EP1666827A2

EP1666827A2 - Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: EP1666827A2
Application number: EP05026043A
Authority: EP
Inventors: Jens Nies
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2004-12-04
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-06-07
Also published as: DE102004058499A1; EP1666827A3; US20060131009A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Kühlflüssigkeitskühler, mit wenigstens einem Sammelkasten (1), in dem wenigstens eine Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) münden, wobei die Flachrohre (2) durch wenigstens einen Längstrennsteg (23) in gegensinnig durchströmte Kanäle (24, 25) aufgeteilt sind, wobei der Längstrennsteg (23) vor den verschlossenen anderen Enden (22) der Flachrohre (2) endet oder unterbrochen ist, wodurch die Strömungsverbindung zwischen den Kanälen (24, 25) hergestellt ist, und mit wenigstens einer Trennwand (11) im Sammelkasten (1), um die Eintrittsseite (12) von der Austrittsseite (13) zu trennen, sowie mit zwischen den Flachrohren (2) angeordneten Wärmeübertragerkörpern (3), die von einem außerhalb der Flachrohre (2) strömenden Mittel durchströmt sind. Erfindungsgemäß ist in einem ersten Vorschlag vorgesehen, dass am anderen Ende (22) der Flachrohre (2) wenigstens ein Ausschnitt (25) in der Wand (26) der Flachrohre (2) vorhanden ist, der mit einem Verschlussstück (10, 10') verschlossen ist. Ein zweiter Vorschlag sieht erfindungsgemäß vor, dass eine erste Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) an einer Seite (1.1) des Sammelkastens (1) angeschlossen ist und wenigstens eine zweite Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) an einer anderen Seite (1.2) des Sammelkastens (1) angeschlossen ist. Es werden fertigungstechnische und anwendungsseitige Vorteile erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5 besitzt.
In der DE 34 40 489 C2 wird ein Kühler für die Kühlanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges gezeigt und beschrieben, der die Merkmale des Oberbegriffes besitzt. Der bekannte Kühler besitzt als vorteilhafte Ausbildung einen durch eine Trennwand in zwei Teile geteilten Sammelkasten, in dem eine Reihe von Flachrohren mit ihrem einen Ende mündet, wobei die Flachrohre durch einen Längstrennsteg in gegensinnig durchströmte Kanäle aufgeteilt sind. Der Längstrennsteg endet vor dem verschlossenen anderen Ende der Flachrohre. Dadurch wird die Strömungsverbindung zwischen den Kanälen in den Flachrohren hergestellt, da das Strömungsmittel dort in den benachbarten Kanal gelangen und mit entgegengesetzter Strömungsrichtung darin zum anderen Teil des Sammelkastens zurückströmen kann. Diese Gestaltung lässt vorteilhafte Weiterbildungen des Wärmeübertragers zu, die in dem Dokument jedoch nicht vorhanden sind. Der Längstrennsteg ist dort als ein eingefügter Stab ausgebildet oder als Sicke in der Wand der Flachrohre, die am anderen Ende der Flachrohre ein Stück weit eingeebnet wurde. Sowohl der einzufügende Stab als auch das einzuebnende Stück der Sicke stellen sich als Hindernis für einen kostengünstigen Fertigungsablauf dar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, aufbauend auf den genannten Stand der Technik, fertigungstechnische Vorteile und / oder die Einsetzbarkeit solcher Wärmeübertrager erweiternde Vorteile zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich sowohl durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 als auch durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5. Der Anspruch 1 stellt in erster Linie fertigungstechnische Vorteile bereit, weil der Verschluss der Enden der Flachrohre einfacher hergestellt werden kann. Das Herstellen der Ausschnitte ist einfacher als die Einebnung der Sicke, die beim Stand der Technik vorgenommen wird. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Flachrohre extrem flach sind, wie es beispielsweise bei Kühlmittelkühlern des Kraftfahrzeugmotors vorgesehen wird. (lichte Weite 1 mm oder weniger) Die Herstellung der Ausschnitte kann z. B. gleichzeitig mit dem Ablängen bzw. Abschneiden von endlos hergestellten Flachrohren erfolgen.
