DE9113180U1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
21. Oktober 199121 October 1991
91-B-3891-B-38
ES/Ri/moES/Ri/mo
BEHR GmbH & Co.,
Mauserstraße 3, D-7000 Stuttgart 30BEHR GmbH & Co.,
Mauserstrasse 3, D-7000 Stuttgart 30
WärmetauscherHeat exchanger
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der FR-PS 1 286 713 bekannt. Dabei ist der aus einem Rohr/Rippen-Block bestehende Wärmetauscher mit einem oberen und einem unteren Anschlußkasten versehen, wobei der Zulaufanschluß an verschiedenen Stellen vorgesehen sein kann und der Rücklaufanschluß grundsätzlich am unteren Wasserkasten vorgesehen ist.The invention relates to a heat exchanger of the type specified in the preamble of claim 1. Such a heat exchanger is known, for example, from FR-PS 1 286 713. The heat exchanger, which consists of a tube/fin block, is provided with an upper and a lower connection box, whereby the inlet connection can be provided at different locations and the return connection is generally provided on the lower water box.
Für mehrere Anwendungsfälle ist es erforderlich, daß die Rohre im wesentlichen eine stehende Position einnehmen, so daß die höchste vom Kühlmittel durchströmte Stelle im oberen Anschlußkasten liegt. An dieser Stelle sammelt sich die ungewollt im Kühlmittel mitgeführte Luft, was jedoch aus mehreren Gründen - unter anderem wegen der entstehenden Geräusche - unerwünscht ist. In der genannten FR-PS 1 286 713 wird die im oberen Anschlußkasten abgeschiedene Luft durch eigens dafür vorgesehene Rohre, die bis in den Rücklaufanschluß ragen, abgesaugt, wobei der relativ niedrige Druck, der im Rücklaufanschluß herrscht, die Saugwirkung erzeugt.For several applications, it is necessary for the pipes to be essentially in an upright position, so that the highest point through which the coolant flows is in the upper connection box. This is where the air that is unintentionally carried along in the coolant collects, which is undesirable for several reasons, including the noise it creates. In the FR-PS 1 286 713 mentioned, the air separated in the upper connection box is sucked out through specially designed pipes that extend into the return connection, with the relatively low pressure in the return connection creating the suction effect.
- Z - 21. Oktober 1991- Z - 21 October 1991
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem eine zuverlässige Entlüftung auch ohne zusätzliche Rohrleitungen erreicht wird.It is the object of the present invention to create a heat exchanger of the type specified in the preamble of claim 1, in which reliable ventilation is achieved even without additional pipes.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei sind die wesentlichen Vorteile der Erfindung darin zu sehen, daß keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, um die Entlüftung sicherzustellen, sondern lediglich die Gestaltung des oberen Anschlußkastens und die Wahl der Strömungsrichtung bestimmter Rohre die gewünschte Wirkung bringt.This object is achieved in a heat exchanger of the generic type by the characterizing features of claim 1. The essential advantages of the invention are that no additional components are required to ensure ventilation, but only the design of the upper connection box and the choice of the flow direction of certain pipes brings about the desired effect.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der untere Anschlußkasten in zwei Kammern unterteilt, wobei in eine erste Kammer der Zulaufanschluß mündet, von der aus eine erste Gruppe von Wärmetauscherrohren zu dem oberen Anschlußkasten führt und der obere Anschlußkasten über eine zweite Gruppe von Wärmetauscherrohren mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, an welcher der Rücklaufanschluß vorgesehen ist. Diese Anordnung ist in solchen Fällen von Vorteil, bei denen Bauraum und Lage der Anschlußleitungen vorgegeben sind, wie dies beispielsweise bei Heizkörpern in Kraftfahrzeugen der Fall ist. Die Anordnung von Wärmetauscherrohren in einer ersten und einer zweiten Gruppe bietet darüberhinaus die Möglichkeit, bei einheitlichen Rohrquerschnitten durch die Anzahl der Rohre, die den einzelnen Gruppen zugeordnet sind, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Ein gleicher Effekt kann auch dadurch erreicht werden, daß Rohre mit unterschiedlichem Querschnitt verwendet werden. Um eine besonders gute Saugwirkung zur Beseitigung von Luftblasen zu erzeugen, ist es zweckmäßig, daß der Gesamtquerschnitt aller Wärmetauscherrohre der ersten Gruppe größer ist als der Gesamtquerschnitt aller Wärmetauscherrohre derAccording to a preferred development, the lower connection box is divided into two chambers, with the inlet connection opening into a first chamber, from which a first group of heat exchanger tubes leads to the upper connection box, and the upper connection box is connected to the second chamber via a second group of heat exchanger tubes, on which the return connection is provided. This arrangement is advantageous in cases where the installation space and position of the connection lines are predetermined, as is the case with radiators in motor vehicles, for example. The arrangement of heat exchanger tubes in a first and a second group also offers the possibility of generating different flow speeds with uniform tube cross-sections by the number of tubes assigned to the individual groups. The same effect can also be achieved by using tubes with different cross-sections. In order to create a particularly good suction effect for the removal of air bubbles, it is advisable that the total cross-section of all heat exchanger tubes in the first group is larger than the total cross-section of all heat exchanger tubes in the
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zweiten Gruppe, um damit eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit Unterstützung der Saugwirkung zu erhalten.second group in order to achieve a higher flow velocity and thus support the suction effect.
