DE102008018644A1 - Kreuzgegenstrom-Heizungswärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit vier Stufen und interner Blenden-Drosselung - Google Patents

Kreuzgegenstrom-Heizungswärmetauscher für Kraftfahrzeuge mit vier Stufen und interner Blenden-Drosselung Download PDF

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Abstract

Bei einem gelöteten vierstufigen Kreuzgegenstrom-Heizungswärmetauscher zur Klimatisierung der Fahrzeugkabine von Personenkraftfahrzeugen mit Hilfe des flüssigen Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf der Antriebsmaschine werden die vier im Kreuzgegenstrom in Reihe geschalteten Kreuzstromwärmetauscher mit 2 Strömungsumlenkungen in den Kühlmittelflachrohren sowie einer Strömungsumlenkung im Wasserkasten 201 aufgebaut, wobei der Anschlusswasserkasten 201 drei strömungsbestimmende Trennebenen 250, 251 und 252 für das Kühlmittel aufweist. Im Anschlusswasserkasten 201 weist die mittlere Trennebene 251 einen blendenartigen Strömungsübertritt 213 auf, so dass das in den ersten beiden Stufen abgekühlte Kühlmittel zwischen Stufe 2 und 3 gedrosselt und gleichzeitig weitgehend homogenisiert wird. Die Drosselstelle 213 liegt zur Optimierung der Strömungsgleichverteilung bevorzugt möglichst weit weg vom Kühlmittelzufluss 211 und Kühlmittelabfluss 212 des Anschlusswasserkastens 201. Das vorgestellte Design liefert einen besonders hohen Wärmetauscherwirkungsgrad bei gegebenem äußerem Bauvolumen und kleinen bis mittleren Kühlmitteldurchflüssen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungsheizungswärmetauscher zur Klimatisierung der Fahrzeugkabine von Personenkraftfahrzeugen mit Hilfe des flüssigen Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf der Antriebsmaschine oder anderen Wärmequellen des Kühl- und/oder Heizkreislaufs.
  • Ein weitverbreitetes Merkmal heutiger Personenkraftfahrzeuge ist es, dass diese speziell für Dieselfahrzeuge im Heiz-Klimagerät einen elektrischen PTC-Zuheizer zur weiteren Erwärmung der vom Heizungswärmetauscher erwärmten Kabinenluft vorsehen. Bei baugleichem Basis-Heiz-Klimagerät erhält die Diesel-Variante bei dieser Vorgehensweise einen PTC-Zuheizer und die Variante mit Otto-Motor nicht. Um die nicht unerheblichen Kosten für den PTC-Zuheizer einzusparen wird bei den meisten Fahrzeugherstellern in den Diesel-Varianten je nach Fahrzeugmarkt bezüglich des serienmäßigen Zuheizer-Einbaus differenziert oder ein Zuheizer wird gar nur als Option angeboten.
  • Eine ganze Reihe älterer und neuerer Patentanmeldungen des gleichnamigen Erfinders zeigt Wege auf, wie der PTC-Zuheizer an bestehenden Fahrzeugen eingespart bzw. an zukünftigen Fahrzeugen mit verbesserten Motorwirkungsgraden vermieden werden kann. Die hieraus resultierenden Kraftstoffeinsparpotentiale sind ebenso erheblich wie die damit einher gehenden Kosteneinsparungen.
  • Speziell in der Anmeldung DE 10 2007 017 567.3 offenbart der gleichnamige Erfinder diesbezüglich ganz besonders kosteneffiziente Wege, um dies in die Praxis umzusetzen. Von großer Bedeutung ist es hierbei, möglichst effiziente Heizungswärmetauscher zu realisieren, welche speziell auch bei relativ kleinem Kühlmitteldurchsatz noch eine sehr gute Heizleistung liefern.
  • Die Fertigung derartiger Heizungswärmetauscher ist nicht ganz einfach. Dies ist einer der Gründe, weshalb sich auch der Serienanlauf – basierend auf relativ altem und in Patentanmeldungen auch in vielen Details veröffentlichtem Basiswissen – doch ganz erheblich verzögert hat.
  • Die Anmeldung DE 10 2007 017 567.3 offenbart vor diesem Hintergrund großserientaugliche Ausgestaltungen brauchbarer Heizungswärmetauscher, um den PTC-Zuheizer entfallen zu lassen.
