WO2010130635A1 - Heizkörper für ein kraftfahrzeug mit einer brennkraftmaschine - Google Patents
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- F28D2021/0091—Radiators
- F28D2021/0096—Radiators for space heating
Definitions
- the invention relates to a radiator for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
- Radiators that are operated in countercurrent for increased performance, d. H. in which the air to be heated is passed in countercurrent to the coolant, are known. Such a radiator was known from DE 44 31 107 C2. In the known countercurrent radiator, the coolant is deflected in one or more stages of the air outlet side in the direction of the air inlet side. This can be a higher heat transfer performance can be achieved.
- the disadvantage here is that the coolant must be distributed on the inlet side over the entire row of tubes, not all tubes are supplied evenly with coolant. As a result, a temperature stratification, i. H. occur over the width inhomogeneous temperature distribution.
- the coolant is distributed on the inlet side 20 to a number of flow channels (referred to below as channels for short) which corresponds at most to the number of channels in a row.
- the inlet cross section of the coolant in the radiator block thus amounts to a maximum of 25% of the cross section of all the flow channels ⁇ of the radiator block.
- the channels can be formed by 25 tubes, in particular flat tubes, wherein a flat tube as a two-chamber tube, d. H. can be formed with two discrete flow channels.
- the radiator then has two rows of flat tubes.
- the coolant is on the inlet side either to a single, d. H.
- the coolant is distributed on the inlet side on two rows of channels and then deflected at least once in the width in both cases arise on the inlet side a more uniform admission of the channels and an increase in performance.
- the coolant is then first or second time in the Depth deflected to be subsequently deflected again in width.
- the additional volume required by the known auxiliary heater is taken up by the radiator according to the invention.
- the latter thus does not take up more space than known radiators with electric heater. This frees the electrical system of the motor vehicle from an additional consumer.
- the heat contained in the coolant can thus be used to a greater extent for the heating of the passenger compartment of the motor vehicle.
- the smaller volumetric flows mean that the hose diameter and thus the coolant quantity can be reduced, which leads to faster heating of the coolant.
- the individual embodiments according to the invention each have a specific temperature profile at a very high heating power and thus offer the possibility of a special use in the air conditioning system of the motor vehicle. This can be used in different versions of the air conditioning on a matching radiator with an adapted temperature profile.
- FIG. 1 shows a heat exchanger designed as a radiator 1 for motor vehicles, which has two rows of flat tubes 2, 3 which are each designed as two-chamber tubes and each have two discrete flow channels 2a, 2b, 3a, 3b. Between the flat tubes 2, 3 (seen perpendicular to the plane) are not shown, designed as corrugated-pen secondary surfaces arranged, which are overflowed by air, represented by an arrow L 1 . Flat tubes and corrugated ribs form a radiator block.
- the flat tubes 2, 3 are accommodated in an upper coolant box 4 and a lower coolant box 5 at the end.
- the radiator 1 is preferably made entirely of aluminum materials, and all the items are soldered together.
- the flat tubes 2, 3 or their flow channels 2a, 2b, 3a, 3b are flowed through by a heating medium, for which purpose the coolant of the cooling circuit of the internal combustion engine of the motor vehicle is used.
- the radiator is arranged on the water side in a secondary circuit (H ⁇ izniklauf) of the cooling circuit.
- the heat contained in the coolant is thus used for the heating of the air, which is supplied to a vehicle interior of the motor vehicle, not shown.
- the invention thus relates to a so-called engine-dependent heating.
- the direction of flow L of the air is also referred to as the depth direction, ie a deflection of the coolant in or against the direction of the arrow L is referred to below as a deflection in the depth.
- a deflection of the coolant - in one or both cooling middle boxes 4, 5 - perpendicular to the plane of the drawing is referred to as a transversal width.
- longitudinal partitions 4a, 4b, 4c are provided, which allow a deflection of the coolant in the depth direction.
- a middle longitudinal partition wall 5a is arranged in the lower coolant box 5.
- the arrangement shown here of the partitions 4a, 4b, 4c, 5a is only an example, it does not apply in principle for the embodiments of the invention described below.
- Fig. 2, 2a show a first embodiment of the invention
- a horizontally arranged radiator 10 ie its flat tubes 12, 13, corresponding to the flat tubes 2, 3 shown in Fig. 1
- the inlet side coolant box 14 and the deflection box 15 are arranged vertically.
- the coolant box 14 is additionally shown in a plan view in Fig. 2a and has a longitudinal partition wall 14a and a transverse partition wall 14d, which limits the longitudinal partition wall 14a.
- a continuous longitudinal dividing wall 15a is arranged, which is shown partially in dashed lines.
- the flow direction of the air which flows through the radiator 10 is represented by arrows L.
- Inlet and outlet of the coolant are represented by arrows E, A.
- the coolant represented by the arrow E 1
- the flow direction of the coolant is represented in FIG. 2a by cross and point symbols, the cross symbol in the circle designating a flow direction perpendicular to the drawing plane and the dot symbol in the circle indicating a flow direction perpendicular to the plane of the drawing.
- the flow pattern of the coolant in FIG. 2 is identified by seven arrows S1 to S7, each perpendicular to one another. The coolant flows through the radiator 10 after the entry thus first according to the arrow S1, d.
- the coolant is deflected in the deflection box 5 over the entire width according to the arrow S2 and then flows through the radiator 10 over the full width in the opposite direction, ie according to the arrow S3.
- arrow S4 in the coolant box 14 a Umlenk ⁇ ng in the Depth, ie opposite to the air flow direction L.
- the following arrows S5, S6, S7 correspond to the flow arrows S1, S2, S3 in the reverse direction.
- the coolant is deflected once in the row of the flat tubes 12 in width, once in depth, and a second time in the row of the flat tube 13 in the width.
