WO2007080483A2 - Wärmetauscher und wärmetauscher-verbund - Google Patents

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Frank Obrist
Martin Graz
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Obrist Engineering Gmbh
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    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0085—Evaporators

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for heat transfer between a first fluid and a second fluid, comprising a first inlet connection manifold for the first fluid and a first outlet connection manifold for the first fluid, wherein between the first inlet connection manifold and the first outlet connection manifold a plurality of tubular elements is arranged, which in particular rectified by the first fluid can be flowed through, wherein between the tube elements at least one cavity is formed, which is traversed by the second fluid.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned, which has a very high heat transfer performance at a favorable surface-to-volume ratio. It is another object of the invention to provide a compact composite consisting of a heat exchanger of the type mentioned and a further heat exchanger.
  • the object is achieved by a heat exchanger with the features of claim 1.
  • the plurality of tubular elements is arranged aligned substantially parallel to a first main axis of the heat exchanger (transverse axis), wherein a tubular element is in each case deflected several times by approximately 180 °.
  • tubular elements can thus be "folded" in itself, so that an arbitrarily thick executable package can be produced from the tubular elements, in which a uniform, transversely to the flow direction of the tubular elements and in particular transversely to the first main axis of the heat exchanger by the second fluid permeable cavity with a large heat transfer surface.
  • a tubular element has a first portion, which is offset relative to a second main axis of the heat exchanger (vertical axis) down or up to a second portion of the same tubular element, wherein the first portion and second portion adjacent and / or arranged parallel to each other are. This can be particularly densely packed arrangements realize.
  • a deflection element with a deflection radius is assigned to a tubular element between the first section and the second section, wherein the deflection radius is in particular made larger than half the distance between the first section and the second section.
  • a heat exchanger composite with the features of claim 8.
  • a first heat exchanger is designed to be permeable by a second fluid in the direction of its flow axis.
  • a second heat exchanger which is arranged with respect to the flow axis of the first heat exchanger behind the first heat exchanger, also designed to be permeable by the second fluid.
  • a heat exchanger composite with the features of claim 11.
  • a first heat exchanger can be flowed through by a first mass flow of the second fluid in the direction of its flow axis.
  • a second heat exchanger is provided, which is arranged in relation to the flow axis of the first heat exchanger adjacent to the first heat exchanger and is designed to be flowed through by a second mass flow of the second fluid.
  • a parallel flow through both heat exchangers with independent of each other mass flows of the second fluid is possible.
  • the two heat exchangers can be placed at a large distance from each other.
  • FIG. 1 is a simplified perspective view of a fragmentary view of a first heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 is a first plan view of the heat exchanger of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a second plan view of the heat exchanger of FIG. 1,
  • Fig. 4 is a plan view of a second heat exchanger according to the invention.
  • Fig. 5 is a plan view of a third heat exchanger according to the invention.
  • a gas cooler 1 is provided in the form of a refrigerant-air heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 has to guide the first fluid to a plurality of tubular elements 2, which are flowed around by an ambient air flow, so that the first fluid by means of a second fluid, in particular by means of ambient air heat can be withdrawn.
  • Such a refrigerant circuit is preferably operated as a refrigeration system, but can be used with small modifications in a conventional manner as a heat pump, in the heat exchanger of FIG. 1 in this case the first fluid heat can be supplied, wherein the heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 is preferably used as an evaporator. As can be seen from FIG. 1, the heat exchanger 1 has an inlet connection distributor 3 and an outlet connection distributor 4, which are preferably arranged approximately vertically, parallel to one another and parallel to a second main axis H (vertical axis).
  • a plurality of approximately eighty tube elements 2 are arranged, which are fastened on the one hand to the inlet connection distributor 3.
  • 3 connection holes are provided at the inlet connection manifold, through which the pipe elements 2 can be inserted therethrough and with which the pipe elements can be materially connected, for example by soldering.
  • each tube element is fixed relative to the second main axis H at the same height at the inlet connection manifold 3 and at the outlet connection manifold 4.
  • a single tube element 2 has a first section 2a and a second section 2b, between which a deflection section 2c is arranged (see FIG. 3).
  • First section 2a and second section 2b extend substantially parallel to each other and parallel to a first main axis Q (transverse axis) of the heat exchanger 1. Further, the first section 2a and the second section 2b with respect to the second major axis H at different heights, ie to about a pipe element diameter offset to arranged one another.
