EP2317265A2 - Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler für ein Kraftfahrzeug, mit zwei Tauscherabschnitten, insbesondere einem Niedertemperatur- und einem Hochtemperaturabschnitt - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler für ein Kraftfahrzeug, mit zwei Tauscherabschnitten, insbesondere einem Niedertemperatur- und einem Hochtemperaturabschnitt Download PDF

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EP2317265A2
EP2317265A2 EP10188607A EP10188607A EP2317265A2 EP 2317265 A2 EP2317265 A2 EP 2317265A2 EP 10188607 A EP10188607 A EP 10188607A EP 10188607 A EP10188607 A EP 10188607A EP 2317265 A2 EP2317265 A2 EP 2317265A2
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EP
European Patent Office
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exchanger
heat exchanger
section
height
seal
Prior art date
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Withdrawn
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EP10188607A
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English (en)
French (fr)
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EP2317265A3 (de
Inventor
Hicham Rouhana
Thomas Bensel
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2317265A2 publication Critical patent/EP2317265A2/de
Publication of EP2317265A3 publication Critical patent/EP2317265A3/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
    • F28D1/04—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
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0443—Combination of units extending one beside or one above the 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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    • F28D1/04—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

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular coolant radiator for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the low-temperature circuit can serve, for example, the cooling of an indirect intercooler and / or exhaust gas cooler.
  • the idea is known to form the coolant radiator of the internal combustion engine as a high-temperature cooling circuit and the low-temperature radiator structurally integrated as a low-temperature circuit in a heat exchanger, wherein a part of the exchanger tubes the high-temperature circuit and a part of the exchanger tubes of the integrated heat exchanger the low-temperature Cooling circuit are assigned.
  • the problem of large thermoelectric voltages especially in the area of adjoining the two cooling circuits.
  • a further improved reduction of the thermal voltage is achieved at a ratio between 0.3 and about 0.36 of the two partial heights h1: h2 to each other.
  • the ratio of the partial heights h1: h2 to each other is exactly one third.
  • the definition of exactly one third is to be understood in particular as meaning a ratio of the numbers of flat tubes stacked in the vertical direction of the two partial quantities or exchanger sections, that is, for example in the case of a first exchanger section with a number of ten exchanger tubes and a second exchanger section with a number of twenty exchanger tubes.
  • the exchanger tubes of the two sections can have the same distances from each other.
  • At least one of the collectors has a separating member between two collector sections each associated with the exchanger sections, a seal being provided between a box part and a cover part of the collector box.
  • a separating member between two collector sections each associated with the exchanger sections, a seal being provided between a box part and a cover part of the collector box.
  • the seal is designed as a circumferential seal with a web in the region of the separating member, wherein the seal is formed invariant with respect to a rotation through 180 ° in the sealing plane.
  • the invariance relative to a rotation of 180 ° represents a significant simplification of an automated assembly of the collector.
  • attention must no longer be paid to an orientation of the supplied seal during assembly.
  • Invariance in the context of the invention does not necessarily require a strict symmetry of the seal against a mirror or rotation but a functional symmetry with respect to the sealing function with respect to intended receiving structures such as edge-side grooves of the box part and / or cover part.
  • both collectors each have a seal which is invariant with respect to the rotation through 180 ° in the sealing plane.
  • Both seals are particularly preferably formed as equal parts, whereby the total cost of manufacturing a heat exchanger according to the invention can be further reduced.
  • At least one of the exchanger sections has a division into at least two flow paths of opposite flow direction.
  • the order of the flow is designed so that in the region of the adjacency of the two exchanger sections, a particularly low temperature gradient for further reduction of the thermal stresses is present.
  • the second exchanger section is divided symmetrically into two flow paths, wherein particularly preferably each of the flow paths has a height of one third of the total height of the heat exchanger.
  • a seal with two webs may be provided, wherein each of the webs exceeds the limit of one third of the total height of the collector or heat exchanger and seals corresponding separating sections in the collector box.
  • the first exchanger section can be divided symmetrically into two flow paths, wherein in a particularly preferred detailed design, each of the flow paths has a height of one sixth of the total height of the heat exchanger.