  • Insbesondere wird dabei der Bauraum des PTC-Zuheizers ausgenutzt, um eine passende Leistung des Heizungswärmetauschers zu realisieren. Gleichzeitig wird dabei das Lastenheft bezüglich der kühlmittel- und luftseitigen Druckverluste z. T. bewusst zu höheren Druckverlusten hin verschoben als dies heute serientypisch ist.
  • Ausgehend von diesem patentamtsinternen Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, bekannte Kfz-Serien-Heizungswärmetauscher und/oder neuartige Kfz-Heizungswärmetauscher mit bereits in der Basis sehr hohen Heizungswärmetauscherwirkungsgraden gemäß der DE 10 2007 017 567.3 bei kleinem bis mittlerem Kühlmitteldurchfluss weiter im Wirkungsgrad zu verbessern und damit den Auslegungsspielraum in Bezug auf die maximal mögliche Heizleistungssteigerung zu erweitern und/oder bei gleichem Heizungswärmetauscherwirkungsgrad und gleichem kühlmittelseitigem Druckverlust den luftseitigen Druckverlust und/oder den Heizungswärmetauscherbauraum zu verringern.
  • Die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 löst diese Aufgabe.
  • Die damit realisierbare weitere Verbesserung der Heizleistung führt vielfach auf Fahrzeug-Heizleistungswerte besser als mit heutigen PTC-Zuheizern. In vielen Fällen ist das aber gar nicht nötig, so dass man dann das neue Heizungswärmetauscherdesign zur Senkung der luftseitigen Druckverluste oder zur Reduktion des Bauraums verwenden kann.
  • Insbesondere sind die gezeigten Verbesserungen mit minimalem Kostenaufwand realisierbar.
  • Wesentlich ist dabei das Verständnis des Sachverhalts, dass die mit dem erfindungsgemäßen Design i. a. einhergehende Erhöhung der kühlmittelseitigen Druckverluste und damit verbunden ein gewisser Abfall des Kühlmitteldurchflusses im Heizungszweig in gewissen Grenzen durchaus signifikant zur Verbesserung des Gesamtsystems d. h. der effektiven Fahrzeugheizleistung beiträgt.
  • Im Gegensatz zur DE 10 2007 017 567.3 konzentriert sich die vorliegende Anwendung ausschließlich auf einen 4-stufigen Kreuzgegenstromheizungswärmetauscher.
  • Dieser hat im Vergleich zum 3-Stufen-Kreuzgegenstromheizungswärmetauscher neben dem besonders hohen Wirkungsgrad insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Insbesondere kann der Umlenkwasserkasten 200 einfacher und mit weniger Toleranzanforderungen gefertigt werden.
  • Die Erfindung hat in vielen Punkten Ähnlichkeit mit der noch nicht veröffentlichten DE 10 2008 003 151.8 und löst auch die gleiche Aufgabe. Sie bietet jedoch für manche Hersteller von Heizungswärmetauschern prinzipbedingte Fertigungsvorteile. Dies betrifft insbesondere den Verzicht auf den unteren Wasserkasten und das Potential, die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch bei Plattenwärmetauscherbauweise erfolgreich einzusetzen. Dies ist nicht zuletzt bei sehr großer Stückzahl ein wichtiger Aspekt der hilft, die Kosten weiter zu senken. Darüber hinaus erlauben die neuen Ausgestaltungen der vorliegenden Anmeldung eine weitere Vergrößerung des effektiven Matrixvolumens und/oder eine Absenkung des luftseitigen Druckverlustes.
  • Auch die neuen Ausgestaltungen liefern wieder zwangsläufig etwas mehr kühlmittelseitigen Druckverlust als ein konventioneller vierstufiger Heizungswärmetauscher mit konventioneller Wasserkastenumlenkung über die ganze Matrixbreite, d. h. ohne die Drossel- und Durchmischungsstelle 213.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wie bereits auch in der DE 10 2008 003 151.8 beschrieben, dass die Drosselung des Heizungswärmetauscherkühlmittedurchsatzes auf den anwendungsspezifischen Ziel-Kühlmitteldurchsatz durch eine Blende oder ein Überleitungsrohr 213 zwischen Stufe 2 und 3 erfolgt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlmittel vor oder bei der Überleitung von der zweiten zur dritten Wärmetauscherstufe in dieser Querschnittsverengung nicht nur etwas gedrosselt wird sondern zwangsläufig auch sehr gut durchmischt.
