DE19922668A1 - Heat transfer unit, in particular, heater for motor vehicles comprises a pipe block provided with seating devices which serve for accommodation of heater elements, and are soldered to the pipe block - Google Patents
Heat transfer unit, in particular, heater for motor vehicles comprises a pipe block provided with seating devices which serve for accommodation of heater elements, and are soldered to the pipe blockInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Heizkör per für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular for radiators per for motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen erfolgt übli cherweise mittels des Kühlmittels des Antriebsaggregates, so daß die in der Brennkraftmaschine entstehende Wärme bedarfsweise an die in den Fahr zeuginnenraum strömende Luft abgegeben wird. Diese Wärme steht jedoch erst nach einer bestimmten Betriebsdauer zur Verfügung, so daß ins besondere in der kalten Jahreszeit das Wirksamwerden der Heizung als un zureichend empfunden wird. Auch durch die Entwicklung neuer, ver brauchsoptimierter Motoren, in denen weniger Wärmeenergie anfällt und über das Kühlmittel abgeführt wird, steht zur Fahrzeugheizung eine gerin gere Wärmeenergie zur Verfügung, die bei extrem niedrigen Außentempe raturen keineswegs zur Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei nor malem Heizungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu be haglichen Innenraumtemperaturen führt. Gleiches gilt für die Beheizung von Elektro-Fahrzeugen.The heating of the vehicle interior in motor vehicles is done normally by means of the coolant of the drive unit, so that in the Internal combustion engine heat, if necessary, to the in the driving air flowing in the interior of the mold. However, this warmth remains only available after a certain period of operation, so that ins especially in the cold season the heating becomes effective as un is felt to be sufficient. Also by developing new, ver consumption-optimized engines in which less thermal energy is generated and via the coolant is discharged, there is a little to the vehicle heating heat energy available at extremely low outside temperatures instruments is by no means sufficient for vehicle heating and that is also the case times heating needs only after a considerable time delay comfortable indoor temperatures. The same applies to the heating of Electric vehicles.
Aus den vorstehenden Gründen wurden bereits Zusatzheizungen vorge schlagen, die in den Luftführungskanal eingesetzt werden und die Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgeben. Die Anordnung einer Zusatzheizung zwischen einem Wärmeübertrager einer Fahrzeug heizungsanlage und der Fahrzeugkabine ist beispielsweise in dem Aufsatz von Burk, Krauss, Löhle "Integrales Klimasystem für Elektroautomobile", ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 11/1992, beschrieben.For the above reasons, auxiliary heaters have already been pre-selected beat that are inserted into the air duct and the heat to the air flowing into the vehicle interior. The order an additional heater between a vehicle heat exchanger heating system and the vehicle cabin is for example in the attachment by Burk, Krauss, Löhle "Integral Air Conditioning System for Electric Cars", ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 11/1992.
Aus der Druckschrift DE 198 35 229 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der einen Rippenrohrblock aufweist, bestehend aus einer Vielzahl von Roh ren, in denen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und damit verbundenen luftbeaufschlagten Wellrippen, sowie zwei Sammelkästen, in die die Rohre münden, und einer Zusatzheizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen, die in den Rippenrohrblock integriert ist. Die Heizelemente sind dabei in ein Gehäuse aufgenommen, welches in den Rippenrohrblock eingesetzt ist. Zur Bereitstellung eines entsprechenden Aufnahmeraumes innerhalb des Rippenrohrblocks ist in diesen während eines Lötprozesses ein Dummy-Platte, beispielsweise aus einem Kohlenstoff, eingesetzt, die nach dem Lötprozeß wieder entnommen wird. Das Gehäuse wird durch Ein hängen in den Rippenrohrblock fixiert in diesem gehalten.A heat exchanger is known from the publication DE 198 35 229 A1, which has a finned tube block consisting of a variety of raw ren, in which a liquid and / or gaseous medium flows, and thus connected air-loaded corrugated fins, as well as two collecting boxes, in which open the pipes, and an additional heating device with electrical Heating elements integrated in the finned tube block. The heating elements are housed in a housing, which is in the finned tube block is inserted. To provide an appropriate recording room inside the finned tube block is in this during a soldering process a dummy plate, for example made of a carbon, used the is removed again after the soldering process. The housing is made by a hang fixed in the finned tube block held in this.
Nachteilig an einem solchen bekannten Wärmeübertrager ist, daß zur Aufnahme der Heizelemente ein Gehäuse nötig ist, für das im Rippen rohrblock des Wärmeübertragers unter Zuhilfenahme einer Dummy-Platte in einem relativ aufwendigen Verfahren ein Aufnahmeraum geschaffen ist.A disadvantage of such a known heat exchanger is that for Recording the heating elements a housing is necessary for that in the fins Pipe block of the heat exchanger with the help of a dummy plate created a recording room in a relatively complex process is.
