Die
Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher
mit einer Mehrzahl von übereinander
angeordneten ersten Durchgängen
für ein
Kühlmedium
und zwischen diesen angeordneten, an ihren Enden mit Sammelkästen versehenen
zweiten Durchgängen
für ein
zu kühlendes
Medium, wobei die ersten und zweiten Durchgänge jeweils durch Platten und
diese auf Abstand haltende, längs
der seitlichen Ränder
der Platten erstreckte, erste und zweite Blockprofile gebildet sind
und wobei die die ersten Durchgänge
begrenzenden ersten Blockprofile im wesentlichen senkrecht zu den
die zweiten Durchgänge
begrenzenden zweiten Blockprofilen angeordnet sind.The
The invention relates to a heat exchanger
with a plurality of one above the other
arranged first passes
for a
cooling medium
and arranged between them, provided with collecting boxes at their ends
second passes
for a
to be cooled
Medium, wherein the first and second passages respectively through plates and
these at a distance, longitudinally
the lateral edges
the plates extended, first and second block profiles are formed
and being the first passages
delimiting first block profiles substantially perpendicular to the
the second passes
limiting second block profiles are arranged.
Wärmeaustauscher
dieser Art werden z. B. bei Ladeluftkühlern von Kraftfahrzeugen dazu
benötigt,
die auf Temperaturen von über
200°C erhitzte, die
zweiten Durchgänge
durchströmende
Ladeluft mit Hilfe eines die ersten Durchgänge durchströmenden Kühlmittels
in Form von Wasser oder Luft abzukühlen. Daneben sind Wärmeaustauschernetze
bekannt ( EP 0 521 298
A2 ), die in Luft/Luft-Wärmeaustauschern
angewendet werden und z. B. dem Zweck dienen, von einem Kompressor
erzeugte und stark erhitzte Druckluft vor ihrer Zuführung zu
einem Kältetrockner
mit auf Atmosphärentemperatur
befindlicher Luft abzukühlen.
Auch Anwendungen mit Flüssigkeiten
als heißes
Medium sind denkbar. Wegen der hohen Temperaturen unterliegen derartige
Wärmeaustauscher
erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen, insbesondere
wenn sie nur vom kalten Medium permanent durchströmt werden,
während
das heiße
Medium in Abhängigkeit
vom Bedarf intermittierend zugeführt
und dazu der Zustrom des heißen
Mediums z. B. mit Schaltfrequenzen von mehreren Umschaltungen pro
Minute zu- bzw. abgeschaltet wird. Eine Folge davon ist nämlich, daß vor allem
die das heiße
Medium führenden
Durchgänge im
Bereich ihrer Einströmenden
ständig
wechselnden Temperatursprüngen
ausgesetzt sind, die unerwünschte
Materialdehnungen bzw. -stauchungen der beteiligten, durch Löten zu einem
starren Block miteinander verbundenen Komponenten bewirken. Das führt nach
vergleichsweise kurzer Betriebsdauer zu Rissen im Wärmeaustauschernetz,
insbesondere im Bereich der Lötnähte, und
damit zu Leistungsminderungen oder zum Ausfall.Heat exchangers of this type are z. As required for intercoolers of motor vehicles to cool the heated to temperatures of about 200 ° C, the second passages flowing through the charge air with the aid of a first passages flowing coolant in the form of water or air. In addition, heat exchange networks are known ( EP 0 521 298 A2 ), which are used in air / air heat exchangers and z. B. serve the purpose of cooled by a compressor and highly heated compressed air before being supplied to a refrigerant dryer with air at atmospheric temperature. Also applications with liquids as a hot medium are conceivable. Because of the high temperatures such heat exchangers are subject to considerable thermal and mechanical loads, especially if they are only constantly flowed through by the cold medium, while the hot medium is supplied intermittently depending on the needs and in addition the influx of the hot medium z. B. with switching frequencies of several switching per minute on or off. One consequence of this is that, in particular, the passages leading the hot medium in the region of their inflow ends are subjected to constantly changing temperature jumps which cause undesired material expansions or compressions of the components connected together by soldering to form a rigid block. This leads after a relatively short period of operation to cracks in the heat exchanger network, especially in the field of solder joints, and thus to reductions in performance or failure.
Zur
Vermeidung dieses Nachteils ist es bekannt ( US 4 934 455 , DE 196 51 625 A1 , DE 202 08 748U1 )
bei Platten-Wärmeaustauschern
der oben angegebenen Gattung die ersten Blockprofile an ihren Innenseiten,
die den ersten, für
das Kühlmedium bestimmten
Durchgängen
zugewandt sind, mit speziellen Profilierungen zu versehen bzw. insgesamt
als Lochprofile auszubilden. Ein dadurch erzielter Vorteil besteht
darin, daß die
Blockprofile als Ganzes flexibel ausgebildet sind, plötzliche
Querschnittssprünge vermieden
werden und Kräfte
und Spannungen senkrecht zu den Flußrichtungen aufgenommen werden
können,
ohne daß es
zu Rissen in den Lötnähten oder
dergleichen kommt.To avoid this disadvantage, it is known ( US 4,934,455 . DE 196 51 625 A1 . DE 202 08 748U1 ) in plate heat exchangers of the type specified above, the first block profiles on their inner sides, which face the first, intended for the cooling medium passages to provide with special profiles or form a total of hole profiles. An advantage achieved thereby is that the block profiles are designed as a whole flexible, sudden cross-sectional jumps can be avoided and forces and voltages can be taken perpendicular to the flow directions, without causing cracks in the solder joints or the like.