  • the first section and second section of the tubular element 2, 2a, 2b are fluidly connected in series, wherein the cavity formed between them by the second fluid can be flowed transversely thereto (in the direction of a third main axis D of the heat exchanger, which corresponds to a so-called flow direction of the second fluid) ,
  • a connection is established between the first and the second section, wherein a slightly curved transition section 2d is provided in accordance with the height offset between the first and second sections.
  • the transition section 2d assumes at least partially an acute angle with the transverse axis Q and also with the vertical axis H.
  • the deflection section is approximated to the shape of an eye or a loop, wherein the tubular element 2 undergoes a 180 ° deflection in this area.
  • a radius of curvature of the tubular element in the region of the deflection section 2c is chosen to be greater than half the distance in the flow direction D between the first section 2a and the second section 2b, so that manageable manufacturing conditions result and yet a densely packed arrangement of the tubular elements 2 is made possible.
  • a plane is provided in which the deflecting section 2c is arranged, which has an acute angle with the vertical axis H and with the main axis D or is inclined relative to the vertical axis H.
  • a further deflection section 2 e is provided, which is largely equal to the deflection section 2 c, wherein the plane in which the deflection section is located substantially parallel to a through the transverse axis Q and the third major axis D of Heat exchanger 1 spanned plane is oriented.
  • Flowwise to the further deflection section 2e is then another section 2f, which is similar to the first section 2a, so that the configuration of the pipe element is repeated.
  • six deflections of a tubular element are constructed, however, any number of deflections can be provided.
  • Each tube element is designed as a single fine, approximately circular cylindrical tube made of an AlMgSi alloy.
  • a tubular element has an outer diameter of about 1 mm to 3 mm, in particular 1.6 mm, a wall thickness of 0.2 mm to 0.5 mm and a total length of 5000 mm to 9000 mm, in particular 8000 mm ,
  • Several tube elements are arranged in the direction of the second main axis H one above the other with a substantially uniform spacing aligned parallel to each other.
  • the entire package of all tube elements 2 is looped perpendicularly to the transverse axis Q with a plastic strip 5, whereby a mutual support of the tube elements and thus gives increased rigidity of the heat exchanger 1.
  • a plastic strip 5 is provided as needed for fixing the pipe elements against each other.
  • a tubular element alone or a group of adjacent tubular elements is looped around with a band.
  • a toothed belt or a similar, preferably comb-like spacer for supporting the positioning of the tubular elements is provided.
  • cooling water heat exchanger 1 In an automotive application is designed as a gas cooler heat exchanger 1 in a manner not shown assigned to another heat exchanger in the form of a liquid-air heat exchanger, in particular in the form of a cooling water heat exchanger of a motor vehicle engine.
  • the cooling water heat exchanger is arranged at a small distance in the flow direction D behind the gas cooler 1.
  • the cooling water heat exchanger has a larger rectangular end face than the gas cooler 1, so that gas cooler and cooling water heat exchanger can be enclosed in a common, truncated pyramidal enveloping volume. This results in a configuration that is conveniently provided for installation in an engine compartment of a motor vehicle.
  • a holder for mutual mechanical fixation of the heat exchanger is provided between the gas cooler and the cooling water heat exchanger. Furthermore, a sealing element for lateral limitation and guidance of the air flow flowing through the heat exchanger is provided.
  • a sealing element for lateral limitation and guidance of the air flow flowing through the heat exchanger.
  • a heat exchanger composite in which a gas cooler 1 according to the invention are arranged at a distance from a cooling water heat exchanger in a motor vehicle engine compartment.
  • Gas cooler and cooling water heat exchanger have separate, spaced supply air streams and in particular each have their own fan.
  • FIG. 4 shows a second gas cooler 1 'according to the invention in a schematic plan view.
  • a plurality of tubular elements 2 ' is arranged one above the other, bent several times in the manner of a Zieharmonika and connected to terminal manifolds 3', 4 '.
  • the gas cooler 1 ' has a width that changes in the direction of the third main axis D at an overall uniform height, so that essentially a wedge shape results.
  • the greatest width is arranged in a first variant on the inflow side of the second fluid (air) at an inflow surface Dl '.