- FIG. 3a, 3b show a second embodiment of the invention for a standing arranged radiator 20, d. H. the flat tubes 22, 23 are arranged vertically.
- the radiator 20 has an upperdemiüelkas- th 24 for the lateral inlet and outlet of the coolant and a lower coolant box 25, which are each shown in Fig. 3a and Fig. 3b in a plan view with partitions and flow direction symbols.
- the upper coolant box 24 in FIG. 3 a has a continuous longitudinal dividing wall 24 a, as well as an eccentrically arranged transverse dividing wall 24 d.
- the lower coolant box 25 has a continuous longitudinal partition wall 25a and an eccentrically arranged transverse partition wall 25b.
- the partitions 24d, 25b are, as far as hidden, also shown in dashed lines.
- the flow profile of the coolant is shown in FIG. 3 by thirteen flow arrows S1 to S13. Thereafter, the coolant in the inlet and leeward pipe rows is deflected twice in width, after which, according to arrow S7, a deepening in the depth takes place in the windward outlet row. There, the coolant is also deflected twice in width according to the arrows S9 to S13.
- the coolant deposits a relatively wide path due to the total of fivefold deflection, which is advantageous, in particular, for small volume flows and low inlet temperature.
- Flg. 4, 4a, 4b show a third embodiment of the invention for a
- Flow pattern 30 The associated radiator is omitted here and in the following examples, it corresponds in principle Structure of the radiator 20 of FIG. 3. The only difference is the arrangement of the longitudinal and transverse partitions and partly the inlet and outlet of the coolant.
- the flow pattern 30 is characterized by flow arrows S1 to S11 adjoining one another, ie by a simple turn in the width in the first row of tubes, a subsequent deflection in the depth (arrow S5) and then a double deflection in the width in the second row of tubes.
- the upper coolant box 34 of the radiator not shown, is shown in Fig. 4a, the lower coolant box 35 in Fig. 4b.
- Fig. 5, ⁇ a, 5b show a fourth embodiment of the invention with a flow model 40 for the coolant, represented by arrows S1 to S12, ie from the inlet E to the outlet A of the coolant.
- the upper coolant box 44 shown in FIG. 5 a, has a non-continuous longitudinal partition wall 44 a, in whose non-continuous region a dot symbol 7 b, corresponding to the flow arrow S7 b in FIG. 5, is drawn.
- the lower coolant box 45 shown in Fig. 5b, also has a non-continuous longitudinal partition wall 45a, in the non-continuous region, a cross symbol S6a is located, which corresponds to the flow arrow S6a in Fig. 5.
- the longitudinal partitions are always in the middle, d. H. arranged between the two rows of flat tubes.
- the deflection of the coolant in the width is thus always within the flat tube row, d. H. parallel in two rows of channels.
- the longitudinal partitions are also off-center, d. H. arranged between two rows of channels - this allows the coolant to be better distributed over the entire width of the radiator.
- Figures 6, 6a, 6b show a fifth embodiment of the invention, shown as a flow model 50.
- Figure 6a. 6b show the upper coolant box 54 and the lower coolant box 55 of the heater, not shown.
- the coolant box 54 has a central, non-continuous longitudinal partition wall 54a and an off-center, continuous longitudinal partition wall 54b between the channels 52a, 52b of the flat tubes 52.
- the lower coolant box 55 has a centrally arranged, continuous longitudinal partition wall 55a.
- the coolant is distributed over the entire width of the coolant box 54 after the entry according to arrow E, but only in the row of the channels 52a.
- the lower coolant box 55 is then a deflection in depth, represented by two arrows T1 in Fig.
- FIG. 7a, 7b show a sixth embodiment of the invention, shown as Strömungsmod ⁇ ll 60.
- This embodiment corresponds essentially to the embodiment of FIG. 6 with the differences that the inlet and outlet of the coolant to a coolant box, namely the upper coolant box 64 are arranged and that takes place in the exit-side row of tubes only a simple deflection in width.
- the twofold deflections T1, T2 are thus in agreement with each other in the depth.
- 8a, 8b show a seventh embodiment of the invention in the form of a flow model 70, wherein the inlet E and the outlet A of the coolant takes place on opposite sides (narrow sides) of the upper coolant box 74.
- a first deflection takes place in the depth in the lower coolant box 75 as a result of the non-continuous partition wall 75 b.
- this deflection is shown as arrow T1.
- a second deflection in the depth takes place in the upper coolant box 74 due to the non-continuous longitudinal partition wall 74a, which is shown in FIG. 8 by the arrow T2.
- the deflections in the depths T1, T2 thus take place - as can be seen on the flow model 70 - on diagonally opposite regions of the radiator.
- FIG. 9a, 9b show an eighth embodiment of the invention in the form of a flow model 80, wherein the coolant inlet E and the coolant outlet A are respectively frontally, d. H. on the eliminate and windward longitudinal side of the upper coolant box 84, shown in Fig. 9a, takes place.
- a non-continuous, centrally arranged longitudinal partition wall 84a is provided here, which has cross-sections for deflection at depth on both sides-this is illustrated by the arrows T2 in FIG. The first deflection in the depth takes place in the lower coolant box 85 - represented in FIG. 9 by the arrows T 1.
- the coolant stream is therefore divided as a result of the non-continuous partition wall 84 a, ie. H. in the same part streams, which are simply deflected in each case on the outlet-side tube row and merged again in the central region of the outlet A.
- This flow mode 80 is distinguished by a particularly homogeneous temperature distribution across the width as a result of the symmetrical flow guidance.
- FIG. 10a, 10b show a ninth embodiment of the invention in the form of a flow model 90, wherein the coolant inlet E and the coolant outlet A in each case take place centrally on the longitudinal sides of the upper coolant box 94.
