EP2047198B1 - Kühlflüssigkeitskühler - Google Patents

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EP2047198B1
EP2047198B1 EP08759324.0A EP08759324A EP2047198B1 EP 2047198 B1 EP2047198 B1 EP 2047198B1 EP 08759324 A EP08759324 A EP 08759324A EP 2047198 B1 EP2047198 B1 EP 2047198B1
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EP
European Patent Office
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cooling
cooling liquid
range
sheet metal
flat tube
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08759324.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2047198A1 (de
Inventor
Frank Opferkuch
Jan BÖBEL
Axel Fezer
Klaus Mohrlok
Ulrich SCHÄFFER
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Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Publication date
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Publication of EP2047198A1 publication Critical patent/EP2047198A1/de
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    • 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
    • F28D1/03—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 plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—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 plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • 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
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • 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
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • 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
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements

Definitions

  • the invention relates to ade endlesskeitkühler for motor vehicles with a brazed cooling system of flat tubes and ribs, made of very thin aluminum sheets, and arranged at the ends of the flat tubes Sammet - or deflection boxes for flowing in the flat tubes coolant, by means of cooling air flowing through the Ribs flows, is cooled.
  • the cooling liquid cooler described in the introduction represents the standard which has been valid for years in such heat exchangers. With the invention described below, this standard is not to be fundamentally changed, but rather optimized in various respects.
  • Compact heat exchangers made of flat tubes and Venetian blind slats are known from the prior art for cooling the drive train of vehicles with internal combustion engines. These are able to achieve the highest cooling performance in the smallest space. In addition to a high volume-related power density but also the lowest possible pressure loss on the coolant side and a low weight are the goal of optimization. At the same time, for reasons of strength, in particular due to thermomechanical loads and by the loads of the cooling network by pressure from the cooling system of the vehicle, the minimum wall thicknesses, especially the flat tubes must be chosen so that the other destinations, such. As the weight reduction and the smallest possible cross-sectional constrictions on the coolant side and the cooling air side (compactness) with low pressure drop, not significantly counteract.
  • the flat tubes often have no or only 1 to 2 inner supports.
  • the pipe heights are in the range of 1.3 mm to 2.0 mm.
  • wall thicknesses greater than 0.20 mm are currently used.
  • the hydraulic diameter (4 x flow area / wetted circumference) is a characteristic variable for the hydraulic behavior. With the mentioned parameters of the pipes without internal use, hydraulic diameters of 1.3 mm to 3.0 mm typically arise on the coolant side.
  • Adeckentechnikkühler which has all but one feature all other features of the preamble of claim 1 is known from US 4,332,293 known.
  • the flat tubes are made of brass and the ribs of copper. Thisdeckenkeitkühler is therefore too heavy and too expensive.
  • the US 5,329,988 is known.
  • Another cooling liquid cooler is off US 4,693,307 known. In it, a solution is presented, which limits the cooling air-side pressure loss by special design of the ribs.
  • the object of the invention is to provide a cost-effectivechenkeitskühlers for motor vehicles whose properties such as in particular high heat transfer performance at comparatively low weight future needs of users should be able to cope in several ways.
  • Each flat tube consists of at least two formed sheet metal strips, wherein at least one of the sheet metal strips forms the wall of the flat tube and another sheet metal strip forms a corrugated, inner channels forming channels therein.
  • the ratio of the constriction factor on the coolant side to the constriction factor on the cooling air side is approximately in the range between 0.20 to 0.44.
  • the hydraulic diameter on the coolant side is approximately in the range between 0.8 to 1.5 mm.
  • each flat tube consists of three formed sheet metal strips, wherein two metal strips form the wall of the flat tube and the third sheet metal strip represents the corrugated, channels forming inner insert in the same.
  • the wall thickness of the flat tube is in the range of 0.10-0.20 mm.
  • the thickness of the inner insert is in the range of 0.03 - 0.10 mm. Because the inner liner can be made from thinner sheet metal, the possibility of weight reduction is extended without neglecting the strength.
  • the constriction factor On the coolant side, the constriction factor is in a range between 0.15 and 0.28. On the cooling air side, however, the constriction factor is in a range between 0.63 and 0.76.
  • the constriction factor is calculated as the ratio of the area through which flows through to the entire end face F of the respective media side.