Aus fertigungstechnischen Gründen und zur Standardisierung der Bauteile ist es vorteilhaft, gleiche Querschnittsformen und Größen der Wärmetauscherrohre zu benutzen, wobei maximal 75 % aller Wärmetauscherrohre der ersten Gruppe zugeordnet sind. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Aufteilung erwiesen, bei der die Anzahl der Wärmetauscherrohre der ersten Gruppe zur zweiten Gruppe ein Verhältnis von 5:3 besitzt.For manufacturing reasons and to standardize the components, it is advantageous to use the same cross-sectional shapes and sizes of the heat exchanger tubes, with a maximum of 75% of all heat exchanger tubes being assigned to the first group. A division in which the number of heat exchanger tubes in the first group to the second group has a ratio of 5:3 has proven to be particularly useful.
Die höchstgelegene Stelle für das Kühlmittel kann auf einfache Weise durch eine sich in Längsrichtung des Anschlußkastens erstreckende Rinne gebildet sein. Diese Rinne befindet sich dann oberhalb der Enden der zweiten Gruppe von Wärmetauscherrohren. Es kann dabei außerdem im - bezogen auf die Längsrichtung des Anschlußkastens - mittleren Bereich eine Kammer gebildet sein, in die eines der Wärmetauscherrohre ragt und die über seitliche Öffnungen mit der sich zu beiden Seiten der Kammer erstreckenden Rinne verbunden ist.The highest point for the coolant can be formed in a simple manner by a channel extending in the longitudinal direction of the connection box. This channel is then located above the ends of the second group of heat exchanger tubes. In addition, a chamber can be formed in the middle area - in relation to the longitudinal direction of the connection box - into which one of the heat exchanger tubes protrudes and which is connected via lateral openings to the channel extending on both sides of the chamber.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, daß der obere Anschlußkasten mehrere Wölbungen besitzt, die jeweils die höchstgelegene Stelle bilden. Diese Wölbungen sind zweckmäßigerweise in einem Abstand angeordnet, der dem Abstand der in einer Reihe befindlichen Wärmetauscherrohre - oder einem ganzzahligen Vielfachen davon - entspricht.An alternative embodiment consists in the upper connection box having several bulges, each of which forms the highest point. These bulges are expediently arranged at a distance that corresponds to the distance between the heat exchanger tubes in a row - or an integer multiple thereof.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the heat exchanger according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
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In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Fig. 1 einen Wärmetauscher mit Zulauf und Rücklaufanschluß am unteren Anschlußkasten; Fig. 1 a heat exchanger with inlet and return connection on the lower connection box;
Fig. 2 den oberen Anschlußkasten als Einzelteil; Fig. 2 the upper connection box as a single part;
Fig. 3 eine Ansicht gemäß Pfeil III in Fig 2;
10 Fig. 3 is a view according to arrow III in Fig. 2;
10
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig.2; Fig. 4 is a section along the line IV-IV in Fig. 2;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 2; Fig. 5 is a section along the line VV in Fig. 2;
Fig. 6 eine Ausführungsvariante des oberen Fig. 6 a variant of the upper
Anschlußkastens;junction box;
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6
und Fig. 7 a section along the line VII-VII in Fig. 6
and
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7. Fig. 8 is a section along the line VIII-VIII in Fig. 7.
In Fig. 1 ist ein als Heizkörper für ein Kraftfahrzeug konstruierter Wärmetauscher 10 dargestellt, der aus einem Rohr/Rippen-Block 11 einem unteren Anschlußkasten 12 und einem oberen Anschlußkasten 13 besteht. In einem Ausschnitt des Rohr/Rippen-Blockes 11 sind die Wärmetauscherrohre 14 dargestellt, deren Enden - wie später noch im einzelnen gezeigt wird - in Böden der Anschlußkästen 12 und 13 aufgenommen sind. Am unteren Anschlußkasten 12 ist ein Zulaufanschluß 15 und ein Rücklaufanschluß 16 angeformt, wobei diese Anschlüsse jeweils mit separaten Kammern innerhalb des Anschlußkastens 12 in Verbindung stehen. Fig. 1 shows a heat exchanger 10 designed as a radiator for a motor vehicle, which consists of a tube/fin block 11, a lower connection box 12 and an upper connection box 13. A section of the tube/fin block 11 shows the heat exchanger tubes 14, the ends of which - as will be shown in more detail later - are accommodated in the bottoms of the connection boxes 12 and 13. An inlet connection 15 and a return connection 16 are formed on the lower connection box 12, these connections each being connected to separate chambers within the connection box 12.
