DE202017103235U1 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Wärmeaustauscher (1), insbesondere Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend- mehrere Kanäle (2) zur Durchleitung eines Kühlmediums,- mehrere mit wenigstens einem Sammelkasten (4) verbundene Flachrohre (3) zur Durchleitung eines zu kühlenden Mediums zwischen jedem der Kanäle (2),- wenigstens einen den Sammelkasten (4) verschließenden Rohrboden (5) mit Rohrdurchzügen (6), in denen stirnseitige Rohrenden (7) der Rohre (3) fluiddicht aufgenommen sind,- wobei jeder der Rohrdurchzüge (6) einen ein jeweiliges Flachrohr (3) umfassenden aufgestellten Kragen (8) aufweist,- wobei wenigstens einer der Kragen (8) mehrere von einem umlaufenden Kragenhals (9) her sich vom Rohrboden (5) weg erstreckende Zungen (10) im Bereich der Breitseiten (12) der Flachrohre (5) aufweist, die durch Ausschnitte (15) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass- die Ränder (14) der Zungen (10) Radien (R) aufweisen.Heat exchanger (1), in particular charge air cooler of an internal combustion engine, comprising - a plurality of channels (2) for passing a cooling medium, - a plurality of flat tubes (3) connected to at least one collecting box (4) for passing a medium to be cooled between each of the channels (2), - At least one the collecting box (4) closing the tube bottom (5) with Rohrdurchzügen (6), in which end pipe ends (7) of the tubes (3) are fluid-tightly received, - wherein each of the tube passages (6) has a respective flat tube (3) in which at least one of the collars (8) has a plurality of tongues (10) extending away from the tube bottom (5) in the region of the broad sides (12) of the flat tubes (5), extending from a circumferential collar neck (9). characterized by cutouts (15) are separated from each other, characterized in that- the edges (14) of the tongues (10) have radii (R).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a heat exchanger, in particular a charge air cooler of an internal combustion engine, according to the preamble of
Ein gattungsgemäßer Wärmeaustauscher, beispielsweise bekannt aus der
Die Rohre werden dabei von einem ersten Fluid durchströmt, beispielsweise von Ladeluft, während die Kanäle von einem zweiten Fluid, beispielsweise Kühlluft durchströmt werden. Die als Rohrdurchzüge bezeichneten Öffnungen in den Rohrböden sind dabei mit einem Kragen ausgebildet, der meist vom Innenraum des jeweiligen Sammelkastens weg einen ein jeweiliges Flachrohr umfassenden aufgestellten Kragen aufweist. Die Flachrohre sind mit den Rohrböden üblicherweise durch Löten miteinander verbunden.The tubes are thereby flowed through by a first fluid, for example, charge air, while the channels are traversed by a second fluid, such as cooling air. The openings referred to as pipe passages in the tubesheets are formed with a collar which usually has a collar extending from the interior of the respective collecting tank and has a respective flat tube. The flat tubes are usually connected to the tubesheets by soldering.
Im praktischen Betrieb sind diese Wärmeaustauscher wechselnden Innendruckbelastungen und Temperaturwechseln ausgesetzt. Sowohl die Innendruckbelastungen als auch die Temperaturwechsel können im Bereich der Rohr- Rohrboden-Verbindung zu hohen Spannungen führen und dadurch die Lebensdauer des Wärmeaustauschers maßgeblich beeinflussen.In practical operation, these heat exchangers are exposed to changing internal pressure loads and temperature changes. Both the internal pressure loads and the temperature changes can lead to high voltages in the area of the tube-tube-bottom connection and thus considerably influence the service life of the heat exchanger.
