DE19859675A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Abstract

Ein Flachrohr-Wärmetauscher umfaßt ein Bündel paralleler Flachrohre für ein erstes Wärmetauscherfluid, deren Enden in Sammelbehältern aufgenommen sind. Zwischen den Flachrohren sind Zwischenräume für ein zweites Wärmetauscherfluid gebildet. DOLLAR A Um bei hoher Wärmetauschleistung mit Führung des zweiten Wärmetauscherfluids in einem geschlossenen System eine leichte Montage und kostengünstige Herstellung des Wärmetauschers zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß für das zweite Wärmetauscherfluid ein zweites Bündel paralleler Flachrohre vorgesehen ist, welche jeweils unter Kreuzung der Flachrohre des ersten Bündels deren Zwischenräume durchsetzen und durch mindestens je eine außerhalb der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten Bündels durchgehende Rohrverbindung untereinander fluidisch verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren pa­ rallelen Flachrohren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an­ gegebenen Gattung.

Aus der DE 195 43 986 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der ein Bündel paralleler Flachrohre für ein Wärmetauscherfluid umfaßt, deren Enden in Sammelbehältern aufgenommen sind. Zwischen den jeweils parallelen Rohren sind Wellrippen zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche angeordnet. Die Rohre sind an ihren Rohrenden derart aufgeweitet, daß die Rohrenden im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind. Die Rohrenden weisen parallele Verbindungsflächen auf, die zur Anlage mit entsprechenden Verbindungsflächen benachbarter Rohrenden gebracht werden. Weiterhin weisen die Rohrenden kurze Verbindungsflächen auf, auf die die Sammelbehälter mit ihren Schenkeln bzw. Kragen gesetzt wer­ den. Der bekannte Wärmetauscher ist so konstruiert, daß das zweite Wärmetauscherfluid Kühlluft ist. Bei einer Ver­ wendung dieses Bauprinzips als Ladeluftkühler wird daher für eine ausreichende Wärmeübertragungsleistung eine ent­ sprechende Baugröße benötigt.

Um eine kompaktere Bauweise für eine gute Wärmeübertra­ gungsleistung zu erreichen, sind Ladeluftkühler bekannt, bei denen das sekundäre Wärmetauscherfluid eine Flüssig­ keit, vorzugsweise das Kühlmittel einer Brennkraftmaschine ist. Bei derartigen Wärmetauschern ist der gesamte Wärme­ tauscherblock in einem Gehäuse aufgenommen, in das das Kühlmittel eingeleitet bzw. nach dem Umströmen der Flach­ rohre für das erste Wärmetauscherfluid wieder abgeleitet wird. Ein solcher Wärmetauscher ist beispielsweise aus der US 4,291,760 bekannt. Ein geschlossenes System für das zweite, flüssige Wärmetauscherfluid kann nur mit einem ho­ hen konstruktiven Aufwand erreicht werden, so daß man be­ strebt ist, das Bauvolumen für derartige Ladeluftkühler ge­ ring zu halten. Dies führt jedoch zu einer Begrenzung der Wärmetauschleistung, die für bestimmte Anforderungen unzu­ reichend ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Wär­ metauscher der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß bei kompakter Bauweise eine hohe Wärmetauschleistung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Für das zweite Wärmetauscherfluid, beispielsweise Kühlmit­ tel einer Brennkraftmaschine, ist ein zweites Bündel pa­ ralleler Flachrohre vorgesehen, welche jeweils unter Kreu­ zung der Flachrohre des ersten Bündels in einem spitzen Winkel deren Zwischenräume durchsetzen. Die Flachrohre des zweiten Bündels sind dabei durch eine Rohrverbindung unter­ einander fluidisch verbunden, welche außerhalb der Über­ deckung mit den Flachrohren des ersten Bündels verläuft. Bei der Montage des Wärmetauschers werden die Flachrohre des einen Bündels durch die Zwischenräume des anderen Bün­ dels geschoben und die Flachrohre des zweiten Bündels an Flächenabschnitten miteinander verbunden, welche seitlich außerhalb der Kontur des ersten Bündels liegen. Die Rohrverbindung ist daher unabhängig von den Rohrkörpern des ersten Bündels, wodurch die Anordnung mit lediglich geringem Arbeitsaufwand montierbar ist. Die Rohrverbindung weist dabei eine Öffnung zur Zuleitung und Rückleitung des zweiten Wärmetauscherfluids auf. Zweckmäßig liegt die Rohrverbindung in einem aus der Überdeckung mit dem ersten Bündel der herausragenden Eckabschnitte zwischen den Enden und den Längsseiten der Flachrohre des zweiten Bündels. Abgesehen von dem freiliegenden Eckabschnitt, in dem die Rohrverbindung ausgebildet wird, liegen die Flachrohre beider Bündel zum überwiegenden Teil in Überdeckung, wobei ein Wärmeübergang mit hoher Wärmetauschleistung zwischen den Fluiden möglich ist. Vorteilhaft liegen die Flachrohre beider Bündel in dem in Überdeckung liegenden Bereich mit ihren Wandungen aneinander.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ragt das zweite Bündel paralleler Flachrohre beidseitig aus der Überdeckung des ersten Bündels heraus und weist an beiden freiliegenden Eckabschnitten eine Rohrverbindung zwischen den einzelnen Flachrohren auf. Eine dieser Rohrverbindungen ist mit einer Öffnung zur Zuleitung des zweiten Wärmetauscherfluides versehen, während die andere Rücklaufleitung auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers eine Öffnung zur Rückleitung in das ge­ schlossene System des zweiten Wärmetauscherfluides auf­ weist.

