DE19740114A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes des Anspruches 1.

Derartige Wärmetauscher werden beispielsweise als Kühlmit­ tel/Luftwärmetauscher oder Öl/Luftwärmetauscher ausgebildet und vorzugs­ weise als "Kühler" oder "Ölkühler" in einem Kühlmittel-Kreislauf eines Kraft­ fahrzeuges verwendet. Ein solcher Wärmetauscher kann jedoch in einem anderen Anwendungsfall auch in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges als Kondensator dienen.

Insbesondere ein als Kühler ausgebildeter Wärmetauscher der eingangs ge­ nannten Art wird üblicherweise so im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges montiert, daß die durch die nebeneinanderliegenden Flachrohre ausgebilde­ te Ebene etwa senkrecht von einer Luftströmung an- bzw. durchströmt wird. Auf diese Weise kann ein maximaler Wärmeaustausch gewährleistet wer­ den, wobei für den Wärmeaustausch neben der Anströmgeschwindigkeit und Anströmrichtung auch die zur Verfügung stehende Rippen-Oberfläche eine maßgebliche Bedeutung hat.

Aufgrund besonderer Platzverhältnisse im Frontbereich des Kraftfahrzeuges, z. B. bei einem Kleinwagen oder bei einem Sportwagen mit aerodynamisch günstigem, spitz zulaufendem Frontbereich, steht oftmals nur eine relativ niedrige Einbauhöhe für einen solchen Wärmetauscher bzw. Kühler zur Verfügung. Ein zur Erzielung eines optimalen Wärmeaustausches senkrecht zur Anströmung eingebauter Wärmetauscher weist in diesem Fall jedoch eine zu kleine Rippen-Oberfläche auf, so daß er eine zu geringe Kühlleistung bietet. Um die angeströmte Rippen-Oberfläche bzw. Kühler-Fläche zu ver­ größern, werden größere Kühler bzw. Wärmetauscher so im Frontbereich des Fahrzeuges montiert, daß sich zwischen der gemeinsamen Ebene der Flachrohre bzw. einer die Längsachsen der parallelen Sammelrohre enthal­ tenden Ebene und der Anströmung ein Winkel ausbildet. Auf diese Weise kann die dem Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche der Rippen erheblich vergrößert werden. Jedoch muß die ankommende Strö­ mung beim Durchqueren des Wärmetauschers sowohl an dessen Anström­ seite als auch an dessen Abströmseite umgelenkt werden. Dies bewirkt eine erhebliche Drosselung der Luftströmung, wodurch sich die Durchströ­ mungsmenge pro Zeiteinheit und damit die Effizienz, mit der ein Wärmeaus­ tausch zwischen den Rippen und der Luftströmung erfolgen kann, vermin­ dert und somit die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers reduziert.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Art, der geneigt zur Anströmung montierbar ist, mit Hilfe konstruktiv einfacher Maßnahmen die Leistungsfä­ higkeit zu erhöhen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht dabei auf dem allgemeinen Gedanken, den durch die zwischen den Flachrohren angeordneten Rippen ausgebildeten Strömungs- bzw. Durchströmungsweg mit Hilfe einer an die jeweilige Einbaulage des Wärmetauschers angepaßten räumlichen Anordnung bzw. Ausrichtung der Flachrohre und der dazwischen angeordneten Rippen, eine Durchströmung des Wärmetauschers zu erhalten, bei der eine geringere oder entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit den Merkmalen des An­ spruches 2 im wesentlichen keine Umlenkung der ankommenden Strömung erfolgt.

Mit Hilfe dieser Maßnahmen wird gewährleistet, daß die Geschwindigkeit des anströmenden Fluids beim Durchströmen des Wärmetauschers weniger stark verringert wird, wodurch sich der Wärmeaustausch zwischen dem durchströmenden Fluid und den Rippen und somit auch die Leistungsfähig­ keit des Wärmetauschers verbessert.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen eine Vergröße­ rung der für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehenden Rippen- Oberfläche erzielt, ohne daß dabei die Einbaumaße des Wärmetauschers verändert werden müssen. Diese Maßnahme bewirkt eine zusätzliche Stei­ gerung der Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers.

