DE19859675B4

DE19859675B4 - heat exchangers

Info

Publication number: DE19859675B4
Application number: DE1998159675
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Grüner
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: DE19859675A1

Abstract

Wärmetauscher (1) mit einem Bündel (3) paralleler Flachrohre (5) für ein erstes Wärmetauscherfluid (LL), deren Enden (7) in Sammelbehältern (16, 17) aufgenommen sind, und mit zwischen den Flachrohren (5) gebildeten Zwischenräumen für ein zweites Wärmetauscherfluid (KM), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Bündel (2) paralleler Flachrohre (4) für das zweite Wärmetauscherfluid (KM) vorgesehen ist, wobei diese Flachrohre (4) des zweiten Bündels (2) jeweils unter einem spitzen Winkel (α) zu den Flachrohren (5) des ersten Bündels (3) verlaufend in deren Zwischenräume angeordnet sind und wobei die Flachrohre des zweiten Bündels durch zwei Rohrverbindungen untereinander fluidisch verbunden sind, welche außerhalb der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten Bündels verlaufen, und dass die Rohrverbindungen des zweiten Bündels je eine Öffnung (8, 9) zur Zuleitung und Rückleitung des zweiten Wärmetauscherfluids (KM) aufweisen.heat exchangers (1) with a bundle (3) parallel flat tubes (5) for a first heat exchange fluid (LL), whose ends (7) in collecting containers (16, 17) added are, and formed between the flat tubes (5) spaces for a second heat exchange fluid (KM), characterized in that a second bundle (2) parallel flat tubes (4) for the second heat exchange fluid (KM) is provided, these flat tubes (4) of the second bundle (2) each at an acute angle (α) to the flat tubes (5) of first bunch (3) are arranged extending in the interstices and wherein the flat tubes of the second bundle are fluidly interconnected by two pipe connections, which outside the overlap with the flat tubes of the first bundle run, and that the tube connections of the second bundle each an opening (8, 9) for supply and return of the second heat exchange fluid (KM) exhibit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren parallelen Flachrohren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The The invention relates to a heat exchanger with a plurality of parallel flat tubes in the preamble of claim 1 specified genus.

Die DE 44 41 503 A1 offenbart einen Wärmetauscher mit zwei Stapeln von Rohrelementen, wobei die Enden des einen Stapels von Rohrelementen zwischen den Enden des anderen Stapels von Rohrelementen greifen.The DE 44 41 503 A1 discloses a heat exchanger having two stacks of tubular elements, with the ends of one stack of tubular elements gripping between the ends of the other stack of tubular elements.

Die US 4,665,975 A offenbart einen Plattenwärmetauscher.The US 4,665,975 A discloses a plate heat exchanger.

Aus der DE 195 43 986 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der ein Bündel paralleler Flachrohre für ein Wärmetauscherfluid umfaßt, deren Enden in Sammelbehältern aufgenommen sind. Zwischen den jeweils parallelen Rohren sind Wellrippen zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche angeordnet. Die Rohre sind an ihren Rohrenden derart aufgeweitet, daß die Rohrenden im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind. Die Rohrenden weisen parallele Verbindungsflächen auf, die zur Anlage mit entsprechenden Verbindungsflächen benachbarter Rohrenden gebracht werden. Weiterhin weisen die Rohrenden kurze Verbindungsflächen auf, auf die die Sammelbehälter mit ihren Schenkeln bzw. Kragen gesetzt werden. Der bekannte Wärmetauscher ist so konstruiert, daß das zweite Wärmetauscherfluid Kühlluft ist. Bei einer Verwendung dieses Bauprinzips als Ladeluftkühler wird daher für eine ausreichende Wärmeübertragungsleistung eine entsprechende Baugröße benötigt.From the DE 195 43 986 A1 For example, a heat exchanger is known which comprises a bundle of parallel flat tubes for a heat exchange fluid, the ends of which are accommodated in collecting containers. Between the respective parallel tubes corrugated fins are arranged to increase the heat-transmitting surface. The tubes are flared at their tube ends such that the tube ends are rectangular in cross-section. The pipe ends have parallel connection surfaces, which are brought into abutment with corresponding connection surfaces of adjacent pipe ends. Furthermore, the tube ends have short connecting surfaces on which the collecting containers are set with their thighs or collars. The known heat exchanger is constructed so that the second heat exchange fluid is cooling air. When using this construction principle as intercooler therefore a corresponding size is required for a sufficient heat transfer performance.