  • Diese Maßnahme zur Drosselung und Durchmischung zwischen Stufe 2 und 3 wirkt sich insbesondere positiv auf den Anlauf des Heizungswärmetauschers bei sehr kaltem Kühlmittel und ungleichmäßiger Luftbeaufschlagung aus, da auf diesem Wege jede einzelne Stufe homogenere Kühlmitteleintrittstemperaturen über die Wasserkastenbreite aufweist. Kühlmitteltemperaturinhomogenitäten verstärken sich durch diese Maßnahme im Kreuzgegenstrombetrieb weniger stark von Stufe zu Stufe, da ein Ausweichen der Kühlmittelströmung zu Kanälen mit höherer Kühlmitteltemperatur bzw. niedrigerer Kühlmittelviskosität weniger stark induziert wird.
  • Die kühlmittelseitige Drosselwirkung dieser Maßnahmen ist in vielen Anwendungen ein erwünschter Nebeneffekt, da sie die Kühlmitteltemperaturspreizung am Heizungswärmetauscher und gegebenenfalls auch am Motor erhöht und somit – bei hinreichender Dimensionierung des Heizungswärmetauschers – die Heizung verbessert.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Überströmung von Stufe 2 nach Stufe 3 nicht – wie heute in Kfz-Heizungswärmetauschern zur Druckverlustminimierung üblich – über die gesamte Wasserkastenbreite erfolgt, sondern wenn zur Durchmischung der gesamte Kühlmittelvolumenstrom über eine gemeinsame Bohrung oder eine gemeinsame Verbindungsleitung zum Wasserkasten der nächsten Stufe geleitet wird. Die Kühlmittelzuströmung erfolgt gemäß 1 über den Einlass 211, die erste Kreuzstromstufe wird durch die Flachrohrreihe 206 mit den Einzelkanälen 206a und 206b gebildet. Die Umlenkung zur 2. Gegenstromstufe erfolgt innerhalb des Doppelrohres 206 mittels des Übertrittsspaltes 206sp. Am Einfachsten wird dies dadurch bewerkstelligt, dass ein Doppelflachrohr 206 mittels Verschweißens der Trennnaht 206tn bis nahe an das Rohrende gebildet wird. Eine kurze Unterbrechung der Schweißnaht von beispielsweise 10–15 mm Länge bildet dann an jedem einzelnen Doppelflachrohr die Strömungsumlenkung von Stufe 1 nach Stufe 2 bzw. von Stufe 3 nach Stufe 4. Stirnseitig werden die Doppelrohre 206 und 208 durch das Abdeckblech 260 verschlossen.
  • Die Überleitung von der zweiten zur dritten Kreuzstromstufe erfolgt über die Verbindungsöffnung 213 in welcher zwangsläufig eine Durchmischung und somit thermische Vergleichmäßigung des Kühlmittels vor der dritten Stufe erfolgt. Die Durchmischungsstelle 213 ist bevorzugt in den Wasserkasten 201 integriert. Wichtig ist dabei, dass eine weitgehende Temperaturvergleichmäßigung des Kühlmittels vor der dritten Stufe erfolgt. Je nach Einbaulage und Entlüftungsbedarf sorgt gegebenenfalls eine kleine zusätzliche Entlüftungsbohrung in den Wasserkasten-Trennwänden 250/252 für einen sicheren Betrieb.
  • In der DE 10 2007 017 567.3 des gleichnamigen Erfinders ist offenbart, dass es entgegen der allgemeinen Einschätzung der Fachwelt, bei geeigneter Systemauslegung durchaus kosteneffizient und kraftstoffeffizient ist, das Bauvolumen von Pkw-Großserien-Heizungswärmetauschern erheblich über das heute bekannte Maß hinaus zu vergrößern.
