EP1580513A1 - Wärmetauscherrohr - Google Patents

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EP1580513A1
EP1580513A1 EP04101169A EP04101169A EP1580513A1 EP 1580513 A1 EP1580513 A1 EP 1580513A1 EP 04101169 A EP04101169 A EP 04101169A EP 04101169 A EP04101169 A EP 04101169A EP 1580513 A1 EP1580513 A1 EP 1580513A1
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EP
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heat exchanger
exchanger tube
tube
section
tank
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Withdrawn
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EP04101169A
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English (en)
French (fr)
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Frank Aust
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0243—Header boxes having a circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025—Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0282—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry of conduit ends, e.g. by using inserts or attachments for modifying the pattern of flow at the conduit inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • F28F9/182—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding the heat-exchange conduits having ends with a particular shape, e.g. deformed; the heat-exchange conduits or end plates having supplementary joining means, e.g. abutments

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, the at least one heat exchanger tube and an upstream end tank and a drain side end tank having are arranged opposite to each other and by means of at least one Heat exchanger tube are connected, wherein the heat exchanger tube at its respective insertion in associated receiving openings of the inlet or outgoing end tanks is inserted.
  • the heat exchanger is preferably in Motor vehicles z. B. used as a cooler, condenser and / or radiator.
  • the Heat exchanger tubes in particular at right angles cut to length heat exchanger tubes with its insertion so far into the inlet and outlet end tank protrude that with flows through the respective end tank with a medium, For example, a gas or a liquid generates a significant pressure drop becomes.
  • the heat exchanger tube projects with its insertion end in cross section in the respective end tank, in particular approximately to the middle of the respective end tank into it. As a result, an undisturbed flow of the medium through the high Resistance of the insertion end prevented. Due to the pressure drop must with a lower system efficiency can be expected, which is why a media pump with a must be designed according to higher power.
  • DE 43 09 360 A1 relates to a heating heat exchanger for motor vehicles an at least two-row bundle of parallel ribbed heat exchanger tubes, in particular of metal, and with at least one water tank, the one Tube bottom, in particular made of plastic.
  • the tube bottom are the Ends of the tubes at one end of the bundle in each case externally and internally in a press fit includes.
  • the insert is each as a acting on the flow behavior of the flowing medium in the pipe Element formed. At least a portion of all inserts are each as Throttle element formed.
  • the inserts are in the different tubes formed with different geometry such that the pressure loss of the flowing medium in the length range of the inserts a desired pressure drop distribution over the communicating with the water box Tube of the bundle is optimized, which is the flow through the individual tubes of the Bundles compared with a flow at the same geometry of Inserts changed.
  • the invention has for its object to provide an improved heat exchanger for To provide, in which the pressure drop by simple means considerably is reduced.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 1 with heat exchanger tubes 2.
  • the Heat exchanger 1 has an inlet-side end tank 3 and an outlet side End tank 4, which are arranged opposite to each other.
  • the respective heat exchanger tube 2 is with its respective Einsteckende 6 in associated receiving openings of the inlet and outlet side End tanks 3 and 4 inserted.
  • ribs 7 are arranged in a conventional manner.
  • One Medium is fed via an inlet connection 8 to the inlet-side end tank 3.
  • the supply of the medium is shown by the arrow 9.
  • the Heat exchanger tubes 2 enters the medium in the drain-side end tank 4.
  • the Arrow 11 represents the flow of the medium through a drain port 12.
  • the Inlet 8 is arranged above the outlet nozzle 12.
  • the heat exchanger tube 2 is a flat tube in the preferred embodiment, But also in any other geometric shape, for example, as a round tube or be designed as an oval tube.
  • the insertion ends 6 can, for example have widening for pressure drop reduction.
  • the receiving openings are to the design of the respective tube geometry and its insertion end customized.
  • the connection of the heat exchanger tube 2 with the inflow or drain-side end tank 3 and 4 is produced in a conventional manner. Preferably a solder joint is selected, but also adhesive or Welded joints are possible. Thus, the heat exchanger tube 2 is sufficient sealed to the respective end tank 3 and 4 respectively.
  • the heat exchanger tube 2 is made of AlMg. It is also possible that the heat exchanger tube made of other materials such. Copper, brass or Steel exists.
  • the end tanks 3 and 4 are made of plastic in a conventional manner or light metals and have common cross sections. By doing preferred embodiment, the end tanks 3 and 4 have a round Cross-section, but these also have a different cross-section can.