Um eine kompaktere Bauweise für eine gute Wärmeübertragungsleistung zu erreichen, sind Ladeluftkühler bekannt, bei denen das sekundäre Wärmetauscherfluid eine Flüssig keit, vorzugsweise das Kühlmittel einer Brennkraftmaschine ist. Bei derartigen Wärmetauschern ist der gesamte Wärmetauscherblock in einem Gehäuse aufgenommen, in das das Kühlmittel eingeleitet bzw. nach dem Umströmen der Flachrohre für das erste Wärmetauscherfluid wieder abgeleitet wird. Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der US 4,291,760 bekannt. Ein geschlossenes System für das zweite, flüssige Wärmetauscherfluid kann nur mit einem hohen konstruktiven Aufwand erreicht werden, so daß man bestrebt ist, das Bauvolumen für derartige Ladeluftkühler gering zu halten. Dies führt jedoch zu einer Begrenzung der Wärmetauschleistung, die für bestimmte Anforderungen unzureichend ist.In order to achieve a more compact design for a good heat transfer performance, intercoolers are known in which the secondary heat exchange fluid fluid, preferably the coolant of an internal combustion engine. In such heat exchangers, the entire heat exchanger block is accommodated in a housing, in which the coolant is introduced or discharged again after the flow around the flat tubes for the first heat exchange fluid. Such a heat exchanger is for example from the US 4,291,760 known. A closed system for the second, liquid heat exchanger fluid can only be achieved with a high design effort, so that one endeavors to keep the volume of construction for such intercoolers low. However, this leads to a limitation of the heat exchange performance, which is insufficient for certain requirements.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß bei kompakter Bauweise eine hohe Wärmetauschleistung erreicht wird.Of the The present invention is based on the object heat exchanger of the generic type such to educate that at compact design a high heat exchange capacity is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Für das zweite Wärmetauscherfluid, beispielsweise Kühlmittel einer Brennkraftmaschine, ist ein zweites Bündel paralleler Flachrohre vorgesehen, welche jeweils unter Kreuzung der Flachrohre des ersten Bündels in einem spitzen Winkel deren Zwischenräume durchsetzen. Die Flachrohre des zweiten Bündels sind dabei durch eine Rohrverbindung untereinander fluidisch verbunden, welche außerhalb der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten Bündels verläuft. Bei der Montage des Wärmetauschers werden die Flachrohre des einen Bündels durch die Zwischenräume des anderen Bündels geschoben und die Flachrohre des zweiten Bündels an Flächenabschnitten miteinander verbunden, welche seitlich außerhalb der Kontur des ersten Bündels liegen. Die Rohrverbindung ist daher unabhängig von den Rohrkörpern des ersten Bündels, wodurch die Anordnung mit lediglich geringem Arbeitsaufwand montierbar ist. Die Rohrverbindung weist dabei eine Öffnung zur Zuleitung und Rückleitung des zweiten Wärmetauscherfluids auf. Zweckmäßig liegt die Rohrverbindung in einem aus der Überdeckung mit dem ersten Bündel der herausragenden Eckabschnitte zwischen den Enden und den Längsseiten der Flachrohre des zweiten Bündels. Abgesehen von dem freiliegenden Eckabschnitt, in dem die Rohrverbindung ausgebildet wird, liegen die Flachrohre beider Bündel zum überwiegenden Teil in Überdeckung, wobei ein Wärmeübergang mit hoher Wärmetauschleistung zwischen den Fluiden möglich ist. Vorteilhaft liegen die Flachrohre beider Bündel in dem in Überdeckung liegenden Bereich mit ihren Wandungen aneinander.For the second Heat exchange fluid, for example, coolant an internal combustion engine, is a second bundle of parallel flat tubes provided, each intersecting the flat tubes of the first bundle at an acute angle enforce their interstices. The flat tubes of the second bundle are fluidly connected to each other by a pipe connection, which outside the overlap with the flat tubes of the first bundle runs. When installing the heat exchanger are the flat tubes of a bunch through the interspaces of the other bunch pushed and the flat tubes of the second bundle of surface sections with each other connected, which laterally outside the contour of the first bundle lie. The pipe connection is therefore independent of the tubular bodies of the first bunch, whereby the arrangement can be mounted with only a small amount of work is. The pipe connection has an opening to the supply and return line the second heat exchange fluid on. Appropriately the pipe joint in one of the overlap with the first bundle of outstanding corner sections between the ends and the longitudinal sides of Flat tubes of the second bundle. Apart from the exposed corner section in which the pipe connection is formed, the flat tubes of both bundles are for the most part in coverage, wherein a heat transfer with high heat exchange capacity between the fluids possible is. Advantageously, the flat tubes of both bundles in the overlap lying area with their walls together.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ragt das zweite Bündel paralleler Flachrohre beidseitig aus der Überdeckung des ersten Bündels heraus und weist an beiden freiliegenden Eckabschnitten eine Rohrverbindung zwischen den einzelnen Flachrohren auf. Eine dieser Rohrverbindungen ist mit einer Öffnung zur Zuleitung des zweiten Wärmetauscherfluides versehen, während die andere Rücklaufleitung auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers eine Öffnung zur Rückleitung in das geschlossene System des zweiten Wärmetauscherfluides aufweist.In an advantageous development of the heat exchanger according to the invention sticks out the second bundle parallel flat tubes on both sides of the overlap of the first bundle out and has a pipe joint at both exposed corner sections between the individual flat tubes. One of these pipe connections is with an opening for the supply of the second heat exchanger fluid provided while the other return line on the opposite side Side of the heat exchanger an opening for return in the closed system of the second heat exchange fluid.