  • a smallest width is on the downstream side of the second fluid in the region of Outflow area D2 'providable.
  • the largest width is located on the downstream side of the second fluid.
  • FIG. 5 shows a third gas cooler 1 "according to the invention in a schematic plan view.
  • a plurality of tubular elements 2 '' is arranged one above the other, bent over three times by 180 ° and connected to common connection distributors 3 '', 4 ''.
  • a bundle of bundles of tubes formed in this way is bent again overall (based on the plan view according to FIG. 5) into a U-shape. It results in approximately uniform inflow and outflow surfaces Dl '' and D2 '' for the second fluid, however, results in a correspondingly modified, meandering flow direction with respect to the first fluid.
  • further shapes with, for example, crescent-shaped, crescent-shaped or wavy cross-sections are possible without departing from the inventive idea.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Wärmetransfer zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid sowie einen Wärmetauscher-Verbund umfassend einen solchen Wärme-tauscher und einen weiteren Wärmetauscher. Der Wärmetauscher umfasst erfindungsgemäß einen Einlass-Anschlussverteiler (3) für das erste Fluid und einen Auslass-Anschlussverteiler (4) für das erste Fluid, wobei zwischen dem Einlass-Anschlussverteiler und dem Auslass-Anschlussverteiler eine Mehrzahl von Rohrelementen (2) angeordnet ist, die ins-besondere gleichgerichtet oder parallel geschaltet von dem ersten Fluid durchströmbar sind, wobei zwischen den Rohr-elementen (2) wenigstens ein Hohlraum gebildet ist, der von dem zweiten Fluid durchströmbar ist, wobei die Mehrzahl von Rohrelementen (2) im wesentlichen parallel zu einer ersten Hauptachse (Q) des Wärmetauschers ausgerichtet angeordnet sind, wobei ein Rohrelement (2) jeweils mehrmals um in etwa 180° umgelenkt ist. Anwendung insbesondere in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage.

Description

Wärmetauscher und Wärmetauscher-Verbund
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Wärmetransfer zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, umfassend einen ersten Einlass-Anschlussverteiler für das erste Fluid und einen ersten Auslass-Anschlussverteiler für das erste Fluid, wobei zwischen dem ersten Einlass-Anschlussverteiler und dem ersten Auslass-Anschlussverteiler eine Mehrzahl von Rohrelementen angeordnet ist, die insbesondere gleichgerichtet von dem ersten Fluid durchströmbar sind, wobei zwischen den Rohrelementen wenigstens ein Hohlraum gebildet ist, der von dem zweiten Fluid durchströmbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art bereit zu stellen, der bei einem günstigen Oberflächen-Volumen-Verhältnis eine möglichst hohe Wärmeübertragungsleistung aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Verbund bestehend aus einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art sowie einem weiteren Wärmetauscher bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist die Mehrzahl von Rohrelementen im wesentlichen parallel zu einer ersten Hauptachse des Wärmetauschers (Querachse) ausgerichtet angeordnet, wobei ein Rohrelement jeweils mehrmals um in etwa 180° umgelenkt ist. Mehrere Rohrelemente lassen sich so quasi in sich „zusammenfalten", so dass sich ein beliebig dick ausführbares Paket aus den Rohrelementen herstellen lässt, in welchem sich ein einheitlicher, quer zur Durchströmungsrichtung der Rohrelemente und insbesondere quer zur ersten Hauptachse des Wärmetauschers vom zweiten Fluid durchströmbarer Hohlraum mit einer großen Wärmeübertragungsoberfläche ergibt.
In Ausgestaltung der Erfindung weist ein Rohrelement einen ersten Abschnitt auf, der bezogen auf eine zweite Hauptachse des Wärmetauschers (Hochachse) nach unten oder oben versetzt angeordnet ist zu einem zweiten Abschnitt desselben Rohrelements, wobei erster Abschnitt und zweiter Abschnitt benachbart und/oder parallel zueinander angeordnet sind. Damit lassen sich besonders dicht gepackte Anordnungen realisieren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist einem Rohrelement zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein Umlenkabschnitt mit einem Umlenkradius zugeordnet, wobei der Umlenkradius insbesondere größer ausgeführt ist als die Hälfte eines Abstandes zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt. Damit lassen sich auch mit dickeren Rohrelementen besonders dicht gepackte Anordnungen realisieren, wobei dem Umlenkabschnitt ausreichender Raum zur Verfügung gestellt wird, der sich als günstig erweist hinsichtlich Strömungsver- lusten im Inneren des Rohrelements und hinsichtlich der Umformung des bevorzugt metallischen Rohrwerkstoffs.
Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher-Verbund mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dabei ist ein erster Wärmetauscher von einem zweiten Fluid in Richtung seiner Durchströmungsachse durchströmbar ausgeführt. Ferner ist ein zweiter Wärmetauscher, der in Bezug auf die Durchströmungsachse des ersten Wärmetauschers hinter dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, ebenfalls von dem zweiten Fluid durchströmbar ausgeführt. Bei einer derartigen Kombination zweier Wärmetauscher lassen sich günstige Verhältnisse zwischen durchströmbarem Wärmetauscher-Volumen und Stirnfläche der Wärmetauscher realisieren.
Die Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher-Verbund mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dabei ist ein erster Wärmetauscher von einem ersten Massenstrom des zweiten Fluids in Richtung seiner Durchströmungsachse durchströmbar. Ferner ist ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen, der in Bezug auf die Durchströmungsachse des ersten Wärmetauschers neben dem ersten Wärmetauscher angeordnet und von einem zweiten Massenstrom des zweiten Fluids durchströmbar ausgeführt ist. Somit ist eine parallele Durchströmung beider Wärmetauscher mit von einander unabhängigen Massenströmen des zweiten Fluids ermöglicht. Ferner lassen sich die beiden Wärmetauscher mit großem Abstand voneinander platzieren.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Hierzu zeigen
Fig. 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine ausschnittsweise Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
Fig. 2 eine erste Draufsicht auf den Wärmetauscher gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine zweite Draufsicht auf den Wärmetauscher gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen zweiten erfindungsgemäßen Wärmetauscher und
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen dritten erfindungsgemäßen Wärmetauscher .
In einem Kältemittelkreislauf einer Kraftfahrzeugklimaanlage, in dem ein erstes Fluid in Form eines zumindest abschnittsweise gasförmigen Kältemittels (beispielsweise CO2 bzw. R744) umgewälzt wird, ist ein Gaskühler 1 in Form eines Kältemittel- Luft-Wärmetauschers vorgesehen. Der Wärmetauscher 1 weist zur Führung des ersten Fluids eine Mehrzahl von Rohrelementen 2 auf, die von einer Umgebungsluftströmung umströmbar sind, so dass dem ersten Fluid mittels eines zweiten Fluids, insbesondere mittels Umgebungsluft Wärme entzogen werden kann. Ein solcher Kältemittelkreislauf wird in bevorzugter Weise als Kälteanlage betrieben, kann jedoch mit kleinen Modifikationen in an sich bekannter Weise auch als Wärmepumpe genutzt werden, wobei in dem Wärmetauscher gemäß Fig. 1 in diesem Fall dem ersten Fluid Wärme zugeführt werden kann, wobei der Wärmetauscher 1 bevorzugt als Verdampfer genutzt wird. Wie aus- Fig. 1 ersichtlich ist, weist der Wärmetauscher 1 einen Einlass-Anschlussverteiler 3 sowie einen Auslass- Anschlussverteiler 4 auf, die in bevorzugter Weise näherungsweise vertikal, parallel zueinander und parallel zu einer zweiten Hauptachse H (Hochachse) angeordnet sind.
Zwischen dem Einlass-Anschlussverteiler 3 und dem Auslass- Anschlussverteiler 4 ist eine Mehrzahl von etwa achtzig Rohrelementen 2 angeordnet, die einerseits am Einlass-Anschlussverteiler 3 befestigt sind. Hierzu sind am Einlass-Anschlussverteiler 3 Anschlussbohrungen vorgesehen, durch die die Rohrelemente 2 hindurchgesteckt werden können und mit denen die Rohrelemente beispielsweise durch Löten stoffschlüssig verbunden sein können. In bevorzugter Weise ist gleiches am Auslass-Anschlussverteiler 4 vorgesehen, insbesondere ist jedes Rohrelement bezogen auf die zweite Hauptachse H in gleicher Höhe am Einlass-Anschlussverteiler 3 und am Auslass- Anschlussverteiler 4 fixiert. Ein Fügevorgang kann sich somit auf eine lokal eng begrenzte Erwärmung im Bereich beider Anschlussverteiler beschränken. Durch eine benachbarte Anordnung der Anschlussverteiler lassen sich beide zum Fügen in einen vergleichsweise kleinen Ofen einbringen.
