exchange medium flows and a portion where a low-temperature heat exchange medium flows. It is not a big problem if the degrees of thermal expansion are equal in all the components of the heat exchanger in the state where the components of the heat exchanger are firmly fixed to each other by welding. However, if the portions having greatly different degrees of thermal expansion are formed locally, the thermal stress is naturally and excessively concentrated at the corresponding portions, causing damage. In the case of the
Die vorliegende Erfindung soll die thermische Spannungs- bzw. Belastungskonzentration an diesem Abschnitt reduzieren. Da Temperaturbereichsbedingungen der Wärmetauschmedien, die jeweils in den vorderen und hinteren Wärmetauschteilen strömen, nicht geändert werden können, ist es unmöglich, ein Phänomen zu beseitigen, bei dem thermische Spannungen konzentriert werden. Es ist jedoch zu erwarten, dass die Wärmespannungskonzentration weiter verringert werden kann, falls ein Grad, zu dem der Temperaturbereich vor und nach der Grenzlinie schnell geändert wird, weiter abgeschwächt wird, d.h. falls der Temperaturbereich in der Nähe der Grenzlinie sanfter geändert wird.The present invention is intended to reduce thermal stress concentration at this portion. Since temperature range conditions of the heat exchange media flowing in the front and rear heat exchange parts respectively cannot be changed, it is impossible to eliminate a phenomenon in which thermal stress is concentrated. However, it is to be expected that the thermal stress con centering can be further reduced if a degree to which the temperature range before and after the boundary line is rapidly changed is further weakened, that is, if the temperature range near the boundary line is changed more gently.
Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung hat die Trennwand 125 ein Mittel bzw. eine Einrichtung zum Reduzieren thermischer Spannungen, wodurch das oben erwähnte Problem gelöst wird. In diesem Fall kann das Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen bei einer Ausführungsform eine Strömungsverteilungsstruktur sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen eine Lufttasche sein. Nachfolgend werden die Strömungsverteilungsstruktur und die Lufttasche ausführlicher beschrieben.That is, in the present invention, the
[1] Eine Ausführungsform eines Mittels zum Reduzieren thermischer Spannungen: Strömungsverteilungsstruktur[1] An embodiment of a means for reducing thermal stress: flow distribution structure
Als eine Ausführungsform des Mittels zum Reduzieren thermischer Spannungen ist bei der vorliegenden Erfindung die Strömungsverteilungsstruktur auf dem Behälter 120 in einem Bereich in der Nähe der Trennwand neben der Trennwand 125 ausgebildet, die die Grenzlinie zwischen dem vorderen und dem hinteren Wärmetauscherteil ist, wodurch die Durchflussraten der Wärmetauschmedien verringert werden. Genauer gesagt ist eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums, das in einem Innenraum des Rohrs 200 in dem Bereich in der Nähe der Trennwand strömt, relativ niedriger als eine Strömungsrate des Wärmetauschmediums, das in dem Innenraum des Rohrs 200 im übrigen Bereich strömt. Mit der oben erwähnten Konfiguration kann die Menge an Wärmetauschmedium, die in dem Bereich in der Nähe der Trennwand vorhanden ist, reduziert werden, so dass ein Temperaturgradient sanfter geändert wird, und als Ergebnis kann eine thermische Spannungskonzentration weiter abgemildert werden. Das heißt, die Strömungsverteilungsstruktur dient als Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen.As an embodiment of the means for reducing thermal stress, in the present invention, the flow distribution structure is formed on the
Die
Die
Die Strömungsverteilungsstruktur kann an einem der vorderen und hinteren Wärmetauscherteile ausgebildet sein, wo eine Temperatur des Wärmetauschmediums relativ hoch ist. Dies liegt daran, dass ein Grad an Wärmeausdehnung zunimmt, wenn eine Temperatur des Wärmetauschmediums zunimmt, und die Menge an thermischer Spannungskonzentration zunimmt. Die Zeichnungen veranschaulichen, dass eine Temperatur des im hinteren Wärmetauschteil strömenden Wärmetauschmediums höher ist als eine Temperatur des im vorderen Wärmetauschteil strömenden Wärmetauschmediums, und die Strömungsverteilungsstruktur ist im hinteren Wärmetauschteil ausgebildet. Es wird hierin angenommen, dass die Richtung, in der Außenluft nach innen geblasen wird, als Vorwärtsrichtung definiert ist und diee Richtung, in der Außenluft nach außen geblasen wird, als Rückwärtsrichtung definiert ist. Falls das Wärmetauschmedium mit einer höheren Temperatur in den vorderen Wärmetauschteil