- the upper coolant box 94 has two eccentric continuous longitudinal web walls 94b, 94c.
- the lower coolant tank 95 shown in FIG. 1Ob 1 has a doubly interrupted, arranged off-center longitudinal partition wall 95c and a likewise arranged off-center, endseittg on non-continuous longitudinal partition wall 95b. In this respect, it comes in the lower coolant tank 95 to a first two-sided deflection in depth, shown in Fig. 10 by the two arrows T1.
- the incoming coolant flow is thus divided by the outer deflections in depth, then each deflected simply in width, reunited in the middle and then divided again and deflected in depth - this is shown schematically in Fig. 10 by the two arrows T2
- the coolant streams be in the last, luv computer located channel row in the upper coolant box 95 in the area of the outlet A merged again.
- the advantages are a homogeneous temperature distribution in the width as well as long flow paths, which allow a high heat emission of the coolant to the air.
- FIG. 11a shows the upper coolant box 104, which has two off-center continuous partition walls 104b, 104c.
- 11b shows the lower coolant box 105, which has two off-center, non-continuous partitions 105b, 105c.
- the coolant is first distributed over the entire width of a channel row after entry and then deflected in the depth - represented by the arrow T1 in Fig. 11 -.
- the exit of the coolant takes place - analogous to the entrance - over the entire width of a channel row.
- FIG. 12a shows the upper coolant box 114 with coolant inlet according to arrow E.
- FIG. 12b shows the lower coolant box 115 with coolant outlet according to arrow A.
- a twofold deflection takes place in the width, followed by a deflection in the depth, represented by the arrow T1 in FIG 12, then a further deflection in depth according to arrow T2 in Fig. 12.
- the exit ofmémitte is via the luv soup ⁇ channel row.
- FIGS. 13a, 13b show the upper coolant box 124 with coolant inlet E and coolant outlet A and the lower coolant box 125.
- the coolant inlet E takes place initially in the leeward row of flat tubes a simple deflection in the width, then a deflection in the depth - according to arrow T1 in Fig. 13 - then a distribution of the coolant to a channel row and a second deflection in depth, according to arrow T2 in Fig. 13.
- the outlet A of Coolant takes place from the windward channel row.
- Flg. 14, 14a, 14b show a thirteenth embodiment of the invention, shown as flow model 130.
- Figs. 14a, 14b show the upper one
- Coolant box 134 with coolant inlet E and coolant outlet A and the lower coolant box 135.
- the coolant is simply deflected in width after entering the leeward flat tube row, then in depth, according to arrow T1 in Fig. 14, deflected and on a channel row distributed in full width. Subsequently, a second deflection takes place in the depth corresponding to the two arrows T2 in Fig. 14 and the outlet of the coolant from the windward channel row.
- FIG. 15a shows the upper coolant box 144 with coolant inlet E and coolant outlet A
- FIG. 15b shows the lower coolant box 145.
- the coolant is distributed after entry over the entire width of the leeward channel row, then deflected outwardly in the lower collection box 145 in depth, according to the arrow T1 in Fig. 15, and distributed over the remaining three rows of channels. Subsequently, a twofold Umtenkung in width over three rows of channels, which are traversed parallel to each other.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Heizkörperblock mit mindestens vier Reihen von Strömungskanälen (2a, 2b, 3a, 3b) für ein dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine entnehmbares Kühlmittel, mindestens einen Kühlmittelkasten (4, 5) für den Ein- und/oder Austritt, die Verteilung, Sammlung und/oder Umlenkung des Kühlmittels, wobei in dem mindestens einen Kühlmittelkasten (4, 5) Längs- und/oder Quertrennwände (4a, 4b, 4c, 5a) zur Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe und/oder der Breite angeordnet sind und wobei der Heizkörperblock von Luft in Strömungsrichtung (L) durchströmt und das Kühlmittel durch die Strömungskanäle (2a, 2b, 3a, 3b) im Gegenstrom geführt wird. Es wird vorgeschlagen, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite auf eine Anzahl von Strömungskanälen (2a, 2b) verteilt wird, welche maximal der Anzahl von Strömungskanälen einer Reihe entspricht.
Description
Heizkörper für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschlne
Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für ein Kraftfahrzeug nach dem Ober- begriff des Patentanspruches 1.
Heizkörper, die zur Leistungssteigerung im Gegenstrom betrieben werden, d. h. bei denen die zu erwärmende Luft im Gegenstrom zum Kühlmittel geführt wird, sind bekannt. Ein derartiger Heizkörper wurde durch die DE 44 31 107 C2 bekannt. Bei dem bekannten Gegenstrom-Heizkörper wird das Kühlmittel in einer oder mehreren Stufen von der Luftaustrittsseite in Richtung Lufteintrittsseite umgelenkt. Hiermit kann eine höhere Wärmeübertragungsleistung erzielt werden. Nachteilig hierbei ist, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite über die gesamte Rohrreihe verteilt werden muss, wobei nicht alle Rohre gleichmäßig mit Kühlmittel versorgt werden. Dadurch kann eine Tempera- tursträhnigkeit, d. h. eine über die Breite inhomogene Temperaturverteilung auftreten.
Durch die DE 102 47 609 A1 wurde ein Heizkörper bekannt, bei welchem das Kühlmittel ausschließlich in der Breite, und zwar in mehreren Stufen umgelenkt wird, wobei mehrere Kühlmittelströme parallel geschaltet sind. Ziel dieser Anordnung ist es, durch Verwirbelung des Kühlmittels an den Um- lenkstellen der Kühlmittelkästen relativ große Druckverluste zu erreichen.
