DE2322730A1 - HEAT EXCHANGER - Google Patents
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Description
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daitn 9758/fr Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daitn 9758 / fr
Stuttgart-Üntertürkheim 3· Mai 1973Stuttgart-Üntertürkheim 3 May 1973
"Wärmetauscher""Heat exchanger"
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der aus im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Hohlelementen besteht, die jeweils von einem ersten Medium durchströmt und von einem zweiten Medium umströmt werden, und die im Bereich ihrer einen Stirnwand von einem Zulaufkanal und im Bereich ihrer anderen Stirnwand von einem Rücklaufkanal für das erste Medium durchsetzt sind und in denen durch Bleche mit seitlichen Öffnungen versehene Kanäle gebildet sind, die der Aufteilung und Verwirbelung des durch das Hohlelement strömenden ersten Mediums dienen.The invention relates to a heat exchanger, which consists of plate-shaped hollow elements arranged at a distance from one another consists, each of which flows through a first medium and around which a second medium flows, and which in the area of its one end wall of an inlet channel and in the area of its other end wall of a return channel for the first medium are penetrated and in which channels provided with lateral openings are formed by metal sheets, which serve to divide and swirl the first medium flowing through the hollow element.
Bei bisher bekanntgewordenen Ausführungen füllen die Bleche, die in Längsrichtung verlaufende Kanäle bilden, die Hohlelemente vollständig aus. Das durch den Zulaufkanal zugeführte erste Medium fließt unmittelbar in die angrenzenden inneren Kanäle. Um auch in die äußeren Kanäle zu gelangen, muß das Medium erst durch die seitlichen Öffnungen eines oder mehrerer Kanäle strömen. Damit ist ein zusätzlicher Druckabfall verbunden, der bei einem in kaltem Zustand zähflüssigen Medium, beispielsweise einem Schmiermittel bei Inbetriebnahme einer kalten Maschine, unerwünscht hohe Werte annehmen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit von Kanal zu Kanal nimmt dadurch nach außen hin ab, so daß die äußeren Kanäle dementsprechend in geringerem Maße durchströmt werden. Neben dieser ungleichmäßigen Verteilung des Mediums in den Hohlelementen, führtIn previously known designs, the metal sheets, which form channels running in the longitudinal direction, fill the hollow elements completely off. The first medium supplied through the inlet channel flows directly into the adjacent inner ones Channels. In order to get into the outer channels, the medium first has to pass through the side openings of one or more Channels flow. This is associated with an additional pressure drop, which in the case of a medium that is viscous in a cold state, For example, a lubricant when starting up a cold machine, can assume undesirably high values. The flow velocity from channel to channel thereby decreases towards the outside, so that the outer channels accordingly are flowed through to a lesser extent. In addition to this uneven distribution of the medium in the hollow elements, leads
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der Druckabfall auch zu einer Verzögerung des aus dem Wärmetauscher abfließenden Mediums. Dies bedeutet, z.B. bei einem als Ölkühler einer Brennkraftmaschine verwendeten Wärmetauscher, daß bei Kaltstart, wenn eine gute Schmierung besonders wichtig ist, die Schmierstellen infolge des zusätzlichen Druckverlustes in den Hohlelementen nur mangelhaft mit Schmieröl versorgt werden.the pressure drop also delays the out of the heat exchanger outflowing medium. This means, e.g. in the case of a heat exchanger used as an oil cooler in an internal combustion engine, that during cold starts, when good lubrication is particularly important, the lubrication points as a result of the additional Pressure loss in the hollow elements are only insufficiently supplied with lubricating oil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu beheben und einen Wärmetauscher zu schaffen, in dessen Hohlelementen derartige Druckverluste vermieden werden. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß die Kanäle mindestens im Bereich zwischen dem Zulaufkanal und dem Rücklaufkanal in Längsrichtung des Hohlelementes angeordnet sind, wobei den Stirnseiten mindestens der äußeren Kanäle freie Räume vorgeordnet sind, die ein unbehindertes Ein- bzw. Ausströmen des ersten Mediums erlauben.The invention is based on the task of addressing this deficiency fix and create a heat exchanger in whose hollow elements such pressure losses are avoided. this happens according to the invention in that the channels at least in the area between the inlet channel and the return channel in Are arranged in the longitudinal direction of the hollow element, wherein the end faces of at least the outer channels are arranged upstream of free spaces which allow the first medium to flow in or out unhindered.
