EP2678629B1 - Wärmetauscher - Google Patents

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EP2678629B1
EP2678629B1 EP12705664.6A EP12705664A EP2678629B1 EP 2678629 B1 EP2678629 B1 EP 2678629B1 EP 12705664 A EP12705664 A EP 12705664A EP 2678629 B1 EP2678629 B1 EP 2678629B1
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EP
European Patent Office
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flanks
fin
connecting surface
heat exchanger
rib
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP12705664.6A
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French (fr)
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EP2678629A1 (de
Inventor
Friedrich Brotz
Volker Kurz
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Mahle Behr GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Mahle Behr GmbH and Co KG filed Critical Mahle Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2678629A1 publication Critical patent/EP2678629A1/de
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Publication of EP2678629B1 publication Critical patent/EP2678629B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • 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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    • F28F1/126—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
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    • 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
    • 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
    • F28F3/027—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 with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, with a rib and tubes block, according to the preamble of claim 1.
  • JP 2005 055096A discloses such a heat exchanger.
  • Heat exchangers consist of an inlet box and a discharge box, which will be referred to as a container, wherein between the two containers, a block is arranged, in which there are tubes which connect the two containers together.
  • the heat exchanger is arranged in front of the internal combustion engine. Through the two containers and the tubes flows a coolant, which is heated by the heat emitted by the internal combustion engine.
  • the ribs formed between the tubes are penetrated by an air flow, which absorbs the heat released by the coolant and out of the region of the Heat exchanger dissipates. The thus cooled coolant is returned to the engine.
  • V-like fin arc which is formed by two opposite edges, each flank having a plurality of air slots, which is formed transversely to a flow direction of a medium, which is guided by the gap of the flanks.
  • the louvers have the task of fluidizing the medium, thus enabling a better heat exchange.
  • the problem with V-shaped ribbed arches is that the wide area of the V-shaped cross section flows through at high speed, which is why these medium flows are also referred to as jets. For this reason, this part of the air flow does not take place at the transverse exchange, which is caused by the louvers contained in the flanks of the rib bow.
  • a heat exchanger which has ribs which are formed from a plurality of ribbed arcs which have a rectangular cross section.
  • the two flanks forming the respective rib bow have air slots for swirling the medium flowing through the rib arcs, the flanks being connected in a meandering manner to one another via a connecting surface which has projections which are formed transversely to the flow direction of the air.
  • a heat exchanger which has a rib which is arranged in thermal contact with a pipe.
  • the rib consists of various ribbed arches with a rectangular cross-section.
  • the connection between the flanks of a rib bow comprises while several elevations, which are directed in the direction of the interior space between the edges of the rib bow and interrupt the flow of the medium. As a result, the flow is disturbed, they can not shoot through unhindered, but a cross exchange is enforced, resulting in a better heat transfer.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a stably shaped V-like ribbed ribs, in which areas at high speed of flowing through the rib bow medium in the flow direction, which can not participate in the transverse exchange of the louvers are avoided.
  • the object is achieved in that the two flanks of the rib bow are connected via a first connecting surface and / or the opposite flanks of two successive rib bends over a second connecting surface, wherein the first and / or the second connecting surface have a rib arch cross section changing element, which in the Gap between the, a rib-bow-forming edges and / or the opposite edges of two successive rib bows is directed.
  • This has the advantage that an improvement of the rib flow is achieved, whereby the cooling capacity of the heat exchanger is improved.
  • each connecting surface faces an open region formed by the two flanks connected by the connecting surface, the extent of the open region between the two flanks being less than the extension of the connecting surface between the two flanks.
  • the rib-arch cross-sectional change element is designed as a curvature directed in the space between the flanks, which extends approximately parallel to the longitudinal extension of the flanks.
  • the rib-arch cross section changing element is designed as a web directed in the space between the flanks, which web extends approximately parallel to the longitudinal extension of the flanks.
  • This embodiment also represents a change in cross section of the fin arch in width and allows the uniform formation of all the flow channels formed by the flanks with one and the same cross-sectional shape, whereby the formation of jets is prevented.