  • the end tanks 3 and 4 may have composite elements. For example, an embodiment with a metal end plate and a Plastic tank conceivable, but also an embodiment as a sawn pipe is possible. In addition, both the end plate and the end tank made of AlMg be prepared.
  • the heat exchanger tube 2 is at its respective insertion end 6 edited so that, for example, a pressure drop of the in the heat exchanger. 2 flowing medium is significantly reduced.
  • the heat exchanger tube 2 seen at its Einsteckenden 6 in cross-section in the manner of a Circular section designed cutout 13 on ( Figure 3).
  • the cutout 13 is in Cross section seen oval.
  • a pressure difference of the medium from the inlet pipe 8 to the outlet nozzle 12 is also significantly reduced. By the reduced Pressure drops can be used with correspondingly lower performance media pumps become.
  • the cutout 13 is not shown.
  • the cutout 13 is by means of punching or other conventional production methods such as. cut or made saw.
  • the cutout 13 is shown only on one side.
  • the cutout 13 is also on the hidden side of the Stuck 6 arranged. This results in a, based on the Transverse central axis X-X, on both sides of the insertion end 6 convex curvature of the Inserting 6, each in the direction of the opposite insertion end. 6 the same heat exchanger tube 2 is oriented.
  • the spigot 6 is pointed configured transitions 14 of the two convex curvatures.
  • the transitions 14 can of course be dulled.
  • the heat exchanger 1 can be both vertical and horizontal or to be flowed through in a U-shape.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der zumindest ein Wärmetauscherrohr (2) und einen zulaufseitigen Endtank (3) sowie einen ablaufseitigen Endtank (4) aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und mittels des zumindest einen Wärmetauscherrohres (2) verbunden sind. Das Wärmetauscherrohr (2) ist an seinem jeweiligen Einsteckende (6) in zugeordneten Aufnahmeöffnungen des zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtanks (3 bzw. 4) eingesteckt. Das Wärmetauscherrohr (1) weist an seinen Einsteckenden (6) im Querschnitt gesehen einen in der Art eines Kreisabschnittes ausgestalteten Ausschnitt (13) auf. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der zumindest ein Wärmetauscherrohr und einen zulaufseitigen Endtank sowie einen ablaufseitigen Endtank aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und mittels des zumindest einen Wärmetauscherrohres verbunden sind, wobei das Wärmetauscherrohr an seinem jeweiligen Einsteckende in zugeordneten Aufnahmeöffnungen des zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtanks eingesteckt ist.
Derartige Wärmetauscher sind bekannt. Der Wärmetauscher wird vorzugsweise in Kraftfahrzeugen z. B. als Kühler, Kondensator und/oder Heizkörper eingesetzt.
Als ein Hauptnachteil der bekannten Wärmetauscher ist anzusehen, daß die Wärmetauscherrohre, insbesondere rechtwinklig abgelängte Wärmetauscherrohre mit ihrem Einsteckende derart weit in den zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtank hineinragen, daß bei Durchströmungen des jeweiligen Endtanks mit einem Medium, beispielsweise einem Gas oder einer Flüssigkeit ein erheblicher Druckabfall erzeugt wird. Das Wärmetauscherrohr ragt mit seinem Einsteckende im Querschnitt gesehen in den jeweiligen Endtank, insbesondere etwa bis zur Mitte des jeweiligen Endtanks hinein. Hierdurch wird ein ungestörtes fließen des Mediums durch den hohen Widerstand des Einsteckendes verhindert. Aufgrund des Druckabfalls muß mit einer geringeren Systemeffizient gerechnet werden, weshalb eine Medienpumpe mit einer entsprechend höheren Leistung ausgelegt werden muß.