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Fig. 2 zeigt den oberen Anschlußkasten 13 als Einzelteil. Dieser obere Anschlußkasten besitzt eine Vielzahl von nach oben gerichteter Wölbungen 17 und zwischen diesen als eine Art Vertiefungen 18 nach unten gezogenen Wandteilen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstrecken sich diese Wölbungen 17 und Vertiefungen 18 lediglich über etwa 1/3 der Gesamttiefe des Anschlußkastens 13, so daß diese Wölbungen lediglich in dem Bereich vorhanden sind, der oberhalb der Enden derjenigen Wärmetauscherrohre liegt, durch welche das Kühlmittel zum unteren Anschlußkasten 12 zurückströmt und in den Rücklaufanschluß 16 geleitet wird. Fig. 2 shows the upper connection box 13 as an individual part. This upper connection box has a large number of upwardly directed bulges 17 and between these wall parts that extend downwards as a kind of depression 18. As can be seen from Fig. 3, these bulges 17 and depressions 18 only extend over about 1/3 of the total depth of the connection box 13, so that these bulges are only present in the area that lies above the ends of those heat exchanger tubes through which the coolant flows back to the lower connection box 12 and is guided into the return connection 16.
Die Darstellung in Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2, zusätzlich jedoch mit einem Teil des Wärmetauschers 10. Der Rohr/Rippen-Block 11 umfaßt drei - in Luftströmungsrichtung 20 gesehen - hintereinanderliegende Rohrreihen von Wärmetauscherrohren 14' und 14''. Die Enden der Wärmetauscherrohre 14' und 14'' münden in einem Rohrboden 21, auf dem der obere Anschlußkasten 13 flüssigkeitsdicht besfestigt ist. Der Anschlußkasten 13 besitzt auf der Seite, die über den Enden der Wärmetauscherrohre 14'' liegt, die Wölbungen 17, während auf der gegenüberliegenden Seite der Anschlußkasten 13 flacher ausgebildet ist. Auf der Außenseite besitzt der Anschlußkasten 13 einen angeformten Vorsprung 19, der zur Anlage und/oder Befestigung in einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Heizungsgehäuse dient.The illustration in Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 2, but additionally with a part of the heat exchanger 10. The tube/fin block 11 comprises three rows of heat exchanger tubes 14' and 14'', one behind the other, as seen in the direction of air flow 20. The ends of the heat exchanger tubes 14' and 14'' open into a tube plate 21, on which the upper connection box 13 is fastened in a liquid-tight manner. The connection box 13 has the curvatures 17 on the side that lies above the ends of the heat exchanger tubes 14'', while on the opposite side the connection box 13 is flatter. On the outside, the connection box 13 has a molded projection 19, which is used for installation and/or fastening in a heater housing (not shown in the drawing).
Mit 22 sind die Pfeile bezeichnet, die die Strömungsrichtung des Kühlmittels in den Wärmetauscherrohren 14' angeben. Gemäß den Pfeilen 23 wird das Kühlmittel im Anschlußkasten 13 umgelenkt und den Wärmetauscherrohren 14'' zugeführt, in welchen es entsprechend dem Pfeil 24 wieder dem unteren Wasserkasten und somit dem Rücklaufanschluß zugeleitet wird. Die Wärmetauscherrohre 14', in welchen das Kühlmittel gemäß den Pfeilen 22 geführt wird, bildenThe arrows that indicate the flow direction of the coolant in the heat exchanger tubes 14' are designated with 22. According to the arrows 23, the coolant is diverted in the connection box 13 and fed to the heat exchanger tubes 14'', in which it is fed back to the lower water tank and thus to the return connection according to the arrow 24. The heat exchanger tubes 14', in which the coolant is fed according to the arrows 22, form
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eine erste Gruppe von Wärmetauscherrohren, wohingegen die das Kühlmittel in Richtung des Pfeils 24 führenden Wärmetauscherrohre 14'' einer zweiten Gruppe zugeordnet sind. Da die Anzahl der Wärmetauscherrohre 14' der ersten Gruppe größer ist als diejenige der Wärmetauscherrohre 14'' der zweiten Gruppe, ist bei gleichem Querschnitt aller Rohre der Gesamtquerschnitt der ersten Gruppe größer als derjenige der zweiten Gruppe. Daraus ergibt sich eine größere Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren 14'' mit einer entsprechenden Sogwirkung, durch welche die Luft, die geneigt ist sich in den Wölbungen 17 des oberen Anschlußkastens 13 zu sammeln, mitgerissen und dem Rücklaufanschluß 16 zugeführt wird.a first group of heat exchanger tubes, whereas the heat exchanger tubes 14'' guiding the coolant in the direction of arrow 24 are assigned to a second group. Since the number of heat exchanger tubes 14' in the first group is greater than that of the heat exchanger tubes 14'' in the second group, the total cross-section of the first group is greater than that of the second group if all tubes have the same cross-section. This results in a higher flow speed in the tubes 14'' with a corresponding suction effect, by means of which the air, which tends to collect in the bulges 17 of the upper connection box 13, is entrained and fed to the return connection 16.