  • the rib-arch cross section variation element extends to approximately half the height of the gap between the flanks.
  • a particularly symmetrical configuration of the rib is achieved in a simple production.
  • the first and / or second connecting surface having the rib-arch cross-sectional variation element is curved, wherein the arched regions which enclose the rib-arch cross-sectional altering element point in an opposite direction to the rib-arch cross-sectional variation element.
  • the arched regions which enclose the rib-arch cross-sectional altering element point in an opposite direction to the rib-arch cross-sectional variation element.
  • the Rippenbogenqueritessver Sungselement is designed as a flap-like air guide element has the advantage that a cross-sectional change takes place by the flat in the space between the two flanks projecting, flap-like spoiler. This change in cross-section, directed into the depth of the fin arch, causes the flow of the medium, which moves along the first or second connection surface, to be deflected downwards into the region of the air slots, and thus to the transverse exchange of the flow of the medium within the through-flow Flanks formed flow channel can participate.
  • the flap-like air guiding element is unfolded towards the intermediate space between the two flanks. This unfolding affects the air flow in the depth of the gap.
  • an angle of the unfolding of the flap-like air guiding element to the connecting surface depends on the depth of the respective rib bow.
  • the angle of the unfolding can be determined depending on the application of the heat exchanger, so that the heat exchanger allows a reliable heat exchange in each operating condition.
  • the flap-like air guide element is punched out of the connection surface, which allows a particularly simple production of the air guide element.
  • FIG. 1 is a heat exchanger 1, in particular a coolant radiator, shown, which consists of a block 2, between two as water tanks trained containers 3, 4 is arranged.
  • Each container 3, 4 in this case has a bottom 5, 6, on which the block 2, which is closed by a side part 7, connects.
  • the block 2 consists of a plurality of tubes 8 and a plurality of ribs 9, wherein tube 8 and rib 9 are always arranged alternately to each other.
  • the container 4 in this case has a nozzle 11, in which a, derived from the internal combustion engine not shown and heated by this cooling medium flows, which is passed through the tubes 8 of the block 2 to the second container 3.
  • a gaseous medium preferably air
  • the second container 3 of the heat exchanger 1, in which the cooled cooling medium flows, comprises a further nozzle 10, through which the cooling medium is discharged from the heat exchanger 1 and fed back to the internal combustion engine.
  • FIG. 2 a composite of the rib 9 and the tube 8 is shown in more detail, from which it can be seen that the rib 9 consists of several V-shaped ribbed ribs 9a.
  • the alternating arrangement of tubes 8 and ribs 9 allows a high efficiency of the heat exchanger 1 in the heat dissipation.
  • FIG. 3 a V-like rib 9 is shown in which a rib bow 9a consists of two flanks 12, 13, each flank 12, 13 having a plurality of air slots 14, which are formed transversely to the flow direction of the medium flowing through the rib bow 9a.
  • the flow direction of the medium through the ribbed arcs 9a is provided in the X direction.
  • the two flanks 12, 13 of the rib bow 9a are at an acute angle to each other, wherein they at the bottom by an open area Y are spaced from each other.
  • the flanks 12, 13 of the rib bow 9a are interconnected by a connecting surface 15.
  • a second connection surface 16 connects.
  • the flanks 12, 13 and the connecting surfaces 15, 16 form the rib bow 9a.
  • the flanks 12 and 13 connecting connecting surface 15, 16 is flat and has compared to the open area Y, with which the flanks 12 and 13 opposite to their foot or head side, a much wider extent.
  • a plurality of flap-like air baffles 17 are worked out in succession, of which in the FIG. 3 only two consecutive air baffles 17 are shown.
  • the flap-like air guide plate 17 is punched out of the connecting surface 15 and 16, wherein three sides of the flap-like air guide plate 17 are triggered from the connection surface 15 and 16, while the fourth side of the air guide plate 17 is further connected to the connection surface 15 and 16 and forms a bending edge 17a.
  • the freely movable end of the air baffle 17 is directed downward into the gap 20 between the flanks 12, 13 of the rib bow 9a in the way that this transverse to the flow direction of the medium flowing through stands and thus causes a turbulence.