Der Anspruch 5 fügt diesen Vorteilen noch die Erweiterung der Einsetzbarkeit des Wärmeübertragers hinzu. Der im Anspruch 5 angesprochene Verschluss des anderen Endes der Flachrohre kann jedoch auch einfach dadurch hergestellt werden, dass die Enden umgelegt, breitgequetscht und später dichtgelötet werden. Der Anspruch 7 sieht vor, dass die Flachrohre unterschiedliche Länge aufweisen sollen. Das bedeutet, dass mit ganz einfachen Mitteln Wärmeübertrager zur Verfügung gestellt werden, deren Frontfläche eine vom üblichen Rechteck oder Quadrat abweichende Gestaltung aufweist. So kann eine solche Gestaltung der Frontfläche realisiert werden, die exakt an die beispielsweise runde oder bogenartige Form der Öffnung in einer Lüfterhaube angepasst ist. Mit diesem Vorschlag lassen sich - allgemeiner gesprochen - Wärmeübertrager zur Verfügung stellen, die auch besser, d. h. einfacher, an das Raumangebot, beispielsweise im Kraftfahrzeug, angepasst werden können. Der Wärmeübertrager weist wenigstens zwei Reihen von Flachrohren auf, wobei eine Reihe an einer Seite oder Abteilung des Sammelkastens angeschlossen ist und eine zweite Reihe an einer anderen Seite oder Abteilung des Sammelkastens angeschlossen ist. Alle Flachrohre aller Reihen werden im Gegenstrom durchströmt.
Die Flachrohre können extrudierte Mehrkammerrohre sein.
Die Flachrohre können jedoch auch als aus einem endlosen Blechband hergestellte, d. h. geformte und gelötete oder geschweißte, Flachrohre mit einem Längstrennsteg ausgebildet sein. Der Längstrennsteg wird vorzugsweise dadurch gebildet, dass die Längsränder des Blechbandes den Längstrennsteg bilden. Beide Längsränder berühren sich etwa in der Mitte des Flachrohres und bilden dort den Längstrennsteg.
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager verspricht darüber hinaus eine sehr gute Wärmetauscheffizienz, weil der Wärmetausch nach dem sogenannten Kreuzgegenstromprinzip vorgesehen ist. Beispielsweise die Kühlflüssigkeit strömt innerhalb der Flachrohre in einem Kanal hin und in einem parallelen Kanal der Flachrohre im Gegenstrom wieder zurück und Kühlluft strömt quer zu den Flachrohren zwischen denselben und durch Wärmetauschkörper (Wellrippen) hindurch.
Es ist wenigstens ein Sammelkasten vorhanden, der wenigstens eine Trennwand aufweist, die diesen Sammelkasten in einen Eintrittsteil und in einen Austrittsteil aufteilt. Weil der erfindungsgemäße Wärmeübertrager "wenigstens einen" Sammelkasten aufweist, sollen darunter beispielsweise auch zwei direkt anliegende oder verbundene Sammelkästen zu verstehen sein, wobei ein Eintrittskasten und ein Austrittskasten vorhanden sind. Gleiches trifft auf die wenigstens eine Trennwand im Sammelkasten zu, womit zum Ausdruck gebracht ist, dass auch mehr als eine Trennwand vorhanden sein können. Gleiches gilt für die Flachrohre, in denen auch mehrere Kanäle je Strömungsrichtung bzw. mehrere Längstrennwände vorhanden sein können.
Weitere Merkmale sind in den Patentansprüchen enthalten.
Die Erfindung wird im Folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung und die Zeichnungen enthalten weitere Merkmale, die vorteilhafte Wirkungen nach sich ziehen, die sich später möglicherweise als besonders bedeutsam herausstellen können.
