WO2017097634A1 - Wärmetauscher, insbesondere für ein kraftfahrzeug, mit flexiblen fluidleitungen und haltestruktur - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere für ein kraftfahrzeug, mit flexiblen fluidleitungen und haltestruktur Download PDF

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Fahmi BEN AHMED
Nic Sautter
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Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle.
  • Heat exchangers are used in vehicle construction in a variety of ways, for example for cooling charge air of an internal combustion engine charged by means of a turbocharger.
  • the charge air to be cooled is passed through the heat exchanger, which in turn flows through media-separated to the charge air from a coolant.
  • Heat exchange removes heat from the charge air to be cooled within the heat exchanger and transfers it to the coolant.
  • the coolant is typically circulated in a cooling circuit in which the coolant lines of the heat exchanger are integrated.
  • rib-tube heat exchangers which come as direct charge air cooler for cooling by means of a charging device, such as an exhaust gas turbocharger, charged charge air used.
  • the basic idea of the invention is accordingly to provide a heat exchanger with a plurality of fluid lines for flowing through a first fluid made of a flexible material and to mechanically stabilize these flexible fluid lines by means of a holding structure.
  • the holding structure comprises a plurality of holding elements.
  • the fluid lines form with the holding elements of the support structure from a tissue.
  • the fluid lines and the holding elements are designed and arranged relative to each other, that the fluid lines form the weft threads and the holding elements, the warp threads of the fabric or vice versa.
  • the formation of the fluid lines of a flexible material allows over conventional fluid lines of a rigid material, a flexible arrangement of the fluid lines.
  • the holding elements of the holding structure By means of the holding elements of the holding structure, a minimum amount of rigidity can be achieved, which is necessary for the practical use of the heat exchanger, in particular in a motor vehicle.
  • Said holding elements serve not only for mechanical stabilization of the fluid lines, but also as additional heat transfer surfaces, when the first fluid lines - fluidly separated from the first fluid - are flowed around by a second fluid which is to heat exchange with the first fluid flowing through the first fluid lines ,
  • a heat exchanger comprises a plurality of first fluid lines of a flexible material for flowing through with a first fluid.
  • the heat exchanger further comprises a holding structure, which comprises a plurality of holding elements for holding the first fluid lines.
  • the first fluid lines and the holding elements form at least one tissue.
  • the first fluid lines form the weft threads and the holding elements form the warp threads of the fabric, or vice versa.
  • the first fluid may be about a coolant, which serves for cooling a second fluid, in particular air, which flows around the first fluid lines - fluidly separated from the first fluid - outside and is in thermal contact with the first fluid via the line walls of the first fluid lines.
  • the first fluid conduits are designed as flexible tubular bodies, each of which delimits a conduit interior in a fluid-tight manner for flowing through with the first fluid.
  • heat shear arrangement can be realized with variable geometry. It is conceivable in particular a curved design of the tubular body.
  • the holding elements may include a flexible material or consist of a flexible material.
  • second fluid passages for flowing through the second fluid are formed by interspaces formed between the first fluid lines.
  • the formation of said intermediate spaces is realized in such a way that the first fluid is fluidically separated from the second fluid by means of the flexible material of the first fluid lines and is thermally coupled or coupled thereto. In this way, a particularly effective heat exchange between the first and the second fluid can be realized. This measure is accompanied by a particularly high efficiency of the heat exchanger.
  • the holding elements of the support structure are thread-like and extend along a second extension direction.
  • the second extension direction extends transversely to a first extension direction, along which the first fluid lines extend.
  • the heat exchanger for the flow through with a second fluid is formed fluidically separated from the first fluid and along the second extension direction. In this way, an undesirable reduction of the fluid pressure of the second fluid when flowing through the heat exchanger by the support structure largely, ideally even completely, be prevented.
  • At least one holding element is designed as a flexible support wire. This is especially preferred for all support wires present in the heat exchanger. This measure allows a technically simple reac- Ltechnik the holding elements, which is associated with not inconsiderable cost advantages in the production of the heat exchanger.
  • At least two first fluid conduits are arranged at a distance from one another along the second extension direction.
  • the distribution of the first fluid along at least two fluid lines which is accompanied by this measure, permits an enlargement of the heat-transferring area between the first fluid, which flows through the first fluid conduits internally, and the second fluid, which flows around the at least two first fluid conduits externally.
  • At least two tissues of first fluid conduits and holding elements are provided, each of which is arranged in a tissue plane defined in particular by the first and second extension directions. This measure also leads to an increase in the effective heat exchange surface of the heat exchanger and thus to an increase in the efficiency of the heat exchanger.
  • the at least two tissues or the at least two tissue planes are spaced apart along a third extension direction that is different from the first and second extension directions. This measure improves the flow characteristics of the heat exchanger.
  • the at least two tissue planes are arranged parallel to one another. This measure also improves the flow properties of the heat exchanger.
  • the at least two tissue planes are planar or curved. This measure also improves the flow properties of the heat exchanger.
  • the third extension direction forms a right angle with the tissue planes. This allows realization of the heat exchanger in the manner of a plate heat exchanger with "quasi-stacked" fabrics along the third direction of extension, thus making it possible to realize the flat heat exchanger.
  • the pressure loss generated in the second fluid as it flows through the heat exchanger can be kept relatively low.
  • the third extension direction forms an acute or obtuse angle with the tissue planes. In this way, the cross section for the second fluid can be increased again.
  • At least one tissue has a W-shaped or S-shaped or U-shaped geometry in a cross section perpendicular to the first extension direction of the first fluid lines. This variant ensures a particularly effective stiffening of the fabric in the selected geometry.