Die DE 43 09 360 A1 betrifft einen Heizungswärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit einem mindestens zweireihigen Bündel paralleler verrippter Wärmetauscherrohre, insbesondere aus Metall, sowie mit mindestens einem Wasserkasten, der einen Rohrboden, insbesondere aus Kunststoff aufweist. An dem Rohrboden sind die Enden der Rohre an einem Ende des Bündels jeweils außen und innen im Preßsitz umfaßt. In den freien Querschnitt des in den Rohrboden ragenden Endes des jeweiligen Rohres ragt jeweils ein Einsatzstück. Das Einsatzstück ist jeweils als ein auf das Strömungsverhalten des strömenden Mediums im Rohr einwirkendes Element ausgebildet. Mindestens ein Teil aller Einsatzstücke ist jeweils als Drosselelement ausgebildet. In demselben Wasserkasten sind die Einsatzstücke in den verschiedenen Rohren derart mit unterschiedlicher Geometrie ausgebildet, daß der Druckverlust des strömenden Mediums im Längenbereich der Einsatzstücke auf eine Soll-Druckverlustverteilung über die mit dem Wasserkasten kommunizierenden Rohre des Bündels optimiert ist, welche die Durchströmung der einzelnen Rohre des Bündels im Vergleich mit einer Durchströmung bei gleicher Geometrie der Einsatzstücke verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen, bei dem der Druckabfall mit einfachen Mitteln erheblich reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Wärmetauscherrohr an seinen Einsteckenden im Querschnitt gesehen einen in der Art eines Kreisabschnittes ausgestalteten Ausschnitt aufweist.
Aufgrund der kreisabschnittartigen Ausgestaltung der Einsteckenden verringert sich eine Einstecktiefe des Wärmetauscherrohres in den jeweiligen Endtank erheblich. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß die Widerstände der Einsteckenden auf das strömende Medium entsprechend reduziert sind, wodurch der Druckabfall erheblich verringert wird.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Einsteckenden im Querschnitt gesehen oval ausgestaltet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Frontansicht auf einen Wärmetauscher,
  • Fig. 2 ein einzelnes Wärmetauscherrohr zwischen zwei Endtanks,
  • Fig. 3 einen Querschnitt als Vergrößerung durch einen Endtank.
    • In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
    Figur 1 zeigt einen Wärmetauscher 1 mit Wärmetauscherrohren 2. Der Wärmetauscher 1 weist einen zulaufseitigen Endtank 3 und einen ablaufseitigen Endtank 4 auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Mittels der parallel verlaufenden Wärmetauscherrohre 2 sind die beiden Endtanks 3 bzw. 4 miteinander verbunden. Das jeweilige Wärmetauscherrohr 2 ist mit seinem jeweiligen Einsteckende 6 in zugeordnete Aufnahmeöffnungen des zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtanks 3 bzw. 4 eingesteckt.
    An den Wärmetauscherrohren 2 sind Rippen 7 in üblicher Weise angeordnet. Ein Medium wird über einen Eingangsstutzen 8 dem zulaufseitigen Endtank 3 zugeleitet. Die Zuführung des Mediums ist mittels des Pfeils 9 dargestellt. Durch die Wärmetauscherrohre 2 gelangt das Medium in den ablaufseitigen Endtank 4. Der Pfeil 11 stellt den Ablauf des Mediums durch einen Ablaufstutzen 12 dar. Der Einlaufstutzen 8 ist oberhalb des Ablaufstutzens 12 angeordnet.
    Die an dem dargestellten Wärmetauscher 1 angeordneten Wärmetauscherrohre 2 sind für die jeweils zugeordneten Endtanks 3 bzw. 4 identisch ausgeführt (Figur 2), weswegen nachfolgend lediglich eines beschrieben wird.
    Das Wärmetauscherrohr 2 ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Flachrohr, kann aber auch in jeder anderen geometrischen Form beispielsweise als Rundrohr oder als ovales Rohr ausgestaltet sein. Die Einsteckenden 6 können beispielsweise zur Druckabfallverringerung Aufweitungen aufweisen. Die Aufnahmeöffnungen sind an die Ausgestaltung der jeweiligen Rohrgeometrie und deren Einsteckende angepaßt. Die Verbindung des Wärmetauscherrohrs 2 mit dem zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtank 3 bzw. 4 wird in herkömmlicher Art hergestellt. Vorzugsweise wird eine Lötverbindung gewählt, wobei aber auch Klebe- oder Schweißverbindungen möglich sind. Damit ist das Wärmetauscherrohr 2 genügend zum jeweiligen Endtank 3 bzw. 4 abgedichtet.
