EP2394126A1 - Wärmeübertrager, insbesondere heizkörper für kraftfahrzeuge - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere heizkörper für kraftfahrzeuge

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EP2394126A1
EP2394126A1 EP10701881A EP10701881A EP2394126A1 EP 2394126 A1 EP2394126 A1 EP 2394126A1 EP 10701881 A EP10701881 A EP 10701881A EP 10701881 A EP10701881 A EP 10701881A EP 2394126 A1 EP2394126 A1 EP 2394126A1
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EP
European Patent Office
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range
heat exchanger
exchanger according
vortex generators
flat
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EP10701881A
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English (en)
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EP2394126B1 (de
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Michael Kohl
Ying Fu
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F2001/027—Tubular elements of cross-section which is non-circular with dimples

Definitions

  • Heat exchangers in particular radiators for motor vehicles
  • the invention relates to a heat exchanger, in particular a Schukör »per for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
  • EP 0 710 811 B1 has disclosed a heat exchanger which is used as a radiator of an air conditioning system for motor vehicles.
  • the known radiator has a built-up of flat tubes and corrugated fins block and an inlet side and an outlet side header box for the inlet and outlet of thedemitteis a cooling circuit of an internal combustion engine.
  • the flat tubes of the radiator are flowed through in only one direction by the coolant. Thus, there is neither a deflection of the coolant in the width nor in the depth instead.
  • the radiator is optimized so that at low coolant flow rate through the radiator, eg.
  • the flat tubes of the radiator block have a clear width of 0.6 to 1.2 mm and the welirips between the Ffachrohren a height of 3 to 6 mm this corresponds to a ratio of corrugated fin height to clear tube width of 5.0.
  • the known heat exchangers often have a low power to weight, d. H. the weight of the heat exchanger is relatively high, based on its performance. This results from the fact that higher performance with more weight is bought: Increases z. For example, if the number of tubes (reduction of the transverse distribution) of the heat exchanger is higher due to the larger heat-dissipating surface, the heat exchanger becomes heavier at the same time. An increase in the depth of the heat exchanger also has an unfavorable effect on the power-to-weight ratio.
  • the heat exchanger should also be inexpensive and reliable to manufacture.
  • the object of the invention thus also aims at a reduction of the fuel consumption of the motor vehicle (reduction of the recorded blower and coolant pump performance).
  • the flat tubes have a clear width L in the range from 0.9 to 1.2 mm, preferably 1.0 mm, and the corrugated ribs have a height H in the range from 6.3 to 8.0 mm, preferably from 6 , 3 mm.
  • the ratio of corrugated fin height H to clear width L is in a range of 5 to 9, in particular in a range of 6.3 to 7.2.
  • the flat tubes have vortex generators projecting inwards into the flow cross-section of the flat tubes, which are elongated and arranged in a V-shape in rows transversely to the flow direction of the coolant.
  • the vortex generators are optimized in terms of their dimensions (length, width, depth), their number and their Anstellwinkeis KOhlmilteiströmung in view of the cooling medium side pressure drop and heat transfer.
  • Flg. 2 a corrugated rib with gills, seen from above,
  • FIG. 3 shows a corrugated rib, seen from the front (in Luffströmungscardi), Fig. 4 shows a cross section through a folded Fiachrohr,
  • Fig. 5 shows a cross section through a folded flat tube with embossed
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a flat tube with vortex generators
  • Fig. 8 is a graphic representation of the influence of the depth W of
  • Fig. 10 is a graph showing the influence of the clearance L on the ratio of power to air side pressure drop
  • Fig. 11 is a graph showing the influence of the clearance L on the power weight (specific power)
  • Fig. 12 in a graphic representation of the influence of the corrugated fin height
  • FIG. 1 shows a heat exchanger designed as a heating element 1, which comprises a block 4 constructed from flat tubes 2 and corrugated fins 3, as well as an inlet-side collecting box 5 and an outlet-side collecting box 6.
  • the radiator 1 is part of an unillustrated heating or air conditioning system of a motor vehicle and is flowed through by coolant of a not showndenikiaufes the internal combustion engine of the motor vehicle disposed between the flat tubes 2 corrugated fins 3 (see also Fig, 2, 3) are covered by ambient air , which is supplied after heating in the radiator 1 a vehicle interior of the motor vehicle.