  • Suitable seals for this purpose can have more than two webs, which are arranged at respectively suitable positions, for example one-sixth of the total height and one-third of the total height. Such seals may also preferably have the above-described invariance with respect to rotation.
  • the two fluid circuits of the two exchanger sections are in fluid exchange with each other, wherein in particular the first exchanger section is flowed on the input side of an output-side branch of the second exchanger section.
  • the fluid is, for example, liquid coolant of an engine cooling circuit, wherein a branch of the coolant cooled in the high-temperature section flows into the second section or low-temperature section of the heat exchanger according to the invention and further cooling is effected there.
  • the branch can in principle also be provided outside the heat exchanger. In principle, however, a complete separation of the two exchanger sections with respect to the fluid flowing through can also be provided in the sense of the invention, wherein in particular the two fluid circuits can have different fluids.
  • Fig. 1 shows a heat exchanger according to the invention according to a first embodiment with a first header 1, a second header 2 and a plurality of extending between the Sammlem 1.2 exchanger tubes 3.
  • the exchanger tubes 3 are made as flat tubes made of aluminum, wherein between adjacent exchanger tubes in each case ribs Improvement of the heat transfer are arranged.
  • the heat exchanger has a first exchanger section A and a second exchanger section B, wherein in the vertical direction h or stacking direction of the flat tubes of the heat exchanger, the first exchanger section A has a height h1 and the second exchanger section B has a height h2.
  • the ratio of heights h1: h2 is exactly one third.
  • the flat tubes 3 are arranged equidistantly over both exchanger sections A, B and the second exchanger section B comprises exactly twice the number of exchanger tubes 3 as the first exchanger section A.
  • the two exchanger sections A, B are each associated with different fluid circuits, for example a high-temperature circuit for cooling an internal combustion engine for the exchanger section B and a low-temperature circuit for cooling an indirect charge air cooler and / or exhaust gas cooler.
  • both collectors 1, 2 each have two openings 1a, 1b, 2a, 2b for the supply (1a, 2a) and discharge (1b, 2b) of the fluids of the two fluid circuits.
  • a separating member 1c, 2c for the fluid-tight separation of the two fluid circuits associated collector portions is provided.
  • Fig. 1 How out Fig. 1 can be seen on the flow directions indicating arrows, the first exchanger section A is flowed through in the opposite direction to the second exchanger section B, so that the maximum possible temperature differences in the vicinity of the separating sections 1c, 2c and thus the particularly critical in this area, thermally induced material stresses are reduced , A particular reduction of such material stresses is ensured by the choice of the height ratio h1.h2 of the two exchanger sections A, B as exactly one third.
  • the two collectors 1, 2 each comprise a box part (not shown) with a bottom portion and therein passages for receiving the ends of the flat tubes 3 and a plastic molded cover part (not shown), wherein in a known manner between the box part of aluminum and the Cover part made of plastic a circumferential seal 4 (see Fig. 6 ) is provided.
  • the seal 4 is present, but not necessarily made as an injection molded part made of an elastomer and includes in addition to a closed circumferential, approximately rectangular Au- ⁇ enrand 4a two symmetrically arranged webs 4b.
  • the webs 4b serve in each case to seal over one of the separating sections 1c, 2c used in the box parts for the fluid-tight separation of the two header sections.
  • the webs 4b are formed symmetrically to a central axis of symmetry of the seal 4, so that in particular an invariance of the seal with respect to a rotation through 180 ° in the sealing plane (equal to the plane of the drawing in Fig. 6 ) is achieved.
  • a rotation through 180 ° in the sealing plane equal to the plane of the drawing in Fig. 6
  • one of the two webs 4b over a respective separating section 1c. 2c of the collector come to rest, while the other webs 4b has no sealing function.
  • the seal 4 can be formed as a common part for both collectors 1,2 and also in the feed in an automated assembly of lid part and box part is invariant with respect to their orientation.
  • the embodiment according to Fig. 2 differs from the first embodiment in that the higher exchanger section B is divided into two flow paths B1, B2, wherein the first collector 1 includes both an inflow and an outflow for the second exchanger section B.
