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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit
mehreren parallelen Flachrohren der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung.
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Die
DE 44 41 503 A1 offenbart
einen Wärmetauscher
mit zwei Stapeln von Rohrelementen, wobei die Enden des einen Stapels
von Rohrelementen zwischen den Enden des anderen Stapels von Rohrelementen
greifen.
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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 werden. Der bekannte Wärmetauscher ist
so konstruiert, daß das
zweite Wärmetauscherfluid
Kühlluft
ist. Bei einer Verwendung dieses Bauprinzips als Ladeluftkühler wird
daher für
eine ausreichende Wärmeübertragungsleistung
eine entsprechende Baugröße benötigt.
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Um
eine kompaktere Bauweise für
eine gute Wärmeübertragungsleistung
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
Wärmetauscherblock
in einem Gehäuse
aufgenommen, in das das Kühlmittel
eingeleitet bzw. nach dem Umströmen
der Flachrohre 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 hohen konstruktiven Aufwand erreicht werden,
so daß man
bestrebt ist, das Bauvolumen für
derartige Ladeluftkühler
gering zu halten. Dies führt
jedoch zu einer Begrenzung der Wärmetauschleistung,
die für
bestimmte Anforderungen unzureichend ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Wärmetauscher
der gattungsgemäßen Art derart
weiterzubilden, daß bei
kompakter Bauweise eine hohe Wärmetauschleistung
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Für das zweite
Wärmetauscherfluid,
beispielsweise Kühlmittel
einer Brennkraftmaschine, ist ein zweites Bündel paralleler Flachrohre
vorgesehen, welche jeweils unter Kreuzung der Flachrohre des ersten
Bündels
in einem spitzen Winkel deren Zwischenräume durchsetzen. Die Flachrohre
des zweiten Bündels
sind dabei durch eine Rohrverbindung untereinander fluidisch verbunden,
welche außerhalb der Überdeckung
mit den Flachrohren des ersten Bündels
verläuft.
Bei der Montage des Wärmetauschers
werden die Flachrohre des einen Bündels durch die Zwischenräume des
anderen Bündels
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.
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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 geschlossene System des zweiten Wärmetauscherfluides aufweist.
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Die
Rohrverbindung kann durch Abstandshülsen zwischen den Flachrohren
des zweiten Bündels
gebildet sein, wobei die Abstandshülsen jeweils Öffnungen
in den anliegenden Wandungen der Flachrohre umschließen. Dabei
wird ein Kanal ausgebildet, welcher die Innenräume aller Flachrohre des zweiten
Bündels
verbindet, wobei die Abstandshülsen
gleichzeitig einen Zwischenraum zwischen den Flachrohren schaffen,
in denen die Flachrohre des anderen Bündels eingefügt sind.
Zweckmäßig liegen
die Abstandshülsen
koaxial zueinander, wodurch eine geradlinige Rohrverbindung gebildet
ist. Die Öffnungen
in den Wandungen der einzelnen Flachrohre des Bündels werden derart ausgerichtet, daß diese
eine das gesamte Bündel
durchsetzende Bohrung bilden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines Flachrohrwämetauschers,
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2 einen
Längsschnitt
durch den Wärmetauscher,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 1.
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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.
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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 Sammelkasten 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
durchsetzen, 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 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 andere Winkel, vorzugsweise im Bereich zwischen 5° und 30° in Betracht
kommen. Die parallelen Flachrohre des Kühlmittelkreises 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 Rohrverbindungen weist eine Öffnung zum Anschluß an den
Kühlmittelkreis
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.
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Wie
aus 2 deutlich hervorgeht, sind die Flachrohre 4, 5 beider
Bündel
alternierend angeordnet und liegen in ihren einander überdeckenden
Abschnitten und daher bei kleinem Kreuzungswikel der Rohre zum überwiegenden
Teil mit ihren flachen Rohrwandungen 12 aneinander, so
daß ein
guter Wärmeübertritt
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 Querschnittsbreite
von beispielsweise 64 mm als bevorzugt angesehen. Für das Flachrohrbündel 2 des
Kühlmittelkreises
werden 76 mm – Flachrohre
vorgeschlagen.
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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 Flachrohren 4 des Kühlmittel-Flachrohrbündels 2 angeordnet
sind. Die Hülsen 11 liegen
koaxial zueinander und umschließen
jeweils 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 einerseits 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.
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Die 3 zeigt
den Schnitt entlang der Linie III-III in 1, wobei
ersichtlich ist, daß die
linken bzw. rechten Ränder
der beiden Bündel 2, 3 aus Flachrohren 4, 5 gegeneinander
versetzt sind. Die Flachrohre 5 sind zur Erzeugung eines
geringen Druckabfalls im Ausführungsbeispiel
mit Stegrippen 13 großer
Weite versehen, während
in den Flachrohren 4 ein größerer Druckabfall erzeugt werden
soll und demnach die Wallrippen 13' engere Kanäle bilden.
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Der
erfindungsgemäße Wärmetauscher 1 ist als
aus den Bündeln 2 und 3 von
den Flachrohren 4 und 5 gebildeter Block gelötet, wobei
auch die Steg- bzw. Wellrippen durch die Lötung an der Innenwandung der
Flachrohre befestigt werden. Um einen separaten Lotauftrag zu sparen
ist es zweckmäßig, die Flachrohre
aus beidseitig lotplattiertem Material herzustellen.