  • Fig. 1a shows the radiator 1 in a perspective view, from which it can be seen that the radiator 1 is formed in a single row, ie only a row of flat tubes 2 has.
  • the collecting tanks 5, 6 have no partitions,
  • the components 2, 3, 5, 6 of the radiator 1 are made of aluminum materials and are soldered together. The construction and manufacture of the radiator 1 are thus relatively simple, in order to achieve a high degree of efficiency and productivity Reduce costs. Due to the simple coolant-side flow through the radiator, ie waiving deflections in width and in depth results in a relatively low coolant-side pressure drop.
  • Fig. 2 shows a corrugated fin 3 in a view from above, in which differently employed gills 3a, 3b can be seen.
  • Fig. 3 shows the corrugated fin 3 in a view from the, d. H. seen in the direction of air flow.
  • the corrugated fin 3 has ribbed bows 3c, 3d, to which it is soldered to the flat tubes 2, not shown here.
  • the height of the corrugated fin 3, which corresponds to the distance between adjacent flat tubes 2, is marked H.
  • Fig. 4 shows a flat tube 2 in cross-section, wherein the flat sides are marked 2a, 2b.
  • the flat tube 2 is formed as a folding tube, d. H. It is made from a sheet by forming and has in its center on a two webs 2c, 2d existing fold 2e.
  • the flow cross-section of the flat tube 2 is thus subdivided into two chambers A1, A2.
  • the outer dimension of the flat tube in the depth direction also referred to as depth, is denoted by T; the clear width of the flat tube 2 is denoted by L.
  • FIG. 5 shows a cross-section of the flat tube 2 with swirl generators 7, 8 embossed inward in the flow cross-section on both flat sides 2a, 2b.
  • the vortex generators 7, 8 have a depth W, which is indicated by dimension arrows and, in a preferred embodiment, is in a range of W - 0.16 to 0.35 mm.
  • F ⁇ g. 6 shows a section of the flat tube 2 in longitudinal section, wherein rows of vortex generators 7 are drawn.
  • the direction of flow of Coolant is indicated by arrows S; a Q ⁇ eritessebene, perpendicular to the flow direction S, is indicated by a line q.
  • the number of vortex generators in a row is denoted by WA, wherein in the illustrated embodiment six Wirbeierzeuger are arranged per row.
  • FIG. 7 shows a detail of the Fiachrohres 2 with a plan view of the vortex generators 7, which are arranged in relation to the Strömu ⁇ gsrichtting S V-shaped and have an angle of attack ⁇ with respect to the flow direction S.
  • the vortex generators 7 are elongated: they have a longitudinal axis a, a length W1 and a width W2.
  • the angle ⁇ is defined by ⁇ ⁇ e longitudinal axis a and the flow direction S.
  • the following dimensions are provided for the vortex generators 7, 8: the depth W (see FIG.
  • Range of 1, 5 to 4.0 mm, and the width W2 is in a range of 1, 0 to 2.5 mm.
  • the number WA of the buckets 7, 8 per row and transverse to the flow direction S is 4 to 10.
  • the angle of attack ⁇ of the Wrrbelerzeu- ger 7, 8 is in a range of 15 to 25 °.
  • FIG. 8 shows a graph in which a specific power of the heat exchanger, ie the power Q 100, based on the coolant-side pressure drop dpi, is plotted in percent over the depth W of the vortex generators.
  • the vortex generators serve to improve the heat transfer by forming a turbulence flow, whereby the power is increased.
  • the coolant-side pressure drop dpi increases, from one At a depth of W ⁇ 0.25 mm, the performance increases only insignificantly despite a greater pressure drop.
  • the range W 0.15 to 0.35 mm is considered the preferred range for a favorable ratio of Q100 / dp1.
  • the measurement on which the diagram is based was carried out with a flat tube with a clear width of L-1, 0 mm.
  • Fig. 9 shows a diagram in which a specific power, i. H. the power Q100, expressed as a percentage of the air-side pressure drop dp2, is plotted against the depth W of the vortex generators.
  • the air-side pressure drop dp2 is virtually unaffected by the vortex generators, since the vortex generators are directed towards the inside of the flat tube, i. H. are impressed in the flow cross-section of the coolant.
  • the ratio Q100 / dp2 increases with increasing depth W. However, the preferred range of the depth W of the vortex generators is determined by the ratio Q1007dp1 as shown in FIG.
