DE10143092A1

DE10143092A1 - Coolant recirculation system for passenger compartment air heater, includes three cross flow heat exchangers in arrangement promoting thermal stratification

Info

Publication number: DE10143092A1
Application number: DE2001143092
Authority: DE
Inventors: Johann Himmelsbach
Original assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Current assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Three cross flow heat exchangers are series-connected to obtain counterflow thermal transfer in the compartment heater. To increase foot space heating, thermal stratification is set up in the heater, producing local air temperature increase. Coolant flows to individual exchangers enter at a common first side and leave from a common second side, opposite the first. Coolant return flows are conveyed by individual pipes to the coolant supply of the following heat exchanger.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Kabinenheizkreislauf, in dem Kühlmittel an einer Wärmequelle erwärmt und mittels einer Pumpe zum Kabinenwärmetauscher gefördert wird, am Kabinenwärmetauscher Wärme an die in die Kabine geförderte Luft abgibt und dann zurück zur Wärmequelle strömt. The invention relates to a heating device for motor vehicles with a Cabin heating circuit in which coolant is heated at a heat source and by means of a pump is conveyed to the cabin heat exchanger, at the cabin heat exchanger Releases heat to the air conveyed into the cabin and then back to the heat source flows.

Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad des Kabinenwärmetauschers, die wärmeaktiven Massen des Heizkreislaufs und die Temperaturverteilung entlang des Heizkreislaufs maßgebliche Parameter bei der Verbesserung der Kabinenheizleistung sind. Vor diesem Hintergrund ist es auch bekannt, dass es bei der Beheizung von PKW durchaus vorteilhaft sein kann, von der üblicherweise eingesetzten Kabinenwärmetauscherbauart im Kreuzstrom zu Wärmetauschern mit Gegenstromcharakteristik überzugehen, obwohl diese i. a. bauartbedingt einen erhöhten wasserseitigen Druckverlust aufweisen. Dabei ist es eine unangenehme Eigenschaft der Gegenstrombauweise, dass sie im Gegensatz zur Kreuzstrombauweise nicht die einfache Möglichkeit bietet, eine gezielte thermische Schichtung der Luftaustritttemperatur in der Art zuzulassen, dass unten, d. h. nahe des Fußraums, eine erhöhte Temperatur vorliegt. Bei der Kreuzstrombauweise ist dies z. B. auf einfache Weise möglich, indem bei diesem die Wärmetauscherrohre von unten nach oben durchströmt werden. Der wasserseitige Temperaturabfall des Kabinenwärmetauschers von üblicherweise ca. 5-8K findet sich dann mehr oder weniger zwangsläufig auch in der Luftaustrittstemperatur aus dem Kabinenwärmetauscher, so dass eine Temperaturschichtung in einer Größenordnung vorliegt, wie diese aus Komfortgründen i. a. angestrebt ist. It is known that the efficiency of the cabin heat exchanger heat-active masses of the heating circuit and the temperature distribution along the Heating circuit decisive parameters in the improvement of Cabin heating power are. With this in mind, it is also known that it is at the heating of cars can be quite advantageous, of which usually used cabin heat exchanger type in cross flow to heat exchangers with Counter current characteristic to pass, although this i. a. due to the design have increased water pressure loss. It is an uncomfortable one Property of the counterflow design that it is in contrast to the Cross-flow design does not offer the easy way of targeted thermal Stratification of the air outlet temperature in such a way as to allow that bottom, d. H. Near of the footwell, there is an elevated temperature. With the cross-flow construction is this z. B. possible in a simple manner by the heat exchanger tubes flow from bottom to top. The water side temperature drop of the Cabin heat exchangers of usually approx. 5-8K can then be found more or less inevitably also in the air outlet temperature from the Cabin heat exchangers, so that a temperature stratification on the order of magnitude is present, how this i. a. is aimed.

