DE2520817A1 - Waermeaustauscher - Google Patents

Description

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, der insbesondere so aufgebaut ist, daß Wasser mit Hilfe von öl gekühlt werden kann, beispielsweise in Verbindung mit dem Kühlen des Öls eines Drehmomentenwandlers für ein Kraftfahrzeug.

In der US-PS 2 752 128 ist ein solcher Wärmeaustauscher beschrieben, der ein wirbelerzeugendes Stromstörelement aus ebenen Metallblechstücken aufweist, das innerhalb eines kreisringförmigen Durchlasses angeordnet ist, der sich zwischen einem konzentrischen Innen- und Außenrohr bildet. Das wirbelerzeugende Stromstörelement weist in Längsrichtung ausgerichtete Gruppen aus parallelen Schlitzen auf, die zickzackförmige, trapezähnliche, zu der Ebene des Metallblechs versetzt liegende Abschnitte begrenzen. Das Material zwischen jeden Paar benachbarter Schlitze einer Gruppe ist an gegenüberliegenden Seiten der Ebene des Metallblechs angeordnet, so daß sich Abschnitte mit trapezähnlicher Form bilden.

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In der US-PS 3 083 662 ist ein weiterer Wärmeaustauscher beschrieben, der einen wirbelerzeugendes Stromstörelement enthält, das eine Basis und mehrere, in Längsrichtung in Abständen zueinander angeordnete Gruppen von trapezähnlich ausgebildeten Rillen aufweist, die sich in einer Richtung von der Ebene der Basis erstrecken. Die Gruppen verlaufen quer zu dem ebenen Material vor der Herstellung und erstrecken sich von der Basis radial, wenn das wirbelerzeugende Stromstörelement in eine kreisförmig aufgebaute Anordnung eingesetzt wird. Jede Gruppe umfaßt mehrere, im Abstand zueinander liegende Rillen und eine weitere Anzahl von in Längsrichtung versetzt angeordneten Rillen.

Bei diesen bekannten Wärmeaustauschern wird die Durchströmung mit Hilfe des wirbelerzeugenden Stromstörelements verzögert, um verstärkte Turbulenzen zur Unterstützung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung zu erzeugen, jedoch wird hierbei die Wärmeübertragung verringert, da sich hinter einem Seitenabschnitt des trapezförmigen Abschnitts eine große laminare Grenzschicht bildet, die quer zur Fluidströmungsrichtung gerichtet ist. Da das Fluid an der laminaren Grenzschicht eine relativ geringe Geschwindigkeit im Vergleich zu der sonstigen Fluidströmung aufweist, bietet dieser Abschnitt der Wärmeübertragung einen hohen Widerstand.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Wärmeaustauscher so auszubilden, daß dieser verstärkte Turbulenzen zum Verbessern des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung aufweist.

Bei einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung ist vorzugsweise eine innere Rippe angeordnet, die sich dadurch auszeichnet, daß sie radial verlaufende Vorsprünge aufweist, die über ein Metallblech überstehen, dessen Seitenabschnitte um einen bestimmten Winkel in einer Ebene gedreht sind, die parallel zu dem Metallblech bezüglich einer Richtung verläuft, die quer zur Strömungsrichtung des Öls, das durch den Wärmeaustauscher

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strömt, gerichtet ist. Somit werden in dem Öl während dessen Durchlauf durch die kreisringförmige Wärmeaustauschkammer Turbulenzen erzeugt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Kühlers für ein Kraftfahrzeug, an dem ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung vorgesehen ist;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 1 und zeigt eine Querschnittansicht;

Fig. 3 ist eine perspektivische Abwicklung einer Ausbildungsform einer inneren Kühlrippe gemäß der Erfindung;

Fig. 4 zeigt schematisch die Wärmeübertragung an der inneren Kühlrippe sowie eine Querschnittansicht eines Seitenabschnitts in einer Schnittebene, die parallel zu dem Metallblech bei Draufsicht verläuft; und