Bei
verschiedenen Anwendungszwecken ist es außerdem erwünscht, die zweiten Durchgänge derartiger
Wärmeaustauscher
mit vergleichsweise hohen Drücken
von z. B. 2,6 bar und mehr und entsprechend großen Strömungsgeschwindigkeiten zu betreiben,
beispielsweise wiederum bei ihrer Anwendung als Ladeluftkühler für Kraftfahrzeuge.
Dabei hängt
die bei der Durchströmung
des Wärmeaustauschers
bzw. der zweiten Durchgänge
erzielbare Kühl- bzw.
Wärmeaustauschleistung
von dem insgesamt tolerierbaren Druckabfall ab. Da ein großer Teil
der Druckverluste in den zweiten Durchgängen konstruktionsbedingt durch
die Übergangsbereiche
zwischen diesen und den Sammelkästen
verursacht wird, sind die auf das Wärmeaustauschernetz selbst entfallenden
und zur Erzielung der geforderten Wärmeaustauschleistungen nutzbaren
Anteile des Druckabfalls begrenzt.at
In addition, for various applications, it is desirable to have the second passes of such
heat exchangers
with comparatively high pressures
from Z. B. 2.6 bar and more and operate correspondingly large flow velocities,
for example, again when used as a charge air cooler for motor vehicles.
It hangs
the at the flow
of the heat exchanger
or the second passes
achievable cooling or
Heat exchange performance
from the total tolerable pressure drop. Because a big part
the pressure losses in the second passages by design
the transition areas
between these and the collection boxes
caused are those attributable to the heat exchanger network itself
and usable to achieve the required heat exchange performance
Shares of pressure drop limited.
Bei
aus Rohren hergestellten Wärmeaustauschern
sind bereits zahlreiche Einrichtungen vorgeschlagen worden, die
Druckverluste in den Übergangsbereichen
zwischen den zweiten Durchgängen und
den Sammelkästen
weitgehend vermeiden und dadurch bewirken sollen, daß der längs des
Wärmeaustauschers
tolerierbare Druckabfall überwiegend in
den Durchgängen
des Wärmetauschernetzes
genutzt werden kann. Es ist z. B. bekannt ( DE 198 57 435 A1 ), die
Rohrenden des Wärmeaustauschernetzes
mit Endstücken
versehen, die auf der Innenseite des Bodenteils des Sammelkastens
aus den zugeordneten Durchgängen
herausragen und trichterförmig
aufgeweitet sind. Um die dadurch geschaffenen Hindernisse für die Strömung bzw.
die daraus resultierenden Druckverluste klein zu halten, ist dem
Bodenteil ein mit Abdeckelementen versehenes Einlegeteil zugeordnet.
Die Abdeckelemente sind dicht oberhalb der zwischen den Durchgängen liegenden Abschnitte
des Bodenteils angeordnet und dienen zur Schaffung von die Rohrenden
verlängernden
Eintritts- oder Austrittsdüsen
bzw. von zwischen den Rohrenden angeordneten, konvexen Strömungsleitelementen.
Derartige Einlegeteile bringen zwar den Vorteil einer Reduzierung
der Druckverluste in den Übergangsbereichen
zwischen dem Sammelkasten und dem Wärmeaustauschernetz mit sich.
Nachteilig am bekannten Wärmeaustauscher
ist jedoch der Umstand, daß die
Rohre an ihren Enden aufgeweitet werden müssen, was zumindest einen zusätzlichen Arbeitsgang
erfordert. Dies gilt auch für
andere bekannte, aus Rohren hergestellte Wärmeaustauscher [ DE 197 57 034 A1 (4), DE 101 14 078 A1 , EP 0798 531 B1 ],
bei denen die Endstücke
der Rohre nicht durch Einlegeteile abgedeckt, sondern glockenförmig so
stark erweitert werden, daß sie
sich gegenseitig berühren
oder an speziellen Anlageflächen
des Bodenteils anliegen. Außerdem
hat sich gezeigt, daß die
Druckverluste bei allen diesen Wärmeaustauschern
zwar kleiner als beim Fehlen der beschriebenen Maßnahmen,
aber immer noch nicht so klein sind, wie dies gerade im Fall von
Ladeluftkühlern
erwünscht
wäre.In heat exchangers made of tubes numerous devices have been proposed to largely avoid pressure losses in the transition areas between the second passages and the manifolds and thereby cause the tolerable along the heat exchanger pressure drop can be used predominantly in the passages of the heat exchanger network. It is Z. B. known ( DE 198 57 435 A1 ), the pipe ends of the heat exchanger network provided with end pieces which protrude on the inside of the bottom part of the collecting tank from the associated passages and are flared funnel-shaped. In order to minimize the obstacles created thereby for the flow or the resulting pressure losses, the bottom part is associated with an insert provided with cover elements. The cover elements are arranged closely above the sections of the bottom part lying between the passages and serve to create inlet or outlet nozzles which extend the pipe ends or convex flow guide elements arranged between the pipe ends. Although such inserts bring the advantage of reducing the pressure losses in the transition areas between the collecting box and the heat exchanger network with it. A disadvantage of the known heat exchanger, however, is the fact that the tubes must be widened at their ends, which requires at least one additional operation. This also applies to other known heat exchangers produced from tubes [ DE 197 57 034 A1 ( 4 ) DE 101 14 078 A1 . EP 0798 531 B1 ], in which the end pieces of the tubes are not covered by inserts, but bell-shaped expanded so much that they are against touch each other or abut on special contact surfaces of the bottom part. In addition, it has been found that the pressure losses in all these heat exchangers, although smaller than in the absence of the measures described, but still not as small as would be desirable just in the case of intercoolers.