Um diese Spannungen zu reduzieren, ist es aus der
Nachteilig bei dieser Lösung sind zum einen die Spannungskonzentrationen an den Spitzen dieser dreiecksförmigen Zungen sowie eine Kerbwirkung in einer Kerbe zwischen jeweiligen benachbarten Zungen.Disadvantages of this solution are on the one hand the stress concentrations at the tips of these triangular tongues and a notch effect in a notch between respective adjacent tongues.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine weitere Reduzierung der im praktischen Betrieb auftretenden Spannungen gewährleistet ist, um somit die Lebensdauer des Wärmeaustauschers bei wechselndem Innendruck und Temperaturbelastungen weiter zu erhöhen.Object of the present invention is to further develop a heat exchanger of the generic type such that a further reduction of the voltages occurring in practical operation is ensured, thus further increasing the life of the heat exchanger with changing internal pressure and temperature loads.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a heat exchanger having the features of
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher weist mehrere Kanäle zur Durchleitung eines Kühlmediums auf sowie mehrere mit wenigstens einem Sammelkasten verbundene Flachrohre zur Durchleitung eines zu kühlenden Mediums zwischen jedem der Kanäle.The heat exchanger according to the invention has a plurality of channels for the passage of a cooling medium and a plurality of flat tubes connected to at least one collecting box for the passage of a medium to be cooled between each of the channels.
Der Sammelkasten wird auf einer Seite durch einen Rohrboden verschlossen, der Rohrdurchzüge aufweist, die in stirnseitige Rohrenden der Rohre fluiddicht aufgenommen sind.The collecting box is closed on one side by a tubesheet, which has pipe passages which are fluid-tightly received in frontal pipe ends of the tubes.
Jeder der Rohrdurchzüge weist einen ein jeweiliges Flachrohr umfassenden aufgestellten Kragen auf.Each of the tube passages has a raised collar comprising a respective flat tube.
Wenigstens einer der Kragen weist mehrere von einem umlaufenden Kragenhals her sich vom Rohrboden weg erstreckende Zungen im Bereich der Breitseiten der Flachrohre auf, die durch Ausschnitte voneinander getrennt sind.At least one of the collars has a plurality of tongues extending from the tube bottom in the region of the broad sides of the flat tubes, which are separated from one another by cutouts.
Die Ränder der Zungen weisen Radien auf.The edges of the tongues have radii.
Durch die an den Rändern rund ausgebildeten Zungen werden Spannungskonzentrationen vermieden, was die Lebensdauer des Wärmeaustauschers erhöht.By the edges formed at the edges tong concentrations are avoided, which increases the life of the heat exchanger.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist zumindest der Übergangsbereich zwischen einer der Zungen und einer benachbarten Zunge oder einem nicht durch Ausschnitte unterteilten Bereich des Kragens gerundet ausgebildet.According to an advantageous embodiment variant, at least the transition region between one of the tongues and an adjacent tongue or a region of the collar not divided by cutouts is rounded.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind zumindest die freien Enden der Zungen gerundet ausgebildet.According to a further advantageous embodiment, at least the free ends of the tongues are rounded.
Die Vermeidung von Spitzen an dem Kragen sorgt für eine deutliche Reduzierung von Spannungen in der Rohr-Rohrboden-Verbindung.The avoidance of peaks on the collar ensures a significant reduction of stresses in the tube-tube bottom connection.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weisen Eckbereiche der Kragen, die an Schmalseiten mit Breitseiten verbindenden Bereichen der Flachrohre anliegen, keinen Ausschnitt auf, so dass der Kragen in diesen Eckbereichen in voller Höhe erhalten bleibt.According to a further advantageous embodiment, have corner areas of the collar, which abut on narrow sides with broad sides connecting areas of the flat tubes, no cutout, so that the collar is maintained in full height in these corners.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weisen die die Breitseiten der Flachrohre umfassenden Bereiche der Kragen Zungen und Ausschnitte in einem Ausschnittsbereich nahe der Schmalseiten der Flachrohre auf. According to a further advantageous embodiment variant, the broad sides of the flat tubes comprising regions of the collar tongues and cutouts in a cutout area near the narrow sides of the flat tubes.
