DE19740114A1 - Heat exchanger, e.g. for motor vehicles - Google Patents

Heat exchanger, e.g. for motor vehicles

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Jochen Schumm
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Abstract

The heat exchanger has two parallel collector tubes (1) communicating with each other via parallel flat tubes (2). There are fins (3) between the flat tubes forming a flow path parallel to the longitudinal central plane (7) of the individual flat tubes. It is built in at an angle to the direction of flow (a). The longitudinal central plane of each flat tube is at and acute angle to the plane (6) containing the longitudinal axis of the collector tubes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger with the features of the Oberbe handle of claim 1.

Derartige Wärmetauscher werden beispielsweise als Kühlmit­ tel/Luftwärmetauscher oder Öl/Luftwärmetauscher ausgebildet und vorzugs­ weise als "Kühler" oder "Ölkühler" in einem Kühlmittel-Kreislauf eines Kraft­ fahrzeuges verwendet. Ein solcher Wärmetauscher kann jedoch in einem anderen Anwendungsfall auch in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges als Kondensator dienen.Such heat exchangers are used, for example, as cooling coils tel / air heat exchanger or oil / air heat exchanger trained and preferred as a "cooler" or "oil cooler" in a coolant circuit of a force vehicle used. Such a heat exchanger can, however, in one another application also in an air conditioning system of a motor vehicle serve as a capacitor.

Insbesondere ein als Kühler ausgebildeter Wärmetauscher der eingangs ge­ nannten Art wird üblicherweise so im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges montiert, daß die durch die nebeneinanderliegenden Flachrohre ausgebilde­ te Ebene etwa senkrecht von einer Luftströmung an- bzw. durchströmt wird. Auf diese Weise kann ein maximaler Wärmeaustausch gewährleistet wer­ den, wobei für den Wärmeaustausch neben der Anströmgeschwindigkeit und Anströmrichtung auch die zur Verfügung stehende Rippen-Oberfläche eine maßgebliche Bedeutung hat.In particular, a heat exchanger designed as a cooler at the beginning type is usually so in the front area of a motor vehicle mounted that the trained by the adjacent flat tubes air flow flows around or through the th plane. In this way, maximum heat exchange can be guaranteed the, whereby for the heat exchange in addition to the inflow velocity and Flow direction also the available fin surface has significant importance.

Aufgrund besonderer Platzverhältnisse im Frontbereich des Kraftfahrzeuges, z. B. bei einem Kleinwagen oder bei einem Sportwagen mit aerodynamisch günstigem, spitz zulaufendem Frontbereich, steht oftmals nur eine relativ niedrige Einbauhöhe für einen solchen Wärmetauscher bzw. Kühler zur Verfügung. Ein zur Erzielung eines optimalen Wärmeaustausches senkrecht zur Anströmung eingebauter Wärmetauscher weist in diesem Fall jedoch eine zu kleine Rippen-Oberfläche auf, so daß er eine zu geringe Kühlleistung bietet. Um die angeströmte Rippen-Oberfläche bzw. Kühler-Fläche zu ver­ größern, werden größere Kühler bzw. Wärmetauscher so im Frontbereich des Fahrzeuges montiert, daß sich zwischen der gemeinsamen Ebene der Flachrohre bzw. einer die Längsachsen der parallelen Sammelrohre enthal­ tenden Ebene und der Anströmung ein Winkel ausbildet. Auf diese Weise kann die dem Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche der Rippen erheblich vergrößert werden. Jedoch muß die ankommende Strö­ mung beim Durchqueren des Wärmetauschers sowohl an dessen Anström­ seite als auch an dessen Abströmseite umgelenkt werden. Dies bewirkt eine erhebliche Drosselung der Luftströmung, wodurch sich die Durchströ­ mungsmenge pro Zeiteinheit und damit die Effizienz, mit der ein Wärmeaus­ tausch zwischen den Rippen und der Luftströmung erfolgen kann, vermin­ dert und somit die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers reduziert.Due to special space conditions in the front area of the motor vehicle, e.g. B. in a small car or in a sports car with aerodynamic cheap, tapered front area, is often only a relative low installation height for such a heat exchanger or cooler  Available. One vertical to achieve optimal heat exchange In this case, however, heat exchangers installed for the flow point a too small fin surface, so that it has an insufficient cooling capacity offers. In order to ver the surface of the fins or radiator surface larger, larger coolers or heat exchangers become in the front area of the vehicle mounted that between the common level of Flat tubes or one containing the longitudinal axes of the parallel header tubes level and the inflow forms an angle. In this way can the surface of the heat exchange available Ribs are significantly enlarged. However, the incoming stream tion when crossing the heat exchanger both at its inflow side as well as on its downstream side. This causes one Significant throttling of the air flow, which increases the flow amount per unit of time and thus the efficiency with which a heat exchange between the ribs and the air flow can take place, min changes and thus reduces the performance of the heat exchanger.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art, der geneigt zur Anströmung montierbar ist, mit Hilfe konstruktiv einfacher Maßnahmen die Leistungsfä­ higkeit zu erhöhen.The present invention addresses the problem of one Heat exchanger of the type mentioned, which is inclined to the flow is mountable with the help of structurally simple measures ability to increase.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a heat exchanger with the Features of claim 1 solved.