Die den Stirnseiten von Kanälen vorgeordneten freien Räume ermöglichen im Bereich des Zulaufkanales ein ungehindertes und gleichmäßiges Einströmen in diese Kanäle. Dadurch fliessen in allen Kanälen parallele Teilströme, die zur Verbesserung des Wärmeüberganges durch deren Gestalt in sich verwirbelt werden, die aber alle annähernd die gleiche Strömungsgeschwindigkeit haben. Die Gleichförmigkeit der Strömung wird ebenso durch die im Bereich des Rücklaufkanales angeordneten freienRäume unterstützt, die ein ungehindertes Abfließen des ersten Mediums erlauben. Infolge der durch die freien Räume begünstigten Aufteilung und der damit erzielten gleichmäßigen Strömung des Mediums wird der Druckabfall auch bei zähflüssigen Medien sehr klein gehalten. Außerdem werden durch die gleichmäßige Verteilung eines zähflüssigen Mediums in vorteil-The free spaces in front of the end faces of the channels allow unimpeded space in the area of the inlet channel and even flow into these channels. Flow through it in all channels parallel partial currents, which swirls in order to improve the heat transfer due to their shape but all of them have approximately the same flow velocity to have. The uniformity of the flow is also ensured by the arrangement in the area of the return channel supports free spaces that allow an unhindered drainage of the first medium. As a result of the free spaces Favored distribution and the even flow of the medium achieved with it, the pressure drop is also in the case of viscous ones Media kept very small. In addition, due to the even distribution of a viscous medium,
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hefter Weise örtliche Druckbeanepruchungen der meist sehr dünnwandigen Hohlelemente vermieden.often local pressure stresses on the mostly very thin-walled hollow elements avoided.
Erfindungegemäß können die freien Räume eines Hohlelementes zwischen den Stirnseiten der Kanäle und den Stirnwunden des Hohlelementes angeordnet sein. Dadurch ergibt sich auch bei in Längsrichtung bis in den Dereich des Zulaufkanales und des Rücklaufkanales sich erstreckenden Kanälen eine gleichmäßige Durchströmung, da die nicht unmittelbar an den Zulaufkanal angrenzenden Kanäle über die freien Räume versorgt werden· In ähnlich günstiger Weise wird die Strömung durch freie Räume im Dereich des Rücklaufkanales beeinflußt, so daß auch hier zusätzliche Druckverluste vermieden werden.According to the invention, the free spaces of a hollow element be arranged between the end faces of the channels and the end wounds of the hollow element. This also results in in the longitudinal direction up to the area of the inlet channel and the return channel extending channels a uniform Flow, as the channels not directly adjacent to the inlet channel are supplied via the free spaces In a similarly beneficial way, the flow is influenced by free spaces in the area of the return channel, so that too additional pressure losses can be avoided here.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are given in the description.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung'dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail using exemplary embodiments that are shown in the drawing. Show it
Fig. 1 einen Ölkühler einer Brennkraftmaschine mit dessen Gehäuse im Schnitt und dessen Hohlelemente in der Vorderansicht,Fig. 1 shows an oil cooler of an internal combustion engine with its housing in section and its Hollow elements in the front view,
Fig. 2 die Hohlelemente dieses Olkühlers in der Seitenansicht mit einem Ilohlelement im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,2 shows the hollow elements of this oil cooler in a side view with a hollow element in section according to the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 eine Einzelheit dieses Hohlelementes in Schrägansicht in größerem Maßstab,3 shows a detail of this hollow element in an oblique view on a larger scale,
Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Längsmittelebene dieses Hohlelementes und4 shows a partial section through the longitudinal center plane of this hollow element and
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Fig. 5 und 6 Schnitte durch die Längemittelebene weiterer Ausführungen von Hohlelementen.5 and 6 sections through the longitudinal center plane further Executions of hollow elements.
Der in den Fig.1 bis k dargestellte Ölkühler einer Brennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Ilohlelementen 11, die im Dereich ihrer Stirnwände 12 durch einen Zulaufkanal 13 und einen Rücklaufkanal lk miteinander verbunden sind. Ein mit einer Einlaßöffnung 15 und einer Auslaßöffnung 16 versehenes Gehäuse 17 umschließt die Ilohlelemente 11. Der Zulaufkanal 13 und der lUicklaufkanal Ik sind durch das Gehäuse 17 nach außen geführt .The oil cooler of an internal combustion engine shown in FIGS. 1 to k essentially consists of plate-shaped hollow elements 11 which are arranged at a distance from one another and which are connected to one another in the region of their end walls 12 by an inlet channel 13 and a return channel lk. A housing 17 provided with an inlet opening 15 and an outlet opening 16 encloses the Ilohlelemente 11. The inlet channel 13 and the outlet channel Ik are led through the housing 17 to the outside.
