DE102017200624A1

DE102017200624A1 - Wärmetauschereinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie Fahrzeug mit einer solchen Wärmetauschereinrichtung

Info

Publication number: DE102017200624A1
Application number: DE102017200624.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung (3) für ein Fahrzeug (1), mit wenigstens einer zwei voneinander beabstandete Deckschichten (20, 21) und ein zwischen den Deckschichten (20, 21) angeordnetes, mit den Deckschichten (20, 21) verbundenes und Versteifungsrippen (23) aufweisendes Kernelement (22) umfassenden Sandwichstruktur (19), durch welche wenigstens ein von zumindest einem zu temperierenden Medium durchströmbarer Wärmetauscher (9) gebildet ist, dessen von dem mittels des Wärmetauschers (9) zu temperierenden Medium durchströmbare Kanäle (24) jeweils zumindest teilweise durch die Versteifungsrippen (23) begrenzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Wärmetauschereinrichtung.
Wärmetauscher sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Wärmetauscher kommt beispielsweise in einem insbesondere als Kraftfahrzeug ausgebildeten Fahrzeug zum Einsatz, welches insbesondere als Kraftwagen und dabei beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Der Wärmetauscher ist üblicherweise von einem ersten Medium durchströmbar und von einem zweiten Medium umströmbar oder durchströmbar, sodass über den Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann. Dadurch können die temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden. Wird das erste Medium beispielsweise mittels des Wärmetauschers gekühlt, so ist der Wärmetauscher als Kühler beziehungsweise Kühleinrichtung ausgebildet. Ein solcher Wärmetauscher kommt insbesondere als Kühler in einer Klimaanlage zum Einsatz, wobei das erste Medium ein Kältemittel ist. Dabei ist der Wärmetauscher beispielsweise als Gaskühler oder aber als Kondensator ausgebildet, mittels welchem eine Kondensation des Kältemittels bewirkt werden kann. Ist der Wärmetauscher beispielsweise dazu ausgebildet, das erste Medium zu kühlen, ist der Wärmetauscher, insbesondere in einem von dem ersten Medium durchströmbaren Kreislauf, eine Wärmesenke und wird üblicherweise als Kühler bezeichnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmetauschereinrichtung und ein Fahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch auf bauraum- und gewichtsgünstige Weise realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmetauschereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung für ein Fahrzeug, welches beispielsweise als Kraftfahrzeug, insbesondere als Kraftwagen und dabei vorzugsweise als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Die Wärmetauschereinrichtung umfasst wenigstens eine Sandwichstruktur, welche zwei voneinander beabstandete Deckschichten und ein Kernelement umfasst, welches auch als Kern bezeichnet wird. Das Kernelement ist zwischen den Deckschichten angeordnet und mit den Deckschichten verbunden, wobei das Kernelement Versteifungsrippen aufweist. Durch die Sandwichstruktur ist wenigstens ein von zumindest einem zu temperierenden Medium durchströmbarer Wärmetauscher gebildet, dessen von dem mittels des Wärmetauschers zu temperierenden Medium durchströmbare Kanäle jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die Versteifungsrippen begrenzt beziehungsweise gebildet sind.
Erfindungsgemäß ist somit eine Funktionsintegration vorgesehen, da die Sandwichstruktur nicht nur als besonders vorteilhaftes, bauraum- und gewichtsgünstiges und gleichzeitig eine besonders hohe Steifigkeit aufweisendes Bauteil für das Fahrzeug, sondern auch als Wärmetauscher genutzt wird, mittels welchem das beispielsweise als Fluid, insbesondere als Gas oder Flüssigkeit, ausgebildete und beispielsweise als Wärmeträgermedium fungierende Medium temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung lässt sich somit ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen dem Medium und beispielsweise wenigstens einem zweiten Medium über die Sandwichstruktur beziehungsweise über den Wärmetauscher realisieren, sodass das erste Medium und/oder das besonders zweite Medium vorteilhaft temperiert werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wärmetauschereinrichtung wenigstens ein Kanalelement, durch welches wenigstens ein von Luft durchströmbarer Luftkanal begrenzt ist. Die Luft ist dabei beispielsweise das zuvor genannte zweite Medium, mittels welchem das erste Medium über die Sandwichstruktur temperiert, insbesondere gekühlt, werden kann. Dabei ist zumindest ein Teilbereich der Sandwichstruktur von der den Luftkanal durchströmenden Luft umströmbar und/oder durchströmbar.
Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass zumindest der Teilbereich der Sandwichstruktur zumindest einen Teil- beziehungsweise Längenbereich des Luftkanals begrenzt. Durch diese Ausführungsform kann eine besonders effektive und effiziente Temperierung des ersten Mediums realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Luftkanal wenigstens eine von der Luft durchströmbare Durchströmöffnung aufweist, über welche der Luftkanal fluidisch mit der Umgebung des Kanalelements verbunden ist. Beispielsweise ist der Kühlkanal über die Durchströmöffnung mit der Umgebung der Wärmetauschereinrichtung, insbesondere des Fahrzeugs insgesamt, fluidisch verbunden. Bei der Durchströmöffnung handelt es sich beispielsweise um eine Eintrittsöffnung beziehungsweise um einen Lufteintritt, über die beziehungsweise den die Luft in den Luftkanal einströmen kann. Ferner kann es sich bei der Durchströmöffnung um eine Austrittsöffnung und somit um einen Luftaustritt handeln, über die beziehungsweise den die Luftkanal durchströmende Luft aus dem Luftkanal ausströmen kann. Somit sind die vorigen und folgenden Ausführungen zur Durchströmöffnung ohne weiteres aus den Lufteintritt sowie auf den Luftaustritt übertragbar und umgekehrt. Über die Durchströmöffnung kann beispielsweise die Sandwichstruktur beziehungsweise der Wärmetauscher besonders vorteilhaft mit der Luft versorgt werden, sodass sich eine besonders vorteilhafte und insbesondere bauraum- und gewichtsgünstige sowie aerodynamisch besonders vorteilhafte Luftführung und in der Folge Temperierung des ersten Mediums realisieren lässt.
Um einen besonders gewichts- und baumraumgünstigen Wärmeaustausch zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Kanalelements als ein zumindest einen Teilbereich des Luftkanals begrenzendes Karosserieelement der Karosserie des Fahrzeugs ausgebildet ist.
Um dabei eine besonders vorteilhafte Aerodynamik des Fahrzeugs realisieren zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchströmöffnung unmittelbar an den Teil, insbesondere an das Karosserieelement, angrenzt. Durch die Nutzung des ohnehin vorgesehenen Karosserieelements zur zumindest teilweisen Begrenzung des Luftkanals und somit zum Führen der den Luftkanal durchströmenden Luft und durch die beschriebene Anordnung der Durchströmöffnung kann der Bauraumbedarf der Wärmetauschereinrichtung besonders gering gehalten werden. Außerdem ist eine hinsichtlich der Aerodynamik des Fahrzeugs vorteilhafte Anordnung der Wärmetauschereinrichtung realisierbar, sodass eine besonders vorteilhafte Aerodynamik, insbesondere ein besonders geringer Luftwiderstand, des Fahrzeugs realisiert werden kann. Dadurch kann beispielsweise der Fahrwiderstand gering gehalten werden, sodass das Fahrzeug beispielsweise besonders energieverbrauchsarm und somit mit nur geringen CO₂-Emmissionen betrieben, insbesondere angetrieben, werden kann. Darüber hinaus lässt sich eine Funktionsintegration von Kühlluftstrom und aerodynamischer Strömungsführung realisieren. Mit anderen Worten kann dem Luftkanal beziehungsweise der den Luftkanal durchströmenden Luft eine Doppelfunktion zukommen. Zum einen wird der Luftkanal genutzt, um die den Luftkanal durchströmende Luft gezielt der Sandwichstruktur zuzuführen. Dadurch wird die den Luftkanal durchströmende und die Sandwichstruktur beziehungsweise den Wärmetauscher an- und/oder umströmende Luft als Temperierluft beziehungsweise als Temperierluftstrom genutzt, um eine besonders vorteilhafte Temperierung, insbesondere Erwärmung und/oder Kühlung, des ersten Mediums realisieren zu können. Zum anderen kann durch die beschriebene Ausgestaltung der Wärmetauschereinrichtung eine aerodynamisch besonders günstige Führung der den Luftkanal durchströmenden Luft realisiert werden, sodass eine besonders vorteilhafte Aerodynamik des Fahrzeugs dargestellt werden kann.
Die Erfindung zielt dabei insbesondere auf den hinsichtlich des ersten Mediums als Kühler und somit als Wärmesenke oder aber als Heizeinrichtung und somit Wärmequelle ausgebildeten beziehungsweise fungierenden und durch die Sandwichstruktur gebildeten Wärmetauscher der Wärmetauschereinrichtung ab. Wird der Wärmetauscher beispielsweise als Kühler zum Kühlen des ersten Mediums verwendet, so ist die Wärmetauschereinrichtung beispielsweise als Kühleinrichtung ausgebildet, die auch als Kühlsystem bezeichnet wird. Die Wärmetauschereinrichtung, insbesondere das Kühlsystem, kann beispielsweise in Fahrzeugen wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Arbeitsfahrmaschinen wie zum Beispiel Baggern, Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Grundsätzlich ist die Wärmetauschereinrichtung, insbesondere das Kühlsystem, auch für eine wenigstens vorübergehend beziehungsweise zeitweise ortsfeste Anwendung wie beispielsweise für eine Arbeitsmaschine, eine Produktionsanalage, eine Gebäudeklimatisierung oder eine Kühlung von industriellen Anlagen verwendbar und kann als Bestandteil eines Energiemanagementsystems, insbesondere eines Wärmemanagementsystems, verwendet werden, um beispielsweise zu Kühlungs- und/oder Trocknungszwecken zum Einsatz zu kommen.
In Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, kommen zum Beispiel konventionelle, insbesondere als Kühlsysteme fungierende Wärmetauschereinrichtungen zum Einsatz. Eine solche herkömmliche, üblicherweise als Kühlsystem zum Einsatz kommende Wärmetauschereinrichtung umfasst üblicherweise ein Kühlerpaket, dass an der Front des Fahrzeugs angeordnet ist und, insbesondere bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs, von Luft durch- beziehungsweise umströmt wird. Ferner kann das Kühlerpaket von einem Kühlmittel, insbesondere von einem Kühlfluid, durchströmt werden, sodass das Kühlmittel mittels des Kühlerpakets gekühlt wird. Das Kühlmittel ist beispielsweise das zuvor genannte erste Medium. Üblicherweise kann das Kühlmittel wenigstens eine Komponente des Fahrzeugs durchströmen, wobei ein Wärmeübergang von der wenigstens einen Komponente an das Kühlmittel erfolgt. Hierdurch wird die wenigstens eine Komponente gekühlt, und das Kühlmittel wird erwärmt. Mittels des Kühlerpaktes kann dann das Kühlmittel wieder gekühlt werden, da beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel über das Kühlerpaket an die das Kühlerpaket um- beziehungsweise durchströmende Luft erfolgen kann. Insbesondere wird das Kühlerpaket genutzt, um verbrennungsmotorische und/oder elektromotorische Abwärme und/oder in einer Brennstoffzelle erzeugte beziehungsweise von einer solchen Brennstoffzelle bereitgestellte Abwärme abzuführen, um somit beispielsweise einen Verbrennungsmotor und/oder eine elektrische Maschine und/oder eine Brennstoffzelle des Fahrzeugs zu kühlen. Ebenfalls von Interesse sind solche, beispielsweise als Kühlsysteme ausgebildete Wärmetauschereinrichtungen, bei denen im besagten Kühlerpakt die als Kühlluftstrom fungierende Luft seriell und/oder parallel durch eine Anzahl von Kühlern, insbesondere Lamellenkühlern, geführt wird, um beispielsweise mittels eines Zwei-Phasen-Kältekreislaufsystems oder einem Hybridantrieb Abwärme aus dem jeweiligen Fahrzeug abzuführen. Zumindest einer der Kühler des Kühlerpakets kann beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein, um beispielsweise das als Kältemittel ausgebildete Kühlmittel zu kühlen und dadurch eine Kondensation und damit beispielsweise einen Phasenübergang des Kältemittels zu bewirken.
Im Stand der Technik stehen somit vor allem luftdurchströmte beziehungsweise luftumströmte Lamellenwärmetauscher im Bereich der Front des jeweiligen Fahrzeugs als Wärmesenken des jeweiligen Kühlsystems zur Verfügung. Ebenfalls bekannt sind längslaminierte Plattenwärmetauscher, die als großflächig längs angeströmte Unterflurkühler wirken.
Die im Stand der Technik herkömmlicherweise zum Einsatz kommenden Wärmetauschereinrichtungen sind aufgrund der dort vorgesehenen Anordnung des jeweiligen Wärmetauschers und des Luftkanals aerodynamisch nachteilig, da sie aerodynamisch relevante, große Staulufteinlassquerschnitte erfordern, insbesondere auch durch zur Durchströmung zusätzliche, ausgelagerte Kühler im Frontbereich des Fahrzeugs. Dies gilt in verstärktem Maße auch für den Betrieb von Niedertemperartur-Kühlkreisläufen, die beispielsweise zur Kühlung von elektrischen Maschine, hybriden Antriebssträngen und/oder Brennstoffzellen zum Einsatz kommen.
In Fahrbetriebszuständen mit - gegebenenfalls kurzzeitig dynamisch - hohen Abwärmelasten reicht eine Kühlleistungsreserve einer herkömmlichen, beispielsweise als Kühlsystem ausgebildeten Wärmetauschereinrichtung aufgrund einer Begrenzung der beispielsweise als Kühlluftmassenstrom genutzten Luft nicht mehr zur Wärmeabfuhr aus. Somit ist ein solches herkömmliches Kühlsystems wenigstens kurzzeitig überlastet, sodass die Fahrleistung des Fahrzeugs und/oder eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs zumindest eingeschränkt werden muss. Ein zusätzlich erhöhter Abwärmeanfall, insbesondere infolge eines Betriebs von Abwäremnutzungssystemen, mit deren Hilfe beispielsweise vorteilhaft die CO₂-Emissionen reduziert werden können, kann somit nicht mehr in ausreichendem Maße abgeführt werden. Ein solches Abwärmenutzungssystem umfasst beispielsweise eine Adsorptionsanlage, welche mit Abwärme von Abgas, das von einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs bereitgestellt wird, betrieben wird. Die bezüglich des Stands der Technik genannten Problem und Nachteile können nun mittels der erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung vermieden werden, da sich ein besonders geringer Bauraumbedarf sowie eine aerodynamisch vorteilhafte Anordnung und Ausgestaltung der Wärmetauschereinrichtung realisieren lassen.
Insbesondere wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, den beispielsweise als Kühler oder Kondensator ausgebildeten Wärmetauscher als einen weiteren, luftdurchströmten beziehungsweise -umströmten Wärmetauscher zu nutzen, welcher beispielsweise außerhalb eines beziehungsweise zusätzlich zu einem herkömmlicherweise vorgesehenen, insbesondere an der Front des Fahrzeugs angeordneten Kühlerpaket zum Einsatz kommt und/oder zusätzlich zu einem üblichen Front-Luftmassenstrom von einem eigenen Luftstrom durch- und/oder umströmt wird, welcher durch den Luftkanal durchströmende Luft gebildet wird.
Dabei wird beispielsweise im Rahmen der Erfindung ferner vorgeschlagen, den zuvor genannten, eigenen und beispielsweise zusätzlichen Luftstrom in dem den Luftstrom zugeordneten und somit eigenen Luftkanal zu führen und dabei den Luftkanal für den aerodynamischen Fahrwiderstand des Fahrzeugs günstig in das Fahrzeug, insbesondere in dessen Karosserie, zu integrieren. Hierzu ist es vorzugweise vorgesehen, dass - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - die Durchströmöffnung beispielsweise in einem vorteilhaften Druckbereich einer Außenkontur des Fahrzeugs, insbesondere der Karossiere, angeordnet ist, sodass in diesem Druckbereich, insbesondere während einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs, ein vorteilhafter Druck herrscht, welcher beispielsweise das Einleiten von Luft in den Luftkanal und/oder das Abführen der Luft aus dem Luftkanal unterstützt beziehungsweise bewirkt.
Ferner wird beispielsweise im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, den beispielsweise zusätzlich vorgesehenen Luftkanal funktionsintegriert durch die Last- beziehungsweise selbsttragende Karosserie, insbesondere durch deren Struktur, und somit mit Hilfe wenigstens einer bereits existierenden, eine aerodynamische Fahrzeugumströmung ausbildenden Komponente, insbesondere Luftströmungskomponente, zu bilden. Mit anderen Worten ist es somit beispielsweise vorgesehen, dass zumindest der Teil des Kanalelements gestaltintegriert als das Karosserieelement ausgebildet ist, sodass zumindest der genannte Teilbereich des Luftkanals durch das Karosserieelement begrenzt ist.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Sandwichstruktur Bestandteil des Karosserieelements ist, sodass das Karosserieelement zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die Sandwichstruktur gebildet ist. Dadurch können der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden, wobei gleichzeitig ein besonders effizienter und effektiver Wärmeaustausch realisiert werden kann.
Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass außerdem Sandwichstrukturen mit doppelwandigen Flächenelementen und distanzbildenden, flächigen Ausbildungen von Versteifungsrippen beziehungsweise Versteifungsschrägen bekannt sind, die aus einer Vielzahl von Werkstoffen hergestellt werden können. Die jeweilige Deckschicht und/oder das Kernelement ist dabei beispielsweise aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung, aus einem faserverstärkten Kunststoff und/oder aus einem anderen Material hergestellt, wobei der faserverstärkte Kunststoff beispielsweise Glasfasen und/oder Kohlefasern und/oder andere Fasern als Verstärkungsfasern umfassen und somit beispielsweise als glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder als kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) ausgebildet sein kann. Derartige Sandwichstrukturen sind als hochgradig verformungssteife Leichtbaustrukturen im Fahrzeugbau und insbesondere in der Luftfahrt, im Automobilbau und im Sonderbau verbreitet und werden aufgrund einer häufig sechseckigen Wabenstruktur der Versteifungsrippen international auch als Honeycomb oder Honeycomb-Struktur bezeichnet. Weiterhin bekannt ist, dass beispielsweise durch die beispielsweise gitterförmig angeordneten Versteifungsrippen eine Vielzahl an Hohlräumen der Sandwichstruktur gebildet ist. Die Hohlräume sind dabei beispielsweise wabenförmig beziehungsweise sechseckig ausgebildet. Die Hohlräume der Sandwichstruktur, insbesondere des Kernelements, können dabei beispielsweise über jeweilige Öffnungen in den Versteifungsrippen fluidisch miteinander verbunden sein. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Gasdruck in den beispielsweise als Waben ausgebildeten Hohlräumen dem Umgebungsdruck angeglichen sein, da beispielsweise ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und den Hohlräumen erfolgen kann. Dadurch ist die Sandwichstruktur als eine offene Struktur ausgebildet. Auch wird eine solche offene Struktur als doppelwandige Tankwand verwendet. Die Tankwand ist beispielsweise Bestandteil eines Tanks zum Aufnehmen eines Kraftstoffes, insbesondere eines flüssigen Kraftstoffes, zum Betreiben der zuvor genannten Verbrennungskraftmaschine. Aus der durch die offene Struktur gebildeten Tankwand kann beispielsweise Leckagekraftstoff in einen Zwischenraum nach außen gezielt abgeleitet werden, sodass eine solche Leckage offensichtlich wird und schnell erkannt werden kann.
Auch ist die Anordnung der Versteifungsrippen insbesondere hinsichtlich der Form, Lage und Größe der Hohlräume beziehungsweise Waben frei gestaltbar. Üblicherweise wird die Anordnung der Versteifungsrippen zur Erhöhung der mechanischen Biegesteifigkeit um beliebige Biegeachsen, welche insbesondere in einer durch die Sandwichstruktur gebildeten Ebene liegen, sowie fertigungstechnisch optimiert. Auch können Sandwichstrukturen nicht nur eben, sondern ein- oder zweiachsig verformt hergestellt sein, wobei beispielsweise jeweilige, durch die Deckschichten gebildete Außenflächen aufgrund der Versteifungsrippen äquidistant verlaufen. Auch kann in Sonderbauweise eine jeweilige Höhe der Versteifungsrippen in Erstreckung der Sandwichstruktur variieren, sodass die Deckschichten beziehungsweise die Außenflächen nicht äquidistant beziehungsweise nicht parallel zueinander verlaufen. Üblicherweise weisen Sandwichstrukturen in Deckschichten beziehungsweise von Deckschicht zu Deckschicht infolge der beabstandeten Anordnung der Deckschichten durch die hochformatigen Versteifungsrippen eine vergleichsweise sehr niedrige Bauteil-Wärmeleitfähigkeit auf. Dabei belegen Sandwichstrukturen im Fahrzeug Bauraum, der eigentlich als Kanal, insbesondere als Luftkanal, zwischen den beiden gegenüberliegenden Deckschichten beziehungsweise Außenflächen ausgestaltet werden könnte, was jedoch durch die herkömmlicherweise zum Einsatz kommenden Versteifungsrippen versperrt ist.