Fig. 5 ist eine Querschnittansicht einer weiteren Ausbildungsform eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist ein rohrförmiger Wärmeaustauscher 3 innerhalb eines unteren Behälters 7 eines Kühlers für ein Kraftfahrzeug angeordnet und dort durch Löten oder ähnliches befestigt. Der Wärmeaustauscher 3 weist ein Einlaßrohr 3a und ein Auslaßrohr 3b auf, welche beispielsweise mit einem Drehmomentwandler (nicht gezeigt) oder ähnlichem verbunden sind. Der Kühler enthält weiterhin einen oberen Behälter 8 mit einem Einlaß 9 für das Kühlwasser der Brennkraftmaschine und ein Wasserzulaufrohr 11, das mit einem Druckverschluß 12 verschlossen ist und Hauptplatten -50 enthält, die an beiden Seiten der Rohre 13 befestigt sind und einen unteren und oberen Behälter 8 und 7 bilden. Ferner ist eine Kühlrippe 14 zwischen den Rohren 13 zur Wärmeübertragung von dem Kühlwasser

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der Brennkraftmaschine nach außen angeordnet und dort befestigt, welches durch die Rohre von dem oberen Behälter 8 zu dem unteren Behälter 7 fließt. Der untere Behälter 7 weist einen Auslaß 10 zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschine auf.

Der Wärmeaustauscher 3 enthält ein inneres und äußeres konzentrisches zylindrisches Rohr 5 und 4, die einen kreisringförmigen Durchlaß 2 bilden, wobei die Enden des Durchlasses entsprechend verschlossen sind. Der Wärmeaustauscher 3 enthält weiterhin eine innere Kühlrippe 1, die in dem Durchlaß 2 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von schraubenradförmigen Vorsprüngen aufweist, die radial nach außen verlaufen.

In den Wärmeaustauscher 3 tritt das Fluid, wie z.B. das Öl der Brennkraftmaschine oder das Öl eines Drehmomentenwandlers oder ähnliches über das Einlaßrohr 3a ein und strömt durch den Durchlaß 2 in einer mit einem Pfeil B bezeichneten Richtung in Fig. 1, so daß die Wärme des Fluids zu der inneren Kühlrippe 1 übertragen wird und von dort zu dem äußeren Rohr 4 und dem inneren Rohr 5. Die Wärme wird dann zum Kühlwasser für die Brennkraftmaschine übertragen, das die Außenseite des äußeren Rohrs 4 und die Innenseite des inneren Rohrs 5 durchströmt. Das Fluid strömt folglich aus dem Auslaßrohr 3b in abgekühltem Zustand aus und wird dem Drehmomentenwandler oder ähnlichem zugeführt.

B'ig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer inneren Kühlrippe 1 gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Abwicklung. Die innere Kühlrippe 1 besteht aus einem flachen Metallblech mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Messing, Aluminium oder ähnlichem. Die innere Kühlrippe 1 wird dadurch gebildet, daß das Metallblech eingeschnitten oder eingeschlitzt wird, so daß sich Gruppen von parallelen Schlitzen bilden, wobei jede Gruppe in einer Richtung angeordnet