Ein einzelnes Rohrelement 2 weist erfindungsgemäß einen ersten Abschnitt 2a sowie einen zweiten Abschnitt 2b auf, zwischen denen ein Umlenkabschnitt 2c angeordnet ist (vgl. Fig. 3). Erster Abschnitt 2a und zweiter Abschnitt 2b erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander und parallel zu einer ersten Hauptachse Q (Querachse) des Wärmetauschers 1. Des weiteren sind der erste Abschnitt 2a und der zweite Abschnitt 2b bezüglich der zweiten Hauptachse H auf unterschiedlicher Höhe, d.h. um etwa einen Rohrelement-Durchmesser versetzt zu- einander angeordnet. Erster Abschnitt und zweiter Abschnitt des Rohrelements 2, 2a, 2b sind strömungstechnisch hintereinander geschaltet, wobei der zwischen ihnen gebildete Hohlraum quer dazu (in Richtung einer dritten Hauptachse D des Wärmetauschers, die einer so genannten Durchströmungsrichtung des zweiten Fluids entspricht) vom zweiten Fluid durchströmbar ist .
Mittels des Umlenkabschnitts 2c wird eine Verbindung hergestellt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt, wobei entsprechend dem Höhenversatz zwischen erstem und zweitem Abschnitt ein leicht gekrümmter Übergangsabschnitt 2d vorgesehen ist. Der Übergangsabschnitt 2d nimmt wenigstens partiell einen spitzen Winkel ein mit der Querachse Q und auch mit der Hochachse H. Der Umlenkabschnitt ist an die Form einer Öse bzw. einer Schlaufe angenähert, wobei das Rohrelement 2 in diesem Bereich eine 180°-Umlenkung erfährt. Ein Krümmungsradius des Rohrelements im Bereich des Umlenkabschnitts 2c ist größer gewählt als der halbe Abstand in Durchströmungsrichtung D zwischen erstem Abschnitt 2a und zweitem Abschnitt 2b, so dass sich beherrschbare Fertigungsbedingungen ergeben und dennoch eine dicht gepackte Anordnung der Rohrelemente 2 ermöglicht ist. Alternativ ist eine Ebene vorgesehen, in der der Umlenkabschnitt 2c angeordnet ist, die einen spitzen Winkel mit der Hochachse H und mit der Hauptachse D aufweist beziehungsweise geneigt zur Hochachse H angeordnet ist.
In Durchströmungsrichtung anschließend an den zweiten Abschnitt 2b ist ein weiterer Umlenkabschnitt 2e vorgesehen, der dem Umlenkabschnitt 2c weitgehend gleicht, wobei die Ebene, in der der Umlenkabschnitt liegt, im wesentlichen parallel zu einer durch die Querachse Q und die dritte Hauptachse D des Wärmetauschers 1 aufgespannten Ebene orientiert ist. Strömungstechnisch an den weiteren 'Umlenkabschnitt 2e anschließend ist ein weiterer Abschnitt 2f, der dem ersten Abschnitt 2a gleicht, so dass sich die Konfiguration des Rohrelements wiederholt. Vorliegend sind sechs ümlenkungen eines Rohrelements konstruiert, es können jedoch beliebig viele Umlenkungen vorgesehen sein.
Jedes Rohrelement ist als einzelne feine, in etwa kreiszylindrische Röhre aus einer AlMgSi-Legierung ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Rohrelement einen Außendurchmesser von ca. 1 mm bis 3 mm, insbesondere 1,6 mm, eine Wandstärke von 0,2 mm bis 0,5 mm sowie eine Gesamtlänge von 5000 mm bis 9000 mm, insbesondere 8000 mm auf. Mehrere Rohrelemente sind in Richtung der zweiten Hauptachse H übereinander mit einem weitgehend einheitlichen Abstand parallel zueinander ausgerichtet angeordnet.