Erfindungsgemäß ist es nun jedoch vorgesehen, dass die Versteifungsrippen derart ausgestaltet sind, dass sie jeweilige Kanäle beziehungsweise Kanalelemente bilden, die von dem genannten, zu temperierenden ersten Medium, welches beispielsweise als Fluid, insbesondere als Flüssigkeit oder Gas, ausgebildet ist, durchströmt werden können. Dadurch kann die Sandwichstruktur, insbesondere das Kernelement, als Wärmetauscher zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, des Mediums genutzt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Wärmetauscher als Kondensator ausgebildet ist, mittels welchem eine Kondensation des ersten Mediums bewirkbar ist. Mit anderen Worten kann der Wärmetauscher als Kondensator zum Kondensieren des ersten Mediums genutzt werden. Erfindungsgemäß wird somit ein zwischen den Deckschichten angeordneter Zwischenraum, in welchem das Kernelement angeordnet ist, genutzt, um durch den Zwischenraum das zu temperierende erste Medium zu führen, wobei die Versteifungsrippen Kanalelemente bilden, mittels welchen das erste Medium besonders vorteilhaft durch den Zwischenraum geleitet werden kann.
Das zum Temperieren des ersten Mediums genutzte zweite Medium kann beispielsweise wenigstens eine der Deckschichten an- und umströmen. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise denkbar, dass die von dem zu temperierenden ersten Medium durchströmbaren und durch die Versteifungsrippen gebildeten beziehungsweise begrenzten Kanäle erste Kanäle der Sandwichstruktur beziehungsweise des Wärmetauschers sind. Dabei bilden beziehungsweise begrenzen beispielsweise die Versteifungsrippen zweite Kanäle, welche von dem zweiten Medium durchströmbar sind. Beispielsweise sind die zweiten Kanäle fluidisch von den ersten Kanälen getrennt, sodass sich die Medien nicht vermischen. Dann kann beispielsweise über die Versteifungsrippen ein besonders effizienter und effektiver Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen, sodass das erste Medium und/oder das zweite Medium besonders vorteilhaft temperiert werden kann. Beispielsweise erfolgt über die Versteifungsrippen und gegebenenfalls über wenigstens eine der Deckschichten ein Wärmeübergang von dem zu temperierenden ersten Medium an das weitere Medium, wodurch das erste Medium gekühlt und das weitere Medium erwärmt wird. Ist die Sandwichstruktur beispielsweise von beiden Medien durchströmbar, da beispielsweise die durch die Versteifungsrippen gebildeten ersten Kanäle von dem ersten Medium und die durch die Versteifungsrippen gebildeten zweiten Kanäle von dem zweiten Medium durchströmbar sind, so kann über die Versteifungsrippen ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen, wobei jedoch ein übermäßiger Wärmeaustausch zwischen den Medien und der Umgebung der Sandwichstruktur über die Deckschichten unterbleibt und von den Deckschichten vermieden wird, da diese beispielsweise eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Insbesondere ist es denkbar, eine wechselnde Befüllung mit Medien stark unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit zur Gestaltung einer schaltbaren thermischen Isolation zu nutzen.
Beispielsweise ist das Karosserieelement als integraler Bestandteil der Karosserie, insbesondere eines Rohbaus der Karosserie, ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass das Karosserieelement an dem Rohbau gehalten und somit beispielsweise ein an dem Rohbau montiertes Anbauteil ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Karosserieelement ein Kotflügel, eine Tür, insbesondere eine Seitentür, ein Radhaus, ein Dach, eine Heckklappe, ein Seitenheck, eine Heckschürze, eine Bodenverkleidung, ein Spoiler oder ein anderes Karosserieelement ist, sodass beispielsweise der als Kühler fungierende Wärmetauscher als Kotflügel-Kühler, als Tür-Kühler, insbesondere als Seitentür-Kühler, als Radhaus-Kühler, als Dach-Kühler, als Klappen-Kühler, insbesondere als Heckklappen-Kühler, als Seitenheck-Kühler, als Heckschürzen-Kühler, als Bodenverkleidung-Kühler, als Spoiler-Kühler oder als sonstiger Kühler beziehungsweise Kondensator oder Wärmetauscher ausgebildet ist.
Als aerodynamisch besonders vorteilhaft hat sich jedoch gezeigt, wenn das Karosserieelement als Fronthaube, insbesondere als Motorhaube, ausgebildet ist. Die Fronthaube ist beispielsweise zumindest mittelbar an dem zuvor genannten Rohbau bewegbar, insbesondere verschwenkbar, gehalten und ist an der Front beziehungsweise in einem Frontbereich des beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Fahrzeugs gehalten.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Luftkanal eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe aufweist, die kleiner oder gleich einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Höhe eines in Fahrzeughochrichtung zwischen der Fronthaube und einem in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Fronthaube angeordneten Bauelement des Fahrzeugs angeordneten, zu Fußgängerschutzzwecken vorgesehen Freiraums ist. Hierbei ist der Luftkanal beispielsweise als flächiger Luftkanal ausgebildet, dessen in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe, welche auch als Bauhöhe bezeichnet wird, kleiner oder identisch ist mit dem zu Passantenschutzzwecken unter der Fronthaube explizit freigehaltenen Freiraum. Unter dem Freiraum ist ein Luftspalt zu verstehen, dessen Höhe beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 50 Millimetern bis einschließlich 70 Millimetern liegt. Ferner ist unter dem Freiraum zu verstehen, dass in diesem Freiraum keine Bauelemente des Fahrzeugs angeordnet sind, sodass sich beispielsweise dann, wenn ein Fußgänger auf die Fronthaube, insbesondere in Fahrzeughochrichtung von oben nach unten, auftrifft, zumindest ein Teil der Fronthaube in Fahrzeughochrichtung nach unten in den Freiraum bewegen kann, ohne dass es zu einer Kollision mit einem Bauelement des Fahrzeugs kommt. Dabei wird die Fronthaube in diesen Freiraum bewegt, da die Fronthaube infolge dessen, dass der Fußgänger auf die Fronthaube prallt, verformt wird. Durch diese Ausgestaltung der Bauhöhe des Luftkanals führen der Luftkanal und somit der bei dieser Ausführungsform als Motorhauben-Wärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher nicht zu einer unerwünschten Bauraum- beziehungsweise Packagevergrößerung, sondern ein ohnehin vorhandener Bauraum kann zur Unterbringung des Wärmetauschers genutzt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Luftkanal wenigstens ein, insbesondere elektrisch betreibbarer, Lüfter zum Fördern der Luft durch den Luftkanal angeordnet ist. Dadurch kann auf bauraumgünstige und aerodynamisch vorteilhafte Weise eine besonders hohe Temperierleistung, insbesondere Kühlleistung, realisiert werden, da beispielsweise ein besonders hoher Luftmassenstrom durch den Luftkanal bewegt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Sandwichstruktur zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Luftkanal angeordnet und von der den Luftkanal durchströmenden Luft umströmbar und/oder durchströmbar ist. Dabei ist beispielsweise zumindest das Kernelement von der den Luftkanal durchströmenden Luft umströmbar und/oder durchströmbar, sodass insbesondere die Versteifungsrippen, insbesondere auf jeweiligen, den ersten Kanälen abgewandten Außenseiten, von der Luft umströmt werden können. Dadurch kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmeaustausch zwischen dem zu temperierenden Medium und der Luft über die Versteifungsrippen realisiert werden. Insbesondere ist es denkbar, dass die Luft als das genannte zweite Medium die zweiten Kanäle durchströmen kann, während beispielsweise das von Luft unterschiedliche erste Medium die ersten Kanäle durchströmen kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Luftkanal wenigstens ein Ventilelement angeordnet, welches zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigsten einer Offenstellung, insbesondere relativ zu dem Karosserieelement beziehungsweise relativ zu dem Kanalelement, bewegbar, insbesondere verschwenkbar, ist. In der Schließstellung versperrt das Ventilelement zumindest einen von der Luft durchströmbaren Teilbereich des Luftkanals, wobei das Ventilelement in der Offenstellung den Teilbereich freigibt, sodass die Luft durch den freigegebenen Teilbereich hindurchströmen kann. Dadurch kann eine besonders bedarfsgerechte Versorgung des Wärmetauschers mit der Luft realisiert werden. Ferner kann eine besonders vorteilhafte Aerodynamik realisiert werden. Der Lüfter ist beispielsweise als Zentrifugal-, Axial- oder Walzenlüfter ausgebildet, um dadurch die Luft besonders effizient und effektiv fördern zu können.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeaustausch zwischen den Medien, insbesondere zwischen dem zu temperierenden Medium und der Luft, zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Versteifungsrippen mit jeweiligen, von den jeweiligen Versteifungsrippen abstehenden Rippen versehen sind. Dadurch kann beispielsweise eine besonders große Oberfläche geschaffen werden, über die ein Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Versteifungsrippen eine in Strömungsrichtung des die Kanäle durchströmenden ersten Mediums und/oder schräg oder senkrecht dazu verlaufenden welligen und/oder sägezahnartigen, das heißt gezackten Verlauf aufweisen.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in die Sandwichstruktur wenigstens ein Lamellenwärmetauscher integriert ist, dessen Wärmetauscherlamellen in zumindest einem der Kanäle, insbesondere der ersten Kanäle, des Wärmetauschers verlaufen und eine jeweilige Längserstreckungsrichtung aufweisen. Dabei verläuft beispielsweise die Längserstreckungsrichtung schräg, parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des den zumindest einen Kanal durchströmenden ersten Mediums. Über den Lamellenwärmetauscher kann somit ein besonders effizienter und effektiver Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen, wobei der Lamellenwärmetauscher beispielsweise von dem ersten oder zweiten Medium durchströmbar ist.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest eine in Strömungsrichtung der den Luftkanal durchströmenden Luft verlaufende Längsseite des Kanalelements durch das Karosserieelement gebildet ist, wodurch sich eine besonders bauraumgünstige und aerodynamisch vorteilhafte Führung der Luft realisieren lässt.
Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Aerodynamik ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Durchströmöffnung als die zuvor genannte Eintrittsöffnung ausgebildet ist, über welche die Luft in den Luftkanal einleitbar ist. Somit kann die Luft über die Eintrittsöffnung aus der Umgebung des Kanalelements in den Luftkanal einströmen. Dabei ist die Durchströmöffnung vorzugsweise in einem Überdruckbereich angeordnet, in welchem bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ein gegenüber dem Umgebungsdruck höherer Druck, welcher auch als Überdruck bezeichnet wird, entsteht. Dadurch kann beispielsweise eine besonders hohe Luftmenge in den Luftkanal eingebracht werden, sodass sich eine besonders effektive Temperierung des zu temperierenden Mediums realisieren lässt. Darüber hinaus können übermäßig hohe Staudrücke, welche beispielsweise der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs entgegenstehen, vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchströmöffnung als die zuvor genannte Austrittsöffnung ausgebildet, über welche die Luft aus dem Luftkanal ausleitbar ist. Somit kann beispielsweise die den Luftkanal durchströmende Luft über die Austrittsöffnung aus dem Luftkanal ausströmen und an die Umgebung strömen. Dabei ist die Austrittsöffnung vorzugsweise in einem Unterdruckbereich angeordnet, in welchem bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ein gegenüber dem Umgebungsdruck geringerer Druck, welcher auch als Unterdruck bezeichnet wird, entsteht. Der entstehende Unterdruckbereich unterstützt das Ausströmen der Luft aus dem Luftkanal, sodass ein besonders hoher Luftmassenstrom durch den Luftkanal hindurch gefördert werden kann. Ferner können übermäßige, der Vorwärtsfahrt entgegenstehende Unterdrücke vermieden werden, sodass sich eine besonders vorteilhafte Aerodynamik realisieren lässt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass dem Karosserieelement wenigstens ein, insbesondere elektrisch betreibbarer, Aktor zugeordnet ist, mittels welchem das Karosserieelement relativ zu dem Rohbau der Karosserie bewegbar ist. Dadurch ist es beispielsweise während einer Fahrt des Fahrzeugs möglich, das Karosserieelement relativ zu dem Rohbau zu bewegen und dabei in eine vorteilhafte Position zu bringen, sodass ein besonders hoher Luftmassenstrom in dem Luftkanal erzeugt beziehungsweise eine besonders vorteilhafte Aerodynamik des Fahrzeugs eingestellt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Das mittels des Wärmetauschers zu temperierende, insbesondere zu kühlende, Medium ist beispielsweise ein Wärmeträgermedium, welches insbesondere als Gemisch ausgebildet sein kann. Beispielsweise umfasst das Medium zumindest Wasser. Insbesondere umfasst das Medium zumindest Wasser und Glykol. Ferner ist es denkbar, dass das zu temperierende Medium Motoröl oder Thermoöl umfasst. Das zu temperierende Medium kann dabei als Flüssigkeit oder aber als Gas, insbesondere als Luft, ausgebildet sein, wobei beispielsweise das Gas zumindest Luft umfasst. Bei der zu temperierenden Luft handelt es sich beispielsweise um Ladeluft, welche mittels eines Verdichters, insbesondere eines Abgasturboladers, verdichtet ist und beispielsweise wenigstens einem insbesondere als Zylinder ausgebildeten Brennraum einer beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs zugeführt wird.
Ferner ist es denkbar, dass es sich bei dem zu temperierenden Medium um ein Kältemittel wie beispielsweise R134a, R1234yf oder R744 handelt, sodass beispielsweise der Wärmetauscher als Kühler, insbesondere als Gaskühler, oder aber als Kondensator ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung und somit der Lufteintritt und/oder die Austrittsöffnung und somit der Luftaustritt unmittelbar an den Teil beziehungsweise an das Karosserieelement angrenzt beziehungsweise in diesem liegt.
Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die beispielsweise einen Kühlluftmassenstrom darstellende Luft an einer Stelle der Außenkontur des Fahrzeugs, insbesondere der Karosserie, zu entnehmen, an der während der Fahrt aerodynamisch ein vorteilhafter Druckbereich, insbesondere ein Überdruckbereich, ausgebildet ist, und/oder die Luft kann aus der Kontur beziehungsweise dem Luftkanal austreten, an der während der Fahrt aerodynamisch ein vorteilhafter Druckbereich, insbesondere ein Unterdruckbereich, ausgebildet ist. Die beispielsweise als kühlender Luftmassenstrom verwendete Luft stellt sich vorliegend beispielsweise als Druckausgleichsströmung ein, welche beispielsweise infolge eines Druckgefälles zwischen dem Überdruckbereich und dem Unterdruckbereich durch den Luftkanal gefördert wird, und kann insbesondere bei einer günstigen Anordnung zur Reduktion des aerodynamischen Druckwiderstands des Fahrzeugs genutzt werden. Dadurch kann beispielsweise der cw-Wert des Fahrzeugs besonders gering gehalten werden.
Insbesondere ist es denkbar, dass der durch die Sandwichstruktur gebildete Wärmetauscher als frei angeordneter Wärmetauscher oder aber als ein mechanische Lasten übertragender Wärmetauscher ausgebildet ist. Der als ein mechanische Lasten übertragende Wärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher ist somit beispielsweise ein tragendes Element beziehungsweise Bestandteil einer tragenden Struktur wie beispielsweise der Karosserie, insbesondere des Rohbaus, sodass der Wärmetauscher beispielsweise als Komponente genutzt wird, über welche während eines Betriebs des Fahrzeugs auftretende Lasten geführt werden. Ferner ist es denkbar, dass der Wärmetauscher als ein gestaltintegrierter Wärmetauscher ausgebildet ist, welcher beispielsweise in die Karosserie, insbesondere in den Rohbau, integriert ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einer Wärmetauschereinrichtung, welche wenigstens einen durch eine Sandwichstruktur gebildeten Wärmetauscher aufweist;
2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Fahrzeugs;
3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Fahrzeugs;
4 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Fahrzeugs;
5 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der dritten Ausführungsform;
6 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Fahrzeugs;
7 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht der vierten Ausführungsform;
8 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Wärmetauschers;
9 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform entlang einer in 8 gezeigten Schnittlinie A-A;
10 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform entlang der in 8 gezeigten Schnittlinie A-A;
11 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer siebten Ausführungsform entlang der in 8 gezeigten Schnittlinie A-A;
12 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer achten Ausführungsform des Wärmetauschers;
13 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer neunten Ausführungsform des Wärmetauschers;
14 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer zehnten Ausführungsform;
15 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer elften Ausführungsform; und
16 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer zwölften Ausführungsform der Wärmetauschereinrichtung.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Fahrzeug, welches als Kraftfahrzeug und dabei als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das Fahrzeug 1, dessen Vorwärtsfahrtrichtung in 1 durch einen Pfeil 2 veranschaulicht ist, umfasst wenigstens einen in 1 nicht erkennbaren Antriebsmotor, mittels welchen das Fahrzeug 1 antreibbar ist. Der Antriebsmotor ist beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine oder aber als Elektromotor ausgebildet. Der Antriebsmotor ist somit eine Komponente des Fahrzeugs 1, welches zumindest den Antriebsmotor und/oder weitere Komponenten umfasst. Das Fahrzeug 1 umfasst dabei eine Wärmetauschereinrichtung 3, welche wenigstens ein Kanalelement 4 umfasst. Durch das Kanalelement 4 ist wenigstens ein von Luft durchströmbarer Luftkanal 5 begrenzt, welcher wenigstens eine von der Luft durchströmbare erste Durchströmöffnung in Form einer Eintrittsöffnung 6 und wenigstens eine von der Luft durchströmbare zweite Durchströmöffnung in Form einer Austrittsöffnung 7 aufweist. Über die jeweiligen Durchströmöffnungen ist der Luftkanal 5 fluidisch mit der Umgebung 8 des Kanalelements 4, insbesondere der Wärmetauschereinrichtung 3 und vorliegend des Fahrzeugs 1 insgesamt, verbunden, sodass die den Luftkanal 5 durchströmende Luft über die Eintrittsöffnung 6 in den Luftkanal 5 aus der Umgebung 8 einströmen kann. Über die Austrittsöffnung 7 kann die den Luftkanal 5 durchströmende Luft aus dem Luftkanal 5 ausströmen und dabei an beziehungsweise in die Umgebung 8 strömen.
Besonders gut in Zusammenschau mit 9 ist erkennbar, dass die Wärmetauschereinrichtung 3 wenigstens eine Sandwichstruktur 19 umfasst, welche zwei voneinander beabstandete Deckschichten 20 und 21 sowie ein zwischen den Deckschichten 20 und 21 angeordnetes und mit den Deckschichten 20 und 21 verbundenes Kernelement 22 aufweist, welches zwischen den Deckschichten 20 und 21 angeordnete Versteifungsrippen 23 aufweist. Die Deckschicht 20 und/oder die Deckschicht 21 und/oder die Versteifungsrippen 23 sind beispielsweise aus Aluminium gebildet, um einen besonders vorteilhaften Wärmeaustausch zu realisieren. Insbesondere ist es denkbar, dass die Deckschicht 20 beziehungsweise 21 als ein Aluminium-Block ausgebildet ist.
