EP1764571B1 - Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper, für eine Klimaanlage - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper, für eine Klimaanlage Download PDF

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EP1764571B1
EP1764571B1 EP06015635.3A EP06015635A EP1764571B1 EP 1764571 B1 EP1764571 B1 EP 1764571B1 EP 06015635 A EP06015635 A EP 06015635A EP 1764571 B1 EP1764571 B1 EP 1764571B1
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Matthias Dipl.-Ing. Traub
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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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
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples
    • 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
    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits

Definitions

  • the invention relates to a radiator for an air conditioner with flat tubes, which are flowed through in a direction of coolant and between which Heilieit stylesen are arranged, which are flowed around by air or other medium.
  • a heat exchanger for motor vehicles which comprises a plurality of flat tubes, which are traversed by a liquid cooling medium. Between the flat tubes are arranged by ambient air or other media acted upon corrugated fins, wherein the flat tubes have on at least one of its flat sides inwardly directed indentations.
  • Conventional heat exchangers, in particular radiators, for air conditioning systems are usually equipped with deflections, so that they are flowed through several times.
  • some investment concepts which, for example, have a coolant inlet arranged at the bottom and a coolant outlet arranged at the top, simply through-flow heat exchangers are to be preferred, since due to the simple flow through a natural stratification occurs.
  • the present invention provides a compromise between the requirement for high heat output and the goal of keeping the coolant side pressure drop as small as possible.
  • the relatively large inner diameter of the pipe leads to a relatively small pressure drop on the coolant side, but also to lower heat output.
  • this disadvantage can be overcome by the partial imprints, which are also referred to as winglets.
  • the indentations improve the heat transfer on the coolant side, whereby the coolant-side pressure drop does not rise or only moderately increases with a suitable geometry of the impressions.
  • a radiator according to the invention is characterized in that the indentations have a depth of 0.1 to 0.4 mm. These values have proven to be particularly advantageous in the context of the present invention.
  • An inventive radiator is characterized in that the flat tubes have a clear inner tube width of 1.3 to 1.5 mm. Preferably, the flat tubes have a clear tube width of 1.38 mm. In this case, customary manufacturing tolerances must be taken into account.
  • An inventive radiator is characterized in that the indentations are formed by elongated depressions, which are provided on each flat side of the flat tubes.
  • An alternative radiator according to the invention is also characterized in that the indentations are formed by elongated recesses which are respectively provided on both flat sides of the flat tubes.
  • a radiator according to the invention is also characterized in that impressions are also formed in the shape of a knob.
  • impressions are also formed in the shape of a knob.
  • FIG. 1 a heat exchanger 1 is shown in plan view.
  • the heat exchanger 1 is a radiator of an air conditioning system of a motor vehicle.
  • the heat exchanger 1 comprises a lower collection box 4, which is equipped with an inlet connection 5, through which, as indicated by an arrow 6, coolant enters the heat exchanger 1.
  • the heat exchanger 1 has an upper collecting box 7, which is equipped with an outlet nozzle 8, through which, as indicated by an arrow 10, the coolant exits the heat exchanger 1.
  • the two header boxes 4, 7 are connected by a plurality of flat tubes, which are simply flowed through in the direction of an arrow 14 by the coolant. Between each two flat tubes, a gap is provided in which an air guide, in particular a corrugated fin is arranged.
  • the louvers between the flat tubes are perpendicular to the plane of the FIG. 1 flows through a medium, in particular of ambient air.
  • FIG. 2 is a portion of a flat tube 20 of the in FIG. 1 shown heat exchanger shown in perspective.
  • the flat tube 20 has in the Center on a longitudinal bead 22, which serves to give the flat tube 20 a greater rigidity. Because of the bead 22, the flat tube 20 is also referred to as a bead tube.
  • the flat tube 20 comprises an upper flat side 24 and a lower flat side 25.
  • the two flat sides 24, 25 are provided with a plurality of elongated depressions 26 to 29.