Durch die DE 10 2005 048 227 A1 der Anmelderin wurde ein Heizkörper mit Flachrohren bekannt, bei welchem das Kühlmittel im Kreuzgegenstrom zum Luftstrom geführt ist, d. h. es findet eine Umlenkung in der Tiefe in Richtung auf die Lufteintrittsseite statt. 5
Durch die ältere Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2008 017 485.8 (internes Aktenzeichen der Anmelderin: 07-B-142- A) wurde ein Heizkörper für Kraftfahrzeuge mit Umlenkung des Kühlmittels sowohl in Breite als auch in der Tiefe bekannt. 10
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizkörper der eingangs genannten Art in seiner Leistung weiter zu verbessern, wobei gleichzeitig eine möglichst kompakte Bauweise und eine gleichmäßige Temperaturver- teilung auf der Luftaustrittsseite (Leeseite) erreicht werden sollen.
I b
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite 20 auf eine Anzahl von Strömungskanälen (im Folgenden kurz Kanäle genannt) verteilt wird, welche maximal der Anzahl von Kanälen einer Reihe entspricht. Der Eintrittsquerschnitt des Kühlmittels in dem Heizkörperblock (mit vier Kanalreihen) beträgt somit maximal 25 % des Querschnittes sämtlicher Strö- mungskanälθ des Heizkörperblockes. Bevorzugt können die Kanäle durch 25 Rohre, insbesondere Flachrohre gebildet werden, wobei ein Flachrohr als Zweikammerrohr, d. h. mit zwei diskreten Strömungskanälen ausgebildet sein kann. Der Heizkörper hat dann zwei Flachrohrreihen.
Bevorzugt wird das Kühlmittel eintrittsseitig entweder auf eine einzige, d. h.
30 die leeseitig angeordnete Kanalreihe verteilt und anschließend in der Tiefe umgelenkt. Alternativ wird das Kühlmittel eintrittsseitig auf zwei Kanalreihen verteilt und anschließend mindestens einmal in der Breite umgelenkt In beiden Fällen ergeben sich eintrittsseitig eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Kanäle und eine Leistungssteigerung. Nach weiteren bevorzugten Aus- 5 führungsformen wird das Kühlmittel dann zum ersten oder zweiten Mal in der
Tiefe umgelenkt, um ein anschließend nochmals in der Breite umgelenkt zu werden. Mit der erfindungsgemäßen Verteilung und Umlenkung des Kühlmittels wird der Vorteil einer hohen Leistungsdichte und eines hohen Wirkungsgrades erreicht. Dadurch ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass eine elektri- sehe Zusatzheizung, ein so genannter Zuheizβr, der bei konventionellen Heizkörpern leeseitig angeordnet ist, entfallen kann. Das durch den bekannten Zuheizer zusätzlich beanspruchte Bauvolumen wird durch den erfin- dungsgemäßen Heizkörper eingenommen. Letzterer beansprucht somit nicht mehr Bauraum als bekannte Heizkörper mit elektrischem Zuheizer. Damit wird das Bordnetz des Kraftfahrzeuges von einem zusätzlichen Verbraucher befreit. Die im Kühlmittel enthaltene Wärme kann somit in verstärktem Maße für die Beheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges herangezogen werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine hohe Leistungsdichte auch bei kleinen Volumenströmen des Kühlmittels. Durch die kleineren Volumenströ- me können Schlauchdurchmessβr und somit die Kühlmittelmenge reduziert werden, was zu einer schnelleren Aufheizung des Kühlmittels führt. Die einzelnen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weisen jeweils ein spezifisches Tempβraturprofil bei einer sehr hohen Heizleistung auf und bieten dadurch die Möglichkeit einer speziellen Nutzung in der Klimaanlage des Kraft- fahrzeuges. Damit kann bei unterschiedlichen Ausführungen der Klimaanlage auf einen passenden Heizkörper mit angepasstem Temperaturprofil zurückgegriffen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich weitere Merkmale und/oder Vorteile aus der Beschreibung und/oder Zeichnung ergeben können. Es zeigen
Fig. 1 einen zweireihigen Flachrohr-Heizkörper mit vier Strö- mungskanälen,
Fig. 2, 2a ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen liegend angeordneten Heizkörper (Flachrohre waagerecht), Fig, 3, 3a, 3b eine zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen stehend angeordneten Heizkörper (Rohre senkrecht), mit Strömungsveriauf des Kühlmittels,
Fig. 4, 4a, 4b ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5, 5a, 5b ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6, 6a, 6b ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7, 7a, 7b ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 8, 8a, 8b ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9, 9a, 9b ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 10, 10a, 10b ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 11 , 11a, 11b ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 12, 12a, 12b ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 13, 13a, 13b ein zwölftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 14, 14a, 14b ein dreizehntes Ausführungsbeispiei der Erfindung,