Weitere wesentliche Merkmale und wichtige Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der nachfolgenden Figu­ renbeschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen, je­ weils schematisch,

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht entsprechend der Schnittlinie und in Richtung der Pfeile II-II in Fig. 1 auf einen senkrecht zur Anströmung montierten Wärmetau­ scher nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht auf einen geneigt zur Anströmung montierten Wärmetauscher nach dem Stand der Technik und

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht auf einen erfindungs­ gemäßen Wärmetauscher, der geneigt zur Anströmung montiert ist.

Entsprechend Fig. 1 weist ein Wärmetauscher nach dem Stand der Technik zwei etwa parallel zueinander verlaufende Sammelrohre 1 auf, die durch parallel nebeneinander, in einer die Längsachsen der Sammelrohre 1 enthal­ tenden Ebene 6 - parallel zur Zeichnungsebene der Fig. 1 - angeordnete Rohre 2 kommunizierend miteinander verbunden sind. Da diese Rohre 2 einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen, bei dem das Verhältnis von längerer Seite zu kürzerer Seite relativ groß ist, werden diese Rohre übli­ cherweise als Flachrohre 2 bezeichnet.

Zwischen den Flachrohren 2 sind Rippen 3 angeordnet, die an den Flachroh­ ren 2 wärmeübertragend befestigt sind. Die Rippen 5 können zick-zack-förmig wie im Ausführungsbeispiel oder auch wellenförmig ausgebildet sein. An den auf beiden Seiten des Wärmetauschers äußersten Flachrohren 2 - entsprechend Fig. 1 am linken bzw. rechten Flachrohr 2 - sind ebenfalls Rip­ pen 3 befestigt, an denen außen jeweils ein Seitenteil 4 befestigt ist, das zur Erhöhung der Festigkeit des Wärmetauschers und als Handschutz gegen die scharfkantigen Rippen 3 angeordnet ist. Die Seitenteile 4 kommunizieren nicht mit den Sammelrohren 1 und sind regelmäßig nicht durchströmt.

Während bei einem als Kühler in einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahr­ zeuges ausgebildetem Wärmetauscher das zu kühlende Kühlmedium von dem einen Sammelrohr 1 über die Flachrohre 2 zum anderen Sammelrohr 1 geleitet wird, strömt die zur Kühlung verwendete Luft durch einen Strö­ mungsweg, der von den Rippen 3 zwischen den Flachrohren 2 ausgebildet wird. Dieser Strömungsweg verläuft entsprechend Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. senkrecht zur Ebene 6 in der die Flachrohre 2 ne­ beneinanderliegend angeordnet wird.

Entsprechend Fig. 2 wird der Wärmetauscher derart im bzw. am nicht dar­ gestellten Fahrzeug montiert, daß die Ebene 6, in der die Flachrohre 2 ne­ beneinanderliegend angeordnet sind, etwa senkrecht zu der mit einem Pfeil a gekennzeichneten Anströmungsrichtung der Kühlluft verläuft. Auf diese Weise kann pro Zeiteinheit eine relativ große Luftmenge den Wärmetauscher durchströmen, so daß sich hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Rip­ penoberfläche ein optimaler Wärmeaustausch und somit eine maximale Kühlerleistung erzielen läßt. Um den Wärmeaustausch zu verstärken können in den Rippen 3 kiemenartige Schlitze oder Lamellen 5 angebracht sein, die etwa senkrecht zu dem durch die Rippen 3 im Wärmetauscher ausgebildeten Strömungsweg verlaufen.