strömt, hat die Luft, die durch den vorderen Wärmetauschteil geströmt ist, bereits eine übermäßig große Wärmemenge aufgenommen. Aus diesem Grund kann die Luft im hinteren Wärmetauscherteil nicht ausreichend Wärme absorbieren, was zu Bedenken führen kann, dass sich die Wärmetauschleistung im hinteren Wärmetauscherteil verschlechtert. In Anbetracht der oben erwähnten Situation strömt das Wärmetauschmedium mit einer höheren Temperatur im Allgemeinen in dem hinteren Wärmetauscherteil in dem Wärmetauscher, in dem die Wärmetauscherteile parallel in der Vorwärts-/Rückwärtsrichtung angeordnet sind. Das heißt, gemäß einem allgemeinen Konstruktionstrend kann die Strömungsverteilungsstruktur in dem hinteren Wärmetauscherteil ausgebildet sein.The flow distribution structure may be formed at one of the front and rear heat exchange parts where a temperature of the heat exchange medium is relatively high. This is because a degree of thermal expansion increases as a temperature of the heat exchange medium increases, and the amount of thermal stress concentration increases. The drawings illustrate that a temperature of the heat exchange medium flowing in the rear heat exchange part is higher than a temperature of the heat exchange medium flowing in the front heat exchange part, and the flow distribution structure is formed in the rear heat exchange part. It is assumed herein that the direction in which outside air is blown in is defined as the forward direction and the direction in which outside air is blown out is defined as the backward direction. If the heat exchange medium having a higher temperature flows into the front heat exchange part, the air that has flowed through the front heat exchange part has already received an excessively large amount of heat. For this reason, the air in the rear heat exchanger cannot sufficiently absorb heat, which may raise a concern that the heat exchange performance in the rear heat exchanger deteriorates. Considering the above-mentioned situation, the heat exchange medium having a higher temperature generally flows in the rear heat exchange part in the heat exchanger in which the heat exchange parts are arranged in parallel in the forward/backward direction. That is, according to a general design trend, the flow distribution structure may be formed in the rear heat exchanger part.
Da die Wärmespannungskonzentration über die gesamten vorderen und hinteren Wärmetauscherteile auftritt, kann indessen bei der vorliegenden Erfindung die Strömungsverteilungsstruktur auf alle Positionen des Rohrs 200 angewendet werden. Zusätzlich kann die Strömungsverteilungsstruktur so ausgebildet werden, dass sie nur von der Position gegenüber der Position des Rohrs 200 beabstandet ist, um zu verhindern, dass die Strömungsverteilungsstruktur den Innenraum des Kopfbehälters 100 übermäßig einnimmt.Meanwhile, in the present invention, since the thermal stress concentration occurs over the entire front and rear heat exchanger parts, the flow distribution structure can be applied to all positions of the
Außerdem kann die Strömungsverteilungsstruktur so ausgebildet sein, dass die Grade, bis zu denen die Strömung des Wärmetauschmediums an den Positionen der Rohre 200 reduziert wird, einander gleich sind. Das heißt, die Bedeckungsgrade der Enden der Rohre 200 sind in Bezug auf alle Rohre 200 gleich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Diese Konfiguration wird im Detail beschrieben. In dem Wärmetauscherteil wird eine Temperatur während eines Prozesses gesenkt, in dem das Hochtemperatur-Wärmetauschmedium in eine Einlassöffnung eingeführt wird und Wärme mit Außenluft austauscht, während es durch den Wärmetauscherteil strömt. Das Wärmetauschmedium mit einer Temperatur, die wie oben beschrieben zu einer niedrigen Temperatur geworden ist, wird zu einer Abgabeöffnung abgegeben. Das heißt, selbst in dem einzelnen Wärmetauschteil ist eine Temperatur des Wärmetauschmediums an der Einlassöffnung relativ hoch und eine Temperatur des Wärmetauschmediums an der Auslassöffnung relativ niedrig. In diesem Fall wird angenommen, dass der Hochtemperatur-Wärmetauscherteil, in dem das Hochtemperatur-Wärmetauschmedium mit einer hohen Durchschnittstemperatur strömt, und der Niedertemperatur-Wärmetauscherteil, in dem das Niedertemperatur-Wärmetauschmedium mit niedriger mittlerer Temperatur strömt, parallel angeordnet sind. Gemäß dem oben erwähnten Prinzip ist sowohl in dem Hochtemperatur-Wärmetauscherteil als auch in dem Niedertemperatur-Wärmetauscherteil eine Temperatur an der Einlassöffnung am höchsten und eine Temperatur an der Auslassöffnung am niedrigsten. In diesem Fall, falls eine Seite der Auslassöffnung des Hochtemperatur-Wärmetauschteils (ein Abschnitt, wo die Temperatur in dem Hochtemperatur-Wärmetauschteil am niedrigsten ist) und eine Seite der Einlassöffnung des Niedertemperatur-Wärmetauschteils (ein Abschnitt, wo eine Temperatur in dem Niedertemperatur-Wärmetauschteil am höchsten ist) benachbart zueinander angeordnet sind, wird eine große Temperaturdifferenz zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauschteil und dem Niedertemperatur-Wärmetauschteil auf den oben genannten Seiten nicht auftreten. Unterdessen sind bei der oben erwähnten Konfiguration auf der gegenüberliegenden Seite eine Seite der Einlassöffnung des Hochtemperatur-Wärmetauschteils (ein Abschnitt, wo eine Temperatur in dem Hochtemperatur-Wärmetauschteil am höchsten ist) und eine Seite des Ausstoßöffnung des Niedertemperatur-Wärmetauschteils (ein Abschnitt, wo eine Temperatur in dem Niedertemperatur-Wärmetauschteil am niedrigsten ist) benachbart zueinander angeordnet. In diesem Fall kann die größte Temperaturdifferenz auftreten. In diesem Fall kann die Konstruktion so ausgeführt werden, dass es möglich ist, die Strömungsrate des Wärmetauschmediums weiter zu reduzieren, indem ein Grad erhöht wird, bis zu dem das Rohr an dem Abschnitt bedeckt ist, wo eine Temperaturdifferenz groß ist, und es ist möglich, die Strömungsrate des Wärmetauschmediums weniger zu reduzieren, indem ein Grad verringert wird, bis zu dem das Rohr an dem Abschnitt bedeckt ist, wo eine Temperaturdifferenz klein ist. Das heißt, wie oben beschrieben, kann die Strömungsverteilungsstruktur so ausgebildet sein, dass die Grade, bis zu denen die Strömung des Wärmetauschmediums an den Positionen der Rohre 200 reduziert wird, voneinander verschieden sind.In addition, the flow distribution structure may be formed so that the degrees to which the flow of the heat exchange medium is reduced at the positions of the
Die
Unterdessen verringert die Strömungsverteilungsstruktur folglich die Strömungsrate des Wärmetauschmediums, indem sie einen Teil des Rohrs abdeckt und verhindert, dass das Wärmetauschmedium gut in das Rohr strömt. Falls die Strömungsverteilungsstruktur übermäßig groß ist, beeinflusst die Strömungsverteilungsstruktur die Gesamtströmung des Wärmetauschmediums nachteilig, was die Wärmetauschleistung verschlechtern kann. In Anbetracht dieser Situation ist es nicht vorzuziehen, dass die Strömungsverteilungsstruktur übermäßig groß ist. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, in dem die Strömungsverteilungsstruktur übermäßig klein ist, der oben erwähnte Effekt des Abschwächens der thermischen Belastungskonzentration nicht erzielt werden. Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Situationen, zusammen mit dem Aspekt, der in dem Diagramm in
[2] Eine weitere Ausführungsform des Mittels zur Verringerung der thermischen Spannung: Lufttasche[2] Another embodiment of the thermal stress reducing agent: air pocket
Bei der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird die Strömungsverteilungsstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet, wenn die Wärmetauschmedien mit unterschiedlichen Temperaturen in den zwei Räumen des Kopfbehälters strömen, die durch die Trennwand getrennt sind, was es ermöglicht, das Problem zu lösen, dass ein Temperaturgradient sich schnell an der Peripherie der Trennwand ändert, und eine thermische Spannungskonzentration durch eine schnelle Änderung des Grads der thermischen Ausdehnung verursacht wird. Im Stand der Technik ist es aufgrund des Problems der thermischen Spannungskonzentration unmöglich, eine Temperaturdifferenz zwischen den in den zwei Räumen des Kopfbehälters strömenden Wärmetauschmedien übermäßig zu erhöhen. Es ist jedoch möglich, eine Temperaturdifferenz zwischen den Wärmetauschmedien zu erarbeiten und weiter zu erhöhen, indem die vorliegende Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik übernommen wird.In the present invention described above, the flow distribution structure of the present invention is used when the heat exchange media flow at different temperatures in the two spaces of the header tank separated by the partition wall, making it possible to solve the problem that a temperature gradient changes rapidly at the periphery of the partition wall, and thermal stress concentration is caused by a rapid change in the degree of thermal expansion. In the prior art, it is impossible to excessively increase a temperature difference between the heat exchange media flowing in the two spaces of the header tank due to the problem of thermal stress concentration. However, it is possible to develop and further increase a temperature difference between the heat exchange media by adopting the present invention compared to the prior art.