Die Rohrverbindung kann durch Abstandshülsen zwischen den Flachrohren des zweiten Bündels gebildet sein, wobei die Abstandshülsen jeweils Öffnungen in den anliegenden Wan­ dungen der Flachrohre umschließen. Dabei wird ein Kanal ausgebildet, welcher die Innenräume aller Flachrohre des zweiten Bündels verbindet, wobei die Abstandshülsen gleich­ zeitig einen Zwischenraum zwischen den Flachrohren schaf­ fen, in denen die Flachrohre des anderen Bündels eingefügt sind. Zweckmäßig liegen die Abstandshülsen koaxial zueinan­ der, wodurch eine geradlinige Rohrverbindung gebildet ist. Die Öffnungen in den Wandungen der einzelnen Flachrohre des Bündels werden derart ausgerichtet, daß diese eine das ge­ samte Bündel durchsetzende Bohrung bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Flachrohrwärmetauschers,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher 1, welcher von Ladeluft LL und als zweitem Wärmetauscherfluid von Kühlmittel KM einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine durchströmt wird. Das Kühlmittel zirkuliert in einem geschlossenen System.

Die Ladeluft LL durchströmt ein erstes Bündel 3 paralleler Flachrohre, deren Enden 7 in Verteil- und Sammelkästen 16, 17 aufgenommen sind. Die Verteil- und Sammelkästen 16, 17 können je nach Bauart des Wärmetausches mit dem Rohrbündel 3 verbunden sein, so ist beispielsweise der Verteilkasten 16 als stoffschlüssig verbundenes Bauteil und der Sammel­ kasten 17 als mechanisch verbundenes Bauteil dargestellt. Das Kühlmittel KM durchströmt ein zweites Bündel zwei pa­ ralleler Flachrohre, welche jeweils unter Kreuzung der Flachrohre des ersten Bündels 3 die Zwischenräume durch­ setzen, welche zwischen den Flachrohren des ersten Bündels 3 gebildet sind. Die Längsachse der Flachrohre des Bündels 2 ist mit LA1 und die Längsachse der Flachrohre des Bündels 3 mit LA2 bezeichnet. Wie aus Fig. 1 deutlich wird, schließen die Längsachsen LA1, LA2 der Bündel 2 und 3 einen spitzen Winkel α von ca. 12° ein, es können jedoch auch an­ dere Winkel, vorzugsweise im Bereich zwischen 5° und 30° in Betracht kommen. Die parallelen Flachrohre des Kühlmittel­ kreises sind durch die Kreuzung mit den Flachrohren des ersten Bündels 3 mit ihren außenliegenden Eckabschnitten 18 aus der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten Bündels 3 geführt und dort durch eine durchgehende Rohrverbindung untereinander fluidisch verbunden. Jede der Rohrver­ bindungen weist eine Öffnung zum Anschluß an den Kühlmit­ telkreis auf, wobei die Öffnung 8 in dem einen Eckabschnitt des in Draufsicht etwa rechteckigen Flachrohrbündels 2 zur Zuleitung des Kühlmittels KM vorgesehen ist. Die Öffnung 9 der diagonal gegenüberliegenden Rohrverbindung ist zur Rückleitung des Kühlmittels KM vorgesehen. Die Verbindungen der Kühlmittelflachrohre liegen also außerhalb der Überdeckung mit den Flachrohren des ersten zur Leitung der Ladeluft LL vorgesehenen Bündels 3 und sind im Freiraum seitlich der Flachrohre des ersten Bündels 3 auf einfachste Weise anzubringen.

Wie aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, sind die Flachrohre 4, 5 beider Bündel alternierend angeordnet und liegen in ihren einander überdeckenden Abschnitten und daher bei kleinem Kreuzungswinkel der Rohre zum überwiegenden Teil mit ihren flachen Rohrwandungen 12 aneinander, so daß ein guter Wär­ meübertritt gewährleistet ist. In den Innenräumen der Flachrohre 4 und 5 beider Bündel sind Steg- bzw. Turbulenz­ rippen 13, 13' angeordnet. Für das Flachrohrbündel 3 der Ladeluft werden beispielsweise Flachrohre 5 mit einer Quer­ schnittsbreite von beispielsweise 64 mm als bevorzugt ange­ sehen. Für das Flachrohrbündel 2 des Kühlmittelkreises wer­ den 76 mm-Flachrohre vorgeschlagen.