Bei
anderen bekannten Wärmeaustauschern [ DE 197 57 034 A1 (2 und 3), EP 0 990
868 B1 ] wird das Bodenteil im Bereich seiner Durchgänge mit
dem Wärmeaustauschernetz
zugewandten Kragen oder Einfassungen versehen, damit die Rohrenden
in diesen Kragen zu liegen kommen und nicht über das Bodenteil hinaus in
den Sammelkasten ragen. Eine wesentliche Reduzierung des Druckabfalls in
den genannten Übergangsbereichen
ist dadurch aber kaum möglich,
weil die Stirnfläche
der Rohrenden und die zwischen diesen befindlichen flachen Abschnitte
des Bodenteils auch weiterhin beträchtlich zu den unerwünschten
Druckverlusten beitragen.In other known heat exchangers [ DE 197 57 034 A1 ( 2 and 3 ) EP 0 990 868 B1 ], the bottom part is provided in the region of its passages with the heat exchanger network facing collar or borders, so that the pipe ends come to rest in this collar and do not protrude beyond the bottom part out into the collection box. However, a substantial reduction of the pressure drop in said transition areas is hardly possible because the end face of the tube ends and the flat portions of the bottom part between them continue to contribute significantly to the undesirable pressure losses.
Nachteilig
an diesen Vorschlägen
ist außerdem,
daß sie
anschließlich
aus Rohren, aber keine aus Platten und Blockprofilen und damit preisgünstig herstellbare
Wärmeaustauscher
betreffen.adversely
on these proposals
is also
that she
anschließlich
made of pipes, but none of plates and block profiles and thus inexpensive to produce
heat exchangers
affect.
Bei
Plattenwärmeaustauschern
für Haushaltswäschetrockner
ist es schließlich
bekannt ( EP 1 050 618
A1 ), Strömungsverluste
eines schräg
zu den Wärmeaustauscherplatten
ein- bzw. austretenden Gastroms dadurch zu vermeiden, daß die Enden
der Wärmeaustauscherplatten
treppenförmig
versetzt angeordnet und mit Gasumlenkungsteilen versehen werden.
Eine unmittelbare Übertragung
dieses Prinzips auf Wärmeaustauscher
der eingangs bezeichneten Gattung, die ein aus Platten und Blockprofilen gebildetes
Netz und wenigstens einen Sammelkasten aufweisen, ist nicht ohne
weiteres möglich.For plate heat exchangers for home laundry driers, it is finally known ( EP 1 050 618 A1 ), Flow losses of an obliquely to the heat exchanger plates entering or exiting gas stream to avoid characterized in that the ends of the heat exchanger plates arranged staggered and provided with gas deflection parts. An immediate transfer of this principle to heat exchangers of the type described, which have a network formed from plates and block profiles network and at least one collecting box, is not readily possible.
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische
Problem zugrunde, einen preisgünstig
herstellbaren Wärmeaustauscher
zur Verfügung
zu stellen, der sowohl zu einer Reduzierung der Druckverluste in
dem Übergangsbereich
zwischen dem Sammelkasten und den vom zu kühlenden Medium durchströmten Durchgängen führt als
auch für
Hochtemperatur-Anwendungen eingerichtet und dazu insbesondere mit
einer erhöhten Festigkeit
gegenüber
Temperaturwechseln versehen werden kann.outgoing
From this prior art, the invention is the technical
Problem, a reasonably priced
producible heat exchanger
to disposal
to reduce both the pressure losses in
the transition area
between the collection box and the flow-through of the medium to be cooled passes as
also for
High-temperature applications and especially with
an increased strength
across from
Temperature changes can be provided.
Die
Erfindung geht zur Lösung
dieses Problems vom Wärmeaustauscher
der eingangs angegebenen Gattung aus, wobei die ersten Blockprofile dieses
Wärmeaustauschers entsprechend
dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gestaltet werden.The
Invention goes to the solution
this problem of the heat exchanger
of the type specified above, the first block profiles this
Heat exchanger accordingly
The characterizing part of claim 1 are designed.
Die
Erfindung ermöglicht
eine bisher nur bei Röhren-Wärmeaustauschern
mögliche
Reduzierung der Druckverluste in den zweiten Durchgängen speziell
bei Platen-Wärmeaustauschern.
Gemäß einem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die ersten Blockprofile außerdem auf ihren den ersten
Durchgängen
zugewandten Seiten als an sich bekannte Lochprofile (z. B. DE 202 08748 U1 )
ausgebildet. Dadurch ist es erstmals möglich, einen Platten-Wärmeaustauscher
so auszubilden, daß er
sowohl insbesondere bei hohen Drücken
zu den gewünschten
reduzierten Druckverlusten führt
als auch bei Bedarf den bei Hochtemperatur-Anwendungen gestellten
Anforderungen an die mechanische Festigkeit genügt.The invention enables a previously possible only in tube heat exchangers reduction of pressure losses in the second passages especially at Platen heat exchangers. According to a particularly preferred embodiment, the first block profiles are also formed on their sides facing the first passages as per se known hole profiles (eg. DE 202 08748 U1 ) educated. This makes it possible for the first time, a plate heat exchanger in such a way that it leads both to the desired reduced pressure losses, especially at high pressures and also meets the requirements placed on high mechanical strength in high temperature applications.
Weitere
vorteilhaften Merkmale aus der Erfindung ergeben sich aus den Erfindungsansprüchen.Further
advantageous features of the invention will become apparent from the claims of the invention.