  • Flg. 11 shows a diagram in which the specific power, d, h. the power relative to the weight of the radiator is plotted in percent over the clear width L of the flat tube. Again, there are three curves for different corrugated heights of 4.5; 6.3; 8.0 mm shown.
  • the characteristic Q100 / weight expresses the effectiveness of the heat exchanger, whereby the effectiveness also affects the cost of the heat exchanger. The lower the weight the less material is consumed, the Materiaitcosten the radiator amount to more than 50% of the total cost.
  • Fig. 12 shows a diagram in which a further specific power is plotted against the height H of the welirips.
  • the specific power is related to the product of the coolant side and the air side pressure drop and is designated Q100 / (dp1 • dp2).
  • the diagram shows a family of curves of six curves for different clearances L of 0.8 to 1.3 mm, in each case for Welirippen stoodn of 4.5; 6.3; 8.0 mm shown.
  • the ratio Q100 / (dp1 • dp2) increases with increasing light width. The main reason for this is the decreasing coolant-side pressure drop, which is more noticeable in this characteristic than the sinking power.
  • the curves of the diagram initially show - in the range of corrugated rib height of 4.5 to 6.3 mm - a sharp increase, while the ratio Q100 / (dp1 • dp2) thereafter no longer increases.
  • the radiator according to the invention has a high power to weight, which is associated with a lower material usage and lower material costs.
  • the radiator according to the invention has a high efficiency. Due to the low air-side pressure drop results in a low Gebläseieistung, thus a lower power consumption, resulting in saving fuel costs. Due to the low cooling-side pressure drop results in a lower power consumption of the coolant pump in the coolant circuit and thus a higher power of the internal combustion engine.
  • the rib density ie the number of ribs per dm (decimeter - 10 cm), is in a range of 85 to 105 ribs / dm.
  • the material thickness of the flat tubes lies in a range of SR ear - 0.15 to 0.3 mm, especially at 0.20 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper (1) für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Flachrohre (2) und Wellrippen (3) aufweisenden Block (4) sowie einen eintrittsseitigen und einen austrittsseitigen Sammelkasten (5, 6), wobei die Flachrohre flache Seiten mit eingeprägten Wirbelerzeugern aufweisen und von einem Kühlmittel durchströmbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Flachrohre (2) eine lichte Weite (L) im Bereich von 0,9 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 1,0 mm und die Wellrippen (3) eine Höhe (H) im Bereich von 6,3 bis 8,0 mm, vorzugsweise von 8,3 mm aufweisen.

Description

Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Heizkör» per für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Durch die EP 0 710 811 B1 wurde ein Wärmeübertrager bekannt, der als Heizkörper einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Der bekannte Heizkörper weist einen aus Flachrohren und Wellrippen aufgebauten Block sowie einen eintrittsseitigen und einen austrittsseitigen Sammelkasten für den Ein- bzw. Austritt des Kühlmitteis eines Kühikreislaufes einer Brennkraftmaschine auf. Die Flachrohre des Heizkörpers werden in nur einer Richtung vom Kühlmittel durchströmt. Es findet somit weder eine Umlenkung des Kühlmittels in der Breite noch in der Tiefe statt. Der Heizkörper ist dahinge- hend optimiert, dass bei geringem Kühlmittefdurchsatz durch den Heizkörper, z. B. bei Leerlauf der Brennkraftmaschine und bei höheren Kühlmittel" durchsätzen möglichst die gleiche Heizleistung abgegeben wird. Die Flachrohre des Heizkörperbiockes weisen eine lichte Weite von 0,6 bis 1,2 mm und die Welirippen zwischen den Ffachrohren eine Höhe von 3 bis 6 mm auf; dies entspricht einem Verhältnis von Wellrippenhöhe zu lichter Rohrweite von 5,0.