Des weiteren ist eine elektrische Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug aus der Druckschrift EP 243 077 A1 bekannt, bei der PTC-Elemente mit Well rippen in wärmeleitender Verbindung stehen und die von den PTC- Elementen erzeugte Wärme über die Wellrippen an die einen Luftfüh rungskanal durchströmende Luft abgegeben wird. Aus der Druckschrift EP 516 112 A1 ist eine Heizung aus mehreren in einem Gehäuse ange ordneten PTC-Elementen bekannt, die zwischen Anschlußleitungen an geordnet und gegen eine die Gesamtanordnung einschließendes Gehäu se isoliert sind. Das Gehäuse ist auf der Außenseite mit Rippen verse hen, die zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche im Hin blick auf die darüberströmende Luft dienen. In der Druckschrift EP 573 691 A1 ist ein PTC-Heizkörper beschrieben, bei dem ein PTC-Element in den Hohlraum eines Aluminium-Profils eingesetzt und durch Zusammen pressen der Schmalseiten mit diesem in eine großflächige Anlage ge bracht wird, damit ein guter Wärmeübergang von dem PTC-Element auf das Aluminium-Profil möglich ist.Furthermore, an additional electric heater for a motor vehicle is off the publication EP 243 077 A1, in which PTC elements with well ribs are in a heat-conducting connection and the PTC Elements generated heat via the corrugated fins to one air duct air flowing through the duct. From the publication EP 516 112 A1 is a heater consisting of several in one housing arranged PTC elements known that between connecting lines orderly and against a housing enclosing the overall arrangement are isolated. The case is verse on the outside with ribs hen to increase the heat transfer surface in the rear view of the air flowing over it. In the document EP 573 691 A1 describes a PTC heater in which a PTC element in the cavity of an aluminum profile inserted and by together press the narrow sides with it into a large area is brought so that a good heat transfer from the PTC element the aluminum profile is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Fertigung und die Montage der Heizelemente innerhalb des Wärmeübertragers vereinfacht ist und wirtschaftlicher gestaltet wird.The invention has for its object a heat exchanger training mentioned in such a way that the production and Installation of the heating elements within the heat exchanger is simplified is and is designed more economically.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Rippenrohrblock wenigstens ein Aufnahmeelement zur Aufnahme der Heizelemente aufweist, das mit dem Rippenrohrblock verlötbar ist. Durch ein solchermaßen in den Rippenrohr block integriertes Aufnahmeelement, das mit dem Rippenrohrblock in einem Schuß verlötbar ist und damit Teil des Rippenrohrblocks ist, ist es ermög licht, bei hinreichend großen Materialstärken des Aufnahmeelements auf eine Dummy-Platte zur Herstellung eines Hohlraumes zur Aufnahme der Heizelemente vollständig zu verzichten, oder aber bei geringeren Material stärken des Aufnahmeelements eine vereinfachte Dummy-Platte zu verwen den. Dabei können die Aufnahmeelemente unmittelbar während der Kasset tierung der Rohre und Rippen des Rippenrohrblocks in diesen eingebracht werden, in dem sie dann auch verbleiben und aus dem sie nicht mehr ent fernt zu werden brauchen.According to the invention it is provided that the finned tube block is at least one Has receiving element for receiving the heating elements, which with the Finned tube block is solderable. Through such a way in the finned tube block integrated receiving element, which with the finned tube block in one Shot can be soldered and is therefore part of the finned tube block, it is possible light, with sufficiently large material thicknesses of the receiving element a dummy plate for producing a cavity for receiving the Avoid heating elements completely, or with less material strengthen the receiving element to use a simplified dummy plate the. The receiving elements can be used directly during the cassette tion of the tubes and fins of the finned tube block introduced into this in which they then remain and from which they no longer arise need to be distant.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 2 die Auf nahmeelemente als Flachrohre ausgebildet, deren erster Endbereich jeweils in oder an den Sammelkasten mündet und deren zweiter Endbereich zum Einbringen der Heizelemente offen ausgeführt ist, wobei der erste Endbe reich gegenüber dem Sammelkasten fluiddicht verschlossen ist. Diese ein seitig offen gestaltete Ausführung der Aufnahmeelemente in Form von Flachrohren, die einen quer zur Rohrlängsachse etwa rechteckigen Quer schnitt aufweisen, ist dabei besonders für Wärmeübertrager mit lediglich einem Sammelkasten und in den Wärmeübertrager-Rohren erfolgende Um lenkung in der Tiefe geeignet, indem der dem Sammelkasten abgewandte zweite Endbereich zum Einbringen der Heizelemente offen ausgeführt ist. Der fluiddichte Verschluß