Insbesondere im Bereich der von Einlass- und Auslass-An- schlussverteiler abgewandten Seite Ia des Wärmetauschers (vgl. Fig. 3) ist das gesamte Paket aus allen Rohrelementen 2 senkrecht zur Querachse Q mit einem Kunststoffband 5 umschlungen, wodurch sich eine gegenseitige Abstützung der Rohrelemente und somit eine erhöhte Steifigkeit des Wärmetauschers 1 ergibt. In bevorzugter Weise sind je nach Bedarf weitere Kunststoffbänder 5 vorgesehen zur Fixierung der Rohrelemente gegeneinander. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist ein Rohrelement allein oder eine Gruppe von benachbarten Rohrelementen mit einem Band umschlungen. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist ein Zahnriemen oder ein ähnlicher, bevorzugt kammartiger Abstandshalter zur Unterstützung der Positionierung der Rohrelemente vorgesehen. Wie aus den Fig. ersichtlich ist, ergibt sich durch mehrfaches Falten der Rohrelemente eine beträchtliche durchströmbare Tiefe (vorliegend beispielsweise 40 mm) , die in einem relativ kleinen Bauvolumen untergebracht sein kann und die vergleichsweise große Temperaturdifferenzen entlang der durchströmbaren Tiefe (dritte Hauptachse / Durchströmungsrichtung D) ermöglicht. Insbesondere ergibt sich eine reduzierte Stirnfläche senkrecht zur Durchströmungsrichtung D bei einer dennoch hohen Wärmeübertragungsleistung. Des weiteren lässt sich ein Wärmetauscher 1 mit einer niedrigen Bauhöhe erzeugen.
In einer automobiltechnischen Anwendung ist dem als Gaskühler ausgeführten Wärmetauscher 1 in nicht näher dargestellter Weise ein weiterer Wärmetauscher in Form eines Flüssigkeits-Luft- Wärmetauschers, insbesondere in Form eines Kühlwasserwärmetauschers einer Kfz-Brennkraftmaschine zugeordnet. Der Kühlwasserwärmetauscher ist mit geringem Abstand in Durchströmungsrichtung D gesehen hinter dem Gaskühler 1 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist dabei der Kühlwasserwärmetauscher eine größere rechteckige Stirnfläche auf als der Gaskühler 1, so dass Gaskühler und Kühlwasserwärmetauscher in ein gemeinsames, pyramidenstumpfförmiges Hüllvolumen einschließbar sind. Hierdurch ergibt sich eine Konfiguration, die günstigerweise für einen Einbau in einen Motorraum eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.
Zwischen dem Gaskühler und dem Kühlwasserwärmetauscher ist eine Halterung zur gegenseitigen mechanischen Fixierung der Wärmetauscher vorgesehen. Ferner ist ein Dichtungselement zur seitlichen Begrenzung und Führung der die Wärmetauscher durchströmenden Luftströmung vorgesehen. Insbesondere kann mit einem flächigen, den Gaskühler umgebenden und den Abstand zum Kühlwasserwärmetauscher überbrückenden Dichtungselement ein Strömungskanal gebildet sein, durch den Umgebungsluft beispielsweise mittels eines hinter dem Kühlwasserwärmetauscher angeordneten Sauggebläses gezielt angesaugt werden kann.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist ein Wärmetauscher-Verbund vorgesehen, bei dem ein erfindungsgemäßer Gaskühler 1 beabstandet von einem Kühlwasserwärmetauscher in einem Kfz-Motorraum angeordnet sind. Gaskühler und Kühlwasserwärmetauscher weisen separate, voneinander beabstandete Zuluftströme auf und insbesondere jeweils einen eigenen Lüfter. Es ergibt sich somit ein Wärmetauscher-Verbund mit einem ersten Wärmetauscher 1, der von einem ersten Massenstrom des zweiten Fluids in Richtung seiner Durchströmungsachse D durchströmbar ist, sowie mit einem zweiten Wärmetauscher, der in Bezug auf die Durchströmungsachse D des ersten Wärmetauschers 1 neben dem ersten Wärmetauscher 1 angeordnet und von einem zweiten Massenstrom des zweiten Fluids (insbes. Umgebungsluft) durchströmbar ausgeführt ist.