Aufgrund vorgegebener Raumverhältnisse kann es notwendig sein, den Wärmetauscher geneigt zu montieren. Entsprechend Fig. 3 verläuft dabei die Ebene 6 der Sammelrohre 1 bzw. der Flachrohre 2 entsprechend dem Aus­ führungsbeispiel mit einem Winkel von etwa 45° geneigt gegenüber der An­ strömrichtung a. Bei der Durchströmung des Wärmetauschers wird die Luft­ strömung zunächst an der Anströmseite des Wärmetauschers und anschlie­ ßend an dessen Abströmseite umgelenkt, wodurch ihre Geschwindigkeit und somit der Luftdurchsatz pro Zeiteinheit verringert wird. Dies führt zu einer Reduzierung der Kühlleistung des Wärmetauschers.

Entsprechend Fig. 4 verlaufen bei einem erfindungsgemäßen Wärmetau­ scher die zwischen den Sammelrohren 1 angeordneten Flachrohre 2 bezüg­ lich einer Längsmittelebene 7 eines jeden Flachrohres 2 geneigt gegenüber der Ebene 6, in der die Sammelrohre 1 liegen und in der die Flachrohre 2 nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dabei verlaufen die Rippen 3 nach wie vor parallel zu den Flachrohren 2 und sind somit ebenfalls im gleichen Maße zur Ebene 6 der Sammelrohre 1 und der Flachrohre 2 geneigt. Vor­ zugsweise ist ein Winkel α zwischen der Längsmittelebene 7 der einzelnen Flachrohre 2 und der Ebene 6, in der alle Flachrohre 2 liegen, so gewählt, daß die Längsmittelebene 7 parallel zur Anströmungsrichtung a verläuft. Im vorliegenden Fall beträgt α demnach etwa 45°.

Diese Maßnahme bewirkt, daß bei der Durchströmung des Wärmetauschers keine Umlenkung der Luftströmung erfolgt, so daß die Durchströmmenge pro Zeiteinheit gegenüber der herkömmlichen, optimalen Einbaulage entspre­ chend Fig. 2 unverändert ist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers weisen die Rippen 3 in Strömungsrichtung a eine größere Abmessung als die Flachrohre 2 auf. Dabei sind sie zweckmäßigerweise so bemessen, daß sie anströmseitig und abströmseitig jeweils bündig mit dem benachbarten Flachrohr 2 bzw. dem Seitenteil 4 abschließen. Auf diese Weise kann be­ züglich ihrer Längsseiten die ganze Oberfläche der Flachrohre 2 zur Wär­ meübertragung an die Rippen 3 ausgenutzt werden. Bei gleicher Größe und Anzahl der Flachrohre 2 weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher ent­ sprechend Fig. 4 eine erheblich größere, dem Wärmeaustausch dienende Rippenoberfläche als der Wärmetauscher nach dem Stand der Technik ent­ sprechend Fig. 3 auf, wodurch die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemä­ ßen Wärmetauschers größer ist.

Claims (3)

1. Wärmetauscher mit zwei zueinander parallelen Sammelrohren, die mittels parallel zueinander verlaufenden Flachrohren kommunizierend miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Flachrohren daran befestigte Rippen angeordnet sind, die einen Strömungsweg ausbil­ den, der parallel zu den Längsmittelebenen der einzelnen Flachrohre verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelebene (7) jedes Flachrohres (2) mit einer die Längsachsen der Sammelrohre (1) enthaltenden Ebene (6) einen Winkel (α) einschließt, der größer als 0° und kleiner als 90° ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbaulage des Wärmetauschers bezüglich einer Strömungsrichtung (a) eines den Wärmetauscher von außen anströmenden Fluids so gewählt ist, daß diese Anströmungsrichtung (a) parallel zu dem durch die Rippen (3) ausgebildeten Strömungsweg verläuft.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zwischen zwei benachbarten Flachrohren (2) angeordnete Rippe (3) anströmseitig mit dem einen Flachrohr (2) und abströmseitig mit dem anderen Flachrohr (2) etwa bündig abschließt.