Zur Dildung des Zulaufkanales 13 und des Rücklaufkanales 14 sind, wie Fig.2 erkennen läßt, zwischen den Hohlelementen 11 Ringe 18 angeordnet« Die plattenförmigen Hohlelemente 11 sind jeweils aus einem Bodenblech 19 und aus einem schalenförmigen Deckblech 20 zusammengesetzt. In den Ilohlelementen 11 angeordnete Bleche 21 sind mäanderförmig gebogen, so daß sie in Längsrichtung des Hohlelementes 11 innere und äußere Kanäle 22 bzw. 23 bilden, die im wesentlichen trapezförmige Durchgangsquerschnitte aufweisen. Teile 2k der Seitenwände 25 der Kanäle 22 und 23 sind, wie Fig.3 zeigt, zur Verwirbelung der Strömung in gleichen Abständen seitlich versetzt. Die sich dabei ergebenden Öffnungen 26 erlauben Querverbindungen zwischen benachbarten Kanälen. Die äußeren Kanäle 23 und nahezu alle inneren Kanäle 22 sind nicht ganz bis zu den Stirnwänden 12 der Hohlelemente 11 durchgeführt; so daß zwischen den Stirnseiten 27 dieser Kanäle 22 und 23 und den Stirnwänden 12 des Hohlelementes 11 erfindungsgemäß freie Räume 28 entstehen· Der Zulaufkanal 13 und der Rücklaufkanal lk tei-As can be seen in FIG. 2, rings 18 are arranged between the hollow elements 11 to form the inlet channel 13 and the return channel 14. Metal sheets 21 arranged in the hollow elements 11 are bent in a meandering shape so that they form inner and outer channels 22 and 23 in the longitudinal direction of the hollow element 11, which have essentially trapezoidal passage cross-sections. Parts 2k of the side walls 25 of the channels 22 and 23 are, as FIG. 3 shows, laterally offset at equal intervals to swirl the flow. The resulting openings 26 allow cross connections between adjacent channels. The outer channels 23 and almost all of the inner channels 22 are not carried out all the way to the end walls 12 of the hollow elements 11 ; so that between the end faces 27 of these channels 22 and 23 and the end walls 12 of the hollow element 11 according to the invention free spaces 28 are formed · The inlet channel 13 and the return channel lk TEI
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len die inneren Kanäle 22 jedes Hohlelementes 11 jeweils in ein langes mittleres Teilstück 29 und kurze Teilstücke 30 an den beiden Enden auf.len the inner channels 22 of each hollow element 11 in each case a long middle section 29 and short sections 30 at both ends.
Wie in Fig.l durch Pfeile angedeutet ist, wird während des Betriebes der Brennkraftmaschine erwärmtes Motoröl durch den Zulaufkanal 13 den Ilolilelementen 11 des Wärmetauschers zugeführt, die es in Längsrichtung durchströmt, bis es im Rücklaufkanal l4 gesammelt und abgeführt wird. Die Hohlelemente 11 werden gleichzeitig von Kühlwasser umströmt, das durch die Einlaßöffnung 15 in das Gehäuse 17 des Wärmetauschers strömt und dieses durch die Auslaßöffnung l6 wieder verläßt. Dabei gibt das in den Hohlelementen 11 strömende Motoröl über die Bodenbleche 19 und die Deckbleche 20 Wärme an das Kühlwasser ab.As indicated in Fig.l by arrows, is during the Operation of the internal combustion engine by heated engine oil the inlet channel 13 to the Ilolilelemente 11 of the heat exchanger fed, which it flows through in the longitudinal direction until it is collected in the return channel l4 and discharged. The hollow elements 11 are simultaneously flowed around by cooling water, which through the inlet opening 15 in the housing 17 of the heat exchanger flows and this leaves again through the outlet opening l6. In the process, the engine oil flowing in the hollow elements 11 transfers the bottom plates 19 and the cover plates 20 from heat to the cooling water.