Die Erfindung beruht dabei auf dem allgemeinen Gedanken, den durch die zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen ausgebildeten Strömungs- bzw. Durchströmungsweg mit Hilfe einer an die jeweilige Einbaulage des Wärmetauschers angepaßten räumlichen Anordnung bzw. Ausrichtung der Flachrohre und der dazwischen angeordneten Rippen, eine Durchströmung des Wärmetauschers zu erhalten, bei der eine geringere oder entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit den Merkmalen des An­ spruches 2 im wesentlichen keine Umlenkung der ankommenden Strömung erfolgt. The invention is based on the general idea that formed between the ribs arranged flow tubes or flow path with the help of a to the respective installation position of the Heat exchanger adapted spatial arrangement or orientation of the Flat tubes and the ribs arranged between them, a flow to get the heat exchanger at a lower or corresponding a particularly preferred embodiment with the features of the An Say 2 essentially no redirection of the incoming flow he follows.  

Mit Hilfe dieser Maßnahmen wird gewährleistet, daß die Geschwindigkeit des anströmenden Fluids beim Durchströmen des Wärmetauschers weniger stark verringert wird, wodurch sich der Wärmeaustausch zwischen dem durchströmenden Fluid und den Rippen und somit auch die Leistungsfähig­ keit des Wärmetauschers verbessert.These measures ensure that the speed of the flowing fluid less when flowing through the heat exchanger is greatly reduced, which increases the heat exchange between the flowing fluid and the ribs and thus the performance speed of the heat exchanger improved.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen eine Vergröße­ rung der für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Rippen- Oberfläche erzielt, ohne daß dabei die Einbaumaße des Wärmetauschers verändert werden müssen. Diese Maßnahme bewirkt eine zusätzliche Stei­ gerung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers.In a particularly advantageous embodiment with the features of Claim 3 is an enlargement in addition to the aforementioned advantages ribs available for heat exchange Surface achieved without the installation dimensions of the heat exchanger need to be changed. This measure causes an additional stiff performance of the heat exchanger.

Weitere wesentliche Merkmale und wichtige Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Figu­ renbeschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles.Other essential features and important advantages result from the Subclaims, from the drawings and from the following Figu ren DESCRIPTION of a preferred embodiment.

Es zeigen, je­ weils schematisch,It show, ever because schematically,

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher nach dem Stand der Technik, Fig. 1 is a plan view of a heat exchanger according to the prior art,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht entsprechend der Schnittlinie und in Richtung der Pfeile II-II in Fig. 1 auf einen senkrecht zur Anströmung montierten Wärmetau­ scher nach dem Stand der Technik, Fig. 2 is a sectional side view along the line and in the direction of arrows II-II in Fig. 1 to a vertically mounted to the inflow Wärmetau shear according to the prior art,

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht auf einen geneigt zur Anströmung montierten Wärmetauscher nach dem Stand der Technik und Fig. 3 is a sectional side view of a heat exchanger inclined to the flow according to the prior art and

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht auf einen erfindungs­ gemäßen Wärmetauscher, der geneigt zur Anströmung montiert ist. Fig. 4 is a sectional side view of a heat exchanger according to the Invention, which is mounted inclined to the flow.