Durch die Sandwichstruktur 19 ist ein Wärmetauscher 9 gebildet, dessen von einem ersten Medium durchströmbare Kanäle 24 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die Versteifungsrippen 23 begrenzt sind. Das genannte erste Medium, welches durch die Kanäle 24 strömen kann, kann mittels des Wärmetauschers 9 temperiert, das heißt erwärmt und/oder vorzugsweise gekühlt werden. Dabei ist beispielsweise die den Luftkanal 5 durchströmende Luft ein weiteres oder zweites Medium, mittels welchem das erste Medium temperiert werden kann. Zum Temperieren des ersten Mediums erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Medien über die Sandwichstruktur 19, insbesondere zumindest über die Versteifungsrippen 23, welche auch als Versteifungsstege bezeichnet werden.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Wärmetauscher 9 und somit die Sandwichstruktur 19 Bestandteile der Wärmetauschereinrichtung 3 sind. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform, bei der der Wärmetauscher 9 beispielsweise als Kühler fungiert, mittels welchem das die Kanäle 24 durchströmende erste Medium gekühlt wird beziehungsweise gekühlt werden kann. Hierzu erfolgt ein Wärmeübergang von dem ersten Medium über die Sandwichstruktur 19 an die den Luftkanal 5 durchströmende Luft, welche beispielsweise zumindest einen Teilbereich der Sandwichstruktur 19 an- und umströmen und/oder durchströmen kann. Beispielsweise sind die Versteifungsrippen 23 zumindest teilweise von der den Luftkanal 5 durchströmende Luft umströmbar. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest eine der Deckschichten 20 und 21 zumindest teilweise von der den Luftkanal 5 durchströmende Luft umströmbar ist, sodass beispielsweise ein Wärmeübergang von dem ersten Medium über die Versteifungsrippen 23 und/oder über wenigstens eine der Deckschichten 20 und 21 an die den Luftkanal 5 durchströmende und die Versteifungsrippen 23 und/oder wenigstens eine der Deckschichten 20 und 21 umströmende Luft erfolgen kann. Dadurch wird das zu temperierende erste Medium gekühlt, wobei die den Luftkanal 5 durströmende Luft (zweites Medium) erwärmt wird. Die Wärmetauschereinrichtung 3 fungiert somit beispielsweise als Kühleinrichtung, das heißt als Kühlsystem. Die über die Eintrittsöffnung 6 in den Luftkanal 5 einströmende Luft ist in 1 durch Pfeile 10 veranschaulicht. Pfeile 11 veranschaulichen in 1 die über die Austrittsöffnung 7 aus dem Luftkanal 5 ausströmende Luft, sodass die den Luftkanal 5 durchströmende Luft, insbesondere deren Luftstrom beziehungsweise Luftmassenstrom, durch die Pfeile 10 und 11 veranschaulicht ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Wärmetauscher 9 in dem Luftkanal 5 zumindest teilweise angeordnet, sodass zumindest ein Teil der Sandwichstruktur 19 (Wärmetauscher 9) von der Luft an- und umströmbar und/oder durchströmbar ist. Der Wärmetauscher 9 beziehungsweise die Sandwichstruktur 19 ist beispielsweise in einem in 1 nicht dargestellten Kreislauf angeordnet, der von dem ersten, zu temperierende Medium durchströmbar ist. Das zu temperierende erste Medium ist ein Fluid, insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit, und kann den Kreislauf und somit den Wärmetauscher 9 beziehungsweise die Kanäle 24 durchströmen. Die den Luftkanal 5 durchströmende Luft kann beispielsweise die Versteifungsrippen 23 auf einer den jeweiligen Kanälen 24 abgewandten Außenseite der jeweiligen Versteifungsrippen 23 an- und umströmen, wobei beispielsweise durch die Sandwichstruktur 19, insbesondere durch die Versteifungsrippen 23, verhindert wird, dass sich die Medien vermischen.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die von dem zu temperierenden ersten Medium durchströmbaren, durch die Versteifungsrippen 23 gebildeten Kanäle 24 erste Kanäle beziehungsweise Kanalelemente des Wärmetauschers 9 sind. Dabei ist es denkbar, dass durch die Versteifungsrippen 23 zweite Kanäle des Wärmetauschers 9 zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, gebildet beziehungsweise begrenzt sind, wobei beispielsweise die zweiten Kanäle von den ersten Kanälen fluidisch getrennt sind. Dabei kann beispielsweise zumindest ein Teil der den Luftkanal 5 durchströmenden Luft in die zweiten Kanäle einströmen und die zweiten Kanäle durchströmen, sodass die Sandwichstruktur 19, insbesondere das Kernelement 22, von den beiden Medien durchströmbar ist. Dann kann beispielsweise über die sowohl die ersten Kanäle 24 als auch die zweiten Kanäle begrenzenden Versteifungsrippen 23 ein Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen, wodurch das erste Medium temperiert, insbesondere gekühlt, wird. Dabei wird auch das zweite Medium temperiert, da das zweite Medium beispielsweise infolge des Wärmeaustausches erwärmt wird. Erfolgt beispielsweise ein solcher Wärmeaustausch zwischen den Medien, dass Wärme von dem zweiten Medium an das erste Medium übergeht, so wird das erste Medium erwärmt und das zweite Medium gekühlt.
Der genannte Kreislauf kann insbesondere ein Kältemittelkreislauf sein, sodass das zu temperierende erste Medium beispielsweise ein Kältemittel ist. Dabei ist der Kältemittelkreislauf beispielsweise Bestandteil einer Klimaanlage, mittels welcher wenigstens ein Phasenübergang, insbesondere wenigstens zwei Phasenübergänge, des zu temperieren Mediums bewirkt wird. Beispielsweise mittels eines Verdampfers der Klimaanlage wird das Kältemittel verdampft und dadurch beispielsweise erwärmt, wodurch beispielsweise dem Innenraum des Fahrzeugs 1 zuzuführende Luft gekühlt werden kann. Dabei ist der Wärmetauscher 9 beispielsweise ein Kühler, mittels welchem das Kältemittel gekühlt werden kann. Insbesondere kann mittels des Wärmetauschers 9 eine Kondensierung des Kältemittels bewirkt werden, sodass der durch die Sandwichstruktur 19 gebildete Wärmetauscher 9 beispielsweise als Kondensator ausgebildet ist.
Ferner kann es sich bei dem zu temperierenden ersten Medium beispielsweise um ein Kühlmittel handeln, welches zumindest eine der zuvor genannten Komponenten des Fahrzeugs durchströmen und dadurch kühlen kann. Infolge eines Wärmeübergangs von der Komponente an das Kühlmittel wird das Kühlmittel erwärmt. Dann kann das Kühlmittel auf die beschriebene Weise den Wärmetauscher 9 durchströmen und mittels des Wärmetauschers 9 gekühlt werden.
Aus 1 ist ferner erkennbar, dass das Fahrzeug 1 einen Aufbau in Form einer selbsttragenden Karosserie 12 umfasst, durch welche beispielsweise der zuvor genannte Innenraum des Fahrzeugs zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Um dabei eine besonders vorteilhafte Aerodynamik des Fahrzeugs 1 realisieren zu können, ist zumindest ein Teil 13 des Kanalelements 4 als ein zumindest einen Teilbereich des Luftkanals 5 begrenzendes Karosserieelement 14 der Karosserie 12 ausgebildet. Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist das genannte Kanalelement 4 durch das Karosserieelement 14 gebildet, sodass beispielsweise der gesamte Luftkanal 5 durch das Karosserieelement 14 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Ferner grenzen die Durchströmöffnungen (Eintrittsöffnung 6 und Austrittsöffnung 7), insbesondere in Strömungsrichtung der den Luftkanal 5 durchströmenden Luft, unmittelbar beziehungsweise direkt an den Teil 13, insbesondere an das Karosserieelement 14, an beziehungsweise liegen in diesem. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich der jeweiligen Durchströmöffnung durch das Karosserieelement 14 begrenzt ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die gesamte Durchströmöffnung durch das Karosserieelement 14 begrenzt ist. Mit anderen Worten ist unter dem Angrenzen zu verstehen, dass die jeweilige Durchströmöffnung unmittelbar beziehungsweise direkt an den Teil 13 angrenzt.
Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Karosserieelement 14 als eine als Motorhaube ausgebildete Fronthaube ausgebildet ist, die an der Front 15 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Dabei ist die Fronthaube beispielsweise bewegbar, insbesondere verschwenkbar, an einem Rohbau der Karosserie 12 gehalten, wobei beispielsweise ein an der Front 15 angeordneter und beispielsweise als Motorraum ausgebildeter Aufnahmeraum der Karosserie 12 in Fahrzeughochrichtung nach oben hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die Fronthaube überdeckt beziehungsweise abdeckbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die strukturelle Steifigkeit, Verformungsfähigkeit und das - insbesondere lokale - Aufnahmevermögen von Verformungsenergie des Kanalelements 4 mit dem beispielsweise flächigen Luftkanal 5 und dem Wärmetauscher 9 mit dessen Versteifungsrippen 23 wenigstens denen einer konventionellen Front- beziehungsweise Motorhaube gleichen oder vorzugsweise hinsichtlich der Realisierung eines Fußgänger- beziehungsweise Passantenschutzes sogar verbessert sind. Dadurch erhält oder verbessert die Nutzung eines ursprünglich von Einbauten freien Bauraums unter der Fronthaube den Passantenschutz.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die auch als Lufteintritt bezeichnete Eintrittsöffnung 6 an einer Vorderkante des bei der ersten Ausführungsform als Front- beziehungsweise Motorhauben-Kühler ausgebildeten Wärmetauschers 9 beziehungsweise der Fronthaube angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise vorgesehen, dass die auch als Luftaustritt bezeichnete Austrittsöffnung 7 an einer Hinterkante und/oder an wenigstens einer Seitenkante der Front- beziehungsweise Motorhaube angeordnet ist.
Bei einer in den Fig. nicht veranschaulichten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in dem Luftkanal 5 ein insbesondere elektrisch betreibbarer Lüfter angeordnet ist, mittels welchem die Luft durch den Luftkanal 5 hindurchgefördert werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist dem Luftkanal 5 wenigstens ein Ventilelement zugeordnet, mittels welchem beispielsweise eine den Luftkanal 5 durchströmende Menge der Luft einstellbar ist. Das Ventilelement ist dabei beispielsweise an dem Lufteintritt und/oder in dem Luftkanal 5 angeordnet und beispielsweise als Klappe ausgebildet, welche schaltbar und somit, insbesondere relativ zu dem Kanalelement 4, bewegbar ist. Beispielsweise ist die Klappe relativ zu dem Kanalelement 4 verschwenkbar. Insbesondere können dem Luftkanal 5 mehrere Ventilelemente, insbesondere Klappen, zugeordnet sein, sodass beispielsweise ein Klappengitter gebildet ist. Das Ventilelement, insbesondere die Klappe, ist beispielsweise zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar, insbesondere verschwenkbar, und dadurch schaltbar.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest ein Teilbereich des Luftkanals 5 mittels einer beispielsweise an dem Kanalelement 4 vorgesehenen thermischen Isolation thermisch isoliert ist. Vorzugsweise ist der Luftkanal 5 beziehungsweise das Kanalelement 4 an wenigstens einer Seite beziehungsweise in einem Bereich, mit dem der Luftkanal 5 beziehungsweise das Kanalelement 4 eine Kontur des Karosserieelements 14 ausbildet, mit der thermischen Isolation versehen. Durch die thermische Isolation kann beispielsweise ein Wärmeeintrag, der vor allem bei Exposition des Fahrzeugs 1 gegenüber Sonnenstrahlung über das angestrahlte Karosserieelement 14 in den Luftkanal 5 eingetragen wird und somit einer Kühlungsaufgabe entgegenwirkt, signifikant reduziert werden.