  • A is the area flowed through.
  • U is the wetted circumference of the area through which it flows.
  • the Fig. 1 shows a view of a cooling liquid cooler according to the invention.
  • the Fig. 2 shows a cross section through a flat tube of the cooling liquid cooler according to the invention.
  • the 3 and 4 show sections of the cooling network of the inventiondeckenkeitskühlers.
  • Fig. 5 - 11 show diagrams showing the difference between the flat tubes of the inventiondeckenkeitskühlers and flat tubes of conventionaldeckenkeitskühlern in several respects.
  • the Fig. 12 shows another flat tube of another cooling liquid cooler according to the invention.
  • Fig. 5 presents evaluations of extensive FEM investigations carried out by the inventors
  • Fig. 5 illustrates that the flat tubes 101 of the inventiondeinstallkeitskühlers because of its inner insert c, the is made of a metal strip which is about 0.03 - 0.10 mm thick is much lighter (ordinate) than conventional flat tubes ordeckenkeitkühler. At the same time, they can withstand higher internal pressures (abscissa). With regard to the internal pressure stability, the overlapping of the metal strips a, b, in the narrow sides S of the flat tubes 101 proves to be, which will be discussed in more detail below.
  • the 6 and 7 represent the evaluation of extensive thermo-hydraulic calculations.
  • the Fig. 6 makes it clear that cooling liquid cooler according to the invention with such flat tubes 101, at approximately identical pressure loss have a significantly higher specific cooling capacity than the prior art.
  • the upper cloud results represents thedefactkeitkühler invention, including the prior art.
  • the Fig. 7 allows for an identical statement, in contrast to Fig. 6 in the Fig. 7 on the abscissa the pressure loss in the cooling air was considered.
  • the cooling capacity is related to the inlet temperature difference ETD and to the mass of the cooling network.
  • the operating point was a coolant flow of 160kg / (m 2 s) and a cooling air flow of 8.0 kg / (m 2 s).
  • the investigated cooling grid dimensions were 600 mm flat tube length, 445 mm net width and 32 mm net depth.
  • Fig. 8 is the hydraulic diameter on the coolant side, ie the flat tubes 1, on the abscissa, the constriction factor on the coolant side, on the ordinate, faced.
  • coolant was given, which means the cooling liquid in this case.
  • the left cloud with results shows the invention and the right-hand cloud of results represents examinations from the prior art. It can be concluded from the illustration that the hydraulic diameters in the flat tubes 101 of the inventive coolant radiator are generally smaller than in conventional coolant radiators.
  • thermo-hydraulic optimization calculation that in the shown flat tubes 101 with internal insert c with hydraulic diameters in the range between 0.8 mm and 1.5 mm and with a restriction factor on the coolant side in the range of 0.15, 0.28 can achieve the highest weight-specific and also volume-specific cooling performance with simultaneously low coolant-side pressure loss.
  • the advantageous limits were entered by dashed lines.
  • the Fig. 11 is intended to show that flat tubes 11 whose inner inserts c have a pitch T ( Fig. 2 ) between 1, 2 and 3, 5 mm, have occurred particularly frequently at a tube height h in the range between 1.1 mm and about 2.0 mm with respect to the advantageous properties described above.
  • the Fig. 1 shows a front view of the cooling liquid cooler according to the invention.
  • This area F is the end face which is used to determine the constriction factor on the cooling air side.
  • the counter is then the sum of the areas which are traversed by the cooling air, which are directed to the cooling air surfaces of all ribs 102, in other words, the end face F minus the areas occupied by the narrow sides of all flat tubes 101 of the cooling network.
  • the flat tube Fig. 2 was one of the flat tubes 1 of the cooling liquid cooler shown in cross section.
  • the flat tube Fig. 2 is made of three endless metal strips. Two rolled with arcuate edges wall parts are identical, but arranged "reversed", wherein the one edge of one part surrounds one edge of the other part and the other edge of one part is encompassed by the other edge of the other part.
  • the inner insert is inserted between the two wall parts.
  • the 3 and 4 show a section of the cooling network 1, consisting of flat tubes 101 and ribs 102.
  • the ribs 102 are so-called blind ribs 102, which have cuts in the rib edges.
  • the cuts are in 3 and 4 indicated by the numerous parallel line.