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:The
The invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings
at exemplary embodiments
explained in more detail. It
demonstrate:
1 schematisch
in einer auseinander gezogenen, perspektivischen Darstellung einen
erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher; 1 schematically in an exploded, perspective view of a heat exchanger according to the invention;
2 eine
vergrößerte, teilweise
gezeichnete Teilansicht der 1; 2 an enlarged, partially drawn partial view of 1 ;
3 einen
teilweise weggebrochenen Teilschnitt durch den Wärmeaustauscher nach 1 im Bereich
von zwei Blockprofilen; und 3 a partially broken away partial section through the heat exchanger after 1 in the range of two block profiles; and
4 bis 6 der 3 entsprechende Schnitte
durch drei weitere Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers. 4 to 6 of the 3 corresponding sections through three further embodiments of the heat exchanger according to the invention.
1 bis 3 zeigen
einen ersten erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher
mit einem für Hochtemperatur-Anwendungen
bestimmten Wärmeaustauschernetz 1,
das in üblicher Plattenbauweise hergestellt
ist. Das Netz 1 ist aus einer Mehrzahl von planparallelen,
in einem Stapel und parallel zueinander angeordneten Trennblechen
bzw. Platten 2 zusammengesetzt, die im Ausführungsbeispiel
in der Draufsicht rechteckig ausgebildet sind und eine Breite B
und eine Tiefe T des Netzes 1 bestimmen. Die Platten 2 sind
an ihren in 1 bis 3 seitlichen Enden
paarweise durch über
die ganze Tiefe T des Netzes 1 erstreckte, als Abstandhalter
und Dichtelemente wirksame Leisten bzw. erste Blockprofile 3 auf Abstand
gehalten. Dadurch bildet je ein Paar von übereinander liegenden Platten 2 zwischen
sich einen vorn und hinten offenen, seitlich von den Blockprofilen 3 verschlossenen
ersten Durchgang 4 (2 und 3).
Die ersten Durchgänge 4 dienen
im Ausführungsbeispiel
dem Zweck, in Richtung eines Pfeils v (1) vom kalten
Medium bzw. dem Kühlmedium, insbesondere
Luft, durchströmt
zu werden. 1 to 3 show a first heat exchanger according to the invention with a heat exchanger network intended for high-temperature applications 1 , which is manufactured in usual Plattenbauweise. The network 1 is from a plurality of plane-parallel, arranged in a stack and mutually parallel dividers or plates 2 assembled, which are rectangular in the embodiment in plan view and a width B and a depth T of the network 1 determine. The plates 2 are at their in 1 to 3 lateral ends in pairs through the whole depth T of the net 1 extended, as spacers and sealing elements effective strips or first block profiles 3 kept at a distance. As a result, each forms a pair of superimposed plates 2 between itself a front and rear open, laterally from the block profiles 3 closed first passage 4 ( 2 and 3 ). The first passes 4 serve in the embodiment the purpose, in the direction of an arrow v ( 1 ) to be flowed through by the cold medium or the cooling medium, in particular air.
Zwischen
jedem Paar von Platten 2 sind senkrecht zu den ersten Durchgängen 4,
d. h. in 1 von rechts nach links verlaufende
zweite Durchgänge 5 (2 und 3)
vorgesehen, die nach rechts und links offen und vorn bzw. hinten
von über
die ganze Breite B des Netzes 1 erstreckten Leisten bzw.
zweiten Blockprofilen 6 begrenzt sind, die zweckmäßig ebenfalls
einen im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt
aufweisen. Nach oben und unten werden die zweiten Durchgänge 5 zweckmäßig von
je einer zugeordneten Platte 2 eines angrenzenden, die
ersten Durchgänge 4 bildenden
Plattenpaars begrenzt. Die in 1 senkrecht
zur Breite B und Tiefe T gemessene Höhe des Wärmeaustauschernetzes 1 hängt im wesentlichen
von der Zahl der vorgesehenen ersten und zweiten Durchgänge 4 und 5 ab.Between every pair of plates 2 are perpendicular to the first passes 4 ie in 1 from right to left second passages 5 ( 2 and 3 ) provided, which open to the right and left and front or rear of the entire width B of the network 1 extended strips or second block profiles 6 are limited, which expediently also have a substantially square or rectangular cross-section. Up and down are the second passes 5 expedient of each associated plate 2 an adjacent, the first passes 4 limited forming plate pair. In the 1 perpendicular to the width B and depth T measured height of the heat exchanger network 1 depends essentially on the number of first and second passes provided 4 and 5 from.
Das
aus 1 ersichtliche Wärmeaustauschernetz 1 ist
an den beiden seitlichen Enden der zweiten Durchgänge 5 mit
je einem Sammelkasten 7 bzw. 8 luftdicht und mechanisch
fest verbunden, z. B. durch Löten
oder Kleben. Dabei bilden die in 1 linken
Enden der zweiten Durchgänge
5 im Ausführungsbeispiel
die Einströmenden
für ein
heißes
Medium, z. B. Druck- oder Ladeluft. Dieses Medium wird mittels des
in 1 schematisch angedeuteten Sammelkastens 7 zugeführt, um
von dort aus die zweiten Durchgänge 5 in
Richtung eines Pfeils w zu durchströmen. Der Sammelkasten 7 ist
in an sich bekannter Weise hauben- bzw. kastenförmig ausgebildet und z. B.
an seiner dem Netz 1 zugewandten Seite mit einer Aussparung
versehen, über
die er mit den Einströmenden
der zweiten Durchgänge 5 in
Verbindung steht. Entsprechend sind die in 1 rechten Enden
der zweiten Durchgänge 5 mit
dem Sammelkasten 8 verbunden, mittels dessen das ausströmende, abgekühlte heiße Medium
der weiteren Verwendung zugeleitet wird.The end 1 apparent heat exchanger network 1 is at the two lateral ends of the second passages 5 each with a collection box 7 respectively. 8th airtight and mechanically firmly connected, z. B. by soldering or gluing. The form in 1 left ends of the second passages 5 in the embodiment, the inflow ends for a hot medium, for. B. pressure or charge air. This medium is by means of in 1 schematically indicated collecting tank 7 fed to the second passages from there 5 to flow in the direction of an arrow w. The collection box 7 is in a conventional manner hood or box-shaped and z. B. at his the net 1 facing side provided with a recess through which it communicates with the inflow ends of the second passages 5 communicates. Accordingly, the in 1 right ends of the second passages 5 with the collection box 8th connected, by means of which the outflowing, cooled hot medium is fed to further use.