  • Der gleichzeitige Übergang zu 4-Kreuzgegenstromstufen anstelle heute maximal 2 Stufen in der Pkw-Großserie und der Einbau zusätzlicher Drosselstellen zur Homogenisierung der Wärmetauscherdurchströmung und Temperaturverteilung sind hierbei weitere bevorzugte Verbesserungsschritte. Wie entsprechende Fahrzeugversuche zeigen, lässt sich die damit i. a. einhergehende Zunahme des Druckverlustes im Heizungszweig mit bekannten Motorkühlmittelpumpenkennlinien handhaben. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil sich in vielen Anwendungen eine Absenkung des Kühlmitteldurchflusses im Heizungszweig mit derartigen Hochleistungsheizungswärmetauschern vorteilhaft auf die Heizleistung auswirkt.
  • Der Hauptanspruch richtet sich ganz bewusst nur auf Hochleistungsheizungswärmetauscher mit einer gelöteten Wärmeübertragungsmatrix, bestehend aus kühlmittelseitigen Flachrohren und luftseitigen Rippen mit einer Vielzahl in Luftströmungsrichtung nacheinander folgender Turbulenz erzeugender Einschnitte (Louvres), und mit genau vier im Kreuzgegenstrom in Reihe geschalteten Kreuzstromwärmetauschern.
  • Neben der 4-Stufigkeit ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass er interne Konstruktionsmerkmale aufweist, die einerseits den kühlmittelseitigen Druckverlust prinzipbedingt erhöhen und damit den Kühlmitteldurchsatz im Fahrzeug absenken, gleichzeitig aber mittels der Durchmischung zwischen Stufe 2 und 3 für einen reduzierten Wirkungsgradabfall bei kleinen bis mittleren Kühlmitteldurchsätzen sorgen.
  • Ein solches Konstruktionsmerkmal stellt der Überströmkanal 213 dar. Am einfachsten wird dieser durch eine Blendenbohrung 213 im Trennblech 251 dargestellt. Die mittlere Trennebene 251 des Anschlusswasserkastens 201 weist dabei bevorzugt einen blendenartigen Strömungsübertritt 213 zwischen Stufe 2 und 3 auf, in welchem das in den ersten beiden Stufen abgekühlte Kühlmittel gedrosselt und gleichzeitig weitgehend homogenisiert wird.
  • Die Umlenkung zwischen Stufe 1 und 2 sowie zwischen Stufe 3 und 4 am anderen kühlmittelseitigen Rohrende der Wärmetauschermatrix erfolgt ohne Quervermischung innerhalb der einzelnen Doppelflachrohre 206 und 208.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn wie in 2 und 3 exemplarisch gezeigt, der Zuflussanschluss 211 und der Abflussanschluss 212 auf der gleichen Seite 300 des Anschlusswasserkastens 201 liegen und der Strömungsübertritt 213 der Trennebene 251 auf der gegenüberliegenden Seite 301 des Anschlusswasserkastens 201, insbesondere nahe dem am weitesten von den Zu- und Abflussanschlüssen 211/212 entfernten Flachrohr der Wärmetauschermatrix. Diese Anordnung führt auf eine besonders gute Strömungsgleichverteilung auf die einzelnen Wärmetauscher-Flachrohre. Dies liegt u. a. daran, dass sich der dynamische Druck im Wasserkasten 201 aufgrund der Querströmung relativ zu den Wärmetauschermatrix-Flachrohren in Summe über alle vier Stufen weitgehend kompensiert. Symbolisch ist dies in 3 durch die Länge der Strömungspfeile im Wasserkasten 201 angedeutet: Im Mittel über alle vier Stufen finden sich gleich viele lange und kurze Pfeile, d. h. Matrix-Flachrohreintritts- bzw. Austrittstellen mit erhöhtem bzw. reduziertem dynamischem und damit auch gegenläufig variierendem statischem Druck.
  • Um eine gute Durchmischung zwischen Stufe 2 und 3 zu erhalten ist es bei vielen Anwendungen besonders vorteilhaft, wenn der Überströmquerschnitt 213 eine Strömungsquerschnittsfläche aufweist, die gleich oder kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche des Zuflussanschlusses 211 ist. Damit ist zusätzlich sichergestellt, dass der Wärmetauscher auch eine Mindestdrosselung des Kühlmitteldurchsatzes bewirkt, die bei kaltem wie bei warmer Kühlmittel präsent ist, d. h. der Heizungswärmetauscherdurchfluss variiert weniger in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur als Heizungswärmetauscher ohne die erfindungsgemäße interne Drosselung mittels des Überströmquerschnitts 213 und gegebenenfalls der kleinen Bauhöhe hu des Umlenkwasserkastens.