Es ist ebenfalls bekannt, mittels der Reihenschaltung mehrer Kreuzstromwärmetauscher unter Verwendung gemeinsamer Wasserkästen eine Gegenstromcharakteristik des Wärmetauschers zu erzielen. Auch hier stellt sich das Problem, dass es sehr schwierig ist, eine thermische Schichtung der Luftaustrittstemperatur zu realisieren: Je mehr man sich durch eine möglichst große Anzahl von Kreuzstromwärmetauschern dem hohen Wirkungsgrad der optimalen Gegenstromwärmeübertragung annähert, desto weniger thermische Schichtung kann realisiert werden. Darüber hinaus ist hier eine thermische Schichtung nur mit Anordnungen möglich, die in Bezug auf die Entlüftung des Heizkreislaufs und gegebenenfalls auch in Bezug auf die Entlüftung des gesamten Mortorkühlsystems nicht unproblematisch sind. Die Entlüftung wird hierbei insbesondere umso problematischer, je geringer die Kühlmitteldurchflüsse sind. Gerade deutlich reduzierte Kühlmitteldurchflüsse sind aber für zukünftige Heizkreisläufe von besonderem Interesse. It is also known by means of the series connection of several Cross flow heat exchanger using common water boxes one To achieve counterflow characteristics of the heat exchanger. This also arises here Problem that it is very difficult to thermal stratification of the Realize air outlet temperature: the more you look through the largest possible Number of cross-flow heat exchangers the high efficiency of the optimal Countercurrent heat transfer approaches, the less thermal stratification can will be realized. In addition, thermal stratification is only included here Arrangements possible in relation to the ventilation of the heating circuit and possibly also in relation to the ventilation of the entire mortar cooling system are not without problems. The ventilation is particularly important here the more problematic, the lower the coolant flows. Right now however, reduced coolant flows are a must for future heating circuits of special interest.

Konventionelle Gegenstromwärmetauscher weisen zwar das Entlüftungsproblem nicht auf, sind aber nicht zuletzt aus Package- und Fertigungsgründen der Variante mit der Reihenschaltung mehrer Kreuzstromwärmetauscher deutlich unterlegen. Conventional counterflow heat exchangers have the ventilation problem not on, but are not least for package and manufacturing reasons of the variant clearly inferior with the series connection of several cross-flow heat exchangers.

Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Vorrichtung die Aufgabe, die Gegenstromcharakteristik zu realisieren und dennoch eine hinreichend große thermische Schichtung ohne Probleme beim Befüllen und mit der Entlüftung während der Fahrt zu ermöglichen. Die Heizvorrichtung soll hierbei auch für kleine Kühlmittelvolumenströme geeignet sein und die verfügbare Wärmetauscherfläche möglichst effizient nutzen. Insbesondere soll das Verhältnis von Aufwand zu Nutzen besser sein, als bei der Anwendung eines konventionellen Gegenstromwärmetauschers, und es sollen bereits verfügbare Bauelemente und Fertigungseinrichtungen heutiger Wärmetauscherfertigung weiterverwendet werden können. In contrast, the device according to the invention has the task of To implement counterflow characteristics and yet a sufficiently large thermal stratification with no problems during filling and with venting during to enable the journey. The heater is also intended for small ones Coolant volume flows and the available heat exchanger area use as efficiently as possible. In particular, the ratio of effort to benefit be better than using a conventional one Counterflow heat exchanger, and it should already available components and Manufacturing facilities of today's heat exchanger production can continue to be used can.

Diese Aufgaben werden von dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß des Patentanspruchs 1 gelöst. These tasks are performed by the heat exchanger according to the invention Claim 1 solved.

Dabei wird die Gegenstromcharakteristik z. B. unter Verwendung bekannter Bauteile auf einfache Weise durch eine Reihenschaltung von 3 oder mehr Kreuzstromwärmetauschern erzeugt. Die einzelnen Kreuzstromwärmetauscher werden alle in gleicher Richtung vom Kühlmittel durchströmt, so dass sich eine thermische Schichtung entlang der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher und damit auch der Luftaustritttemperatur einstellt. Dabei ist zu beachten, dass der Kühlmittelvolumenstrom nicht zu groß ist, da sonst der Wärmeabfall bei der Durchströmung der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher zu gering ist, um eine nennenswerte thermische Schichtung zu bewirken. Da insbesondere thermische Schichtungen von mehr als 5K angestrebt werden, ist hier eine konventionelle Gestaltung des Kühlmitteldurchflusses mit einem Gesamttemperaturabfall des Kühlwassers von 5-8K am Kabinenwärmetauscher nicht zielführend. The counterflow characteristic z. B. using known components easily by connecting 3 or more in series Cross-flow heat exchangers generated. The individual cross-flow heat exchangers are all flowed through by the coolant in the same direction, so that a thermal stratification along the individual cross-flow heat exchanger and thus also sets the air outlet temperature. It should be noted that the Coolant volume flow is not too large, otherwise the heat drop in the Flow through the individual cross-flow heat exchanger is too low to to cause significant thermal stratification. Because in particular thermal Stratification of more than 5K is a conventional one Design of the coolant flow with a total drop in temperature of the Cooling water of 5-8K on the cabin heat exchanger does not work.