  • the first fluid lines and / or the holding elements comprise a textile material or a textile structure.
  • the first fluid lines and / or the holding elements made of such a textile material or such a textile structure.
  • at least one first fluid line has the geometry of an oval in a cross section perpendicular to its first extension direction.
  • the first fluid lines are arranged in the cross section perpendicular to their first extension direction grid-like with at least two raster lines and at least two grid columns. This measure allows a particularly good flow around the fluid lines with the second fluid and thus a particularly effective heat exchange with the first fluid.
  • the first fluid lines of at least two adjacent raster lines of the same raster column and / or at least two adjacent raster columns of the same raster line are aligned with one another. This variant also allows a good flow around the fluid lines with the second fluid and consequently a particularly effective heat exchange with the first fluid.
  • the first fluid lines of at least two adjacent raster lines and / or at least two raster columns are arranged offset from one another.
  • This variant also allows a good flow around the fluid lines with the second fluid and consequently a particularly effective heat exchange with the first fluid.
  • the first fluid lines open with a first longitudinal end into a common fluid distributor for distributing the first fluid into the first fluid lines.
  • a common fluid collector for collecting the first fluid after flowing through the first fluid lines.
  • the first fluid can be distributed in a space-saving manner over a plurality of first fluid lines and collected again after flowing through them.
  • the provision of additional lines for distributing the first fluid to the first fluid lines or for collecting from the first fluid lines can be omitted in this variant.
  • the at least one fabric is composed of a first partial tissue and at least one second partial tissue formed separately from the first partial tissue.
  • the first partial tissue and the at least one second partial tissue are arranged at a distance from each other, so that the at least one tissue intermediate space formed between the two partial tissues can be flowed through by the second fluid. The division of the tissue into at least two partial tissues leads to reduced
  • the weft threads and / or the warp threads can be formed as flexible wire elements made of a metal, preferably of aluminum.
  • Such wire elements can be manufactured with low production costs.
  • the wire elements may be formed in particular as wire shaped parts.
  • FIG. 1 shows an example of a heat exchanger according to the invention in a side view
  • FIG 3 shows a partial view of two adjacent first fluid lines of the heat exchanger and the retaining elements of a holding structure of the heat exchanger holding these fluid lines, which are designed as flexible support wires,
  • FIG. 4 shows the tissue-forming arrangement of a plurality of first fluid conduits and holding elements in a cross section
  • FIGS. 5-10 show various variants of the arrangement shown in FIG. 4,
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of a heat exchanger 1 according to the invention in a side view, FIG. 2 in a plan view.
  • the heat exchanger 1 comprises a plurality of first fluid lines 2 of a flexible material 13 for flowing through with a first fluid F-.
  • the first fluid lines 2 are designed as flexible tubular bodies 8, which define a conduit interior 9 for flowing through the first fluid F-, fluid-tight.
  • the heat exchanger 1 further comprises a holding structure 3, which has a plurality of holding elements 4 for holding the first fluid lines 2 (the holding structure 3 with the holding elements 4 is not included in Figure 1 for clarity).
  • the first fluid lines 2 and the holding elements 4 form a plurality of tissue 5.
  • the first fluid lines 2 form weft threads 6 and the retaining elements 4 form warp threads 7 of a respective fabric 5, or vice versa.
  • the holding elements 4 may, like the first fluid lines 2, comprise a flexible material or consist of such a flexible material.
  • the weft threads 6 and / or the warp threads 7 can be designed as wire elements made of a metal, preferably of aluminum.
  • the first fluid lines 2 extend along a first extension direction Ri defining a main flow direction of the first fluid F- flowing through the first fluid lines 2.
  • the first fluid conduits 2 are designed as flexible tube bodies 8, each of which delimits a conduit interior 9 in a fluid-tight manner for flowing through with the first fluid F-.
  • the intermediate spaces 10 formed between the first fluid lines 2 form second fluid lines 1 1 for flowing through the second fluid, so that the first fluid F-, by means of the flexible material of the first fluid lines 2, is fluidically separated from the second fluid F 2 and thermally associated therewith is coupled.
  • the first fluid lines 2 in a cross section perpendicular to the first extension direction R-, a line diameter of less than 2mm.
  • the holding elements 4 of the holding structure 3 are thread-like or wire-like and extend along a second extension direction R 2 , which extends transversely to the first direction of extension R-, the first fluid lines 2.
  • the holding elements 4 are designed as flexible supporting wires 12.
  • the support wires 12 acting as warp threads 7 the first fluid lines 2 designed as weft threads 6 can be supported, ie mechanically stabilized, and thus stiffened to the required extent.
  • FIG. 3 shows in a partial view like adjacent first fluid lines 2 and the holding elements 4 of the holding structure 3 holding these fluid lines 2, which are designed as flexible support wires 12.
  • the first fluid lines 2 have, in a cross-section perpendicular to their first direction of extent R-, preferably the geometry of an oval.
  • the first fluid lines 2 and / or the holding elements 4 preferably comprise a textile material or a textile structure.
  • the first fluid lines 2 and / or the holding elements 4 are made of a textile material or of a textile structure.
  • the heat exchanger 1 is formed for the flow through with a second fluid F 2 - fluidly separated from the first fluid F 2 - along the second extension direction R 2 .
  • second fluid lines 1 1 are formed to flow through with the second fluid F 2 , so that the first fluid F-, by means of the flexible material of the first fluid lines 2 fluidly separated from the second fluid F 2 , but for Heat exchange is thermally coupled with this.