  • Zur weiteren Optimierung des erfindungsgemäßen Heizungswärmetauschers wird man sich bei hohem Heizleistungsdefizit die bisher noch nicht veröffentlichten Ausführungen gemäß der deutschen Patentanwendung DE 10 200 017 567.3 zu Nutze machen, um die effektive Wärmetauschermatrix so groß wie möglich zu machen. Gelötete Vollaluminium-Heizungswärmetauscher mit hoher Packungsdichte der luftseitigen Rippen und der kühlmittelseitigen Flachrohre und unter signifikanter Vergrößerung des Matrix-Volumens einschließlich Ausnutzung des früher für den PTC vorgesehenen Bauraums sind hier maßgebliche Schritte, um den PTC-Zuheizer in vielen Anwendungen überflüssig zu machen.
  • Speziell die gute Strömungs- und Temperaturgleichverteilung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers und der Gewinn an Matrix-Volumen durch den Entfall des Umlenkwasserkastens liefern dabei zusätzliche Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung des Wärmetauscherwirkungsgrades.
  • Vor diesem Hintergrund stellt in vielen zukünftigen Fahrzeuganwendungen in der Pkw-Großserie ein erfindungsgemäßer Heizungswärmetauscher das derzeitige Optimum dar, der in einem Heiz-Klimagerät mit den Merkmalen der Patentanwendung DE 10 200 017 567.3 verwendet wird. Dieser weist bevorzugt ein solches Volumen V_Matrix der von der Heizungsluft umspülten Wärmetauschermatrix, einen solchen Mittenabstand der luftseitigen Rippen t_Rippe sowie einen solchen Mittenabstand der Kühlmittelflachrohre t_Rohr auf, dass das daraus gebildete spezifische Wärmtauschervolumen V_Spec, gebildet mit der Gleichung V_Spec = V_Matrix/(t_Rohr + (4·t_Rippe)), einen unteren Grenzwert von 0,140 m2 übersteigt.
  • 57 ordnen einen solchen Wärmetauscher relativ zu heute am Markt unter Großserienbedingungen verwendeten Wärmetauschern ein. Weitere Details hierzu finden sich in der deutschen Patentanwendung DE 10 200 017 567.3 .
  • Besonders wichtig ist im Hinblick hierauf die Tatsache, dass die vorliegende Patentanmeldung ein besonders einfach zu fertigendes konkretes Wärmetauscher-Design schützt und über den Entfall des Umlenkwasserkaästens zusätzlichen Bauraum für die Maximierung des Wärmetauschermatrixvolumens liefert.
  • Die Vierstufigkeit mit ihrer besonders hohen Effizienz wird hierdurch mit besonders geringem Bauaufwand realisierbar. Gleichzeitig bleiben trotz der Vierstufigkeit Druckreserven für die wärmetauscherinternen Konstruktionsmerkmale zur Optimierung der Strömungsgleichverteilung.
  • Bei Beachtung der bekannten Richtlinien für die Wärmetauscherentlüftung kann der erfindungsgemäße Heizungswärmetauscher in den verschiedensten Einbaulagen verbaut werden, gegebenenfalls mit zusätzlichen Entlüftungsbohrungen im mm-Bereich.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist dabei eine Anordnung, bei dem der Wärmetauscher beim Ein- und Ausbau parallel zu den Wärmetauscherflachrohren verschoben wird. Ein solcher Wärmetauscher ist besonders bauraumeffizient, wenn der Anschlusswasserkasten 201 im eingebauten Zustand den Einbauschacht für den Ein- und Ausbau des Heizungswärmetauschers verschließt, insbesondere wenn er dabei zumindest teilweise aus dem Heizklimagerät herausragt. Die Stirnseite und die beiden Heizungswärmetauscherseitenflächen liegen dabei an den strömungsbestimmenden Innenwänden des Heizklimagerätes an und/oder sind dort – gegen Leckageluft an der Wärmetauschermatrix vorbei – abgedichtet. Neben den Vorteilen beim Ein- und Ausbau und bei der Abdichtung ist bei dieser Anordnung eine ganz besonders geringe Versperrung der Luftströmung vorhanden, d. h. der luftseitige Druckverlust ist durch den Entfall des Umlenkwasserkastens 200 und die weitgehend außerhalb des eigentlichen Luftströmungspfades befindliche Anordnung des Anschlusswasserkasten 201 besonders gering. Damit wird die effektive Wärmetauschermatrixgröße bei vielen fahrzeugtypischen Anwendungen maximal.