In einer speziellen Ausgestaltung mit von unten nach oben durchströmten Wärmetauscherrohren sorgt des Wärmeabfall entlang der Rohre für die thermische Schichtung und die von oben nach unten führenden Einzelrohre sorgen mittels einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit für eine ausreichende Entlüftung. Dies ist ganz besonders wichtig, um die erfindungsgemäße Wärmetauscherbauart aufgabengemäß auch für sehr geringe Kühlmittelvolumenströme einsetzen zu können. Darüber hinaus wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlmittelvolumenstrom ganz bewusst auf den Wert reduziert, der genau den richtigen kühlwasserseitigen Temperaturabfall für die thermische Schichtung mit sich bringt. Um die Schichtung bei unterschiedlicher Gebläsestellung aufrechtzuerhalten, ist hierbei insbesondere eine zusätzliche Reduktion mit abnehmendem Luftmassenstrom vorteilhaft. In a special embodiment with flow from bottom to top Heat exchanger tubes ensures the heat drop along the tubes for thermal The stratification and the single pipes leading from top to bottom ensure by means of a increased flow rate for adequate ventilation. This is whole particularly important to the type of heat exchanger according to the invention also use for very low coolant volume flows can. In addition, in a particularly advantageous embodiment Coolant volume flow deliberately reduced to the value that exactly correct temperature drop on the cooling water side for the thermal stratification brings. To maintain the stratification with different fan positions, is in particular an additional reduction with decreasing Air mass flow advantageous.

Mit besonders wenig Aufwand können bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung verfügbare Wärmetauscherbaugruppen weiterverwendet werden, wenn die einzelnen Kreuzstromwärmetauscher zur Erhöhung des wasserseitigen Wärmeübergangs zu einzelnen Rohrgruppen zusammengefasst werden und mäanderförmig durchströmt werden. With particularly little effort in the heating device according to the invention Available heat exchanger assemblies can continue to be used if the individual Cross-flow heat exchanger to increase the water-side heat transfer individual pipe groups can be combined and flowed through in a meandering shape become.

Fig. 1a, 1b und 1c zeigen in einem Quer- und Längsschnitt sowie einer Seitenansicht (1c) eine besonders einfache und effektive Ausgestaltung eines solchen Wärmetauschers, bei dem Wärmeübertragungsrohre 50 von einem Serienwärmetauscher in Kreuzstrombauart weiterverwendet werden können. Fig. 1a, 1b and 1c show in a transverse and longitudinal section and a side view (1 c) is a particularly simple and effective design of such a heat exchanger can be further used in the heat transfer tubes 50 from a series of heat exchanger in cross-current design.

In jedem Einzelwärmetauscher sind 5 Wärmetauscherrohre 50 mittels der Trennbleche 55 zu einer Rohrgruppe zusammengefasst und horizontal liegend angeordnet. 4 Rohrgruppen bilden einen Kreuzstromwärmetauscher mit jeweils einem rechten und linken Wasserkasten 51 und 52. Die Zuströmung 53 zu den Wasserkästen der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher erfolgt unten, die Abströmung 54 oben. Dabei verbinden Einzelrohre 56, die von oben nach unten durchströmt werden, die einzelnen Kreuzstromwärmetauscher. In each individual heat exchanger, 5 heat exchanger tubes 50 are combined into a tube group by means of the separating plates 55 and arranged horizontally. 4 tube groups form a cross-flow heat exchanger, each with a right and left water tank 51 and 52 . The inflow 53 to the water boxes of the individual cross-flow heat exchangers takes place at the bottom, the outflow 54 at the top. Individual tubes 56 , which are flowed through from top to bottom, connect the individual cross-flow heat exchangers.