  • the medium flowing past the air guide plates 17 is directed downwards into the region of the air slots 14 and can thus participate in the transverse exchange of the heat.
  • the free end of the air baffle 17 has the connection surface 15 at an angle ⁇ of the unfolding. This angle ⁇ of the unfolding and the distances and lengths of the flap-like air baffles 17 depend on the depth of the ribs 9 and the critical operating state of each application of the heat exchanger 1, while the open area Y depends on the rib density.
  • the heat transfer from the cooling medium flowing in the pipe 8 to the gaseous medium flowing through the fins 9 is improved, which increases the efficiency of the heat exchanger 1.
  • the flap-like spoilers 17 By the flap-like spoilers 17, the cross section of the rib bow 9a is changed in depth, whereby the formation of jets is suppressed.
  • FIG. 4 a second embodiment of the rib 9 is shown, wherein a ribbed bow 9a also consists of two mutually opposite each other at an acute angle inclined flanks 12 and 13, wherein the flanks 12, 13 at its foot and / or head side have an open area Y.
  • This open area Y faces the connecting surface 15, 16, which is many times wider than the open area Y.
  • a second connecting surface 16 also adjoins the flank 13 in this case, the ribbed arch 9a likewise being formed by the flanks 12, 13 and the first connecting surface 15 and the second connecting surface 16.
  • each connecting surface 15 or 16 each has a curvature 18, 19, which extends in the direction of the intermediate space 20 of the flanks 12, 13.
  • the bulges 18 and 19 are formed along the entire longitudinal extent of the rib bow 9a.
  • the curvature 18, 19 has a radius R I
  • further bulges 21, 22 and 23, 24 of the connecting surfaces 15, 16 have the radius R A.
  • the further bulges 21, 22 and 23, 24 enclose the bulge 18 or 19 and are formed in the opposite direction than the bulges 18, 19.
  • the distance between the outer contours of the curvature 18, 19 to the outer contours of the other bulges 21st , 22 or 23, 24 is designated as H.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, mit einem Rippen und Rohre aufweisenden Block, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. JP 2005 055096A offenbart einen derartigen Wärmetauscher.
  • Wärmetauscher bestehen aus einem Eintrittskasten und einem Austrittskasten, welche im Weiteren als Behälter bezeichnet werden, wobei zwischen den beiden Behältern ein Block angeordnet ist, in welchem sich Rohre befinden, die die beiden Behälter miteinander verbinden. Der Wärmetauscher ist dabei vor dem Verbrennungsmotor angeordnet. Durch die beiden Behälter sowie die Rohre strömt ein Kühlmittel, welches durch vom Verbrennungsmotor abgegebene Wärme erhitzt ist. Die zwischen den Rohren ausgebildeten Rippen werden von einer Luftströmung durchsetzt, welche die von dem Kühlmittel abgegebene Wärme aufnimmt und aus dem Bereich des Wärmetauschers abführt. Das so abgekühlte Kühlmittel wird dem Verbrennungsmotor wieder zugeführt.
  • Aus der US 6,968,891 B2 ist ein V-ähnlicher Rippenbogen bekannt, welcher durch zwei gegenüberliegende Flanken gebildet wird, wobei jede Flanke mehrere Luftschlitze aufweist, die quer zu einer Strömungsrichtung eines Mediums ausgebildet ist, welches durch den Zwischenraum der Flanken geführt ist. Die Luftschlitze haben dabei die Aufgabe, das Medium zu verwirbeln, um somit einen besseren Wärmeaustausch zu ermöglichen. Bei V-förmigen Rippenbögen besteht das Problem, dass der breite Bereich des V-förmigen Querschnitts mit hoher Geschwindigkeit durchströmt wird, weshalb diese Strömungen des Mediums auch als Jets bezeichnet werden. Aus diesem Grund nimmt dieser Teil des Luftstromes nicht am Queraustausch statt, welcher durch die Luftschlitze, die in den Flanken des Rippenbogens enthalten sind, verursacht werden.