  • flat tubes with the outside dimensions 26.0 ⁇ 1.9 ⁇ 0.26 mm 3 are mainly used. These flat tubes have a clear inner tube width of 1.38 mm. The height of the impressions is in the range of 0.1 to 0.4 mm. Due to the height of the indentations, the heat transfer on the coolant side can be varied until a desired performance result is achieved.
  • FIG. 3 nine different rectangular sections are shown, each representing an embodiment of a flat tube in plan view. Solid lines show various impressions in the visible flat side of the respective flat tube. With dashed lines indentations in the underlying flat side of the respective flat tube are indicated.
  • the flat tube 31 includes a plurality of indentations 41, 42, which are each arranged in pairs V-shaped to each other. In the invisible flat side of the flat tube 31 also impressions 44, 45 are formed, which complement with the indentations 41, 42 to a rhombus.
  • the flat tubes 32 and 33 show further V-shaped or diamond-shaped arrangements of oblong indentations.
  • the flat tubes 34 and 36 show X-shaped arrangements of impressions with the two flat sides of the respective flat tube.
  • the flat tube 35 in turn has V-shaped impressions.
  • the flat tube 37 is formed identically to the flat tube 31.
  • the flat tubes 38 and 39 according to the invention, in addition to elongated impressions or depressions, as shown in FIGS. 31 and 37, also have knob-like embossments 51 to 54.
  • the flat tubes 31 to 39 are each flowed through from bottom to top.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für eine Klimaanlage mit Flachrohren, die in einer Richtung von Kühlmittel durchströmt werden und zwischen denen Luftieiteinrichtungen angeordnet sind, die von Luft oder einem anderen Medium umströmt werden.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 27 084 A1 ist ein Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge bekannt, der eine Vielzahl von Flachrohren umfasst, die von einem flüssigen Kühlmedium durchströmbar sind. Zwischen den Flachrohren sind von Umgebungsluft oder anderen Medien beaufschlagbare Wellrippen angeordnet, wobei die Flachrohre auf wenigstens einer ihrer Flachseiten nach innen gerichtete Einprägungen aufweisen. Herkömmliche Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper, für Klimaanlagen sind meist mit Umlenkungen ausgestattet, so dass sie mehrfach durchströmt werden. Bei manchen Anlagekonzepten, die zum Beispiel einen unten angeordneten Kühlmitteleintritt und einen oben angeordneten Kühlmittelaustritt aufweisen, sind einfach durchströmte Wärmeübertrager vorzuziehen, da sich aufgrund der einfachen Durchströmung eine natürliche Schichtung einstellt. Allerdings ist die Heizleistung bei einfach durchströmten Wärmeübertragern, insbesondere Heizkörpern, im Vergleich zu Wärmeübertragern mit einer oder mehreren Umlenkungen des Kühlmittels bei gleicher Rohrgeometrie eher gering. Aus US 2005/0081379 A1 ist ein Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizkörper für eine Klimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine höhere Heizleistung aufweist als herkömmliche einfach durchströmte Heizkörper.
  • Die Aufgabe wird mit einem Heizkörper gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Als lichte innere Rohrweite wird die Höhe des Innenraums eines Flachrohrs bezeichnet. Die vorliegende Erfindung schafft entgegen von üblichen Auslegungsregeln und Vorurteilen einen Kompromiss zwischen der Forderung nach einer hohen Heizleistung und dem Ziel, den kühlmittelseitigen Druckabfall möglich klein zu halten. Die relativ große lichte innere Rohrweite führt zu einem relativ kleinen Druckabfall auf der Kühlmittelseite, aber auch zu geringerer Heizleistung. Dieser Nachteil kann jedoch durch die partiellen Einprägungen, die auch als Winglets bezeichnet werden, behoben werden. Durch die Einprägungen wird der Wärmeübergang auf der Kühlmittelseite verbessert, wobei der kühlmittelseitige Druckabfall bei geeigneter Geometrie der Einprägungen nicht oder nur moderat ansteigt.
  • Ein erfindungsgemäßer Heizkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen eine Tiefe von 0,1 bis 0,4 mm aufweisen. Diese Werte haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ein erfindungsgemäßer Heizkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre eine lichte innere Rohrweite von 1,3 bis 1,5 mm aufweisen. Vorzugsweise haben die Flachrohre eine lichte Rohrweite von 1,38 mm. Dabei sind übliche, herstellungsbedingte Toleranzen zu berücksichtigen.
  • Ein erfindungsgemäßer Heizkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen von länglichen Vertiefungen gebildet werden, die auf jeweils einer Flachseite der Flachrohre vorgesehen sind.
  • Ein alternativer erfindungsgemäßer Heizkörper ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägungen von länglichen Vertiefungen gebildet werden, die jeweils auf beiden Flachseiten der Flachrohre vorgesehen sind. Damit wurden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die besten Resultate erzielt.