In
den ersten Durchgängen 4 des
Netzes 1 sind gemäß 1 bis 3 übliche,
in der Vorderansicht z. B. abwechselnd nach oben bzw. unten abgeknickte
Lamellen 9 angeordnet, die der Verbesserung der Kühlwirkung
dienen und von denen in 2 und 3 nur die
seitlichen linken Enden dargestellt sind. Dabei verlaufen die Achsen
der Abknickungen von vorn nach hinten, d. h. in Strömungsrichtung
v des Kühlmediums.
Außerdem
sind die Lamellen 9 im Bereich ihrer Abknickungen wie üblich durch
Löten fest
mit den zugehörigen
Platten 2 verbunden, wie dies bei gelöteten Wärmeaustauschernetzen allgemein
bekannt ist. Analog dazu können
die Durchgänge 5 für das heiße Medium
zur Verbesserung der Stabilität
und des Wärmeübergangs
mit eingelegten Turbulatoren 10 (2) versehen
sein, die dazu dienen, das heiße
Medium in den Durchgängen 5 zu
verwirbeln.In the first rounds 4 of the network 1 are according to 1 to 3 usual, in the front view z. B. alternately up or down bent lamellae 9 arranged, which serve to improve the cooling effect and those in 2 and 3 only the left side ends are shown. The axes of the kinks run from the front to the rear, ie in the direction of flow v of the cooling medium. In addition, the slats 9 in the area of their kinks as usual by soldering firmly with the associated plates 2 connected, as is well known in brazed heat exchanger networks. Similarly, the passages 5 for the hot medium to improve the stability and heat transfer with inserted turbulators 10 ( 2 ), which serve the hot medium in the passages 5 to swirl.
Die
ersten Blockprofile 3 weisen an ihren Außenseiten
vorzugsweise ebene Stirnflächen 3a (3)
auf, die mit seitlich angeordneten Stirnflächen 2a der Platten 2 vorzugsweise
in einer Ebene liegen.The first block profiles 3 have on their outer sides preferably flat faces 3a ( 3 ), which with laterally arranged end faces 2a the plates 2 preferably lie in one plane.
Im übrigen ist
das beschriebene Wärmeaustauschernetz 1 vorzugsweise
ein Aluminiumnetz, d. h. die Platten 2, die Blockprofile 3 und 6,
die Lamellen 9 und die Turbulatoren 10 bestehen
aus Aluminium und sind durch übliches
Löten,
ggf. unter Anwendung von lotplattierten Platten, zu einem starren
Block fest miteinander verbunden. Ebenso können andere Wärmeaustauscherwerkstoffe
wie Kupfer und seine Legierungen oder Stahl, insbesondere Edelstahl
eingesetzt werden. Die Sammelkästen 7 und 8 können ebenfalls
aus Aluminium, aber auch aus anderen Werkstoffen wie z. B. einem
Kunststoff bestehen.Otherwise, the described heat exchanger network 1 preferably an aluminum net, ie the plates 2 , the block profiles 3 and 6 , the slats 9 and the turbulators 10 are made of aluminum and are connected by conventional soldering, possibly using solder-plated plates to form a rigid block. Likewise, other heat exchange materials such as copper and its alloys or steel, in particular stainless steel can be used. The collection boxes 7 and 8th can also be made of aluminum, but also of other materials such. B. consist of a plastic.
Beim
Betrieb des Wärmetauschers
nach 1 bis 3 wird ein zu kühlendes
Medium (z. B. Ladeluft), das durch einen Eingangsstutzen 11 in
den Sammelkasten 7 einströmt, von diesem auf die zweiten
Durchgänge 5 verteilt,
von wo aus das Medium in den zweiten Sammelkasten 8 gelangt,
bevor es den Wärmeaustauscher
durch einen Ausgangsstutzen 12 verläßt.When operating the heat exchanger after 1 to 3 becomes a medium to be cooled (eg charge air) through an inlet port 11 in the collection box 7 flows in, from this to the second passages 5 from where the medium enters the second collection box 8th passes before passing the heat exchanger through an outlet nozzle 12 leaves.
Wärmeaustauscher
dieser Art sind aus den oben genannten Druckschriften allgemein
bekannt und brauchen dem Fachmann daher nicht näher erläutert werden.heat exchangers
This type are generally from the above-mentioned publications
Therefore, the skilled person need not be explained in more detail.
Erfindungsgemäß sind die
ersten Blockprofile 3 zumindest dort, wo den zweiten Durchgängen 5 das
zu kühlende
Medium zugeführt
wird, mit in den Sammelkasten 7 ragenden Strömungsleitelementen 14 versehen.
Die Strömungsleitelemente 14 erstrecken
sich vorzugsweise über
die ganze Tiefe T des Netzes 1 und weisen an ihren Rückseiten
zweckmäßig ebene
Grundflächen 14a auf,
die an den Stirnflächen 2a der
Platten 2 und/oder den Stirnflächen 3a der ersten
Blockprofile 3 anliegen und mit diesen durch Löten, Kleben,
Schrauben oder sonstwie fest verbunden sind. Mit besonderem Vorteil
weisen die Strömungsleitelemente 14 in
ihren an die Blockprofile 3 grenzenden Bereichen, d.h.
insbesondere an ihren Grundflächen 14a eine
Dicke a auf, die der Dicke der ersten Blockprofile 3 im
Bereich der Stirnflächen 3a, vermehrt
um die doppelte Dicke der angrenzenden Platten 2 im Bereich
von deren Stirnflächen 2a entspricht.