Fig. 15, 15a, 15b ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen als Heizkörper 1 für Kraftfahrzeuge ausgebildeten Wär- meübertrager, welcher zwei Reihen von Flachrohren 2, 3 aufweist, welche jeweils als Zweikammerrohre ausgebildet sind und jeweils zwei diskrete Strömungskanäle 2a, 2b, 3a, 3b aufweisen. Zwischen den Flachrohren 2, 3 (senkrecht zur Zeichenebene gesehen) sind nicht dargestellte, als Wellrip- pen ausgebildete Sekundärflächen angeordnet, welche von Luft, dargestellt durch einen Pfeil L1 überströmt werden. Flachrohre und Wellrippen bilden einen Heizkörperblock. Die Flachrohre 2, 3 sind endseitig in einem oberen Kühlmittelkasten 4 und einem unteren Kühlmittelkasten 5 aufgenommen. Der Heizkörper 1 ist vorzugsweise gänzlich aus Aluminiumwerkstoffen hergestellt, und sämtliche Einzelteile sind miteinander verlötet. Die Flachrohre 2, 3 bzw. deren Strömungskanäle 2a, 2b, 3a, 3b werden von einem Heizme- dium durchströmt, wofür das Kühlmittel des Kühlkreislaufes der Brennkraft- maschine des Kraftfahrzeuges verwendet wird. Der Heizkörper ist wassersei- tig in einem Nebenkreislauf (Hβizkreislauf) des Kühlkreislaufes angeordnet. Die im Kühlmittel enthaltene Wärme wird somit für die Erwärmung der Luft benutzt, welche einem nicht dargestellten Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist somit eine so genannte motorabhängige Heizung. Die Strömungsrichtung L der Luft, wird auch als Tiefenrichtung bezeichnet, d. h. eine Umlenkung des Kühlmittels in oder entgegen der Pfeilrichtung L wird im Folgenden als Umlenkung in der Tiefe be- zeichnet. Eine Umlenkung des Kühlmittels - in einem der oder beiden Kühl-
mittelkästen 4, 5 - senkrecht zur Zeichenebene wird als Umtenkung in der Breite bezeichnet. Im oberen Kühlmittelkasten 4 sind Längstrennwände 4a, 4b, 4c vorgesehen, weiche eine Umlenkung des Kühlmittels in Tiefenrichtung ermöglichen. Im unteren Kühlmittelkasten 5 ist eine mittlere Längstrennwand 5a angeordnet. Die hier gezeigte Anordnung der Trennwände 4a, 4b, 4c, 5a ist nur beispielhaft, sie gilt grundsätzlich nicht für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Fig. 2, 2a zeigen als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen liegend angeordneten Heizkörper 10, d. h. dessen Flachrohre 12, 13, entsprechend den in Fig. 1 dargestellten Flachrohren 2, 3, sind waagerecht angeordnet. Der eintrittsseitlge Kühlmittelkasten 14 sowie der Umlenkkasten 15 sind senkrecht angeordnet. Der Kühlmittelkasten 14 ist zusätzlich in einer Draufsicht in Fig. 2a dargestellt und weist eine Längstrennwand 14a sowie eine Quertrennwand 14d auf, welche die Längstrennwand 14a begrenzt. Im Um- lenkkasten 15 ist eine durchgehende Längstrennwand 15a angeordnet, welche teilweise gestrichelt dargestellt ist. Die Strömungsrichtung der Luft, welche den Heizkörper 10 durchströmt, ist durch Pfeile L dargestellt. Ein- und austritt des Kühlmittels sind durch Pfeile E, A dargestellt. Man erkennt, dass das Kühlmittel und die Luft im Gegenstrom bzw. Kreuzgegenstrom geführt sind: das Kühlmittel, dargestellt durch den Pfeil E1 tritt auf der Leeseite des Heizkörpers 10, d. h. in die Flachrohre 12 ein. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist in Fig. 2a durch Kreuz- und Punktsymbole dargestellt, wobei das Kreuzsymbol im Kreis eine Strömungsrichtung senkrecht in die Zeichen- ebene hinein und das Punktsymbol im Kreis eine Strömungsrichtung senkrecht aus der Zeichenebene heraus bezeichnen. Zusätzlich ist der Strömungsverlauf des Kühlmittels in Fig. 2 durch sieben jeweils senkrecht aneinander anschließende Pfeile S1 bis S7 gekennzeichnet. Das Kühlmittel durchströmt den Heizkörper 10 nach dem Eintritt also zunächst gemäß dem Pfeil S1, d. h, in der gesamten Breite, jedoch nur in der oberen Hälfte (entsprechend der Darstellung in Fig. 2). Anschließend wird das Kühlmittel im Umlenkkasten 5 über die gesamte Breite entsprechend dem Pfeil S2 umgelenkt und durchströmt dann den Heizkörper 10 über die volle Breite in der entgegengesetzten Richtung, d. h. entsprechend dem Pfeil S3. Danach er- folgt entsprechend Pfeil S4 im Kühlmittelkasten 14 eine Umlenkυng in der
Tiefe, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung L. Die nachfolgenden Pfeile S5, S6, S7 entsprechen den Strömungspfeilen S1 , S2, S3 in umgekehrter Richtung. Somit wird das Kühlmittel einmal in der Reihe der Flachrohre 12 in der Breite, einmal in der Tiefe, und ein zweites Mal in der Reihe der Flach- röhre 13 in der Breite umgelenkt.
Alle nachfolgenden Ausführungsbθispiθle arbeiten ebenfalls nach dem Ge- genstromprinzip, wobei die Ausdrücke luv- und Iβeseitig die Lufteintritts- bzw. -austrittsεeitθ bezeichnen. Das Kühlmittel tritt also immer leeseitig ein und luvseitig aus.
Flg. 3, 3a, 3b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen stehend angeordneten Heizkörper 20, d. h. die Flachrohre 22, 23 sind senkrecht angeordnet. Der Heizkörper 20 weist einen oberen Kühlmiüelkas- ten 24 für den seitlichen Ein- und Austritt des Kühlmittels sowie einen unteren Kühlmittelkasten 25 auf, welche jeweils in Fig. 3a und Fig. 3b in einer Draufsicht mit Trennwänden und Strömungsrichtungssymbolen dargestellt sind. Der obere Kühlmittelkasten 24 in Fig. 3a weist eine durchgehende Längstrennwand 24a auf, sowie eine außermittig angeordnete Quertrenn- wand 24d. Der untere Kühlmittelkasten 25 weist eine durchgehende Längstrennwand 25a sowie eine außermittig angeordnete Quertrennwand 25b auf. Die Trennwände 24d, 25b sind, soweit verdeckt, auch gestrichelt dargestellt. Der Strömungsverlauf des Kühlmittels ist in Fig. 3 durch dreizehn Strö- mungspfeile S1 bis S13 dargestellt. Danach wird das Kühlmittel in der ein- tritts- und leeseitigen Rohrreihe zweifach in der Breite umgelenkt, wonach gemäß Pfeil S7 eine Umtenkung in der Tiefe in die luvseitige Austrittsreihe erfolgt. Dort wird das Kühlmittel entsprechend den Pfeilen S9 bis S13 ebenfalls zweifach in der Breite umgelenkt. Das Kühlmittel legt bei diesem Aus- führungsbeispiel durch die insgesamt fünffache Umlenkung einen relativ wei- ten Weg zurück, was insbesondere bei kleinen Volumenströmen und niedrigen Eintrittstemperaturβn vorteilhaft ist.