  • Gemäß der US 2007/0012430 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher Rippen aufweist, die aus mehreren Rippenbögen gebildet sind, welche einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die beiden, den jeweiligen Rippenbogen bildenden Flanken weisen dabei Luftschlitze zur Verwirbelung des durch die Rippenbögen strömenden Mediums auf, wobei die Flanken über jeweils eine Verbindungsfläche mäanderähnlich miteinander verbunden sind, welche Vorsprünge aufweist, die quer zur Strömungsrichtung der Luft ausgebildet sind. Mittels dieser Vorsprünge wird die Stabilität des Rippenbogens bei der Herstellung, insbesondere der Biegung, verbessert und so die Bildung eines stabilen rechteckigen Querschnitts der Rippenbögen ermöglicht.
  • Aus der US 2009/0173480 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher eine Rippe aufweist, die in Wärmekontakt mit einem Rohr angeordnet ist. Die Rippe besteht aus verschiedenen Rippenbögen mit einem rechteckigen Querschnitt. Die Verbindung zwischen den Flanken eines Rippenbogens umfasst dabei mehrere Erhebungen, welche in Richtung des Innenraumes zwischen den Flanken des Rippenbogens gerichtet sind und die Strömung des Mediums unterbrechen. Dadurch wird die Strömung gestört, sie kann nicht mehr ungehindert durchschießen, sondern ein Queraustausch wird erzwungen, was zu einem besseren Wärmeübergang führt.
  • Durch das Parallelstellen der Flanken des Rippenbogens und die Erzeugung eines rechteckigen Querschnittes des Rippenbogens werden die Jets zwar reduziert, können aber nicht gänzlich verhindert werden, da die Luftschlitze nicht bis in den Biegeradius des Rippenbogens hinein reichen, da die Rippe sonst zu labil wird und die Luftschlitze bei der Herstellung einknicken würden.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine stabil geformte V-ähnliche Rippenbögen aufweisenden Rippe anzugeben, bei welcher Bereiche mit hoher Geschwindigkeit des, durch den Rippenbogen strömenden Mediums in Strömungsrichtung, die nicht am Queraustausch der Luftschlitze teilnehmen können, vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die zwei Flanken des Rippenbogens über eine erste Verbindungsfläche und/oder die gegenüberliegenden Flanken zweier aufeinander folgender Rippenbögen über eine zweite Verbindungsfläche verbunden sind, wobei die erste und/oder die zweite Verbindungsfläche ein Rippenbogenquerschnittsveränderungselement aufweisen, welches in den Zwischenraum zwischen den, einen Rippenbogen bildenden Flanken und/oder den gegenüberliegenden Flanken zweier aufeinander folgender Rippenbögen gerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Verbesserung der Rippendurchströmung erreicht wird, wodurch die Kühlleistung des Wärmetauschers verbessert wird. Neben der Beibehaltung einer stabilen Konstruktion der V-ähnlichen Rippenbögen aufweisenden Rippe wird der Querschnitt des Rippenbogens in der Tiefe oder der Breite so verändert, dass alle Querschnittsbereiche in Strömungsrichtung des Mediums, welche sich parallel zu den Flanken des Rippenbogens erstrecken, zuverlässig am Queraustausch durch die Luftschlitze teilnehmen können.
  • Vorteilhafterweise liegt jede Verbindungsfläche einem offenen Bereich gegenüber, welcher von den beiden Flanken gebildet ist, die durch die Verbindungsfläche verbunden sind, wobei die Ausdehnung des offenen Bereiches zwischen den beiden Flanken geringer ist als die Ausdehnung der Verbindungsfläche zwischen den beiden Flanken. Eine solche Gestaltung des V-förmigen Rippenbogens erlaubt das Einbringen von unterschiedlichen Formen des Rippenbogenquerschnittsveränderungselementes in den Zwischenraum zwischen den beiden Flanken. Der offene Bereich zwischen den Flanken zweier aufeinander folgender Rippenbögen hängt dabei von der Anzahl der Rippenbögen ab.