Im mittleren Bereich der Breitseiten der Rohre können die Kragen hier in voller Länge erhalten bleiben, da die größten Spannungen im Bereich der Schmalseiten der Rohre und in den daran angrenzenden Bereichen der Breitseite der Flachrohre auftreten.In the central region of the broad sides of the tubes, the collars can be retained here in full length, since the greatest stresses occur in the narrow sides of the tubes and in the adjacent regions of the broad side of the flat tubes.
Die Länge der Zungen in Längsrichtung der Flachrohre beträgt dabei vorzugsweise zwischen dem 0,6 und 0,9 -fachen der Kragenlänge. Die Kragenlänge bemisst sich dabei in Längsrichtung der Flachrohre, ausgehend von der Ebene des Rohrbodens.The length of the tongues in the longitudinal direction of the flat tubes is preferably between 0.6 and 0.9 times the collar length. The collar length is measured in the longitudinal direction of the flat tubes, starting from the plane of the tube plate.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante beträgt der minimale Radius der Ränder der Zungen zwischen dem 0,3 und 0,6 -fachen der Länge der Zungen.According to a further advantageous embodiment, the minimum radius of the edges of the tongues is between 0.3 and 0.6 times the length of the tongues.
Mit solchen minimalen Radien wird eine deutliche Spannungsreduzierung erreicht.With such minimal radii, a significant reduction in stress is achieved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Teilung der Ausschnitte im Kragen eines Flachrohres variabel ausgebildet. Die Teilung ist dabei bevorzugt im Bereich der der Breitseiten der Flachrohre von einem Bereich nahe der Schmalseiten der Flachrohre zur Mitte der Breitseite hin ansteigend ausgebildet.According to a further advantageous embodiment, the pitch of the cutouts in the collar of a flat tube is variably formed. The pitch is preferably formed in the region of the broad sides of the flat tubes rising from an area near the narrow sides of the flat tubes to the middle of the broad side.
Dadurch wird berücksichtigt, dass größere Spannungen hauptsächlich im Bereich der Schmalseite der Flachrohre und in daran angrenzenden Bereichen der Breitseiten der Rohre auftreten.This takes into account that greater stresses occur mainly in the region of the narrow side of the flat tubes and in adjoining areas of the broad sides of the tubes.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Rohrboden in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Flachrohre gewölbt ausgebildet.According to a further advantageous embodiment of the tube sheet is formed curved in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the flat tubes.
Besonders bevorzugt ist der Rohrboden dabei mittig zum Sammelkasten hin gewölbt ausgebildet.Particularly preferably, the tube sheet is formed centrally arched towards the collection box out.
Denkbar sind auch wellenförmige Rohrböden.Also conceivable are wave-shaped tube sheets.
Solche gewölbten Rohrböden sind insbesondere für Innendruckbelastungen gut geeignet. Vorteil eines nach innen gewölbten Rohrbodens ist der Umstand, dass dadurch bei gleichbleibender Außenabmessung des Wärmeaustauschers das Netz aus Rohren und Kanälen größer ausgeführt werden kann und dadurch zusätzliche Wärmeübertragungsfläche gewonnen werden kann.Such curved tube sheets are particularly well suited for internal pressure loads. The advantage of an inwardly curved tube bottom is the fact that, with the outer dimensions of the heat exchanger remaining the same, the network of tubes and channels can be made larger and thus additional heat transfer surface can be obtained.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeaustauschers mit Sammelkästen, Rohren und Kanälen, -
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Rohrbodens mit Rohrdurchzügen und an diesen angeformten Kragen, -
3 eine perspektivische Ansicht des Rohrboden gemäß2 aus einer anderen Perspektive, -
4 eine Seitenansicht auf einen solchen Rohrdurchzug mit daran angeformtem Kragen, -
5-7 den2 -4 entsprechende Darstellungen eines gewölbten Rohrbodens, -
8 eine schematische perspektivische Ansicht eines Rohrdurchzugs mit eingestecktem Flachrohr, -
9 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Kragens zur Darstellung von Breite, Länge und Radius des Ausschnitts und -
10 eine schematische Darstellung eines Kragenabschnitts.