  • FIG. 1 shows that the heat exchanger 1 has a plurality of such tissue planes, in the example of FIG. 1 eight tissue planes 18a-18h, with respective tissues 5 of first fluid lines 2 and holding structures 3.
  • the tissue planes 18a-18h are arranged along a third extension direction R 3 , which extends in the example of Figure 1 orthogonal to both the first and second extension direction Ri, R 2 .
  • the third extension direction R 3 thus forms a right angle with the tissue planes 18 a - 18 h.
  • the first fluid lines 2 with a first longitudinal end 15a open into a common fluid distributor 16 for distributing the first fluid F- into the first fluid lines 2.
  • the first fluid lines 2 With a second longitudinal end 15b, the first fluid lines 2 open into one common fluid collector 17 for collecting the first fluid F-, after flowing through the first fluid lines. 2
  • the eight tissue planes 18a-18h are preferably arranged parallel to one another. Such a scenario is illustrated for clarity for four tissue planes 18a-18d in FIG.
  • FIG. 5 shows a variant of FIG. 4, in which the third extension direction forms an obtuse angle Ch with the tissue planes 18a-18d.
  • FIG. 6 shows a variant of FIG. 4, in which the third extension direction forms an acute angle a 2 with the tissue planes 18a-18d.
  • FIGS. 7 to 10 show the heat exchanger 1 in each case in a cross section perpendicular to the direction of extension
  • the first fluid lines 2 of two tissue planes 18a, 18b, 18c, 18d adjacent to the third extension direction R3 are offset relative to each other along the second extension direction R2.
  • the individual fabric planes 18a-18d are planar and arranged in the extension direction R3 at an equidistant distance from each other.
  • two first fluid lines 2 adjacent to each other along the second extension direction R 2 are offset relative to one another in the third extension direction R 3 .
  • the individual tissue planes 18a-18d which are defined by the first and second extension direction Ri, R 2 , formed wavy curved.
  • Figures 9 and 10 show variants in which the fabric 5 in cross-section perpendicular to the first extension direction R-, extending in sections alternately along the second extension direction R 2 and the third extension direction R 3 .
  • the cross-section of FIG. 9 results in an S-shaped or inverted-S-shaped contour of the fabric 5.
  • FIG. 10 shows a single tissue 5 in cross-section perpendicular to the first extension direction, which has a W-shaped contour profile.
  • a U-shaped contour is conceivable instead of a W-shaped contour.
  • FIGS. 4 to 8 show that the first fluid lines 2 are arranged in the cross-section perpendicular to their first extension directions R, in a grid-like manner with at least two raster lines 20 and with at least two raster columns 19.
  • the first fluid lines 2 of all adjacent raster lines 20 of the same raster column 19 are aligned with one another. Also all adjacent grid columns of the same raster line 20 are aligned with each other.
  • the first fluid conduits 2 are two in the third ER stretch direction R 3 adjacent raster lines 20 along the second Heat-ckungscardi R 2 offset from one another.
  • the first fluid conduits 2 are two in the second ER stretch direction R 2 of adjacent raster columns 19 along the third Roure- ckungscardi R 3 are arranged offset to one another.
  • FIG. 11 illustrates a further development of the examples of FIGS. 5 to 10, in which the fabric 5 is composed of three separate partial fabrics 5a, 5b, 5c, which are arranged at a distance from one another.
  • the three partial tissues 5a, 5b, 5c are arranged at a distance from one another, so that the tissue interstices 21 formed between the partial tissues 5a, 5b, 5c can be flowed through by the second fluid F 2 .

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1 ), mit einer Mehrzahl von ersten Fluidleitungen (2) aus einem flexiblen Material (13) zum Durchströmen mit einem (ersten) Fluid (F1 ), mit einer Haltestruktur (3), welche eine Mehrzahl von Halteelementen (4) zum Halten der ersten Fluidleitungen (2) umfasst, wobei die ersten Fluidleitungen (2) und die Halteelemente (4) wenigstens ein Gewebe (5) ausbilden, wobei die ersten Fluidleitungen (2) Schussfäden (6) und die Halteelemente (4) die Kettfäden (7) des Gewebes (5) ausbilden, oder umgekehrt.

Description

WÄRMETAUSCHER, INSBESONDERE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG, MIT FLEXIBLEN FLUIDLEITUNGEN UND HALTESTRUKTUR
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Wärmetauscher finden im Fahrzeugbau in vielfältiger Weise Anwendung, etwa zur Kühlung von Ladeluft einer mittels eines Turboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine. Dabei wird die zu kühlende Ladeluft durch den Wärmetauscher geführt, welcher wiederum mediengetrennt zur Ladeluft von einem Kühlmittel durchströmt wird. Durch Wärmeaustausch wird der zu kühlenden Ladeluft innerhalb des Wärmetauschers Wärme entzogen und auf das Kühlmittel übertragen. Das Kühlmittel wird typischerweise in einem Kühlkreislauf zirkuliert, in welchen die Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers eingebunden sind. Aus dem Stand der Technik bekannt sind sogenannte Rippe-Rohr-Wärmetauscher, die als direkter Ladeluftkühler zum Kühlen von mittels einer Ladeeinrichtung, beispielsweise eines Abgasturboladers, aufgeladener Ladeluft zum Einsatz kommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Wärmetauschern neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Fluidleitungen zum Durchströmen mit einem ersten Fluid aus einem flexiblen Material bereitzustellen und diese flexiblen Fluidleitungen mittels einer Haltestruktur mechanisch zu stabilisieren. Die Haltestruktur umfasst dabei eine Mehrzahl von Halteelementen. Erfindungsgemäß bilden die Fluidleitungen mit den Halteelementen der Haltestruktur ein Gewebe aus. Hierzu sind die Fluidleitungen und die Halteelemente derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass die Fluidleitungen die Schussfäden und die Halteelemente die Kettfäden des Gewebes ausbilden oder umgekehrt. Die Ausbildung der Fluidleitungen aus einem flexiblen Material erlaubt gegenüber herkömmlichen Fluidleitungen aus einem steifen Material eine flexible Anordnung der Fluidleitungen. Mittels der Halteelemente der Haltestruktur kann dabei ein Mindestmaß an Steifigkeit erreicht werden, welches für den Praxiseinsatz des Wärmetauschers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, erforderlich ist. Besagte Halteelemente dienen dabei nicht nur zur mechanischen Stabilisierung der Fluidleitungen, sondern auch als zusätzliche Wärmeübertragerflächen, wenn die ersten Fluidleitungen - fluidisch getrennt vom ersten Fluid - von einem zweiten Fluid umströmt werden, welches mit dem durch die ersten Fluidleitungen strömenden ersten Fluid in Wärmeaustausch treten soll.
Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher umfasst eine Mehrzahl von ersten Fluidleitungen aus einem flexiblen Material zum Durchströmen mit einem ersten Fluid. Der Wärmetauscher umfasst weiterhin eine Haltestruktur, welche eine Mehrzahl von Halteelementen zum Halten der ersten Fluidleitungen umfasst. Erfindungsgemäß bilden die ersten Fluidleitungen und die Halteelemente wenigstens ein Gewebe aus. Dabei bilden die ersten Fluidleitungen die Schussfäden und die Halteelemente die Kettfäden des Gewebes ausbilden, oder umgekehrt. Das erste Fluid mag dabei etwa ein Kühlmittel sein, welches zur Kühlung eines zweiten Fluids, insbesondere Luft dient, welches die ersten Fluidleitungen - fluidisch getrennt vom ersten Fluid - außen umströmt und über die Leitungswandungen der ersten Fluidleitungen in thermischem Kontakt mit dem ersten Fluid steht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Fluidleitungen als flexible Rohrkörper ausgebildet, die jeweils einen Leitungsinnenraum zum Durchströmen mit dem ersten Fluid fluiddicht begrenzen. Auf diese Weise können Wärmetau- scher-Anordnung mit variabler Geometrie realisiert werden. Denkbar ist insbesondere eine gekrümmte Ausbildung der Rohrkörper. Zu diesem Zweck können auch die Halteelemente ein flexibles Material umfassen oder aus einem flexiblen Material bestehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind durch zwischen den ersten Fluidleitungen gebildete Zwischenräume zweite Fluidleitungen zum Durchströmen mit dem zweiten Fluid ausgebildet. Die Ausbildung besagter Zwischenräume ist derart realisiert, dass das erste Fluid mittels des flexiblen Material der ersten Fluidleitungen fluidisch vom zweiten Fluid getrennt und thermisch mit diesem koppelbar bzw. gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein besonders effektiver Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid realisiert werden. Mit dieser Maßnahme geht ein besonders hoher Wirkungsgrad des Wärmetauschers einher.
Zweckmäßig sind die Halteelemente der Haltestruktur fadenartig ausgebildet und erstrecken sich entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung. Die zweite Erstreckungsrichtung verläuft quer zu einer ersten Erstreckungsrichtung, entlang welcher sich die ersten Fluidleitungen erstrecken. Bei dieser Variante ist der Wärmetauscher für die Durchströmung mit einem zweiten Fluid fluidisch getrennt vom ersten Fluid und entlang der zweiten Erstreckungsrichtung ausgebildet. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Minderung des Fluiddrucks des zweiten Fluid beim Durchströmen des Wärmetauschers durch die Haltestruktur weitgehend, im Idealfall sogar vollständig, unterbunden werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest ein Halteelement als flexibler Stützdraht ausgebildet. Besonders bevorzugt gilt dies für alle im Wärmetauscher vorhandenen Stützdrähte. Diese Maßnahme erlaubt eine technisch einfache Rea- lisierung der Halteelemente, was mit nicht unerheblichen Kostenvorteilen bei der Herstellung des Wärmetauschers einhergeht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei erste Fluid- leitungen entlang der zweiten Erstreckungsrichtung im Abstand zueinander angeordnet. Die mit dieser Maßnahme einhergehende Aufteilung des ersten Fluids auf wenigstens zwei Fluidleitungen erlaubt eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche zwischen dem ersten Fluid, welches die ersten Fluidleitungen innen durchströmt und dem zweiten Fluid, welches um die wenigstens zwei ersten Fluidleitungen außen umströmt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Gewebe aus ersten Fluidleitungen und Halteelementen vorgesehen, die jeweils in einer, insbesondere durch die erste und zweite Erstreckungsrichtung definierten, Gewebeebene angeordnet. Auch diese Maßnahme führt zu einer Vergrößerung der effektiven Wärmeaustuschfläche des Wärmetauschers und somit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Wärmetauschers.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Gewebe bzw. die wenigstens zwei Gewebeebenen entlang einer dritten Erstreckungsrichtung, die von der ersten und zweiten Erstreckungsrichtung verschieden ist, im Abstand zueinander angeordnet. Diese Maßnahme verbessert die Strömungseigenschaften des Wärmetauschers.