  • In einer Ausgestaltung ist das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement als eine in dem Zwischenraum zwischen den Flanken gerichtete Wölbung ausgebildet, welche sich annähernd parallel zur Längserstreckung der Flanken erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass der Querschnitt des Rippenbogens in der Breite verändert wird, wodurch alle Strömungskanäle den gleichen Querschnitt aufweisen. Somit werden Querschnittsformen mit großen Querschnitten unterbunden, was die Entstehung eines Jets verhindert. Dadurch findet ein besserer Queraustausch statt, wodurch der Wärmeaustausch ebenfalls verbessert wird.
  • Die Verwendung einer Wölbung als Rippenbogenquerschnittsveränderungselement ermöglicht eine einfache Herstellung des Rippenbogensquerschnittsveränderungselementes.
  • Alternativ ist das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement als ein, in dem Zwischenraum zwischen den Flanken gerichteter Steg ausgebildet, welcher sich annähernd parallel zur Längserstreckung der Flanken ausdehnt.
  • Auch diese Ausgestaltung stellt eine Querschnittsänderung des Rippenbogens in der Breite dar und erlaubt die gleichmäßige Ausbildung aller durch die Flanken gebildeten Strömungskanäle mit ein und derselben Querschnittsform, wodurch die Bildung von Jets unterbunden wird.
  • Vorteilhafterweise erstreckt sich das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement bis annähernd zur halben Höhe des Zwischenraumes zwischen den Flanken. Dadurch wird eine besonders symmetrische Ausgestaltung der Rippe bei einer einfachen Herstellung erlangt.
  • In einer Variante ist die, das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement aufweisende erste und/oder zweite Verbindungsfläche gewölbt ausgebildet, wobei die Wölbungsbereiche, welche das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement einschließen, in eine entgegengesetzte Richtung weisen als das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement. Dadurch, dass in der Breite der V-ähnlichen Form des Rippenbogens eine zusätzliche Wölbung bzw. ein Steg eingebracht wird, wird die Strömung innerhalb der so gebildeten Strömungskanäle vergleichmäßigt.
  • In einer anderen Ausführungsform ist das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement als klappenartiges Luftleitelement ausgebildet Dies hat den Vorteil, dass durch das flächig in den Zwischenraum zwischen den beiden Flanken hineinragende, klappenartige Luftleitelement eine Querschnittsveränderung erfolgt. Diese in die Tiefe des Rippenbogens gerichtete Querschnittsveränderung hat zur Folge, dass die Strömung des Mediums, welche sich entlang der ersten bzw. zweiten Verbindungsfläche bewegt, nach unten in den Bereich der Luftschlitze umgelenkt wird und somit am Queraustausch der Strömung des Mediums innerhalb des durch die Flanken gebildeten Strömungskanales teilnehmen kann.
  • In einer Ausgestaltung ist das klappenartige Luftleitelement zum Zwischenraum zwischen den beiden Flanken hin aufgefaltet. Durch diese Auffaltung wird die Luftströmung in der Tiefe des Zwischenraumes beeinflusst.
  • Vorteilhafterweise hängt ein Winkel der Auffaltung des klappenartigen Luftleitelementes zur Verbindungsfläche von der Tiefe des jeweiligen Rippenbogens ab. Somit kann der Winkel der Auffaltung je nach Einsatzfall des Wärmetauschers bestimmt werden, damit der Wärmetauscher bei jedem Betriebszustand einen zuverlässigen Wärmeaustausch ermöglicht.