  • the second collector 2 has no Anachlussö réelleen in the header section of the second exchanger section B, but serves to deflect the fluid flow by 180 °, the second exchanger section B is in the embodiment according to Fig. 2 thus designed as a U-flow cooler.
  • Fig. 3 is not the higher second exchanger section B divided into two flow paths, but in an analogous manner, the lower first exchanger section A.
  • A2 of the first exchanger section A each have a height of one sixth of the total height of the heat exchanger so that the first exchanger section A as in the previous examples has a total height h1 of one third of the total height h.
  • both the first exchanger section A and the second exchanger section B are divided into two flow paths A1, A2, B1, B2.
  • a particularly highly smoothed course of a heat gradient over the vertical direction of the heat exchanger can be achieved, so that the thermal stresses are particularly low.
  • seal after Fig. 6 for use with the embodiments of Fig. 3 and Fig. 4 can be modified so that it has additional dividers 4b at the height of the required separating members 1c, 2c, which are provided for separating the exchanger areas A, B in separate flow paths.
  • the heat exchanger has only one fluid inlet 1a and two fluid outflows 2b, 1b.
  • the entire hot fluid flow which, for example, flows back from the cooling of an internal combustion engine, passes through the connection 1a into the higher second exchanger region B, after which it enters the second collector 2 which is formed without a separating member.
  • a partial flow of the thus pre-cooled fluid flow leaves the second collector 2 through the outflow 2b.
  • a further partial flow flows through a precisely dimensioned orifice 5 in the second collector 2 and subsequently into the first exchanger section A, the height h1 of which, as in the example, follows Fig. 1 one third of the total height of the heat exchanger is.
  • the pre-cooled part fluid flow is further cooled, so that section A is also a low-temperature cooling section.
  • the particularly strongly cooled partial flow then leaves the first exchanger area A through the outflow opening 1b in the first collector 1.
  • All of the above-explained heat exchangers can be designed as single or multi-row heat exchangers depending on the requirements, ie in a direction of flow with cooling air (direction perpendicular to the plane of the drawing) Fig. 1 to Fig. 5 ) have a plurality of flat tubes in a row.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ersten Sammler (1) und einen zweiten, gegenüberliegend angeordneten Sammler (2), und eine Mehrzahl von die Sammler (1, 2) verbindenden Tauscherrohren (3), wobei die Tauscherrohre (3) in einer Hochrichtung insgesamt über eine Höhe h des Wärmetauschers gestapelt sind, wobei eine erste Teilmenge (A) der Tauscherrohre (3) über eine erste Teilhöhe h1 gestapelt und einem ersten Tauscherabschnitt (A), insbesondere einem Niedertemperaturabschnitt, zugeordnet ist, und wobei eine zweite Teilmenge (B) der Tauscherrohre (3) in der Hochrichtung an die erste Teilmenge (A) angrenzend über eine zweite Teilhöhe h2 gestapell ist und einem zweiten Tauscherabschnitt (B), insbesondere einem Hochtemperaturabschnitt zugeordnet ist, wobei die beiden Tauscherabschnitte (A, B) jeweils einem ersten und einem zweiten Fluidkreislauf mit insbesondere verschiedenen Temperaturen zugeordnet sind, wobei das Verhältnis der ersten Teilhöhe zu der zweiten Teilhöhe h1:h2 zwischen etwa 0,2 und etwa 0,4 beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, neben einem Hauptkühler zur Kühlung eines Motorkühlmittels einen zusätzlichen Kühler zur Kühlung eines Niedertemperatur-Kühlkreislauft vorzusehen, wobei der Niedertemperatur-Kreislauf zum Beispiel der Kühlung eines indirekten Ladeluftkühlers und/oder Abgaskühlers dienen kann. Dabei ist die Idee bekannt, den Kühlmittelkühler des Verbrennungsmotors als Hochtemperatur-Kühlkreislauf und den Niedertemperatur-Kühler als Niedertemperatur-Kreislauf baulich integriert in einem Wärmetauscher auszubilden, wobei ein Teil der Tauscherrohre dem Hochtemperatur-Kreislauf und ein Teil der Tauscherrohre des integrierten Wärmetauschers dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf zugeordnet sind. Bei einer solchen integrierten Bauform besteht das Problem großer Thermospannungen vor allem im Bereich der Angrenzung der beiden Kühlkreisläufe.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher anzugeben, der in integrierter Bauform über zwei Kühlkreisläufe verfügt und besonders unempfindlich gegenüber Temperaturunterschieden in den Kühlkreisläufen ist.
  • Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Simulationen und Versuche haben den überraschenden Effekt gezeigt, dass thermisch bedingte mechanische Verspannungen im Bereich der Grenze zwischen den benachbarten Tauscherabschnitten besonders gering sind, wenn die Tauscherabschnitte ein Höhenverhältnis von etwa 0,2 bis etwa 0,4 aufweisen, Insbesondere gilt dies für Fälle, in denen übliche Temperaturen für einen Kühlmittelkühler eines Verbrennungsmotors, also zum Beispiel 90° C, für den höheren, zweiten Tauscherabschnitt vorliegen und Temperaturen eines Niedertemperatur-Kreistaufs, zum Beispiel für einen direkten Ladeluftkühler und/oder Abgaswärmetauscher im Bereich von 30° C in dem niedrigeren, ersten Tauscherabschnitt vorliegen.
  • Eine weiter verbesserte Reduzierung der Thermospannung wird bei einem Verhältnis zwischen 0,3 und etwa 0,36 der beiden Teilhöhen h1:h2 zueinander erzielt. Bei einer besonders optimierten Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Teilhöhen h1:h2 zueinander genau ein Drittel. Unter der Definition von genau einem Drittel ist insbesondere ein Verhältnis der Anzahlen der in der Hochrichtung gestapelten Flachrohre der beiden Teilmengen bzw. Tauscherabschnitte zu verstehen, also zum Beispiel im Fall eines ersten Tauscherabschnitts mit einer Anzahl von zehn Tauscherrohren und eines zweiten Tauscherabschnitts mit einer Anzahl von zwanzig Tauscherrohren. Zur baulichen Vereinfachung können die Tauscherrohre der beiden Abschnitte dabei die gleichen Abstände zueinander aufweisen. Neben der besonderen Optimierung betreffend die auftretenden Thermospannungen ist eine solche Bauform von einer Teilung von einem Drittel zu zwei Drittel der Teilhöhen h1, h2 besonders geeignet, um symmetrische, gegenüber Verdrehungen invariante Bauteile, wie insbesondere Dichtungen oder auch Bodenstücke, Kastenteile oder Deckelteile der Sammler vorzusehen. Unter der Anzahl der Flachrohre bzw. dem Anzahlenverhältnis im vorstehend erläuterten Sinn sind lediglich die Anzahlen in der Hochrichtung zu verstehen. Die Erfindung ist dabei insbesondere nicht auf einreihige Wärmetauscher beschränkt, sondern es können in einer Tiefenrichtung bzw. Durchströmungsrichtung mit einem Kühlfluid (z.B. Luft) auch mehrere Flachrohre hintereinander vorgesehen sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat zumindest einer der Sammler ein Trennglied zwischen zwei jeweils den Tauscherabschnitten zugeordneten Sammlerabschnitten, wobei eine Dichtung zwischen einem Kastenteil und einem Deckelteil des Sammlerkastens vorgesehen ist. Solche Bauformen sind bekannt und kostengünstig, wobei das Deckelteil in bevorzugter Detailgestaltung aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt ist die Dichtung als umlaufende Dichtung mit einem Steg im Bereich des Trennglieds ausgebildet, wobei die Dichtung invariant bezüglich einer Drehung um 180° in der Dichtungsebene ausgebildet ist. Durch den Steg der Dichtung wird das Trennglied zwischen den Sammlerabschnitten gegenüber dem Deckelteil abgedichtet, wobei die Invarianz gegenüber einer Drehung um 180° eine deutliche Vereinfachung einer automatisierten Montage des Sammlers darstellt. Insbesondere muss auf eine Orientierung der zugeführten Dichtung während der Montage nicht mehr geachtet werden. Invarianz im Sinne der Erfindung erfordert nicht notwendig eine strenge Formsymmetrie der Dichtung gegenüber einer Spiegelung oder Drehung sondern eine funktionelle Symmetrie bezüglich der Dichtungsfunktion in Bezug auf vorgesehene Aufnahmestrukturen wie z.B. randseitige Nuten von Kastenteil und/oder Deckelteil.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform haben beide Sammler jeweils eine bezüglich der Drehung um 180º in der Dichtungsebene invariante Dichtung. Besonders bevorzugt sind dabei beide Dichtungen als Gleichteile ausgebildet, wodurch die Gesamtkosten der Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers weiter verringert werden können.