Entsprechend Fig. 1 weist ein Wärmetauscher nach dem Stand der Technik zwei etwa parallel zueinander verlaufende Sammelrohre 1 auf, die durch parallel nebeneinander, in einer die Längsachsen der Sammelrohre 1 enthal­ tenden Ebene 6 - parallel zur Zeichnungsebene der Fig. 1 - angeordnete Rohre 2 kommunizierend miteinander verbunden sind. Da diese Rohre 2 einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, bei dem das Verhältnis von längerer Seite zu kürzerer Seite relativ groß ist, werden diese Rohre übli­ cherweise als Flachrohre 2 bezeichnet.Corresponding to FIG. 1, a heat exchanger according to the prior art, two approximately mutually parallel collecting pipes 1 which contained Tenden by parallel side by side, in a the longitudinal axes of the headers 1 Level 6 - parallel to the drawing plane of Fig. 1 - arranged tubes 2 communicating are interconnected. Since these tubes 2 have an approximately rectangular cross section, in which the ratio of the longer side to the shorter side is relatively large, these tubes are usually referred to as flat tubes 2 .

Zwischen den Flachrohren 2 sind Rippen 3 angeordnet, die an den Flachroh­ ren 2 wärmeübertragend befestigt sind. Die Rippen 5 können zick-zack-förmig wie im Ausführungsbeispiel oder auch wellenförmig ausgebildet sein. An den auf beiden Seiten des Wärmetauschers äußersten Flachrohren 2 - entsprechend Fig. 1 am linken bzw. rechten Flachrohr 2 - sind ebenfalls Rip­ pen 3 befestigt, an denen außen jeweils ein Seitenteil 4 befestigt ist, das zur Erhöhung der Festigkeit des Wärmetauschers und als Handschutz gegen die scharfkantigen Rippen 3 angeordnet ist. Die Seitenteile 4 kommunizieren nicht mit den Sammelrohren 1 und sind regelmäßig nicht durchströmt.Between the flat tubes 2 fins 3 are arranged, which are attached to the Flachroh ren 2 heat transfer. The ribs 5 can have a zigzag shape as in the exemplary embodiment or can also be wave-shaped. On the two sides of the heat exchanger outermost flat tubes 2 - according to Fig. 1 on the left or right flat tube 2 - Rip pen 3 are also attached, to each of which a side part 4 is attached to increase the strength of the heat exchanger and as hand protection is arranged against the sharp-edged ribs 3 . The side parts 4 do not communicate with the manifolds 1 and are not regularly flowed through.

Während bei einem als Kühler in einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahr­ zeuges ausgebildetem Wärmetauscher das zu kühlende Kühlmedium von dem einen Sammelrohr 1 über die Flachrohre 2 zum anderen Sammelrohr 1 geleitet wird, strömt die zur Kühlung verwendete Luft durch einen Strö­ mungsweg, der von den Rippen 3 zwischen den Flachrohren 2 ausgebildet wird. Dieser Strömungsweg verläuft entsprechend Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. senkrecht zur Ebene 6 in der die Flachrohre 2 ne­ beneinanderliegend angeordnet wird.While in a cooler circuit in a coolant circuit of a motor vehicle, the heat exchanger for cooling medium to be cooled is passed from one manifold 1 via the flat tubes 2 to the other manifold 1 , the air used for cooling flows through a flow path that flows from the fins 3 between the flat tubes 2 is formed. This flow path extends as shown in FIG. 1, perpendicular to the drawing plane, ie perpendicular to the plane 6 in which the flat tubes 2 ne is arranged beneinanderliegend.