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ist, die parallel zu der Richtung der anderen Gruppen liegt, und die entsprechenden Schlitze in jeder Gruppe sind zueinander ausgerichtet. Das Material zwischen jedem Paar benachbart angeordneter Schlitze einer Gruppe steht über die Grundebene des Metallblechs über und bildet einen schraubenradförmigen Vorsprung, während eine Basis 1c als Teilabschnitt des ursprünglichen Bleches stehenbleibt. Jeder der Vorsprünge 1a weist einen Oberabschnitt 1b und zwei Seitenabschnitte 1d auf. Der Seitenabschnitt 1d ist in einem Winkel O< zu einer Ebene geneigt, die quer zu der Basis 1c in bezug auf die Fluidströmungsrichtung, die mit einem Pfeil b bezeichnet ist, liegt. Der Seitenabschnitt 1d ist um einen Winkel ß in einer Ebene gedreht, die parallel zu der Basis 1c in bezug auf die Querrichtung zu der Fluidströmungsrichtung verläuft, die mit dem Pfeil B bezeichnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung betragen der Winkel ÖC ungefähr 80° und der Winkel ß ungefähr 35°. Eine Anzahl von Vorsprungsgruppen I,II,III ... sind jeweils entlang Linien angeordnet, die quer zur Fluidströmungsrichtung verlaufen, an der die Gruppen von parallelen Schlitzen angeordnet sind, wie eingangs beschrieben. Jede der Gruppen von Vorsprüngen I,II,III .... weist eine Mehrzahl von in Reihe angeordneten Vorsprüngen auf, die je eine bestimmte Anzahl von Vorsprüngen 1a (bei der in Fig. 3 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform fünf Vorsprünge) enthält. Jeder Vorsprung mehrerer in einer Reihe angeordneter Vorsprünge weist einen Drehwinkel ß in ein und derselben Richtung auf, während jeder Vorsprung einer benachbarten Anzahl von Vorsprüngen einen Drehwinkel ß aufweist, der in einer anderen Richtung liegt, die symmetrisch in bezug auf die Fluidströmungsrichtung B in ein und derselben Richtung verläuft. Die innere Kühlrippe 1 wird dadurch eingesetzt, daß diese in einer Richtung, die mit dem Pfexl A bezeichnet ist, ausgerollt wird, so daß die Oberabschnitte 1b der Vorsprünge 1a der Innenfläche des äußeren Rohrs 4 gegenüberliegen und die Basis 1c der Außenfläche des inneren Rohrs 5 gegenüberliegen, die in dem Durchlaß 2 angeordnet sind, der durch das äußere

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und innere Rohr 4 und 5 begrenzt ist.

Die Wärmeübertragung bei dem Wärmeaustauscher 3 gemäß der Erfindung, der wie eingangs beschrieben aufgebaut ist, verläuft wie folgt. Da der Seitenabschnitt 1d zum Absorbieren der Wärme des Fluids um den Winkel ß in bezug auf die Querrichtung der Fluidströmung B gedreht ist, strömt das Fluid, wie z.B. das Öl einer Brennkraftmaschine, an den beiden Seitenflächen des Seitenabschnitts 1d, wie in Fig. 4 gezeigt, entlang. Die laminare Grenzschicht 6, die sich bei der Fluidströmung über dem Seitenabschnitt 1d bildet, wird im Vergleich zu einem bekannten Wärmeaustauscher an deren Seitenabschnitt geringer, der quer zur Fluidströmungsrichtung angeordnet ist. Da die Drehrichtungen der in Reihe angeordneten Vorsprünge alternierend umgekehrt sind, strömt das Fluid zickzackförmig, so daß die Turbulenz zunimmt. Die zunehmende Turbulenz bewirkt eine Ablösung der laminaren Grenzschicht .6, so daß diese weiter dünner wird. Der Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung wird somit verbessert, und zwar so, daß die übertragene Wärmemenge zunimmt.

Die schraubenradförmigen Vorsprünge 1a bei der vorgehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung sind so ausgelegt, daß diese in eine Richtung verlaufen, und zwar von dem Innenrohr 5 zu dem Außenrohr 4, und sind so zueinander ausgerichtet, daß die Drehrichtungen der entsprechenden, in Reihe angeordneten Vorsprünge wechselweise umgekehrt sind. Auf diesem Grundprinzip basierend sind die verschiedensten Ausbildungsformen möglich. Beispielsweise können die schraubenradförmigen Vorsprünge 1a an gegenüberliegenden Seiten der Basis bei jedem der Vorsprünge angeordnet sein, und die Drehrichtungen der Vorsprünge können beliebig umgekehrt sein.