  • Allgemein vorteilhaft ist es vorgesehen, dass zumindest einer der Tauscherabschnitte eine Aufteilung in zumindest zwei Strömungswege von entgegengesetzter Strömungsrichtung aufweist. Zweckmäßig ist dabei die Reihenfolge der Durchströmung so ausgelegt, dass im Bereich der Angrenzung der beiden Tauscherabschnitte ein besonders niedriges Temperaturgefälle zur weiteren Reduzierung der Thermospannungen vorliegt. Besonders bevorzugt ist der zweite Tauscherabschnitt symmetrisch in zwei Strömungswege aufgeteilt, wobei besonders bevorzugt jeder der Strömungswege eine Höhe von einem Drittel der Gesamthöhe des Wärmetauschers aufweist. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bei einer solchen Ausführungsform kann zum Beispiel eine Dichtung mit zwei Stegen vorgesehen sein, wobei jeder der Stege Ober die Grenze eines Drittels der Gesamthöhe des Sammlers bzw. Wärmetauschers verläuft und entsprechende Trennabschnitte in dem Sammlerkasten abdichtet.
  • Alternativ oder ergänzend kann der erste Tauscherabschnitt symmetrisch in zwei Strömungswege aufgeteilt sein, wobei in besonders bevorzugter Detailgestaltung jeder der Strömungswege eine Höhe von einem Sechstel der Gesamthöhe des Wärmetauschers aufweist. Hierfür geeignete Dichtungen können mehr als zwei Stege aufweisen, die an jeweils geeigneten Positionen, zum Beispiel jeweils einem Sechstel der Gesamthöhe und einem Drittel der Gesamthöhe, angeordnet sind. Auch solche Dichtungen können bevorzugt die vorstehend beschriebene Invarianz gegenüber einer Drehung aufweisen.
  • Bei einer weiteren, alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung stehen die beiden Fluidkreisläufe der beiden Tauscherabschnitte in einem Fluidaustausch miteinander, wobei insbesondere der erste Tauscherabschnitt eingangsseitig von einem ausgangsseitigen Abzweig des zweiten Tauscherabschnitts beströmt wird. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um flüssiges Kühlmittel eines Motor-Kühlkreislaufs, wobei ein Abzweig des im Hochtemperaturabschnitt gekühlten Kühlmittels in den zweiten Abschnitt bzw. Niedertemperatur-Abschnitt des erfindungsgemäßen Wärmetauschers strömt und dort weitere gekühlt wird. Der Abzweig kann grundsätzlich auch außerhalb des Wärmetauschers vorgesehen sein. Grundsätzlich kann im Sinne der Erfindung aber auch eine vollständige Trennung der beiden Tauscherabschnitte bezüglich des durchströmenden Fluids vorgesehen sein, wobei insbesondere die beiden Fluidkreisläufe unterschiedliche Fluide aufweisen können.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden mehrere Ausführungsboispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
    Fig. 2
    zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Strömungswegen im zweiten Tauscherabschnitt.
    Fig. 3
    zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Strömungswegen im ersten Tauscherabschnitt.
    Fig.4 zeigt
    ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Strömungswegen in jedem der Tauscherabschnitle.
    Fig. 5
    zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Fluidabzweig vom zweiten Tauscherabschnitt zum ersten Tauscherabschnitt.