Durch die DE 101 27 084 A1 der Anmelderin wurde ein einreihiger, Flachrohre und Weilrippen aufweisender Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge be- kannt, wobei die Flachrohre von einem Kühlmittel eines Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine durchströmt werden. Zur Erhöhung des kühlrnittelseiti- gen Wärmeüberganges sind in die fiachen Seiten der Flachrohre längliche, V-förmig angeordnete Wirbelerzeugef eingeformt. Die Wirbelerzeuger sind in Reihen quer zur Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet und in ei- nem Winkel von etwa 20° zur Strömungsrichtung angestellt Die Wirbelerzeuger weisen eine in den Strömungsquerschnitt der Flachrohre hineinragende Höhe auf, die im Bereich von 5 bis 40 % der Breite der Flachrohre liegt
Die bekannten Wärmeübertrager weisen häufig ein geringes Leistungsgewicht auf, d. h. das Gewicht des Wärmeübertragers ist relativ hoch, bezogen auf seine Leistung. Dies ergibt sich daraus, dass höhere Leistung mit mehr Gewicht erkauft wird: Erhöht man z. B. die Anzahl der Rohre (Verringerung der Querteilung) des Wärmeübertragers, erzielt man zwar aufgrund der grö- ßeren wärmeabführenden Oberf fache eine höhere Leistung, allerdings wird der Wärmeübertrager gleichzeitig schwerer. Auch eine Erhöhung der Bau- tiefe des Wärmeübertragers wirkt sich ungünstig auf das Leistungsgewicht aus.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, efnen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ein möglichst hohes Leistungsgewicht, d. h. ein großes Verhältnis der Leistung des Wärmeübertragers zu seinem Gewicht aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, dass der Wärmeübertragener einen geringen luftseitigen und kühlmittelseitigen Druckabfall, insbesondere ein günstiges Verhältnis von luftseitigem und kühlmittelseitigem Druckabfall aufweist Schließlich soll der Wärmeübertrager auch kostengünstig und fertigungssicher herstellbar sein. Die Aufgabe der Erfindung zielt damit auch auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches des Kraftfahrzeuges ab (Redu- zierung der aufgenommenen Gebläse- und Kühlmittelpumpenleistung).
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Flachrohre eine lichte Weite L im Bereich von 0,9 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 1,0 mm und die Wellrippen eine Höhe H im Bereich von 6,3 bis 8,0 mm, vorzugsweise von 6,3 mm aufweisen. Bevorzugt Hegt das Verhältnis von Wellrippenhöhe H zur lichten Weite L in einem Bereich von 5 bis 9, insbesondere in einem Bereich von 6,3 bis 7,2. Damit wird der Vorteil eines hohen Leistungsgewichts, verbunden mit einem geringen luft- und kühlmfttelseitigen Druckabfali des Wärmeübertragers erreicht. Infolge des hohen Leistungsgewichtes wird Material für den Wärmeübertrager gespart, und die Hersteifkosten können so gesenkt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Flachrohre nach innen in den Strömungsquerschnitt der Flachrohre hineinragende Wirbelerzeuger auf, welche länglich ausgebildet und V-förmig in Reihen quer zur Strömungs- richtung des Kühlmittels angeordnet sind. Die Wirbelerzeuger sind hinsichtlich ihrer Abmessungen (Länge, Breite, Tiefe), ihrer Anzahl und ihres Anstellwinkeis zur KOhlmilteiströmung im Hinblick auf den kühlmitteiseitigen Druckabfall und Wärmeübergang optimiert. Durch die erfindungsgemäß dimensionierten Wirbelerzeuger kann somit die Leistung bei vertretbarem kühlmittelseitigem Druckabfall gesteigert werden.
Ausführungsbeispieie der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich weitere Merkmale und/oder Vorteile aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung ergeben können. Es zeigen
Fig. 1, 1a einen Heizkörper in einer Ansicht und einer 3-D-DarstelJung,
Flg. 2 eine Wellrippe mit Kiemen, von oben gesehen,
Fig. 3 eine Wellrippe, von vorn (in Luffströmungsrichtung) gesehen, Fig. 4 einen Querschnitt durch ein gefalztes Fiachrohr,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein gefalztes Flachrohr mit eingeprägten
Wirbelerzeugern,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Flachrohr mit Wirbelerzeugern,
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem Flachrohr mit Wirbel- erzaugero, Fig. 8 in einer grafischen Darstellung den Einfluss der Tiefe W der
Wirbelerzeuger auf das Verhältnis von Leistung zu kühlmittelsei- tigem Druckabfall,
Fig. 9 in einer grafischen Darstellung den Einfluss der Tiefe W der Wirbelerzeuger auf das Verhältnis von Leistung zu luftseitigem
Druckabfali, Fig, 10 in einer grafischen Darstellung den Einfluss der lichten Weite L auf das Verhältnis von Leistung zu luftseitigem Druckabfall, Fig. 11 in einer grafischen Darstellung den Einfluss der lichten Weite L auf das Leistungsgewicht (spezifische Leistung) und
Fig. 12 in einer grafischen Darstellung den Einfiuss der Wellrippenhöhe
H auf das Verhältnis von Leistung zum Produkt aus kühlmittel- seitigem und luftseitigem Druckabfali.