In Fig. 4 ist ein zweiter erfindungsgemäßer Gaskühler 1' in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Eine Vielzahl von Rohrelementen 2' ist dabei übereinander angeordnet, in der Art einer Zieharmonika mehrfach umgebogen und mit Anschlussverteilern 3' , 4' verbunden. Der Gaskühler 1' weist eine sich in Richtung der dritten Hauptachse D ändernde Breite bei insgesamt einheitlicher Höhe auf, so dass sich im wesentlichen eine Keilform ergibt. Die größte Breite ist in einer ersten Variante auf der Zuströmseite des zweiten Fluids (Luft) an einer Zuströmfläche Dl' angeordnet. Eine geringste Breite ist auf der Abströmseite des zweiten Flluids im Bereich einer Abströmfläche D2' vorsehbar. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist die größte Breite auf der Abströmseite des zweiten Fluids angeordnet.
In Fig. 5 ist ein dritter erfindungsgemäßer Gaskühler 1' ' in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Eine Vielzahl von Rohrelementen 2'' ist dabei übereinander angeordnet, dreifach um 180° umgebogen und mit gemeinsamen Anschlussverteilern 3'', 4'' verbunden. Ein so gebildetes Rohrbündelpaket ist insgesamt nochmals (bezogen auf die Draufsicht gemäß Fig. 5) in eine U- Form gebogen. Es ergeben sich in etwa gleichförmige Zuström- und Abströmflächen Dl'' und D2'' für das zweite Fluid, jedoch ergibt sich eine entsprechend modifizierte, mäanderförmige Durchströmungsrichtung hinsichtlich des ersten Fluids. Es versteht sich von selbst, dass weitere Formgebungen mit zum Beispiel halbmondförmigen, sichelförmigen oder wellenförmigen Querschnitten möglich sind ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Wärmetauscher zum Wärmetransfer zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, umfassend
- einen Einlass-Anschlussverteiler (3) für das erste Fluid und
- einen Auslass-Anschlussverteiler (4) für das erste Fluid, wobei
- zwischen dem Einlass-Anschlussverteiler (3) und dem Auslass- Anschlussverteiler (4) eine Mehrzahl von Rohrelementen (2) angeordnet ist, die insbesondere gleichgerichtet oder parallel geschaltet von dem ersten Fluid durchströmbar sind, wobei
- zwischen den Rohrelementen (2) wenigstens ein Hohlraum gebildet ist, der von dem zweiten Fluid durchströmbar ist, wobei
- die Mehrzahl von Rohrelementen (2) im wesentlichen parallel zu einer ersten Hauptachse (Q) des Wärmetauschers (Querachse) ausgerichtet angeordnet sind, wobei
- ein Rohrelement (2) jeweils mehrmals um in etwa 180° umgelenkt ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrelement (2) einen ersten Abschnitt (2a) aufweist, der bezogen auf eine zweite Hauptachse (H) des Wärmetauschers (Hochachse) nach unten oder oben versetzt angeordnet ist zu einem zweiten Abschnitt (2b) desselben Rohrelements, wobei erster Abschnitt (2a) und zweiter Abschnitt (2b) benachbart und/oder parallel zueinander angeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem Rohrelement (2) zwischen dem ersten Abschnitt (2a) und dem zweiten Abschnitt (2b) ein Umlenkabschnitt (2c) mit einem Umlenkradius zugeordnet ist, wobei der Umlenkradius insbesondere größer ausgeführt ist als die Hälfte eines Abstandes zwischen erstem Abschnitt (2a) und zweitem Abschnitt (2b) .
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
- einem Umlenkabschnitt (2c) zwischen dem ersten Abschnitt (2a) und dem zweiten Abschnitt (2b) ein Übergangsabschnitt (2d) zugeordnet ist, der zumindest partiell in einem spitzen
Winkel zur zweiten Hauptachse (H) orientiert ist oder dass
- eine Ebene, in der der Umlenkabschnitt (2c) positioniert ist, in einem spitzen Winkel zur zweiten Hauptachse (H) orientiert ist.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid im wesentlichen in Richtung einer Durchströmungsachse (D) durch den wenigstens einen Hohlraum geführt ist, wobei die Durchströmungsachse (D) in etwa quer zur ersten Hauptachse (Q) und quer zur zweiten Hauptachse (H) des Wärmetauschers (1) orientiert ist, so dass sich insbesondere eine Durchströmung des Wärmetauschers nach dem Kreuz-Gegenstrom- Prinzip ergibt.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einem Rohrelement (2) und/oder einer Mehrzahl von Rohrelementen (2) ein Band (5) zugeordnet ist, welches das Rohrelement und/oder die Mehrzahl von Rohrelementen näherungsweise senkrecht zur ersten Hauptachse (Q) umschlingt.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur dritten Hauptachse (D) des Wärmetauschers eine einer Zuströmseite des zweiten Fluids zugewandte erste Stirnfläche (Dl' , Dl' ' ) und eine einer Abströmseite des zweiten Fluids zugewandte zweite Stirnfläche (D2' , D2'') vorgesehen sind, wobei die erste Stirnfläche eine gegenüber der zweiten Stirnfläche unterschiedliche Form- und/oder Flächengeometrie aufweist .