Besonders bevorzugt sind die wenigstens zwei Gewebeebenen parallel zueinander angeordnet. Auch diese Maßnahme verbessert die Strömungseigenschaften des Wärmetauschers. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Gewebeebenen plan oder gekrümmt ausgebildet. Auch diese Maßnahme verbessert die Strömungseigenschaften des Wärmetauschers.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung bildet die dritte Erstreckungsrichtung einen rechten Winkel mit den Gewebeebenen aus. Die erlaubt die Realisierung des Wärmetauschers in der Art eines Plattenwärmetauschers mit quasi entlang der dritten Erstreckungsrichtung„aufeinander gestapelten" Geweben. Diese ermöglicht eine Realisierung des Wärmetauschers in Flachbauweise. Darüber hinaus kann der im zweiten Fluid beim Durchströmen des Wärmetauschers erzeugte Druckverlust relativ gering gehalten werden.
Bei einer dazu alternativen vorteilhaften Weiterbildung bildet die dritte Erstreckungsrichtung einen spitzen oder stumpfen Winkel mit den Gewebeebenen aus. Auf diese Weise kann der Wirkungsquerschnitt für das zweite Fluid nochmals erhöht werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist zumindest ein Gewebe in einem Querschnitt senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung der ersten Fluidlei- tungen eine W-Förmige oder S-Förmige oder U-förmige Geometrie auf. Diese Variante gewährleistet eine besonders wirksame Aussteifung des Gewebes in der gewählten Geometrie.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Fluidlei- tungen und/oder die Halteelemente ein textiles Material oder eine textile Struktur. Besonders bevorzugt bestehen die ersten Fluidleitungen und/oder die Halteelemente aus einem solchen textilen Material oder einer solchen textilen Struktur. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist zumindest eine erste Fluidlei- tung in einem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtung die Geometrie eines Ovals auf. Mittels solcher, ovalförmiger erster Fluidleitungen kann der im ersten Fluid beim Durchströmen der Fluidleitungen auftretende Druckverlust gesenkt werden. Besonders bevorzugt gilt dies für alle vorhandenen ersten Fluidleitungen.
Besonders zweckmäßig sind die ersten Fluidleitungen in dem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtung rasterartig mit wenigstens zwei Rasterzeilen und wenigstens zwei Rasterspalten angeordnet. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders gute Umströmung der Fluidleitungen mit dem zweiten Fluid und folglich einen besonders effektiven Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung fluchten die ersten Fluidleitungen zumindest zweier benachbarter Rasterzeilen derselben Rasterspalte und/oder zumindest zweier benachbarter Rasterspalten derselben Rasterzeile miteinander. Auch diese Variante erlaubt eine gute Umströmung der Fluidleitungen mit dem zweiten Fluid und folglich einen besonders effektiven Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid.
Besonders zweckmäßig sind die ersten Fluidleitungen zumindest zweier benachbarter Rasterzeilen und/oder zumindest zweier Rasterspalten versetzt zueinander angeordnet. Auch diese Variante erlaubt eine gute Umströmung der Fluidleitungen mit dem zweiten Fluid und folglich einen besonders effektiven Wärmeaustausch mit dem ersten Fluid.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform münden die ersten Fluidleitungen mit einem ersten Längsende in einen gemeinsamen Fluidverteiler zum Verteilen des ersten Fluids in die ersten Fluidleitungen münden. Weiterhin münden die ersten Fluidleitungen bei dieser Variante mit einem zweiten Längsende in einen gemeinsamen Fluidsammler zum Sammeln des ersten Fluids nach dem Durchströmen der ersten Fluidleitungen. Auf diese Weise kann das erste Fluid bau- raum-sparend auf mehrere erste Fluidleitungen verteilt und nach dem Durchströmen Wieder aus diesen gesammelt werden. Die Bereitstellung zusätzliche Leitungen zum Verteilen des ersten Fluids auf die ersten Fluidleitungen bzw. zum Sammeln aus den ersten Fluidleitungen kann bei dieser Variante entfallen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Gewebe aus einem ersten Teilgewebe und zumindest einem separat zum ersten Teilgewebe ausgebildeten zweiten Teilgewebe zusammengesetzt. Dabei sind das erste Teilgewebe und das zumindest eine zweite Teilgewebe im Abstand zueinander angeordnet, so dass der zwischen den beiden Teilgeweben gebildete zumindest eine Gewebe-Zwischenraum von dem zweiten Fluid durchströmbar ist. Die Aufteilung des Gewebes in wenigstens zwei Teil-Gewebe führt zu reduzierten
Druckverlusten im zweiten Fluid.