Die Rohrverbindung kann durch Abstandshülsen zwischen den Flachrohren des zweiten Bündels gebildet sein, wobei die Abstandshülsen jeweils Öffnungen in den anliegenden Wandungen der Flachrohre umschließen. Dabei wird ein Kanal ausgebildet, welcher die Innenräume aller Flachrohre des zweiten Bündels verbindet, wobei die Abstandshülsen gleichzeitig einen Zwischenraum zwischen den Flachrohren schaffen, in denen die Flachrohre des anderen Bündels eingefügt sind. Zweckmäßig liegen die Abstandshülsen koaxial zueinander, wodurch eine geradlinige Rohrverbindung gebildet ist. Die Öffnungen in den Wandungen der einzelnen Flachrohre des Bündels werden derart ausgerichtet, daß diese eine das gesamte Bündel durchsetzende Bohrung bilden.The pipe connection can be formed by spacer sleeves between the flat tubes of the second bundle, wherein the spacer sleeves each enclose openings in the adjacent walls of the flat tubes. In this case, a channel is formed, which the interiors of all flat tubes connects the second bundle, wherein the spacer sleeves simultaneously create a gap between the flat tubes, in which the flat tubes of the other bundle are inserted. Suitably, the spacer sleeves are coaxial with each other, whereby a straight-line pipe connection is formed. The openings in the walls of the individual flat tubes of the bundle are aligned so that they form a bore passing through the entire bundle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.One embodiment The invention is explained below with reference to the drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Draufsicht eines Flachrohrwämetauschers, 1 a top view of a flat tube heat exchanger,

2 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher, 2 a longitudinal section through the heat exchanger,

3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 1. 3 a section along the line III-III in 1 ,

1 zeigt einen Wärmetauscher 1, welcher von Ladeluft LL und als zweitem Wärmetauscherfluid von Kühlmittel KM einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine durchströmt wird. Das Kühlmittel zirkuliert in einem geschlossenen System. 1 shows a heat exchanger 1 , which is traversed by charge air LL and as a second heat exchange fluid of coolant KM of an internal combustion engine, not shown here. The coolant circulates in a closed system.