Die thermische Isolation ist beispielsweise als aufgespritzte, geschlossenporige Schaumisolation mit einer Dicke in einem Bereich von beispielsweise einschließlich zwei Millimeter bis einschließlich 15 Millimeter ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Sandwichstruktur 19 mit einer thermischen Isolation versehen ist. Diese thermische Isolation kann beispielsweise als eine aufgespritzte, geschlossenporige Schaumisolation mit einer Dicke in einem Bereich von beispielsweise einschließlich zwei Millimetern bis einschließlich 15 Millimetern ausgebildet sein, wobei die thermische Isolation beispielsweise auf eine der Deckschichten 20 und 21 aufgespritzt ist. Insbesondere kann die thermische Isolation an einer dem Kernelement 22 zugewandten Innenseite der Deckschichten 20 und/oder 21 angeordnet, insbesondere auf die Innenseite aufgespritzt, sein, wobei die thermische Isolation in einem Bereich zwischen den Versteifungsrippen 23 angeordnet sein kann. Dadurch kann beispielsweise ein unerwünschter Wärmeeintrag in das zu temperierende, insbesondere das zu kühlende, Medium von außen vermieden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nicht nur der durch die Sandwichstruktur 19 gebildete Wärmetauscher 9 in dem Luftkanal 5 eingeordnet ist, sondern zusätzlich zu dem durch die Sandwichstruktur 19, insbesondere durch die Versteifungsrippen 23, gebildeten Wärmetauscher 9 können weitere Wärmetauscher in dem Luftkanal 5 angeordnet sein. Bezüglich des Wärmetauschers 9 wirken die Versteifungsrippen 23 beispielsweise als Wärmetauscherflächen, über die der zuvor beschriebene Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann. Zumindest einer der weiteren Wärmeaustauscher kann beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mehr als ein Medium durch voneinander fluidisch getrennte Strömungsverläufe beziehungsweise Kanäle, insbesondere durch den Wärmetauscher 9, geführt werden, wobei die fluidisch voneinander getrennten Strömungsverläufe jeweils zumindest teilweise durch die Versteifungsrippen 23 und/oder durch, insbesondere separate, Einbauten gebildet sind. Bei einem solchen Einbau kann es sich beispielsweise um einen zum Beispiel aus 12 erkennbaren, zusätzlichen Wärmetauscher 25 handeln, welcher in die Sandwichstruktur 19 und somit in den Wärmetauscher 9 integriert ist und somit beispielsweise zumindest teilweise in zumindest einem der ersten Kanäle 24 und/oder in zumindest einem der zweiten Kanäle verläuft. Dadurch ist der weitere Wärmetauscher 25 von dem Medium umströmbar, dass durch den jeweiligen ersten Kanal 24 beziehungsweise durch den jeweiligen zweiten Kanal strömt. Dabei ist beispielsweise der Wärmetauscher 25 von dem ersten Medium, von dem zweiten Medium oder aber von einem dritten Medium durchströmbar, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem den Wärmetauscher 25 umströmenden Medium und dem den Wärmetauscher 25 durchströmenden Medium erfolgen kann. Infolge dieses Wärmeaustausches wird beispielsweise das den Wärmetauscher 25 durchströmende Medium gekühlt oder erwärmt, sodass das den Wärmetauscher 25 umströmende Medium erwärmt oder gekühlt wird.
Bei dem den Wärmetauscher 25 umströmenden und somit den ersten Kanal 24 beziehungsweise den zweiten Kanal durchströmenden Medium handelt es sich beispielsweise um das zuvor genannte erste Medium oder um das zuvor genannte zweite Medium und somit beispielsweise um die den Luftkanal 5 durchströmende Luft, sodass es sich beispielsweise bei dem den Wärmetauscher 25 durchströmenden Medium um das zweite Medium oder um das erste Medium oder um ein anderes, drittes Medium handelt. Durch Integration des Wärmetauschers 25 in den Wärmetauscher 9 sind somit in dem Luftkanal 5 wenigstens zwei Wärmetauscher angeordnet. Die Anordnung der mehreren, im Luftkanal 5 angeordneten Wärmetauscher kann seriell, parallel, seriell-parallel durchströmt sein oder aber frei gewählt werden. Werden die mehreren, in dem Luftkanal 5 angeordneten Wärmetauscher beispielsweise als Kühler verwendet, so bilden die mehreren, in dem Luftkanal 5 angeordneten Wärmetauscher einen Motorhauben-Kühler, da die mehreren Wärmetauscher in die Motorhaube beziehungsweise Fronthaube integriert sind. Somit kann durch den Motorhauben-Kühler mehr als eine Kühlaufgabe realisiert werden. Somit ist es beispielsweise möglich, dass einer der mehreren, in dem Luftkanal 5 angeordneten Wärmetauscher als Ölkühler ausgebildet ist, mittels welchem Motoröl zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine gekühlt werden kann. Beispielsweise ist es somit möglich, das Motoröl auf ein Öl-Temperaturniveau von bis circa 140 Grad Celsius zu kühlen. Ferner kann auch eine Rückkühlung einer Abwärmenutzungsanlage wie einer Adsorptionsanlage, die mit Abgaswärme zur Klimatisierung des Innenraums betrieben wird, realisiert werden, sodass diese auf ein Adsorptions-Temperaturniveau von unter 100 Grad Celsius gekühlt werden kann.
Insgesamt ist erkennbar, dass der jeweilige Wärmetauscher von wenigstens einem Medium durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird, sodass das wenigstens eine Medium temperiert, das heißt gekühlt oder erwärmt wird. Beispielsweise wird dem jeweiligen Wärmetauscher das jeweilige, zu temperierende Medium mittels wenigstens einer Zuleitung, insbesondere mittels mehrerer Zuleitungen, zugeführt. Die jeweilige Zuleitung ist dabei flexibel und/oder mit einem Drehgelenkrohrteil und/oder mit einem Gelenkfitting ausgerüstet.
2 und 3 zeigen eine zweite Ausführungsform des Fahrzeugs 1 beziehungsweise der Wärmetauscheinrichtung 3. Bei der ersten Ausführungsform sind das Kanalelement 4 und somit der Luftkanal 5 und der Wärmetauscher 9 an der Front 15 beziehungsweise in einem Frontbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet. Bei der zweiten Ausführungsform hingegen sind alternativ oder zusätzlich der Luftkanal 5 und somit der Wärmetauscher 9 beziehungsweise das Kanalelement 4 am Heck 16 beziehungsweise in einem Heckbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet. Dabei ist der durch die Sandwichstruktur 19 gebildete Wärmetauscher 9 in 2 und 3 nicht dargestellt. Beispielsweise sind das Kanalelement 4 und somit der Luftkanal 5 auf einer in Fahrzeugquerrichtung linken Seite des Fahrzeugs 1 beziehungsweise der Karosserie 12 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist eine beidseitige Anordnung des Kanalelements 4 und somit des Luftkanals 5 vorgesehen, sodass auch auf der in Fahrzeugquerrichtung rechten Seite ein entsprechendes Kanalelement 4 mit einem Luftkanal 5 angeordnet ist. Besonders gut aus 3 sind ein Verlauf und somit eine durch den Luftkanal 5 beziehungsweise durch das Kanalelement 4 bewirkte Führung der den Luftkanal 5 durchströmenden Luft erkennbar.
Bei der in 2 und 3 veranschaulichten zweiten Ausführungsform ist das Karosserieelement 14 beispielsweise als ein Radhaus beziehungsweise als eine Seitenwand ausgebildet beziehungsweise durch das Karosserieelement 14 ist ein Radhaus 17 des Fahrzeugs 1 zumindest teilweise begrenzt, wobei in dem Radhaus 17 wenigstens ein Rad 18 des Fahrzeugs zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, aufgenommen ist. Wie durch die Pfeile 10 veranschaulicht ist, kann die Luft aus dem Radhaus 17 in den Luftkanal 5 einströmen und dann den Luftkanal 5 durchströmen. Ferner strömt - wie durch die Pfeile 11 veranschaulicht ist - die Luft im Heckbereich aus dem Luftkanal 5 aus.
4 und 5 zeigen eine dritte Ausführungsform des Fahrzeugs 1 beziehungsweise der Wärmetauscheinrichtung 3, wobei auch in 4 und 5 der Wärmetauscher 9 nicht gezeigt ist. Bei der dritten Ausführungsform ist das Karosserieelement 14 als eine Heckschürze ausgebildet beziehungsweise umfasst eine Heckschürze, sodass zumindest der Teil 13 des Kanalelements 4 durch die Heckschürze gebildet ist. Aus 5 ist erkennbar, dass bei der dritten Ausführungsform der Luftkanal 5 beispielsweise wenigstens zwei Eintrittsöffnungen 6 aufweist, welche in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet sind und dabei an jeweiligen Seiten des Fahrzeugs 1, insbesondere der Karosserie 12, angeordnet sind. Dabei umfasst der Luftkanal 5 wenigstens ein oder mehrere Austrittsöffnungen 7, welche beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung und/oder in Fahrzeughochrichtung voneinander beabstandet sind. Insbesondere ist die wenigstens eine Austrittsöffnung 7 in Fahrzeugquerrichtung weiter innen angeordnet als die Eintrittsöffnungen 6, sodass sich eine besonders vorteilhafte Luftführung und Aerodynamik realisieren lassen.
Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweilige Eintrittsöffnung 6 in einem Überdruckbereich angeordnet ist, wobei die jeweilige Austrittsöffnung 7 in einem Unterdruckbereich angeordnet ist. In dem Überdruckbereich herrscht - insbesondere bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 1 - ein höherer Druck als in dem Unterdruckbereich, sodass zwischen dem Überdruckbereich und dem Unterdruckbereich ein Druckgefälle besteht. Mittels dieses Druckgefälles wird die Luft durch den Luftkanal 5 gefördert, sodass ein besonders hoher Luftmassenstrom realisiert werden kann. Dadurch können eine besonders vorteilhafte Aerodynamik und eine effektive Kühlung dargestellt werden.
6 und 7 veranschaulichen eine vierte Ausführungsform des Fahrzeugs 1 beziehungsweise der Wärmetauscheinrichtung 3. Dabei zeigt 6 das Fahrzeug 1 ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht, wobei in 6 durch Pfeile 26 die den Luftkanal 5 durchströmende Luft beziehungsweise deren Strömung durch den Luftkanal 5 veranschaulicht ist. Dabei ist der durch die Sandwichstruktur 19 gebildete Wärmetauscher 9 in 6 nicht dargestellt.
7 zeigt die vierte Ausführungsform in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht. Die zuvor genannten, jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durch die Versteifungsrippen 23 des Kernelements 22 begrenzten und von der Luft beziehungsweise dem zweiten Medium durchströmbaren zweiten Kanäle der Sandwichstruktur 19 und somit des Wärmetauschers 9 sind in 7 mit 27 bezeichnet. Dabei veranschaulichen in 7 Pfeile 28 die die zweiten Kanäle 27 durchströmende Luft beziehungsweise deren Strömung durch die zweiten Kanäle 27. Besonders gut aus 7 ist erkennbar, dass der jeweilige erste Kanal 24 zumindest teilweise durch eine jeweilige erste Seite der jeweiligen Versteifungsrippe 23 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Der jeweilige zweite Kanal 27 ist zumindest teilweise durch eine jeweilige, der jeweiligen ersten Seite abgewandten zweite Seite der jeweiligen Versteifungsrippe 23 gebildet beziehungsweise begrenzt, sodass beispielsweise die jeweilige Versteifungsrippe 23 einerseits von dem ersten Medium und andererseits von dem zweiten Medium umströmt wird. Das zu temperierende erste Medium wird beispielsweise über jeweilige Zuführöffnungen 29 in die jeweiligen ersten Kanäle 24 eingeleitet. Ferner sind beispielsweise jeweilige Abführöffnungen 30 vorgesehen, über welche das jeweilige erste Medium aus den jeweiligen ersten Kanälen 24 abgeführt wird.