Durch die liegende Anordnung der einzelnen Rohrgruppen mit einer mäanderförmigen Durchströmung von unten nach oben erfolgt eine problemlose Entlüftung der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher. Die Verbindung der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher mit relativ kleinen, bevorzugt runden, Einzelrohren 56 führt trotz des geringen Kühlmittelvolumenstroms auf relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten, so dass Gasblasen problemlos mitgerissen werden und sogar entgegen der Schwerkraft nach unten transportiert werden können. Dabei hilft nicht nur der geringe Querschnitt sondern insbesondere auch die runde Form zur Minimierung von Oberflächenspannungseffekten beim Vorhandensein von Lufteinschlüssen. Die mäanderförmiger Zusammenfassung der Rohrgruppen ist bei diesem Ausgestaltungsbeispiel jedoch nicht nur gewählt worden, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten und einen guten Wärmeübergang zu realisieren. Due to the horizontal arrangement of the individual tube groups with a meandering flow from bottom to top, the individual cross-flow heat exchangers are vented without any problems. The connection of the individual cross-flow heat exchangers with relatively small, preferably round, individual tubes 56 leads to relatively high flow velocities despite the low coolant volume flow, so that gas bubbles are easily carried away and can even be transported downward against gravity. Not only the small cross-section helps, but especially the round shape to minimize surface tension effects in the presence of air pockets. However, the meandering combination of the tube groups was not only chosen in this embodiment example in order to realize high flow velocities and good heat transfer.

Vielmehr stellt sich aufgrund des geringen Kühlmittelvolumenstroms eine thermische Schichtung der Luftaustrittstemperatur ein, d. h. die Luft ist unten wärmer als oben. Diese Schichtung verbessert nicht nur den Wirkungsgrad, sie ist bei richtiger Ausgestaltung des Heizgeräts ideal für die Beheizung der Kabine gemäß der allgemein bekannten Strategie "Kalter Kopf und warme Füße". Rather, a thermal flow arises due to the low coolant volume flow Stratification of the air outlet temperature, d. H. the air is warmer below than above. This stratification not only improves efficiency, it is correct Design of the heater ideal for heating the cabin according to the well-known strategy "cold head and warm feet".

Der relativ hohe Druckverlust durch die vielen Strömungsumlenkungen ist angesichts der erfindungsgemäßen Auslegung ebenfalls ein hilfreicher Zusatzeffekt. Speziell der Druckverlust durch die vielen Umlenkungen hilft, dass der Druckverlust bei warmem Kühlmittel und damit geringer Viskosität nicht zu sehr abfällt, so dass der Kühlmitteldurchsatz weniger variiert. The relatively high pressure loss due to the many flow diversions is given the interpretation according to the invention is also a helpful additional effect. Especially the Pressure loss through the many diversions helps keep the pressure drop when warm Coolant and thus low viscosity does not drop too much, so that Coolant flow varies less.

In Anwendungen, wo weniger Druckverlust erwünscht ist, kann die mäanderförmige Ausgestaltung auch entfallen. Zur Erzielung der thermischen Schichtung müssen die Wärmetauscherrohre dann aber senkrecht stehen. Außerdem ist es dann u. U. notwendig, die Wärmetauscherrohre mit einer Innenverrippung zur Verbesserung des Wärmeübergangs zu versehen. Damit ist einer Wärmetauscherauslegung ohne allzu große Rücksicht auf bereits am Markt befindliche Baugrößen der Wärmetauscherrohre bzw. ohne Begrenzung der Anzahl der Einzelrohre der Weg gewiesen. Dabei wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Fig. 2 anstelle der mäanderförmigen Strömung durch zu Rohrgruppen zusammengefasste Einzelrohre jeder einzelne Kreuzstromwärmetauscher in voller Breite durchströmt. In applications where less pressure loss is desired, the meandering design can also be omitted. In order to achieve thermal stratification, the heat exchanger tubes must then be vertical. It is also u. U. necessary to provide the heat exchanger tubes with an internal rib to improve the heat transfer. A heat exchanger design is thus shown the way without too much consideration for the sizes of the heat exchanger tubes already on the market or without limiting the number of individual tubes. In an advantageous embodiment according to FIG. 2, instead of the meandering flow through individual tubes combined into tube groups, each individual cross-flow heat exchanger is flowed through in its full width.