  • the rib height H was set between 3 and 8 mm, whereby for inserts in the car range 3 - 5.2 mm are cheaper. For commercial vehicles, for example, rib heights of up to 8 mm can be used.
  • the area F was indicated by a dashed line, which is used to determine the refrigerant flow constriction factor. This surface F corresponds approximately to the area which is encompassed by the collecting box 3 on the outside.
  • the sum of the areas occupied by the flat tube sections is set in relation to the area F and gives the constriction factor on the coolant side.
  • the Fig. 12 shows another flat tube of the cooling liquid cooler according to the invention, which is made of only two metal strips a, c.
  • the figure also shows some manufacturing steps and at the bottom of the finished flat tube 101.
  • the one endless metal strip a which is the wall of the flat tube.
  • a fold is incorporated.
  • a bend B is performed leading to the one narrow side S.
  • This metal strip a has a thickness of 0.12 mm.
  • the inner strip c forming sheet metal strip c is about 0.09 mm thick. It is wavy and created with its one longitudinal edge in the aforementioned bend B inside.
  • the flat tube is closed, wherein the second narrow side S is formed by nesting the formed longitudinal edges of a sheet metal strip a. All flat tubes have the advantage that their narrow sides S are very stable despite the low sheet thickness, as the two Figures 2 and 12 demonstrate.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlflüssigkeitskühler für Kraftfahrzeuge mit einem gelöteten Kühlnetz aus Flachrohren und Rippen, hergestellt aus sehr dünnen Aluminiumblechen, und mit an den Enden der Flachrohre angeordneten Sammet - bzw. Umlenkkästen für die in den Flachrohren strömende Kühlflüssigkeit, die mittels Kühlluft, die durch die Rippen strömt, gekühlt wird. (siehe Oberbegriff des Anspruchs 1)
    Der einleitend beschriebene Kühlflüssigkeitskühler stellt den seit Jahren geltenden Standard bei solchen Wärmeübertragern dar. Mit der weiter unten beschriebenen Erfindung soll dieser Standard nicht grundsätzlich verändert sondern vielmehr in verschiedener Hinsicht optimiert werden.
  • Aus dem Stand der Technik zur Kühlung des Antriebsstranges von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren sind Kompaktwärmeübertrager aus Flachrohren und Jalousielamellen bekannt. Diese sind in der Lage, auf kleinstem Bauraum höchste Kühlleistungen zu erzielen. Neben einer hohen volumenbezogenen Leistungsdichte sind aber auch ein möglichst geringer Druckverlust auf der Kühlflüssigkeitsseite und ein geringes Gewicht das Ziel einer Optimierung. Gleichzeitig müssen aus Festigkeitsgründen, insbesondere auf Grund thermomechanischer Belastungen sowie durch die Belastungen des Kühlnetzes durch Druck aus dem Kühlsystem des Fahrzeugs, die Mindestwanddicken, insbesondere der Flachrohre so gewählt werden, dass dieselben den anderen Zielen, wie z. B. der Gewichtsreduzierung und den möglichst kleinen Querschnittsverengungen auf der Kühlflüssigkeitsseite und der Kühlluftseite (Kompaktheit) bei geringem Druckverlust, nicht signifikant entgegenwirken. Beim Stand der Technik besitzen die Flachrohre oftmals keine oder nur 1 bis 2 Innenabstützungen. Die Rohrhöhen liegen im Bereich von 1,3 mm bis 2,0 mm. Aus Festigkeits- und Korrosionsgründen werden gegenwärtig Wanddicken größer 0,20 mm eingesetzt. Für das hydraulische Verhalten ist u. a. der hydraulische Durchmesser (4 x durchströmte Fläche / benetzter Umfang) eine charakteristische Größe. Bei den genannten Parametern der Rohre ohne Inneneinsatz ergeben sich typischerweise auf der Kühlflüssigkeitsseite hydraulische Durchmesser von 1,3 mm bis 3,0 mm. Zusammen mit den Lamellen mit typischen Höhen von 5,1 mm bis 9,5 mm und Wanddicken im Bereich 60µm bis 120µm ergibt sich auf der Kühlflüssigkeitsseite ein Verengungsfaktor (Verhältnis von durchströmter Fläche zu Stirnfläche) im Bereich von 0,05 bis 0,28.