Die Ladeluft LL durchströmt ein erstes Bündel 3 paralleler Flachrohre, deren Enden 7 in Verteil- und Sammelkästen 16, 17 aufgenommen sind. Die Verteil- und Sammelkästen 16, 17 können je nach Bauart des Wärmetausches mit dem Rohrbündel 3 verbunden sein, so ist beispielsweise der Verteilkasten 16 als stoffschlüssig verbundenes Bauteil und der Sammelkasten 17 als mechanisch verbundenes Bauteil dargestellt. Das Kühlmittel KM durchströmt ein zweites Bündel zwei pa ralleler Flachrohre, welche jeweils unter Kreuzung der Flachrohre des ersten Bündels 3 die Zwischenräume durchsetzen, welche zwischen den Flachrohren des ersten Bündels 3 gebildet sind. Die Längsachse der Flachrohre des Bündels 2 ist mit LA1 und die Längsachse der Flachrohre des Bündels 3 mit LA2 bezeichnet. Wie aus 1 deutlich wird, schließen die Längsachsen LA1, LA2 der Bündel 2 und 3 einen spitzen Winkel α von ca. 12° ein, es können jedoch auch andere Winkel, vorzugsweise im Bereich zwischen 5° und 30° in Betracht kommen. Die parallelen Flachrohre des Kühlmittelkreises sind durch die Kreuzung mit den Flachrohren des ersten Bündels 3 mit ihren außenliegenden Eckabschnitten 18 aus der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten Bündels 3 geführt und dort durch eine durchgehende Rohrverbindung untereinander fluidisch verbunden. Jede der Rohrverbindungen weist eine Öffnung zum Anschluß an den Kühlmittelkreis auf, wobei die Öffnung 8 in dem einen Eckabschnitt des in Draufsicht etwa rechteckigen Flachrohrbündels 2 zur Zuleitung des Kühlmittels KM vorgesehen ist. Die Öffnung 9 der diagonal gegenüberliegenden Rohrverbindung ist zur Rückleitung des Kühlmittels KM vorgesehen. Die Verbindungen der Kühlmittelflachrohre liegen also außerhalb der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten zur Leitung der Ladeluft LL vorgesehenen Bündels 3 und sind im Freiraum seitlich der Flachrohre des ersten Bündels 3 auf einfachste Weise anzubringen.The charge air LL flows through a first bundle 3 parallel flat tubes, their ends 7 in distribution and collection boxes 16 . 17 are included. The distribution and collection boxes 16 . 17 can, depending on the design of the heat exchange with the tube bundle 3 be connected, such as the distribution box 16 as a materially connected component and the collecting box 17 shown as a mechanically connected component. The coolant KM flows through a second bundle of two parallel flat tubes, each crossing the flat tubes of the first bundle 3 enforce the spaces between the flat tubes of the first bundle 3 are formed. The longitudinal axis of the flat tubes of the bundle 2 is with LA1 and the longitudinal axis of the flat tubes of the bundle 3 denoted by LA2. How out 1 becomes clear, close the longitudinal axes LA1, LA2 of the bundles 2 and 3 an acute angle α of about 12 °, but it can also be other angles, preferably in the range between 5 ° and 30 ° into consideration. The parallel flat tubes of the coolant circuit are through the intersection with the flat tubes of the first bundle 3 with its outer corner sections 18 from the overlap with the flat tubes of the first bundle 3 guided and fluidly connected there by a continuous pipe connection. Each of the pipe connections has an opening for connection to the coolant circuit, wherein the opening 8th in the one corner portion of the flat tube bundle approximately rectangular in plan view 2 is provided for supplying the coolant KM. The opening 9 the diagonally opposite pipe connection is provided for returning the coolant KM. The compounds of the coolant flat pipes are therefore outside the overlap with the flat tubes of the first provided for guiding the charge air LL bundle 3 and are in the free space on the side of the flat tubes of the first bundle 3 in the easiest way to install.