Besonders zweckmäßig können die Schussfäden und/oder die Kettfäden als flexible Drahtelemente aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet sein. Solche Drahtelemente können mit geringen Fertigungskosten hergestellt werden. Die Drahtelemente können insbesondere als Drahtformteile ausgebildet sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in einer Seitenansicht,
Fig. 2 den Wärmetauscher der Figur 1 in einer Draufsicht,
Fig. 3 in einer Teilansicht zwei benachbarte erste Fluidleitungen des Wärmetauschers sowie die diese Fluidleitungen haltenden Halteelemente einer Haltestruktur des Wärmetauschers, die als flexible Stützdrähte ausgebildet sind,
Fig. 4 die ein Gewebe ausbildende Anordnung aus mehreren ersten Fluidleitungen und Halteelementen in einem Querschnitt,
Fig. 5-10 verschiedene Varianten der in Figur 4 gezeigten Anordnung,
Fig. 1 1 eine Weiterbildung der Beispiele der Figuren 5 bis 10, bei welchen sich das Gewebe aus drei getrennten Teilgeweben zusammensetzt, die im Abstand zueinander angeordnet sind. Figur 1 illustriert schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 1 in einer Seitenansicht, die Figur 2 in einer Draufsicht. Der Wärmetauscher 1 umfasst eine Mehrzahl von ersten Fluidleitungen 2 aus einem flexiblen Material 13 zum Durchströmen mit einem ersten Fluid F-,. Die ersten Fluidleitungen 2 sind als flexible Rohrkörper 8 ausgebildet, die einen Leitungsinnenraum 9 zum Durchströmen mit dem ersten Fluid F-, fluiddicht begrenzen. Der Wärmetauscher 1 umfasst weiterhin eine Haltestruktur 3, welche eine Mehrzahl von Halteelementen 4 zum Halten der ersten Fluidleitungen 2 aufweist (die Haltestruktur 3 mit den Halteelementen 4 ist in Figur 1 der Übersichtlichkeit nicht enthalten). Die ersten Fluidleitungen 2 und die Halteelemente 4 bilden mehrere Gewebe 5 aus. Dabei bilden die ersten Fluidleitungen 2 bilden Schussfäden 6 und die Halteelemente 4 Kettfäden 7 eines jeweiligen Gewebes 5 aus, oder umgekehrt. Auch die Halteelemente 4 können, ebenso wie die ersten Fluidleitungen 2, ein flexibles Material umfassen oder aus einem solchen flexiblen Material bestehen. Die Schussfäden 6 und/oder die Kettfäden 7 können als Drahtelemente aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet sein.
Die ersten Fluidleitungen 2 erstrecken sich entlang einer ersten Erstreckungsrich- tung R-i , welche eine Hauptströmungsrichtung des durch die ersten Fluidleitungen 2 strömenden ersten Fluids F-, festlegt. Die ersten Fluidleitungen 2 sind als flexible Rohrkörper 8 ausgebildet, die jeweils einen Leitungsinnenraum 9 zum Durchströmen mit dem ersten Fluid F-, fluiddicht begrenzen. Durch die zwischen den ersten Fluidleitungen 2 gebildete Zwischenräume 10 sind zweite Fluidleitungen 1 1 zum Durchströmen mit dem zweiten Fluid ausgebildet, so dass das erste Fluid F-, mittels des flexiblen Material der ersten Fluidleitungen 2 fluidisch vom zweiten Fluid F2 getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt ist. Bevorzugt weisen die ersten Fluidleitungen 2 in einem Querschnitt senkrecht zur ersten Erstreckungs- richtung R-, einen Leitungsdurchmesser von weniger als 2mm auf. Die Halteelemente 4 der Haltestruktur 3 sind fadenartig oder drahtartig ausgebildet und erstrecken sich entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung R2, die quer zu der ersten Erstreckungsrichtung R-, der ersten Fluidleitungen 2 verläuft. Im Beispielszenario der Figuren sind die Halteelemente 4 als flexible Stützdrähte 12 ausgebildet. Mittels der als Kettfäden 7 wirkenden Stützdrähte 12 können die als Schussfäden 6 ausgebildeten ersten Fluidleitungen 2 gestützt, also mechanisch stabilisiert und somit im erforderlichen Maße ausgesteift werden.
Zur Verdeutlichung zeigt die Figur 3 in einer Teilansicht wie benachbarte erste Fluidleitungen 2 und die diese Fluidleitungen 2 haltenden Halteelemente 4 der Haltestruktur 3, die als flexible Stützdrähte 12 ausgebildet sind. Wie Figur 3 erkennen lässt, besitzen die ersten Fluidleitungen 2 in einem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtung R-, bevorzugt die Geometrie eines Ovals. Bevorzugt umfassen die ersten Fluidleitungen 2 und/oder die Halteelemente 4 ein textiles Material oder eine textile Struktur. Besonders bevorzugt bestehen die ersten Fluidleitungen 2 und/oder die Halteelemente 4 aus einem textilen Material oder aus einer textilen Struktur.
Der Wärmetauscher 1 ist für die Durchströmung mit einem zweiten Fluid F2 - fluidisch getrennt vom ersten Fluid F2 - entlang der zweiten Erstreckungsrichtung R2 ausgebildet. Durch zwischen den ersten Fluidleitungen 2 gebildete Zwischenräume 10 sind zweite Fluidleitungen 1 1 zum Durchströmen mit dem zweiten Fluid F2 ausgebildet, so dass das erste Fluid F-, mittels des flexiblen Materials der ersten Fluidleitungen 2 fluidisch vom zweiten Fluid F2 getrennt, jedoch zum Wärmeaustausch thermisch mit diesem gekoppelt ist.
In der Draufsicht der Figur 2 sind exemplarisch drei ersten Fluidleitungen 2 dargestellt, die sich entlang der ersten Erstreckungsrichtung R-, erstrecken und in der zweiten Erstreckungsrichtung R2 im Abstand zueinander angeordnet sind. Das in der Figur 2 gezeigte Gewebe 5 ist in einer ersten Gewebeebene 18a angeordnet, deren Ausrichtung durch die erste und zweite Erstreckungsrichtung R-i , R2 festgelegt ist. Der Figur 1 entnimmt man, dass der Wärmetauscher 1 mehrere solche Gewebeebenen, im Beispiel der Figur 1 acht Gewebeebenen 18a-18h, mit jeweiligen Geweben 5 aus ersten Fluidleitungen 2 und Haltestrukturen 3 aufweist. Die Gewebeebenen 18a-18h sind dabei entlang einer dritten Erstreckungsrichtung R3 angeordnet, die sich im Beispiel der Figur 1 orthogonal sowohl zur ersten als auch zweiten Erstreckungsrichtung R-i , R2 erstreckt. Die dritte Erstreckungsrichtung R3 bildet also einen rechten Winkel mit den Gewebeebenen 18a-18h aus.