    Üblicherweise besteht das Wärmetauscherrohr 2 aus AlMg. Möglich ist aber auch, daß das Wärmetauscherrohr aus anderen Materialien wie z.b. Kupfer, Messing oder Stahl besteht. Die Endtanks 3 bzw. 4 sind in herkömmlicher Weise aus Kunststoff oder Leichtmetallen gebildet und weisen übliche Querschnitte auf. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Endtanks 3 bzw. 4 einen runden Querschnitt auf, wobei diese jedoch auch einen anderen Querschnitt aufweisen können. Die Endtanks 3 bzw. 4 können zusammengesetzte Elemente aufweisen. Beispielsweise ist eine Ausführung mit einer metallenen Endplatte und einem Kunststofftank denkbar, wobei aber auch eine Ausgestaltung als gesägtes Rohr möglich ist. Zudem können sowohl die Endplatte als auch der Endtank aus AlMg hergestellt sein.
    Vorteilhafterweise ist das Wärmetauscherrohr 2 an seinem jeweiligen Einsteckende 6 derart bearbeitet, daß beispielsweise ein Druckabfall des in dem Wärmetauscher 2 fließenden Mediums erheblich reduziert wird. Hierzu weist das Wärmetauscherrohr 2 an seinen Einsteckenden 6 im Querschnitt gesehen einen in der Art eines Kreisabschnittes ausgestalteten Ausschnitt 13 auf (Figur 3). Der Ausschnitt 13 ist im Querschnitt gesehen oval. Wie der nicht maßstabsgetreuen Figur 3 zu entnehmen ist, endet das Wärmetauscherrohr 2 mit seinem Einsteckende 6 weit vor einer Quermittelachse X-X des zugeordneten Endtanks 4. Hierdurch werden Turbulenzen des das Einsteckende 6 umströmenden Mediums erheblich verringert, wobei ein lichter Fließquerschnitt für das Medium innerhalb des Endtanks 4 besonders wenig beeinträchtigt wird. Ein Druckunterschied des Mediums von dem Einlaufstutzen 8 zum Auslaufstutzen 12 wird ebenfalls deutlich reduziert. Durch den verringerten Druckabfall können Medienpumpen mit entsprechend geringerer Leistung eingesetzt werden.
    In den Figuren 1 und 2 ist der Ausschnitt 13 nicht dargestellt. Der Ausschnitt 13 wird mittels stanzen oder anderen üblichen Herstellungsverfahren wie z.b. schneiden oder sägen hergestellt. In Figur 3 ist der Ausschnitt 13 lediglich einseitig dargestellt. Selbstverständlich ist der Ausschnitt 13 auch an der verdeckten Seite des Einsteckendes 6 angeordnet. Es ergibt sich somit eine, bezogen auf die Quermittelachse X-X, beidseitig des Einsteckendes 6 konvexe Wölbung des Einsteckendes 6, die jeweils in Richtung zum gegenüberliegenden Einsteckende 6 desselben Wärmetauscherrohres 2 orientiert ist. Das Einsteckende 6 weist spitz ausgestaltete Übergänge 14 der beiden konvexen Wölbungen auf. Die Übergänge 14 können selbstverständlich auch abgestumpft sein. In dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Übergänge 14 entlang der Quermittelachse X-X um einen Wärmetauscherrohrdurchmesser beabstandet angeordnet.
    Der Wärmetauscher 1 kann selbstverständlich sowohl vertikal als auch horizontal oder in einer U-Form durchströmt werden.

    Claims (3)

    1. Wärmetauscher, der zumindest ein Wärmetauscherrohr (2) und einen zulaufseitigen Endtank (3) sowie einen ablaufseitigen Endtank (4) aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und mittels des zumindest einen Wärmetauscherrohres (2) verbunden sind, wobei das Wärmetauscherrohr (2) an seinem jeweiligen Einsteckende (6) in zugeordneten Aufnahmeöffnungen des zulauf- bzw. ablaufseitigen Endtanks (3 bzw. 4) eingesteckt ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Wärmetauscherrohr (1) an seinen Einsteckenden (6) im Querschnitt gesehen einen in der Art eines Kreisabschnittes ausgestalteten Ausschnitt (13) aufweist.
    2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Wärmetauscherrohre (1) an seinen Einsteckenden (6) im Querschnitt gesehen einen ovalen Ausschnitt (13) aufweist.
    3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Einsteckende (6) eine, bezogen auf eine Quermittelachse (X-X), konvexe Wölbung aufweist, die in Richtung zum gegenüberliegenden Einsteckende (6) gerichtet ist.
    EP04101169A 2004-03-22 2004-03-22 Wärmetauscherrohr Withdrawn EP1580513A1 (de)

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