DE3902877C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher soll dabei insbesondere als Luft-Flüssig­ keits-Wärmetauscher evtl. auch in Verbindung mit Ver­ dampfungs- oder Kondensationsprozessen an Kraftfahr­ zeugen zum Einsatz kommen. Wärmetauscher mit gesinterten Tauscherkörpern zeigen beispielsweise die DE-PS 8 38 309 oder die DE 34 21 658 A1.

Wärmetauscher mit Tauscherkörpern aus porösem Sinter­ metall, innerhalb derer ein Tauschermedium in Kanälen geführt ist, zeichnen sich durch einen sehr guten Tauscher-Wirkungsgrad aus. Ursächlich hierfür ist die äußerst große wärmeübertragende Oberfläche, mit welcher das die porös gesinterten Tauscherkörper durchströmende Medium in Berührung kommt. Jedoch eignen sich die bislang bekanntgewordenen Wärmetauscher mit durch­ strömten Tauscherkörpern vorangig für einen Wärmetausch­ prozeß zwischen zwei Flüssigkeiten, da hierbei die Sinter-Tauscherkörper dem durchströmenden Tauschermedium bei akzeptablen geometrischen Abmessungen einen geeigne­ ten Strömungswiderstand entgegensetzen. Würde man jedoch durch die zumeist zylindrisch geformten Tauscherkörper einen gasförmigen Stoff strömen lassen, so wäre ein nennenswerter Wärmetauschprozeß nur mit äußerst groß­ volumig gestalteten Tauscherkörpern bei relativ hohem Druckverlust erzielbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kompakt aufgebauten Wärmetau­ scher der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebe­ nen Art aufzuzeigen, bei dem ein wirkungsvoller Wärmetauschprozeß zwischen einem in den Kanälen geführten Medium sowie einem die gesinterten Tauscherkörper durchströmenden Medium bei geringen Druckverlusten des letztgenannten ermöglicht wird. Insbesondere sollen dabei gasförmige Medien an den Tauscherkörpern anliegen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.

Indem die Tauscherkörper in Strömungsrichtung des durchströmenden Mediums geneigt angeordnet sind, läßt sich auf relativ kleinem Bauraum eine relativ große vom strömenden Medium direkt beaufschlagte Tauscherkörper- Oberfläche realisieren. Diese Schrägstellung verursacht darüber hinaus eine Verringerung des Druckverlustes in der Luftströmung, weil die örtliche Durchtrittsge­ schwindigkeit in Relation zur Geschwindigkeit durch die Projektionsfläche des gesamten Wärmetauschers deutlich verringert wird. Eine kompakte Bauweise ergibt sich durch die winkelige Anordnung der Tauscherkörper. Dabei können die Tauscherkörper von verschiedenartiger Form sein, insbesondere empfiehlt sich jedoch eine platten­ förmige, vorzugsweise rechteckige Formgebung.

Weisen darüber hinaus die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper eine gemeinsame Berührungskante auf, so kann zwischen diesen beiden Tauscherkörpern kein Medien­ strom hindurchtreten, so daß das vorzugsweise gasförmige Medium vollständig die porösen gesinterten Tauscherkör­ per durchdringen muß. In diesem Zusammenhang bietet es sich an, die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper längs der gemeinsamen Berührungskante miteinander zu verbinden. Neben einer fertigungstechnisch einfach zu realisierenden formschlüssigen Verbindung käme jedoch auch eine mechanische Verbindung, beispielsweise durch Kleben, Schrauben, oder unter Zuhilfenahme von Halte­ klammern o. dgl., in Frage. Ein aus mehreren nebenein­ anderliegenden Tauscherkörpern aufgebauter Wärmetau­ scher läßt sich hiermit auf einfache Weise effektvoll stabilisieren.

Mit Merkmalen des Anspruchs 5 ergibt sich ein äußerst einfacher Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. In vorteilhafter Funktionsvereinigung übernehmen dabei die Zu- und/oder Abfuhrleitungen für das in den Kanälen geführte zweite Medium die Abstützung der einzelnen Tauscherkörper. Hierzu können diese Zu- und/oder Abfuhr­ leitungen beispielsweise im Sinterprozeß in die Tau­ scherkörper eingebunden werden. Weiterhin empfiehlt es sich hierbei, die Zu- und Abfuhrleitungen der einzelnen Tauscherkörper an ein gemeinsames Zu- bzw. Abfuhrrohr anzubinden, welches seinerseits wiederum eine tragende Funktion übernimmt.

Eine weitere Steigerung des Tauscherwirkungsgrades ist mit den Merkmalen des siebten Anspruchs erzielbar. Verbessert wird hierdurch der Wärmeübergang zwischen dem zweiten Medium sowie dem einzelnen Tauscherkörper.