Fig. 1 zeigt einen als Heizkörper 1 ausgebildeten Wärmeübertrager, welcher einen aus Flachrohren 2 und Wellfippen 3 aufgebauten Block 4 sowie einen eintrittsseitigen Sammelkasten 5 und einen austrittsseitϊgen Sammelkasten 6 umfasst. Der Heizkörper 1 ist Teil einer nicht dargestellten Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges und wird von Kühlmittel eines nicht dar- gestellten Kühlkreisiaufes der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges durchströmt Die zwischen den Flachrohren 2 angeordneten Wellrippen 3 (siehe auch Fig, 2, 3) werden von Umgebungsluft überströmt, welche nach Erwärmung im Heizkörper 1 einem Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeuges zugeführt wird.
Fig. 1a zeigt den Heizkörper 1 in einer perspektivischen Darstellung, woraus ersichtlich ist, dass der Heizkörper 1 einreihig ausgebildet ist, d. h. nur eine Reihe von Flachrohren 2 aufweist. Die Sammelkästen 5, 6 weisen keinerlei Trennwände auf, Das Kühlmittel tritt, dargestellt durch einen Pfeil E, in den unteren Sammeikasten 5 ein, durchströmt sämtliche Flachrohre 2 von unten nach oben, d. h. in derselben Richtung, wird im oberen Sammelkasten 6 gesammelt und verlässt diesen entsprechend einem Pfeil A. Die Bauteile 2, 3, 5, 6 des Heizkörpers 1 bestehen aus Aluminiumwerkstoffen und werden miteinander verlötet. Der Aufbau und die Fertigung des Heizkörpers 1 sind so- mit relativ einfach, um eine hohe Fertfgungs&icherheitzu erzielen und um die Kosten zu senken. Aufgrund der einfachen kühlmittelseitigen Durchströmung des Heizkörpers, d. h. unter Verzicht auf Umlenkungen in der Breite und In der Tiefe ergibt sich ein relativ niedriger kühlmittelseitiger Druckabfall.
Fig. 2 zeigt eine Wellrippe 3 in einer Ansicht von oben, In welcher unterschiedlich angestellte Kiemen 3a, 3b erkennbar sind.
Fig. 3 zeigt die Wellrippe 3 in einer Ansicht von vom, d. h. in Luftströmungsrichtung gesehen. Die Wellrippe 3 weist Rippenbögen 3c, 3d auf, an welchen sie mit den hier nicht dargestellten Flachrohren 2 verlötet wird. Die Höhe der Wellrippe 3, die dem Abstand zwischen benachbarten Flachrohren 2 entspricht, ist mit H gekennzeichnet. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Wellrippenhöhe tn einem Bereich von H = 6,3 bis 8,0 mm.
Fig. 4 zeigt ein Flachrohr 2 im Querschnitt, wobei die flachen Seiten mit 2a, 2b gekennzeichnet sind. Das Flachrohr 2 ist als Falzrohr ausgebildet, d. h. es wird aus einem Blech durch Umformung hergestellt und weist in seiner Mitte einen aus zwei Stegen 2c, 2d bestehenden Falz 2e auf. Der Strömungsquerschnitt des Flachrohres 2 ist somit in zwei Kammern A1, A2 un- terteilt Die Außenabmessuπg des Flachrohres in Tiefenrichtung, auch Tiefe genannt, ist mit T, die lichte Weite des Flachrohres 2 ist mit L bezeichnet. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt d\e Tiefe in einem Bereich von T = 15 bis 35 mm und die lichte Weite in einem Bereich von L = 0,9 bis 1,2 mm. Daraus ergibt sich für das Verhältnis von Welirippenhöhe zu lichter Weite ein bevorzugter Bereich von H/L = 5 bis 9, insbesondere 6,3 bis 7,2.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt des Flachrohres 2 mit nach innen in den Strömungsquerschnjti eingeprägten Wirbelerzeugern 7, 8 auf beiden flachen Seiten 2a, 2b. Die Wirbelerzeuger 7, 8 weisen eine Tiefe W auf, welche durch Maßpfeile gekennzeichnet ist und bei einem bevorzugten Ausfüh- rungsbeispief in einem Bereich von W - 0,16 bis 0,35 mm liegt.