8. Wärmetauscher-Verbund mit
- einem ersten Wärmetauscher, der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gestaltet und von einem zweiten Fluid in Richtung seiner Durchströmungsachse (D) durchströmbar ist, sowie mit
- einem zweiten Wärmetauscher, der in Bezug auf die Durchströmungsachse (D) des ersten Wärmetauschers (1) hinter dem ersten Wärmetauscher angeordnet und ebenfalls von dem zweiten Fluid durchströmbar ausgeführt ist.
9. Wärmetauscher-Verbund nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Wärmetauscher ein Sauggebläse nachgeschaltet ist, mit Hilfe dessen das zweite Fluid durch den ersten Wärmetauscher (1) und durch den zweiten Wärmetauscher befördert wird.
10. Wärmetauscher-Verbund nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Wärmetauscher (1) und dem zweiten Wärmetauscher eine Halterung zur Fixierung der Wärmetauscher gegeneinander und/oder eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung des Strömungskanals des zweiten Fluids vorgesehen ist
11. Wärmetauscher-Verbund mit
- einem ersten Wärmetauscher, der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gestaltet und von einem ersten Massenstrom des zweiten Fluids in Richtung seiner Durchströmungsachse (D) durchströmbar ist, sowie mit
- einem zweiten Wärmetauscher, der in Bezug auf die Durchströmungsachse (D) des ersten Wärmetauschers (1) neben dem ersten Wärmetauscher angeordnet und von einem zweiten Massenstrom des zweiten Fluids durchströmbar ausgeführt ist.
12. Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage umfassend einen Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einen Wärmetauscher-Verbund nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher und/oder der Wärmetauscher-Verbund in näherungsweise horizontaler Richtung von üingebungsluft durchströmbar in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008038663B4 (de) * 2008-08-13 2012-03-15 Vattenfall Europe Generation Ag & Co. Kg Wärmetauscher mit einem Rohrbündel aus parallel zueinander verlaufenden, aus Kunststoff bestehenden Rohren

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB270148A (en) * 1926-09-09 1927-05-05 Richard Godfrey Crittall Improvements in connection with the bending of pipes or tubes into zig-zag or serpentine formation
US4411309A (en) * 1981-03-16 1983-10-25 Ex-Cell-O Corporation Heat exchanger assembly
JP2000171175A (ja) * 1998-12-04 2000-06-23 Showa Alum Corp プレートフィンアンドチューブ形熱交換器
JP2000320927A (ja) * 1999-05-12 2000-11-24 Kimura Kohki Co Ltd 冷媒コイル
US20030024695A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-06 Wu Ho-Hsin Heat exchanger having parallel connected refrigerant coil pipes
WO2005080897A1 (fr) * 2004-02-22 2005-09-01 Zhigang Huang Echangeur de chaleur a eau froide a temperature elevee

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB270148A (en) * 1926-09-09 1927-05-05 Richard Godfrey Crittall Improvements in connection with the bending of pipes or tubes into zig-zag or serpentine formation
US4411309A (en) * 1981-03-16 1983-10-25 Ex-Cell-O Corporation Heat exchanger assembly
JP2000171175A (ja) * 1998-12-04 2000-06-23 Showa Alum Corp プレートフィンアンドチューブ形熱交換器
JP2000320927A (ja) * 1999-05-12 2000-11-24 Kimura Kohki Co Ltd 冷媒コイル
US20030024695A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-06 Wu Ho-Hsin Heat exchanger having parallel connected refrigerant coil pipes
WO2005080897A1 (fr) * 2004-02-22 2005-09-01 Zhigang Huang Echangeur de chaleur a eau froide a temperature elevee

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