    Fig. 6
    zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Dichtung für einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher.
  • Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem ersten Sammler 1, einem zweiten Sammler 2 und einer Mehrzahl von sich zwischen den Sammlem 1,2 erstreckenden Tauscherrohren 3. Die Tauscherrohre 3 sind als Flachrohre aus Aluminium hergestellt, wobei zwischen benachbarten Tauscherrohren jeweils Rippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs angeordnet sind. Der Wärmetauscher hat einen ersten Tauscherabschnitt A und einen zweiten Tauscherabschnitt B wobei in Hochrichtung h bzw. Stapelrichtung der Flachrohre des Wärmetauschers der erste Tauscherabschnitt A eine Höhe h1 und der zweite Tauscherabschnitt B ein Höhe h2 aufweiset. Das Verhältnis der Höhen h1:h2 beträgt genau ein Drittel. lnsbesondere sind die Flachrohre 3 über beide Tauscherabschnitte A, B äquidistant angeordnet und der zweite Tauscherabschnitt B umfasst genau die doppelte Anzahl von Tauscherrohren 3 wie der erste Tauscherabschnitt A.
  • Die beiden Tauscherabschnitte A, B sind jeweils unterschiedlichen Fluid kreisläufen zugeordnet, zum Beispiel einem Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung eines Verbrennungsmotors für den Tauscherabschnitt B und einem Niedertemperatur-Kreislauf zur Kühlung eines indirekten Ladeluftkühlers und/oder Abgaskühlers. Hierzu weisen beide Sammler 1,2 jeweils zwei Öffnungen 1a, 1b, 2a, 2b zur Zuführung (1a, 2a) und Abführung (1b. 2b) der Fluide der beiden Fluidkreisläufe auf. In jedem der Sammler 1, 2 ist ein Trennglied 1c, 2c zur fluiddichten Abtrennung von den beiden Fluidkreisläufen zugeordneten Sammlerabschnitten vorgesehen.
  • Wie aus Fig. 1 anhand der Strömungsrichtungen anzeigenden Pfeile erkennbar ist, wird der erste Tauscherabschnitt A in Gegenrichtung zu dem zweiten Tauscherabschnitt B durchströmt, so dass die maximal möglichen Temperaturunterschiede in der Nähe der Trennabschnitte 1c, 2c und somit die in diesem Bereich besonders kritischen, thermisch bedingten Materialspannungen verringert sind. Eine besondere Verringerung solcher Materialspannungen ist durch die Wahl des Höhenverhältnisses h1.h2 der beiden Tauscherabschnitte A, B als genau ein Drittel gewährleistet.
  • Die beiden Sammler 1, 2 umfassen jeweils ein Kastenteil (nicht dargestellt) mit einem Bodenabschnitt und darin vorgesehenen Durchzügen zur Aufnahme der Enden der Flachrohre 3 sowie ein aus Kunststoff geformtes Deckelteil (nicht dargestellt), wobei auf bekannte Weise zwischen dem Kastenteil aus Aluminium und dem Deckelteil aus Kunststoff eine umlaufende Dichtung 4 (siehe Fig. 6) vorgesehen ist. Die Dichtung 4 ist vorliegend, aber nicht notwendig als Spritzgussteil aus einem Elastomer hergestellt und umfasst neben einem geschlossen umlaufenden, annähernd rechteckförmigen Au-βenrand 4a zwei symmetrisch angeordnete Stege 4b. Die Stege 4b dienen jeweils der Abdichtung über einem der in die Kastenteile eingesetzten Trennabschnitte 1c, 2c zur fluiddichten Trennung der beiden Sammlerabschnitte. Die Stege 4b sind dabei symmetrisch zu einer zentralen Symmetrieachse der Dichtung 4 ausgebildet, so dass insbesondere eine Invarianz der Dichtung gegenüber einer Verdrehung um 180° in der Dichtungsebene (gleich der Zeichnungsebene in Fig. 6) erzielt ist. Im Fall des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 würde somit einer der beiden Stege 4b über einem jeweiligen Trennabschnitt 1c. 2c des Sammlers zu liegen kommen, während der andere Stege 4b keine dichtende Funktion hat. Dennoch ist der Vorteil erreicht, dass die Dichtung 4 als Gleichteil für beide Sammler 1,2 ausgebildet sein kann und zudem in der Zuführung bei einer automatisierten Montage von Deckelteil und Kastenteil invariant gegenüber ihrer Orientierung ist.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der höhere Tauscherabschnitt B in zwei Strömungswege B1, B2 unterteilt ist, wobei der erste Sammler 1 sowohl einen Zufluss als auch einen Abfluss für den zweiten Tauscherabschnitt B umfasst. Der zweite Sammler 2 hat im Sammlerabschnitt des zweiten Tauscherabschnitts B keine Anachlussöffnungen, sondern dient einer Umlenkung des Fluidstroms um 180°, Der zweite Tauscherabschnitt B ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 somit als U-Flow-Kühler ausgebildet.