  • Es ist weiter bekannt, dass mit Hilfe von Inneneinsätzen die Beständigkeit der Flachrohre gegenüber Innendruck und thermo-mechanischer Belastung signifikant verbessert werden kann. Das Problem ist allerdings, dass bei Flachrohren mit Inneneinsätzen üblicherweise der hydraulische Durchmesser deutlich kleiner ist als bei Flachrohren ohne Inneneinsätzen, wodurch der Druckverlust ansteigt.
  • Ein Kühlflüssigkeitskühler, der bis auf ein Merkmal alle anderen Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist, ist aus der US 4 332 293 bekannt. Die Flachrohre bestehen dort aus Messing und die Rippen aus Kupfer. Dieser Kühlflüssigkeitskühler ist deshalb zu schwer und zu teuer. Ähnliches gilt für den Kühlflüssigkeitskühler, der aus US 5 329 988 bekannt ist. Ein weiterer Kühlflüssigkeitskühler ist aus US 4 693 307 bekannt. Darin wird eine Lösung vorgestellt, die durch spezielle Ausbildung der Rippen den kühlluftseitigen Druckverlust begrenzt.
  • Schließlich ist ein Kühlflüssigkeitskühler aus der US 2005/0045314 A1 bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt. Dieser Kühlflüssigkeitskühler besitzt Flachrohre, die einen gewellten Inneneinsatz aufweisen, welche in der dortigen Fig. 11b das Bezugszeichen 219 tragen. Angesichts der in dieser Referenz vorgeschlagenen Wanddicke der Flachrohre von 0,15 - 0,30 mm besitzen dieselben Nachteile hinsichtlich ihrer Stabilität.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines kostengünstigen Kühlflüssigkeitskühlers für Kraftfahrzeuge, dessen Eigenschaften wie insbesondere hohe Wärmeübertragungsleistung bei vergleichsweise niedrigem Gewicht den zukünftigen Forderungen der Anwender in mehrfacher Hinsicht gewachsen sein sollen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe stellt sich bei einem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildeten Kühlflüssigkeitskühler durch dessen Ausgestaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen desselben Anspruchs ein.
  • Jedes Flachrohr besteht aus wenigstens zwei umgeformten Blechstreifen, wobei wenigstens einer der Blechstreifen die Wand des Flachrohres bildet und ein anderer Blechstreifen einen gewellten, Kanäle bildenden Inneneinsatz in demselben darstellt. Das Verhältnis des Verengungsfaktors auf der Kühlflüssigkeitsseite zum Verengungsfaktor auf der Kühlluftseite liegt etwa im Bereich zwischen 0,20 bis 0, 44. Der hydraulische Durchmesser auf der Kühlflüssigkeitsseite liegt etwa im Bereich zwischen 0,8 bis 1,5 mm. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein mit diesen Merkmalen ausgestatteter Kühlflüssigkeitskühler einen vertretbaren Druckverlust bei ausgesprochen guter Wärmeübertragungsleistung aufweist. Insbesondere vorteilhaft ist die pro Gewichtseinheit erzielte Leistung, das heißt, der Kühlflüssigkeitskühler weist ein wesentlich geringeres Gewicht auf. Der Inneneinsatz sorgt für entsprechend hohe Widerstandsfähigkeit, insbesondere gegen Innendruck.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass jedes Flachrohr aus drei umgeformten Blechstreifen besteht, wobei zwei Blechstreifen die Wand des Flachrohres bilden und der dritte Blechstreifen den gewellten, Kanäle bildenden Inneneinsatz in demselben darstellt. Konkret ist vorgesehen, dass die Wanddicke des Flachrohres im Bereich von 0,10 - 0,20 mm liegt. Die Dicke des Inneneinsatzes liegt im Bereich von 0,03 - 0,10 mm. Weil der Inneneinsatz aus dünnerem Blech hergestellt werden kann, wird die Möglichkeit der Gewichtsreduzierung erweitert, ohne die Festigkeit zu vernachlässigen.
  • Auf der Kühlflüssigkeitsseite liegt der Verengungsfaktor in einem Bereich zwischen 0,15 und 0,28. Auf der Kühlluftseite liegt der Verengungsfaktor hingegen in einem Bereich zwischen 0,63 und 0,76.