  • Ein erfindungsgemäßer Heizkörper ist auch dadurch gekennzeichnet, dass auch Einprägungen noppenartig ausgebildet sind. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Kombination von länglichen mit noppenartigen Einprägungen auf beiden Flachseiten der Flachrohre erwiesen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in der Draufsicht;
    Figur 2
    eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Flachrohrs mit Einprägungen und
    Figur 3
    neun Ausführungsbeispiele von Flachrohren in der Draufsicht.
  • In Figur 1 ist ein Wärmeübertrager 1 in der Draufsicht dargestellt. Bei dem Wärmeübertrager 1 handelt es sich um einen Heizkörper einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Wärmeübertrager 1 umfasst einen unteren Sammelkasten 4, der mit einem Eintrittsstutzen 5 ausgestattet ist, durch den, wie durch einen Pfeil 6 angedeutet ist, Kühlmittel in den Wärmeübertrager 1 eintritt. Des Weiteren weist der Wärmeübertrager 1 einen oberen Sammelkasten 7 auf, der mit einem Austrittsstutzen 8 ausgestattet ist, durch den, wie durch einen Pfeil 10 angedeutet ist, das Kühlmittel aus dem Wärmeübertrager 1 austritt. Die beiden Sammelkästen 4, 7 sind durch eine Vielzahl von Flachrohren miteinander verbunden, die in Richtung eines Pfeils 14 einfach von dem Kühlmittel durchströmt werden. Zwischen jeweils zwei Flachrohren ist ein Zwischenraum vorgesehen, in dem eine Luftleiteinrichtung, insbesondere eine Wellrippe angeordnet ist. Die Luftleiteinrichtungen zwischen den Flachrohren werden senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 von einem Medium, insbesondere von Umgebungsluft, durchströmt.
  • In Figur 2 ist ein Abschnitt eines Flachrohrs 20 des in Figur 1 dargestellten Wärmeübertragers perspektivisch dargestellt. Das Flachrohr 20 weist in der Mitte eine in Längsrichtung verlaufende Sicke 22 auf, die dazu dient, dem Flachrohr 20 eine größere Steifigkeit zu verleihen. Wegen der Sicke 22 wird das Flachrohr 20 auch als Sickenrohr bezeichnet. Das Flachrohr 20 umfasst eine obere Flachseite 24 und eine untere Flachseite 25. Die beiden Flachseiten 24, 25 sind mit einer Vielzahl von länglichen Vertiefungen 26 bis 29 versehen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden hauptsächlich Flachrohre mit den Außenabmessungen 26,0 x 1,9 x 0,26 mm3 verwendet. Diese Flachrohre weisen eine lichte innere Rohrweite von 1,38 mm auf. Die Höhe der Einprägungen liegt im Bereich von 0,1 bis 0,4 mm. Durch die Höhe der Einprägungen kann der Wärmeübergang auf der Kühlmittelseite variiert werden, bis ein gewünschtes Leistungsresultat erzielt wird.
  • In Figur 3 sind neun verschiedene rechteckförmige Abschnitte gezeigt, die jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Flachrohrs in der Draufsicht darstellen. In durchgezogenen Linien sind verschiedene Einprägungen in der sichtbaren Flachseite des jeweiligen Flachrohrs dargestellt. Mit gestrichelten Linien sind Einprägungen in der darunter angeordneten Flachseite des jeweiligen Flachrohrs angedeutet.
  • Das Flachrohr 31 umfasst mehrere Einprägungen 41, 42, die jeweils paarweise V-förmig zueinander angeordnet sind. In der nicht sichtbaren Flachseite des Flachrohrs 31 sind ebenfalls Einprägungen 44, 45 ausgebildet, die sich mit den Einprägungen 41, 42 zu einer Raute ergänzen. Die Flachrohre 32 und 33 zeigen weitere V-förmige beziehungsweise rautenförmige Anordnungen von länglichen Einprägungen. Die Flachrohre 34 und 36 zeigen X-förmige Anordnungen von Einprägungen mit den beiden Flachseiten des jeweiligen Flachrohrs. Das Flachrohr 35 weist wiederum V-förmig angeordnete Einprägungen auf. Das Flachrohr 37 ist identisch zu dem Flachrohr 31 ausgebildet. Die Flachrohre 38 und 39 weisen erfindungsgemäß zusätzlich zu länglichen Einprägungen beziehungsweise Vertiefungen, wie sie in 31 und 37 gezeigt sind, noch noppenartige Einprägungen 51 bis 54 auf. Die Flachrohre 31 bis 39 werden jeweils von unten nach oben durchströmt.

Claims (1)

  1. Heizkörper für eine Klimaanlage mit Flachrohren (20;31-39), die in einer Richtung von Kühlmittel durchströmt werden und zwischen denen Luftleiteinrichtungen angeordnet sind, die von Luft oder einem anderen Medium umströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre (20;31-39) eine lichte innere Rohrweite von 1,3 mm bis 1,5 mm und Einprägungen (26-29;41-45,51-54) aufweisen, die sich in den Innenraum der Flachrohre erstrecken, wobei die Einprägungen (26-29;41-45,51-54) eine Tiefe von 0,1 bis 0,4 mm aufweisen, wobei die Einprägungen von länglichen Vertiefungen gebildet werden, die auf jeweils einer Flachseite der Flachrohre vorgesehen sind oder die jeweils auf beiden Flachseiten der Flachrohre vorgesehen sind und wobei auch Einprägungen (51-54) noppenartig ausgebildet sind.
EP06015635.3A 2005-09-17 2006-07-27 Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper, für eine Klimaanlage Not-in-force EP1764571B1 (de)

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