In diesem Fall ist jedoch der Temperaturunterschied zwischen den Teilen mit der dazwischen eingefügten Trennwand übermäßig groß, was zu Bedenken führen kann, dass eine signifikante unnötige und unerwünschte Wärmeübertragung zwischen den Wärmetauschmedien durch die Trennwand auftritt. Wenn der Temperaturunterschied zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten der Trennwand übermäßig groß ist, können die Grade der Wärmeausdehnung an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Trennwand außerdem erheblich unausgeglichen sein. Unterdessen ist im Allgemeinen in dem Wärmetauscher-Kopfbehälter zusätzlich zu der Trennwand, die sich in Längsrichtung des Kopfbehälters erstreckt, oft eine Blende vorgesehen, die sich in einer Querschnittsrichtung des Kopfbehälters erstreckt, um einen Strömungsweg für das Wärmetauschmedium einzustellen. Wenn jedoch die Grade der Wärmeausdehnung an den zwei gegenüberliegenden Seiten der Trennwand in dem zweireihigen Kopfbehälter unterschiedlich sind, bestehen Bedenken, dass die Blende, die so ausgebildet ist, dass sie für eine innere Form des Kopfbehälters geeignet ist, verformt wird oder die Blende und der Behälter separiert werden. Die
Eine dritte Ausführungsform wird bereitgestellt, um dieses Problem zu vermeiden, d.h. das Problem, dass in dem Fall, dass der Temperaturunterschied zwischen den zwei gegenüberliegenden Seiten der Trennwand 125 zu groß ist, die Ablenkplatte 130 durch einen Unterschied im Grad der thermischen Ausdehnung zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen verformt und verzerrt wird. Die
Außerdem kann die Lufttasche 123 auf den Wärmetauscher mit der oben beschriebenen Strömungsverteilungsstruktur angewendet werden. Jedoch kann nur die Lufttasche 123 ohne die Strömungsverteilungsstruktur eingesetzt werden. Auch in diesem Fall kann eine thermische Isolationswirkung die thermische Spannungskonzentration in der Nähe der Grenzlinie zwischen der Vorder- und der Rückseite weiter abschwächen. Das heißt, der Wärmetauscher 1000 der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise selektiv entweder die in [1] beschriebene Strömungsverteilungsstruktur oder die in [2] beschriebene Lufttasche als Mittel zum Reduzieren thermischer Spannungen übernehmen.In addition, the
Indes kann die Lufttasche 123 nur in Form eines leeren Raums in der Trennwand 125 bereitgestellt werden. Es gibt kein Problem beim Ausbilden der Form der Lufttasche 123 in dem Fall, dass der Behälter 120 durch Extrusion hergestellt wird. In Anbetracht der Besorgnis, dass eine Fehlerrate zunimmt, wenn die Formkomplexität zunimmt, kann die Lufttasche 123 jedoch an dem Ende geöffnet sein, das in Richtung des Behälters 120 gerichtet ist, wie in
Unterdessen wird die erste Ausführungsform der in
Die
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und der Anwendungsbereich ist vielfältig. Natürlich können verschiedene Modifikationen und Implementierungen von jedem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, vorgenommen werden, ohne von dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.The present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of application is diverse. Of course, various modifications and implementations can be made by anyone skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the subject matter of the present invention as claimed.
BezugszeichenlisteReference List
- 10001000
- Wärmetauscherheat exchanger
- 100100
- Kopfbehälterhead tank
- 110110
- KopfHead
- 120120
- Behältercontainer
- 121121
- Strömungsverteilungsblendeflow distribution screen
- 122122
- Strömungsverteilungsrippeflow distribution fin
- 123123
- Lufttascheair pocket
- 124124
- Leckprüfstreckeleak test track
- 125125
- Trennwandpartition wall
- 150150
- Dichtungpoetry
- 155155
- Dichtungsvorsprungsealing protrusion
- 200200
- RohrPipe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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