  • Der Verengungsfaktor wird berechnet als Verhältnis der durchströmten Fläche zur gesamten Stirnfläche F der jeweiligen Medienseite.
  • Der hydraulische Durchmesser dh wird berechnet aus dh= 4xA/U. A ist die durchströmte Fläche. U ist der benetzte Umfang der durchströmten Fläche. Weitere Merkmale befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die Erfindung wird im Anschluss in einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In dieser Beschreibung sind weitere Merkmale und deren Vorteile aufgeführt, die sich später möglicherweise als bedeutsam herausstellen können.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühler. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Flachrohr des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausschnitte aus dem Kühlnetz des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers.
  • Die Fig. 5 - 11 zeigen Diagramme, die den Unterschied zwischen den Flachrohren des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers und Flachrohren von herkömmlichen Kühlflüssigkeitskühlern in mehrfacher Hinsicht aufzeigen.
  • Die Fig. 12 zeigt ein anderes Flachrohr eines anderen erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers.
  • Die Fig. 5 stellt Auswertungen umfangreicher FEM- Untersuchungen, die von den Erfindern ausgeführt wurden, dar. Die Fig. 5 verdeutlicht, dass die Flachrohre 101 des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers wegen ihres Inneneinsatzes c, der aus einem Blechstreifen hergestellt wird, der etwa 0,03 - 0,10 mm dick ist wesentlich leichter ist (Ordinate) als herkömmliche Flachrohre bzw. Kühlflüssigkeitskühler. Gleichzeitig können sie höheren Innendrücken widerstehen (Abszisse). Bezüglich der Innendruckstabilität erweist sich auch die Überlappung der Blechstreifen a, b, in den Schmalseiten S der Flachrohre 101, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
  • Die Fig. 6 und 7 repräsentieren die Auswertung umfangreicher thermo-hydraulischer Berechnungen. Die Fig. 6 macht deutlich, dass erfindungsgemäße Kühlflüssigkeitskühler mit solchen Flachrohren 101, bei etwa identischem Druckverlust eine deutlich höhere spezifische Kühlleistung aufweisen als der Stand der Technik. Die obere Ergebniswolke stellt die erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühler dar, die darunter den Stand der Technik. Die Fig. 7 lässt ein identische Aussage zu, wobei im Unterschied zur Fig. 6 in der Fig. 7 auf der Abszisse der Druckverlust in der Kühlluft betrachtet wurde. Für die spezifische Kühlleistung wird die Kühlleistung auf die Eintrittstemperaturdifferenz ETD und die auf Masse des Kühlnetzes bezogen. Der Betriebspunkt lag bei einem Kühlflüssigkeitsstrom von 160kg / (m2s) und bei einem Kühlluftstrom von 8,0 kg / (m2s). Die untersuchten Kühlnetzabmessungen lagen bei 600 mm Flachrohrlänge, 445 mm Netzbreite und 32 mm Netztiefe.
  • In der Fig. 8 wird der hydraulische Durchmesser auf der Kühlflüssigkeitsseite, also der Flachrohre 1, auf der Abszisse, dem Verengungsfaktor auf der Kühlflüssigkeitsseite, auf der Ordinate, gegenübergestellt. In den Figuren wurde "Kühlmittel" angegeben, womit in diesem Fall die Kühlflüssigkeit gemeint ist. Die linke Wolke mit Ergebnissen zeigt die Erfindung und die rechte Ergebniswolke stellt Untersuchungen aus dem Stand der Technik dar. Es ist aus der Darstellung der Schluss zu ziehen, dass die hydraulischen Durchmesser in den Flachrohren 101 des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers grundsätzlich kleiner sind als bei üblichen Kühlflüssigkeitskühlern. Die Erfinder haben durch eine thermo-hydraulische Optimierungsrechnung festgestellt, dass sich bei den gezeigten Flachrohren 101 mit Inneneinsatz c mit hydraulischen Durchmessern im Bereich zwischen 0,8 mm und 1,5 mm und mit einem Verengungsfaktor auf der Kühlflüssigkeitsseite im Bereich von 0,15 - 0,28 die höchsten gewichtsspezifischen und auch volumenspezifischen Kühlleistungen bei gleichzeitig geringem kühlmittelseitigem Druckverlust erreichen lassen. Die vorteilhaften Grenzwerte wurden mittels gestrichelter Linien eingetragen.