Flg. 4, 4a, 4b zeigen ein drittes Ausführungsbβispiel der Erfindung für ein
Strömungsmuster 30. Der zugehörige Heizkörper ist hier und in den folgen- den Ausführungsbeispielen weggelassen, er entspricht im grundsätzlichen
Aufbau dem Heizkörper 20 gemäß Fig. 3. Unterschiedlich sind lediglich die Anordnung der Längs- und Quertrennwände sowie teilweise der Ein- und austritt des Kühlmittels. Das Strömungsmuster 30 ist durch eff aneinander anschließende Strömungspfeile S1 bis S11 gekennzeichnet, d. h. durch eine einfache Umtenkung in der Breite in der ersten Rohrreihe, eine anschließende Umlenkung in der Tiefe (Pfeil S5) und anschließend eine zweifache Umlenkung in der Breite in der zweiten Rohrreihe. Der obere Kühlmittelkasten 34 des nicht dargestellten Heizkörpers ist in Fig. 4a, der untere Kühlmittelkasten 35 in Fig. 4b dargestellt. Man erkennt hier - ebenso wie beim Strö- rnungsmodell 30, dass der Eintritt E des Kühlmittels in den unteren Kühlmittelkasten 35 und der Austritt A aus dem oberen Kühlmittelkasten 34 erfolgt. Die für das Strömungsmuster 30 erforderlichen Längs- und Quertrennwände sind in Fig. 4a und Fig. 4b analog den vorherigen Darstellungen deutlich eingezeichnet, sodass hier - wie auch in den folgenden Ausführungsbeispielen teilweise auf eine zusätzliche Kennzeichnung mit Bezugszahlen verzichtet werden kann. Es wird hier lediglich darauf hingewiesen, dass die Längs- trennwand 35a in Fig. 4b nicht über die gesamte Breite des Heizkörpers durchgehend ist, sodass eine Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe - entsprechend dem Pfeil S5 in Fig. 4 - möglich ist.
Fig. 5, δa, 5b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Strömungsmodell 40 für das Kühlmittel, dargestellt durch Pfeile S1 bis S12, d. h. vom Eintritt E bis zum Austritt A des Kühlmittels. Der obere Kühlmittelkasten 44, dargestellt in Fig. 5a, weist eine nicht durchgehende Längs- trennwand 44a auf, in deren nicht durchgehendem Bereich ein Punktsymbol 7b, entsprechend dem Strömungspfeil S7b in Fig. 5, eingezeichnet ist. Der untere Kühlmittelkasten 45, dargestellt in Fig. 5b, weist ebenfalls eine nicht durchgehende Längstrennwand 45a auf, in deren nicht durchgehendem Bereich ein Kreuzsymbol S6a eingezeichnet ist, welches dem Strömungspfeil S6a in Fig. 5 entspricht. Wie aus dem Strömungsmodell 40 ersichtlich, erfolgt nach der Umlenkung in der Breite, entsprechend dem Strömungspfeil S5 eine Verzweigung des Kühlmittels in eine Umlenkung in der Breite (Pfeil S6a) und eine Umlenkung in der Tiefe (Pfeil S6b). Die Vereinigung der Kühlmittθlteilströme erfolgt durch Aufeinandertreffen der Strömungspfeile S7a und S7b. Zur weiteren Verdeutlichung sind die Bezeichnungen der
senkrechten Strömungspfeile aus Fig. 5 den Punkt- bzw. Kreuzsymboleπ in den Fig. 5a, 5b zugeordnet.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 5 sind die Längstrennwände stets mittig, d. h. zwischen den beiden Flachrohrreihen angeordnet. Die Um- lenkung des Kühlmittels in der Breite erfolgt somit immer innerhalb der Flachrohrreihe, d. h. parallel in zwei Kanalreihen. Bei den folgenden Ausführungsbeispielen sind die Längstrennwände auch außermittig, d. h. zwischen zwei Kanalreihen angeordnet - dadurch kann das Kühlmittel besser über die gesamte Breite des Heizkörpers verteilt werden.
Fig. 6, 6a, βb zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 50. Die Fig. 6a. 6b zeigen den oberen Kühlmittelkasten 54 und den unteren Kühlmittelkasten 55 des nicht dargestellten Heiz- körpers. Der Kühlmittelkasten 54 weist eine mittige, nicht durchgehende Längstrennwand 54a sowie eine außermittige, durchgehende Längstrennwand 54b zwischen den Kanälen 52a, 52b der Flachrohre 52 auf. Der untere Kühlmittelkasten 55 weist eine mittig angeordnete, durchgehende Längs- trennwand 55a auf. Wie aus Fig. 6a ersichtlich, wird das Kühlmittel nach dem Eintritt gemäß Pfeil E über die gesamte Breite des Kühlmittelkastens 54 verteilt, allerdings nur in der Reihe der Kanäle 52a. Im unteren Kühlmittelkasten 55 erfolgt dann eine Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch zwei Pfeile T1 in Fig. 6. Infolge der nicht durchgehenden, mittigen Trennwand 54a erfolgt dann eine zweite Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch einen Pfeil T2 in Fig. 6. Anschließend erfolgt in der austrittsseitigen Reihe der Fiachroh- re 53 eine zweifache Umlenkung in der Breite.