Die Wasserkästen sind nicht mehr seitlich, sondern oben und unten, wobei die einzelnen Kreuzstromwärmetauscher durch die Bleche 57 voneinander getrennt werden. Die Wärmetauscherrohre 50 werden alle von unten nach oben durchströmt. Wahlweise kann dabei zur Verbesserung des wasserseitigen Wärmeübergangs eine zusätzliche Innenverrippung der Wärmetauscherrohre vorgesehen werden, oder es wird die Bautiefe der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher und damit deren wasserseitiger Strömungsquerschnitt reduziert. Die letztere Variante hat einerseits den Nachteil, dass mehr Kreuzstromwärmetauscher und damit mehr Einzelrohre benötigt werden. Andererseits nähert man sich damit mehr und mehr der optimalen Gegenstromcharakteristik an. The water boxes are no longer on the side, but above and below, the individual cross-flow heat exchangers being separated from one another by the plates 57 . The heat exchanger tubes 50 are all flowed through from bottom to top. Optionally, an additional internal ribbing of the heat exchanger tubes can be provided to improve the water-side heat transfer, or the overall depth of the individual cross-flow heat exchangers and thus their water-side flow cross-section is reduced. On the one hand, the latter variant has the disadvantage that more cross-flow heat exchangers and thus more individual pipes are required. On the other hand, you are increasingly approaching the optimal counterflow characteristic.

Die Ausgestaltungsvariante mit senkrecht stehenden bzw. schräg nach oben geführten und auf voller Breite von unten nach oben durchströmten Wärmetauscherrohren der einzelnen Kreuzstromwärmetauscher ist nicht zuletzt deshalb besonders attraktiv, weil sie eine besonders problemlose Entlüftung aller Wärmetauscherrohre auch bei schräger Lage des Kabinenwärmetauschers sicherstellt. Das vereinfacht zum einen den Fahrzeugeinbau, ist aber auch von ganz besonderem Interesse, weil die Entlüftung sehr unempfindlich gegen eine Neigung des Fahrzeugs beim Befüllen oder eine starke Neigung der Fahrbahn, z. B. in Geländefahrzeugen, ist. The design variant with vertical or diagonally upwards guided and flowed from bottom to top across the full width Heat exchanger tubes of the individual cross-flow heat exchangers is not the least especially attractive because it is a particularly easy venting of all Heat exchanger tubes even when the cabin heat exchanger is at an angle ensures. On the one hand, this simplifies vehicle installation, but it is also completely of particular interest because the vent is very insensitive to inclination the vehicle when filling or a steep incline of the road, e.g. B. in Off-road vehicles, is.