Entsprechend Fig. 2 wird der Wärmetauscher derart im bzw. am nicht dar­ gestellten Fahrzeug montiert, daß die Ebene 6, in der die Flachrohre 2 ne­ beneinanderliegend angeordnet sind, etwa senkrecht zu der mit einem Pfeil a gekennzeichneten Anströmungsrichtung der Kühlluft verläuft. Auf diese Weise kann pro Zeiteinheit eine relativ große Luftmenge den Wärmetauscher durchströmen, so daß sich hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Rip­ penoberfläche ein optimaler Wärmeaustausch und somit eine maximale Kühlerleistung erzielen läßt. Um den Wärmeaustausch zu verstärken können in den Rippen 3 kiemenartige Schlitze oder Lamellen 5 angebracht sein, die etwa senkrecht zu dem durch die Rippen 3 im Wärmetauscher ausgebildeten Strömungsweg verlaufen.According to FIG. 2, the heat exchanger is mounted in such a way in or on the vehicle detected does not represent that the plane 6, in which the flat tubes 2 are arranged ne beneinanderliegend, approximately perpendicular to the direction indicated by an arrow a direction of inflow of the cooling air. In this way, a relatively large amount of air can flow through the heat exchanger per unit time, so that an optimal heat exchange and thus a maximum cooler performance can be achieved with regard to the available Rip pen surface. In order to increase the heat exchange, gill-like slots or fins 5 can be provided in the ribs 3 , which run approximately perpendicular to the flow path formed by the ribs 3 in the heat exchanger.

Aufgrund vorgegebener Raumverhältnisse kann es notwendig sein, den Wärmetauscher geneigt zu montieren. Entsprechend Fig. 3 verläuft dabei die Ebene 6 der Sammelrohre 1 bzw. der Flachrohre 2 entsprechend dem Aus­ führungsbeispiel mit einem Winkel von etwa 45° geneigt gegenüber der An­ strömrichtung a. Bei der Durchströmung des Wärmetauschers wird die Luft­ strömung zunächst an der Anströmseite des Wärmetauschers und anschlie­ ßend an dessen Abströmseite umgelenkt, wodurch ihre Geschwindigkeit und somit der Luftdurchsatz pro Zeiteinheit verringert wird. Dies führt zu einer Reduzierung der Kühlleistung des Wärmetauschers.Due to the given space conditions, it may be necessary to mount the heat exchanger at an angle. According to Fig. 3 in this case runs the plane 6 of the header pipes 1 and the flat tubes 2 in accordance with the guidance from, for example at an angle of approximately 45 ° inclined with respect to the flow direction at a. When flowing through the heat exchanger, the air flow is first deflected on the upstream side of the heat exchanger and then on its downstream side, thereby reducing its speed and thus the air throughput per unit of time. This leads to a reduction in the cooling capacity of the heat exchanger.

Entsprechend Fig. 4 verlaufen bei einem erfindungsgemäßen Wärmetau­ scher die zwischen den Sammelrohren 1 angeordneten Flachrohre 2 bezüg­ lich einer Längsmittelebene 7 eines jeden Flachrohres 2 geneigt gegenüber der Ebene 6, in der die Sammelrohre 1 liegen und in der die Flachrohre 2 nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dabei verlaufen die Rippen 3 nach wie vor parallel zu den Flachrohren 2 und sind somit ebenfalls im gleichen Maße zur Ebene 6 der Sammelrohre 1 und der Flachrohre 2 geneigt. Vor­ zugsweise ist ein Winkel α zwischen der Längsmittelebene 7 der einzelnen Flachrohre 2 und der Ebene 6, in der alle Flachrohre 2 liegen, so gewählt, daß die Längsmittelebene 7 parallel zur Anströmungsrichtung a verläuft. Im vorliegenden Fall beträgt α demnach etwa 45°.According to FIG. 4 extend in an inventive Wärmetau shear arranged between the headers 1 flat tubes 2 bezüg Lich a longitudinal center plane 7 of each flat tube 2 is inclined relative to the plane 6 in which the headers 1 are located and in which the flat tubes 2 are arranged adjacent to each other. The ribs 3 still run parallel to the flat tubes 2 and are thus also inclined to the same extent to the plane 6 of the header tubes 1 and the flat tubes 2 . Before preferably an angle α between the longitudinal center plane 7 of the individual flat tubes 2 and the plane 6 , in which all the flat tubes 2 lie, is chosen so that the longitudinal center plane 7 runs parallel to the direction of flow a. In the present case, α is therefore approximately 45 °.