  • Insbesondere ist das klappenartige Luftleitelement aus der Verbindungsfläche ausgestanzt, was eine besonders einfache Herstellung des Luftleitelementes ermöglicht.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Figur 1:
    Darstellung eines Wärmetauschers
    Figur 2:
    Verbund aus Rippe und Rohr des Wärmetauschers nach Figur 1
    Figur 3:
    Gestaltung einer Rippe zum Strömungseingriff in die Tiefe
    Figur 4:
    Gestaltung einer Rippe zum Strömungseingriff in der Breite
  • Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In Figur 1 ist ein Wärmetauscher 1, insbesondere ein Kühlmittelkühler, dargestellt, welcher aus einem Block 2 besteht, der zwischen zwei als Wasserkästen ausgebildeten Behältern 3, 4 angeordnet ist. Jeder Behälter 3, 4 weist dabei einen Boden 5, 6 auf, an dem sich der Block 2, welcher durch ein Seitenteil 7 abgeschlossen ist, anschließt. Der Block 2 besteht aus mehreren Rohren 8 und mehreren Rippen 9, wobei Rohr 8 und Rippe 9 immer abwechselnd zueinander angeordnet ist. Der Behälter 4 weist dabei einen Stutzen 11 auf, in welchen ein, aus dem nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotor abgeleitetes und von diesem aufgeheiztes Kühlmedium einströmt, das durch die Rohre 8 des Blocks 2 zum zweiten Behälter 3 geleitet wird. Durch den Block 2, insbesondere die Rippen 9, wird ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, geleitet, welches die Wärme des durch die Rohre 8 fließenden Kühlmediums aufnimmt und die Wärme aus dem Wärmetauscher 1 abführt. Auf diese Weise wird das Kühlmedium abgekühlt. Der zweite Behälter 3 des Wärmetauschers 1, in welchen das abgekühlte Kühlmedium strömt, umfasst einen weiteren Stutzen 10, durch welchen das Kühlmedium aus dem Wärmetauscher 1 ausgeleitet und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
  • In Figur 2 ist ein Verbund aus der Rippe 9 und dem Rohr 8 näher dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass die Rippe 9 aus mehreren V-förmig gestalteten Rippenbögen 9a besteht. Die alternierende Anordnung von Rohren 8 und Rippen 9 ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers 1 bei der Wärmeabfuhr.
  • In Figur 3 ist eine V-ähnliche Rippe 9 dargestellt, bei welcher ein Rippenbogen 9a aus zwei Flanken 12, 13 besteht, wobei jede Flanke 12, 13 mehrere Luftschlitze 14 aufweist, die quer zur Strömungsrichtung des durch den Rippenbogen 9a strömenden Mediums ausgebildet sind. Die Strömungsrichtung des Mediums durch die Rippenbögen 9a ist dabei in X-Richtung vorgesehen.
  • Die beiden Flanken 12, 13 des Rippenbogens 9a stehen in einem spitzen Winkel zueinander, wobei sie an der Unterseite durch einen offenen Bereich Y zueinander beabstandet sind. An der Oberseite sind die Flanken 12, 13 des Rippenbogens 9a durch eine Verbindungsfläche 15 miteinander verbunden. An die Flanken 13 schließt sich eine zweite Verbindungsfläche 16 an. Die Flanken 12, 13 und die Verbindungsflächen 15, 16 bilden dabei den Rippenbogen 9a. Die, die Flanken 12 und 13 verbindende Verbindungsfläche 15, 16 ist eben ausgebildet und weist gegenüber dem offenen Bereich Y, mit welchem sich die Flanken 12 und 13 an ihrer Fuß- bzw. Kopfseite gegenüberliegen, eine wesentlich breitere Ausdehnung auf.
  • In der Längserstreckung der Verbindungsfläche 15 bzw. 16 sind hintereinander mehrere klappenartige Luftleitbleche 17 ausgearbeitet, von denen in der Figur 3 jeweils nur zwei hintereinander liegende Luftleitbleche 17 dargestellt sind. Das klappenartige Luftleitblech 17 ist dabei aus der Verbindungsfläche 15 bzw. 16 ausgestanzt, wobei drei Seiten des klappenartigen Luftleitbleches 17 aus der Verbindungsfläche 15 bzw. 16 ausgelöst sind, während die vierte Seite des Luftleitbleches 17 weiter mit der Verbindungsfläche 15 bzw. 16 verbunden ist und eine Biegungskante 17a bildet. Entlang dieser, quer zur Längserstreckung der Flanke 12, 13 angeordneten Biegungskante 17a ist das frei bewegliche Ende des Luftleitbleches 17 nach unten in den Zwischenraum 20 zwischen den Flanken 12, 13 des Rippenbogens 9a in der Art gerichtet, dass dieses quer zur Strömungsrichtung des durchströmenden Mediums steht und somit eine Verwirbelung verursacht. Durch diese Positionierung wird das an den Luftleitblechen 17 vorbeiströmende Medium nach unten in den Bereich der Luftschlitze 14 gelenkt und kann somit am Queraustausch der Wärme teilnehmen. Das freie Ende des Luftleitbleches 17 weist zur Verbindungsfläche 15 einen Winkel α der Auffaltung auf. Dieser Winkel α der Auffaltung sowie die Abstände und Längen der klappenartigen Luftleitbleche 17 hängen von der Tiefe der Rippen 9 und dem kritischen Betriebszustand jedes Einsatzfalles des Wärmetauschers 1 ab, während der offene Bereich Y von der Rippendichte abhängt.