Die Figuren zeigen Folgendes:

Fig. 1: Perspektivischer Blick auf einen Wärmeübertrager mit einer Reihe von Flachrohren;
Fig. 2: Perspektivischer Blick auf einen Wärmeübertrager mit zwei Reihen von Flachrohren;
Fig. 3: Eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführung;
Fig. 4: Perspektivischer Blick auf einige Flachrohrenden mit Verschlussstück;
Fig. 5 - 8: Verschiedene Ausbildungen der Flachrohre und Flachrohrenden mit Verschluss;

Die Abbildungen beziehen sich auf verschiedene Ausführungen von luftgekühlten Kühlflüssigkeitskühlern, die komplett aus Aluminium hergestellt werden, ohne dadurch die Einsetzbarkeit der Wärmeübertrager auf den genannten Zweck zu begrenzen. Die Kühlflüssigkeit strömt gemäß den in der Fig. 1 eingezeichneten Pfeilen durch die Flachrohre 2 und die Kühlluft strömt quer dazu durch Wärmeübertragerkörper 3 (Wellrippen) hindurch, die zwischen den Flachrohren 2 angeordnet und damit wärmeleitend verbunden sind. Die Wellrippen 3 wurden in der Fig. 1 nicht gezeigt, sie sind dafür in der Fig. 4 angedeutet worden. Der Wärmeübertrager gemäß Fig. 1 besitzt einen Sammelkasten 1, in dem sich eine Trennwand 11 befindet, die durch eine gestrichelte Linie erkennbar ist. Die Trennwand 11 trennt den Sammelkasten 1 in eine Eintrittseite 12 und eine Austrittsseite 13. An der Eintrittsseite 11 befindet sich demnach ein Einlass 31 und an der Austrittsseite folglich ein Auslass 32, die am Sammelkasten 1 angeordnet wurden. Es ist in der Fig. 1 eine einzige Reihe von Flachrohren 2 mit Wellrippen 3 vorgesehen worden. Die Flachrohre 2 sind mit ihren einen Enden 21 fest und dicht mit dem Sammelkasten 1 derart verbunden, dass die Kühlflüssigkeit wie beschrieben strömen kann. Sämtliche Flachrohre 2 besitzen einen Längstrennsteg 23, der die Flachrohre 2 in zwei gegensinnig durchströmte Kanäle 24 und 25 aufteilt. In der Fig. 1 wurden hierzu gestrichelte Linien lediglich im ersten Flachrohr 2 eingezeichnet. Die Position der Trennwand 11 im Sammelkasten 1 ist auf die Position des Längstrennsteges 23 derart abgestimmt, dass sich die gegensinnige Durchströmung einstellt. Dazu sind die anderen Enden 22 der Flachrohre 2 entsprechend ausgebildet. Die Ausbildung der Enden 22 kann beispielsweise so erfolgen, wie es in den Fig. 4 - 8 gezeigt wurde. Kennzeichnend und den verschiedenen Darstellungen gemeinsam ist, dass ein Ausschnitt 30 in der Wand 26 der Flachrohre 2 vorhanden ist, der mittels eines Verschlussstückes 10 abgedichtet wurde. Durch den Ausschnitt 30 wurde auch der Längstrennsteg 23 im Bereich des Ausschnittes 30 entfernt, sodass die Kühlflüssigkeit von dem einen Kanal 24 in den anderen Kanal 25 gelangen kann. In der Fig. 4 wurde der Ausschnitt 30 mit halbrunder Form in beiden Breitwänden 26, 27 der Flachrohre 2 ausgeführt. Ferner wurde dort ein einziges Verschlussstück 10 für sämtliche Flachrohrenden 22 vorgesehen. Das Verschlussstück 10 wurde dort, grob gesagt, als ein einziger verformter Blechstreifen ausgebildet, dessen Breite derjenigen der Flachrohre 2 entspricht. Der Blechstreifen besitzt eine entsprechende Vielzahl von Abkantungen, die vom Maß her den Abständen der einzelnen Flachrohre 2 und der Tiefe der Ausschnitte 30 entsprechen. Der Blechstreifen besitzt somit eine mäanderartige Gestalt. Er kann zusätzlich mit zu den Flachrohrenden 22 gerichteten Einprägungen versehen werden, wobei jede Einprägung in das Ende 22 eines Flachrohres passt, um dort die Dichtheit der Verbindung zu verbessern. (nicht gezeigt)
Im in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde stets nur eine Breitseite 26 der Flachrohrenden 22 mit einem Ausschnitt 30 versehen. Die Flachrohre 2 sind so angeordnet, dass sich immer zwei Ausschnitte 30 gegenüberliegen, die dann mit einem etwa u-förmigen Verschlussstück 10', das jeweils in den Abstand zwischen zwei Flachrohrenden 22 einzufügen ist, verschlossen werden können. Die Ausschnitte 30 sind dort so ausgeführt, dass in der Breitseite 26, die den Ausschnitt 30 besitzt, ganz am Ende 22 der Flachrohre 2 noch ein Steg erhalten bleibt.