des dem Sammelkastens zugewandten ersten Endbereichs kann dabei entweder durch eine endseitige Abdichtung des Flachrohres oder durch eine Abdichtung des Rohrbodens des Sammelka stens, beispielsweise durch das Weglassen von Durchzügen an dieser Stelle, erfolgen.In a further embodiment of the invention are according to claim 2 receiving elements formed as flat tubes, the first end region of each opens into or at the collection box and its second end area to Introducing the heating elements is open, the first end is fluid-tightly sealed from the collection box. This one open design of the receiving elements in the form of Flat tubes that have a cross that is approximately rectangular to the longitudinal axis of the tube Have cut, is particularly for heat exchangers with only a collecting box and Um in the heat exchanger tubes steering in depth by turning away from the collecting box second end area for introducing the heating elements is open. The fluid-tight closure of the first one facing the collecting tank End region can either by sealing the end Flat tube or by sealing the tube plate of the collecting box Mostly, for example by omitting swatches on it Place.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 3 die Auf nahmeelemente als Flachrohre ausgebildet, deren erster Endbereich je weils in oder an den Sammelkasten mündet und gegenüber dem Sam melkasten fluiddicht verschlossen ist, und deren zweiter Endbereich ge schlossen ausgeführt sein kann, wobei eine Stirnseite des Flachrohres zum Einbringen der Heizelemente wenigstens zum Teil offen ausgeführt ist. Diese gegenüber der o. g. Ausgestaltung alternative Flachrohrgeo metrie ist dabei sowohl für Wärmeübertrager mit einem als auch mit zwei Sammelkästen geeignet, da die Flachrohre im Bereich von beiden End bereichen geschlossen sind. Ein Einbringen der Heizelemente erfolgt stattdessen über eine wenigstens zum Teil offen ausgeführte Stirnseite, wobei es sich dabei vorzugsweise um die leeseitig gelegene Stirnseite des Flachrohres handelt. Damit weist das Flachrohr in diesem offen aus geführtem Bereich ein im Querschnitt etwa U-förmiges Profil auf.In a further embodiment of the invention are according to claim 3 receiving elements formed as flat tubes, the first end of each because it ends in or at the collection box and opposite the Sam Melkasten is closed fluid-tight, and the second end ge can be closed, one end of the flat tube for introducing the heating elements at least partially open is. This compared to the above Design of alternative flat tube geo Metrie is for both one and two heat exchangers Collection boxes suitable because the flat tubes in the area from both end areas are closed. The heating elements are introduced instead via an at least partially open end, it preferably being the leeward end of the flat tube. The flat tube thus shows open in it led area a cross-section approximately U-shaped profile.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 4 die Auf nahmeelemente jeweils zwischen zwei Wellrippen angeordnet. Dabei sind gegenüber einem nicht mit Aufnahmeelementen versehenen Wärmeübertra ger jeweils zwei Wärmeübertrager-Rohre und eine Wellrippe ausgespart, deren Platz durch jeweils durch die Aufnahmeelemente eingenommen ist, so daß diese jeweils von zwei Wellrippen benachbart sind.In a further embodiment of the invention are according to claim 4 Acceptance elements each arranged between two corrugated ribs. Are there compared to a heat transfer not provided with receiving elements cut out two heat exchanger tubes and one corrugated fin, whose place is occupied by the receiving elements, so that these are each adjacent to two corrugated ribs.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Heizelemente durch wenigstens ein Isolationselement in Rich tung der Rohr-Längsachse und Rohr-Querachse der Aufnahmeelemente fixiert gehalten sind, sowie in Richtung der Rohr-Hochachse einerseits an einer Flachseite der Aufnahmeelemente und andererseits an wenigstens einer elektrisch leitfähigen Kontaktplatte anliegen, wobei die Kontakt platte durch Federelemente gegen die Heizelemente gehalten ist. Dabei nehmen die Kontaktplatten sowohl eine Verteilung der Halte- bzw. An preßkräfte der Federelemente als auch einen Pol der elektrischen An schlüsse der Heizelemente wahr.In a further embodiment of the invention according to claim 5, that the heating elements by at least one insulation element in Rich tion of the pipe longitudinal axis and pipe transverse axis of the receiving elements are held fixed, and in the direction of the pipe vertical axis on the one hand a flat side of the receiving elements and on the other hand at least abut an electrically conductive contact plate, the contact plate is held by spring elements against the heating elements. there take the contact plates both a distribution of the holding or on pressing forces of the spring elements as well as a pole of the electrical conclusions of the heating elements true.