  • Durch die Verbesserung des Queraustausches wird die Wärmeübertragung von dem, im Rohr 8 fließenden Kühlmedium an das, die Rippen 9 durchströmende gasförmige Medium verbessert, was den Wirkungsgrad des Wärmetauschers 1 erhöht. Durch die klappenartigen Luftleitbleche 17 wird der Querschnitt des Rippenbogens 9a in die Tiefe verändert, wodurch die Entstehung von Jets unterdrückt wird.
  • In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Rippe 9 dargestellt, wobei ein Rippenbogen 9a ebenfalls aus zwei gegeneinander in einem spitzen Winkel zueinander geneigten Flanken 12 und 13 besteht, wobei die Flanken 12, 13 an ihrer Fuß- und/oder Kopfseite einen offenen Bereich Y aufweisen. Dieser offene Bereich Y liegt der Verbindungsfläche 15, 16 gegenüber, welche um ein Vielfaches breiter ist als der offene Bereich Y. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 3 erläutert, schließt sich auch in diesem Fall an die Flanke 13 eine zweite Verbindungsfläche 16 an, wobei der Rippenbogen 9a ebenfalls von den Flanken 12, 13 und der ersten Verbindungsfläche 15 sowie der zweiten Verbindungsfläche 16 gebildet wird.
  • Um den Querschnitt des Rippenbogens 9a in dessen Breite zu beeinflussen, weist jede Verbindungsfläche 15 bzw. 16 jeweils eine Wölbung 18, 19 auf, welche sich in Richtung des Zwischenraumes 20 der Flanken 12, 13 erstreckt. Dabei sind die Wölbungen 18 bzw. 19 entlang der gesamten Längserstreckung des Rippenbogens 9a ausgebildet. Die Wölbung 18, 19 weist einen Radius RI auf, während weitere Wölbungen 21, 22 und 23, 24 der Verbindungsflächen 15, 16 den Radius RA aufweisen. Die weiteren Wölbungen 21, 22 und 23, 24 schließen die Wölbung 18 bzw. 19 ein und sind in die entgegen gesetzte Richtung ausgebildet als die Wölbungen 18, 19. Der Abstand zwischen den Außenkonturen der Wölbung 18, 19 zu den Außenkonturen der weiteren Wölbungen 21, 22 bzw. 23, 24 wird als H bezeichnet. In der Breite der V-Form wird dabei die Wölbung 18, 19 eingebracht, welche eine Breite von Z>0 aufweist. Durch diese Wölbung 18, 19 erfolgt ein Eingriff in die Breite des Querschnitts des Rippenbogens 9a und dementsprechend ein Strömungseingriff, bei welchem alle Strömungskanäle die gleiche Querschnittsform aufweisen, wodurch die Entstehung des Jets unterbunden ist, da die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums innerhalb aller Rippenbögen 9a vergleichmäßigt ist. Die Höhe H der Wölbung 18, 19 hängt dabei von der Rippenhöhe und dem Anwendungsfall des Wärmetauschers 1 ab. Die Radien RA bzw. RI hängen von der Rippendichte und von der Rippenhöhe ab. Auch die in Figur 4 dargestellte Rippe 9 weist nicht näher dargestellte Luftschlitze an den Flanken 12, 13 auf. Auch die Flanken der Wölbung können Luftschlitze enthalten.