  • Jeder der beiden Strömungswege B1, B2 des höheren zweiten Tauscherabschnitts B hat eine Höhe von einem Drittel der Gesamthöhe h = h1+h2 des Wärmetauschers bzw. die Hälfte der Höhe h2 des zweiten Tauscherabschnitts B. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die in Fig. 6 gezeigte Dichtung, deren Stege 4b die Dichtung in ihrer Hochrichtung jeweils dritteln, geeignet ist, mit dem Wärmetauscher nach Fig. 2 verwendet zu werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist nicht der höhere zweite Tauscherabschnitt B in zwei Strömungswege aufgeteilt, sondern in analoger Weise der niedrigere erste Tauscherabschnitt A. Die beiden Strömungswegen A1. A2 des ersten Tauscherabschnitts A haben jeweils eine Höhe von einem Sechstel der Gesamthöhe des Wärmetauschers so dass der erste Tauscherabschnitt A wie in den vorherigen Beispielen insgesamt eine Höhe h1 von einem Drittel der Gesamthöhe h aufweist.
  • Bei dem Beispiel nach Fig. 4 sind sowohl der erste Tauscherabschnitt A als auch der zweite Tauscherabschnitt B in zwei Strömungswege A1, A2, B1, B2 aufgeteilt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann ein besonders stark geglätteter Verlauf eines Wärmegradienten über die Hochrichtung des Wärmetauschers erzielt werden, so dass die thermischen Spannungen besonders gering sind.
  • Es versteht sich, dass die Dichtung nach Fig. 6 zur Verwendung mit den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und Fig. 4 dahingehend modifiziert werden kann, dass sie zusätzliche Trennstege 4b auf der Höhe der erforderlichen Trennglieder 1c, 2c aufweist, welche zur Auftrennung der Tauscherbereiche A, B in separate Strömungswege vorgesehen sind.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 liegt eine dem ersten Ausführungsbeispiel ähnliche Anordnung vor, wobei der Wärmetauscher jedoch nur einen Fluidzufluss 1a und zwei Fluidabflüsse 2b, 1b aufweist. Dabei tritt der gesamte heiße Fluidstrom, welcher zum Beispiel von der Kühlung eines Verbrennungsmotors zurückströmt, durch den Anschluss 1a in den höheren zweiten Tauscherbereich B ein, wonach er in den ohne ein Trennglied ausgebildeten zweiten Sammler 2 eintritt. Ein Teilstrom des so vorgekühlten Fluidstroms verlässt den zweiten Sammler 2 durch den Abfluss 2b. Ein weiterer Teilstrom strömt durch eine genau bemaßte Blende 5 im zweiten Sammler 2 und nachfolgend in den ersten Tauscherabschnitt A, dessen Höhe h1 wie im Beispiel nach Fig. 1 ein Drittel der Gesamthöhe des Wärmetauschers beträgt. In diesem ersten Tauscherabschnitt A wird der vorgekühlte Teilfluidstrom weitergekühlt, so dass es sich beim Abschnitt A ebenfalls um einen Niedertemperatur-Kühlstrecke handelt. Der besonders stark heruntergekühlte Teilstrom verlässt den ersten Tauscherbereich A dann durch die Ausflussöffnung 1b im ersten Sammler 1.