Fϊg. δ zeigt einen Abschnitt des Flachrohres 2 im Längsschnitt, wobei Rei- hen von Wirbelerzeugern 7 eingezeichnet sind. Die Strδmungsrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeile S gekennzeichnet; eine Qυerschnittsebene, senkrecht zur Strömungsrichtung S, ist durch eine Linie q eingezeichnet. Die Anzahl der Wirbelerzeuger in einer Reihe ist mit WA bezeichnet, wobei Im dargestellten Ausfϋhrungsbeispiei sechs Wirbeierzeuger pro Reihe angeordnet sind.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt des Fiachrohres 2 mit einer Draufsicht auf die Wirbelerzeuger 7, welche in Bezug auf die Strömuπgsrichtting S V-förmig angeordnet sind und einen Anstellwinkel α gegenüber der Strömungsrich- tung S aufweisen. Die Wirbelerzeuger 7 sind länglich ausgebildet: sie weisen eine Längsachse a, eine Länge W1 und eine Breite W2 auf. Der Winkel α ist definiert durch ά\e Längsachse a und die Strömungsrichtung S.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind für die Wirbelerzeuger 7, 8 folgende Abmessungen vorgesehen: die Tiefe W (vgi. Fig. 5) liegt in einem
Bereich von 0,15 bis 0,35 mm - bei einer lichten Weite L des Flachrohres 2 von 0,9 bis 1,2 mm. Die Länge W1 der Wirbelerzeuger 7, 8 liegt in einem
Bereich von 1 ,5 bis 4,0 mm, und die Breite W2 liegt in einem Bereich von 1 ,0 bis 2,5 mm. Die Anzahl WA der Wϊrbeierzeuger 7, 8 pro Reihe und quer zur Strömungsrichtung S beträgt 4 bis 10. Der Anstellwinkel α der Wrrbelerzeu- ger 7, 8 liegt in einem Bereich von 15 bis 25°.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Wirbelerzeuger 7, 8 folgende Abmessungen: W1 = 2,5 mm; W2 = 1,25 mm; W = 0,25 mm; α ~ 20°; WA = 6.
Bevorzugte Abmessungen des Flachrohres betragen: L ~ 1 ,0 mm und T = 26 mm.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, in welchem eine spezifische Leistung des Wärmeübertragers, d. h. die Leistung Q 100, bezogen auf den kühimittelseitigen Druckabfall dpi , in Prozent aufgetragen ist über der Tiefe W der Wirbelerzeuger. Die Wirbelerzeuger dienen der Verbesserung des Wärmeüberganges durch Bildung einer Turbulenzströmung, wodurch die Leistung gesteigert wird. Gleichzeitig erhöht sich der kühlmitteteeitige Druckabfall dpi, Ab einer bestirnmten Tiefe von W ~ 0,25 mm steigt die Leistung nur noch unwesentlich trotz stärkeren Druckabfalls. Der Bereich W = 0,15 bis 0,35 mm gilt als bevorzugter Bereich für ein günstiges Verhältnis von Q100/dp1. Die dem Diagramm zu Grunde liegende Messung wurde mit einem Flachrohr mit ei- ner lichten Weite von L - 1 ,0 mm durchgeführt.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, bei welchem eine spezifische Leistung, d. h. die Leistung Q100, bezogen auf den luftseitigen Druckabfall dp2, in Prozent aufgetragen ist über der Tiefe W der Wirbelerzeuger. Der luftseitige Druckabfall dp2 wird durch die Wirbelerzeuger praktisch nicht beeinflusst, da die Wirbelerzeuger zur Innenseite des Flachrohres, d. h. in den Strömungsquerschnitt des Kühlmittels eingeprägt sind. Das Verhältnis Q100/dp2 steigt mit zunehmender Tiefe W. Der bevorzugte Bereich der Tiefe W der Wirbelerzeuger wird jedoch durch das Verhältnis Q1007dp1 entsprechend Fig. 8 bestimmt.