Von dort an weisen die Strömungsprofile 14, in
Richtung des Sammelkastens 7 betrachtet, eine allmählich abnehmende
Dicke auf, so daß sie
entsprechend 3 eine halbkreisförmige, halbovale oder
sonstwie gerundete Querschnittskontur 14b erhalten. Mit
besonderem Vorteil sind die Strömungsleitelemente 14 außerdem spiegelsymmetrisch
zu Mittelebenen der ersten Blockprofile 3 bzw. der von diesen
begrenzten Durchgänge 4 ausgebildet,
wie in 3 durch eine strichpunktierte Linie 15 angedeutet
ist.According to the invention, the first block profiles 3 at least where the second passes 5 the medium to be cooled is supplied, with in the collection box 7 protruding flow guide elements 14 Mistake. The flow guide elements 14 preferably extend over the entire depth T of the network 1 and have on their backs appropriately flat surfaces 14a on, at the end faces 2a the plates 2 and / or the faces 3a the first block profiles 3 abut and are firmly connected to them by soldering, gluing, screwing or otherwise. With particular advantage, the flow guide 14 in their on the block profiles 3 bordering areas, ie in particular at their base areas 14a a thickness a, the thickness of the first block profiles 3 in the area of the faces 3a , increased by twice the thickness of the adjacent plates 2 in the area of their faces 2a equivalent. From there, the flow profiles 14 , in the direction of the collecting tank 7 considered, a gradually decreasing thickness, so that they accordingly 3 a semi-circular, semi-oval or otherwise rounded cross-sectional contour 14b receive. With particular advantage, the flow guide 14 also mirror-symmetrical to center planes of the first block profiles 3 or of these limited passages 4 trained as in 3 by a dot-dash line 15 angedeu tet is.
Wie
ebenfalls in 3 dargestellt ist, wird die von
den Stirnflächen 2a, 3a gebildete
Ebene vorzugsweise bis zu einer Höhe b von den Strömungsleitelementen 14 überragt,
die wenigstens gleich dem Einfachen und höchstens gleich dem Doppelten
der Dicke a ihrer an die ersten Blockprofile 3 grenzenden Grundflächen 14a ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Höhe b um
das 1,0- bis 1,5-fache größer als
die Dicke a zu wählen.
Im übrigen
bestehen die Strömungsleitelemente 14 zweckmäßig aus massiven,
länglichen
Profilen analog zu den ersten Blockprofilen 3.Like also in 3 is shown, that of the end faces 2a . 3a formed plane preferably up to a height b of the flow guide elements 14 surmounted, at least equal to the simple and at most equal to twice the thickness a of their to the first block profiles 3 bordering areas 14a is. It has proven particularly advantageous to choose the height b to be 1.0 to 1.5 times greater than the thickness a. Moreover, there are the flow guide 14 expedient of solid, elongated profiles analogous to the first block profiles 3 ,
Die
beschriebene Ausbildung und Anordnung der Strömungsleitelemente 14 bringt
den Vorteil mit sich, daß zwischen
denjenigen Enden der zweiten Durchgänge 5, die an die
von den Stirnflächen 2a, 3a (3)
gebildete Ebene grenzen, vergleichsweise lange und hohe, durch die
Außenwände der Strömungsleitelemente 14 gebildete
Kanäle
entstehen, die – vom
Inneren des Sammelkastens 7 her betrachtet – in Richtung
der Durchgänge 5 allmählich abnehmende,
trichterartige Querschnitte aufweisen, bis sie genau den Querschnitten
der Durchgänge 5 entsprechen
und daher keine scharfen Querschnittsänderungen bewirken. Dadurch
sind die bei Platten-Wärmeaustauschern üblichen,
vergleichsweise breiten Prallflächen
zwischen den zweiten Durchgängen 5 strömungsgünstig gestaltet,
was eine stabile Strömung
im Übergangsbereich
Sammelkasten 7/Wärmeaustauschernetz 1 ermöglicht.
Außerdem sind
im Sammelkasten 7 praktisch keine vorstehenden Kanten oder
sonstige Strömungshindernisse vorhanden,
die wesentliche Druckverluste verursachen könnten, so daß der Hauptteil
des Druckabfalls wie gewünscht
im Wärmeaustauschernetz 1 auftritt.The described construction and arrangement of the flow guide elements 14 brings with it the advantage that between those ends of the second passages 5 attached to the end faces 2a . 3a ( 3 ) formed plane boundaries, comparatively long and high, through the outer walls of the flow guide 14 formed channels, which - from the inside of the collecting tank 7 Looked at - in the direction of the passages 5 gradually decreasing, funnel-like cross-sections, until they are exactly the cross sections of the passages 5 correspond and therefore cause no sharp cross-sectional changes. Thus, the usual in plate heat exchangers, comparatively wide baffles between the second passes 5 aerodynamically designed, resulting in a stable flow in the transition area collection box 7 / Heat exchanger 1 allows. Besides, in the collecting box 7 there are virtually no protruding edges or other flow obstacles that could cause significant pressure drops, so that the majority of the pressure drop is in the heat exchanger network as desired 1 occurs.