Wie aus 2 deutlich hervorgeht, sind die Flachrohre 4, 5 beider Bündel alternierend angeordnet und liegen in ihren einander überdeckenden Abschnitten und daher bei kleinem Kreuzungswikel der Rohre zum überwiegenden Teil mit ihren flachen Rohrwandungen 12 aneinander, so daß ein guter Wärmeübertritt gewährleistet ist. In den Innenräumen der Flachrohre 4 und 5 beider Bündel sind Steg- bzw. Turbulenz rippen 13, 13' angeordnet. Für das Flachrohrbündel 3 der Ladeluft werden beispielsweise Flachrohre 5 mit einer Querschnittsbreite von beispielsweise 64 mm als bevorzugt angesehen. Für das Flachrohrbündel 2 des Kühlmittelkreises werden 76 mm – Flachrohre vorgeschlagen.How out 2 clearly shows, are the flat tubes 4 . 5 both bundles arranged alternately and lie in their overlapping sections and therefore at a small crossing of the tubes for the most part with their flat pipe walls 12 to each other, so that a good heat transfer is ensured. In the interiors of the flat tubes 4 and 5 both bundles are ridge or turbulence ribs 13 . 13 ' arranged. For the flat tube bundle 3 the charge air, for example, flat tubes 5 with a cross-sectional width of, for example, 64 mm considered preferred. For the flat tube bundle 2 of the coolant circuit 76 mm - flat tubes are proposed.

Die Rohrverbindung 10 zwischen den Flachrohren 4, welche eine fluidische Verbindung für das Kühlmittel zwischen den Innenräumen der gebündelten Flachrohre 4 schafft, umfaßt Abstandshülsen 11, welche zwischen den einzelnen Flachrohren 4 des Kühlmittel-Flachrohrbündels 2 angeordnet sind. Die Hülsen 11 liegen koaxial zueinander und umschließen jeweils eine in der Wandung jedes Flachrohres 4 ausgebildete Öffnung, welche beispielsweise durch eine das gesamte Flachrohrbündel durchsetzende Öffnung hergestellt werden kann. Die Öffnungen in den freiliegenden Flachseiten 12 der im Bündel jeweils außenliegenden Flachrohre werden einerseits durch eine Abschlußscheibe 15 verschlossen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung ist der Anschluß an den Kühlmittelkreis vorgesehen und ein Anschlußstutzen 14 angeordnet, welcher an die der Wandung des Flachrohres dicht und die Öffnung umgebend befestigt ist und an den eine nicht dargestellte Kühlmittelleitung anschließbar ist.The pipe connection 10 between the flat tubes 4 , which provides a fluidic connection for the coolant between the interiors of the bundled flat tubes 4 creates, includes spacer sleeves 11 , which between the individual flat tubes 4 of the coolant flat tube bundle 2 are arranged. The pods 11 are coaxial with each other and each enclose one in the wall of each flat tube 4 formed opening, which can be made for example by an entire flat tube bundle passing through the opening. The openings in the exposed flat sides 12 each in the bundle outer flat tubes are on the one hand by a lens 15 locked. On the opposite side of the pipe connection to the coolant circuit is provided and a connection piece 14 arranged, which is attached to the wall of the flat tube tight and surrounding the opening and to which a coolant line, not shown, can be connected.

