DE10014743A1

DE10014743A1 - Flüssigkeitsleitungssystem

Info

Publication number: DE10014743A1
Application number: DE2000114743
Authority: DE
Inventors: Karl Lenhard; Darius Sitterlee
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsleitungssystem, mit einer von einem Flüssigkeitsstrom durchströmten ersten Flüssigkeitsleitung (12) und mindestens einer zweiten, zur Schaffung einer Strömungsverbindung in einen Mündungsbereich (26) der ersten Flüssigkeitsleitung (12) mündenden zweiten Flüssigkeitsleitung (10). DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, daß der senkrecht zur Mittelachse (22) verlaufende Strömungsquerschnitt der ersten Flüssigkeitsleitung (12) im Mündungsbereich (26) verengt ist, um dort den statischen Druckanteil der Strömung zu reduzieren.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Flüssigkeitsleitungssystem, mit einer von einem Flüssigkeitsstrom durchströmten ersten Flüssig keitsleitung und mindestens einer zweiten, zur Schaffung einer Strö mungsverbindung in einen Mündungsbereich der ersten Flüssigkeits leitung mündenden zweiten Flüssigkeitsleitung, gemäß Anspruch 1 so wie von einem T-Stück gemäß Anspruch 6.

Ein gattungsgemäßes Flüssigkeitsleitungssystem und T-Stück sind aus der DE 42 24 862 A1 bekannt. Eine dort offenbarte Kühlein richtung eines Kraftfahrzeugs umfaßt einen Kühlkreislauf mit einem Ausgleichsbehälter, von welchem aus Kühlmittel in die Brennkraftma schine gefördert wird. Ein solcher Kühlkreislauf wird üblicherweise durch den Ausgleichsbehälter mit Kühlmittel befüllt, wobei eine Befüll leitung zu einem Wasserkühler führt.

Aus Platzgründen wird die Befüllleitung jedoch häufig nicht bis zum Wasserkühler gezogen, sondern nur bis zu einem Heizwasser rücklauf einer Heizeinrichtung zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums unter Nutzung der im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine vorhande nen Wärmeenergie. Zu diesem Zweck kann die Befüllleitung über ein T-Stück in den Heizwasserrücklauf einmünden.

In bestimmten Betriebszuständen, z. B. bei geschlossenem Thermostaten kann es jedoch zu einer unerwünschten Umkehr der Durchströmungsrichtung der Befüllleitung kommen, d. h. das im Heizwasserrücklauf vorhandene Kühlmittel strömt über das T-Stück in die Befüllleitung hinein und von dort in den Ausgleichsbehälter. Als Fol ge dieser Fehlströmung wird der Kühlkreislauf mit der Luft im Ausdeh nungsvolumen des Ausgleichbehälters verunreinigt, wodurch das Kühlmittel verschäumt und die Kühlleistung sinkt. Im weiteren wird Kühlmittel vom Heizwasserrücklauf über die Befüllleitung durch den Ausgleichsbehälter hindurch in den Kühler gefördert, was im Kurz schlußbetrieb eine Bypass-Strömung durch den Kühler am Thermo staten vorbei hervorruft, so daß im Heizungsbetrieb weniger Wärme energie im Kühlmittel zur Verfügung steht.