  • In der Fig. 9 wurde der Verengungsfaktor auf der Kühlluftseite dem hydraulischen Durchmesser gegenübergestellt.
  • In der Fig. 10 betrachtet man nun das Verhältnis der beiden Verengungsfaktoren auf der Ordinate gegenüber den hydraulischen Durchmessern auf der Kühlflüssigkeitsseite (Abszisse). Es wurde ein Optimum bezüglich kompakter Ausbildung, Leichtbau und Leistungsfähigkeit festgestellt, wenn der hydraulische Durchmesser etwa zwischen 0,8 und 1,5 mm angesiedelt ist und das erwähnte Verhältnis im Bereich zwischen 0,20 und 0,44 liegt.
  • Die Fig. 11 soll zeigen, dass Flachrohre 11, deren Inneneinsätze c eine Teilung T (Fig. 2) zwischen 1, 2 und 3, 5 mm aufweisen, bei einer Rohrhöhe h im Bereich zwischen 1,1 mm und etwa 2,0 mm in Bezug auf die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften besonders häufig aufgetreten sind.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers. Die von Kühlluft angeströmte Fläche des Kühlnetzes wurde mit einer gestrichelten Linie eingerahmt. Diese Fläche F ist die Stirnfläche, die zur Bestimmung des Verengungsfaktors auf der Kühlluftseite herangezogen wird. Im Zähler steht dann die Summe der Flächen, die von der Kühlluft durchströmt werden, welche die zur Kühlluft gerichteten Flächen aller Rippen 102 sind, mit anderen Worten, die Stirnfläche F abzüglich der Flächen, die von den Schmalseiten aller Flachrohre 101 des Kühlnetzes belegt werden.
  • In der Fig. 2 wurde eines der Flachrohre 1 des Kühlflüssigkeitskühlers im Querschnitt gezeigt. Die Flachrohrhöhe h multipliziert mit der Flachrohrlänge und mit der Anzahl der Flachrohre 1 ergibt die vorstehend gemeinte Fläche der Schmalseiten S. Das Flachrohr aus Fig. 2 wird aus drei endlosen Blechstreifen hergestellt. Zwei mit bogenartigen Rändern gewalzte Wandteile sind identisch ausgebildet, jedoch "seitenverkehrt" angeordnet, wobei der eine Rand des einen Teils den einen Rand des anderen Teils umgreift und der andere Rand des einen Teils vom anderen Rand des anderen Teils umgriffen ist. Der Inneneinsatz wird zwischen den beiden Wandteilen eingeführt.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Ausschnitt aus dem Kühlnetz 1, bestehend aus Flachrohren 101 und Rippen 102. Die Rippen 102 sind so genannte Jalousie-Rippen 102, die Schnitte in den Rippenflanken aufweisen. Die Schnitte sind in Fig. 3 und 4 durch die zahlreichen parallelen Linie angedeutet worden. Die Rippenhöhe H wurde zwischen 3 und 8 mm festgelegt, wobei für Einsätze im PKW - Bereich 3 - 5,2 mm günstiger sind. Beispielsweise bei Nutzfahrzeugen können Rippenhöhen bis 8 mm eingesetzt werden. Auch dort wurde die Fläche F mit einer Strichlinie angedeutet, die zur Bestimmung des kühlflüssigkeitsseitigen Verengungsfaktors herangezogen wird. Diese Fläche F entspricht etwa der Fläche die vom Sammelkasten 3 außen umfasst ist. Die Summe der von den Flachrohrquerschnitten belegten Flächen wird ins Verhältnis zur Fläche F gesetzt und ergibt den Verengungsfaktor auf der Kühlflüssigkeitsseite. Als vorteilhaftes Ausbildungsmerkmal der Flachrohre 101 haben sich auch deren ebenen, das heißt, unverformten Breitseiten B erwiesen, die mit den Jalousie-Rippen 102 perfekte Lötverbindungen zulassen, welche zur Erreichung hoher Wärmeübertragungsleistungen spürbar beitragen.