Wie in 7 durch einen Bereich X veranschaulicht ist, kann eine vorteilhafte Rippenumströmung beispielsweise durch wenigstens ein Loch in der jeweiligen Versteifungsrippe 23 realisiert werden. Aus 7 ist ferner besonders gut erkennbar, dass beispielsweise die jeweiligen ersten Kanäle 24 Kanalelemente sein können, welche beispielsweise fluidisch miteinander verbunden sein können. Dabei erstreckt sich beispielsweise der jeweilige erste Kanal 24 ausgehend von der jeweiligen Zuführöffnung 29 zumindest im Wesentlichen mäanderförmig zu der jeweiligen Abführöffnung 30, um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang beziehungsweise Wärmeaustausch realisieren zu können. Außerdem veranschaulichen in 7 Pfeile 31 das die jeweiligen ersten Kanäle 24 durchströmende erste Medium und somit dessen Strömung durch die jeweiligen ersten Kanäle 24. Dadurch sind aus 7 unterschiedliche Strömungsführungen des ersten Mediums erkennbar.
Ferner kann das Kernelement 22 Versteifungsrippen 32 umfassen, welche, insbesondere im Gegensatz zu den Versteifungsrippen 23, beispielsweise beidseitig von dem zu temperierenden ersten Medium umströmt werden und zu einer definierten und gezielten Führung des ersten Mediums genutzt werden. Die jeweilige Versteifungsrippe 32 begrenzt beispielsweise auf einer ersten Seite einen ersten der Kanäle 24 und auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite einen zweiten der Kanäle 24. Somit fungieren insbesondere die Versteifungsrippen 23 als Wärmeaustauschrippen beziehungsweise als Wärmeaustauschflächen, über welche ein Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann.
Aus 7 ist besonders gut erkennbar, dass beispielsweise die Versteifungsrippen 23 und/oder die Versteifungsrippen 32 einen in Strömungsrichtung des die Kanäle 24 durchströmenden ersten Mediums verlaufenden welligen und/oder sägezahnartigen Verlauf aufweisen. Dadurch kann eine besonders große Oberfläche geschaffen werden, über welche der Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann.
8 zeigt ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des durch die Sandwichstruktur 19 gebildeten Wärmetauschers 9. Dabei zeigt 9 eine fünfte Ausführungsform der Wärmetauscheinrichtung 3, wobei 9 den Wärmetauscher 9 entlang einer in 8 gezeigten Schnittlinie A-A zeigt. Bei der fünften Ausführungsform sind die Versteifungsrippen 23 beispielsweise beidseitig zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet.
10 zeigt eine sechste Ausführungsform. Bei der sechsten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die jeweiligen, die jeweiligen Kanäle 24 zumindest teilweise begrenzenden beziehungsweise bildenden Versteifungsrippen 23 ihrerseits, insbesondere einseitig oder beidseitig, mit Rippen 34 versehen sind, um dadurch eine besonders große Oberfläche zu realisieren, über welche ein Wärmeaustausch zwischen den Medien erfolgen kann. Beispielsweise ist eines der Medien, insbesondere das erste Medium, flüssig, wobei das zweite beziehungsweise andere Medium ebenfalls flüssig oder aber gasförmig sein kann.
Beispielsweise weisen die auf einer ersten Seite der jeweiligen Versteifungsrippe 23 angeordneten Rippen 34 eine erste Länge auf, wobei die auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der jeweiligen Versteifungsrippe 23 angeordneten Rippen 34 eine zweite Länge aufweisen können. Dabei kann die zweite Länge größer oder kleiner als die erste Länge sein. Ist beispielsweise das den jeweiligen Kanal 24 durchströmende Medium flüssig, wobei das den jeweiligen Kanal 27 durchströmende Medium gasförmig ist, so sind beispielsweise die auf Seiten des Kanals 24 angeordneten Rippen 34 kürzer als die auf Seiten des Kanals 27 angeordneten Rippen.
11 zeigt eine siebte Ausführungsform, bei welcher die Versteifungsrippen 23 einen beispielsweise schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung des die Kanäle 24 durchströmenden Mediums verlaufenden welligen und/oder sägezahnartigen Verlauf aufweisen. Dabei ist der wellige Verlauf beispielsweise auf der bezogen auf die Bildebene von 11 linken Seite L von 11 veranschaulicht, wobei der sägezahnartige beziehungsweise gezackte Verlauf auf der rechten Seite R von 11 veranschaulicht ist.
12 zeigt eine achte Ausführungsform. Bei der achten Ausführungsform ist der bereits genannte, in den Wärmetauscher 9 beziehungsweise in die Sandwichstruktur 19 integrierte Wärmetauscher 25 als Lamellenwärmetauscher, insbesondere als Lamellenkühler, ausgebildet, welcher eine Mehrzahl von beispielsweise als Kühllamellen fungierenden Wärmetauscherlamellen 35 aufweist, welche beispielsweise jeweils eine Längserstreckungsrichtung aufweisen. Über die Wärmetauscherlamellen 35 kann beispielsweise ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem den Lamellenwärmetauscher durchströmenden Medium an das den Lamellenwärmetauscher umströmende Medium realisiert werden. Ferner veranschaulichen in 12 Pfeile 36 die Strömungsrichtung des die jeweiligen Kanäle 24 durchströmenden Mediums, wobei es sich beispielsweise um die den Luftkanal 5 durchströmende Luft oder aber um das erste Medium handelt.
In 12 sind unterschiedliche Ausführungen beziehungsweise Anordnungen des Lamellenwärmetauschers erkennbar. Bei einer mit A1 bezeichneten ersten der Ausführungen sind die Wärmetauscherlamellen 35 über Stege 39 des Lamellenwärmetauschers miteinander verbunden, wobei diese Stege 39 von dem den Lamellenwärmetauscher durchströmenden Medium durchströmbar sind. Dabei weist der jeweilige Lamellenwärmetauscher einen Zulauf 37 und einen Ablauf 38 auf, wobei dem Lamellenwärmetauscher das den Lamellenwärmetauscher durchströmende Medium über den Zulauf 37 zugeführt wird. Über den Ablauf 38 wird das den Lamellenwärmetauscher durchströmende Medium von dem Lamellenwärmetauscher abgeführt. Bei der ersten Ausführung A1 verlaufen die Stege 39 quer beziehungsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des den jeweiligen Kanal 24 durchströmenden Mediums, wobei die jeweilige Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Wärmetauscherlamelle 35 in Strömungsrichtung beziehungsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung verläuft.
Bei einer mit A2 bezeichneten zweiten der Ausführungen des Lamellenwärmetauschers verläuft der Steg 39 in einem Winkel von beispielsweise 45 Grad zur Strömungsrichtung des den jeweiligen Kanal 24 durchströmenden Mediums, wobei die jeweilige Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Wärmetauscherlamelle 35 parallel zur Strömungsrichtung verläuft. Bei einer mit A3 bezeichneten dritten der Ausführungen ist die Ausrichtung der Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Wärmetauscherlamelle 35 zur Strömungsrichtung des den jeweiligen Kanal 24 durchströmenden Mediums variabel beziehungsweise bedarfsgerecht und dabei zumindest im Wesentlichen an die Strömungsrichtung angepasst. Insgesamt ist erkennbar, dass der in die Sandwichstruktur 19 integrierte Lamellenwärmetauscher (Wärmetauscher 25) eine strömungsangepasste Ausrichtung seiner Wärmetauscherlamellen 35, auch bei einer gleichzeitig schiefwinkligen, das heißt von 90 Grad zur Strömungsrichtung abweichenden Ausrichtung aufweist. Dies kann geometrisch auch beschrieben werden als ein Verschwenken von Umfangslamellen in Richtung von Längslamellen des Lamellenwärmetauschers, wobei die Umfangslamellen senkrecht zur Mittelachse des beispielsweise als Wärmetauscherrohr ausgebildeten Stegs 39 ausgerichtet sind und wobei die Längslamellen beispielsweise parallel zur Mittelachse des Wärmetauscherrohres verlaufen. Die jeweiligen Lamellen sind dabei stets in Richtung der unmittelbar örtlichen Strömungsrichtung beziehungsweise Durchströmung ausgerichtet, können als auch innerhalb des Lamellenwärmetauschers unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen.
Bei Beibehaltung eines lichten Lamellenabstands und einer Lamellenhöhe bleibt dabei der Rippenwirkungsgrad systematisch unverändert. Auf diese Weise können auf baulich einfache Weise bei an Strömungssituationen in der Sandwichstruktur 19 oder sonstigen Luftkanälen gut anpassbare Wärmetauschereinbauten wie beispielsweise dem Wärmetauscher 25 die volumetrische Kühlungsdichte erhöht werden, ohne diese durch einen erhöhten Druckverlust zu reduzieren. Insbesondere können die Lamellen in umgelenkten Strömungssituationen als Leitfläche beziehungsweise als Umlenkgitter ausgeformt sein, was den Umlegungs-Druckverlust in der Strömung reduziert.
Dabei zeigt 13 eine neunte Ausführungsform, bei welcher die Wärmetauscherlamellen 35 beispielsweise gekrümmt beziehungsweise bogenförmig ausgebildet sind.
14 bis 16 veranschaulichen eine zehnte beziehungsweise elfte beziehungsweise zwölfte Ausführungsform, bei der der durch die Sandwichstruktur 19 gebildete Wärmetauscher 9 als schaltbare thermische Installation genutzt werden kann. Aus 13 ist erkennbar, dass beispielsweise in der Sandwichstruktur 19 wenigstens eine, beispielsweise zu temperierende, insbesondere zu kühlende beziehungsweise zu isolierende, Komponente 44 angeordnet beziehungsweise in die Sandwichstruktur 19 integriert ist. Die Komponente 44 ist dabei beispielsweise als Hochvolt-Speicher ausgebildet. Der Hochvolt-Speicher ist ein Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und weist dabei eine besonders hohe elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, von mehreren 100 Volt auf. Beispielsweise ist der Hochvolt-Speicher als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet. Insbesondere kann die Komponente 44, zumindest temporär, als Wärmequelle oder Wärmesenke ausgebildet sein beziehungsweise fungieren, wobei die Sandwichstruktur 19, insbesondere temporär, als thermische Isolation wirken kann, insbesondere wenn die Sandwichstruktur 19 nicht von einem beispielsweise flüssigen Wärmeträgermedium angefüllt ist beziehungsweise durchströmt wird, sondern beispielsweise nur ein Gas, insbesondere nur Luft, enthält.