  • Sämtliche der vorstehend erläuterten Wärmetauscher können je nach Anforderungen als ein- oder mehrreihige Wärmetauscher ausgebildet sein, also in einer Durchströmungsrichtung mit kühlender Luft (Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene gemäß Fig. 1 bis Fig. 5) mehrere Flachrohre hintereinander aufweisen.
  • Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.

Claims (11)

  1. Wärmetauscher, insbesondere Kühlmittelkühler für ein Kraftfahrzeug, umfassend
    einen ersten Sammler (1) und einen zweiten, gegenüberliegend angeordneten Sammler (2), und
    eine Mehrzahl von die Sammler (1, 2) verbindenden Tauscherrohren (3),
    wobei die Tauscherrohre (3) in einer Hochrichtung insgesamt über eine Höhe h des Wärmetauschers gestapelt sind,
    wobei eine erste Teilmenge (A) der Tauscherrohre (3) über eine erste Teilhöhe h1 gestapelt und einem ersten Tauscherabschnitt (A), insbesondere einem Niedertemperaturabschnitt, zugeordnet ist, und wobei eine zweite Teilmenge (B) der Tauscherrohre (3) in der Hochrichtung an die erste Teilmenge (A) angrenzend über eine zweite Teilhöhe h2 gestapelt ist und einem zweiten Tauscherabschnitt (B), insbesondere einem Hochtemperaturabschnitt zugeordnet ist,
    wobei die beiden Tauscherabschnitte (A, B) jeweils einem ersten und einem zweiten Fluidkreislauf mit insbesondere verschiedenen Temperaturen zugeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der ersten Teilhöhe zu der zweiten Teilhöhe h1:h2 zwischen etwa 0,2 und etwa 0,4 beträgt.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Teilhöhen h1.h2 zwischen etwa 0,3 und etwa 0,36 beträgt.
  3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Teilhöhen h1:h2 genau ein Drittel beträgt, insbesondere bemessen als Verhältnis der Anzahlen der in der 1 lochrichtung gestapelten Flachrohre (3) der beiden Teilmengen (A, B).
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekenntzeichnet, dass zumindest einer der Sammler (1, 2) ein Trennglied (1c, 2c) zwischen zwei jeweils den Tauscherabschnitten (A, B) zugeordneten Sammlerabschnitten aufweist, wobei eine Dichtung (4) zwischen einem Kastenteil und einem Deckelteil des Sammlers (1, 2) vorgesehen ist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) als umlaufende Dichtung (4a) mit einem Steg (4b) im Bereich des Trennglieds (1c, 2c) ausgebildet ist, wobei die Dichtung (4) invariant bezüglich einer Drehung um 180º in der Dichtungsebene ausgebildet ist.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Sammler (1, 2) jeweils eine bezüglich der Drehung um 180° in der Dichtungsebene invariante Dichtung aufweisen.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Dichtungen (1, 2) als Gleichteile ausgebildet sind.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Tauscherabschnitte (A, B) eine Aufteilung in zumindest zwei Strömungswege (A1, A2, B1, B2) von insbesondere entgegen gesetzter Strömungsrichtung aufweist.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tauscherabschnitt (B) symmetrisch in zwei Strömungswege (B1, B2) aufgeteilt ist, wobei insbesondere jeder der Strömungswege (B1, B2) eine Höhe von einem Drittel der Gesamthöhe des Wärmetauschers aufweist.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tauscherabschnitt (A) symmetrisch in zwei Strömungswege (A1, A2) aufgeteilt ist, wobei insbesondere jeder der Strömungswege (A1, A2) eine Höhe von einem Sechstel der Gesamthöhe des Wärmetauschers aufweist.
  11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkreisläufe der beiden Tauscherabschnitte (A, B)in einem Fluidaustausch miteinander stehen, wobei insbesondere der erste Tauscherabschnitt (A) eingangsseitig von einem ausgangsseitigen Abzweig (5) des zweiten Tauscherabschnitts (B) beströmt wird.
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