Fig. 7, 7a, 7b zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodθll 60. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 mit den Unterschieden, dass der Ein- und Austritt des Kühlmittels an einem Kühlmittelkasten, nämlich dem oberen Kühlmittelkasten 64 angeordnet sind und dass in der austrittsseitigen Rohrreihe nur eine einfache Umlenkung in der Breite erfolgt. Übereinstimmend sind also die zweifachen Umlenkungen T1 , T2 in der Tie- fe.
Fig. 8, 8a, 8b zeigen ein siebtes Ausführυngsbelspiel der Erfindung in Form eines Strömungsmodells 70, wobei der Eintritt E und der Austritt A des Kühlmittels auf entgegengesetzten Seiten (Schmalseiten) des oberen Kühl- mittelkastens 74 erfolgt. Aufgrund einer außermittigen, durchgehenden Längstrennwand 74b erfolgt eine erste Umlenkung in der Tiefe im unteren Kühlmittelkasten 75 infolge der nicht durchgehenden Trennwand 75b. In Fig. 8 ist diese Umlenkung als Pfeil T1 dargestellt. Eine zweite Umlenkung in der Tiefe erfolgt im oberen Kühlmittelkasten 74 aufgrund der nicht durchgehen- den Längstrennwand 74a, was in Fig. 8 durch den Pfeil T2 dargestellt ist. Die Umlenkungen in der Tiefe T1 , T2 erfolgen also - wie man an dem Strö- mungsmodell 70 erkennen kann - an sich diagonal gegenüberliegenden Bereichen des Heizkörpers.
Fig. 9, 9a, 9b zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Strömungsmodells 80, wobei der Kühlmitteleintritt E und der Kühlmit- telaustrrtt A jeweils frontal, d. h. auf der beseitigen und luvseitigen Längsseite des oberen Kühlmittelkastens 84, dargestellt in Fig. 9a, erfolgt. Abweichend von den vorherigen Ausführungsbeispielen ist hier eine nicht durch- gehende, mittig angeordnete Längstrennwand 84a vorgesehen, die auf beiden Seiten Übertritte für eine Umlenkung in der Tiefe aufweist - dies ist durch die Pfeile T2 in Fig. 9 dargestellt. Die erste Umlenkung in der Tiefe erfolgt im unteren Kühlmittelkasten 85 - in Fig. 9 dargestellt durch die Pfeile Tl Der Kühlmfttelstrom wird also infolge der nicht durchgehenden Trenn- wand 84a geteilt, d. h. in gleiche Teilströme, welche jeweils auf der austrttts- seitigen Rohrreihe einfach umgelenkt und im mittleren Bereich des Austrittes A wieder zusammengeführt werden. Dieses Strömungsmodθll 80 zeichnet sich durch eine besonders homogene Temperaturverteilung über die Breite infolge der symmetrischen Strömungsführung aus.
Fig. 10, 10a, 10b zeigen ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Strömungsmodells 90, wobei der Kühlmitteleintritt E und der Kühlmittelaustritt A jeweils mittig auf den Längsseiten des oberen Kühlmittelkasten 94 erfolgen. Wie Fig. 10a zeigt, weist der obere Kühlmittelkasten 94 zwei außermittig angeordnete durchgehende Längstrβnnwände 94b, 94c auf.
Der untere Kühlmittelkasten 95, dargestellt in Fig. 1Ob1 weist eine zweifach unterbrochene, außermittig angeordnete Längstrennwand 95c sowie eine ebenfalls außermittig angeordnete, endseittg nicht durchgehende Längs- trennwand 95b auf. Insofern kommt es im unteren Kühlmittelkasten 95 zu einer ersten beidseitigen Umlenkung in der Tiefe, in Fig. 10 dargestellt durch die beiden Pfeile T1. Der eintretende Kühlmittelstrom wird somit durch die äußeren Umlenkungen in der Tiefe geteilt, anschließend jeweils einfach in der Breite umgelenkt, mittig wieder vereinigt und anschließend wieder geteilt und in der Tiefe umgelenkt - dies ist in Fig. 10 durch die beiden Pfeile T2 schematisch dargestellt Die Kühlmittelteilströme werden in der letzten, luvseitig gelegenen Kanalreihe im oberen Kühlmittelkasten 95 im Bereich des Austrittes A wieder zusammengeführt. Auch hier ergeben sich als Vorteii eine homogene Temperaturverteilung in der Breite sowie lange Strömungswege, welche eine hohe Wärmeabgabe des Kühlmittels an die Luft errnögli- chen.
Fig. 11, 11a, 11b zeigen ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodeü 100. Fig. 11a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 104, welcher zwei außermittig angeordnete durchgehende Trenn- wände 104b, 104c aufweist. Fig. 11b zeigt den unteren Kühlmittelkasten 105, der zwei außermittig angeordnete, nicht durchgehende Trennwände 105b, 105c aufweist. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt zunächst über die gesamte Breite einer Kanalreihe verteilt und anschließend in der Tiefe - dargestellt durch den Pfeil T1 in Fig. 11 - umgelenkt. Im mittleren Bereich des Heizkörpers erfolgen eine einfache Umlenkung in der Breite und anschließend eine weitere Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch den Pfeil T2 in Fig. 11. Der Austritt des Kühlmittels erfolgt - analog dem Eintritt - über die gesamte Breite einer Kanalreihe.