Wie die Figuren 1 und 2 erkennen lassen, münden die ersten Fluidleitungen 2 mit einem ersten Längsende 15a in einen gemeinsamen Fluidverteiler 16 zum Verteilen des ersten Fluids F-, in die ersten Fluidleitungen 2. Mit einem zweiten Längsende 15b münden die ersten Fluidleitungen 2 in einen gemeinsamen Fluidsamm- ler 17 zum Sammeln des ersten Fluids F-, nach dem Durchströmen der ersten Fluidleitungen 2.
Die acht Gewebeebenen 18a-18h sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Ein solches Szenario ist zur Verdeutlichung für vier Gewebeebenen 18a-18d in der Figur 4 dargestellt.
Die Figur 5 zeigt eine Variante der Figur 4, bei welcher die dritte Erstreckungsrichtung einen stumpfen Winkel Ch mit den Gewebeebenen 18a-18d ausbildet.
Die Figur 6 zeigt eine Variante der Figur 4, bei welcher die dritte Erstreckungsrichtung einen spitzen Winkel a2 mit den Gewebeebenen 18a-18d ausbildet. In den Beispielen der Figuren 7 bis 10 sind bezüglich der Anordnung der Gewebe 5 weitere mögliche Varianten dargestellt. Die Figuren 7 bis 10 zeigen den Wärmetauscher 1 dabei jeweils in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrich
Im Beispiel der Figur 7 sind die ersten Fluidleitungen 2 zweier entlang der dritten Erstreckungsrichtung R3 benachbarter Gewebeebenen 18a, 18b, 18c, 18d jeweils entlang der zweiten Erstreckungsrichtung R2 versetzt zueinander angeordnet. Die einzelnen Gewebeebenen 18a-18d sind plan ausgebildet und in der Erstreckungsrichtung R3 in äquidistantem Abstand zueinander angeordnet.
Im Beispiel der Figur 8 sind jeweils zwei entlang der zweiten Erstreckungsrichtung R2 benachbarte erste Fluidleitungen 2 in der dritten Erstreckungsrichtung R3 versetzt zueinander angeordnet. In einer anderen Betrachtungsweise sind die einzelnen Gewebeebenen 18a-18d, die durch die erste und zweite Erstreckungsrichtung R-i , R2 definiert sind, wellenförmig gekrümmt ausgebildet.
Die Figuren 9 und 10 zeigen Varianten, bei welcher das Gewebe 5 sich im Querschnitt senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung R-, sich abschnittsweise abwechselnd entlang der zweiten Erstreckungsrichtung R2 und der dritten Erstreckungsrichtung R3 erstrecken. Im Querschnitt der Figur 9 ergibt sich eine S- förmige oder umgekehrt-S-förmiger Kontur des Gewebes 5.
Im Folgenden sei das Augenmerk auf die Darstellung der Figur 10 gerichtet. In Figur 10 ist ein einziges Gewebe 5 im Querschnitt senkrecht zur ersten Erstreckungsrichtung dargestellt, welches einen W-förmigen Konturverlauf aufweist. In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Variante ist anstelle einer W- förmigen Kontur auch eine U-förmige Kontur denkbar. Den Darstellungen der Figuren 4 bis 8 entninnnnt man, dass die ersten Fluidleitun- gen 2 in dem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtungen R-, rasterartig mit wenigstens zwei Rasterzeilen 20 und mit wenigstens zwei Rasterspalten 19 angeordnet sind.
In den Beispielen der Figuren 4 bis 6 fluchten die ersten Fluidleitungen 2 aller benachbarter Rasterzeilen 20 derselben Rasterspalte 19 miteinander. Auch fluchten alle benachbarten Rasterspalten derselben Rasterzeile 20 miteinander.
Im Beispiel der Figur 7 sind die ersten Fluidleitungen 2 zweier in der dritten Er- streckungsrichtung R3 benachbarter Rasterzeilen 20 entlang der zweiten Erstre- ckungsrichtung R2 versetzt zueinander angeordnet.
Im Beispiel der Figur 8 sind die ersten Fluidleitungen 2 zweier in der zweiten Er- streckungsrichtung R2 benachbarter Rasterspalten 19 entlang der dritten Erstre- ckungsrichtung R3 versetzt zueinander angeordnet.
Die Figur 1 1 illustriert eine Weiterbildung der Beispiele der Figuren 5 bis 10, bei welchen sich das Gewebe 5 aus drei getrennten Teilgeweben 5a, 5b, 5c zusammensetzt, die im Abstand zueinander angeordnet sind. Die drei Teilgewebe 5a, 5b, 5c sind im Abstand zueinander angeordnet, so dass die zwischen den Teilgeweben 5a, 5b, 5c gebildeten eine Gewebe-Zwischenräume 21 von dem zweiten Fluid F2 durchströmbar ist.