Eine innere Kühlrippe 1 gemäß der Erfindung kann auch für

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einen mit ebenen, begrenzten Wärmeaustauschern 3, wie in Fig. 5 gezeigt, bestimmt sein, bei dem eine Ober- und Unterplatte 16a und I6b ein ebenes Rohr 16 bilden, das einen Durchlaß enthält, in dem die innere Rippe 1 angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher enthält Wandteile, die einen Fluiddurchlaß bilden, und eine innere Kühlrippe, die aus einem Metallblech besteht und darin angeordnet ist. Die innere Kühlrippe enthält eine Mehrzahl von schraubenradförmigen Vorsprüngen, deren Seitenabschnitte um einen bestimmten Winkel in einer Ebene verdreht sind, die parallel zu dem Metallblech bezüglich einer Richtung verläuft, die quer zu einer Fluidströmung gerichtet ist.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   !1. Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch eine erste Wand und eine zweite Wand, die einen Fluiddurchlaß begrenzen, durch ein Paar Dichtungsteile zwischen den Wänden, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind und die gegenüberliegenden Endabschnitte des Fluiddurchlasses begrenzen, durch ein Einlaß- und Auslaßrohr, wobei sich eine Fluidströmung zu, durch und von dem Fluiddurchlaß bildet, und durch eine innere Kühlrippe, die in dem Fluiddurchlaß angeordnet ist und in Berührung mit den Wandteilen zur Wärmeübertragung stehen, wobei die innere Kühlrippe aus Stahlblech gebildet ist, das entlang von Gruppen von parallelen Schlitzen eingeschnitten ist, wobei die Gruppen in parallelen Linien angeordnet und die entsprechenden Schlitze der verschiedenen Gruppen zueinander ausgerichtet sind, wobei das Material zwischen benachbart liegenden Schlitzen einer Gruppe sich über die Ebene des Metallblechs erhebt und schraubenradförmige Vorsprünge bildet.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenradförmigen Vorsprünge Oberabschnitte, die parallel zur Ebene des Stahlblechs verlaufen, und Seitenabschnitte aufweisen, die sich über das Stahlblech erheben und zwischen den Oberabschnitten und dem Stahlblech liegen, wobei jeder der Seitenabschnitte um einen bestimmten Winkel in einer Ebene gedreht ist, die parallel zu dem Stahlblech in bezug auf die Linie der Gruppe liegt, daß die Vorsprünge in der Ebene des Stahlblechs in einer Richtung verlaufen, und daß die Vorsrpünge jeder dieser Gruppen eine Hehrzahl von in Reihe angeordneten Vorsprüngen aufweist, wobei jeder

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   Vorsrpung in einer der in Reihe angeordneten Vorsprünge einen Drehwinkel in ein und derselben Richtung aufweist, während jeder Vorsrpung der benachbarten, in Reihe zueinander angeordneten Vorsprünge einen Drehwinkel aufweist, der in einer weiteren gemeinsamen Richtung gedreht ist, die symmetrisch in bezug auf eine Achse liegt, die quer zu der Linie in der ersten Richtung verläuft.
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zwischen benachbarten Schlitzen einer Gruppe außerhalb der Ebene des Stahlblechs an den gegenüberliegenden Seiten liegt.
4. 4. Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch ein Außenrohr, durch ein Innenrohr, das innerhalb des Außenrohrs in einem Abstand zu diesem angeordnet ist und einen Fluiddurchlaß begrenzt, durch ein Paar Dichtungsteile zwischen den Rohren, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind und die gegenüberliegenden Enden des Fluiddurchlasses begrenzen, durch ein Einlaß- und Auslaßrohr für einen Fluidstrom zu, durch und von dem Fluiddurchlaß, und durch eine innere Kühlrippe, die in dem Fluiddurchlaß angeordnet ist und ungefähr in Umfangsrichtung verläuft, wobei die innere Kühlrippe mehrere schraubenradförmige Vorsprünge aufweist, die in Längsrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
5. 5. Innere Kühlrippe für einen Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch eine Hehrzahl von parallelen Schlitzen in einem Metallblech, wobei Gruppen von parallelen Schlitzen in parallelen Linien angeordnet sind und entsprechende Schlitze der verschiedenen Gruppen zueinander ausgerichtet sind, und durch eine Mehrzahl von schraubenradförrnigen Vorsprüngen, die sich von dem Material zwischen benachbarten Schlitzen einer Gruppe erheben und außerhalb der Ebene des

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   Stahlblechs liegen, wobei jede der schraubenradförmigen Vorspränge einen Oberabschnitt, der parallel zur Ebene des Stahlblechs, und Seitenabschnitte aufweist, die von dem Stahlblech zu dem Oberabschnitt verlaufen, und wobei jeder der Seitenabschnitte um einen bestimmten Winkel in einer Ebene gedreht ist, die parallel zu dem Stahlblech in bezug auf die Linie jeder Gruppe liegt.

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