Der Grund für die Fehlströmung in der Befüllleitung ist darin zu sehen, daß im Heizwasserrücklauf ein höherer Druck herrscht als in Befüllleitung.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu grunde, ein Flüssigkeitsleitungssystem und ein T-Stück der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchen Flüssigkeitsströmungen an Mündungsstellen von Flüssigkeitsleitungen beeinflußbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichenden Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 6 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Durch die Verengung des Strömungsquerschnitts der ersten Flüssigkeitsleitung im Mündungsbereich der zweiten Flüssigkeitsleitung wird die Strömung an dieser Stelle beschleunigt. Infolgedessen steigt dort der dynamische Druckanteil, wohingegen der statische Druckanteil sinkt. Wegen des dann geringeren statischen Drucks in der ersten Flüssigkeitsleitung sinkt die Tendenz, daß Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitsleitung in die zweite Flüssigkeitsleitung überströmt. Je nach Maß der Querschnittsverengung können die Teilströme durch die bei den Flüssigkeitsleitungen hinsichtlich Menge und Strömungsrichtung beeinflußt werden, im Extremfall soweit, daß überhaupt keine Flüssig keit von der ersten Flüssigkeitsleitung in die zweite Flüssigkeitsleitung überströmt. Dies ist vor allem beim eingangs beschriebenen Problem der unerwünschten Fehlströmung von Kühlmittel aus dem Heizwasser rücklauf in die Befüllleitung einer kombinierten Kühl- und Heizeinrich tung eines Kraftfahrzeugs von Vorteil, weil diese Fehlströmung dann vollständig unterbunden werden kann.

Dies gilt sinngemäß auch für das T-Stück gemäß Anspruch 6, wobei in diesem Fall ein Abschnitt der ersten Flüssigkeitsleitung durch das Basisrohr und ein Endabschnitt der zweiten Flüssigkeitsleitung durch das quer dazu angeordnete Querrohr gebildet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist in Strömungsrichtung gesehen der Strömungsquerschnitt der ersten Flüs sigkeitsleitung zum Mündungsbereich hin stetig verengt und vom Mün dungsbereich weg unter Bildung eines Diffusors stetig erweitert, vor zugsweise auf einen vor der Verengung vorhandenen konstanten Querschnitt. Durch solche stetigen Querschnittsänderungen ergeben sich geringere Strömungsverluste. Nach Passieren des Diffusors ver langsamt sich die Strömung wieder, wodurch der statische Druckanteil annähernd wieder auf das vor der Verengung vorhandene Niveau an steigt.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausgleichsbehälters mit ei ner mittels eines T-Stück in einen Heizwasserrücklauf einmün denden Befüllleitung als Teil einer kombinierten Kühl- und Heiz einrichtung eines Kraftfahrzeugs als bevorzugte Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsleitungssystems;

Fig. 2 einen Längsquerschnitt durch das T-Stück von Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Von einer in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichneten kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung zum Kühlen einer Brennkraftmaschine und zum Heizen eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs ist aus Maßstabsgründen nur ein Ausgleichsbehälter 2, eine von diesem bodensei tig abzweigende Befüllleitung 4 sowie ein abgebrochener Heizwasser rücklauf 6 gezeigt, in welchem ein von einer Heizeinrichtung rückge führter Kühlmittelstrom fließt.

Die Befüllleitung 4 hat die Aufgabe, über den Ausgleichsbehäl ter 2 eingefülltes Kühlmittel in eine mit einem Wasserkühler verbundene Flüssigkeitsleitung zu leiten, vorzugsweise in den Heizwasserrücklauf 6. Zur flüssigkeitsleitenden Verbindung der Befüllleitung 4 mit dem Heizwasserrücklauf 6 dient ein T-Stück 8 beinhaltend ein Querrohr 10, das im wesentlichen senkrecht in ein in den Heizwasserrücklauf 6 inte griertes Basisrohr 12 mündet, an dessen in Fig. 1 rechtsseitigem Ba sisanschluß 14 ein Ende eines stromaufwärtigen Abschnitts 16 des Heizwasserrücklaufs 6 und an dessen in Fig. 1 linksseitigem Basisan schluß 18 ein Anfang eines stromabwärtigen Abschnitts 20 des Heizwasserrücklaufs 6 befestigt ist. Das Basisrohr 12 des T-Stücks 8 wird daher wie durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet von rechts nach links durchströmt. Die Befüllleitung 4 ist auf einen Anschluß 21 des Querrohres 10 des T-Stücks 8 aufgesteckt.