An
den anderen Enden der zweiten Durchgänge 5 können, wie 1 zeigt,
Strömungsleitelemente 16 vorhanden
sein, die entsprechend den Strömungsleitelementen 14 ausgebildet
und montiert sind. Dadurch werden auch dort, wo das zu kühlende Medium
das Wärmeaustauschernetz 1 verläßt, keine abrupten
Querschnittssänderungen
erhalten, was die Druckverluste im Bereich der Sammelkästen 7, 8 weiter
reduziert.At the other ends of the second passes 5 can, like 1 shows, flow guide 16 be present, according to the flow guide elements 14 are trained and mounted. This will also where the medium to be cooled, the heat exchanger network 1 leaves no abrupt cross-sectional changes, what the pressure drops in the collection boxes 7 . 8th further reduced.
Entsprechende
Ergebnisse werden erhalten, wenn die Mittelachsen der Ein- und Ausgangsstutzen 11, 12 der
Sammelkästen 7, 8 abweichend
von 1 nicht parallel zu den Längsachsen der zweiten Durchgänge 5,
sondern senkrecht zu diesen angeordnet ist, wie in 1 durch
getrichelt angedeutete Anschlußstutzen 17, 18 angedeutet
ist.Corresponding results are obtained when the center axes of the inlet and outlet nozzles 11 . 12 the collection boxes 7 . 8th deviating from 1 not parallel to the longitudinal axes of the second passages 5 but is arranged perpendicular to these, as in 1 indicated by truncated connecting piece 17 . 18 is indicated.
Damit
das beschriebene Netz 1 auch für Hochtemperatur-Anwendungen
geeignet ist und den im Eintrittsbereich des heißen Mediums (Sammelkasten 7)
auftretenden, thermischen und mechanischen Belastungen standhalten
kann, wird erfindungsgemäß weiter
vorgeschlagen, zumindest die dort befindlichen ersten Blockprofile 3 mit
einer Querschnittsform zu versehen, die von der üblichen quadratischen oder
rechteckigen Querschnittsform abweicht, wie insbesondere in 3 beispielhaft
dargestellt ist. Die im Bereich der Ausströmenden (Sammelkasten 8)
der Durchgänge 5 angeordneten
ersten Blockprofile 3 können
entsprechend, aber auch in herkömmlicher
Weise ausgebildet sein, wenn das dort ausströmende Medium aufgrund der speziellen Strömungsverhältnisse
bereits ausreichend abgekühlt
ist. Dagegen können
die zweiten Blockprofile 6 gemäß 2 über den
größten Teil
ihrer Länge
in herkömmlicher
Weise oder auch anders ausgebildet sein, falls dies aus bestimmten
Gründen
zweckmäßig sein
sollte.So the network described 1 Also suitable for high temperature applications and in the inlet area of the hot medium (collecting tank 7 ) can withstand occurring, thermal and mechanical loads, according to the invention further proposed, at least the first block profiles located there 3 to be provided with a cross-sectional shape which deviates from the usual square or rectangular cross-sectional shape, in particular in 3 is shown by way of example. The in the area of the outflow (collection box 8th ) of the passages 5 arranged first block profiles 3 can be designed accordingly, but also in a conventional manner, if the medium flowing out there is already sufficiently cooled due to the special flow conditions. In contrast, the second block profiles 6 according to 2 be formed over the greater part of their length in a conventional manner or otherwise, if this should be expedient for certain reasons.
Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das erste Blockprofil 3 gemäß 3 eine Basis 20 mit
einem im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt
und eine die Stirnfläche 3a bildende
Außenseite
auf, die zum Sammelkasten 7 hin bündig mit dem Netz 1 abschließt. Zur
entgegengesetzten, der zugehörigen
Lamelle 9 zugewandten Innenseite hin weist das Blockprofil 3 zwei
an die Basis 20 angrenzende bzw. von dieser ausgehende
Schenkel 21 und 22 auf, die oben und unten an
Flächen
enden, die bei der Anordnung nach 3 mit den
Ober- bzw. Unterseiten der Basis 20 zusammenhängende, parallele
und vorzugsweise ebene Lötflächen bilden, an
denen die Platten 2 anliegen.In the preferred embodiment, the first block profile 3 according to 3 One Base 20 having a substantially square or rectangular cross section and one end face 3a forming outside, that to the collecting box 7 flush with the net 1 concludes. To the opposite, the associated lamella 9 facing the inside has the block profile 3 two to the base 20 adjacent or from this outgoing leg 21 and 22 on, which ends at the top and bottom of surfaces, which in the arrangement after 3 with the top or bottom of the base 20 form continuous, parallel and preferably flat solder surfaces on which the plates 2 issue.
Die
Schenkel 21 und 22 sind mit einem vorgewählten Abstand
voneinander angeordnet und weisen Innenflächen auf, die eine zu den Lamellen 9 hin
offene Ausnehmung 23 begrenzen. Die Blockprofile 3 erhalten
dadurch einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt, weshalb
sie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kurz als "Lochprofile" bezeichnet sind.
Durch geeignete Wahl der Größe der Ausnehmung 23 wird
sichergestellt, daß die
beiden Schenkel 21, 22 quer zu den Durchgängen 4 und 5 bzw.
quer zu der von den Pfeilen v und w in 1 aufgespannten
Ebene federnd ausgebil det sind. Dies wird insbesondere erreicht,
wenn bestimmte Größenabmessungen
eingehalten werden, wie an sich bekannt ist ( DE 202 08 748 U1 ). Außerdem wird
die den Lamellen 9 zugewandete Innenseite der Blockprofile 3 zweckmäßig durch
keilförmig
verlaufende Flächen
begrenzt, durch die angeformte Stützstege 24 entstehen.