In den Fig. 6, 7 und 8 wurden beide Breitseiten 26 jedes Flachrohres 2 ausgeschnitten und jedem Flachrohrende 22 wurde ein eigenes Verschlussstück 10' zugeordnet, welches entsprechend umgeformt ist.
Die Fig. 8 zeigt das Ende 22 eines Mehrkammerflachrohres. Solche Flachrohre 2 werden vorzugsweise durch Extrusionsverfahren hergestellt. In der Fig. 8 ist der Ausschnitt 30 etwa dreieckig. Auch dort wurde ein Steg am Ende 22 stehen gelassen.
In den Fig. 2 und 3 wurden nun zwei Wärmeübertrager dargestellt, deren Flachrohre 2 und Flachrohrenden 22 wie beschrieben ausgebildet sind. Hinsichtlich der Gestaltung der Flachrohrenden 22 könnte jedoch auch eine andere Ausführung vorgesehen werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Wärmeübertrager die darin übereinstimmen, dass zwei Reihen von Flachrohren 2 vorhanden sind, die an gegenüberliegenden Seiten 1.1 und 1.2 des Sammelkastens 1 mit ihren einen Enden 21 angeschlossen sind, und zwar so, dass sich die eingezeichnete und schon beschriebene Durchströmung des Wärmeübertragers einstellt, denn im Sammelkasten 1 befindet sich ebenfalls eine Trennwand 11. Die Rohrlängen L wachsen in beiden Reihen kontinuierlich an, und zwar so, dass in zwei diagonal gegenüberliegenden Eckbereichen des Wärmeübertragers einmal die längsten Flachrohre 2 vorgesehen sind und in den anderen zwei Eckbereichen die kürzesten Flachrohre 2 vorhanden sind, wie beide Figuren zeigen.
Es soll jedoch darauf aufmerksam gemacht werden, dass dies lediglich Ausführungsbeispiele sind, welche zeigen sollen, dass verschiedene Formgebungen des Wärmeübertragers durch die einfache Maßnahme des Vorsehens unterschiedlicher Rohrlängen L möglich sind. Nicht gezeigte Ausführungen besitzen deshalb eine Formgebung des Wärmeübertragers, die sich deutlich von den Figuren 2 bzw. 3 unterscheidet. Es kommt dabei auch nicht auf das kontinuierliche Anwachsen oder Verkürzen der Rohrlängen an, womit gesagt sein soll, dass einige Rohre einer Reihe länger werden und sich in derselben Reihe wieder verkürzen können, wobei das Maß des Anwachsens bzw. des Verkürzens von Rohr zu Rohr nicht - wie in Fig. 2 und 3 gezeigt - identisch sein muss.
