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.The invention relates to a heat exchanger according to the Preamble of claim 1. An inventive one Heat exchanger is said to be in particular as an air-liquid heat exchanger possibly also in connection with Ver vaporization or condensation processes in motor vehicles witnesses are used. Heat exchanger with sintered exchanger bodies show for example DE-PS 8 38 309 or 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.Heat exchangers with exchange bodies made of porous sinter metal, within which an exchange medium in channels is characterized by a very good Exchanger efficiency. The reason for this is the extremely large heat transfer surface with which that flowing through the porous sintered exchanger body Medium comes into contact. However, they are suitable previously known heat exchanger with through flowed exchanger bodies previously for a heat exchange process between two liquids, since this is the Sinter exchanger body the flowing medium a suitable one with acceptable geometric dimensions Oppose the flow resistance. Would you however due to the mostly cylindrical shaped exchanger body let a gaseous substance flow, so would be noteworthy heat exchange process only with extremely large  voluminously designed exchanger bodies at a relatively high Pressure loss achievable.

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.The object of the invention is therefore a compact heat rope scher specified in the preamble of the first claim to show a way in which a effective heat exchange process between one in the Channels guided medium and one the sintered Medium flowing through exchanger body at low Pressure loss of the latter is made possible. In particular, gaseous media should Exchange bodies. This task is accomplished by the characterizing features of the first claim solved, advantageous training and development describe the Subclaims.

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.By the exchanger body in the flow direction of the flowing medium are inclined, can a relatively large space in a relatively small space flowing medium directly charged exchanger body Realize the surface. This inclination caused moreover a reduction in pressure loss in the air flow because the local passage area speed in relation to the speed through the Projection area of the entire heat exchanger clearly is reduced. A compact design results by the angular arrangement of the exchanger body. Here the exchanger bodies can be of various types be, but in particular a plate is recommended shaped, preferably rectangular shape.

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.In addition, assign the side by side Exchanger body on a common contact edge, so no media can exist between these two exchange bodies pass current, so that the preferably gaseous Medium completely the porous sintered exchange body  must penetrate by. In this context, it offers itself, the side-by-side exchanger body along the common contact edge connect. In addition to being easy to manufacture realizing positive connection would come also a mechanical connection, for example by Glue, screw, or with the help of holding brackets or the like, in question. One out of several next to each other heat exchanger built up on other exchanger bodies shear can hereby be effective in a simple manner stabilize.

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.With features of claim 5 results in an extreme simple construction of a heat exchanger according to the invention. Take over in an advantageous functional union the supply and / or discharge lines for that in the channels led second medium supporting the individual Exchanger body. For this purpose, this supply and / or discharge lines, for example, in the sintering process into the rope shear body can be integrated. It also recommends the supply and discharge lines of the individual Exchanger body to a common feed or discharge pipe tie, which in turn is a load-bearing Function takes over.

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.A further increase in exchange efficiency is achievable with the features of the seventh claim. This improves the heat transfer between the second medium and the individual exchanger body.

Anhand einer geschnittenen Perspektivdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.Using a cut perspective view of a preferred embodiment is the following Invention explained in more detail.

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.The heat exchanger shown is intended to be used as an air-liquid heat exchanger, for example as a radiator, evaporator or condenser, in particular on motor vehicles. For this purpose, the heat exchanger designated 1 in its entirety is flowed through by air according to the direction of arrow 2 . The heat exchanger 1 consists of a rectangular frame 3 , which is composed of four individual plate elements 4 . The plate element lying at the front is not shown for better illustration. A plurality of exchanger bodies 5 are arranged within the frame 3 . These exchanger bodies 5 also have a substantially rectangular plate shape and contain a channel 7 surrounded by a wall 6 for guiding the second liquid medium which is subjected to the heat exchange process. The direction of flow of this liquid medium is shown by arrows 8 . For the supply and discharge of the liquid medium to and from the channels 7 , supply lines (not shown) and discharge lines designated by the reference number 9 are provided. The discharge lines 9 open into a common discharge pipe 10 ; in the same way the feed lines, not shown, branch off from a feed tube, also not shown. Both the feed pipe and the discharge pipe are arranged outside the frame 3 , which is why the corresponding plate elements 4 must of course have openings for the feed or discharge lines 9 .

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.The exchanger bodies 5 are made of sintered metal and, because of their porous structure, the incoming air can flow directly through them in the direction of the arrow 2 . For this reason, it is possible to construct the heat exchanger 1 as shown, after which two exchanger bodies 5 arranged side by side have a common contact edge 11 . For this it is of course necessary that - as shown - two exchanger bodies 5 arranged next to one another are arranged at an angle to one another and inclined in the direction of flow 2 . The two exchanger bodies 5 are positively connected to one another along the common contact edge 11 . For this purpose, each exchanger body is provided on one side with a receiving groove 12 , into which the other exchanger body 5 engages with its edge 13 opposite its own receiving groove. These measures significantly increase the stability of the heat exchanger 1 . In this embodiment, all exchanger bodies advantageously have the same configuration.

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.The heat exchanger shown is characterized by the greatest possible exchanger efficiency with the smallest possible installation space. The sintered exchanger bodies 5 offer the air flow passing through in the direction of the arrow 2 a large surface which is conducive to the heat exchange process. There are no noteworthy leakage flows, since exchanger bodies 5 arranged next to one another touch along the common contact edge 11 . The heat supply or heat dissipation (depending on the application) to or from the individual exchanger bodies 5 is carried out by the second liquid medium guided within the exchanger bodies in the closed channels 7 . In order to achieve an increased heat transfer between this medium and the respective exchanger body, the channels 7 enveloped by the wall 6 are in turn also filled with porous sintered metal.

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.The exchanger bodies 5 shown in the exemplary embodiment have a decreasing thickness in the direction of the edge regions (edge 13 or receiving groove 12 ). This characteristic arose from a manufacturing perspective. However, if the heat exchanger efficiency is to be increased again, it is advisable to continuously increase the cross-section of the individual exchanger bodies in the direction of the edge areas, or to shape them as part of an optimization process to suit the respective requirements. The former action causes the direction of arrow 2 through the exchanger body 5 passing air stream to flow through the exchanger primarily near the center body 5 passing through channels. 7 Possible heat conduction losses between the edge areas and the channels 7 running in the center are thus kept low. Otherwise, it may be advisable to connect a particle filter to the heat exchanger 1 in the direction of flow 2 in order to prevent contamination of the sintered metal exchanger body.

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. 1. Heat exchanger for two media with at least two exchanger bodies ( 5 ) made of porous sintered metal, through which the second medium is guided in channels ( 7 ), characterized in that the exchanger bodies ( 5 ) in the flow direction ( 2 ) of the first Medium are inclined and arranged at an angle to each other. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper eine gemeinsame Berüh­ rungskante (11) aufweisen.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the exchanger bodies arranged side by side have a common contact edge ( 11 ). 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander angeordneten Tauscherkörper miteinander verbunden sind. 3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the side by side arranged exchanger body connected together are.   4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauscherkörper (5) formschlüssig miteinander verbunden sind.4. Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the exchanger body ( 5 ) are positively connected to one another. 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.5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the exchanger body ( 5 ) of supply and / or discharge lines ( 9 ) for the channels ( 7 ) of the second medium are carried. 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.6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the supply and / or discharge lines ( 9 ) juxtaposed rope shear body ( 5 ) branch off from a common supply or discharge pipe ( 10 ). 7. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7) ihrer­ seits mit porösem Sintermetall gefüllt sind.7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the channels ( 7 ) are in turn filled with porous sintered metal.