Wie der Längsquerschnitt durch das T-Stück 8 gemäß Fig. 2 zeigt, ist der Strömungsquerschnitt senkrecht zu einer Mittelachse 22 des Basisrohres 12 in einem Bereich verjüngt, in welchem das Quer rohr 10 mit Mittelachse 24 in das Basisrohr 12 mündet, wobei dieser Bereich im folgenden als Mündungsbereich 26 bezeichnet wird. Das Zentrum des Mündungsbereichs 26 liegt im Schnittpunkt 28 der Mittel achsen 22, 24 von Querrohr 10 und Basisrohr 12. Darüber hinaus sol len zum Mündungsbereich 26 auch die sich vom Schnittpunkt 28 der Mittelachsen 22, 24 aus in und gegen die Strömungsrichtung erstrec kenden Abschnitte des Basisrohres 12 gehören, in welchen sich die Strömungen im Querrohr 10 und im Basisrohr 12 des T-Stücks 8 ge genseitig beeinflussen können.

In bevorzugter Weise verjüngt sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung ausgehend vom rechtsseitigen Basisanschluß 14 mit Strömungsdurchmesser D vorzugsweise stetig, um im Zentrum des Mündungsbereichs 26, d. h. ungefähr am Schnittpunkt 28 der Mittel achsen 22, 24 einen minimalen Strömungsdurchmesser d zu erreichen. Ausgehend von diesem erweitert sich der Strömungsquerschnitt durch einen Diffusor 30 stetig auf den am linksseitigen Basisanschluß 18 wie der vorhandenen Strömungsdurchmesser D. Die Außendurchmesser am Anschluß 21 des Querrohres 10 und an den Basisanschlüssen 14 und 18 des T-Stücks 8 sind ringförmig erweitert, zur Fixierung der vor zugsweise als flexible Schläuche ausgeführten Leitungen 4, 16, 20 nach dem Aufschieben.

Die erfindungsgemäße Strömungsquerschnittsverengung im Mündungsbereich des Querrohres hat folgende Funktion:

Allgemein setzt sich der Gesamtdruck in einer Rohrströmung zu sammen aus einem statischen Druckanteil p und einem dynamischen Druckanteil ρ/2v² und ist unter Vernachlässigung von Strömungsverlu sten an jeder Stelle des Rohres konstant, so daß zwischen dem rech ten Basisanschluß 14 (Index 1) und dem Mündungsbereich 26 (Index 2) des Basisrohres gilt:

ρ/2v₁ ²+ p₁ = ρ/2v₂ ² + p₂ (Bernoulli-Gleichung).

wobei
v₁ die Strömungsgeschwindigkeit am rechten Basisanschluß 14,
v₂ die Strömungsgeschwindigkeit im Mündungsbereich 26,
p₁ der statische Druck am rechten Basisanschluß 14,
p₂ der statische Druck im Mündungsbereich 26, und
ρ die Dichte der Flüssigkeit ist.

Da der durch den rechtsseitigen Basisanschluß 14 in das Basis rohr 12 eintretende Massenstrom und der durch den linksseitigen Ba sisanschluß 18 aus dem Basisrohr 12 austretende Massenstrom gleich groß sind (Kontinuität), müssen die Strömungsteilchen im verengten Mündungsbereich 26 eine Beschleunigung erfahren, wodurch sich der dynamische Druckanteil ρ/2v² erhöht. Da der Gesamtdruck konstant bleiben muß, sinkt der statische Druckanteil p² im Mündungsbereich 26, so daß gilt:

p_{2 <} p₁

Wegen des relativ geringen statischen Druckanteils p₂ im Mündungsbe reich 26 des Querrohres 10 wird verhindert, daß ein Teilmassenstrom der im Heizwasserrücklauf 6 geführten Kühlmittelströmung in die unter einem höheren statischen Druck p₃ stehende Befüllleitung überströmt. Nach Passieren der Verengung wird die Strömung im Diffusor 30 ver zögert, wobei der statische Druck annähernd wieder auf den vor der Verengung vorhandenen Betrag p₁ ansteigt.