Diese Maßnahme bewirkt, daß bei der Durchströmung des Wärmetauschers keine Umlenkung der Luftströmung erfolgt, so daß die Durchströmmenge pro Zeiteinheit gegenüber der herkömmlichen, optimalen Einbaulage entspre­ chend Fig. 2 unverändert ist.This measure has the effect that there is no deflection of the air flow when flowing through the heat exchanger, so that the flow rate per unit time is unchanged accordingly to the conventional, optimal installation position in FIG. 2.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weisen die Rippen 3 in Strömungsrichtung a eine größere Abmessung als die Flachrohre 2 auf. Dabei sind sie zweckmäßigerweise so bemessen, daß sie anströmseitig und abströmseitig jeweils bündig mit dem benachbarten Flachrohr 2 bzw. dem Seitenteil 4 abschließen. Auf diese Weise kann be­ züglich ihrer Längsseiten die ganze Oberfläche der Flachrohre 2 zur Wär­ meübertragung an die Rippen 3 ausgenutzt werden. Bei gleicher Größe und Anzahl der Flachrohre 2 weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher ent­ sprechend Fig. 4 eine erheblich größere, dem Wärmeaustausch dienende Rippenoberfläche als der Wärmetauscher nach dem Stand der Technik ent­ sprechend Fig. 3 auf, wodurch die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemä­ ßen Wärmetauschers größer ist.In the illustrated embodiment of the heat exchanger according to the invention, the fins 3 have a larger dimension in the flow direction a than the flat tubes 2 . They are expediently dimensioned so that they are flush with the adjacent flat tube 2 or the side part 4 on the upstream and downstream sides. In this way, the entire surface of the flat tubes 2 can be used for heat transfer to the ribs 3 with respect to their long sides. With the same size and number of flat tubes 2 , the heat exchanger according to the invention corresponding to FIG. 4 has a considerably larger fin serving for heat exchange than the heat exchanger according to the prior art accordingly FIG. 3, whereby the performance of the heat exchanger according to the invention is greater.

Claims (3)

1. Wärmetauscher mit zwei zueinander parallelen Sammelrohren, die mittels parallel zueinander verlaufenden Flachrohren kommunizierend miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Flachrohren daran befestigte Rippen angeordnet sind, die einen Strömungsweg ausbil­ den, der parallel zu den Längsmittelebenen der einzelnen Flachrohre verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelebene (7) jedes Flachrohres (2) mit einer die Längsachsen der Sammelrohre (1) enthaltenden Ebene (6) einen Winkel (α) einschließt, der größer als 0° und kleiner als 90° ist.1. Heat exchanger with two mutually parallel manifolds, which are communicatively connected to each other by means of flat tubes running parallel to one another, ribs attached to them being arranged between the flat tubes, which form a flow path that runs parallel to the longitudinal center planes of the individual flat tubes, characterized in that the longitudinal center plane ( 7 ) of each flat tube ( 2 ) forms an angle (α) with a plane ( 6 ) containing the longitudinal axes of the header tubes ( 1 ), which angle is greater than 0 ° and less than 90 °. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbaulage des Wärmetauschers bezüglich einer Strömungsrichtung (a) eines den Wärmetauscher von außen anströmenden Fluids so gewählt ist, daß diese Anströmungsrichtung (a) parallel zu dem durch die Rippen (3) ausgebildeten Strömungsweg verläuft.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the angle (α) is chosen as a function of the respective installation position of the heat exchanger with respect to a flow direction (a) of a fluid flowing from the outside of the heat exchanger so that this flow direction (a) is parallel to that through the ribs ( 3 ) formed flow path. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zwischen zwei benachbarten Flachrohren (2) angeordnete Rippe (3) anströmseitig mit dem einen Flachrohr (2) und abströmseitig mit dem anderen Flachrohr (2) etwa bündig abschließt.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that each between two adjacent flat tubes ( 2 ) arranged rib ( 3 ) on the upstream side with the one flat tube ( 2 ) and downstream side with the other flat tube ( 2 ) is approximately flush.
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