Claims

Ansprüche
1 . Wärmetauscher (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Mehrzahl von (ersten) Fluidleitungen (2) aus einem flexiblen Material (13) zum Durchströmen mit einem (ersten) Fluid (F-i),
mit einer Haltestruktur (3), welche eine Mehrzahl von Halteelementen (4) zum Halten der (ersten) Fluidleitungen (2) umfasst,
wobei die (ersten) Fluidleitungen (2) und die Halteelemente (4) wenigstens ein Gewebe (5) ausbilden,
wobei die (ersten) Fluidleitungen (2) die Schussfäden (6) des Gewebes (5) und die Halteelemente (4) die Kettfäden (7) ausbilden, oder umgekehrt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die (ersten) Fluidleitungen (2) als flexible Rohrkörper (8) ausgebildet sind, die jeweils einen Leitungsinnenraum (9) zum Durchströmen mit dem ersten Fluid (F-,) fluiddicht begrenzen, und/oder dass
die Halteelemente (4) ein flexibles Material umfassen oder aus einem flexiblen Material bestehen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch zwischen den ersten Fluidleitungen (2) gebildete Zwischenräume (10) zweite Fluidleitungen (1 1 ) zum Durchströmen mit dem zweiten Fluid (F2) ausgebildet sind, so dass das erste Fluid (F-i) mittels des flexiblen Materials (13) der ersten Fluidleitungen (2) fluidisch vom zweiten Fluid (F2) getrennt und thermisch an dieses koppelbar ist.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteelemente (4) der Haltestruktur (3) fadenartig ausgebildet sind und sich entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung (R2) erstrecken, die quer zu einer ersten Erstreckungsrichtung (R-i) verläuft, entlang welcher sich die ersten Fluidleitungen (2) erstrecken,
wobei der Wärmetauscher (1 ) für die Durchströmung mit einem zweiten Fluid (F2), fluidisch getrennt vom ersten Fluid (F-i), und entlang der zweiten Erstreckungsrichtung (R2) ausgebildet ist.
5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Halteelement (4), vorzugsweise alle Halteelemente (4), als flexibler Stützdraht (12) ausgebildet ist.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei erste Fluidleitungen (2) entlang der zweiten Erstreckungsrichtung (R2) im Abstand zueinander angeordnet sind.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Gewebe (5) aus ersten Fluidleitungen (2) und Halteelementen (4) vorgesehen sind, die jeweils in einer, insbesondere durch die erste und zweite Erstreckungsrichtung (R-i, R2) definierten, Gewebeebene (18a- 18h) angeordnet sind.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei Gewebe (5) bzw. die wenigstens zwei Gewebeebenen (18a-18h) entlang einer dritten Erstreckungsrichtung (R3), die von der ersten und zweiten Erstreckungsrichtung (R-i , R2) verschieden ist, im Abstand zueinander angeordnet sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei Gewebeebenen (18a-18h) parallel zueinander angeordnet sind.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei Gewebeebenen (18a-18h) plan oder, insbesondere wenigstens abschnittsweise, gekrümmt ausgebildet sind.
1 1 . Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dritte Erstreckungsrichtung (R3) einen rechten Winkel mit den Gewebeebenen (18a-18h) ausbildet, oder dass
die dritte Erstreckungsrichtung (R3) einen stumpfen oder spitzen Winkel (α-ι , a2) mit den Gewebeebenen (18a-18h) ausbildet.
12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gewebe (5) in einem Querschnitt senkrecht zur ersten Erstre- ckungsrichtung (R-i) der ersten Fluidleitungen (2) eine W-Förmige oder S- Förmige oder U-förmige Geometrie aufweist.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine erste Fluidleitung (2) und/oder zumindest ein Halteelement (4) aus einem textilen Material oder einer textilen Struktur besteht.
14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine erste Fluidleitung (2) in einem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtung (R-i) die Geometrie eines Ovals aufweisen.
15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Fluidleitungen (2) in dem Querschnitt senkrecht zu ihrer ersten Erstreckungsrichtung (R-i) rasterartig mit wenigstens zwei Rasterzeilen (20) und wenigstens zwei Rasterspalten (19) angeordnet sind.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Fluidleitungen (2) zumindest zweier benachbarter Rasterzeilen (20) derselben Rasterspalte (19) und/oder zumindest zweier benachbarter Rasterspalten (19) derselben Rasterzeile (20) miteinander fluchten.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fluidleitungen (2) zumindest zweier benachbarter Rasterzeilen (20) und/oder zumindest zweier Rasterspalten (19) versetzt zueinander angeordnet sind.
18. Wärmetauscher nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Fluidleitungen (2) mit einem ersten Längsende (15a) in einen gemeinsamen Fluidverteiler (16) zum Verteilen des ersten Fluids (F-i) in die ersten Fluidleitungen (2) münden und mit einem zweiten Längsende (15b) in einen gemeinsamen Fluidsammler (17) zum Sammeln des ersten Fluids (F-i) nach dem Durchströmen der ersten Fluidleitungen (2) münden.
19. Wärmetauscher nach Anspruch nach einem der Ansprüche 3 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Gewebe (5) sich aus einem ersten Teilgewebe (5a) und zumindest einem separat zum ersten Teilgewebe (5a) ausgebildeten, zweiten Teilgewebe (5b) zusammensetzt,
wobei das erste Teilgewebe (5a) und das zumindest eine zweite Teilgewebe (5b) im Abstand zueinander angeordnet sind, so dass der zwischen den beiden Teilgeweben gebildete zumindest eine Gewebe-Zwischenraum (21 ) von dem zweiten Fluid (F2) durchströmbar ist.
20. Wärmetauscher nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schussfäden (6) und/oder die Kettfäden (7) als Drahtelemente aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet sind.
PCT/EP2016/079135 2015-12-08 2016-11-29 Wärmetauscher, insbesondere für ein kraftfahrzeug, mit flexiblen fluidleitungen und haltestruktur WO2017097634A1 (de)

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