-
1 a perspective view of a heat exchanger with headers, pipes and channels, -
2 a perspective view of an embodiment of a tube sheet with pipe passages and molded on this collar, -
3 a perspective view of the tube sheet according to2 from a different perspective, -
4 a side view of such a pipe passage with molded collar, -
5-7 the2 -4 corresponding representations of a curved tube bottom, -
8th a schematic perspective view of a pipe penetration with inserted flat tube, -
9 a schematic representation of a section of the collar to illustrate the width, length and radius of the section and -
10 a schematic representation of a collar portion.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, des Kanals, des Flachrohrs, des Sammelkastens, der Kragen, des Ausschnitts, der Zunge und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as above, below, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the heat exchanger, the channel, the flat tube, the collecting box, the collar, the cutout selected in the respective figures , the tongue and the like. These terms are not meant to be limiting, that is to say, by different working positions or the mirror-symmetrical design or the like, these references may change.
In
In den Kanälen
In die Flachrohre
Durch die Flachrohre
Die Rohrenden
Die Sammelkästen
Wie in den
Zumindest einer der Kragen
Wie in den
Die Rohrböden
Nach einer alternativen Ausführungsvariante, wie sie in den
Besonders bevorzugt sind die Rohrböden
Wie in den
Auch die zwischen einer Zunge
Die Zungen
Insbesondere sind zumindest die freien Enden
Wie in den
Zwischen den Eckbereichen
Wie in den
Vielmehr sind bevorzugt die die Breitseiten
Die freien Enden der Zungen
Während bei der in den
So kann die Teilung TA im Bereich der Breitseite
Wie in den
Die der Länge
Der minimale Radius
Bevorzugt beträgt im Bereich der Schmalseiten
Im Bereich der Breitseiten
Die Ausschnitte
Denkbar sind jedoch auch Teilungen der Ausschnitte, bei denen benachbarte Ausschnitte so weit auseinander liegen, dass zwischen ihnen ein Kragenabschnitt mit geradlinigem Kragenrand ausgebildet ist.However, it is also conceivable divisions of the cutouts, in which adjacent cutouts are so far apart that between them a collar portion is formed with a straight collar edge.
Aufgrund der Tatsache, dass die Belastung von weiter außen liegenden Flachrohren
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wärmeaustauscherheat exchangers
- 22
- Kanalchannel
- 33
- Flachrohrflat tube
- 44
- Sammelkastencollection box
- 55
- Rohrbodentube sheet
- 66
- Rohrdurchzugpipe threading
- 77
- Rohrendepipe end
- 88th
- Kragencollar
- 99
- Kragenhalscollar
- 1010
- Zungetongue
- 1111
- EndeThe End
- 1212
- Breitseitebroadside
- 1313
- Schmalseitenarrow side
- 1414
- Randedge
- 1515
- Ausschnittneckline
- 1616
- EndeThe End
- 1717
- Lamellelamella
- 1818
- Lamellelamella
- 1919
- Eckbereich corner
- XX
- Längsrichtung der FlachrohreLongitudinal direction of the flat tubes
- ABFROM
- AusschnittsbereichTrimming area
- BAB B AB
- Breite des AusschnittsbereichesWidth of the clipping area
- BA B A
- Breite der AusschnitteWidth of the cutouts
- LA L A
- Länge der AusschnitteLength of the cutouts
- LZ L Z
- Zungenlängetongue length
- BR B R
- Rohrbreitetube width
- HR H R
- Rohrhöhetube height
- LK L K
- Kragenlängecollar length
- RR
- Radiusradius
- Rmin Min
- minimaler Radiusminimal radius
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- GB 169855 A [0002, 0005]GB 169855 A [0002, 0005]
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