Durch diese wird bei der Stapelbildung erreicht, daß sich die
Lamellen 9 nicht an einer vorderen, ebenen Stirnseite der
Blockprofile 3, sondern an den Stützstegen 24 abstützen, wodurch
die Lamellenenden daran gehindert werden, in Spalte zwischen den
Blockprofilen 3 und den Platten 2 einzudringen.The thigh 21 and 22 are arranged at a preselected distance from each other and have inner surfaces, the one to the slats 9 open recess 23 limit. The block profiles 3 obtained thereby a substantially C-shaped cross section, which is why they are referred to in the context of the present application briefly as "hole profiles". By a suitable choice of the size of the recess 23 will ensure that the two legs 21 . 22 across the passageways 4 and 5 or transverse to that of the arrows v and w in 1 spanned level resilient ausgebil det are. This is achieved in particular if certain size dimensions are adhered to, as is known per se ( DE 202 08 748 U1 ). In addition, the lamellae 9 facing inside of the block profiles 3 expediently limited by wedge-shaped surfaces, by the molded support webs 24 arise. By this is achieved in the stack formation that the slats 9 not on a front, flat front side of the block profiles 3 but at the supporting webs 24 support, whereby the lamella ends are prevented from being in the gap between the block profiles 3 and the plates 2 penetrate.
Durch
die beschriebene Kombination der Strömungsleitelemente 14 mit
den als Lochprofilen ausgebildeten Blockprofilen 3 zumindest
an den Eintrittenden der zweiten Durchgänge 5 wird erreicht, daß der Wärmeaustauscher
auf der Eintrittseite für das
heiße
Medium sowohl mit reduzierten Druckverlusten in den Übergangsbereichen
zwischen dem Sammelkasten 7 und den zweiten Durchgängen arbeitet
als auch temperaturfest ist und hohen Temperatur-Wechselbeanspruchungen
standhalten kann. Ist letzteres aufgrund ausreichend niedriger Temperaturen
des zu kühlenden
Mediums nicht erforderlich, können
die ersten Blockprofile anstatt aus den beschriebenen Lochprofilen
auch aus durchgehend massiven Blockprofilen 25 (4)
bestehen. Diese sind an ihren den Lamellen 9 zugewandten
Innenseiten vorzugsweise mit den Stützstegen 24 (3) entsprechenden
Stützstegen 26 versehen.By the described combination of the flow guide 14 with the block profiles designed as hole profiles 3 at least at the entrance of the second passages 5 is achieved that the heat exchanger on the entry side for the hot medium, both with reduced pressure losses in the transition areas between the collecting box 7 and the second passes works as well as being temperature resistant and can withstand high temperature cycling. If the latter is not required due to sufficiently low temperatures of the medium to be cooled, the first block profiles can instead of the described hole profiles also from solid block profiles 25 ( 4 ) consist. These are at their lamellae 9 facing inner sides preferably with the support webs 24 ( 3 ) corresponding supporting webs 26 Mistake.
Gemäß weiteren,
besonders zweckmäßigen Ausgestaltungen
der Erfindung werden die Blockprofile 3, 25 und
die Strömungsleitelemente 14 nach 1 bis 4 einstöckig hergestellt.
Dadurch entstehen kombinierte Leisten 27 (5)
bzw. 28 (6) aus Blockprofilen 26 bzw. 27,
an die die Strömungsleitelemente 14 einstöckig angeformt
sind. Die Verstellung dieser Leisten 27, 28 kann
beispielsweise aus Aluminium durch Strangpressen erfolgen.According to further, particularly expedient embodiments of the invention, the block profiles 3 . 25 and the flow guide elements 14 to 1 to 4 manufactured in one piece. This results in combined strips 27 ( 5 ) respectively. 28 ( 6 ) from block profiles 26 respectively. 27 to which the flow guide elements 14 are integrally formed. The adjustment of these bars 27 . 28 For example, can be made of aluminum by extrusion.
Im übrigen sind
die in 4 bis 6 dargestellte Teile im wesentlichen
entsprechend 1 bis 3 ausgebildet
und daher mit denselben Bezugszeichen versehen.Otherwise, the in 4 to 6 shown parts substantially corresponding 1 to 3 formed and therefore provided with the same reference numerals.
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
in vielfacher Weise abgewandelt werden können. Das gilt einerseits für die äußere Form
der Strömungsleitelemente 14 und
andererseits für
die Gestaltung der Lochprofile sowie die zugehörigen Dimensionierungen, die
in Abhängigkeit
von Einzelfall gewählt
und durch Berechnungen und/oder Versuche ermittelt und festgelegt
werden können.
Weiter wäre
es möglich,
an den Innenwänden
zumindest des Sammelkastens 7 zusätzliche Strömungsleitflächen anzubringen, um dadurch
die Strömung
auf ihrem Weg zu oder von den zweiten Durchgängen 5 zu vergleichmäßigen und
die Bildung von Turbulenzen zu vermeiden. Auch können die Sammelkästen 7, 8 anders
ausgebildet und z.B. so mit dem Netz 1 verbunden werden,
daß sowohl
der Eintritt als auch der Austritt des zu kühlenden Mediums auf derselben
Seite des Wärmeaustauschers
erfolgt. Schließlich
versteht sich, daß die
verschiedenen Merkmale der Erfindung auch in anderen als den beschriebenen
und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.The invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways. On the one hand, this applies to the outer shape of the flow guide elements 14 and on the other hand for the design of the hole profiles and the associated dimensions, which can be selected depending on individual case and determined and determined by calculations and / or tests. Further, it would be possible on the inner walls of at least the collecting tank 7 attach additional flow guide, thereby the flow on its way to or from the second passages 5 to uniform and avoid the formation of turbulence. Also, the collection boxes 7 . 8th differently trained and eg so with the net 1 be connected, that both the entry and the exit of the medium to be cooled takes place on the same side of the heat exchanger. Finally, it should be understood that the various features of the invention may be practiced in other combinations than those described and illustrated.