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm, bei welchem die spezifische Leistung Q100/dp2, d. h. die auf den luftseitigen Druckabfall bezogene Leistung, aufgetragen ist über der lichten Weite L des Flachrohres 2. Es sind drei Kurven für unterschiedliche Wellrippenhöhen, nämlich H - 4,5 mm (Symbol: Quadrat), H = 6,3 mm (Symbol: Dreieck), H - 8,0 mm (Symbol: Kreis) dargestellt. Der Untersuchung lag eine Tiefe der Wirbelerzeuger von W = 0,25 mm zu Grunde. Die Darstellung zeigt den Einfluss der Wellrippenhöhe H auf das Verhältnis von Leistung zu luftseltigem Druckabfall. Mit steigender Wellrippenhöhe H sinkt der luftseitige Druckabfali dp2. Bei einer Steigerung der Wellrippenhöhe von 4,5 auf 6,3 mm sinkt der luftseitige Druckabfall um ca. 20 %, bei einer Steigerung der Wellrippenhöhe von 6,3 auf 8 mm um ca. 10 %. in der Regel führt eine Vergrößerung der Wellrippenhöhe zu einer Reduzierung der Leistung, da weniger Flachrohre (und somit weniger Wärme übertragende Oberfläche) vorhanden sind. Es zeigt sich jedoch, dass bei Verwendung einer Wellrippe mit einer Höh© von 6,3 mm im Vergleich mit einer Wellrippenhöhe von 4,5 mm eine ähnliche Leistung erzielt wird, Grund hierfür ist die höhere Geschwindigkeit des Kühlmittels im Flachrohr und somit ein besserer Wärmeübergang. Dies führt zur einer deutlichen Verbesserung der Q100/dp2- Kennlinie für die Rippenhöhe H = 6,3 mm im Vergleich zur Rippenhöhe H ~ 4,5 mm. Bei einer Wellrippe mit einer Höhe von 8 mm kommt es bereits zu einer messbaren Leistungsminderung, da hier eine weitere Oberflächenreduzierung (aufgrund noch weniger Fiachrohre) bemerkbar ist. Dennoch ist hier aufgrund der Reduzierung des luftseitigen Druckabfalls eine wettere Verbesserung der Q100/dp2-Kennlinie vorhanden. Hieraus ergibt sich ein bevorzugter Bereich der Welirippenhöhe H zwischen 6,3 und 8,0 mm.
Flg. 11 zeigt ein Diagramm, bei welchem die spezifische Leistung, d, h. die Leistung bezogen auf das Gewicht des Heizkörpers in Prozent aufgetragen ist über der lichten Weite L des Flachrohres. Es sind wiederum drei Kurven- züge für unterschiedliche Wellrippenhöhen von 4,5; 6,3; 8,0 mm dargestellt. Der Kennwert Q100/Gewicht drückt die Effektivität des Wärmeübertragers aus, wobei sich die Effektivität auch auf die Kosten des Wärmeübertragers auswirkt. Je geringer das Gewicht desto weniger Material wird verbraucht, wobei die Materiaitcosten beim Heizkörper mehr als 50 % der gesamten Herstellkosten betragen. Die beiden oberen Kurvenzüge für die Wellrippenhöhe 6,3 mm (Symbol: Dreieck) und die Wellrippenhöhe 8,0 mm (Symbol: Kreis) bestätigen, wie schon zu Fig. 10 ausgeführt, den bevorzugten Bereich der Wellrippenhöhe von H = 6,3 bis 8,0 mm.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, bei welchem eine weitere spezifische Leistung aufgetragen ist über der Höhe H der Welirippen. Die spezifische Leistung ist bezogen auf das Produkt von kühlmitteiseitigem und luftseitigem Druckabfall und ist mit Q100/(dp1 • dp2) bezeichnet. Das Diagramm zeigt eine Kurvenschar von sechs Kurven für unterschiedliche lichte Weiten L von 0,8 bis 1 ,3 mm, jeweils für Welirippenhöhen von 4,5; 6,3; 8,0 mm dargestellt. Das Verhältnis Q100/(dp1 • dp2) steigt mit größer werdender lichter Weite. Hauptgrund hierfür ist der sinkende kühlmittelseitige Druckabfall, der sich stärker in diesem Kennwert bemerkbar macht als die sinkende Leistung. Die Kurven des Diagramms zeigen zunächst - im Bereich der Wellrippenhöhe von 4,5 bis 6,3 mm - einen starken Anstieg, während das Verhältnis Q100/(dp1 • dp2) danach nicht mehr ansteigt.