Zur Vereinfachung der Fertigung und des Einbaus ins Heizgerät können die von oben nach unten durchströmten Einzelrohre 56 auch in die Matrix des Wärmetauschers integriert werden (Fig. 3). Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, auch die Umlenkung im Wasserkasten zu plazieren, so wie dies in Fig. 3 exemplarisch mit der Umlenkabdeckung 58 erfolgt. Ebenso können Fertigungsgründe dafür sprechen, die im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 50 auf ein Vielfaches erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten in den Einzelrohren 56 zur Verbindung der Kreuzstromwärmetauscher dadurch zu realisieren, dass statt des Einzelrohrs mehrere ganz besonders kleine Rohre mit einer äquivalenten Gesamtquerschnittsfläche verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, die Querschnittsfläche in der gleichen Größenordnung zu wählen, wie den Querschnitt der Kühlmittelleitungen. Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Bauart weisen in ihrer optimalen Ausgestaltung Anschlussstutzen für Kühlmittelleitungen mit einem Innendurchmesser von 6 mm und weniger auf. Der Temperaturabfall ist bei hoher Wärmeentnahme bevorzugt in der Größenordnung von 30K und mehr. Diese Maßnahmen minimieren zum einen Gewicht und wärmeaktive Masse des Wärmetauschers und der Kühlmittelleitungen. Zum andern ergibt gerade der große Temperaturabfall nicht nur eine Reduktion der wärmeaktiven Masse des gesamten Heizkreislaufs, sondern er bewirkt auch die gewünschte Temperaturschichtung. Darüber hinaus folgen aus den Abmessungen der Schlauchleitungen unschätzbare Vorteile bezüglich des Package im Heizgerät und vor allem im Motorraum. Hieran ist nicht nur das benötigte Eigenvolumen der Leitungen beteiligt, sondern vor allem die Möglichkeit die Leitungen in sehr engen Radien zu verlegen. Speziell im Hinblick auf die Vernetzung verschiedener Wärmequellen kommt der wärmeaktiven Masse und dem benötigten Bauraum der Kühlmittelleitungen eine ganz besondere Bedeutung zu. To simplify production and installation in the heater, the individual tubes 56 through which the flow flows from top to bottom can also be integrated into the matrix of the heat exchanger ( FIG. 3). It is particularly advantageous to also place the deflection in the water tank, as is done with the deflection cover 58 as an example in FIG. 3. Production reasons can also speak in favor of realizing that the flow velocities in the individual tubes 56, which are many times higher than the flow velocity in the heat exchanger tubes 50, for connecting the cross-flow heat exchangers, by using several very particularly small tubes with an equivalent total cross-sectional area instead of the single tube. It is advantageous to choose the cross-sectional area in the same order of magnitude as the cross-section of the coolant lines. In their optimal configuration, heat exchangers of the type according to the invention have connecting pieces for coolant lines with an inner diameter of 6 mm and less. The temperature drop in the case of high heat extraction is preferably in the order of magnitude of 30K and more. On the one hand, these measures minimize the weight and heat-active mass of the heat exchanger and the coolant lines. On the other hand, the large drop in temperature not only results in a reduction in the heat-active mass of the entire heating circuit, but it also brings about the desired temperature stratification. In addition, the dimensions of the hose lines result in invaluable advantages with regard to the package in the heater and especially in the engine compartment. This involves not only the required volume of the pipes, but above all the possibility of laying the pipes in very tight radii. Particularly with regard to the networking of different heat sources, the heat-active mass and the space required for the coolant lines are of particular importance.

Je nach Einbausituation im Fahrzeug und je nach Heizgerät kann es vorteilhaft sein, den Einbau des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegend vorzunehmen, d. h. die Wärmetauscherrohre verlaufen horizontal und die einzelnen Kreuzstromwärmetauscher sind liegend übereinander gestapelt. Auch hier ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers unter Verwendung der Einzelrohre dazu geeignet, eine thermische Schichtung zu bewirken. So wird z. B. der Wärmetauscher gemäß Fig. 2 bei liegendem Einbau problemlos arbeiten, der Verlauf der thermischen Schichtung wird allerdings zunächst horizontal verlaufen. In dieser liegenden Anordnung wird man, im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen, die Einbaulage der Einzelrohre zur besseren Entlüftung zwar bevorzugt mit Durchströmung von unten vornehmen, doch ist dies nicht zwingend. Bei der erfindungsgemäßen Auslegung auf kleinen Durchmesser und hohe lokale Strömungsgeschwindigkeiten in den Einzelrohren kann je nach Package-Situation eine Durchströmung von oben nach unten, horizontal oder von unten nach oben vorteilhaft sein. Wichtig ist jedoch die Integration der horizontal vorliegenden thermischen Schichtung ins Heizgerät. Diese muss durch eine entsprechende Gestaltung der Luftführung oder der Luftentnahmestellen am Wärmetauscheraustritt so erfolgen, dass die wärmere Luft für den Fußbereich genutzt wird. Depending on the installation situation in the vehicle and depending on the heater, it may be advantageous to install the heat exchanger according to the invention horizontally, ie the heat exchanger tubes run horizontally and the individual cross-flow heat exchangers are stacked horizontally. Here too, the use of the heat exchanger according to the invention using the individual tubes is suitable for effecting thermal stratification. So z. B. the heat exchanger according to FIG. 2 work without problems with horizontal installation, but the course of the thermal stratification will initially run horizontally. In this lying arrangement, in contrast to the previous versions, the installation position of the individual pipes for better ventilation is preferably carried out with flow from below, but this is not mandatory. In the design according to the invention for small diameters and high local flow velocities in the individual tubes, a flow from top to bottom, horizontally or from bottom to top can be advantageous, depending on the package situation. However, it is important to integrate the horizontal thermal stratification into the heater. This must be done by designing the air duct or the air extraction points at the heat exchanger outlet so that the warmer air is used for the foot area.