  • Anstelle zweier Doppelflachrohre kann bei entsprechend großer Stückzahl auch auf eine Plattenbauweise der Flachrohre oder des gesamten Wärmetauschers übergegangen werden.
  • Dabei werden z. B. die Flachrohre 206a, 206b, 208a und 200b mit Trennebenen 206tn und 208tn durch das Zusammenfügen vorgeformter Platten gebildet und die beiden die Vierstufigkeit definierenden Strömungsübertritte 206sp und 208sp dadurch ausgebildet, dass die Trennebenen 206tn und 208tn im Nahbereich der Flachrohrenden zur Strömungsumlenkung für die nachfolgende Gegenstromstufe eine Unterbrechung aufweisen.
  • Der Anschlusswasserkasten kann dabei analog zu 1 dadurch gebildet werden, dass die einzelnen Flachrohrkanäle in ein entsprechendes Lochbild eines Wasserkastenbodens eingebaut und abgedichtet sind und dass die Trennebenen 250, 251 und 252 mittels Trennblechen und eines Wasserkastendeckels mit den Kühlmittelanschlüssen 211 und 212 gebildet werden.
  • 4 und 4a zeigen eine weitere besonders vorteilhafte Augestaltung in Form eines Plattenwärmetauschers. Dabei wird der Anschlusswasserkasten 201 dadurch gebildet, dass die einzelnen Flachrohrkanäle so geformt sind, dass das Zusammenfügen der einzelnen wasserseitigen Wärmetauscherplatten gleichzeitig die Flachrohrkanäle 206a, 206b, 208a, 208b mit deren Übertrittsstellen 206sp und 208sp und die Sammelrohre 201a, 201b, 201c und 201d bilden. Das Sammelrohr 201a dient als Anschluss für den Kühlmittelzufluss, das Sammelrohr 201d als Anschluss für den Kühlmittelabfluss und die Überströmverbindung 213 nimmt die Drosselung und weitgehende Durchmischung des im Sammelrohr 201b gesammelten Kühlmittels der zweiten Gegenstromstufe vor dem Eintritt in das Sammelrohr 201c der dritten Gegenstromstufe vor. Auch hier erfolgt zwischen Stufe 2 und 3 ganz bewusst ein Sammeln des Kühlmittels und ein Durchmischen vor dem Einströmen in die dritte Stufe, um eine gewisse Drosselung und gleichzeitig eine möglichst gute Temperaturgleichverteilung sicherzustellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007017567 [0004, 0006, 0008, 0013, 0022]
    • - DE 102008003151 [0015, 0017]
    • - DE 10200017567 [0030, 0032, 0033]

Claims (9)

  1. Hochleistungsheizungswärmetauscher zur Klimatisierung der Fahrzeugkabine von Personenkraftfahrzeugen mit Hilfe des flüssigen Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf der Antriebsmaschine oder anderen Wärmequellen des Kühl- und/oder Heizkreislaufs, dadurch gekennzeichnet, dass dieser • eine gelötete Wärmeübertragungsmatrix bestehend aus kühlmittelseitigen Flachrohren und luftseitigen Rippen mit einer Vielzahl in Luftströmungsrichtung nacheinander folgender Turbulenz erzeugender Einschnitte (Louvres) aufweist und • aus genau vier im Kreuzgegenstrom in Reihe geschalteten Kreuzstromwärmetauschern aufgebaut ist und • am ersten kühlmittelseitigen Rohrende der Wärmetauschermatrix einen Anschlusswasserkasten 201 mit Zuflussanschluss 211 und Abflussanschluss 212 für das Kühlmittel aufweist, der durch 3 Trennebenen 250, 251 und 252 zur Ausbildung der Kreuzgegenstromströmung aufgeteilt ist und • am anderen kühlmittelseitigen Rohrende der Wärmetauschermatrix in die einzelnen kühlmittelseitigen Flachrohrkanäle integrierte, die Vierstufigkeit definierende, Kühlmittel-Übertittsspalte 206sp zwischen Flachkanal 206a und 206b sowie 208sp zwischen Flachkanal und 208a und 208b aufweist und • dass die mittlere Trennebene 251 des Anschlusswasserkastens 201 einen blendenartigen Strömungsübertritt 213 zwischen Stufe 2 und 3 aufweist, in welchem das in den ersten beiden Stufen abgekühlte Kühlmittel gedrosselt und gleichzeitig weitgehend homogenisiert wird.