  • In einer nicht weiter dargestellten Form kann die Wölbung 18, 19 auch durch einen Steg (Z=0) ersetzt werden, welcher den gleichen Einfluss auf den Querschnitt der Rippe 9 und damit auch auf das Strömungsverhalten des durch die Rippenbögen fließenden Mediums hat.
  • Neben der Erhöhung der Kühlleistung hat der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 auch den Vorteil, dass dessen Bautiefe bzw. dessen Rippendichte bei gleichbleibender Kühlleistung reduziert werden kann.

Claims (7)

  1. Wärmetauscher, mit einem Rippen (9) und Rohre (8) aufweisenden Block (2), welcher zwischen zwei Behältern (3, 4) angeordnet ist, wobei jede Rippe (9) aus mehreren Rippenbögen (9a) besteht und jeder Rippenbogen (9a) annähernd V-ähnlich ausgebildet ist und die, einen Rippenbogen (9a) bildenden zwei Flanken (12, 13) jeweils mehrere Luftschlitze (14) aufweisen, welche sich quer zur Strömungsrichtung eines durch den Rippenbogen (9a) strömenden Mediums erstrecken, wobei die zwei Flanken (12, 13) des Rippenbogens (9a) über eine erste Verbindungsfläche (15) und/oder die gegenüberliegenden Flanken (13, 12) zweier aufeinanderfolgender Rippenbögen (9a) über eine zweite Verbindungsfläche (16) verbunden sind, wobei die erste (15) und/oder die zweite Verbindungsfläche (16) ein Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) aufweisen, welches in den Zwischenraum (20) zwischen den einen Rippenbogen (9a) bildenden Flanken (12, 13) und/oder den gegenüberliegenden Flanken (13, 12) zweier aufeinanderfolgender Rippenbögen (9a) gerichtet ist, wobei das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) als klappenartiges Luftleitelement (17) ausgebildet ist, wobei das klappenartige Luftleitelement (17) zum Zwischenraum (20) zwischen den beiden Flanken (12, 13) hin aufgefaltet ist, wobei drei Seiten des klappenartigen Luftleitbleches (17) aus der Verbindungsfläche (15,16) ausgelöst sind, während die vierte Seite des Luftleitbleches (17) mit der Verbindungsfläche (15,16) verbunden ist und eine Biegungskante (17a) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegungskante quer zur Längserstreckung der Flanke (12, 13) angeordnet ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Flanken (12, 13) des Rippenbogens (9a) über eine erste Verbindungsfläche (15) und/oder die gegenüberliegenden Flanken (13, 12) zweier aufeinanderfolgender Rippenbögen (9a) über eine zweite Verbindungsfläche (16) verbunden sind und wobei jede Verbindungsfläche (15, 16) einem offenen Bereich (Y) gegenüberliegt, welcher von den beiden Flanken (12, 13) gebildet ist, die durch die Verbindungsfläche (15, 16) verbunden sind, wobei die Ausdehnung des offenen Bereiches (Y) zwischen den zwei Flanken (12, 13) geringer ist als die Ausdehnung der Verbindungsfläche (15, 16) zwischen den beiden Flanken (12, 13).
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) als eine, in den Zwischenraum (20) zwischen den Flanken (12, 13) gerichtete Wölbung (18, 19) ausgebildet ist, welche sich annähernd parallel zur Längserstreckung der Flanken (12, 13) ausdehnt.
  4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) als ein, in den Zwischenraum (20) zwischen den Flanken (12, 13) gerichteter Steg ausgebildet ist, welcher sich annähernd parallel zur Längserstreckung der Flanken (12, 13) ausdehnt.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) bis annähernd zur halben Höhe des Zwischenraumes (20) zwischen den Flanken (12, 13) erstreckt.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die, das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) aufweisende erste (15) und/oder zweite Verbindungsfläche (16) gewölbt ausgebildet ist, wobei die Wölbungsbereiche (21, 22; 23, 24), welche das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, 19) einschließen, in eine entgegengesetzte Richtung weisen als das Rippenbogenquerschnittsveränderungselement (17, 18, "19).
  7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das klappenartige Luftleitelement (17) aus der Verbindungsfläche (15, 16) ausgestanzt ist.
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