Anhand einer geschnittenen Perspektivdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Der dargestellte Wärmetauscher soll als Luft-Flüssig­ keits-Wärmetauscher beispielsweise als Heizkörper, Verdampfer oder Kondensator insbesondere an Kraftfahr­ zeugen zum Einsatz kommen. Hierzu wird der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Wärmetauscher gemäß Pfeil­ richtung 2 von Luft durchströmt. Der Wärmetauscher 1 besteht dabei aus einem rechteckigen Rahmen 3, welcher aus vier einzelnen Plattenelementen 4 zusammengesetzt ist. Zur besseren Darstellung ist dabei das vorne liegende Plattenelement nicht gezeigt. Innerhalb des Rahmens 3 sind mehrere Tauscherkörper 5 angeordnet. Auch diese Tauscherkörper 5 weisen im wesentlichen eine rechteckige Plattenform auf und enthalten einen mit einer Wandung 6 umgebenen Kanal 7 zur Führung des dem Wärmetauschprozeß unterworfenen zweiten flüssigen Mediums. Die Fließrichtung dieses flüssigen Mediums ist durch Pfeile 8 dargestellt. Für die Zu- und Abfuhr des flüssigen Mediums zu bzw. von den Kanälen 7 sind nicht gezeigte Zufuhrleitungen, sowie mit der Bezugsziffer 9 bezeichnete Abfuhrleitungen vorgesehen. Die Abfuhrlei­ tungen 9 münden dabei in ein gemeinsames Abfuhrrohr 10; in gleicher Weise zweigen die nicht gezeigten Zufuhr­ leitungen von einem ebenfalls nicht gezeigten Zufuhrrohr ab. Sowohl das Zufuhr- als auch das Abfuhrrohr sind dabei außerhalb des Rahmens 3 angeordnet, weshalb selbstverständlich die entsprechenden Plattenelemente 4 Durchbrüche für die Zufuhr- bzw. Abfuhrleitungen 9 aufweisen müssen.

Die Tauscherkörper 5 sind aus Sintermetall gefertigt und können daher aufgrund ihrer porösen Struktur von der anströmenden Luft gemäß Pfeilrichtung 2 direkt durch­ strömt werden. Aus diesem Grunde ist es möglich, den Wärmetauscher 1 wie gezeigt aufzubauen, wonach zwei nebeneinander angeordnete Tauscherkörper 5 eine gemein­ same Berührungskante 11 aufweisen. Hierzu ist es selbst­ verständlich erforderlich, daß - wie gezeigt - zwei nebeneinander angeordnete Tauscherkörper 5 zueinander winkelig und in Strömungsrichtung 2 geneigt angeordnet sind. Längs der gemeinsamen Berührungskante 11 sind dabei die beiden Tauscherkörper 5 miteinander form­ schlüssig verbunden. Hierzu ist jeder Tauscherkörper einseitig mit einer Aufnahmerille 12 versehen, in welche der andere Tauscherkörper 5 mit seiner der eigenen Aufnahmerille gegenüberliegenden Kante 13 eingreift. Diese Maßnahmen erhöhen die Stabilität des Wärmetau­ schers 1 erheblich. Vorteilhafterweise weisen bei dieser Ausführungsform sämtliche Tauscherkörper die gleiche Konfiguration auf.

Der gezeigte Wärmetauscher zeichnet sich durch größt­ möglichen Tauscherwirkungsgrad bei kleinstmöglichem Bauraum aus. Die gesinterten Tauscherkörper 5 bieten dem gemäß Pfeilrichtung 2 hindurchtretenden Luftstrom eine große, dem Wärmetauschprozeß förderliche Oberfläche. Nennenswerte Leckageströme sind nicht zu verzeichnen, da nebeneinander angeordnete Tauscherkörper 5 sich längs der gemeinsamen Berührungskante 11 tangieren. Die Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr (je nach Anwendungsfall) zu bzw. von den einzelnen Tauscherkörper 5 übernimmt das innerhalb der Tauscherkörper in den geschlossenen Kanälen 7 geführte zweite flüssige Medium. Um auch zwischen diesem Medium sowie dem jeweiligen Tauscher­ körper ein gesteigerten Wärmeübergang zu erzielen, sind die von der Wandung 6 umhüllten Kanäle 7 ihrerseits auch mit porösem Sintermetall ausgefüllt.

Die im Ausführungsbeispiel gezeigten Tauscherkörper 5 weisen eine in Richtung der Randbereiche (Kante 13 bzw. Aufnahmerille 12) abnehmende Dicke auf. Dieses Merkmal ergab sich dabei unter fertigungstechnischen Aspekten. Soll jedoch der Wärmeübertrager-Wirkungsgrad nochmals gesteigert werden, so empfiehlt es sich, die einzelnen Tauscherkörper im Querschnitt in Richtung der Randbe­ reiche kontinuierlich zu vergrößern, oder im Rahmen eines Optimierungsprozesses den jeweiligen Anforderungen entsprechend zu formen. Die erstgenannte Maßnahme veranlaßt den gemäß Pfeilrichtung 2 durch die Tauscher­ körper 5 hindurchtretenden Luftstrom, vorrangig nahe der die Tauscherkörper 5 mittig durchquerenden Kanäle 7 hindurchzuströmen. Mögliche Wärmeleitungs-Verluste zwischen den Randbereichen sowie den mittig verlaufenden Kanälen 7 werden somit geringgehalten. Im übrigen kann es empfehlenswert sein, dem Wärmetauscher 1 in Strö­ mungsrichtung 2 ein Partikelfilter vorzuschalten, um eine Verschmutzung der Sintermetall-Tauscherkörper zu verhindern.

Claims (7)

1. Wärmetauscher für zwei Medien mit zumindest zwei vom ersten Medium durchströmten Tauscherkörpern (5) aus porösem Sintermetall, innerhalb derer das zweite Medium in Kanälen (7) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauscherkörper (5) in Strömungsrichtung (2) des ersten Mediums geneigt und winkelig zueinander angeordnet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper eine gemeinsame Berüh­ rungskante (11) aufweisen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper miteinander verbunden sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauscherkörper (5) formschlüssig miteinander verbunden sind.

5. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauscherkörper (5) von Zu- und/oder Abfuhrleitungen (9) für die Kanäle (7) des zweiten Mediums getragen werden.

6. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und/oder Abfuhrleitungen (9) nebeneinanderliegender Tau­ scherkörper (5) von jeweils einem gemeinsamen Zu- oder Abfuhrrohr (10) abzweigen.

7. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7) ihrer­ seits mit porösem Sintermetall gefüllt sind.