Während bei der Kühl- und Heizeinrichtung 1 gemäß der bevor zugten Ausführungsform der Erfindung ein Überströmen von Flüssigkeit vom Heizwasserrücklauf 6 in die Befüllleitung 4 verhindert werden soll te, kann es in anderen Flüssigkeitsleitungssystemen beispielsweise notwendig sein, eine solche Querströmung in geringem Maße zuzulas sen. In einem solchen Fall ist dann der Strömungsquerschnitt im Mün dungsbereich 26 gemäß der Erfindung derart zu verengen, daß sich den gewünschten Strömungsverhältnissen entsprechende Druckver hältnisse ergeben.

Claims

1. Flüssigkeitsleitungssystem, mit einer von einem Flüssigkeitsstrom durchströmten ersten Flüssigkeitsleitung (12) und mindestens einer zweiten, zur Schaffung einer Strömungsverbindung in einen Mün dungsbereich (26) der ersten Flüssigkeitsleitung (12) mündenden zweiten Flüssigkeitsleitung (10), dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Mittelachse (22) verlaufende Strömungsquerschnitt der ersten Flüssigkeitsleitung (12) im Mündungsbereich (26) verengt ist.

2. Flüssigkeitsleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei gegebenen Strömungsverhältnissen wie beispielsweise Strömungsgeschwindigkeit oder Gesamtdruck des Flüssigkeitsstromes der Strömungsquerschnitt im Mündungsbereich (26) zur Reduzierung des statischen Druckanteils derart verengt ist, daß der Betrag eines von der ersten Flüssigkeitsleitung (12) in die zweite Flüssigkeitsleitung (10) strömenden Teilmassenstromes des Flüssigkeitsstromes vorzugsweise gleich Null ist.

3. Flüssigkeitsleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in Strömungsrichtung gesehen der Strömungsquer schnitt der ersten Flüssigkeitsleitung (12) zum Mündungsbereich (26) hin auf einen Durchmesser (d) stetig verengt und vom Mündungsbe reich (26) weg unter Bildung eines Diffusors (30) stetig erweitert ist, vorzugsweise auf einen vor der Verengung vorhandenen konstanten Strömungsquerschnitt (D).

4. Flüssigkeitsleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß es eine kombinierte Kühl- und Heizeinrichtung (1) zum Kühlen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und zum Heizen eines Fahrzeuginnenraums beinhaltet, wobei die erste Flüssigkeitsleitung durch eine von einem Ausgleichsbehälter (2) abzweigende Befülleitung (4) und die zweite Flüssigkeitsleitung durch einen Heizwasserrücklauf (6) gebildet wird.

5. Flüssigkeitsleitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsbereich (26) in ei nem T-Stück (8) ausgebildet ist, bei welchem ein einen Endabschnitt der Befüllleitung (4) bildendes zylindrisches Querrohr (10) in ein im we sentlichen senkrecht hierzu verlaufendes, einen Abschnitt des Heizwasserrücklaufs (6) bildendes Basisrohr (12) mündet.

6. T-Stück (8) bestehend aus mindestens einem Querrohr (10), das in ein im wesentlichen hierzu senkrecht verlaufendes Basisrohr (12) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Mittelachse (22) verlaufende Strömungsquerschnitt des Basisrohres (12) im Mündungs bereich (26) verengt ist.

7. T-Stück nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Strö mungsrichtung gesehen der Strömungsquerschnitt des Basisrohres (12) zum Mündungsbereich (26) hin auf einen Durchmesser (d) stetig verengt und vom Mündungsbereich (26) weg unter Bildung eines Diffusors (30) stetig erweitert ist, vorzugsweise auf einen vor der Verengung vorhandenen konstanten Strömungsquerschnitt (D).