Claims

1.Heating device for motor vehicles with a cabin heating circuit in which coolant is heated at a heat source and conveyed to the cabin heat exchanger by means of a pump, emits heat at the cabin heat exchanger to the air conveyed into the cabin and then flows back to the heat source, characterized in that by a series connection A counterflow characteristic of the heat transfer in the cabin heat exchanger is achieved by at least 3 cross-flow heat exchangers, and that for increased heating of the footwell in the cabin heat exchanger, a thermal stratification with local increase in the air outlet temperature can be achieved in that the coolant inflows of the individual cross-flow heat exchangers on a common first side and the coolant outflows on one common, the first side opposite, second side are arranged, and the coolant from the respective coolant outflows by means of individual pipes to the coolant inflows of the subsequent cross-flow heat exchanger is passed.

2. Device according to claim 1, characterized in that by a Limiting the coolant throughput a thermal stratification of at least 5K temperature difference between the air outlet temperatures in the Close range of the first common side and the air outlet temperatures in the Close range of the second common side of each Cross-flow heat exchanger of the cabin heat exchanger results.

3. Device according to one of claims 1-2, characterized in that the Cabin heat exchanger for high efficiency even at low Coolant throughput is designed so that at least temporarily coolant-side temperature drop of over 30K results.

4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the Coolant inflows of the individual cross-flow heat exchangers arranged below and the coolant drains above, the coolant from the above arranged coolant drains by means of individual pipes to the below arranged coolant inflows of the subsequent cross-flow heat exchanger is directed.

5. Device according to one of claims 1-4, characterized in that by dimensioning individual components of the heating circuit or one Regulation a low coolant volume flow is realized.

6. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the individual cross-flow heat exchanger to increase the water side Heat transfer combined into individual pipe groups and are flowed through in a meandering shape.

7. The device according to claim 6, characterized in that the individual Pipe groups are arranged horizontally, the coolant inflow to the water boxes of the individual cross-flow heat exchangers are below and the Outflow above.

8. Device according to one of claims 1-7, characterized in that the Flow cross-section of the individual pipes to connect the individual Cross-flow heat exchanger is dimensioned so that it is essential results in greater flow velocity than in the individual tube groups.

9. Device according to one of claims 1-8, characterized in that the Single pipes for connecting the individual cross-flow heat exchangers have a round cross-section.

10. Device according to one of claims 1-5 and 8-9, characterized in that the individual heat exchanger tubes of the cross-flow heat exchanger standing vertically or at least diagonally upwards, from the bottom up are flowed through and the coolant through a single pipe from upper outlet flows to the subsequent lower inlet.

11. The device according to any one of claims 1-10, characterized in that the Individual pipes for connecting the individual cross-flow heat exchangers within the heat exchanger matrix are installed.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the coolant first through a single pipe to connect the individual Cross-flow heat exchanger and then inside the water tank to subsequent cross-flow heat exchanger is forwarded.

13. Device according to one of claims 1-12, characterized in that the Coolant lines, the connecting piece of the coolant lines Cabin heat exchanger and heat source as well as the individual pipes for connection of the individual cross-flow heat exchangers an inner diameter of less have than 6 mm.

14. Device according to one of claims 1-13, characterized in that the individual cross-flow heat exchangers are stacked one on top of the other so that the Heat exchanger tubes in the individual cross-flow heat exchangers in each case flowed parallel and at the same height horizontally, which the thermal stratification is also initially horizontal, and that through the Air routing of the heater warmer air from the cabin heat exchanger outlet is used for the foot area.

15. Device according to one of claims 1-14, characterized in that a compared to the flow rate in the heat exchanger tubes 50 to a multiple increased flow rate in the individual tubes 56 for connecting the cross-flow heat exchanger is realized in that instead of a single tube 56 several very particularly small Tubes 56 with an equivalent total flow cross-sectional area can be used.