  • Die Fig. 12 zeigt ein anderes Flachrohr des erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskühlers, das aus lediglich zwei Blechstreifen a, c hergestellt wird. Die Figur zeigt auch einige Herstellungsschritte und ganz unten das fertige Flachrohr 101. In dem einen endlosen Blechstreifen a, der die Wand des Flachrohres darstellt, wird eine Faltung eingearbeitet. In der Faltung wird eine Biegung B ausgeführt, die zu der einen Schmalseite S führt. Dieser Blechstreifen a besitzt eine Dicke von 0,12 mm. Der den Inneneinsatz c bildende Blechstreifen c ist etwa 0,09 mm dick. Er wird gewellt und mit seinem einen Längsrand in der erwähnten Biegung B innen angelegt. Das Flachrohr wird geschlossen, wobei die zweite Schmalseite S durch Ineinanderlegen der umgeformten Längsränder des einen Blechstreifens a ausgebildet wird. Alle Flachrohre haben den Vorteil, dass ihre Schmalseiten S trotz der geringen Blechdicken sehr stabil sind, wie die beiden Figuren 2 und 12 zeigen.

Claims (6)

  1. Kühlflüssigkeitskühler für Kraftfahrzeuge mit einem gelöteten Kühlnetz (1) aus Flachrohren (101) und Rippen (102), hergestellt aus sehr dünnen Aluminiumblechen (a, b, c), und mit an den Enden der Flachrohre (101) angeordneten Sammel - bzw. Umlenkkästen (3) für die in den Flachrohren (101) strömende Kühlflüssigkeit, die mittels Kühlluft, die durch die Rippen (102) strömt, gekühlt wird, wobei jedes Flachrohr (101) aus wenigstens zwei umgeformten Blechstreifen (a, b, c) besteht, wobei wenigstens der eine Blechstreifen (a, b) die Wand des Flachrohres bildet und der andere Blechstreifen einen gewellten, Kanäle (10) bildenden, Inneneinsatz (c) in demselben darstellt,
    wobei die Wanddicke (d) der Flachrohre im Bereich von 0,10 - 0,25 mm beträgt und die Dicke des Inneneinsatzes (c) im Bereich von 0,03 - 0,10 mm liegt, und wobei der hydraulische Durchmesser auf der Kühlflüssigkeitsseite im Bereich zwischen 0,8 bis 1,5 mm liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre in ihren beiden Schmalseiten (S) eine Überlappung aufweisen, sodass beide Schmalseiten (S) stabil ausgebildet sind
    und wobei das Verhältnis des Verengungsfaktors auf der Kühlflüssigkeitsseite zum Verengungsfaktor auf der Kühlluftseite im Bereich zwischen 0,20 bis 0,44 liegt, wobei der Verengungsfaktor das Verhältnis von durchströmter Fläche zur Stirnfläche der jeweiligen Medienseite ist.
  2. Kühlflüssigkeitskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Flachrohr (1) aus drei umgeformten Blechstreifen (a, b, c) besteht, wobei zwei Blechstreifen (a, b) die Wand des Flachrohres bilden und der dritte Blechstreifen (c) den gewellten Inneneinsatz in demselben darstellt.
  3. Kühlflüssigkeitskühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verengungsfaktor auf der Kühlflüssigkeitsseite in einem bevorzugten Bereich zwischen 0,15 und 0,28 liegt.
  4. Kühlflüssigkeitskühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verengungsfaktor auf der Kühlluftseite in einem bevorzugten Bereich zwischen 0,63 und 0,76 liegt.
  5. Kühlflüssigkeitskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Rippen (2) nicht größer ist als 0,08 mm, wobei die Höhe (H) der Rippen im Bereich von 3,0 - 8,0 mm liegt.
  6. Kühlflüssigkeitskühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wandteile (a, b) des Flachrohrs (101) identisch ausgebildet sind, wobei sie einen Längsrand mit einem größeren Bogen und einen zweiten Längsrand mit einem kleineren Bogen aufweisen, wobei die Wandteile (a, b) seitenverkehrt zueinander angeordnet sind,
    dass die beiden parallel laufenden Wandteile zusammengeführt werden, wobei der gewellte Inneneinsatz (c) zwischen die beiden Wandteile (a, b) eingeführt wird, wobei die Wandteile an ihren Bögen in Eingriff gebracht werden, wobei der größere Bogen des einen Teils den kleineren Bogen des anderen Teils umgreift und der kleinere Bogen des einen Teils vom größeren Bogen des anderen Teils umgriffen ist.
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