  2. Heizungswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuflussanschluss 211 und der Abflussanschluss 212 auf der gleichen Seite 300 des Anschlusswasserkastens 201 liegen und der Strömungsübertritt 213 der Trennebene 251 auf der gegenüberliegenden Seite 301 des Anschlusswasserkastens 201, insbesondere nahe dem am weitesten von den Zu- und Abflussanschlüssen 211/212 entfernten Flachrohr der Wärmetauschermatrix.
  3. Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus Doppelflachrohren 206 und 208 mit Trennnähten 206tn und 208tn aufgebaut ist und die beiden die Verstufigkeit definierenden Strömungsübertritte 206sp und 208sp der einzelnen Flachrohre dadurch ausgebildet werden, dass die Trennnähte 206tn und 208tn im Nahbereich der Flachrohrenden zur Strömungsumlenkung für die nachfolgende Gegenstromstufe eine Unterbrechung aufweisen.
  4. Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohre 206a, 206b, 208a und 200b mit Trennebenen 206tn und 208tn durch das Zusammenfügen vorgeformter Platten gebildet werden und dass die beiden die Vierstufigkeit definierenden Strömungsübertritte 206sp und 208sp dadurch ausgebildet werden, dass die Trennebenen 206tn und 208tn im Nahbereich der Flachrohrenden zur Strömungsumlenkung für die nachfolgende Gegenstromstufe eine Unterbrechung aufweisen.
  5. Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusswasserkasten 201 dadurch gebildet wird, dass die einzelnen Flachrohrkanäle in ein entsprechendes Lochbild eines Wasserkastenbodens eingebaut und abgedichtet sind und dass die Trennebenen 250, 251 und 252 mittels Trennwänden und eines Wasserkastendeckels mit den Kühlmittelanschlüssen 211 und 212 gebildet werden.
  6. Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusswasserkasten 201 dadurch gebildet wird, dass die einzelnen Flachrohrkanäle so geformt sind, dass das Zusammenfügen der einzelnen wasserseitigen Wärmetauscherplatten gleichzeitig die Flachrohrkanäle 206a, 206b, 208a, 208b mit deren Übertrittsstellen 206sp und 208sp und die Sammelrohre 201a, 201b, 201c und 201d bilden.
  7. Heizungswärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr 201a als Anschluss für den Kühlmittelzufluss dient, das Sammelrohr 201d als Anschluss für den Kühlmittelabfluss und dass die Überströmverbindung 213 die Drosselung und weitgehende Durchmischung des im Sammelrohr 201b gesammelten Kühlmittels der zweiten Gegenstromstufe vor dem Eintritt in das Sammelrohr 201c der dritten Gegenstromstufe vornimmt.
  8. Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Heiz-Klimagerät mit den Merkmalen der deutschen Patentanwendung DE 10 200 017 567.3 verwendet wird und insbesondere, dass er ein solches Volumen V_Matrix der von der Heizungsluft umspülten Wärmetauschermatrix, einen solchen Mittenabstand der luftseitigen Rippen t_Rippe sowie einen solchen Mittenabstand der Kühlmittelflachrohre t_Rohr aufweist, dass das daraus gebildete spezifische Wärmtauschervolumen V_Spec, gebildet mit der Gleichung V_Spec = V_Matrix/(t_Rohr + (4·t_Rippe)), einen unteren Grenzwert von 0,140 m2 übersteigt.
  9. Heizklimagerät mit einem Heizungswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusswasserkasten 201 im eingebauten Zustand den Einbauschacht für den Ein- und Ausbau des Heizungswärmetauschers verschließt und insbesondere dass er dabei zumindest teilweise aus dem Heizklimagerät herausragt.
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