Mit Rücksicht auf die beiden Verhältnisse Q100/(dp1 • dp2) und Q1O0/dp2 (vgl. Fig. 10) ergibt sich für die lichte Weite ein bevorzugter Bereich von L = 0,9 bis 1,2 mm. Außerdem bestätigt dieses Diagramm den bevorzugten Bereich für die Wellrippenhöhe von H ~ 6,3 bis 8,0 mm.
Die vorgenannten Diagramme und die zugehörigen Erläuterungen zeigen, dass der erfindungsgemäße Heizkörper ein hohes Leistungsgewicht aufweist, womit ein geringer Materialeinsatz und geringere Materialkosten verbunden sind. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Heizkörper eine hohe Effizienz auf. Durch den geringen luftseitigen Druckabfall ergibt sich eine geringe Gebläseieistung, damit eine geringere Stromaufnahme, was zu Einsparung von Kraftstoffkosten führt. Durch den geringen kühimiltelseitigen Druckabfall ergibt sich eine geringere Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe im Kühlmittelkreislauf und damit eine höhere Leistung der Brennkraftmaschine.
Weitere Abmessungen für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sind: Die Rippendichte, d. h. die Anzahl der Rippen pro dm (Dezimeter - 10 cm), liegt in einem Bereich von 85 bis 105 Rippen/dm. Die Materialstärke der Flachrohre liegt in einem Bereich von SROhr - 0,15 bis 0,3 mm, insbesondere bei 0,20 mm. Die Materialstärke der Wellrippen liegt m einem Bereich von SRiPp8 = 0,06 bis 0,10 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,07 bis 0,08 mm.

Claims

P a te n ta n s p r ü c h e
1. Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Flachrohre (2) und Wellrippen (3) aufweisenden Block (4) sowie einen etntrittsseitigen und einen austrittsseitjgen Sammelkasten (5, 6), wobei die Flachrohre flache Seiten (2a, 2b) mit eingeprägten Wirbelerzeugern (7, 8) aufweisen und von einem Kühlmittel durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre
(2) eine lichte Weite (L) im Bereich von 0,9 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 1 ß mm und die Wellrippen (3) eine Höhe (H) im Bereich von 6,3 bis 8,0 mm, vorzugsweise von 6,3 mm aufweisen.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wellrippenhöhe (H) zur lichten Weite (L) der Flachrohre (2) in einem Bereich von 5 bis 9, insbesondere in einem Bereich von 6,3 bis 7,2 mm liegt.
3, Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr als gefalztes Rohr (2) mit zwei durch einen Falz (2c) abgeteilten Kammern (A1, A2) ausgebildet ist. . Wärmeübertrager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Flachrohr eine Tiefe (T) im Bereich von 15 bis 35 mm, vorzugsweise von 26 mm aufweist. . Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbeierzeuger (7, 8) länglich ausgebildet sind und eine Länge (W1) im Bereich von 1,5 bis 4,0 mm, vorzugsweise von 2,5 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger {7, 8) eine Breite (W2) im Bereich von 1,0 bis 2,5 mm, insbesondere von 1,25 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbeierzeuger eine Tiefe (W) im Bereich von 0,15 bis 0,35 mm, insbesondere von 0,25 mm aufweisen.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (7, 8) eine Längsachse (a) aufweisen und dass die Längsachse (a) mit der Strömungsrichtung (S) im Flachrohr (2) einen Anstellwinkel (α) im Bereich von 15 bis 25°, insbesondere von 20° bildet.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelerzeuger (7, 8) in Reihen (q) quer zur Strόmungsrichtung (S) im Flachrohr (2) angeordnet und dass in einer
Reihe des Flachrohres (2) eine Anzahl (WA) im Bereich von 4 bis 10, insbesondere 6 Wirbelerzeugern vorgesehen sind.
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Dichte der Weilrippen im Bereich von 85 bis
105 Rippen/dm liegt. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke (SRohr) der Flachrohre (2) in ei- nem Bereich von 0,15 bis 0,3 mm, insbesondere bei 0,20 mm liegt
Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke (SRIPPΘ) der Wellrippen in einem Bereich von 0,06 bis 0,10 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,07 bis 0,08 mm Hegt.
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