Der Unterschied zwischen der Fig. 2 und der Fig. 3 besteht nun darin, dass in der Fig. 2 ein Sammelkasten 1 mit etwa dreieckigem Querschnitt eingesetzt wurde, sodass die beiden Reihen aus Flachrohren 2 und Wärmeübertragerkörpern 3 in einem entsprechenden Winkel zueinander stehen. Dies führt ebenfalls zu einer besseren Ausnutzung des Raumangebotes unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeuges. In der Fig. 3 liegen im Gegensatz dazu beide Reihen in einer gemeinsamen Ebene.

Claims

Wärmeübertrager, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Kühlflüssigkeitskühler, mit wenigstens einem Sammelkasten (1), in dem wenigstens eine Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) münden, wobei die Flachrohre (2) durch wenigstens einen Längstrennsteg (23) in gegensinnig durchströmte Kanäle (24, 25) aufgeteilt sind, wobei der Längstrennsteg (23) vor den verschlossenen anderen Enden (22) der Flachrohre (2) endet oder unterbrochen ist, wodurch die Strömungsverbindung zwischen den Kanälen (24, 25) hergestellt ist, und mit wenigstens einer Trennwand (11) im Sammelkasten (1), um die Eintrittsseite (12) von der Austrittsseite (13) zu trennen, sowie mit zwischen den Flachrohren (2) angeordneten Wärmeübertragerkörpern (3), die von einem außerhalb der Flachrohre (2) strömenden Mittel durchströmt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass am anderen Ende (22) der Flachrohre (2) wenigstens ein Ausschnitt (25) in der Wand (26) der Flachrohre (2) vorhanden ist, der mit einem Verschlussstück (10, 10') verschlossen ist.
Wärmeübertrager, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Verschlussstück (10) für sämtliche oder für eine Vielzahl von Flachrohrenden (22) vorgesehen ist.
Wärmeübetrager, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verschlussstücke (10') vorgesehen sind, beispielsweise für jedes Flachrohrende (22) ein Verschlussstück oder für zwei Flachrohrenden (22) ein gemeinsames Verschlussstück (10').
Wärmeübertrager, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschnitt (25) in beiden Breitwänden (27, 28) eines jeden Flachrohres (2) oder nur in einer der Breitseiten (27 oder 28) eines jeden Flachrohres (2) angeordnet ist.
Wärmeübertrager, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Kühlflüssigkeitskühler, mit wenigstens einem Sammelkasten (1), in dem wenigstens eine Reihe von Flachrohren (2) mit ihrem einen Ende (21) mündet, wobei die Flachrohre (2) durch wenigstens einen Längstrennsteg (23) in gegensinnig durchströmte Kanäle (24, 25) aufgeteilt sind, wobei der Längstrennsteg (23) vor dem verschlossenen anderen Ende (22) der Flachrohre (2) endet oder unterbrochen ist, wodurch die Strömungsverbindung zwischen den Kanälen (24, 25) hergestellt ist, und mit wenigstens einer Trennwand (11) im Sammelkasten (1), um die Eintrittsseite (12) von der Austrittsseite (13) zu trennen, sowie mit zwischen den Flachrohren (2) angeordneten Wärmeübertragerkörpern (3), die von einem außerhalb der Flachrohre (2) strömenden Mittel durchströmt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) an einer Seite (1.1) des Sammelkastens (1) angeschlossen ist und wenigstens eine zweite Reihe von Flachrohren (2) mit ihren einen Enden (21) an einer anderen Seite (1.2) des Sammelkastens (1) angeschlossen ist.
Wärmeübertrager, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Reihe von Flachrohren (2) in einer gemeinsamen Ebene liegen oder mit einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Wärmeübertrager, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (2) unterschiedliche Rohrlängen (L) aufweisen.
Wärmeübertrager, nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrlängen (L) in beiden Reihen gleich oder unterschiedlich sind.
Wärmeübertrager, nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Reihen von Flachrohren eine Durchströmung der Flachrohre in entgegengesetzter Richtung stattfindet.