Ferner ist es denkbar, dass die Sandwichstruktur 19 beispielsweise, zumindest temporär, mit einem flüssigen Wärmeträgermedium befüllt werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise einerseits durch Befüllen der Sandwichstruktur 19 mit einem Medium hoher Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Wasser, Öl oder dergleichen und andererseits durch Entleeren der Sandwichstruktur 19, die dann nur ein Gas, insbesondere Luft, mit niedriger Wärmeleitfähigkeit enthält, die thermische Isolationsleistung signifikant verändert beziehungsweise geschaltet werden. Ist somit die Sandwichstruktur 19 nur mit Gas gefüllt, so wirkt die Sandwichstruktur 19 als thermische Isolation für die Komponente 44. Wird die Sandwichstruktur 19 jedoch mit einer Flüssigkeit gefüllt, so kann eine leistungsstarke Wärmeabfuhr von der Komponente 44 realisiert werden, sodass beispielsweise eine thermische Isolationswirkung im Gegensatz zum Füllen der Sandwichstruktur 19 nur mit Gas drastisch herabgesetzt werden kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Hochvoltspeicher bei niedriger Betriebstemperatur zur schnellen Erwärmung mittels der Sandwichstruktur 19 zu isolieren und bei erhöhter Betriebstemperatur zu kühlen, entweder durch Befüllen zum Beispiel mit Wasser und/oder Glykol oder mittels Durchströmen mit zum Beispiel Wasser und/oder Glykol. Weiterhin kann die mechanisch hochsteife Sandwichstruktur 19 gestalt- und Funktionsintegriert zur Halterung beziehungsweise Befestigung beziehungsweise Einhausung des gewichtsintensiven Hochvoltspeichers und/oder einer anderen Komponente ausgestaltet werden.
Aus 15 ist erkennbar, dass die Komponente 44 beispielsweise von der Sandwichstruktur 19 umgeben ist und dabei insbesondere thermisch an die Sandwichstruktur 19 angebunden ist.
Aus 16 ist erkennbar, dass die Sandwichstruktur 19 beispielsweise als Sandwich-Einhausung für die Komponente 44 fungiert. Dabei veranschaulichen beispielsweise Pfeile 40 eine Strömung eines Mediums durch den jeweiligen Kanal 24, wobei dem Kanal 24 das Medium beispielsweise über einen Zulauf 41 zugeführt und über einen Rücklauf 42 abgeführt werden kann. Wird beispielsweise der jeweilige Kanal 24 nur mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt, so ist eine thermische Isolation der in die Sandwichstruktur 19 integrierten Komponente 44 bewirkt. Wird beispielsweise das Gas insbesondere im Rücklauf 42 aus dem jeweiligen Kanal 24 abgeführt, und wird über den jeweiligen Zulauf 41 eine Flüssigkeit in den Kanal 24 eingeleitet, sodass die Flüssigkeit beispielsweise in dem Kanal 24 steht oder den Kanal 24 durchströmt, so ist die thermische Isolationswirkung der Sandwichstruktur 19 gegenüber einem Zustand, in dem der jeweilige Kanal 24 lediglich ein Gas enthält beziehungsweise von Gas durchströmt wird, herabgesetzt, sodass beispielsweise die Komponente 44 effektiv und effizient gekühlt werden kann. Bei der in 16 veranschaulichten zwölften Ausführungsform fungiert die Sandwichstruktur 19 als thermische Isolation, als tragende Einhausung und als insbesondere aktives Kühlelement. Über die tragende Einhausung kann die Komponente 44 beispielsweise an einer weiteren, anderen Komponente gehaltert werden. Hierzu sind beispielsweise an der Sandwichstruktur 19 Befestigungselemente 43 vorgesehen, über die die Sandwichstruktur 19 an einem anderen Bauelement befestigt werden kann.
Insgesamt können durch die Wärmetauscheinrichtung 3, insbesondere durch die den Wärmetauscher 9 bildende Sandwichstruktur 19, folgende Vorteile erzielt werden:

- Reduktion des Bauraum- beziehungsweise Packagebedarfs und des Fahrwiderstands durch Funktionsintegration von Kühlluftstrom und aerodynamischer Strömungsführung, sodass sich eine CO2-Reduktion realisieren lässt
- Reduktion des Bauraumbedarfs und der Masse dadurch, dass beispielsweise der als Kühler ausgebildete Wärmetauscher 9 ortsnah an einer zu kühlenden Wärmequelle angeordnet werden kann, sodass die Masse, das Volumen beziehungsweise der Bauraumbedarf und die Kosten für das den Wärmetauscher 9 durchströmende Medium führende Leitungen besonders gering gehalten werden können. Dies gilt insbesondere für Konfigurationen, bei denen sich ein Antrieb im Heck und ein konventionelles Kühlerpaket in der Fahrzeugfront befindet oder bei denen im Motorraum eine Abgaswärmenutzungsanlage angeordnet ist, die direkt mit dem darüber liegenden Motorhaubenkühler rückgekühlt wird
- Nutzung eines Funktionselements beispielsweise als freier Kühler als Designelement
- Verbesserung des Fußgängerschutzes beziehungsweise des Passantenschutzes bei Ausgestaltung des Wärmetauschers 9 als Motorhaubenkühler
- Reduktion der Bauraumgröße oder Entfall des konventionellen Kühlerpakets in der Fahrzeugfront
- Reduktion beziehungsweise Verkleinerung der Kühlerpakets, insbesondere durch Verlagerung von Höchstlastkühlleistungsspitzen in dem Wärmetauscher 9
- Reduktion der elektrischen Bordnetzlast zum Betrieb konventioneller Lüfter im Kühlerpaket durch Nutzung des zusätzlichen, den Luftkanal 5 durchströmenden Luftstroms
- durch die hochsteife Sandwichstruktur 19 kann ein volumetrisch hoch-integrierter Wärmetauscher 9 realisiert werden, der ferner als mechanische Lasten tragender Wärmetauscher ausgebildet werden kann und somit Strukturlast tragen kann
- funktional hoch-integrierte Wärmetauscher- beziehungsweise Kondensatorstrukturen, die zudem als thermische Isolation und als mechanisch hochbelastbare Tragstruktur beziehungsweise Einhausung dienen.

Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Pfeil
3: Wärmetauscheinrichtung
4: Kanalelement
5: Luftkanal
6: Eintrittsöffnung
7: Austrittsöffnung
8: Umgebung
9: Wärmetauscher
10: Pfeil
11: Pfeil
12: Karosserie
13: Teil
14: Karosserieelement
15: Front
16: Heck
17: Radhaus
18: Rad
19: Sandwichstruktur
20: Deckschicht
21: Deckschicht
22: Kernelement
23: Versteifungsrippe
24: Kanal
25: Wärmetauscher
26: Pfeil
27: Kanal
28: Pfeil
29: Zuführöffnung
30: Abführöffnung
31: Pfeil
32: Versteifungsrippe
34: Rippen
35: Wärmetauscherlamellen
36: Pfeile
37: Zulauf
38: Rücklauf
39: Steg
40: Pfeil
41: Zulauf
42: Rücklauf
43: Befestigungselement
44: Komponente
X: Bereich

Claims

Wärmetauschereinrichtung (3) für ein Fahrzeug (1), mit wenigstens einer zwei voneinander beabstandete Deckschichten (20, 21) und ein zwischen den Deckschichten (20, 21) angeordnetes, mit den Deckschichten (20, 21) verbundenes und Versteifungsrippen (23) aufweisendes Kernelement (22) umfassenden Sandwichstruktur (19), durch welche wenigstens ein von zumindest einem zu temperierenden Medium durchströmbarer Wärmetauscher (9) gebildet ist, dessen von dem mittels des Wärmetauschers (9) zu temperierenden Medium durchströmbare Kanäle (24) jeweils zumindest teilweise durch die Versteifungsrippen (23) begrenzt sind.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens ein Kanalelement (4), durch welches wenigstens ein von Luft durchströmbarer Luftkanal (5) begrenzt ist, wobei zumindest ein Teilbereich der Sandwichstruktur (19) von der den Luftkanal (5) durchströmenden Luft um- und/oder durchströmbar ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (5) wenigstens eine von der Luft durchströmbare Durchströmöffnung (6, 7) aufweist, über welche der Luftkanal (5) fluidisch mit der Umgebung (8) des Kanalelements (4) verbunden ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (13) des Kanalelements (4) als ein zumindest einen Teilbereich des Luftkanals (5) begrenzendes Karosserieelement (14) der Karosserie (12) des Fahrzeugs (1) ausgebildet ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung (6, 7) unmittelbar an den Teil (13) angrenzt.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstruktur (19) Bestandteil des Karosserieelements (14) ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieelement (14) als Fronthaube für das Fahrzeug (1) ausgebildet ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (5) eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe aufweist, die kleiner oder gleich einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Höhe eines in Fahrzeughochrichtung zwischen der Fronthaube und einem in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Fronthaube angeordneten Bauelement des Fahrzeugs (1) angeordneten, zu Fußgängerschutzzwecken vorgesehenen Freiraums ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftkanal (5) wenigstens ein Lüfter zum Fördern der Luft durch den Luftkanal (5) angeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstruktur (19) in dem Luftkanal (5) angeordnet und von der den Luftkanal (5) durchströmenden Luft um- und/oder durchströmbar ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftkanal (5) wenigstens ein Ventilelement angeordnet ist, welches zwischen wenigstens einer zumindest einen von der Luft durchströmbaren Teilbereich des Luftkanals (5) fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Teilbereich freigebenden Offenstellung, insbesondere relativ zu dem Karosserieelement (14), bewegbar ist.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (23) mit jeweiligen, von den jeweiligen Versteifungsrippen (23) abstehenden Rippen (34) versehen sind.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (23) einen in Strömungsrichtung des die Kanäle (4) durchströmenden Mediums und/oder schräg oder senkrecht dazu verlaufenden welligen und/oder sägezahnartigen Verlauf aufweisen.
Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Sandwichstruktur (19) wenigstens ein Lamellenwärmetauscher (25) integriert ist, dessen Wärmetauscherlamellen (35) in zumindest einem der Kanäle (4) des Wärmetauschers (9) verlaufen und eine jeweilige Längserstreckungsrichtung aufweisen, die schräg, parallel oder senkrecht zur Strömungsrichtung des den zumindest einen Kanal (4) durchströmenden Mediums verläuft.
Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Wärmetauschereinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.