Die 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie III-III in 1, wobei ersichtlich ist, daß die linken bzw. rechten Ränder der beiden Bündel 2, 3 aus Flachrohren 4, 5 gegeneinander versetzt sind. Die Flachrohre 5 sind zur Erzeugung eines geringen Druckabfalls im Ausführungsbeispiel mit Stegrippen 13 großer Weite versehen, während in den Flachrohren 4 ein größerer Druckabfall erzeugt werden soll und demnach die Wallrippen 13' engere Kanäle bilden.The 3 shows the section along the line III-III in 1 , wherein it can be seen that the left and right edges of the two bundles 2 . 3 from flat tubes 4 . 5 offset from each other. The flat tubes 5 are for generating a low pressure drop in the embodiment with rib ribs 13 provided large width, while in the flat tubes 4 a larger pressure drop should be generated and therefore the ramparts 13 ' form narrower channels.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 ist als aus den Bündeln 2 und 3 von den Flachrohren 4 und 5 gebildeter Block gelötet, wobei auch die Steg- bzw. Wellrippen durch die Lötung an der Innenwandung der Flachrohre befestigt werden. Um einen separaten Lotauftrag zu sparen ist es zweckmäßig, die Flachrohre aus beidseitig lotplattiertem Material herzustellen.The heat exchanger according to the invention 1 is as out of the bundles 2 and 3 from the flat tubes 4 and 5 soldered formed block, wherein the web or corrugated fins are fixed by the soldering to the inner wall of the flat tubes. In order to save a separate solder application, it is expedient to produce the flat tubes of material soldered on both sides.

Claims

Heat exchanger ( 1 ) with a bundle ( 3 ) parallel flat tubes ( 5 ) for a first heat exchange fluid (LL) whose ends ( 7 ) in storage bins ( 16 . 17 ), and with between the flat tubes ( 5 ) formed for a second heat exchange fluid (KM), characterized in that a second bundle ( 2 ) parallel flat tubes ( 4 ) is provided for the second heat exchange fluid (KM), these flat tubes ( 4 ) of the second bundle ( 2 ) each at an acute angle (α) to the flat tubes ( 5 ) of the first bundle ( 3 ) are arranged in the intermediate spaces thereof and wherein the flat tubes of the second bundle are fluidly connected to each other by two pipe connections which extend outside the overlap with the flat tubes of the first bundle, and in that the tube connections of the second bundle each have an opening ( 8th . 9 ) for the supply and return of the second heat exchange fluid (KM).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipe connection ( 10 ) in one of the overlap with the first bundle ( 3 ) outstanding corner section ( 18 ) between the ends ( 6 ) and the longitudinal sides of the flat tubes ( 4 ) of the second bundle ( 2 ) lie.

Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the second bundle ( 2 ) on both sides from the overlap of the first bundle ( 3 ) and at the exposed corner sections ( 18 ) each a pipe connection ( 10 ) having.

Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the opening ( 8th ) for the supply line and the opening ( 9 ) for the return of the second heat exchange fluid (KM) at opposite ends of the second bundle ( 2 ) of flat tubes ( 4 ) are arranged.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pipe connection ( 10 ) by spacer sleeves ( 11 ) between the flat tubes ( 4 ) of the second bundle ( 2 ) is formed, wherein the spacer sleeves ( 11 ) each openings in the adjacent walls ( 12 ) of the flat tubes ( 4 ) enclose.

Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the spacer sleeves ( 11 ) are coaxial.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the interior of the flat tubes ( 4 . 5 ) Web or corrugated ribs ( 13 . 13 ' ) are arranged.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flat tubes ( 5 ) of the first bundle ( 3 ) and the flat tubes ( 4 ) of the second bundle ( 2 ) lie directly adjacent to each other in the mutually overlapping region, preferably connected in a material-locking manner.

Heat exchanger according to one of claims 1 to 8, characterized in that the angle (α) between the longitudinal axes (LA1 and LA2) of the flat tubes ( 4 . 5 ) of both bundles ( 2 . 3 ) is about 10 ° to 30 °, preferably about 15 °.