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den oberen Anschlußkasten 13 entlang der Linie V-V in Fig. 2. Dieser Schnitt verläuft durch eine Vertiefung 18, hinter der die Kontur der Wölbung 17 sichtbar ist. Aus diser Darstellung wird deutlich, daß die Wandteile, die die Vertiefungen 18 bilden, in Richtung auf den Rohrboden 21 in Fig. 4 weit heruntergezogen sind, so daß ein seitliches Ausweichen der Luft aus der Richtung des Kühlmittel stromes vrmieden wird. Fig. 5 shows a section through the upper connection box 13 along the line VV in Fig. 2. This section runs through a recess 18, behind which the contour of the curvature 17 is visible. From this illustration it is clear that the wall parts which form the recesses 18 are drawn far down in the direction of the tube sheet 21 in Fig. 4, so that a lateral escape of the air from the direction of the coolant flow is avoided.
Die Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines oberen Anschlußkastens 33, der ebenso wie der Anschlußkasten 33 in Fig. 2, ohne Rohrboden und die übrigen Teile des Wärmetauschers dargestellt ist. Den Anschlußkasten 33 überragt eine Anlageleiste 34, die zur Abstützung des Wärmetauschers an einer Innenwand eines Gehäuses und gleichzeitig auch zur Abdichtung gegen Falschluft dient. Wie Fig. 7 zeigt, umfaßt der Wärmetauscher 10 einen Rohr/Rippen-Block 31 mit Wärmetauscherrohren 32 und 35, wobei die Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die jeweiligen Wärmetauscherrohre mit den Pfeilen 22 und 24 angegeben ist. Die Wärmetauscherrohre 32 und 35 sind mit ihren Enden in einem Rohrboden 21 gehalten, auf dem der obere Anschlußkasten 33 flüssigkeitsdicht befestigt ist. Die höchstgelegene Stelle des Strömungsweges des Kühlmittels wird durch eine Rinne 36 gebildet, die sich oberhalb des Endes der Wärmetauscherrohre 25 erstreckt. Fig. 6 shows an alternative embodiment of an upper connection box 33, which, like the connection box 33 in Fig. 2, is shown without a tube plate and the other parts of the heat exchanger. A support strip 34 projects above the connection box 33, which serves to support the heat exchanger on an inner wall of a housing and at the same time to seal against incoming air. As Fig. 7 shows, the heat exchanger 10 comprises a tube/fin block 31 with heat exchanger tubes 32 and 35, the direction of flow of the coolant through the respective heat exchanger tubes being indicated by the arrows 22 and 24. The heat exchanger tubes 32 and 35 are held by their ends in a tube plate 21, to which the upper connection box 33 is attached in a liquid-tight manner. The highest point of the flow path of the coolant is formed by a groove 36 which extends above the end of the heat exchanger tubes 25.
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Wie aus den Fig. 6 und 8 hervorgeht, besitzt der obere Anschlußkasten 33 im Bereich der Rinne 36 eine Wand 7, die eine Kammer 38 begrenzt, welche lediglich den Raum der Rinne 36 oberhalb eines einzigen Wärme-tauscherrohres 35 begrenzt. An der höchstgelegenen Stelle der Wand 37 sind - in Längsrichtung der Rinne 36 gesehen zu jeder Seite Öffnungen 39 vorhanden, durch die im Kühlmittel enthaltene Luft gezielt der Kammer 38 zugeleitet wird, von wo aus sie durch die Sogwirkung im Wärmetauscherrohr 35 abgezogen wird.As can be seen from Fig. 6 and 8, the upper connection box 33 has a wall 7 in the area of the channel 36, which delimits a chamber 38, which only delimits the space of the channel 36 above a single heat exchanger tube 35. At the highest point of the wall 37 - seen in the longitudinal direction of the channel 36 - there are openings 39 on each side, through which the air contained in the coolant is directed to the chamber 38, from where it is drawn off by the suction effect in the heat exchanger tube 35.
Claims (10)
ES/Ri/mo91-B-38
ES/Ri/mo
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