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 liegen Heizele mente an beiden Flachseiten der Aufnahmeelemente an, wobei die jewei ligen Kontaktplatten durch wenigstens ein Federelement voneinander beabstandet sind. Indem die Aufnahmeelemente als Teil des Rippenrohr blockes gleichzeitig als Minuspol verwendet sind, werden die elektri schen Anschlußmittel auf ein Minimum reduziert, da nur ein gemeinsamer Massekontakt für den gesamten Wärmeübertrager genügt, und für jedes Kontaktplattenpaar ein weiterer.In a further embodiment of the invention according to claim 6 Heizele elements on both flat sides of the receiving elements, the respective leaigen contact plates by at least one spring element from each other are spaced. By taking the receiving elements as part of the finned tube blocks are also used as a negative pole, the electri cal connection means reduced to a minimum, since only a common Ground contact for the entire heat exchanger is sufficient, and for each Contact plate pair another.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 7 bestehen die Isolationselemente aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, vor zugsweise Polyurethan, Polyamid oder Polypropylen. Dabei handelt sich dabei um Materialien, die in Heizunganlagen für Kraftfahrzeuge bereits Verwendung finden, so daß im Falle eines späteren Recyclings kein zu sätzlicher Werkstoff anfällt.In a further embodiment of the invention according to claim 7, the Insulation elements made of a temperature-resistant plastic, in front preferably polyurethane, polyamide or polypropylene. This is about This involves materials that are already in heating systems for motor vehicles Find use, so that in the event of later recycling no additional material is obtained.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantageous configurations result from the others Dependent claims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below.
Hierbei zeigt:Here shows:
Fig. 1 Eine Vorderansicht eines erfindungsgemäß ausgeführ ten Wärmeübertragers; Fig. 1 is a front view of a heat exchanger according to the invention;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Fig. 1 entlang der Linie I-I; Fig. 2 is a sectional view of Figure 1 along the line II.
Fig. 3 eine Detailansicht eines Aufnahmeelements und an grenzender Bauteile aus Fig. 2; Fig. 3 is a detailed view of a pickup element and bordering parts of FIG. 2;
Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines teilweise aufgeschnit tenen Wärmeübertragers. Fig. 4 is a spatial representation of a partially cut heat exchanger.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen gelöteten Wärmeübertrager 10, der aus einer Vielzahl von Rohren 12 und damit verbundenen Wellrippen 14 be steht. An seiner Oberseite besitzt er einen Sammelkasten 16, der aus einem Sammelkastendeckel 18 und einem Rohrboden 20 besteht sowie zwei Anschlußstutzen 22 und 24 aufweist. Die Rohre 12 sind von einem flüssigen und/oder gasförmigen Medium durchströmbar und als Flachroh re ausgeführt. Sie besitzen an ihrer Unterseite eine intern im Rohr lie gende Umlenkung in der Tiefe. Fig. 1 and Fig. 2 show a soldered heat exchanger 10 , which consists of a plurality of tubes 12 and associated corrugated fins 14 be. On its upper side it has a collecting box 16 which consists of a collecting box cover 18 and a tube sheet 20 and has two connecting pieces 22 and 24 . The tubes 12 can be flowed through by a liquid and / or gaseous medium and are designed as flat tubes. On the underside, they have an internal deflection in the depth.
Im Bereich des Rippenrohrblocks 26 des Wärmeübertragers 10 sind drei Aufnahmeelemente 28 angeordnet, die eine flachrohrförmige Gestalt aufweisen. Diese Aufnahmeelemente 28 sind derart in den Rippenrohr block 26 eingefügt, daß jeweils zwei Rohre 12 sowie eine Wellrippe 14 weggelassen sind und an deren Stelle ein Aufnahmeelement 28 ange bracht ist.In the area of the finned tube block 26 of the heat exchanger 10 , three receiving elements 28 are arranged, which have a flat tubular shape. These receiving elements 28 are inserted into the finned tube block 26 that two tubes 12 and a corrugated fin 14 are omitted and in their place a receiving element 28 is introduced.
Im in Fig. 1 oben gelegenen Endbereich des Aufnahmeelements 28 ist dieses gegenüber dem Sammelkasten fluiddicht abgedichtet, indem im Rohrboden des Sammelkastens an dieser Stelle keine Öffnung vorhan den ist. Im unten gelegenen Endbereich des Aufnahmeelements 28 ist dieses offen ausgeführt.In the upper region of the receiving element 28 in FIG. 1, this is sealed in a fluid-tight manner with respect to the collecting tank, in that there is no opening in the tube plate of the collecting tank at this point. In the end region of the receiving element 28 located at the bottom, this is designed to be open.