Die Rohrverbindung 10 zwischen den Flachrohren 4, welche eine fluidische Verbindung für das Kühlmittel zwischen den Innenräumen der gebündelten Flachrohre 4 schafft, umfaßt Abstandshülsen 11, welche zwischen den einzelnen Flachroh­ ren 4 des Kühlmittel-Flachrohrbündels 2 angeordnet sind. Die Hülsen 11 liegen koaxial zueinander und umschließen je­ weils eine in der Wandung jedes Flachrohres 4 ausgebildete Öffnung, welche beispielsweise durch eine das gesamte Flachrohrbündel durchsetzende Öffnung hergestellt werden kann. Die Öffnungen in den freiliegenden Flachseiten 12 der im Bündel jeweils außenliegenden Flachrohre werden einer­ seits durch eine Abschlußscheibe 15 verschlossen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung ist der Anschluß an den Kühlmittelkreis vorgesehen und ein Anschlußstutzen 14 angeordnet, welcher an die der Wandung des Flachrohres dicht und die Öffnung umgebend befestigt ist und an den eine nicht dargestellte Kühlmittelleitung anschließbar ist.

Die Fig. 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1, wobei ersichtlich ist, daß die linken bzw. rechten Ränder der beiden Bündel 2, 3 aus Flachrohren 4, 5 gegen­ einander versetzt sind. Die Flachrohre 5 sind zur Erzeugung eines geringen Druckabfalls im Ausführungsbeispiel mit Stegrippen 13 großer Weite versehen, während in den Flach­ rohren 4 ein größerer Druckabfall erzeugt werden soll und demnach die Wellrippen 13' engere Kanäle bilden.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 ist als aus den Bün­ deln 2 und 3 von den Flachrohren 4 und 5 gebildeter Block gelötet, wobei auch die Steg- bzw. Wellrippen durch die Lö­ tung an der Innenwandung der Flachrohre befestigt werden. Um einen separaten Lotauftrag zu sparen ist es zweckmäßig, die Flachrohre aus beidseitig lotplattiertem Material her­ zustellen.

Claims (9)

1. Wärmetauscher (1) mit einem Bündel (3) paralleler Flachrohre (5) für ein erstes Wärmetauscherfluid (LL), deren Enden (7) in Sammelbehältern (16, 17) aufgenommen sind, und mit zwischen den Flachrohren (5) gebildeten Zwischenräumen für ein zweites Wärmetauscherfluid (KM), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Bündel (2) pa­ ralleler Flachrohre (4) für das zweite Wärmetauscher­ fluid (KM) vorgesehen ist, wobei diese Flachrohre (4) des zweiten Bündels (2) jeweils unter einem spitzen Winkel (α) zu den Flachrohren (5) des ersten Bündels (3) verlaufend in deren Zwischenräume angeordnet sind und mit je einer außerhalb der Kontur der Flachrohre (5) des ersten Bündels (3) angeordneten Rohrverbindung (10) durch die Flachrohre (4) des zweiten Bündels (2) untereinander fluidisch verbunden sind, welche eine Öffnung (8, 9) zur Zuleitung und Rückleitung des zwei­ ten Wärmetauscherfluids (KM) aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindung (10) in einem aus der Überdeckung mit dem ersten Bündel (3) herausragenden Eckabschnitt (18) zwischen den Enden (6) und den Längsseiten der Flachrohre (4) des zweiten Bün­ dels (2) liegen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bündel (2) beid­ seitig aus der Überdeckung des ersten Bündels (3) her­ ausragt und an den freiliegenden Eckabschnitten (18) jeweils eine Rohrverbindung (10) aufweist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (8) für die Zu­ leitung und die Öffnung (9) für die Rückleitung des zweiten Wärmetauscherfluids (KM) an entgegengesetzten Enden des zweiten Bündels (2) von Flachrohren (4) angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindung (10) durch Abstandshülsen (11) zwischen den Flachrohren (4) des zweiten Bündels (2) gebildet ist, wobei die Ab­ standshülsen (11) jeweils Öffnungen in den anliegenden Wandungen (12) der Flachrohre (4) umschließen.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshülsen (11) koaxial liegen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Flachrohre (4, 5) Steg- oder Wellrippen (13, 13') angeordnet sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachrohre (5) des ersten Bündels (3) und die Flachrohre (4) des zweiten Bündels (2) im gegenseitig überdeckenden Bereich unmit­ telbar aneinanderliegen, vorzugsweise stoffschlüssig verbunden sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen den Längsachsen (LA1 und LA2) der Flachrohre (4, 5) beider Bündel (2, 3) ca. 10° bis 30°, vorzugsweise etwa 15° beträgt.