Neben dem Motoröl, das durch die langen, unmittelbar zum Rücklaufkanal lh führenden Teilstücke 29 der inneren, an den Zulaufkanal 13 angrenzenden Kanäle 22 strömt, fließt auch Motor-Öl in entgegengesetzter Richtung durch die kurzen Teilstücke 30 der inneren Kanäle 22 in die freien Räume 28. Von dort kann das Motoröl ungehindert an den Stirnseiten 27 der äußeren, durchgehenden Kanäle 23 einströmen. Dadurch bilden sich in allen Kanälen 22 und 23 der Hohlelemente 11 längsgerichtete Teilströme, die durch die ausgleichende Wirkung der freien Räume 28 im wesentlichen eine gleich hohe Geschwindigkeit aufweisen. Örtliche Stauungen durch Querströmungen mit den damit verbundenen hohen Druckverlusten werden damit vermieden. Die freien Räume im Bereich des Rücklaufkanales Ik fördern in gleicher Weise die längsgerichtete Durchströmung jedes Hohl-In addition to the engine oil, which flows through the long sections 29 of the inner channels 22 adjoining the inlet channel 13, which lead directly to the return channel lh , engine oil also flows in the opposite direction through the short sections 30 of the inner channels 22 into the free spaces 28 From there, the engine oil can flow in unhindered at the end faces 27 of the outer, continuous channels 23. As a result, longitudinally directed partial flows are formed in all channels 22 and 23 of the hollow elements 11, which, due to the compensating effect of the free spaces 28, have essentially the same speed. Local congestion caused by cross flows with the associated high pressure losses are thus avoided. The free spaces in the area of the return channel Ik promote in the same way the longitudinal flow through each hollow
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elementes 11 und das Einströmen des Motoröles aus den ausseren Kanälen 23 in den Rücklaufkanal Ik, Die sich daraus ergebende gleichmäßige Verteilung des Motoröls in den einzelnen Ilohlelententen 11 verhindert ebenfalls unerwünschte Druckverluste. element 11 and the flow of engine oil from the outer channels 23 into the return channel Ik, The resulting even distribution of the engine oil in the individual Ilohlelententen 11 also prevents undesirable Druckver losses.
Bei dem in Fig.5 gezeigten ähnlichen Hohlelement Jl ist im Bereich des Zulaufkanales 32 ein Füllkörper 33 aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit so eingelötet, daß zwischen dem Zulaufkarial 32 und den Stirnseiten 3k der Kanäle 35 ein freier Raum 36 entsteht. Der Füllkörper 33 liegt an der Stirnwand 37 des Hohlelementes 3I an. Seine dem freien Raum 36 zugewandte Seite 38 ist so gewölbt, daß das aus dem Zulaufkanal 32 austretende Motoröl sich ohne Druckverlust auf die einzelnen Kanäle 35 verteilen kann. Ein weiterer Füllkörper ist in gleicher Weise im Bereich des nicht dargestellten Rücklaufkanales angeordnet und erleichtert dort das Einströmen des Motoröles in den Rücklaufkanal.In the example shown in Figure 5 similar hollow member Jl in the region of the feed channel 32 is a filling body 33 made of a material soldered good thermal conductivity so that between the Zulaufkarial 32 and the end faces of 3k of the channels 35 a free space 36 is formed. The filling body 33 rests against the end wall 37 of the hollow element 3I. Its side 38 facing the free space 36 is curved in such a way that the engine oil emerging from the inlet duct 32 can be distributed to the individual ducts 35 without loss of pressure. Another filler body is arranged in the same way in the area of the return duct, not shown, and there facilitates the flow of the engine oil into the return duct.
Das in Fig.6 gezeigte Ilohlelement 39 weist im Bereich des Zulaufkanales kO in Querrichtung verlaufende Kanäle kl auf, die zwischen sich und den Stirnseiten k2 von in Längsrichtung verlaufenden Kanälen k3 einen Raum kk frei lassen. In den Kanälen kl kann ein Teil des von dem Zulaufkanal kO ausgehenden Motoröles gut in die Randbezirke des Ilohlelementes 39 gelangen und sich im freien Raum kk mit dem übrigen Motoröl gleichmäßig auf die Kanäle h"} verteilen. Im Bereich des nicht dargestellten Rücklaufkanales sind ebenfalls in Querrichtung verlaufende Kanäle und ein freier Raum angeordnet, die eine gleichmäßige Verteilung des Motoröles fördern. Gerade dann, wenn das Motoröl noch kalt und zähflüssig ist, werden dadurch Druckverluste vermieden, so daß auch beim Kaltstart die Schmierstellen der Brennkraftmaschine rasch und ausgiebig mit Schmieröl versorgt werden. ■The hollow element 39 shown in FIG. 6 has, in the region of the inlet channel kO , channels kl running in the transverse direction , which leave a space kk free between them and the end faces k2 of channels k3 running in the longitudinal direction. In the channels kl , part of the engine oil emanating from the inlet channel kO can easily get into the peripheral areas of the Ilohlelementes 39 and in the free space kk are evenly distributed over the channels h "} with the remaining engine oil Transverse channels and a free space are arranged, which promote an even distribution of the engine oil.Especially when the engine oil is still cold and viscous, pressure losses are avoided, so that the lubrication points of the internal combustion engine are quickly and extensively supplied with lubricating oil even during a cold start . ■
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Der erfindungsgemüße Wärmetauseher läßt sich nicht nur bei Brennkraftmaschinen, sondern auch auf anderen Gebieten, ζ.D. zum Kühlen von Getriebeöl, mit Erfolg einsetzen.The inventive heat exchanger can not only be Internal combustion engines, but also in other areas, ζ.D. for cooling transmission oil, use with success.
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