Der Wärmeübertrager 10 verfügt über elektrische Zusatzheizeinrichtun gen, die im Innern der Aufnahmeelemente gelegen sind und in Fig. 3 und Fig. 4 näher dargestellt sind. Zwischen jeweils zwei Wellrippen 14 ist ein Aufnahmeelement 28 gelegen, in dem auf jeder Seite wenigstens ein Heizelement 30 in Form eines PTC-Elements angebracht ist. Diese Hei zelemente 30 sind jeweils in ein erstes Isolationselement 32 und ein zweites Isolationselement 34 eingesetzt, wobei das aus Kunststoff herge stelltes Isolationselement 32, 34 neben einer elektrischen Isolierung eine Fixierung der Heizelemente 30 in Richtung der Flachrohr-Längsachse 36 und der Flachrohr-Querachse 38 bewirkt. Bezüglich der Flachrohr- Hochachse 40 liegen die Heizelemente 30 jeweils mit einer Seitenfläche an der Innenseite des Aufnahmeelements 28 an, wobei die ändere Sei tenfläche jeweils an einer Kontaktplatte 42 anliegt. Die Kontaktplatten 42 erstrecken sich ebenso wie die Isolationselemente 32 über die gesamte Länge des Aufnahmeelements 28 und sind in den Isolationselementen 32 in nutenartigen Aussparungen 44 geführt.The heat exchanger 10 has electric Zusatzheizeinrichtun gene that are located in the interior of the receiving elements, and in Fig. 3 and Fig. 4 are shown in greater detail. Between each two corrugated fins 14 there is a receiving element 28 , in which at least one heating element 30 in the form of a PTC element is attached on each side. This Hei zelemente 30 and a second insulating member 34 are each in a first insulating member 32 is inserted, wherein the Herge plastic notified insulation element 32, 34 in addition to electrical insulation, a fixing of the heating elements 30 in the direction of the flat-tube longitudinal axis 36 and the flat pipe transverse axis 38 causes. With regard to the flat tube vertical axis 40 , the heating elements 30 each have a side surface on the inside of the receiving element 28 , the other side surface being in each case in contact with a contact plate 42 . The contact plates 42 extend as well as the isolation members 32 over the entire length of the receiving member 28 and are guided in the insulating elements 32 in groove-like recesses 44th
Zwischen den beiden Kontaktplatten 42 ist ein Federelement 46 ange ordnet, das die beiden Kontaktplatten 42 jeweils voneinander weg in Richtung der Heizelemente 30 drückt und dadurch einen hinreichenden Kontakt zwischen den Heizelementen 30 und den Kontaktplatten 42 ei nerseits und dem Aufnahmeelement 28 andererseits bewirkt.Between the two contact plates 42 , a spring element 46 is arranged, which pushes the two contact plates 42 away from each other in the direction of the heating elements 30 and thereby causes sufficient contact between the heating elements 30 and the contact plates 42 on the one hand and the receiving element 28 on the other.
Das Federelement 46 kann dabei in einem vorgespannten Zustand in das Aufnahmeelement 46 eingebracht werden und im Anschluß daran geöff net werden, so daß die oben genannten Kräfte wirken können. Die Kon taktplatten 42 ragen an ihren der Unterseite des Aufnahmeelements 28 zugewandten Seite aus diesem heraus und sind derart ausgeformt, daß sie als Steckkontaktfläche 48 zum elektrischen Anschluß, vorzugsweise des Pluspols, dienen, während der Minuspol an der Masse des gesamten Wärmeübertragers anliegt.The spring element 46 may be fed in a pretensioned state in the receiving element 46 are introduced and thereafter be geöff net, so that the above-mentioned forces can act. The contact plates 42 protrude on their underside of the receiving element 28 side facing out of this and are shaped such that they serve as a plug contact surface 48 for electrical connection, preferably the positive pole, while the negative pole rests against the mass of the entire heat exchanger.
Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel können die Aufnahmeelemente auch derart gestaltet sein, daß die Öffnung anstatt auf der Unterseite an der Stirnfläche 50 vorliegt. In diesem Fall werden die Heizelemente 30 durch diese Öffnung eingebracht.As an alternative to this exemplary embodiment, the receiving elements can also be designed such that the opening is present on the end face 50 instead of on the underside. In this case, the heating elements 30 are introduced through this opening.
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