Fig. 12, 12a, 12b zeigen ein elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 110. Fig. 12a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 114 mit Kühlmitteleintritt gemäß Pfeil E. Fig. 12b zeigt den unteren Kühlmittelkasten 115 mit Kühlmittelaustritt gemäß Pfeil A. In der eintrittsseiti- gen Flachrohrreihe erfolgt eine zweifache Umlenkung in der Breite, an- schließend eine Umlenkung in der Tiefe, dargestellt durch den Pfeil T1 in
Fig. 12, danach eine weitere Umlenkung in der Tiefe gemäß Pfeil T2 in Fig. 12. Der Austritt des Kühlmitteis erfolgt über die luvseitigβ Kanalreihe.
Flg. 13, 13a, 13b zeigen ein zwölftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 120. Die Fig. 13a, 13b zeigen den oberen Kühlmittelkasten 124 mit Kühlmitteleintritt E und Kühlmittelaustritt A sowie den unteren Kühlmittelkasten 125. Nach dem Kühlmitteleintritt E erfolgt zunächst in der leeseitigen Flachrohrreihe eine einfache Umlenkung in der Breite, anschließend eine Umlenkung in der Tiefe - entsprechend Pfeil T1 in Fig. 13 - dann eine Verteilung des Kühlmittels auf eine Kanalreihe und eine zweite Umlenkung in der Tiefe, entsprechend Pfeil T2 in Fig. 13. Der Austritt A des Kühlmittels erfolgt aus der luvseitigen Kanalreihe.
Flg. 14, 14a, 14b zeigen ein dreizehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 130. Die Fig. 14a, 14b zeigen den oberen
Kühlmittelkasten 134 mit Kühlmitteleintritt E und Kühlmittelaustritt A sowie den unteren Kühlmittelkasten 135. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt in der leeseitigen Flachrohrreihe einfach in der Breite umgelenkt, anschließend in der Tiefe, entsprechend Pfeil T1 in Fig. 14, umgelenkt und auf eine Kanal- reihe in voller Breite verteilt. Anschließend erfolgen eine zweite Umlenkung in der Tiefe entsprechend den beiden Pfeilen T2 in Fig. 14 und der Austritt des Kühlmittels aus der luvseitigen Kanalreihe.
Flg. 15, 15a, 1δb zeigen ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt als Strömungsmodell 140. Fig. 15a zeigt den oberen Kühlmittelkasten 144 mit KühlmitteleintriU E und Kühlmittelaustritt A, während Fig. 15b den unteren Kühlmtttelkasten 145 zeigt. Das Kühlmittel wird nach dem Eintritt über die gesamte Breite der leeseitigen Kanalreihe verteilt, anschließend außen im unteren Sammelkasten 145 in der Tiefe umgelenkt, entsprechend dem Pfeil T1 in Fig. 15, und auf die restlichen drei Kanalreihen verteilt. Anschließend erfolgt eine zweifache Umtenkung in der Breite über drei Kanalreihen, die parallel zueinander durchströmt werden.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Heizkörper für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Heizkörperblock mit mindestens vier Reihen von Strö- mungskanälen (2a, 2b, 3a, 3b) för ein dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine entnehmbares Kühlmittel, mindestens einen Kühfmit- telkasten (4, 5) für den Ein- und/oder Austritt, die Verteilung, Sammlung und/oder Umlenkung des Kühlmittels, wobei in dem mindestens einen Kühlmittelkasten (4, 5) Längs- und/oder Quertrennwände (4a, 4b, 4c, 5a) zur Umlenkung des Kühlmittels in der Tiefe und/oder der
Breite angeordnet sind und wobei der Heizkörperblock von Luft in Strömungsrichtung (L) durchströmt und das Kühlmittel durch die Strömungskanäle (2a, 2b, 3a, 3b) Im Gegenstrom geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf der Eintrittsseite auf eine Anzahl von Strömungskanälen (2a, 2b) verteilt wird, welche maximal der Anzahl von Strömungskanälen einer Reihe entspricht.
Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf zwei Kanalreihen (2a, 2b) verteilt wird.
Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einirrttsseitige Kühlmittel mindestens einmal in der Breite umgelenkt wird.
Heizkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ein- trittsseitigen Kühlmittelkasten (24) mindestens eine Quertrennwand (24d) angeordnet ist.
5. Heizkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel anschließend in der Tiefe umgelenkt und auf mindestens eine Reihe von Strömungskanälen (3a, 3b) verteilt wird.
6. Heizkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmittel anschließend mindestens einmal in der Breite umgelenkt wird.
7. Heizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im auβ- trittsseitigen Kühlmittelkasten (24, 34, 44) mindestens eine Quertrennwand (24d) angeordnet ist.
8. Heizkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ein- und austrittsseitigen Kühlmittelkasten (24, 25; 34, 35; 44, 45) jeweils eine Längstrennwand (24a, 25a; 34a, 35a; 44a,
45a) angeordnet ist.
9. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel auf eine Reihe von Strömungskanälen (2a; 52a) verteilt wird.
10. Heizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel anschließend mindestens einmal in der Tiefe (T1 , T2) umgelenkt wird.
11. Heizkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im eintrittsseitigen Kühlmittelkasten (54) mindestens eine Längstrennwand (54b) angeordnet ist.
12. Heizkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmittel vor seinem Austritt mindestens einmal in der Breite umgelenkt wird.
13. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Ein- und Austrilt des Kühlmittels von einer
Schmalseite oder von einer Längsseite eines Kühlmittelkastens erfolgt.
Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Strörnungskanälθ (2a,
2b; 3a, 3b) als Zweikammerflachrohre (2, 3) ausgebildet sind.
Heizkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flachrohren (2, 3) Wellrippen angeordnet sind.
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